石墨烯铝基复合材料的研究

制备方法
静电自吸附：静电自吸附是一种通过简单的静电 相互作用 而不需要任何化学试剂将氧化石墨烯均 匀吸附到铝基体上的方法。
三石墨烯增强铝基复合材料的组织和形貌
由图中可以看出纯铝的金相组织大部分为白色 的铝基体，当采用静电自组 装法制备复合粉体 时，石墨烯包覆在铝粉表面，经过热压烧结后， 在复合材料 的金相组织中可以看到在两相界面 处存在着黑色的石墨烯。随着石墨烯的含量增 加，两相界面处的黑色区域越来越明显
四.材料的性能——维氏硬度
如图所示为不同石墨烯含量的复合材料以及纯铝的维 氏硬度变化曲线图，整体来看，随着石墨烯含量的增 加，复合材料的维氏硬度呈现出先上升后下降的趋势， 相比纯铝来讲，维氏硬度提高了可见，石墨烯的少量 加入可以提高纯铝的维氏硬度值，究其原因，分析认 为：一方面，石墨烯本身由于其优异的力学性能和机 械性能可以很好地承担外界载荷，另一方面，石墨烯 的加入可以抑制晶粒长大、起到细化晶粒的效果，且 石墨烯还可以与铝基体发生交互作用，在晶界处阻碍 位错的运动，随着含量的增加，阻碍作用也更加明显， 因此导致了维氏硬度的升高.
四.材料的性能——维氏硬度
但是随着石墨烯含量的增加，复合材料 的维氏硬度不增反降，当石墨烯含量为 0.4wt%时，复合材料的维氏硬度大幅下 降，甚至比纯铝还要低。分析原因是由 于当石墨烯添加量最多时，石墨烯的分 散变得更加困难，发生了团聚现象，复 合材料中的孔洞和裂纹缺陷最多时，复 合材料的致密度最低，残余孔隙率最高， 因此石墨烯的团聚和孔洞和裂纹的增多 均导致了复合材料的维氏硬度下降。
四.材料的性能——常温压缩性能
图5.4所示为纯铝及不同石墨烯含量复合材料压缩过程的应力应变曲线，从图中可以看出，纯铝 及四种复合材料均无明显的屈服阶段。 图5.5是屈服强度随石墨烯含量的变化图，整体来看，四种添加了石墨烯的复合材料的屈服强度 相对于纯铝基体均有了较为明显的提升，尤其是石墨烯含量为0.3wt%时，说明石墨烯作为增强 体可以改善纯铝基体的力学性能。
石墨烯铝基复合材料的研究
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行业背景
石
墨
制备方法
烯
铝
基
材料的组织形貌
复
合
பைடு நூலகம்
材料的性能
材
料
应用前景
一.行业背景
铝基复合材料具有低密度，高耐蚀性，优异的 导电导热性能，良好的加工性能等优点成为当 前金属基复合材料研究的主流。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研究者的 关注。然而石墨烯在金属铝中非常容易发生团 聚，严重的制约了石墨烯增强铝基复合材料的 发展，因此寻求一种新的制备技术是发展石墨 烯增强铝基复合材料的关键。
参考文献
• MIRACLE D B. Metal Matrix Composites-from Science to TechnologicalSignificance[J]. Composites Science and Technology, 2005, 65(15 16).
• LIU Z W, HAN Q Y, LI J G. Ultrasound Assisted in Situ Technique for the Synthesis of Particulate Reinforced Aluminum Matrix Composites[J].Composites Part B: Engineering, 2011, 42(7).
二.制备方法
1搅拌铸造法：通过电机带动搅拌棒，使熔体迅速流动并形成涡流； 在此过程中，初生树枝状晶粒被搅拌棒或者涡流击碎，形成新的晶核， 有利于组织细化；高速的搅拌也会使得熔体内部温度均匀，成分均匀， 加入的增强相同样能得到很好的分散
制备方法
球磨法：通过研磨球引入的冲击力和切应力可以破坏石墨纳米片之间的范 德华力，研磨罐的高速旋转促进了石墨烯在铝粉中的均匀分散。然而球磨 过程消耗能量较多且耗时较长，研磨时间过长可能导致石墨烯结构被破坏， 影响石墨烯的使用效果。
• RAMANATHAN T, ABDALA A A, STANKOVICH S, et al. FunctionalizedGraphene Sheets for Polymer Nanocomposites[J]. Nature Nanotechnol, 2008, 3
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四.材料的性能——常温压缩性能
随着石墨烯含量的升高，屈服强度的整体变化趋势为先上升后下降，分析原因，认为当石墨 烯含量较低，可以被有效地分散，且由于石墨烯本身具备的优异性能，随着石墨烯含量增多，使 更多的石墨烯代替铝成为了载荷的主要承担者，并且在烧结过程中，对晶粒长大的抑制作用更为 显著，从而使复合材料表现出优异力学性能而当石墨烯含量最多，为0.4wt%时，复合材料的屈 服强度不增反降，认为此时的石墨烯不能被有效地分散，发生了团聚现象，并且使复合材料的致 密度降低，孔隙度增高。
五、应用前景
未来随着石墨烯制造产业的扩大，其制备成本和市场价格将逐渐降低，由于石墨烯具 有优异的导电性能，添加高体积分数的石墨烯预计可以显著提高铝合金的电导率，同 时还能提高其力学性能，高体积分数石墨烯/Al复合材料作为电缆材料将在电力行业 具有广泛的应用前景，同时高体积分数石墨烯/A l复合材料由于具有较低的热膨胀系 数以及高的热导率，将会是一种良好的电子封装材料，而具有自润滑功能的高强度石 墨烯/A l复合材料在先进装备和高端制造行业也将有重要应用价值
四、材料的性能--摩擦腐蚀性能
如图所示，为石墨烯复合材料的包含相应开路 电位(OCP)的摩擦腐蚀曲线图，从图中可以看 出，对于摩擦系数而言:复合材料的摩擦系数在 初始阶段为0.35,在摩擦腐蚀的中后期(11~ 24min)时候基本保持在0.32,摩擦系数的稳定 表明了复合材料优异的抗摩擦腐蚀性，复合材 料对应的OCP在浸泡期间减少0.03V,在摩擦腐 蚀期间减少了0.09V,并且在钝化期间逐渐增加 至-1.039V。而且，OCP值的变化证实了在摩 擦腐蚀试验期间强烈的摩擦腐蚀协同作用。
• EVEN C, ARVIEU C, QUENISSET J M. Powder Route Processing of Carbon Fibres Reinforced Titanium Matrix Composites[J]. Composites Science and Technology, 2008, 68(6).