[发明专利]石墨烯-金属复合料的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯‑金属复合料的制备方法，该石墨烯‑金属复合料包括复合粉末材料、复合材料坯料和复合材料，石墨烯‑金属复合粉末材料制备方法包括：将金属粉末和多层石墨烯粉末混合分散；将分散的粉末进行原位生长，并冷却取出；将取出的复合粉料再与多层石墨烯混合分散；将分散的混合料再进行原位生长并冷却取出；重复再分散和再原位生长步骤2‑10次，得到石墨烯‑金属粉末复合材料，石墨烯复合材料坯料和石墨烯‑金属复合材料均由石墨烯‑金属复合粉末材料经过加工制成。本发明以多层石墨烯为碳源，利用石墨烯中的缺陷碳易于升华的特点，将不稳定碳转化为碳源，为石墨烯在金属粉末表面的高质量原位生长提供保证。

技术领域

本发明涉及金属复合材料领域，特别涉及一种石墨烯-金属复合料的制备方法。

背景技术

金属基复合材料的应用领域、发展速度以及生产规模，已经成为衡量一个国家科技水平及工业化进程的重要标志，是各国争相发展的战略性新材料。面对航空航天国防科技领域以及高铁等民用工程的飞速发展，传统金属材料的性能已无法满足性能需求，对于综合性能优异的金属基复合材料需求的问题也日益凸显。

石墨烯增强金属基复合材料具有巨大的应用潜力，科研工作者已经做了大量的研究，相关的制备方法也已经较为成熟，尤其在提升铝基、铜基、镍基材料的力学性能方面已经有了一定的进展。使用传统的粉末冶金工艺可以促进石墨烯与基体间的结合；电化学工艺阻止界面反应；球磨法促进石墨烯分散，并可以精确控制石墨烯含量；分子级混合技术则较好的改善石墨烯与金属基体间对的接触界面，是非常有发展前景的制备方法。

近年来石墨烯具有优异的综合性能引起科研工作者们的广泛关注。同时，石墨烯作为金属基复合材料的增强体的研究也在不断取得进展，充分表现出其在理论研究以及实际生产应用领域的应用潜力与发展前景。但目前仍有很多问题有待解决：1)实验所使用的石墨烯往往存在缺陷，严重影响石墨烯性能；2)石墨烯与部分金属基体间的润湿性不好，这就使得复合材料的界面结合强度不好，同时有些时候界面处会发生反应形成其它性能不好的相；3)石墨烯容易在金属基体中发生团聚现象，其形貌以及均散性难以控制；4)石墨烯与金属基体间的强化机理不明确，实验过程耗时耗力，且实验结果具有偶然性。

通过成熟高效的工艺制备出质量稳定且性能优异的增强体石墨烯材料是开展复合材料研究的基础，改进与完善现有制备工艺仍是今后石墨烯复合材料研究的重点。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题，本发明提供一种石墨烯-金属复合粉末材料、石墨烯-金属复合材料坯料和石墨烯-金属复合材料的制备方法。

根据本发明的一个方面，提供一种石墨烯-金属复合粉末材料制备方法，包括以下步骤：a.将金属粉末和多层石墨烯粉末混合分散；b.将分散后的混合粉末常温送入化学气相沉积设备中，设置生长条件，进行石墨烯在金属粉末表面的原位生长，生长完毕后，设置冷却条件，冷却至室温取出；c.将取出的原位生长复合粉料再与多层石墨烯混合分散，得混合料；d.将步骤c获得的混合料在常温下再次送入化学气相沉积设备，并保持步骤b所述生长条件和冷却条件再次进行石墨烯的原位生长，并取出；e.重复操作步骤c和步骤d 2-10次，得到石墨烯-金属粉末复合材料。

其中，步骤a中的混合分散采用球磨方法进行，步骤b的原位生长条件包括：封闭炉管；抽出炉内残留空气后通入定量的氢气和氩气；在室温下开始匀速升温至生长温度，然后在该温度下保温，并适时进行翻滚搅拌均匀，进行原位生长。

其中，步骤b中：生长温度为1000-1080℃，通入的氩气流量100-1000sccm，通入氢气流量为10-100sccm，升温时长为40-50min，保温时长为60-180min。

其中，步骤b的冷却条件包括通过匀速或分梯度的方式进行降温。