[发明专利]一种定向排列石墨烯增强铝基复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种定向排列石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：

使用的化学物质材料为：石墨烯、铝、无水乙醇、去离子水、氩气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

石墨烯：C 固态粉体 1g±0.001g

球形铝粉：Al 固态粉体 100g±0.001g

无水乙醇：C₂H₅OH _{液态液体 2000mL±10mL}

去离子水：H₂O 液态液体 1000mL±5mL

氩气：Ar 气态气体 2000000cm³±100cm³

制备方法如下：

1）球磨

称取球形铝粉99.5g，量取无水乙醇500mL，加入行星式球磨机的球磨罐中；然后，封闭罐口，用真空泵抽出球磨罐中的空气，同时向球磨罐中通入氩气，持续时间为2min；然后，启动行星式球磨机进行球磨，磨球重量为2000g，磨球直径为6mm，球磨转速为200r/min，球磨时间为6h；为避免发生冷焊，每球磨30min，暂停球磨30min以降温，由此制得铝粉浆液；然后，用分样筛将铝粉浆液和磨球进行分离；

2）超声分散

称取石墨烯0.5g±0.001g，量取去离子水300mL，加入容量为500mL的烧杯中，并用玻璃棒进行旋转搅拌；然后，将烧杯放入超声波振荡器中进行超声分散，振荡频率为720W，分散时间为2h，由此制得石墨烯分散液；

3）混粉

将铝粉浆液和石墨烯分散液加入容量为1000mL的烧杯中进行机械搅拌，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为50min，由此制得混合浆液；

4）烘干

将盛有混合浆液的烧杯放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为24h，由此制得混合粉末；

5）振动加压

将混合粉末放入振动等离子烧结炉的石墨模具中，固定好模具后关闭炉门，用真空泵抽出炉腔中的空气；然后，启动振动等离子烧结炉的加压装置和振动装置，对石墨模具中的混合粉末进行振动和加压，压强为50MPa，振动频率为10Hz，振动时间为5min；

6）等离子放电烧结

关停振动等离子烧结炉的振动装置，并启动等离子放电装置，对石墨模具中的混合粉末进行放电烧结，烧结温度为550℃，烧结时间为10min，烧结升温速率≤100℃/min，由此将石墨模具中的混合粉末烧结成定向排列石墨烯增强铝基复合材料；然后，关停振动等离子烧结炉的加压装置和等离子放电装置，用冷却水对振动等离子烧结炉的炉体进行降温；打开炉门，取出石墨模具中的定向排列石墨烯增强铝基复合材料；

7）清理、清洗

用无水乙醇清洗定向排列石墨烯增强铝基复合材料，清洗后晾干；

8）检测、分析、表征

对定向排列石墨烯增强铝基复合材料的形貌、组织结构、力学性能进行检测、分析、表征；

用金相分析仪进行金相组织分析；

用维氏硬度计进行硬度分析；

用电子万能试验机进行抗拉强度分析；

结论：定向排列石墨烯增强铝基复合材料硬度达97.7HV，抗拉强度达189MPa，石墨烯在铝基体中定向排列，且与铝基体有良好的界面结合。