[发明专利]一种双模结构石墨烯增强铝基复合材料的制备方法

说明书

一种双模结构石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，涉及一种铝基复合材料的制备方法。目的是解决石墨烯增强铝基复合材料制备时石墨烯容易团聚、以及制备的复合材料存在强度‑韧性倒置的问题。方法：向氧化石墨烯分散液中加入抗坏血酸溶液得到氧化石墨烯胶体，进行真空冻干得到三维石墨烯骨架，将三维石墨烯骨架和铝金属粉末混合后进行球磨得到混合粉末，然后依次进行压力浸渗制备铸锭、热变形处理和热处理。本发明制备的三维石墨烯骨架结构可以避免团聚现象，通过粗晶与细晶混配的“双模结构”，在提升材料强度的同时，也能保证材料的韧性。本发明适用于制备石墨烯增强铝基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种铝基复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯的出现给各领域的发展带来了革命性的进步。其具有单原子层厚的二维晶体结构，是目前已知最薄的材料。其电学、光学、热学和机械性能优异，其抗拉强度和弹性模量分别达到125GPa和1.1TPa，被认为是铝基复合材料的理想增强体。然而，目前石墨烯多用于功能材料和器件的研究。相比之下，在结构材料方面的研究较少，并且多集中于树脂基或陶瓷基复合材料。石墨烯应用在金属基复合材料尤其是制备石墨烯增强铝基复合材料中的研究起步较晚，但发展较快，已经取得了一些不错的结果，不过仍存在着两个突出的问题，一个是石墨烯团聚问题，另一个是制备的石墨烯增强铝基复合材料的强度-韧性倒置的问题，主要体现为：材料强度增加的同时韧性会降低；

石墨烯比表面积巨大，非常容易团聚，如何使石墨烯均匀分散于铝基体中，是石墨烯/铝复合材料制备的一个难点。目前，主要通过气相吸附分散、液相吸附分散以及固相球磨分散等方式进行分散。关于这一部分的相关研究已经取得了大量的研究成果，但是石墨烯的分散效果仍有待进一步加强，以获得性能更为优异的复合材料。通过文献调研发现，在研究过程中，学者们较少关注于对石墨烯进行预先的修饰或处理，使其自身不易团聚。

石墨烯增强铝基复合材料的强度-韧性倒置的问题普遍存在的，韧性的降低一方面导致材料提前断裂，无法充分体现强度，另一方面也限制了材料的加工以及应用。如何解决该问题，也成了石墨烯增强铝复合材料研究和应用的关键。

发明内容

本发明为了解决石墨烯增强铝基复合材料制备时石墨烯容易团聚、以及制备的复合材料存在强度-韧性倒置的问题，提出一种双模结构石墨烯增强铝基复合材料的制备方法。

本发明双模结构石墨烯增强铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：

一、称料

按质量分数称取1.2％～1.8％的氧化石墨烯和98.2％～98.8％铝金属粉末作为原料；

二、三维石墨烯的制备与分散

将步骤一称取的氧化石墨烯加入到蒸馏水进行超声分散，得到氧化石墨烯分散液；在磁力搅拌条件下向氧化石墨烯分散液中加入抗坏血酸溶液，得到氧化石墨烯胶体，将氧化石墨烯胶体进行真空冻干，得到三维石墨烯骨架；将三维石墨烯骨架和步骤一称取的铝金属粉末混合后进行球磨，得到混合粉末；

三、双模结构石墨烯增强铝基复合材料铸锭的制备

将步骤二所得的混合粉末装入模具中进行冷压处理，得到复合材料预制体，然后采用压力浸渗工艺进行制备双模结构石墨烯增强铝基复合材料铸锭；

四、将步骤三中得到的双模结构石墨烯增强铝基复合材料铸锭进行热变形处理；

五、将步骤四中得到的铸锭进行热处理，即完成。

本发明具备以下有益效果：