[发明专利]一种新型石墨烯增强镁基复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及镁基复合材料技术领域，且公开了一种新型石墨烯增强镁基复合材料及制备方法，包括以下重量份数配比的原料：15～25g的微米级石墨粉末、10～15g硝酸钠、450～500mL浓硫酸、60～80g高锰酸钾、100g的微米级镁粉、100mL物质的量浓度为10mol/L的十六烷基三甲基溴化铵水溶液。本发明解决了目前石墨烯增强镁基复合材料，由于石墨烯在金属镁中非常容易发生团聚，导致石墨烯增强相无法在Mg基体中实现分布均匀的技术问题。

技术领域

本发明涉及镁基复合材料技术领域，具体为一种新型石墨烯增强镁基复合材料及制备方法。

背景技术

镁基复合材料是继铝基复合材料之后又一具有竞争力的轻金属基复合材料，这类材料除了具有密度低、比强度高和比刚度高等优异的性能特点外，还具有良好的耐磨性、耐高温性、耐冲击性、优良的减震性，因而在航空航天及电子封装领域具有广阔的应用前景。随着航空航天领域的发展，尤其是在太空空间，电离辐射等恶劣环境中对镁基复合材料的比强度，比模量，耐磨性和硬度等性能要求更高，传统的陶瓷纤维和颗粒增强体已经不能满足材料在特殊环境下的要求。相比于传统的陶瓷纤维和颗粒增强体，碳质增强体因为高的导热性、低的热膨胀系数、优异的阻尼能力和非常好的自润滑性能引起了越来越多的关注。

石墨烯因为其高的杨氏模量(1TPa)，高的断裂强度(125GPa)，超高导热系数(5000W·m^-1·K^-1)和电子迁移率(200000cm²·v^-1·s^-1)，使其成为目前最具前景的材料之一。然而石墨烯在金属镁中非常容易发生团聚，这严重的制约了石墨烯增强镁基复合材料的发展，因此寻求一种新的制备技术是发展石墨烯增强镁基复合材料的关键。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型石墨烯增强镁基复合材料及制备方法，解决了目前石墨烯增强镁基复合材料，由于石墨烯在金属镁中非常容易发生团聚，导致石墨烯增强相无法在Mg基体中实现分布均匀的技术问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型石墨烯增强镁基复合材料，包括以下重量份数配比的原料：15～25g的微米级石墨粉末、10～15g硝酸钠、450～500mL浓硫酸、60～80g高锰酸钾、100g的微米级镁粉、100mL物质的量浓度为10mol/L的十六烷基三甲基溴化铵水溶液。

优选的，所述微米级镁粉的平均粒径为50um。

优选的，所述微米级石墨粉末的平均粒径≤30um。

一种新型石墨烯增强镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将15～25g的微米级石墨粉末、10～15g硝酸钠和450～500mL浓硫酸在冰浴条件下混合，搅拌15～30min，将60～80g高锰酸钾缓慢加入到混合溶液中，并不断搅拌形成一个绿紫色的混合溶液，控制混合液温度低于20℃；

(2)将上述混合溶液移置恒温水浴锅内，在25～35℃下反应1～3h，期间保持适度的搅拌得到黏稠状液体；

(3)向上述混合溶液中缓慢加入400mL蒸馏水，然后放入到温度为80～100℃的水浴锅内加热30～60min，之后取出加入500mL蒸馏水停止反应后，加入50mL质量分数为30％的过氧化氢溶液，混合物溶液的颜色由棕色变为亮黄色并产生大量的气泡；

(4)采用质量分数为3％的HCl和去离子水反复清洗制得的氧化石墨，直到溶液的pH值＝7为止，然后超声分散1～3h，得到氧化石墨烯胶体，将获得的氧化石墨烯胶体加入到100mL蒸馏水中，超声分散1～3h，制备得到氧化石墨烯的水溶液；