[发明专利]基于钛合金粒径与石墨烯层厚度错配的多尺度复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种基于钛合金粒径与石墨烯层厚度错配的多尺度复合材料，其特征在于，所述复合材料为包裹了石墨烯的钛合金粉末烧结而成，具有连续的网状分布结构；其中，所述钛合金粉末满足以下条件：具有大小两种尺度的粒径，且大粒径钛合金粉末的质量占比大于等于小粒径钛合金粉末的质量占比，不同粒径的钛合金粉末包裹的石墨烯层的厚度均相同，从而形成钛合金粒径与石墨烯层厚度的错配；

钛合金粒径与石墨烯层厚度的错配满足以下公式：

其中，r为钛合金粉末表面包裹的石墨烯层的厚度，R为钛合金粉末的中值粒径，V_Gr为添加的石墨烯的体积数，V_Ti为钛合金粉末的体积数。

2.根据权利要求1所述的基于钛合金粒径与石墨烯层厚度错配的多尺度复合材料，其特征在于，钛合金粉末的中值粒径满足：10μm≤中值粒径≤200μm。

3.根据权利要求1所述的基于钛合金粒径与石墨烯层厚度错配的多尺度复合材料，其特征在于，所述石墨烯的表面沉积有镍磷层，所述镍磷层的厚度大于0.2μm。

4.一种基于权利要求1所述的基于钛合金粒径与石墨烯层厚度错配的多尺度复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

将石墨烯分别包裹在不同粒径的钛合金粉末上得到表面修饰后的钛合金粉末，通过控制质量的方法使不同粒径的钛合金表面的石墨烯层厚度均相同，从而形成钛合金粒径与石墨烯层厚度的错配；

将两种不同粒径的表面修饰后的钛合金粉末按比例混合均匀，并对混合粉末真空干燥，之后再进行烧结得到多尺度复合材料；

所述控制质量的方法具体如下：选择其中一种粒径的钛合金粉末，与不同量的石墨烯进行复合烧结，并测试其力学性能，力学性能最佳的复合材料所对应的石墨烯的质量分数即为初始值，根据初始值计算石墨烯层的厚度，并进行钛合金粒径与石墨烯层厚度的错配；其中石墨烯层的厚度，钛合金粒径与石墨烯层厚度的错配均满足以下公式：

其中，r为钛合金粉末表面包裹的石墨烯层的厚度，R为钛合金粉末的中值粒径，V_Ti为钛合金粉末的体积数，V_Gr为添加的石墨烯的体积数，根据确定的初始值计算。

5.根据权利要求4所述的基于钛合金粒径与石墨烯层厚度错配的多尺度复合材料的制备方法，其特征在于，钛合金粉末的中值粒径满足：10μm≤中值粒径≤200μm。

6.根据权利要求4所述的基于钛合金粒径与石墨烯层厚度错配的多尺度复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的表面沉积有镍磷层，所述镍磷层的厚度大于0.2μm。

7.根据权利要求4所述的基于钛合金粒径与石墨烯层厚度错配的多尺度复合材料的制备方法，其特征在于，通过球磨混合将石墨烯包裹在钛合金粉末上，其中球磨时间为3h，转速为100-400rpm，球料比为5:1。

8.根据权利要求4所述的基于钛合金粒径与石墨烯层厚度错配的多尺度复合材料的制备方法，其特征在于，采用放电等离子工艺对混合粉末进行烧结，烧结条件为：在氩气气氛中进行，烧结温度为900℃，热压力为50MPa，升温速率为100℃/min，保温时间为5min。