[发明专利]一种石墨烯增强金属基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种基于鳞片石墨原位机械剥离的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，以鳞片石墨、芳香族化合物和金属粉末为原料，依次经过高能球磨、煅烧和粉末烧结制备得到石墨烯增强金属基复合材料。本发明以低成本的鳞片石墨为填料，采用高能球磨在鳞片石墨机械剥离出石墨烯的同时，实现石墨烯与金属粉末的均匀分散，并利用芳香族化合物的润滑作用降低高能球磨对石墨烯结构的破坏。本发明可利用低成本原料方便地获得力学和物理性能优良的、高附加值的整块石墨烯增强金属基复合材料，工艺简单，生产周期短，有助于工业化应用，能实现复合材料的大规模制备。

技术领域

本发明涉及复合材料制备的技术领域，特别涉及一种基于鳞片石墨原位机械剥离的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的二维晶体物质。这种结构可以理解成许多碳基材料，包括鳞片石墨、富勒烯、碳纳米管以及类似物的基础(例如，碳纳米管通常被认为是卷成纳米大小的圆柱状的石墨烯片材)，具有极高的强度与刚度、优异的传热导电性，被认为是复合材料的理想增强体。可以预期，石墨烯增强金属基复合材料具有高比强度、比刚度的同时，有着潜在的优良导电和导热性能，在结构件、精密构件、电子封装及热控元件制造等方面有迷人的应用前景。

目前，石墨烯增强金属基复合材料一般是在获得石墨烯的基础上，以石墨烯为填料通过搅拌铸造、熔渗、粉末冶金、搅拌摩擦加工等方法进行制备，原料成本高昂，不利于其应用。低成本鳞片石墨是制造高附加值石墨烯的主要原料。最近，有研究者采用搅拌摩擦加工技术利用鳞片石墨原位机械剥离制备了石墨烯增强铝基复合材料，其过程如下：事先在铝板上开设沟槽，在沟槽中塞装入鳞片石墨与铝粉末，随后对该区域进行反复搅拌摩擦加工得到复合材料(S.Dixit,A.Mahata,D.R.Mahapatra,et al.Multi-layer graphenereinforced aluminum-Manufacturing of high strength composite by friction stiralloying.Composites:PartB,2018,136:63-71)。但是，采用这种制备方法仅在搅拌针作用区域形成复合材料，工业化应用受到限制；此外，鳞片石墨在搅拌摩擦加工原位机械剥离的同时其片层结构也遭受严重破坏而影响复合材料的最终性能。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于鳞片石墨原位机械剥离的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法。本发明以低成本的鳞片石墨为填料，并有效降低高能球磨对石墨烯结构的破坏，可方便地获得力学和物理性能优良的、高附加值的整块石墨烯增强金属基复合材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于鳞片石墨原位机械剥离的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将鳞片石墨粉、芳香族化合物和金属粉末混合，得到混合料；

(2)将所述步骤(1)得到的混合料在惰性气氛中进行高能球磨，得到球磨料；

(3)将所述步骤(2)得到的球磨料在惰性气氛中进行煅烧，得到煅烧料；

(4)将所述步骤(3)得到的煅烧料进行粉末烧结，得到石墨烯增强金属基复合材料。

优选地，所述步骤(1)中鳞片石墨粉的质量为鳞片石墨粉和金属粉末总质量的(0，3％)。

优选地，所述步骤(1)中的金属粉末包括铝、铝合金、镁、镁合金、铜和铜合金中的一种或几种，所述金属粉末的粒径为1～100μm。

优选地，所述步骤(1)中的芳香族化合物为平面构型芳香族化合物。

优选地，所述平面构型芳香族化合物包括精萘、蒽和1-芘羧酸中的一种或几种。