[发明专利]一种Al4C3改性Al基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Al₄C₃改性Al基复合材料及其制备方法，通过下述方法制备得到：(1）制备氧化石墨烯；(2)然后将纯铝粉冷冻在较低温度且保持一段时间；(3)将铝粉和一定量的石墨烯混合后，利用高能球磨机对上述混合冷冻铝粉进行球磨；(4)在铝粉和一定量的石墨烯混合后进行球磨的同时，逐量添加微量的Al₄C₃粉末，使石墨烯包覆铝粉界面结合进一步加强；(5)将制得的石墨烯包覆铝混合粉末进行成型，在一定的压力下且在此压制压力下进行保压；(6)将冷压成型后的坯料放入具有惰性气体保护的加热设备中进行烧结，最后制备出综合性能优异的石墨烯包覆铝基复合材料，便于其在电子行业的推广应用。

技术领域

本发明涉及一种Al₄C₃改性Al基复合材料及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

复合材料一般可分为三类：聚合物基复合材料（PMCs）、金属基复合材料（MMCs）、陶瓷基复合材料（CMCs）。金属基复合材料基体主要是铝、镍、镁、钛等。铝在制作复合材料上有许多特点，如质量轻、密度小、可塑性好，铝基复合技术容易掌握，易于加工等。此外，铝基复合材料比强度和比刚度高，高温性能好，更耐疲劳和耐磨，阻尼性能好，热膨胀系数低。同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要。因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。随着汽车和航空航天领域的发展，尤其是在太空空间，电离辐射等恶劣环境中对金属基复合材料的比强度，比模量，耐蚀性，导电导热等性能要求更高，传统的陶瓷纤维和颗粒增强体已经不能满足对材料性能的要求。

碳纳米管具有优良的力学、光学、电学、耐高温、耐腐蚀、质量轻等优异性能，这使得其可以作为一种理想的增强剂。碳纳米管力学性能的理论和实验研究表明，碳纳米管的韧性好、结构稳定、具有极小的尺度及优异的力学性能，是理想的一维纳米增强、增韧材料。由于优异的力学和物理性能，碳纳米管被认为是最具前景的铝基复合材料增强体之一。例如在公开号为 CN103602843A、CN1546695A、CN1730688A、CN101613079A 的发明专利中均介绍了碳纳米管增强铝基复合材料的制备技术，但是近些年研究发现，把碳纳米管作为增强体加入到铝基体中对铝基复合材料的增强效果并不明显。主要问题是由于碳纳米管增强铝基复合材料存在碳纳米管的团聚现象。

石墨烯是属于众多碳材料中的一员，相比于其他的碳材料，比如碳纳米管，富勒烯，石墨等，有着优异的物理性能和力学性能，这与其独特的二维平面结构有关。石墨烯是由 sp2杂化碳原子以蜂六边巢晶格结构构成的二维单原子层结构。每个碳原子与其周围的三个碳原子成键，C-C 键长是 1.42A。在石墨烯以及石墨中，由于C-C 键角都是120°，此时是不存在张力的，与 C-C 键角因小于 120°而存在张力的富勒烯或者碳纳米管相比，石墨烯中的 C 原子的反应活性要低于富勒烯或是碳纳米管中的 C 原子。