CN106636710A - 一种石墨烯复合装甲材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种石墨烯复合装甲材料的制备方法。该复合装甲材料中石墨烯的添加量为复合装甲材料总质量的0.5～1％。使用超声分散法分散石墨烯，利用酒精为超声分散介质，通过混合、干燥和碾压等简单工艺操作，制得无板结团聚的石墨烯/铜合金混合粉末。本发明提供的制备方法，石墨烯在金属粉体中的均匀分散性良好，制备过程简单，工艺可调可控。材料制备成本较低，适合工业化生产，市场前景良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体讲涉及一种石墨烯复合装甲材料的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子构成的二维纳米材料，呈单层片状结构(厚度仅为几个纳米)。由于其独特的二维蜂窝晶体结构和极高的键强度，石墨烯是目前已知的世界上比强度最高、最坚硬的纳米材料，其断裂强度高达130GPa。因此，利用石墨烯的高强度，将其与金属材料复合，制备成石墨烯/金属复合材料，是一种新型的高强高韧金属基复合材料。
目前石墨烯与金属复合材料的制备方法主要有两种：熔融铸造法和粉末冶金法。例如，采用熔融铸造法制备石墨烯/铜复合材料时，由于石墨烯与铜二者密度差异大，石墨烯很难在铜合金液内部均匀分散，此外，二者在材料制备过程中很可能发生高温界面反应，降低材料性能，因此石墨烯/铜复合材料较少采用熔融铸造法来制备。采用粉末冶金法制备石墨烯/铜复合材料时，首先需要获得石墨烯和铜合金均匀混合的粉体，然后通过后续的压力加工来制备石墨烯/铜复合块体材料，最大限度地抑制传统熔融铸造法带来的高温界面反应。因此，石墨烯/铜复合材料一般采用粉末冶金法来制备。
目前，轻型装甲车一直采用钢制防弹装甲，武装直升飞机采用钛合金防弹装甲。但是未来战争对陆军的远程投送能力、武装直升飞机的有效载荷能力都提出越来越高的要求，这就对装备重量提出了严苛要求，使得以前使用的钢制装甲和钛合金装甲已不能满足未来武器装备发展的需要。因此需要提供一种密度低，成本低，易批量生产的复合装甲材料。
对于金属基复合材料来说，增强相在金属基体中的分布是否均匀、增强相是否发生团聚、界面结合是否紧密，直接决定着复合材料性能的优劣。因此，石墨烯在金属基体中的均匀分散如何实现，是制备石墨烯/金属复合材料需要突破的关键技术。尤其是采用粉末冶金法制备石墨烯/金属复合材料时，如何获得石墨烯在金属粉体中均匀分散的混合粉体，是制备高品质石墨烯/金属复合材料的前提和基础。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供了一种石墨烯与金属粉体混合的新方法，可实现石墨烯与金属粉体的均匀混合。
本发明的目的是采用以下技术方案实现的：
一种石墨烯复合装甲材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取石墨烯和-200+400目的铜合金粉末；
(2)所述石墨烯在酒精溶液中超声分散0.5～1.0h，得到石墨烯/酒精混合溶液；
(3)将铜合金粉末分批加入所述石墨烯/酒精混合溶液中，转速100～500r/min，温度40～60℃下，混合1～2h，得到半固态糊状的石墨烯/铜合金混合粉体；
(4)50～60℃下，干燥所述半固态糊状的石墨烯/铜合金混合粉体2～3h；
(5)碾压步骤(4)得到的石墨烯/铜合金混合粉得到无板结团聚的混合粉末；
铜合金按质量百分比计含下述组份：铝：7.5～8.5％；铁：2.5～3.0％；磷：1.5～2％；稀土：0.1～0.3％；镍：1～2％；余量为铜。
一种石墨烯复合装甲材料的制备方法的第一优选方案，铝：7.5％；铁：2.5％；磷：1.5％；稀土：0.1％；镍：1％。
一种石墨烯复合装甲材料的制备方法的第二优选方案，铝：8.5％；铁：3.0％；磷：2％；稀土：0.3％；镍：2％。
一种石墨烯复合装甲材料的制备方法的第三优选方案，铝：8.0％；铁：2.8％；磷：1.8％；稀土：0.2％；镍：1.5％。
一种石墨烯复合装甲材料的制备方法的第四优选方案，步骤(1)中，石墨烯占所述复合装甲材料总质量的0.5～1.0％。
一种石墨烯复合装甲材料的制备方法的第五优选方案，步骤(2)中，超声分散采用超声细胞粉碎仪；10层以下的石墨烯占60-70％。
一种石墨烯复合装甲材料的制备方法的第六优选方案，步骤(3)中，分批加入的速度是100～150g/10min。
一种石墨烯复合装甲材料的制备方法的第七优选方案，步骤(4)中，干燥用酒精冷凝回收装置。
一种石墨烯复合装甲材料的制备方法的第八优选方案，步骤(5)中，碾压时间为2～3h。
和最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
(1)本发明提供的制备方法，石墨烯在金属粉体中的均匀分散性良好。
(2)本发明提供的方法制备过程简单，工艺可调可控。材料制备成本较低，适合工业化生产，市场前景良好。
附图说明
图1为铜合金粉体的电镜图；
图2为石墨烯与铜合金粉体均匀混合的电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例作进一步详细说明，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
(1)对铜合金粉(-200+400目)和石墨烯(石墨烯占石墨烯复合装甲材料总质量的0.5％)分别进行取料，称重；
(2)将石墨烯置于烧杯中，倒入酒精后在超声细胞粉碎仪中进行超声分散0.5h；
(3)将铜合金粉末分批(100g/10min)加入到超声分散好的石墨烯/酒精溶液中，在转速100r/min，加热温度40℃的控温电动搅拌器中混合1h，获得半固态糊状的石墨烯/铜合金混合粉体；
(4)将半固态糊状的石墨烯/铜合金混合粉体置于酒精冷凝回收装置中进行烘干，直至粉体中的酒精完全被冷凝回收，得到干燥的石墨烯/铜合金混合粉体。烘干温度50℃，烘干时间2h；
(5)将干燥后的石墨烯/铜合金混合粉末用专用工装碾压2h得到无板结团聚的混合粉末。
按质量百分比计，铜合金由下述组分组成：铝：7.5％；铁：2.5％；磷：1.5％；稀土：0.1％；镍：1％；余量为铜。
实施例2：
(1)对铜合金粉(-200+400目)和石墨烯(石墨烯占石墨烯复合装甲材料总质量的1％)分别进行取料，称重；
(2)将石墨烯置于烧杯中，倒入酒精后在超声细胞粉碎仪中进行超声分散1h；
(3)将铜合金粉末分批(150g/10min)加入到超声分散好的石墨烯/酒精溶液中，在转速500r/min，加热温度60℃的控温电动搅拌器中混合2h，获得半固态糊状的石墨烯/铜合金混合粉体；
(4)将半固态糊状的石墨烯/铜合金混合粉体置于酒精冷凝回收装置中进行烘干，直至粉体中的酒精完全被冷凝回收，得到干燥的石墨烯/铜合金混合粉体。烘干温度60℃，烘干时间3h；
(5)将干燥后的石墨烯/铜合金混合粉末用专用工装碾压3h得到无板结团聚的混合粉末。
按质量百分比计，铜合金由下述组分组成：铝：8.5％；铁：3.0％；磷：2％；稀土：0.3％；镍：2％；余量为铜。
实施例3：
(1)对铜合金粉(-200+400目)和石墨烯(石墨烯占石墨烯复合装甲材料总质量的0.8％)分别进行取料，称重；
(2)将石墨烯置于烧杯中，倒入酒精后在超声细胞粉碎仪中进行超声分散1h；
(3)将铜合金粉末分批(120g/10min)加入到超声分散好的石墨烯/酒精溶液中，在转速300r/min，加热温度50℃的控温电动搅拌器中混合1.5h，获得半固态糊状的石墨烯/铜合金混合粉体；
(4)将半固态糊状的石墨烯/铜合金混合粉体置于酒精冷凝回收装置中进行烘干，直至粉体中的酒精完全被冷凝回收，得到干燥的石墨烯/铜合金混合粉体。烘干温度550℃，烘干时间2.5h；
(5)将干燥后的石墨烯/铜合金混合粉末用专用工装碾压2.5h得到无板结团聚的混合粉末。
按质量百分比计，铜合金由下述组分组成：铝：8.0％；铁：2.8％；磷：1.8％；稀土：0.2％；镍：1.5％，余量为铜。
上述实施例中，10层以下的石墨烯占总体的60-70％。
从图1结合图2可以看出，本发明提供的技术方案，使用超声分散法分散石墨烯，利用酒精为超声分散介质，通过混合、干燥和碾压等简单工艺操作，制得无板结团聚的石墨烯/铜合金混合粉末，石墨烯在金属粉体中的均匀分散性良好。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种石墨烯复合装甲材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)称取石墨烯和-200+400目的铜合金粉末；
(2)所述石墨烯在酒精溶液中超声分散0.5～1.0h，得到石墨烯/酒精混合溶液；
(3)将铜合金粉末分批加入所述石墨烯/酒精混合溶液中，转速100～500r/min，温度40～60℃下，混合1～2h，得到半固态糊状的石墨烯/铜合金混合粉体；
(4)50～60℃下，干燥所述半固态糊状的石墨烯/铜合金混合粉体2～3h；
(5)碾压步骤(4)得到的石墨烯/铜合金混合粉得到无板结团聚的混合粉末；
所述铜合金按质量百分比计含下述组份：铝：7.5～8.5％；铁：2.5～3.0％；磷：1.5～2％；稀土：0.1～0.3％；镍：1～2％；余量为铜。
2.根据权利要求1的所述的一种石墨烯复合装甲材料的制备方法，其特征在于，所述铝：7.5％；铁：2.5％；磷：1.5％；稀土：0.1％；镍：1％。
3.根据权利要求1的所述的一种石墨烯复合装甲材料的制备方法，其特征在于，所述铝：8.5％；铁：3.0％；磷：2％；稀土：0.3％；镍：2％。
4.根据权利要求1的所述的一种石墨烯复合装甲材料的制备方法，其特征在于，所述铝：8.0％；铁：2.8％；磷：1.8％；稀土：0.2％；镍：1.5％。
5.根据权利要求1的所述的一种石墨烯复合装甲材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，石墨烯占所述复合装甲材料总质量的0.5～1.0％。
6.根据权利要求1的所述的一种石墨烯复合装甲材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述超声分散采用超声细胞粉碎仪；10层以下的石墨烯占60-70％。
7.根据权利要求1的所述的一种石墨烯复合装甲材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述分批加入的速度是100～150g/10min。
8.根据权利要求1的所述的一种石墨烯复合装甲材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述干燥用酒精冷凝回收装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170510 |
|
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