[发明专利]石墨烯复合材料制备方法

摘要

本发明公开了一种石墨烯复合材料制备方法，涉及石墨烯复合材料的制备方法技术领域。所述方法通过多次离心凝固的方式进行石墨烯‑金属基多层复合材料的制备，制备时间短，能耗低，制备设备价格低，有利于大规模生产和推广。

主权项

1.一种石墨烯复合材料制备方法，其特征在于包括如下步骤：S101：将主体金属材料加入熔炼浇注系统（3）的熔炼坩埚（3‑1）中，并控制熔炼加热器（3‑2）工作进行熔炼，根据热偶（1）的显示温度，到达设计温度T1后，将不同于主体金属材料的另一种元素棒材（2）添加到熔炼坩埚（3‑1）中，使得熔炼坩埚（3‑1）中熔体成分为C1；通过控制熔炼浇注系统（3）中熔体控制阀门（3‑4）打开，将熔化的熔体通过熔体浇道（5）浇入水平设置的离心铸型（7）中，然后关闭熔体控制阀门（3‑4），熔体在离心铸型（7）的离心力的作用下形成管状形状；S102：同时通过控制离心铸型加热器（8）给其内的熔体加热，并通过离心铸型（7）内的第一红外测温仪（12）和第二红外测温仪（14）给其内的熔体进行测温，然后通过反应气体注入管（9）注入甲烷气体，甲烷气体在离心铸型中的熔体（10）表面分解为碳及氢气，部分碳元素进入离心铸型中的熔体（10）中，并在离心铸型中的熔体（10）表面形成石墨烯层（13）；关闭反应气体注入管（9）；然后根据第一红外测温仪（12）和第二红外测温仪（14）的温度，控制离心铸型中的熔体（10）凝固；形成第1层石墨烯‑合金复合材料层；S103：在一层石墨烯形成，且离心铸型（7）中的第一层熔体（10）凝固后，将不同于主体金属材料的另一种元素棒材（2）添加到熔炼坩埚（3‑1）中，使得熔炼坩埚（3‑1）中熔体成分为C2，根据热偶（1）测量的温度，到达设计温度T2后，然后通过控制熔体控制阀门（3‑4）打开，将熔化的熔体通过熔体浇道（5）浇入水平设置的离心铸型（7）中，然后关闭熔体控制阀门（3‑4），熔体在离心力的作用下形成管状形状；S104：同时通过控制离心铸型加热器（8）给离心铸型内的熔体加热，通过第一红外测温仪（12）和第二红外测温仪（14）显示的温度给熔体进行加热控制，要求此时的熔体凝固点要小于上一层金属熔体的凝固点；然后通过反应气体注入管（9）注入甲烷气体；甲烷气体在离心铸型中的金属层（10）表面分解为碳及氢气，部分碳元素进入离心铸型中的熔体（10）中，并在离心铸型中的熔体（10）表面形成第二层石墨烯层（13）；然后根据第一红外测温仪（12）和第二红外测温仪（14）的温度，控制离心铸型中的熔体（10）凝固；形成第2层石墨烯‑合金复合材料层；S105：重复上述S103‑S104的步骤，使得熔炼坩埚（3‑1）中熔体成分达到Cn，设计合金体系最低温度达到Tn，形成第n层石墨烯‑合金复合材料层后，通过控制离心铸型加热器（8）的功率，离心铸型中的复合材料层在离心转动下，冷却已经制备的石墨烯‑合金复合材料层，使得第一红外测温仪（12）和第二红外测温仪（14）测量的温度降低ΔT，然后重复步骤S101，将主体金属材料添加入熔炼坩埚（3‑1）中，使得熔炼坩埚（3‑1）中熔体成分返回至为C1，同时设计温度恢复至T1‑ΔT，将熔体直接注入离心铸型（7）中，直接凝固为固体，充入甲烷形成第n+1层石墨烯‑合金复合材料层；然后重复步骤S103，使得熔炼坩埚（3‑1）中熔体成分为C2，设计温度为T2，熔体注入离心铸型（7）中，然后充入甲烷，形成第n+2层石墨烯‑合金复合材料层；S106：重复步骤S105直到形成第2n层石墨烯‑合金复合材料层；S107：重复以上过程形成具有多层结构的石墨烯‑金属基复合材料。