[发明专利]一种含石墨烯夹层的金属基复合材料的制造方法

说明书

本发明提出一种含石墨烯夹层的金属基复合材料的制造方法，通过将石墨烯悬浊液以超声喷涂方式均匀喷洒于每个金属箔片的表面，然后将金属箔片置入真空烘干箱烘干，再将烘干后的所有金属箔片上下堆叠在一起，利用超声焊接装置对金属箔片堆叠组件进行超声焊接，制得含石墨烯夹层的金属基复合材料。本发明克服了现有石墨烯强化金属基复合材料制造过程中石墨烯分布不均匀、易团聚、结构损坏、排列不可控等缺点，首创实现了石墨烯以夹层形式超声复合于金属基材料中。本发明制得的金属基复合材料导电导热性能提升非常明显，力学性能良好，微观组织均匀，并完全兼容后续机加工、冲压再成型等，具有广阔的推广前景。

技术领域

本发明属于金属基复合材料成型领域，具体涉及含石墨烯夹层的金属基复合材料的成型制造技术，尤其是一种含石墨烯夹层的金属基复合材料的超声焊接制造方法以及基于所述方法制得的含石墨烯夹层的金属基复合材料。

背景技术

快速发展的航空航天、汽车、电子等制造业对高性能金属基材料的需求变得越来越迫切。导电导热性能良好的金属基材料有着广阔的市场需求。石墨烯（graphene）最早由英国曼彻斯特大学的Novoselov等人在2004年用胶带剥离高定向热解石墨的方法获得，它是由碳原子紧密堆积的二维蜂型晶格结构的新型材料。其按照层数可以分为单层石墨烯和多层石墨烯，厚度一般在100nm以下。自从石墨烯被人工制备以来，它成为了物理和材料学界的重点研究话题，引起学者和工业界人士的广泛关注。石墨烯是目前世界上已知的最薄的材料，它拥有许多极其优异的物理性质，例如透光率高，导热系数高，电子迁移率高，电阻率是已知材料最小的，室温下也可呈现霍尔效应，等等。为了有效利用石墨烯的一系列优异性能，国际上已有一系列制备包含石墨烯的金属或陶瓷基复合粉末的技术，并应用于各种领域。采用反应液化学合成是其中的一个主要方法，例如，专利CN102130334A提出了将铁盐溶液与氧化石墨烯混合溶液在反应釜中进行水热反应，干燥反应产物即得到石墨烯铁氧化物复合材料。采用电化学办法虽然能够得到更多种类的含石墨烯复合材料颗粒，且分散效果较好，但存在产量很低，颗粒尺寸无法控制，且消耗大量电能的弊端。专利CN104862508A描述了将铝合金粉末添加到石墨烯溶液中，然后装入球磨灌进行机械球磨，球磨时间为20〜40小时，球磨结束后将混合溶液装入烧杯置于烘箱中烘干，得到石墨烯/铝合金复合粉末可用于后续的粉末成型过程。专利WO2015149385A1描述了将单分散的石墨烯溶液与金属粉末混合后进行球磨，然后将混合粉末装入包套并密封的过程，所得产品可用于热等静压制造金属板材。虽然球磨混合的办法能够适用于混合大多数种类的金属粉末和石墨烯，且产量较高，但它们往往存在着制备过程繁琐，高能耗，耗时长等等缺点。另外，球磨过程中磨球对基体粉末和石墨烯的破坏作用也会使复合粉末的质量下降。而且，在烘干和运输过程中石墨烯的再次团聚也会影响石墨烯在复合粉末的均匀性。

发明内容

本发明基于现有技术中石墨烯与金属复合存在的问题，发明了一种全新的石墨烯与金属基材料的复合技术，创新提出一种含石墨烯夹层的金属基复合材料的超声焊接制造方法以及基于所述制造方法制得的含石墨烯夹层的金属基复合材料。本发明所述方法克服了现有石墨烯强化金属基复合材料制造过程中石墨烯分布不均匀、易团聚、结构损坏、排列不可控等缺点，而且首创的实现了石墨烯以夹层形式复合于金属基材料中，一改现有技术中的粉体复合技术。采用本发明所述方法制得的含石墨烯夹层的金属基复合材料制备的金属零件，因得益于石墨烯优异的物理和力学性能，使得金属零件的导电导热性能提升非常明显，力学性能良好，微观组织均匀，而且成型件完全兼容后续机加工、冲压再成型等等，适合高端电子器件零件的生产、高集成电子设备外壳散热等应用，具有广阔的推广前景。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种含石墨烯夹层的金属基复合材料的制造方法，具体包括以下步骤：

步骤一、制备金属箔片若干，并水平铺开，保持表面平整；

步骤二、清洗所有金属箔片，清洗完后进行干燥；