[发明专利]一种石墨烯增强导热铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供的一种石墨烯增强导热铝基复合材料，包括金属铝层和石墨烯金属铝复合结构层，金属铝层保留了铝金属所特有的抗氧化、耐腐蚀、导电性和导热性；石墨烯金属铝复合结构层，片状石墨烯的碳原子以sp²键紧密排列成的二维蜂窝状晶格结构二维几何形状与铝基体材料的强耦合，使得片状石墨烯可以沿面内热传导，从而提高石墨烯金属铝复合结构层热导率，特别是片状石墨烯被金属铝包围固化，有效地增强了散热和热阻的降低，起到了石墨烯增强导热的效果；本发明制备方法克服了现有制备方法石墨烯与铝基材料球磨混合温度较高时，易发生界面反应生成A1₄C₃、A1₄C₃破坏石墨烯基复合材料的力学、电学、热学性能的技术问题。

技术领域

本发明属于铝基复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯增强导热铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是制备高性能金属基复合材料的理想增强体，将其加入到铝基体中，有望大幅提高铝基体的力学及热学等性能。铝基复合材料由于质量轻、比强度高、热膨胀系数低、易于加工等优良性能，已成为金属基复合材料中一种重要的复合材料，广泛地应用在民用和军用领域。目前石墨烯铝基复合材料的制备主要存在以下3个方面的难题：(1)石墨烯的团聚问题，石墨烯属于一种两维纳米材料，自身具有易团聚性,由于石墨烯与铝基体的浸润性很差，因此当石墨烯加入到铝基体中后，极易出现团聚现象，使石墨烯难于在铝基体中均匀分布；(2)石墨烯难于在铝基体中均匀分布，导致石墨烯在铝基体中不易形成强的界面结合；(3)石墨烯与铝基材料球磨混合温度较高时，易发生界面反应生成A1₄C₃，A1₄C₃的生成破坏了石墨烯铝基复合材料的力学、电学、热学性能。现有的石墨烯与铝基材料大多数采用球磨分散混合，在球磨过程中，不锈钢球和铝颗粒都对石墨烯产生撞击、剪切等机械作用，使两维纳米石墨烯材料边界缺损、断裂等缺陷增加，两维纳米石墨烯材料缺陷越多，其力学、电学、热学和光学等性能就越差，甚至会导致石墨烯难于发挥作用。

发明内容

本发明针对现有的制备工艺和石墨烯铝基复合结构的缺陷，提出一种不降低金属铝本身的力学性能、电气性能，且增强导热性能，综合性能更优越的石墨烯增强导热铝基复合材料，及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种石墨烯增强导热铝基复合材料，包括金属铝层和石墨烯金属铝复合结构层，所述石墨烯金属铝复合结构层是片状石墨烯间渗流金属铝层构成。

进一步地，所述片状石墨烯的层数为1～8层，所述片状石墨烯的厚度为0.336nm～2.7nm。

片状石墨烯，具有优异的力学、电学、热学和光学等性能，将其均匀分布嵌入到铝基体中，可显著提高铝基体的电学、力学及热学等性能。

所述的CMC，中文名称羧甲基纤维素钠，在本技术方案制备石墨烯浆料过程起到粘合剂作用。

所述的去离子水，是去除钙、镁两种元素的离子，在本技术方案中，避免钙、镁离子在高温时与铝元素、碳元素反应或生成杂质相，避免发生界面反应，所用的去离子水电阻值为≥18兆欧。

本发明还提供一种石墨烯增强导热铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S01：按比例称取片状石墨烯、CMC和去离子水置于釜内，在100rpm转速下搅拌2小时，得到混合物；

S02：将步骤S01中所得混合物采用砂磨机砂磨，将团聚的片状石墨烯、CMC分散于去离子水中，得到石墨烯浆料；

S03：将步骤S02得到的石墨烯浆料涂布于铝质板型材的一表面，置真空干燥箱内，真空干燥，真空干燥的真空度≤500pa，真空干燥的温度为60℃，得到石墨烯浆料涂布铝质板型材；