[发明专利]石墨烯复合材料制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯复合材料制备方法，涉及石墨烯复合材料的制备方法技术领域。所述方法通过多次离心凝固的方式进行石墨烯‑金属基多层复合材料的制备，制备时间短，能耗低，制备设备价格低，有利于大规模生产和推广。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯复合材料制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子组成的二维碳纳米材料，具有优异的物理学特性，在材料科学、信息科学、能源、生物医药等方面具有广泛的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯是已知强度最高的材料之一，而且还具有很好的韧性，因此是制备高强新材料的首选方法。常见的石墨烯复合材料有：石墨烯-纳米粒子复合材料、石墨烯聚合物复合材料、石墨烯-碳基材料复合材料和石墨烯-金属基复合材料等。石墨烯超高的导热率，添加在金属基体中，在能够提高复合材料力学性能同时，提高了金属基复合材料的导热率。通常石墨烯-金属基复合材料主要利用气相沉积等方式制备。但是制备时间长，能耗高，制备设备昂贵，不利于大规模生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种制备时间短、能耗小、成本低、有利于大规模生产的石墨烯复合材料制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种石墨烯复合材料制备方法，其特征在于包括如下步骤：

S101：将主体金属材料加入熔炼浇注系统的熔炼坩埚中，并控制熔炼加热器工作进行熔炼，根据热偶的显示温度，到达设计温度T1后，将不同于主体金属材料的另一种元素棒材添加到熔炼坩埚中，使得熔炼坩埚中熔体成分为C1；通过控制熔炼浇注系统中熔体控制阀门打开，将熔化的熔体通过熔体浇道浇入水平设置的离心铸型中，然后关闭熔体控制阀门，熔体在离心铸型的离心力的作用下形成管状形状；

S102：同时通过控制离心铸型加热器给其内的熔体加热，并通过离心铸型内的第一红外测温仪和第二红外测温仪给其内的熔体进行测温，然后通过反应气体注入管注入甲烷气体，甲烷气体在离心铸型中的熔体表面分解为碳及氢气，部分碳元素进入离心铸型中的熔体中，并在离心铸型中的熔体表面形成石墨烯层；关闭反应气体注入管；然后根据第一红外测温仪和第二红外测温仪的温度，控制离心铸型中的熔体凝固；形成第1层石墨烯-合金复合材料层；

S103：在一层石墨烯形成，且离心铸型中的第一层熔体凝固后，将不同于主体金属材料的另一种元素棒材添加到熔炼坩埚中，使得熔炼坩埚中熔体成分为C2，根据热偶测量的温度，到达设计温度T2后，然后通过控制熔体控制阀门打开，将熔化的熔体通过熔体浇道浇入水平设置的离心铸型中，然后关闭熔体控制阀门，熔体在离心力的作用下形成管状形状；

S104：同时通过控制离心铸型加热器给离心铸型内的熔体加热，通过第一红外测温仪和第二红外测温仪显示的温度给熔体进行加热控制，要求此时的熔体凝固点要小于上一层金属熔体的凝固点；然后通过反应气体注入管注入甲烷气体；甲烷气体在离心铸型中的金属层表面分解为碳及氢气，部分碳元素进入离心铸型中的熔体中，并在离心铸型中的熔体表面形成第二层石墨烯层；然后根据第一红外测温仪和第二红外测温仪的温度，控制离心铸型中的熔体凝固；形成第2层石墨烯-合金复合材料层；

S105：重复上述S103-S104的步骤，使得熔炼坩埚中熔体成分达到Cn，设计合金体系最低温度达到Tn，形成第n层石墨烯-合金复合材料层后，通过控制离心铸型加热器的功率，离心铸型中的复合材料层在离心转动下，冷却已经制备的石墨烯-合金复合材料层，使得第一红外测温仪和第二红外测温仪测量的温度降低ΔT，然后重复步骤S101，将主体金属材料添加入熔炼坩埚中，使得熔炼坩埚中熔体成分返回至为C1，同时设计温度恢复至T1-ΔT，将熔体直接注入离心铸型中，直接凝固为固体，充入甲烷形成第n+1层石墨烯-合金复合材料层；然后重复步骤S103，使得熔炼坩埚中熔体成分为C2，设计温度为T2，熔体注入离心铸型中，然后充入甲烷，形成第n+2层石墨烯-合金复合材料层；