[发明专利]一种石墨烯泡沫铝复合金属材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属复合材料加工领域，具体涉及一种石墨烯泡沫铝复合金属材料及制备方法。

背景技术

泡沫铝是一种高孔隙率的多孔材料，它比重小、耐热、吸音、抗震、有特殊的物理和化学性能。其既可作为功能材料，又可作为结构材料，在机械、电子、建筑、高铁、汽车、轻化工、军工等领域有广泛的应用前景，市场前景诱人，如用作轻质装潢建筑材料、轻化工填料及催化剂、热交换器、阻燃材料、隔音消声、减震抗冲、电磁屏蔽等。作为一类优良的吸声材料与减重材料，泡沫铝材在建筑中有广泛的应用。建筑设施有许多构件需用质轻、刚性大与不燃性的材料制造，或者用这类材料作为支持框架。同时泡沫铝材具有各向同性、不燃烧、保持结构完整的特点，在航空航天工业有着相当大的应用潜力。

泡沫铝可分为闭孔结构的泡沫铝和开孔结构的泡沫铝两种, 前者含大量独立存在的气泡, 而后者则是连续畅通的三维孔结构。泡沫铝的组织形貌特征, 包括孔的结构( 开孔或闭孔) 、相对密度、孔的大小、孔的形状、孔壁的厚度、各向异性等, 这些特征可借助于光学显微镜、扫描电镜、X 射线断层造影术进行分析研究, 在这方面研究发展较为迅速。由于结构 不同, 其性能有很大差异, 故具有不同的用途, 与传统的金属铝相比较, 泡沫铝因具有如下一些特征, 在冶金、化工、航空航天、船舶、电子、汽车制造和建筑业等领域得到了广泛的应用。泡沫铝的力学性能主要由其密度决定, 但孔的尺寸、结构与分布同样是决定力学性能的重要参数。泡沫铝的杨氏模量与剪切模量都随密度的增加而增加。为了保持在低密度下良好的强度，需要对其进行增强。

石墨烯是由一层碳原子组成的平面碳纳米材料，是目前已知最薄的二维材料，其厚度仅为0.335nm，它由六方的晶格组成。石墨烯中的碳原子之间由σ键连接，赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性，被广泛应用于复合材料的增强领域。

中国发明专利申请号201610162661.3公开了一种泡沫骨架增强聚合物基复合材料及其制备方法，有泡沫骨架，表面强化材料与基体材料组成，或在其中加入强化颗粒，具体制备技术为将泡沫骨架清洗、烘干后，采用化学气相沉积在泡沫骨架表面生长强化层金刚石膜、石墨烯膜、碳纳米管膜后，与聚合物基体复合获得。由此可知，该技术方案是通过骨架基体表面生长强化材料来实现强化目的，但是，用化学气相沉积制备强化层强化效果受沉积条件影响较大，产品性能不易控制。

中国发明专利申请号201510279542.1公开了一种铝基石墨烯复合材料的制备方法，将连通孔泡沫铝酸化处理去除表面的氧化层后烘干后置于石墨烯分散液中浸泡，然后取出，烘干后获得石墨烯/泡沫铝复合体，然后经预热轧制成型获得最终复合材料。该方案与前述专利方案类似，同样通过对泡沫铝基体进行处理，但石墨烯在泡沫铝表面附着强度，以及在轧制过程中对石墨烯结构的破坏，都会影响强化效果。

综上所述，现有技术方案是对泡沫铝基体直接处理，通过表面生长或者浸泡，使石墨烯与泡沫铝复合实现增强，但产品性能不够稳定，强化效果不够理想，而目前尚没有一种方法直接有效获得石墨烯增强泡沫铝的复合材料。

发明内容

针对现有技术中获得的石墨烯泡沫铝复合材料性能不够稳定，强化效果不够理想的技术缺陷，本发明提出一种石墨烯泡沫铝复合金属材料及制备方法，通过发泡剂与石墨烯研磨分散均匀，然后混于金属铝粉，通过激光烧结，使发泡剂发泡，并使石墨烯分散于泡沫的界面，冷却得到石墨烯泡沫铝复合金属材料，进而一步获得稳定、均匀，具有低密度高强度的特性的泡沫铝材料。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一方面提供一种石墨烯泡沫铝复合金属材料，所述复合金属材料由下列重量份的原料制备而成：

金属铝粉72-80份

石墨粉8-10份

发泡剂2-10份

分散剂1.5-5份

插层剂0.5-3份