[发明专利]一种利用石墨烯增强铝基复合材料废料制备团簇型铝基复合材料的方法

说明书

一种利用石墨烯增强铝基复合材料废料制备团簇型铝基复合材料的方法，涉及一种制备铝基复合材料的方法。目的是解决石墨烯增强铝基复合材料存在强度‑韧性倒置、以及石墨烯增强铝基复合材料难以回收再利用的问题。方法：石墨烯增强铝基复合材料废料破碎、清洗、烘干和退火，球磨后球化，将球化复合材料粉末压制成预制体并加入铝金属液体进行压力浸渗，最后进行热挤压和热处理。本发明利用石墨烯增强铝基复合材料废料制备团簇型铝基复合材料，制备的复合材料致密度更高，塑性和韧性提高，降低了压力浸渗的工艺难度，提高了成品率。本发明适用于制备石墨烯增强铝基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种制备铝基复合材料的方法。

背景技术

石墨烯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，被认为是铝基复合材料的理想增强体。石墨烯抗拉强度和弹性模量分别达到125GPa和1100GPa，室温电子/空穴迁移率达15000cm²·V^-1·s^-1，极高的热导率，达到5000W·m^-1·K^-1。目前，石墨烯在结构材料方面的应用多集中于树脂基、陶瓷基复合材料等，而在金属基复合材料方面研究的起步较晚。

根据文献调研，石墨烯增强铝基复合材料的制备流程已经基本完善，主要分为预分散，制备成型，热变形处理和热处理。然而，通过研究发现，石墨烯增强铝基复合材料中存在强度-韧性倒置的问题，即材料强度增加的同时，材料韧性会降低，这也是结构材料研究中普遍存在的问题。目前的制备和处理方法可以得到高强度的石墨烯增强铝复合材料，但都一定程度的损失了材料的韧性。而韧性的降低一方面由于材料提前断裂失效，其强度无法充分体现，另一方面也限制了材料的加工以及应用。

石墨烯增强铝基复合材料得到广泛应用之后将面临回收的问题，受资源可回收利用和环境保护意识等可持续发展目标的影响，金属基复合材料的回收和再生研究也必将成为复合材料研究的重点，然而目前，石墨烯增强铝基复合材料研究领域尚未有相关研究报道。

发明内容

本发明为了解决石墨烯增强铝基复合材料存在强度-韧性倒置、以及石墨烯增强铝基复合材料难以回收再利用的问题，提出了一种团簇型石墨烯增强铝复合材料的制备方法。

本发明利用石墨烯增强铝基复合材料废料制备团簇型铝基复合材料的方法按以下步骤进行：

一、石墨烯增强铝基复合材料废料的预处理

将石墨烯增强铝基复合材料废料破碎，然后依次进行退火、清洗和烘干，得到预处理废料颗粒；

所述退火工艺为：在345～355℃保温3.5～4.5小时，然后随炉冷却；

二、复合材料粉末制备

将预处理废料颗粒进行球磨处理，得到平均粒径为10～20μm复合材料粉末；对复合材料粉末进行球化处理，得到平均粒径为3～6μm的球化复合材料粉末；

三、复合材料的制备

将球化复合材料粉末装填至模具内进行压制得到预制体；在保护气氛下将预制体预热至630～650℃并保温2～3h；取与石墨烯增强铝基复合材料废料中铝基体材质不同的铝金属并在保护气氛下加热至熔点以上150～250℃，得到铝金属液体；将铝金属液体加入至模具内，进行压力浸渗，然后冷却至室温，得到团簇型石墨烯增强铝基复合材料铸锭；

四、热挤压

将步骤三得到的团簇型石墨烯增强铝基复合材料铸锭置于热挤压机中进行热挤压；

五、热处理

将步骤四中得到的团簇型石墨烯增强铝基复合材料加热至400℃～450℃并保温1h，即完成。

本发明具备以下有益效果：