[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

说明书

本发明涉及一种定向排列石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其针对石墨烯在铝基体中分散不均匀、难以与铝基体形成牢固界面结合的情况，以铝为基体、石墨烯为增强体，经球磨、超声分散、混粉、烘干、振动加压、等离子放电烧结，制备了定向排列石墨烯增强铝基复合材料。此制备方法工艺先进，数据精确翔实，工序严密，制备出的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，是先进的定向排列石墨烯增强铝基复合材料的制备方法。

技术领域

本发明涉及一种定向排列石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，属于有色金属复合材料制备的技术领域。

背景技术

石墨烯的力学性能优异，是当前制备金属基复合材料的一种增强体。通过向铝基体中添加石墨烯可以提升铝及铝合金的力学性能，从而拓宽铝的应用范围，同时为铝基复合材料工业化发展创造有利条件。但是，石墨烯本身具有易团聚的特性，难以在铝中均匀分散。而且，由于独特的二维结构，石墨烯的性能具有很强的各向异性，容易出现性能差异较大的现象。因此，实现石墨烯的均匀分散和定向排列有利于提升石墨烯增强铝基复合材料的性能。

目前，石墨烯增强铝基复合材料主要是采用热压烧结的制备方法，这种制备方法时间长、效率低，且制备的样品内部缺陷较多；另一种常用方法是熔融搅拌铸造法，该方法成型工艺复杂，工艺过程中的温度难以准确控制，石墨烯易发生团聚和被高温烧毁；与之比较，振动等离子烧结对于石墨烯增强铝基复合材料的制备有较多潜在优势，此技术还处于科学研究中。

如何将石墨烯均匀分散到铝基体中，并且在不破坏石墨烯的微观结构的情况下使石墨烯和铝基体间形成良好的界面结合，是制备石墨烯增强铝基复合材料的技术难题。同时，引入定向排列的石墨烯，可以有效增强复合材料的强度，更好的调控材料性能。当前，定向排列石墨烯增强铝基复合材料还处于研究阶段，其工艺技术还有待进一步提高。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的状况，以铝为基体、石墨烯为增强体，制备出定向排列石墨烯增强铝基复合材料。

技术方案

本发明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