[发明专利]基于喷墨打印技术制备石墨烯增强铝基复合材料的方法及制得的石墨烯增强铝基复合材料

说明书

本发明公开了基于喷墨打印技术制备石墨烯增强铝基复合材料的方法及制得的石墨烯增强铝基复合材料。该方法包括：往改性石墨烯分散液加入纯铝粉或铝合金粉，搅拌，烘干得到复合粉末；与固化剂混匀，得到砂料，喷墨打印，得到预制体；将预制体置于模具中，预加热至300‑600℃后，倒入铝液浇铸，通过压力浸渗制得石墨烯增强铝基复合材料。本发明提供的制备方法，对石墨烯进行表面改性，改善了石墨烯与铝的润湿性，减少石墨烯的团聚；采用喷墨打印技术先制备石墨烯铝基复合材料预制体，再通过压力浸渗制备石墨烯铝基复合材料，使石墨烯分散均匀，复合材料的致密度高；制备周期短，效率高，有利于产业化。

技术领域

本发明属于金属基复合材料领域，具体涉及一种基于喷墨打印技术制备石墨烯增强铝基复合材料的方法及制得的石墨烯增强铝基复合材料。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有非常好的热传导性能，单层石墨烯导热系数可达 5300W/mK，同时具有很好的导电性，石墨烯的力学性能也非常好，强度高且韧性好，是金属基复合材料理想的增强体之一。

目前常用的石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，主要是粉末冶金法；采用粉末冶金法制备石墨烯增强铝基复合材料，在烧结成型的过程中，石墨烯会再次发生团聚，导致制备的复合材料内部孔隙较多。另外，采用粉末冶金法制备周期长，且成本较高。

采用3D打印技术与压力浸渗结合制备复合材料的方法中，3D打印技术通常采用材料挤出成型方式制备预制体，需先将材料加热制成熔融状态的浆料，在高温环境下，石墨烯可能再次发生团聚，且易与铝发生反应生产Al₄C₃，对复合材料产生不利影响(3D打印制备SiC预制体增强铝基复合材料的微观组织，特种铸造及有色合金2017年第37卷第9期，路建宁等)。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于喷墨打印技术制备石墨烯增强铝基复合材料的方法及制得的石墨烯增强铝基复合材料。

本发明提供了一种基于喷墨打印技术制备石墨烯增强铝基复合材料的方法。该方法通过对石墨烯表面改性处理，改善石墨烯与铝的表面润湿性，以多孔结构的石墨烯/铝复合材料预制体为骨架，可避免石墨烯在后续处理过程中发生团聚，有效提高了石墨烯的增强效果。

该方法首先建立一个三维模型，将复合粉末与固化剂混合后制成砂料，然后将砂料均匀铺在工作平台上，喷墨打印头根据三维模型转换的二维截面喷洒粘结剂，层层叠加，获得多孔结构的石墨烯/铝复合材料预制体；将预制体与模具放入电阻炉种预热后取出，倒入铝液浇铸，加压使铝液渗预制体中，保压一段时间后脱模，从而制备石墨烯增强铝基复合材料。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的基于喷墨打印技术制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，包括如下步骤：

(1)将石墨烯碱洗、酸洗后，浸泡在化学镀液中，在搅拌状态下进行表面改性处理，取出，清洗，干燥，得到改性石墨烯；

(2)将步骤(1)所述改性石墨烯加入有机溶剂中，超声分散均匀，得到改性石墨烯分散液，然后往所述改性石墨烯分散液加入纯铝粉或铝合金粉，搅拌处理，过滤取沉淀，烘干，得到复合粉末；

(3)将步骤(2)所述复合粉末与固化剂混合均匀，得到砂料，将所述砂料喷墨打印(均匀铺在工作平台上，在铺好的复合粉末上根据二维截面喷洒粘结剂，打印出一层后，工作台下降一个高度，层层叠加)，得到多孔结构的石墨烯/铝复合材料预制体；

(4)将步骤(3)所述多孔结构的石墨烯/铝复合材料预制体置于模具中，预加热至300-600℃后，倒入铝液浇铸，通过压力浸渗制得所述石墨烯增强铝基复合材料。