[发明专利]一种石墨烯/碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明的目的为了解决现有技术中碳化硅增强铝基复合材料中存在的问题，提供了一种石墨烯/碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法，属于铝基复合材料技术领域。本发明由石墨烯包覆碳化硅复合材料和金属Al基体组成，石墨烯包覆碳化硅复合材料均匀的分布金属Al基体中。该方法首先用石墨烯对碳化硅进行包覆，该过程中不需要先单独制备石墨烯，而是将片层石墨和碳化硅纳米颗粒进行湿法球磨，直接获得包覆石墨烯的碳化硅颗粒，整个制备过程一步完成；再用这种包覆石墨烯的碳化硅作为增强相与金属铝按一定的比例进行烧结复合，进一步提高金属铝的强度、致密性、导电性能和力学性能。

技术领域

本发明属于铝基复合材料技术领域，特别涉及一种石墨烯/碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

铝碳化硅AlSiC(或为SICP/Al或Al/SiC、SiC/Al)是一种颗粒增强金属基复合材料，采用铝作基体，按设计要求，用SiC颗粒作增强体以一定形式、比例和分布状态，构成有明显界面的多组相复合材料，具有优良的热性能，价格相对较低；另一方面，颗粒增强体材料具有各向同性，最有利于实现净成形。尤其在航空航天、微波集成电路、功率模块、军用射频系统芯片等封装体系中的作用极为凸显，成为封装材料应用开发的重要趋势。

但是，铝碳化硅制备过程尚存在问题，例如烧结时，存在结合难度相对较大，且结合强度相对较低，同时碳化硅占比大，浪费材料等缺点。

石墨烯与纳米颗粒的包覆复合能有效地防止纳米颗粒的聚合，此外，与传统的碳纤维、碳纳米管等增强体材料相比，石墨烯具有更高的导热率和强度，通过将石墨烯与碳化硅相结合，能够将石墨烯的性能优势引入到碳化硅当中。

目前，制备石墨烯/碳化硅复合材料的方法都是先单独制备好石墨烯作为原料，再与碳化硅纳米颗粒进行复合。

例如，赵更一，碳化硅陶瓷的制备和导热性能研究，哈尔滨工业大学，硕士学位论文，2016。该研究将通过微机械剥离法制备得到的石墨烯纳米片粉体分散后加入碳化硅粉体中，添加适量的烧结助剂，充分机械球磨后，经高温热压烧结获得石墨烯/碳化硅陶瓷基复合材料。其过程中间石墨烯要经过静置分层、沉淀、悬浮液高速离心处理、减压蒸馏、洗涤干燥，再经过超声振荡、分散在有机溶剂中与碳化硅粉末进行机械混合等多个过程，工艺过程复杂，效率低。而且制备出的石墨烯/碳化硅陶瓷基复合材料由于片状直径远比碳化硅晶粒尺寸要大，因此一个石墨烯片可以横跨十余个碳化硅晶粒，石墨烯片被夹在碳化硅晶粒当中。

此外，石墨烯包覆型复合材料的制备还有多种物理和化学方法，包括静电自组装法，气溶胶相法，水热合成、乳化法、共价键合法、化学气相沉积以及共热解法等，然而，以上这些方法通常包含复杂的过程，并且多以氧化石墨烯(GO)作为原料，而氧化石墨烯(GO)一般由石墨经强酸氧化而得，涉及危险试剂和/或成本高。

因此，有必要对石墨烯/碳化硅增强铝基复合材料的制备方法做进一步研究。

发明内容

本发明的目的为了解决现有技术中碳化硅增强铝基复合材料中存在的问题，提供了一种石墨烯/碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法。本发明首先用石墨烯对碳化硅进行包覆，该过程中不需要先单独制备石墨烯，而是将片层石墨和碳化硅纳米颗粒进行湿法球磨，直接获得包覆石墨烯的碳化硅颗粒，整个制备过程一步完成；再用这种包覆石墨烯的碳化硅作为增强相与金属铝按一定的比例进行烧结复合，提高金属铝的强度、致密性、导电性能和力学性能。

一种石墨烯/碳化硅增强铝基复合材料，由石墨烯包覆碳化硅复合材料和金属Al基体组成，石墨烯包覆碳化硅复合材料均匀的分布在金属Al基体中；所述金属Al基体的质量百分含量为92～96％，所述石墨烯包覆碳化硅复合材料的质量百分含量为4～8％；

其中，所述石墨烯包覆碳化硅复合材料由石墨烯和β-SiC纳米颗粒组成，所述石墨烯片层包覆在β-SiC纳米颗粒表面；石墨烯的质量百分含量为10～20％，β-SiC的质量百分含量为80～90％；