[发明专利]一种石墨铝复合材料的制备方法及其应用

说明书

一种石墨铝复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：S1：将石墨蠕虫或纳米碳粉体与有机溶剂装入密闭水冷压力反应釜中，以剪切速度≥9000转/秒的速度进行混合、分散，制得纳米碳浆料；S2：将步骤S1制得的纳米碳浆料中加入原料粉体：石墨粉或纳米碳粉、锌粉、铬粉、锆粉，并搅拌混合均匀；S3：将CO₂气体通入密闭水冷压力反应釜中，先升温、加压，再降温和/或降压，得到纳米碳混合体；S4：将铝合金原料基体加热升温至400℃～550℃，再加入步骤S3得到的纳米碳混合体，搅拌混合均匀，升温至560℃～900℃，保持30min～600min，最终得到石墨铝复合材料。本发明提出的一种石墨铝复合材料的制备方法，工艺简单，生产效率高，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于铝合金复合材料技术领域，更具体地，本发明涉及一种石墨铝复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，铸造铝合金具有良好的铸造性能，可以制成形状复杂的零件，不需要庞大的附加设备，具有节约金属、降低成本等优点，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶等工业中已大量应用。

石墨是目前使用最广泛的固体润滑材料之一，在众多电子散热材料中，石墨以高热导率、低膨胀系数、低密度的优异性能吸引着人们的关注，我国石墨矿藏丰富，价格低廉，适合石墨铝复合材料的大规模工业化生产和应用推广。纳米碳具有超强的模量、强度、导电性和导热性，是一种理想的铝合金的增强相，添加1％左右纳米碳可以显著提升铝合金的机械性能，提高纳米碳在铝合金中的含量是实现性能增强的可选途径。

石墨铝复合材料在制备过程中存在石墨与铝结合性较弱，易发生界面反应产生脆性相，增强颗粒分布不均产生气孔等问题，对铝合金复合材料的性能造成不良影响。针对上述问题，本发明在纳米碳浆料中加入石墨/纳米碳与合金元素，改善了碳表面缺陷，增加了碳与金属的结合性，减少了碳和铝的界面反应及脆性相的产生，有效的提高了复合材料的各项性能。

发明内容

本发明为了克服铝合金复合材料制备过程中存在石墨与铝结合性弱，易发生界面反应产生脆性相，增强颗粒分布不均产生气孔等问题，提供了一种工艺简单、可较快速生产的石墨铝复合材料的制备方法。

本发明提供的具体解决方案包括如下步骤：

S1：将石墨蠕虫或纳米碳粉体与有机溶剂装入密闭水冷压力反应釜中，以剪切速度≥9000转/秒的速度进行混合、分散，制得纳米碳浆料；

S2：将步骤S1制得的纳米碳浆料中加入原料粉体：石墨粉或纳米碳粉、锌粉、铬粉、锆粉，并搅拌混合均匀；

S3：将CO₂气体通入密闭水冷压力反应釜中，先升温、加压，再降温和/或降压，得到纳米碳混合体；

S4：将铝合金原料基体加热升温至400℃～550℃，再加入步骤S3得到的纳米碳混合体，搅拌混合均匀，升温至560℃～900℃，保持30min～600min，最终得到石墨铝复合材料。

进一步地，所述步骤S1中石墨蠕虫的比表面积大于40m²/g，所述石墨蠕虫由可膨胀石墨加热至400～1100℃膨胀后得到，所述可膨胀石墨的膨胀倍数大于200倍。

进一步地，所述步骤S1中石墨蠕虫或纳米碳粉体与有机溶剂的质量比为(1～25)：100。

进一步地，所述步骤S1中的有机溶剂由无水甲醇、无水乙醇按照质量比(20～40)：(60～80)配制而成。

进一步地，所述步骤S1中纳米碳浆料的平均粒径小于40μm。

进一步地，所述步骤S2中混合原料粉体与纳米碳浆料的质量比分别为(10～40)：100；所述石墨粉或纳米碳粉、锌粉、铬粉、锆粉的质量比为(1～80)：(1～40)：(1～20)：(1～25)。