[发明专利]一种制备石墨烯增强铝基复合材料的方法

说明书

一种制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，包括一个制备氧化石墨烯的步骤；一个制备石墨烯/氢氧化铝/铝包覆结构粉体的步骤；称取颗粒状铝粉和氧化石墨烯，将其溶于水和酒精的混合溶液中，加入盐酸溶液进行超声处理，随后清洗干燥，制备出石墨烯/氢氧化铝/铝多层包覆结构的粉体；分两步对石墨烯/氢氧化铝/铝多层包覆结构的粉体进行热压烧结的步骤，第一步处理处理温度为180~220℃，保温时间在30 min；第二步处理温度为580℃，热压烧结2~3 h，压强为100~200 MPa之间，得到石墨烯增强铝基复合材料。本发明采用静电自组装的方法使石墨烯分散更加均匀，防止了石墨烯的团聚现象，显著的提高了复合材料的性能。

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种复合材料，具体来说是一种制备石墨烯增强铝基复合材料的方法。

背景技术

石墨烯具有密度低、力学性能高、导热性能好以及热膨胀系数低等优点，石墨烯自诞生起就被认为是一种非常有前途的增强体。铝基复合材料由于密度小，性能稳定在航空航天以及高端汽车制造领域有着广泛的应用。相比于传统增强体(陶瓷颗粒、碳纤维、碳纳米管等)，开发高性能的石墨烯增强铝基复合材料，不仅可以提高复合材料性能，同时也可降低复合材料密度。粉末冶金方法是制备石墨烯增强铝基复合材料的一种重要的方法。

现有技术文献的检索发现，燕绍九，杨程 等人在《材料工程》2014年，第4期，1-6页发表了“石墨烯增强铝基纳米复合材料的研究”论文，研究了通过将石墨烯和铝粉球磨，实现石墨烯与铝粉的均匀分散，但是在球磨过程中，石墨烯的结构会发生破坏，同时也将促使铝颗粒与石墨烯之间的反应生成Al₄C₃化合物，将会降低复合材料的力学性能。 JingyueWang等人在《Scripta Materialia》2012，Vol66， 594-597（材料快报，2012年，66卷，第594-597页）发表了“Reinforcement with graphene nanosheets in aluminum matrixcomposites”论文，研究了通过加入PVA溶剂对铝粉表面进行改性，提高石墨烯的均匀分散性问题。但是在此过程中PVA后续很难处理干净，会直接影响复合材料性能。因此，在粉末冶金方法制备石墨烯增强金属基复合材料过程中，石墨烯增强体的均匀分散性成为了制备高性能石墨烯增强铝基复合材料的关键问题之一。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，所述的这种制备石墨烯增强铝基复合材料的方法要解决现有技术中的石墨烯增强铝基复合材料制备过程中，石墨烯分散性差，容易团聚的技术问题。

本发明提供了一种制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，包括如下步骤：

1)一个制备氧化石墨烯的步骤；在氧化石墨烯制备完成后进行离心处理，获取尺寸一致的氧化石墨烯；

2)一个制备石墨烯/氢氧化铝/铝包覆结构粉体的步骤；称取颗粒状铝粉和氧化石墨烯，颗粒状铝粉和氧化石墨烯的质量比为0.1~0.6：99.4~99.9，将其溶于水和酒精的混合溶液中，水和酒精的体积比在1:4~4:1之间，加入盐酸溶液，盐酸溶液的质量百分比浓度为15-35wt%，加入的盐酸溶液的体积为上述混合溶液体积的0.05~0.2%，并进行超声处理0.1~1h，温度在40~70℃，随后清洗干燥，制备出石墨烯/氢氧化铝/铝多层包覆结构的粉体；

3)一个对石墨烯/氢氧化铝/铝多层包覆结构的粉体进行热压烧结的步骤；分两步进行，第一步处理处理温度为180~220℃，保温时间在30 min；第二步处理温度为580~600℃，热压烧结1~4 h，两步的压强均为100~200 MPa之间，得到石墨烯增强铝基复合材料。

进一步的，在制备氧化石墨烯的步骤中，以高纯的石墨粉为原料，采用改进的Hummer’s 方法制备出氧化石墨烯，并结合离心处理，获得尺寸基本一致的纳米氧化石墨烯片。