CN104846228B - 一种石墨烯增强金属材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨烯增强金属材料的方法，先将水性钛酸酯溶解在水中，然后加入石墨烯粉体，在磁场中进行超声处理得到石墨烯分散液；在外加磁场中对分散液进行蒸馏或减压蒸馏得到石墨烯浓缩液，然后再进行干燥处理得到经水性钛酸酯修饰的石墨烯，将修饰过的石墨烯与金属粉加入到乙醇溶液中，超声分散后形成的混合物经球磨、干燥、烧结后得到石墨烯增强的金属材料。本发明对分散液进行蒸馏干燥等脱水处理，能有效扩大经修饰后的石墨烯的应用领域，大幅改善了石墨烯应用时产生的缺点和弊端，最后将干燥的经水性钛酸酯修饰的石墨烯添加到金属材料复合体系中，可明显提高复合材料的强度以及导电导热性能。

Description

一种石墨烯增强金属材料的方法

技术领域

本发明属石墨烯新材料技术领域，涉及一种石墨烯增强金属材料的方法，特别是涉及一种在水中用水性钛酸酯表面修饰石墨烯并在磁场中对石墨烯进行超声处理的石墨烯分散液，以及在外加磁场中对石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏得到石墨烯浓缩液，然后再进行干燥处理得到经水性钛酸酯修饰的石墨烯，将经水性钛酸酯修饰过的石墨烯与金属粉加入到乙醇中，超声分散后形成的混合物经球磨，干燥、烧结后得到石墨烯增强的金属材料的制备方法。

背景技术

2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆教授和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授通过一种很简单的方法从石墨薄片中剥离出了石墨烯，为此他们二人也荣获2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯行业仍在量产摸索阶段,主要的制备方法有微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法；其中氧化石墨还原法由于制备成本相对较低，是主要制备方法。通过这种方法制备的石墨烯的层数一般为6-10层，石墨烯的层数大，会引起石墨烯比较面积的变小，这一变化会使得石墨烯的各方面性能大幅下降，包括机械强度、导电性能、导热性能。现有技术也出现了制备少层或单层石墨烯的方法，但是相对应的，这些方法具有成本高、效率底的重大缺陷。少层或单层石墨烯的使用，不仅能大幅降低石墨烯的使用量，还能更好的发挥石墨独特的性能。

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料，由于石墨烯特殊的结构，石墨烯被认为是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，导热系数高达5300W/m·K，是一种良好的导体。石墨烯可以与其他材料复合使用来弥补其他材料机械性能、导电导热性能的不足，但石墨烯具有很强的疏水性，这就使得石墨烯在其他材料中的相容性很差。为使石墨烯与其他材料有机结合，现有技术利用水性钛酸酯对石墨烯表面进行修饰处理，然后与水混合制成悬浮液。一方面是考虑水性钛酸酯与其他材料如高分子材料有良好的结合性能，另一方面也考虑了水性钛酸酯能改善石墨烯的团聚。

但是，由于石墨烯的特殊性能，在采用水性钛酸酯对石墨烯进行表面修饰时，并不能均匀地将水性钛酸酯分配给欲予以表面修饰的石墨烯。石墨烯具有比表面积极大、堆积密度非常小的特性，水性钛酸酯的密度偏大，这就造成了在使用水性钛酸酯对石墨烯进行处理时石墨烯与水性钛酸酯的体积比极大。少量的水性钛酸酯加入到石墨烯中时能能被修饰到的石墨烯很少，而且还会造成石墨烯小范围的结团团聚。这样的方法来处理石墨烯，基本起不到石墨烯表面修饰的作用。

近年来，机械、电子、轨道交通等迅猛发展，对宽温域、高强、高导电(热)材料需求日益强烈。单质金属材料已经很难满足实际需要，材料的复合化已经成为必然趋势，也是研究和开发的热点。目前，对高强度、高导电、高导热金属基复合材料的需求越来越迫切，虽然已有部分金属基复合材料成功实现工业应用，但其综合性能还远远不能满足实际需要。并且由于金属基复合材料强度的提高在很大程度上是以牺牲其导电和导热性能为代价的，选用新型增强体，制备新型金属基复合材料是解决这一矛盾的有效措施。

发明专利CN 104032154 A一种石墨烯/金属基复合材料的制备方法，描述了一种将还原石墨烯与纳米金属粉进行混合分散并最终进行烧结制备的石墨烯/金属复合材料。该发明所使用的石墨烯只是通过氧化还原法制得的，其片层数较大，若直接使用在金属复合材料中，其使用量较大，造成成本大幅上升。

发明内容

由于现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提出一种石墨烯增强金属材料的方法，该方法通过在水溶液体系中利用水性钛酸酯对石墨烯进行表面修饰，使得石墨烯表面引入活性基团，一方面避免了石墨烯在使用时产生团聚，另一方面，活性基团能明显提高石墨烯与其他复合材料的相容性和分散性，大幅提高石墨烯复合材料的性能。此外，通过在磁场中对石墨烯分散液进行超声处理，这一工艺不仅能使得石墨烯能够被水性钛酸酯充分修饰，而且石墨烯在磁场与超声的共同作用下，能达到很好的剥离效果，这种方法能够大幅减少石墨烯在复合材料中的使用量。然后对分散液进行蒸馏干燥等脱水处理，能有效扩大经修饰后的石墨烯的应用领域，大幅改善了石墨烯应用时产生的缺点和弊端，最后将干燥的经水性钛酸酯修饰的石墨烯添加到金属材料复合体系中，可明显提高复合材料的强度以及导电导热性能。

为实现上述目的，本发明可通过以下技术方案予以实现：

本发明的一种石墨烯增强金属材料的方法，先将水性钛酸酯溶解在水中，然后加入石墨烯粉体，在磁场中进行超声处理得到石墨烯分散液；然后在外加磁场作用下，将石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏得到石墨烯浓缩液，然后再进行干燥处理得到经水性钛酸酯修饰的石墨烯，将经水性钛酸酯修饰过的石墨烯与金属粉加入到乙醇溶液中，超声分散后形成的混合物经球磨，干燥、烧结后得到石墨烯增强的金属材料。

作为优选的技术方案：

如上所述的石墨烯增强金属材料的方法，所述的水性钛酸酯修饰过的石墨烯、金属粉以及乙醇的质量比为1～15:85～99:50～200。通过调整石墨烯的添加量来达到不同的增强目的。

如上所述的石墨烯增强金属材料的方法，所述的金属粉为铜粉、铝粉、铁粉或银粉，其颗粒度为1～100微米。金属粉的颗粒度与石墨烯的颗粒尺寸较接近，使得石墨烯与金属粉能更容易的达到混合均匀的目的。

如上所述的石墨烯增强金属材料的方法，所述的超声分散的条件为频率25～30kHz，功率400～1000W，时间1～3小时；球磨条件为：转速400～800rmp，时间0.5～4小时；干燥温度40～80℃，时间2～4小时。超声能有利于金属粉与石墨烯的混匀。

如上所述的石墨烯增强金属材料的方法，所述烧结为热压烧结或放电等离子体烧结。

如上所述的石墨烯增强金属材料的方法，所述热压烧结包括压制成型、烧结、复压和退火；压制成型的条件为：轴向压强100～200MPa；烧结条件为：温度600～2000℃，时间5～30分钟；复压条件为：轴向压强为100～200MPa；退火条件为：温度为100～300℃；所述放电等离子体烧结的条件为：真空度-0.03～-0.1MPa，温度600～2000℃，轴向压强100～200MPa，时间5～30分钟，放电电流100-300A。

如上所述的石墨烯增强金属材料的方法，所述加入的石墨烯粉体的尺寸为：长和宽分别为1～200微米，厚度为6～10纳米；所述经水性钛酸酯修饰的石墨烯的尺寸为：长和宽分别为1～200微米，厚度为1～6纳米。石墨烯的颗粒度越小，相对应的比表面积就越大，石墨烯的厚度主要体现为石墨烯的片层数，单层石墨烯的厚度接近1纳米，片层数小的石墨烯更有利于发挥石墨烯优秀的机械性能和其他物理性能，并且在使用时还能减少石墨烯的使用量。

如上所述的石墨烯增强金属材料的方法，所述的石墨烯分散液中石墨烯的质量分数为0.5～8％，水性钛酸酯的质量小于等于石墨烯质量的2％；所述的石墨烯浓缩液中石墨烯的质量分数为30～70％；所述经水性钛酸酯修饰的石墨烯的水份含量不高于0.5％。水性钛酸酯过少，不能对石墨烯表面充分修饰，过多会造成材料性能的下降。经过浓缩干燥工艺后，所述经水性钛酸酯修饰的石墨烯中，已基本不含水份，使得这种石墨烯在应用过程中避免了引入水份而造成的工艺复杂化。

如上所述的石墨烯增强金属材料的方法，所述的水性钛酸酯可以是双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，或双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物溶液，或双(二辛基焦磷酸酯)羟乙酸酯钛酸酯，或双(二辛基二乙醇)乙二胺钛酸酯，或二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯。水性钛酸酯含有可水解的短链烷氧基能与石墨烯的双键发生化学反应从而使得钛酸酯能与石墨烯充分结合，起到表面修饰的作用。

如上所述的石墨烯增强金属材料的方法，所述的溶解过程是通过机械搅拌的方式，转速为50～100转/分钟，搅拌时间为5～30分钟，温度为10～35℃。水性钛酸酯能与水互溶，通过低速搅拌加快钛酸酯溶解速度，大幅缩短溶解时间；所述的超声分散的超声波频率为20～30KHz，功率为1～5千瓦，超声分散时间为30～90分钟，温度控制为10～60℃。超声分散对石墨烯在分散液中的分散具有很好的效果，也能够充分的使得石墨烯表面被水性钛酸酯修饰，另外，石墨烯通过磁场作用在石墨烯分散液中定向排列从而达到一个平衡状态后，由于超声的高频率作用，从而使得这种平衡状态被打破，通过不断的力学作用，使得石墨烯片层之间的距离增大，从而达到剥离的作用；所述超声分散对应的磁场强度为0.5～5T；所述外加磁场的磁场强度为2～6T。石墨烯材料具有特殊的结构形态，在磁场中，石墨烯分散液中的石墨烯会产生有序的定向排列，在浓缩过程中，由于石墨烯的含量逐渐升高，石墨烯浓缩液的粘稠度会逐渐变大，因此，通过较高磁场强度的磁场来控制石墨烯的有序排布。

如上所述的石墨烯增强金属材料的方法，所述蒸馏是指通过加热使得水分蒸发而使得石墨烯分散液中石墨烯浓度提高的过程，蒸馏温度为80～100℃，蒸馏时间为10～60分钟；所述减压蒸馏的参数为：真空度为-0.01MPa～-0.1MPa，蒸馏温度为50～80℃，蒸馏时间为10～30分钟；所述干燥的条件为：温度80～100℃，时间4～12小时。充分干燥的石墨烯，可被广泛应用于各个领域，其中包括高分子、金属、陶瓷等石墨烯复合材料。

有益效果：

本发明的石墨烯增强金属材料的制备方法，构思独特，步骤简便，效果明显。

本发明解决了单质金属材料或普通复合金属材料用于机械、电子、轨道交通等某些高端领域时机械强度、导电或导热等性能的不足。通过在金属材料中添加经修饰过的石墨烯，使得少层或单层石墨烯均匀的分散在金属材料中，所制得的金属复合材料不仅在导电和导热性能上有很大的提高，其机械强度也有明显的提升，从而避免以往技术中牺牲某些性能来提升其他性能的缺陷。

本发明中的水性钛酸酯修饰的石墨烯，石墨烯活性高、剥离度好、颗粒均匀、含水率极低。通过在磁场中进行超声分散和蒸馏浓缩，使得石墨烯能被水性钛酸酯充分的进行表面修饰，且石墨烯能均匀分散在石墨烯浓缩液中，不会产生团聚或沉降。多层石墨烯在分散过程中结合磁场的作用能充分剥离成少层或单层石墨烯，使得石墨烯在复合材料中能更好的发挥作用，同时减少石墨烯的添加量。经钛酸酯修饰的石墨烯表面增加了活性基团，能提高石墨烯在复合材料的相容性和结合力，大幅改善石墨烯在复合材料中的分散性，水性钛酸酯修饰的石墨烯经过浓缩干燥等脱水处理后，修饰后的石墨烯中水份含量极低，不仅可运用于含水复合体系，也可直接运用于各种无水体系中，经脱水后的石墨烯不用担心水份的引入造成生产工艺的复杂化或对原材料造成污染。

本发明解决了金属材料某些尖端领域使用时特殊性能的不足，通过石墨烯与金属材料的复合，使得石墨烯均匀分散在金属材料中达到改性及增强的作用，完善了金属材料的使用领域。通过解决这些技术问题，金属材料以及石墨烯的应用得到了极大的改善，其使用更加广泛化、尖端化。因此，本发明具有极大的实际应用价值。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种石墨烯增强金属材料的方法，先将水性钛酸酯双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯溶液溶解在水中，溶解的过程是通过机械搅拌的方式，转速为50转/分钟，搅拌时间为5分钟，温度为10℃，然后加入长和宽分别为1～200微米，厚度为6～10纳米的石墨烯粉体，水性钛酸酯双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯的质量为石墨烯粉体质量的2％，在磁场强度为0.5T的磁场中进行超声处理，超声处理的超声波频率为20KHz，功率为1千瓦，超声处理时间为30分钟，温度控制为10℃，即得到石墨烯分散液，石墨烯粉体在石墨烯分散液中的质量分数为0.5％；然后在磁场强度为2T的外加磁场作用下，将石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏，蒸馏是指通过加热使得水分蒸发而使得石墨烯分散液中石墨烯浓度提高的过程，蒸馏温度为80℃，蒸馏时间为10分钟；减压蒸馏的参数为：真空度为-0.01MPa，蒸馏温度为50℃，蒸馏时间为10分钟，即获得石墨烯浓缩液，其为石墨烯粉体、水和水性钛酸酯组成的均匀浆料，石墨烯浓缩液中石墨烯的质量分数为30％，石墨烯浓缩液中石墨烯的尺寸为：长和宽分别为1～200微米，厚度为1～6纳米，然后将获得的石墨烯浓缩液在温度80℃下干燥4小时得到经水性钛酸酯修饰的石墨烯；

将经水性钛酸酯修饰过的石墨烯与颗粒度为1～100微米的铜粉加入到乙醇溶液中，水性钛酸酯修饰过的石墨烯、铜粉以及乙醇的质量比为15:85:50，然后超声分散后形成的混合物经球磨、干燥、烧结后得到石墨烯增强的金属材料，其中超声分散的条件为频率25kHz，功率400W，时间1小时；球磨条件为：转速400rmp，时间0.5小时；干燥温度40℃，时间2小时；烧结为热压烧结，包括压制成型、烧结、复压和退火；压制成型的条件为：轴向压强100MPa；烧结条件为：温度1200℃，时间5分钟；复压条件为：轴向压强为100MPa；退火条件为：温度为200℃。

实施例2

一种石墨烯增强金属材料的方法，先将水性钛酸酯双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物(型号311W)溶液溶解在水中，溶解的过程是通过机械搅拌的方式，转速为100转/分钟，搅拌时间为30分钟，温度为35℃，然后加入长和宽分别为1～200微米，厚度为6～10纳米的石墨烯粉体，水性钛酸酯双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物溶液的质量为石墨烯粉体质量的1.5％，在磁场强度为5T的磁场中进行超声分散，超声分散的超声波频率为30KHz，功率为5千瓦，超声分散时间为90分钟，温度控制为60℃，即得到石墨烯分散液，石墨烯粉体在石墨烯分散液中的质量分数为8％；然后在磁场强度为6T的外加磁场作用下，将石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏，蒸馏是指通过加热使得水分蒸发而使得石墨烯分散液中石墨烯浓度提高的过程，蒸馏温度为100℃，蒸馏时间为60分钟；减压蒸馏的参数为：真空度为-0.1MPa，蒸馏温度为80℃，蒸馏时间为30分钟，即获得石墨烯浓缩液，其为石墨烯粉体、水和水性钛酸酯组成的均匀浆料，石墨烯浓缩液中石墨烯的质量分数为70％，石墨烯浓缩液中石墨烯的尺寸为：长和宽分别为1～200微米，厚度为1～6纳米，然后将获得的石墨烯浓缩液在温度100℃下干燥12小时得到经水性钛酸酯修饰的石墨烯；

将经水性钛酸酯修饰过的石墨烯与颗粒度为1～100微米的铝粉，加入到乙醇溶液中，水性钛酸酯修饰过的石墨烯、铝粉以及乙醇的质量比为1:99:200，然后超声分散后形成的混合物经球磨、干燥、烧结后得到石墨烯增强的金属材料，其中超声分散的条件为频率30kHz，功率1000W，时间3小时；球磨条件为：转速800rmp，时间4小时；干燥温度80℃，时间4小时；烧结为热压烧结，包括压制成型、烧结、复压和退火；压制成型的条件为：轴向压强200MPa；烧结条件为：温度700℃，时间30分钟；复压条件为：轴向压强为200MPa；退火条件为：温度为100℃。

实施例3

一种石墨烯增强金属材料的方法，先将水性钛酸酯双(二辛基焦磷酸酯)羟乙酸酯钛酸酯溶解在水中，溶解的过程是通过机械搅拌的方式，转速为80转/分钟，搅拌时间为20分钟，温度为30℃，然后加入长和宽分别为1～200微米，厚度为6～10纳米的石墨烯粉体，水性钛酸酯双(二辛基焦磷酸酯)羟乙酸酯钛酸酯的质量为石墨烯粉体质量的1.5％，在磁场强度为2T的磁场中进行超声分散，超声分散的超声波频率为10KHz，功率为3千瓦，超声分散时间为50分钟，温度控制为20℃，即得到石墨烯分散液，石墨烯粉体在石墨烯分散液中的质量分数为6％；然后在磁场强度为5T的外加磁场作用下，将石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏，蒸馏是指通过加热使得水分蒸发而使得石墨烯分散液中石墨烯浓度提高的过程，蒸馏温度为90℃，蒸馏时间为30分钟；减压蒸馏的参数为：真空度为-0.05MPa，蒸馏温度为60℃，蒸馏时间为15分钟，即获得石墨烯浓缩液，其为石墨烯粉体、水和水性钛酸酯组成的均匀浆料，石墨烯浓缩液中石墨烯的质量分数为50％，石墨烯浓缩液中石墨烯的尺寸为：长和宽分别为1～200微米，厚度为1～6纳米，然后将获得的石墨烯浓缩液在温度90℃下干燥5小时得到经水性钛酸酯修饰的石墨烯；将经水性钛酸酯修饰过的石墨烯与颗粒度为1～100微米的铁粉，加入到乙醇溶液中，水性钛酸酯修饰过的石墨烯、铁粉以及乙醇的质量比为10:90:100，然后超声分散后形成的混合物经球磨、干燥、烧结后得到石墨烯增强的金属材料，其中超声分散的条件为频率28kHz，功率800W，时间2小时；球磨条件为：转速500rmp，时间3小时；干燥温度50℃，时间3小时；烧结为放电等离子体烧结，放电等离子体烧结的条件为：真空度-0.03MPa，温度1700℃，轴向压强100MPa，时间5分钟，放电电流100A。

实施例4

一种石墨烯增强金属材料的方法，先将水性钛酸酯双(二辛基二乙醇)乙二胺钛酸酯溶解在水中，溶解的过程是通过机械搅拌的方式，转速为60转/分钟，搅拌时间为30分钟，温度为10℃，然后加入长和宽分别为1～200微米，厚度为6～10纳米的石墨烯粉体，水性钛酸酯双(二辛基二乙醇)乙二胺钛酸酯的质量为石墨烯粉体质量的1.8％，在磁场强度为0.9T的磁场中进行超声分散，超声分散的超声波频率为20KHz，功率为2千瓦，超声分散时间为50分钟，温度控制为20℃，即得到石墨烯分散液，石墨烯粉体在石墨烯分散液中的质量分数为2％；然后在磁场强度为3T的外加磁场作用下，将石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏，蒸馏是指通过加热使得水分蒸发而使得石墨烯分散液中石墨烯浓度提高的过程，蒸馏温度为80℃，蒸馏时间为60分钟；减压蒸馏的参数为：真空度为-0.1MPa，蒸馏温度为50℃，蒸馏时间为10分钟，即获得石墨烯浓缩液，其为石墨烯粉体、水和水性钛酸酯组成的均匀浆料，石墨烯浓缩液中石墨烯的质量分数为40％，石墨烯浓缩液中石墨烯的尺寸为：长和宽分别为1～200微米，厚度为1～6纳米，然后将获得的石墨烯浓缩液在温度85℃下干燥6小时得到经水性钛酸酯修饰的石墨烯；将经水性钛酸酯修饰过的石墨烯与颗粒度为1～100微米的银粉，加入到乙醇溶液中，水性钛酸酯修饰过的石墨烯、银粉以及乙醇的质量比为8:92:120，然后超声分散后形成的混合物经球磨、干燥、烧结后得到石墨烯增强的金属材料，其中超声分散的条件为频率28kHz，功率600W，时间1.5小时；球磨条件为：转速500rmp，时间1.0小时；干燥温度60℃，时间2.5小时；烧结为放电等离子体烧结，放电等离子体烧结的条件为：真空度--0.1MPa，温度1100℃，轴向压强200MPa，时间30分钟，放电电流300A。

实施例5

一种石墨烯增强金属材料的方法，先将水性钛酸酯二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯溶解在水中，溶解的过程是通过机械搅拌的方式，转速为100转/分钟，搅拌时间为5分钟，温度为25℃，然后加入长和宽分别为1～200微米，厚度为6～10纳米的石墨烯粉体，水性钛酸酯二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯的质量为石墨烯粉体质量的2％，在磁场强度为0.8T的磁场中进行超声分散，超声分散的超声波频率为25KHz，功率为3千瓦，超声分散时间为60分钟，温度控制为30℃，即得到石墨烯分散液，石墨烯粉体在所述石墨烯分散液中的质量分数为8％；然后在磁场强度为6T的外加磁场作用下，将石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏，蒸馏是指通过加热使得水分蒸发而使得石墨烯分散液中石墨烯浓度提高的过程，蒸馏温度为90℃，蒸馏时间为60分钟；减压蒸馏的参数为：真空度为-0.01MPa，蒸馏温度为50℃，蒸馏时间为10分钟，即获得石墨烯浓缩液，其为石墨烯粉体、水和水性钛酸酯组成的均匀浆料，石墨烯浓缩液中石墨烯的质量分数为30％，石墨烯浓缩液中石墨烯的尺寸为：长和宽分别为1～200微米，厚度为1～6纳米，然后将获得的石墨烯浓缩液在温度95℃下干燥10小时得到经水性钛酸酯修饰的石墨烯；将经水性钛酸酯修饰过的石墨烯与颗粒度为1～100微米的铜粉、铝，加入到乙醇溶液中，水性钛酸酯修饰过的石墨烯、铜粉以及乙醇的质量比为12:88:150，然后超声分散后形成的混合物经球磨、干燥、烧结后得到石墨烯增强的金属材料，其中超声分散的条件为频率28kHz，功率800W，时间2小时；球磨条件为：转速450rmp，时间2小时；干燥温度60℃，时间3小时；烧结为热压烧结，包括压制成型、烧结、复压和退火；压制成型的条件为：轴向压强120MPa；烧结条件为：温度1200℃，时间10分钟；复压条件为：轴向压强为150MPa；退火条件为：温度为200℃。

实施例6

一种石墨烯增强金属材料的方法，先将水性钛酸酯双(二辛基二乙醇)乙二胺钛酸酯溶解在水中，溶解的过程是通过机械搅拌的方式，转速为50转/分钟，搅拌时间为5分钟，温度为35℃，然后加入长和宽分别为1～200微米，厚度为6～10纳米的石墨烯粉体，水性钛酸酯双(二辛基二乙醇)乙二胺钛酸酯的质量为石墨烯粉体质量的0.8％，在磁场强度为0.9T的磁场中进行超声分散，超声分散的超声波频率为30KHz，功率为5千瓦，超声分散时间为90分钟，温度控制为10℃，即得到石墨烯分散液，石墨烯粉体在所述石墨烯分散液中的质量分数为0.5％；然后在磁场强度为2T的外加磁场作用下，将石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏，蒸馏是指通过加热使得水分蒸发而使得石墨烯分散液中石墨烯浓度提高的过程，蒸馏温度为80℃，蒸馏时间为30分钟；减压蒸馏的参数为：真空度为-0.09MPa，蒸馏温度为60℃，蒸馏时间为30分钟，即获得石墨烯浓缩液，其为石墨烯粉体、水和水性钛酸酯组成的均匀浆料，石墨烯浓缩液中石墨烯的质量分数为50％，石墨烯浓缩液中石墨烯的尺寸为：长和宽分别为1～200微米，厚度为1～6纳米，然后将获得的石墨烯浓缩液在温度80℃下干燥12小时得到经水性钛酸酯修饰的石墨烯；将经水性钛酸酯修饰过的石墨烯与颗粒度为1～100微米的铝粉，加入到乙醇溶液中，水性钛酸酯修饰过的石墨烯、铝粉以及乙醇的质量比为7:93:120，然后超声分散后形成的混合物经球磨、干燥、烧结后得到石墨烯增强的金属材料，其中超声分散的条件为频率28kHz，功率600W，时间1.5小时；球磨条件为：转速500rmp，时间3小时；干燥温度60℃，时间3小时；烧结为放电等离子体烧结，放电等离子体烧结的条件为：真空度-0.05MPa，温度800℃，轴向压强150MPa，时间12分钟，放电电流150A。

实施例7

一种石墨烯增强金属材料的方法，先将水性钛酸酯双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物(型号311W)溶液溶解在水中，溶解的过程是通过机械搅拌的方式，转速为60转/分钟，搅拌时间为30分钟，温度为35℃，然后加入长和宽分别为1～200微米，厚度为6～10纳米的石墨烯粉体，水性钛酸酯双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物溶液的质量为石墨烯粉体质量的1.5％，在磁场强度为4T的磁场中进行超声分散，超声分散的超声波频率为28KHz，功率为5千瓦，超声分散时间为90分钟，温度控制为60℃，即得到石墨烯分散液，石墨烯粉体在石墨烯分散液中的质量分数为8％；然后在磁场强度为5T的外加磁场作用下，将石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏，蒸馏是指通过加热使得水分蒸发而使得石墨烯分散液中石墨烯浓度提高的过程，蒸馏温度为100℃，蒸馏时间为60分钟；减压蒸馏的参数为：真空度为-0.1MPa，蒸馏温度为80℃，蒸馏时间为30分钟，即获得石墨烯浓缩液，其为石墨烯粉体、水和水性钛酸酯组成的均匀浆料，石墨烯浓缩液中石墨烯的质量分数为70％，石墨烯浓缩液中石墨烯的尺寸为：长和宽分别为1～200微米，厚度为1～6纳米，然后将获得的石墨烯浓缩液在温度88℃下干燥9小时得到经水性钛酸酯修饰的石墨烯；将经水性钛酸酯修饰过的石墨烯与颗粒度为1～100微米的铁粉，加入到乙醇溶液中，水性钛酸酯修饰过的石墨烯、铁粉以及乙醇的质量比为5:95:80，然后超声分散后形成的混合物经球磨、干燥、烧结后得到石墨烯增强的金属材料，其中超声分散的条件为频率30kHz，功率1000W，时间2小时；球磨条件为：转速600rmp，时间2.5小时；干燥温度60℃，时间4小时；烧结为热压烧结，包括压制成型、烧结、复压和退火；压制成型的条件为：轴向压强100MPa；烧结条件为：温度1800℃，时间20分钟；复压条件为：轴向压强为200MPa；退火条件为：温度为300℃。

实施例8

一种石墨烯增强金属材料的方法，先将水性钛酸酯双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物溶液(型号311W)溶解在水中，溶解的过程是通过机械搅拌的方式，转速为80转/分钟，搅拌时间为30分钟，温度为35℃，然后加入长和宽分别为1～200微米，厚度为6～10纳米的石墨烯粉体，水性钛酸酯双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物溶液的质量为石墨烯粉体质量的1.5％，在磁场强度为3T的磁场中进行超声分散，超声分散的超声波频率为30KHz，功率为5千瓦，超声分散时间为90分钟，温度控制为60℃，即得到石墨烯分散液，石墨烯粉体在石墨烯分散液中的质量分数为8％；然后在磁场强度为3T的外加磁场作用下，将石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏，蒸馏是指通过加热使得水分蒸发而使得石墨烯分散液中石墨烯浓度提高的过程，蒸馏温度为100℃，蒸馏时间为60分钟；减压蒸馏的参数为：真空度为-0.1MPa，蒸馏温度为80℃，蒸馏时间为30分钟，即获得石墨烯浓缩液，其为石墨烯粉体、水和水性钛酸酯组成的均匀浆料，石墨烯浓缩液中石墨烯的质量分数为70％，石墨烯浓缩液中石墨烯的尺寸为：长和宽分别为1～200微米，厚度为1～6纳米，然后将获得的石墨烯浓缩液在温度100℃下干燥4小时得到经水性钛酸酯修饰的石墨烯；将经水性钛酸酯修饰过的石墨烯与颗粒度为1～100微米的银粉，加入到乙醇溶液中，水性钛酸酯修饰过的石墨烯、银粉以及乙醇的质量比为14:86:80，然后超声分散后形成的混合物经球磨、干燥、烧结后得到石墨烯增强的金属材料，其中超声分散的条件为频率26kHz，功率800W，时间1小时；球磨条件为：转速400rmp，时间4小时；干燥温度60℃，时间2小时；烧结为放电等离子体烧结，放电等离子体烧结的条件为：真空度-0.08MPa，温度1200℃，轴向压强120MPa，时间15分钟，放电电流200A。

Claims (10)

1.一种石墨烯增强金属材料的方法，其特征是，先将水性钛酸酯溶解在水中，然后加入石墨烯粉体，在磁场中进行超声处理得到石墨烯分散液；然后在外加磁场作用下，将石墨烯分散液进行蒸馏或减压蒸馏得到石墨烯浓缩液，然后再进行干燥处理得到经水性钛酸酯修饰的石墨烯，将经水性钛酸酯修饰过的石墨烯与金属粉加入到乙醇溶液中，超声分散后形成的混合物经球磨、干燥、烧结后得到石墨烯增强的金属材料；

所述的超声处理的超声波频率为20～30kHz，功率为1～5千瓦，超声处理时间为30～90分钟，温度控制为10～60℃；所述超声处理对应的磁场强度为0.5～5T；所述外加磁场的磁场强度为2～6T；

所述加入的石墨烯粉体的尺寸为：长和宽分别为1～200微米，厚度为6～10纳米；所述经水性钛酸酯修饰的石墨烯的尺寸为：长和宽分别为1～200微米，厚度为1～6纳米；

所述的石墨烯浓缩液中石墨烯的质量分数为30～70％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的水性钛酸酯修饰过的石墨烯、金属粉以及乙醇的质量比为1～15:85～99:50～200。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的金属粉为铜粉、铝粉、铁粉或银粉，其颗粒度为1～100微米。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的超声分散的条件为频率25～30kHz，功率400～1000W，时间1～3小时；球磨条件为：转速400～800rpm，时间0.5～4小时；球磨后的干燥温度40～80℃，时间2～4小时。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述烧结为热压烧结或放电等离子体烧结。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述热压烧结包括压制成型、烧结、复压和退火；压制成型的条件为：轴向压强100～200MPa；烧结条件为：温度600～2000℃，时间5～30分钟；复压条件为：轴向压强为100～200MPa；退火条件为：温度为100～300℃；所述放电等离子体烧结的条件为：真空度-0.03～-0.1MPa，温度600～2000℃，轴向压强100～200MPa，时间5～30分钟，放电电流100-300A。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述石墨烯分散液中石墨烯的质量分数为0.5～8％，水性钛酸酯的质量小于等于石墨烯质量的2％；所述经水性钛酸酯修饰的石墨烯的水份含量不高于0.5wt％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的水性钛酸酯是双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯，或双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯和三乙醇胺的螯合物溶液，或双(二辛基焦磷酸酯)羟乙酸酯钛酸酯，或双(二辛基二乙醇)乙二胺钛酸酯。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的溶解过程是通过机械搅拌的方式，转速为 50～100转/分钟，搅拌时间为5～30分钟，温度为10～35℃。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述蒸馏是指通过加热使得水分蒸发而使得石墨烯分散液中石墨烯浓度提高的过程，蒸馏的蒸馏温度为80～100℃，蒸馏时间为10～60分钟；所述减压蒸馏的参数为：真空度为-0.01MPa～-0.1MPa，蒸馏温度为50～80℃，蒸馏时间为10～30分钟；蒸馏或减压蒸馏后干燥的条件为：温度80～100℃，时间4～12小时。