[发明专利]一种硅油修复石墨烯增强铝基复合材料的制备方法

说明书

一种硅油修复石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，涉及一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法。目的是解决石墨烯增强铝基复合材料过程中石墨烯的缺陷含量升高和石墨烯在金属基复合材料中的难以均匀分散的问题。称取石墨烯、铝金属粉末和硅油装入球磨罐中球磨并冷压得到硅油‑石墨烯/铝预制体，预制体保温得到硅油修复石墨烯/铝预制体，最后进行复合材料制备。本发明采用硅油助磨剂热分解产生活性Si原子形成更稳定的硅取代结构，使材料性能有提升。硅油包覆在铝金属粉末表面后使撞击中的剪切力更容易作用于铝金属粉末表面，从而利于铝金属粉末成片，有利于减少石墨烯在复合材料中的团聚。本发明适用于制备石墨烯增强铝基复合材料。

技术领域：

本发明涉及一种石墨烯增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术：

石墨烯具有高达125GPa的抗拉强度、1TPa的弹性模量和5000W/(m·K)的热导率，无疑是一种综合性能优越的、近乎理想的增强体。石墨烯按照层数可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯(3～10层)和多层石墨烯(层数大于10层，总厚度小于10nm)。目前采用石墨烯来改善树脂和陶瓷的性能的研究最为活跃，而利用石墨烯增强金属基，尤其是增强铝基复合材料的研究相对较少。制备的工艺方法主要是固相法和液相法，固相法包括各种粉末冶金方法、搅拌摩擦焊以及最新的放电等离子烧结(SPS)法等，液相法包括压力浸渗法等。

目前少层石墨烯材料制备困难，在氧化与机械剥离过程中会使石墨烯完整的离域π键结构遭到破坏，在破损处C原子由sp²向sp³转化，使石墨烯的缺陷含量上升。石墨烯缺陷处含有大量的含氢、含氧官能团，在铝基复合材料中，缺陷处结合力弱于完整结构与Al的结合力，导致在外力作用下缺陷处优先产生裂纹，使界面结合遭到破坏；石墨烯含氧官能团活性较高，在热处理过程中易发生复杂的氧化还原反应，在界面生成脆相进而使材料性能降低；此外石墨烯本身易团聚，成品少层石墨烯在与铝金属混粉时难以均匀分散，也会发生较严重的团聚现象，使得石墨烯的增强效果得不到完整的发挥。

发明内容：

本发明为了解决石墨烯增强铝基复合材料过程中石墨烯的缺陷含量升高和石墨烯在金属基复合材料中的难以均匀分散的问题，提出一种硅油修复石墨烯增强铝基复合材料的制备方法。

本发明硅油修复石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，该方法按以下步骤进行：

一、称料

按质量分数称取0.5％～4％石墨烯、0.5％～10％硅油和余量的铝金属粉末作为原料；所述石墨烯为少层石墨烯，平均片径为200nm～25μm，平均厚度为1～30nm；所述铝金属粉末的平均粒径为1～30μm；

所述硅油为聚二甲基硅油或聚苯基硅油等；

所述铝金属粉末为铝合金；所述铝合金为Al-Si合金、Al-Si-Cu合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或其中几种的组合；

所述Al-Si合金中Si的质量分数为2％～25％；Al-Si-Cu合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Cu-Mg合金中Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Zn-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Zn-Mg-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Mg的质量分数为0.5％～38％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Si-Cu-Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％；

二、石墨烯分散与预制块成型

将步骤一称取的石墨烯、硅油和铝金属粉末装入球磨罐中，以150～400rpm的转速球磨0.5～4h得到的混合粉，将球磨后得到的混合粉末装入冷压模具中进行冷压得到硅油-石墨烯/铝预制体；