[发明专利]一种原位合成石墨烯增强铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种原位合成石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，该方法首先将铝原料熔化，浇铸为铝圆盘；将氟氯化物与碳化物混合后分为两部分，一部分熔化，将铝圆盘压入熔化液，另一部分置于铝圆盘的上方，继续保温，获得高温融液；将高温融液浇入不锈钢模具中，并使氟氯盐与碳化物将铝液滴包裹在其中；将其冷却后进行重融，即重复上述步骤，待最终产物完全冷却，获得石墨烯增强的铝基复合材料。本发明方法无需中间合金制备，工艺流程短、成本低，成功通过原位反应制备出石墨烯，并且石墨烯在铝基复合材料中分布均匀，石墨烯增强的铝基复合材料的电导率和抗拉强度相较于纯铝均得到较大提升。

技术领域

本发明涉及一种原位合成石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，属于铝基复合材料的制备方法技术领域。

背景技术

铝基复合材料相对于传统基体合金具有高的比强度、比模量和优良的高温力学性能、低的热膨胀系数、优良的耐磨性，在航空、航天、汽车、电子和交通运输工业具有十分广阔的应用前景。按照增强体的不同，铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料、颗粒增强铝基复合材料和晶须增强铝基复合材料。石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，但同时其密度仅为钢的1/5，有望成为铝基复合材料最佳的增强体。

由于石墨烯大的比表面积(2600m²/g)，单位质量轻，使其相对于碳纤维、碳化硅等传统铝基复合材料增强体而言，更难与铝基体形成良好复合。石墨烯与铝基体之间的润湿性和分散性问题，是制备铝基基石墨烯复合材料的关键技术难题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种原位合成石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，该方法解决了石墨烯与铝基体之间的润湿性、分散性及防止石墨烯与铝基体生成化合物的问题，从而获得高强铝基复合材料。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种原位合成石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

S1、将铝原料熔化，浇铸为铝圆盘；

S2、将氟氯盐与碳化物进行混合；

S3、将混合均匀的氟氯盐与碳化物分为两部分，将其中一部分作为介质进行熔化，将铝圆盘压入熔融的氟氯盐和碳化物中，将另一部分的氟氯盐和碳化物作为覆盖层置于熔融的氟氯盐与碳化物和铝圆盘的上方，继续保温0.5～24h，获得高温融液；

S4、将高温融液浇入不锈钢模具中，并使氟氯盐与碳化物将铝液滴包裹在其中；

S5、待步骤S4获得的产物完全冷却后进行重融，重融过程为将冷却后的产物替换铝圆盘，重复步骤S2、S3和S4；所述重融进行一次或多次；

S6、待最终产物完全冷却，获得石墨烯增强的铝基复合材料。

在一个优选的实施方案中，在步骤S1中，所述熔化采用升温速度为5～10℃/min升温至700～900℃，保温0.5～6h。

在一个优选的实施方案中，在步骤S2中，所述氟氯盐为氟化锂、氟化钠、氟化铝、氟化钾、氟化镁、氟化钙、氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙中的至少两种混合；

所述碳化物为碳化硼、碳化硅、碳化钛、碳化锆、碳化钨中的一种或几种混合。

在一个优选的实施方案中，在步骤S2中，所述氟氯盐的总质量为铝原料的10％～200％，所述碳化物的质量为铝原料的0.1％～20％。