[发明专利]一种界面反应可控的石墨烯钛基复合材料制备方法

说明书

本发明公开了一种界面反应可控的石墨烯钛基复合材料制备方法，其采用碳化硅纳米颗粒对石墨烯表面进行包覆，减少石墨烯和钛基体的接触面积，阻碍高温下碳和钛的互扩散。本发明的制备方法解决了石墨烯和钛基体在高温成型过程中易发生化学反应的问题，让使用少层甚至单层石墨烯作为增强体制备石墨烯钛基复合材料成为可能。

技术领域

本发明属于钛基复合材料制备技术领域，尤其涉及一种界面反应可控的石墨烯钛基复合材料制备方法。

背景技术

钛合金具有密度小、比强度高、耐热、耐蚀等优点，在航空航天等领域具有广泛的应用，但随着空天飞行器的发展以及结构功能一体化要求的提出，对钛合金性能要求越来越高。解决这一问题的一个有效方法是研究开发钛基复合材料。相比于传统的碳化钛、硼化钛、碳化硅等增强体，石墨烯有更优异的力学、热学、电学性能。它的模量达到1TPa，断裂强度可达约120GPa，热导率可达约5000W/(mK)，使用石墨烯作为增强体，有望获得力学性能更优异的钛基复合材料，同时提高复合材料热导率，解决钛合金加工困难等问题。

石墨烯钛基复合材料制备难点主要在以下三个方面：

(1)石墨烯和钛在很大温度范围内容易发生化学反应生成碳化钛，使得加入的石墨烯易完全反应，只能起到碳源的作用，不能发挥出它自身的优良性能。

(2)石墨烯由于密度小，纵横比大，很难在钛基体中均匀分散，而团聚的石墨烯亦不能发挥出石墨烯本身的优良性能，并且较大的团聚容易形成缺陷，使得复合材料力学性能下降。

(3)石墨烯的加入使得复合材料成型困难，致密度低，性能下降。

并且，难点(1)和难点(3)息息相关，石墨烯和钛基体之间易发生化学反应，使得复合材料制备过程中成型温度和时间都受到较大限制，造成复合材料成型困难，致密度低。因此，解决石墨烯和钛基体在复合材料制备过程中易反应的问题，对提高复合材料性能有极大的帮助。

发明内容

本发明的目的是解决目前石墨烯钛基复合材料制备过程中，界面反应难以控制，石墨烯容易反应完的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种界面反应可控的石墨烯钛基复合材料制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备碳化硅包覆石墨烯：按一定的质量比，将石墨烯和碳化硅纳米颗粒混合粉体加入到适量乙醇中，震荡混匀后真空烘箱烘干；

步骤2、制备碳化硅改性石墨烯/TC4复合粉体：按照一定质量比，将TC4粉末与经过碳化硅改性的石墨烯加入球磨机进行球磨混合；

步骤3、制备石墨烯/TC4复合材料预制体：采用真空热压烧结的方法制备复合材料预制体；

步骤4、制备石墨烯/TC4复合材料：按照步骤3得到的预制体尺寸，制备纯TC4包套，即将预制体装入包套进行密封热轧。

可选的，步骤1中石墨烯和碳化硅纳米颗粒质量比为9:1～7:3。

进一步可选的，步骤1中石墨烯和碳化硅纳米颗粒质量比为7:3。

可选的，步骤1中所用乙醇纯度为分析纯，且含有混合粉体的乙醇混合液浓度为1～10mg/ml。

进一步可选的，步骤1中含有混合粉体的乙醇混合液浓度为2mg/ml。

可选的，步骤1中震荡混匀时，采用超声震荡，且震荡时间在1h以上。

可选的，步骤2中所述碳化硅改性石墨烯/TC4复合粉体中纯的石墨烯质量分数为2％。