CN106756161A - 一种海绵钛添加石墨烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海绵钛添加石墨烯复合材料及其制备方法，其中制备方法包括如下步骤：(1)称取石墨烯纳米片，超声分散；(2)将海绵钛粉混入石墨烯分散液中同时进行超声分散和磁力搅拌；(3)将分散完毕的混合泥进行真空干燥；(4)将步骤(3)中的混合粉粉末放入钢制模具中进行单向静压；(5)将步骤S4中的压制样品进行真空烧结；(6)烧结完毕后，烧结样品随炉冷却至室温，取出样品；本发明的海绵钛添加石墨烯的复合材料的制备方法提供一种具有轻质强硬的钛基复合材料，其采用超声分散与真空烧结相结合的技术制备复合材料，以获得轻质、高比强度的新型复合材料。

Description

一种海绵钛添加石墨烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种海绵钛添加石墨烯复合材料及其制备方法。
背景技术
应用于航空航天领域的许多零部件往往需要在超高温、超高压、强腐蚀等极端条件下进行工作，而且需要在大气层或外层空间进行长期运作，无法停机检查或者更换零部件美因茨，要求其零部件具有极高的可靠性和质量保证。目前使用的钛及钛合金具有耐热性能好(熔点高达1668℃)、密度低(4.5g/立方厘米，20℃)、高比强度等一系列优异性能，在航空航天、医疗器械、化学工业等现代化产业中有广泛的应用，但是钛合金存在摩擦系数高且不稳定、室温及高温耐磨性低、易粘着、抗微动磨损性能差等固有缺点。因此，严重限制了钛合金结构材料在上述工业及国防装备中的应用，尤其在作为高温摩擦磨损运动副零部件的应用中钛合金优异力学性能潜力的发挥。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种海绵钛添加石墨烯复合材料及其制备方法，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种海绵钛添加石墨烯复合材料的制备方法，主要包括如下步骤：
(1)称取石墨烯纳米片，超声分散；
(2)将海绵钛粉混入石墨烯分散液中同时进行超声分散和磁力搅拌；
(3)将分散完毕的混合泥进行真空干燥；
(4)将步骤(3)中的混合粉粉末放入钢制模具中进行单向静压；
(5)将步骤(4)中的压制样品进行真空烧结；
(6)烧结完毕后，烧结样品随炉冷却至室温，取出样品。
所述步骤(1)中,石墨烯纳米片包括若干层石墨烯，所述任一层石墨烯的厚度为1～8nm,直径为1～10um。
所述步骤(2)中,石墨烯纳米片与所述海绵钛粉的重量比的范围为0.1wt％～0.5wt％。
所述步骤(1)和(2)中,将称量好的石墨烯纳米片加入无水乙醇中，在丙酮作为分散剂的条件下进行超声分散40min,再将称量好的海绵钛粉加入石墨烯纳米片中混合，继续分散40min并同时进行磁力搅拌分散。
所述步骤(3)中真空箱中温度为85℃。
所述步骤(4)中钢制模具的形状为圆柱体，其长度为20mm,高径为5:1。
所述步骤(5)中真空烧结的步骤为：先以5℃/min的升温速率将炉膛温度升到400℃，保温15min,再以10℃/min的升温速率升到900℃，保温5min,最后以5℃/min的升温速率升高到1200℃保温2h。
所述步骤(5)中，整个烧结过程的气压为0.1Pa。
本发明还提供了一种根据如上所述的制备方法获得的海绵钛添加石墨烯复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的海绵钛添加石墨烯复合材料的制备方法提供一种具有轻质、高强韧性的海绵钛添加石墨烯复合材料，其采用超声分散与磁力搅拌技术混粉，然后将混合均匀的粉末利用真空烧结技术制备复合材料，以获得轻质、高比强度的新型符合材料。
附图说明
图1所示的是本发明的工艺制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细地说明。
由图1可知，本发明中所提到的海绵钛添加石墨烯复合材料，主要是采用超声分散与磁力搅拌技术混粉，然后将混合均匀的粉末利用真空烧结技术制备复合材料，以获得轻质、高比强度的新型符合材料。其制备方法主要包括如下步骤：
(1)称取石墨烯纳米片，超声分散；
(2)将海绵钛粉混入石墨烯分散液中同时进行超声分散和磁力搅拌；
(3)将分散完毕的混合泥进行真空干燥；
(4)将步骤(3)中的混合粉粉末放入钢制模具中进行单向静压；
(5)将步骤(4)中的压制样品进行真空烧结；
(6)烧结完毕后，烧结样品随炉冷却至室温，取出样品。
在步骤(1)中,石墨烯纳米片包括若干层石墨烯，所述任一层石墨烯的厚度为1～8nm,直径为1～10um。
在步骤(2)中,石墨烯纳米片与所述海绵钛粉的重量比的范围为0.1wt％～0.5wt％。
在步骤(1)和(2)中,将称量好的石墨烯纳米片加入无水乙醇中，在丙酮作为分散剂的条件下进行超声分散40min,再将称量好的海绵钛粉加入石墨烯纳米片中混合，继续分散40min并同时进行磁力搅拌分散。
在步骤(3)中，真空箱中温度为85℃。
在步骤(4)中，钢制模具的形状为圆柱体，其长度为20mm,高径为5:1。
在步骤(5)中，真空烧结的步骤为：先以5℃/min的升温速率将炉膛温度升到400℃，保温15min,再以10℃/min的升温速率升到900℃，保温5min,最后以5℃/min的升温速率升高到1200℃保温2h。
在步骤(5)中，整个烧结过程的气压为0.1Pa。
下面给出海绵钛添加石墨烯复合材料的制备方法的几个实施例，结合实施例对上述制备方法进行举例说明。
实施例1
按海绵钛粉和石墨烯分散液的重量比为0.5wt％，将称量好的海绵钛粉和石墨烯分散液在丙酮作为分散剂的条件下进行超声分散40min,再将称量好的海绵钛粉加入石墨烯纳米片中混合，继续分散40min并同时进行磁力搅拌分散，然后真空箱中设定温度为85℃进行抽真空干燥，接着将进行真空干燥后的混合粉粉末放入形状为圆柱体、长度为20mm、高径为5:1的钢制模具中进行单向静压；接着先以5℃/min的升温速率将炉膛温度升到400℃，保温15min,再以10℃/min的升温速率升到900℃，保温5min,最后以5℃/min的升温速率升高到1200℃保温2h，待烧结完毕后，烧结样品随炉冷却至室温，取出样品。
实施例2
按海绵钛粉和石墨烯分散液的重量比为0.1wt％，将称量好的海绵钛粉和石墨烯分散液在丙酮作为分散剂的条件下进行超声分散40min,再将称量好的海绵钛粉加入石墨烯纳米片中混合，继续分散40min并同时进行磁力搅拌分散，然后真空箱中设定温度为85℃进行抽真空干燥，接着将进行真空干燥后的混合粉粉末放入形状为圆柱体、长度为20mm、高径为5:1的钢制模具中进行单向静压；接着先以5℃/min的升温速率将炉膛温度升到400℃，保温15min,再以10℃/min的升温速率升到900℃，保温5min,最后以5℃/min的升温速率升高到1200℃保温2h，待烧结完毕后，烧结样品随炉冷却至室温，取出样品。
实施例3
按海绵钛粉和石墨烯分散液的重量比为0.15wt％，将称量好的海绵钛粉和石墨烯分散液在丙酮作为分散剂的条件下进行超声分散40min,再将称量好的海绵钛粉加入石墨烯纳米片中混合，继续分散40min并同时进行磁力搅拌分散，然后真空箱中设定温度为85℃进行抽真空干燥，接着将进行真空干燥后的混合粉粉末放入形状为圆柱体、长度为20mm、高径为5:1的钢制模具中进行单向静压；接着先以5℃/min的升温速率将炉膛温度升到400℃，保温15min,再以10℃/min的升温速率升到900℃，保温5min,最后以5℃/min的升温速率升高到1200℃保温2h，待烧结完毕后，烧结样品随炉冷却至室温，取出样品。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种海绵钛添加石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
(1)称取石墨烯纳米片，超声分散；
(2)将海绵钛粉混入石墨烯分散液中同时进行超声分散和磁力搅拌；
(3)将分散完毕的混合泥进行真空干燥；
(4)将步骤(3)中的混合粉粉末放入钢制模具中进行单向静压；
(5)将步骤(4)中的压制样品进行真空烧结；
(6)烧结完毕后，烧结样品随炉冷却至室温，取出样品。
2.根据权利要求1所述的一种海绵钛添加石墨烯复合材料的制备方法,其特在在于,所述步骤(1)中,石墨烯纳米片包括若干层石墨烯，所述任一层石墨烯的厚度为1～8nm,直径为1～10um。
3.根据权利要求1所述的一种海绵钛添加石墨烯复合材料的制备方法,其特在在于,所述步骤(2)中,石墨烯纳米片与所述海绵钛粉的重量比的范围为0.1wt％～0.5wt％。
4.根据权利要求1所述的一种海绵钛添加石墨烯复合材料的制备方法,其特在在于,所述步骤(1)和(2)中,将称量好的石墨烯纳米片加入无水乙醇中，在丙酮作为分散剂的条件下进行超声分散40min,再将称量好的海绵钛粉加入石墨烯纳米片中混合，继续分散40min并同时进行磁力搅拌分散。
5.根据权利要求1所述一种海绵钛添加石墨烯复合材料的制备方法,其特在在于,所述步骤(3)中真空箱中温度为85℃。
6.根据权利要求1所述的一种海绵钛添加石墨烯复合材料的制备方法,其特在在于,所述步骤(4)中钢制模具的形状为圆柱体，其长度为20mm,高径为5:1。
7.根据权利要求1所述的一种海绵钛添加石墨烯复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(5)中真空烧结的步骤为：先以5℃/min的升温速率将炉膛温度升到400℃，保温15min,再以10℃/min的升温速率升到900℃，保温5min,最后以5℃/min的升温速率升高到1200℃保温2h。
8.根据权利要求1所述的一种海绵钛添加石墨烯复合材料的制备方法,其特在在于,所述步骤(5)中，整个烧结过程的气压为0.1Pa。
9.一种海绵钛添加石墨烯复合材料，其特在在于，所述的海绵钛添加石墨烯复合材料根据权利要求1-8任一项所述制备方法获得。
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