[发明专利]一种采用3D打印技术制备钛基石墨烯复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种钛基石墨烯复合材料的制备方法，尤其涉 及一种采用3D打印技术制备钛基石墨烯复合材料的方法。

背景技术

钛及钛合金具有高的比强度、比刚度、抗高温性等优点，已成为工业、民用和军用 领域重要的结构材料，但是其热导问题，限制了钛及钛合金在许多领域中的应用。石墨 烯基材料具有优良的导热性，将会成为合适的增强材料，它可同时改善钛合金的热导和 力学特性。

传统的钛基石墨烯复合材料的制备方法为电化学法、气相沉积法、化学还原法、热 压扩散结合法和原位生长法，多以薄膜，涂层为主，也可以制作少量的形状简单、体积 较小的块体材料，石墨烯添加量不可精确控制，且工艺方法比较繁复，易形成“眼角” 空洞缺陷，同时材料的塑性、断裂韧性、疲劳性能有所降低。

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最 新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印 材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机 上的蓝图变成实物。目前已经有将3D打印技术用于制备石墨烯气凝胶材料，如专利号 为CN201510375733.8的中国专利《一种利用3D打印技术打印石墨烯气凝胶材料的方 法》，也有用来制备立体石墨烯，如专利号为CN201410237601.4的中国专利《一种基于 3D打印泡沫金属制备立体石墨烯的方法》，但是对于制备钛基石墨烯复合材料采用3D 打印技术还未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用3D打印技术制备钛基石墨烯复合材料 的方法，具有工艺简单、易操作的特点，制备的块体材料体积大，形状可控，且石墨烯 的添加量可实现精确控制。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种采用3D打印技术制备钛基石 墨烯复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)首先采用高能球磨的方式将钛及其合金粉末与石墨烯粉末混合均匀，得到钛基/ 石墨烯复合粉末，其中石墨烯的加入量占总质量的0.1-3wt％；

2)将硬脂酸酒精溶液加入混合均匀的复合粉末中再次球磨，将再次球磨的复合粉 末过筛造粒，得到粒径为10～70μm的钛基/石墨烯复合粉末；

3)将混合粉末分批装入供粉箱，用丙酮擦拭基材表面，除去油污，最后采用3D打 印技术制备出大块致密的钛基石墨烯复合材料，其最大尺寸可达250×250×300mm， 致密度＞99％。

作为改进，所述钛及其钛合金粉末可为球状、片状或不规则形状，粒径为10～50μm。

作为改进，所述石墨烯粉末具有单层或多层结构，厚度小于30nm。

作为改进，所述步骤1)的高能球磨的方式为行星式高能球磨，球磨机转速为 100～300rpm，每转1h停15～25min，再反转1h停15～25min，共计2～4个循环，其中球 磨介质为WC硬质合金球，球料比为3～5:1。

再改进，所述球磨机转速每转1h停20min，再反转1h停20min，共计3个循环， 球料比为4:1。

再改进，所述步骤2)的再次球磨的球磨时间为4～6min。球磨机转速为100～300rpm。

再改进，所述步骤2)的硬脂酸酒精溶液是将硬脂酸加入到温度大于50℃的酒精溶 液中配制而成，其浓度为0.05～0.3g/ml。

进一步改进，所述步骤2)的过筛造粒是指将再次球磨的混合粉末通过180～220目 筛，得到粒度为10～70μm的钛基/石墨烯混合粉末。

最后，所述步骤3)的3D打印技术是指采用SLM-I型激光立体成型设备在高纯(纯 度＞99.999％，含氧量≤1.5ppm)氩气环境下，采用激光铺粉方式，其工艺参数为激光 功率为300～400W，光斑直径为0.08～0.12mm，扫描速度为1000-1250mm/s，供粉量为 0.09-0.12mm/层，层高为0.03-0.06mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用3D打印技术进行制备，可以根据实际 需求制备出形状复杂的钛基石墨烯复合材料实用件，且制备出的块体材料体积大，最大 尺寸为250×250×300mm，致密度＞99％，形状可控，石墨烯的加入量在0.1-3wt％的 范围内精确控制，同时制备工艺简单、实验操作方便，制备效率较高。