CN108866372A - 一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法，取用金属片，放入清洗池中清洗，除去表面铁锈以及杂质，将石墨烯按照预定比例均匀分散于分散剂中，对材料进行搅拌静置后形成石墨烯悬浊液，在上述悬浊液中添加与金属片相同材质的金属粉，立刻将石墨烯、金属粉的悬浊液通过超声喷涂方式均匀喷洒于每个金属片的表面。将石墨烯材料通过熔融的金属粉夹在中间，避免使用过程中石墨烯材料的脱落，使复合材料更加紧密；并且金属粉与石墨烯通过分散剂喷涂在金属片表面，使材料分布更加均匀，避免传统铸造工艺下石墨烯在基体内部的团聚问题，保证金属基材料的质量和使用稳定性；该方法制造工艺均为常规处理手段，操作方便，生产成本低。

Description

一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属基材料，具体是一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法。

背景技术

金属基复合材料(metal matrix composite),简称(MMC)是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。其增强材料大多为无机非金属，如陶瓷、碳、石墨及硼等,也可以用金属丝。它与聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料一起构成现代复合材料体系。

石墨烯是目前世界上已知的最薄的材料，它拥有许多极其优异的物理性质，例如透光率高，导热系数高，电子迁移率高，电阻率是已知材料最小的，室温下也可呈现霍尔效应，等等。石墨烯在金属基复合材料的应用制备时，虽然球磨混合的办法能够适用于混合大多数种类的金属粉末和石墨烯，且产量较高，但它们往往存在着制备过程繁琐，高能耗，耗时长等等缺点，影响石墨烯复合材料的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：取用金属片，放入清洗池中清洗，除去表面铁锈以及杂质，取出金属片放入烘干设备中干燥，保持表面平整，对需要复合的金属片表面进行彻底清理，保证金属片表面干净，避免混入其他杂质而影响复合材料的性能；

第二步：将石墨烯按照预定比例均匀分散于分散剂中，对材料进行搅拌静置后形成石墨烯悬浊液，使石墨烯能够均匀的分布到金属片表面，分散剂采用乙醇、异丙酮或二甲基甲酰胺等，分散后的石墨烯悬浊液中石墨烯的浓度为2-5％，保证石墨烯将金属表面覆盖；

第三步：取用与金属片相同的经研磨后形成的金属粉，将金属粉倒入悬浊液中，与石墨烯共同在分散剂中均匀分散，金属粉与石墨烯的重量比例为1：10，通过搅拌设备均匀缓慢搅拌使铁粉均匀分布在悬浊液中，金属粉与石墨烯悬浊液混合时采用转速为20-30r/min的搅拌设备；

第四步：立刻将石墨烯、金属粉的悬浊液通过超声喷涂方式均匀喷洒于每个金属片的表面，混入金属粉的悬浊液应在搅拌结束后1-3分钟内进行喷涂，避免金属粉末因长时间放置而沉淀，保证喷涂液体均匀；

第五步：将表面附着有悬浊液的金属片置入真空烘干设备中进行烘干，使石墨烯以及金属粉材料附着在金属片表面，烘干后在金属片表面形成有均匀分布的覆盖层，覆盖层优化了金属片的性能，使其表面具有石墨烯材料的性能；

第六步：在烘干后的金属片通过输送带输送，在其上表面均匀覆盖一层金属粉，仅需输送，然后通过加热枪对金属片表面加温使金属粉熔化附着在覆盖层表面，金属片高温与金属粉熔合，将石墨烯材料很好的夹在金属中间，也能够避免内部有空气的产生，使加工后的复合材料更加紧密；

第七步：最后，将金属片表面仅需抛光打磨处理，保证金属片表面光滑。

作为本发明进一步的方案：所述金属片为铁片、铝片、合金片等，根据需要的不同金属采用相关的金属片，金属片的厚度为0.1-0.3mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：将石墨烯材料通过熔融的金属粉夹在中间，避免使用过程中石墨烯材料的脱落，使复合材料更加紧密；并且金属粉与石墨烯通过分散剂喷涂在金属片表面，使材料分布更加均匀，避免传统铸造工艺下石墨烯在基体内部的团聚问题，保证金属基材料的质量和使用稳定性；该方法制造工艺均为常规处理手段，操作方便，生产成本低。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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

本发明实施例中，一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：取用铁片，将铁片切割成所需的大小，放入清洗池中清洗，除去表面铁锈以及杂质，取出铁片放入烘干设备中干燥，保持表面平整，对需要复合的铁片表面进行彻底清理，保证铁片表面干净，避免混入其他杂质而影响复合材料的性能；

第二步：将石墨烯按照预定比例均匀分散于分散剂中，对材料进行搅拌静置后形成石墨烯悬浊液，使石墨烯能够均匀的分布到铁片表面，分散剂采用乙醇、异丙酮或二甲基甲酰胺等，分散后的石墨烯悬浊液中石墨烯的浓度为2-5％，保证石墨烯将金属表面覆盖；

第三步：取用与铁片相同的经研磨后形成的铁粉，将铁粉倒入悬浊液中，与石墨烯共同在分散剂中均匀分散，铁粉与石墨烯的重量比例为1：10，通过搅拌设备均匀缓慢搅拌使铁粉均匀分布在悬浊液中，铁粉与石墨烯悬浊液混合时采用转速为20-30r/min的搅拌设备；

第四步：立刻将石墨烯、铁粉的悬浊液通过超声喷涂方式均匀喷洒于每个铁片的表面，混入铁粉的悬浊液应在搅拌结束后1-3分钟内进行喷涂，避免铁粉末因长时间放置而沉淀，保证喷涂液体均匀；

第五步：将表面附着有悬浊液的铁片置入真空烘干设备中进行烘干，使石墨烯以及铁粉材料附着在铁片表面，烘干后在铁片表面形成有均匀分布的覆盖层，覆盖层优化了铁片的性能，使其表面具有石墨烯材料的性能；

第六步：在烘干后的铁片通过输送带输送，在其上表面均匀覆盖一层铁粉，仅需输送，然后通过加热枪对铁片表面加温使铁粉熔化附着在覆盖层表面，铁片高温与铁粉熔合，将石墨烯材料很好的夹在金属中间，也能够避免内部有空气的产生，使加工后的复合材料更加紧密；

第七步：最后，将铁片表面仅需抛光打磨处理，保证铁片表面光滑。

实施例2

本发明实施例中，一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：取用铝片，放入清洗池中清洗，除去表面铁锈以及杂质，取出铝片放入烘干设备中干燥，保持表面平整，对需要复合的铝片表面进行彻底清理，保证铝片表面干净，避免混入其他杂质而影响复合材料的性能；

第二步：将石墨烯按照预定比例均匀分散于分散剂中，对材料进行搅拌静置后形成石墨烯悬浊液，使石墨烯能够均匀的分布到铝片表面，分散剂采用乙醇、异丙酮或二甲基甲酰胺等，分散后的石墨烯悬浊液中石墨烯的浓度为2-5％，保证石墨烯将金属表面覆盖；

第三步：取用与铝片相同的经研磨后形成的铝粉，将铝粉倒入悬浊液中，与石墨烯共同在分散剂中均匀分散，铝粉与石墨烯的重量比例为1：10，通过搅拌设备均匀缓慢搅拌使铁粉均匀分布在悬浊液中，铝粉与石墨烯悬浊液混合时采用转速为20-30r/min的搅拌设备；

第四步：立刻将石墨烯、铝粉的悬浊液通过超声喷涂方式均匀喷洒于每个铝片的表面，混入铝粉的悬浊液应在搅拌结束后1-3分钟内进行喷涂，避免铝粉末因长时间放置而沉淀，保证喷涂液体均匀；

第五步：将表面附着有悬浊液的铝片置入真空烘干设备中进行烘干，使石墨烯以及铝粉材料附着在铝片表面，烘干后在铝片表面形成有均匀分布的覆盖层，覆盖层优化了铝片的性能，使其表面具有石墨烯材料的性能；

第六步：在烘干后的铝片通过输送带输送，在其上表面均匀覆盖一层铝粉，仅需输送，然后通过加热枪对铝片表面加温使铝粉熔化附着在覆盖层表面，铝片高温与铝粉熔合，将石墨烯材料很好的夹在金属中间，也能够避免内部有空气的产生，使加工后的复合材料更加紧密；

第七步：最后，将铝片表面仅需抛光打磨处理，保证铝片表面光滑。

作为本发明进一步的方案：所述铝片为铁片、铝片、铜片、合金片等，根据需要的不同金属采用相关的铝片，铝片的厚度为0.1-0.3mm。

实施例3

本发明实施例中，一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：取用合金片，放入清洗池中清洗，除去表面铁锈以及杂质，取出合金片放入烘干设备中干燥，保持表面平整，对需要复合的合金片表面进行彻底清理，保证合金片表面干净，避免混入其他杂质而影响复合材料的性能；

第二步：将石墨烯按照预定比例均匀分散于分散剂中，对材料进行搅拌静置后形成石墨烯悬浊液，使石墨烯能够均匀的分布到合金片表面，分散剂采用乙醇、异丙酮或二甲基甲酰胺等，分散后的石墨烯悬浊液中石墨烯的浓度为2-5％，保证石墨烯将金属表面覆盖；

第三步：取用与合金片相同的经研磨后形成的合金粉，将合金粉倒入悬浊液中，与石墨烯共同在分散剂中均匀分散，合金粉与石墨烯的重量比例为1：10，通过搅拌设备均匀缓慢搅拌使铁粉均匀分布在悬浊液中，合金粉与石墨烯悬浊液混合时采用转速为20-30r/min的搅拌设备；

第四步：立刻将石墨烯、合金粉的悬浊液通过超声喷涂方式均匀喷洒于每个合金片的表面，混入合金粉的悬浊液应在搅拌结束后1-3分钟内进行喷涂，避免合金粉末因长时间放置而沉淀，保证喷涂液体均匀；

第五步：将表面附着有悬浊液的合金片置入真空烘干设备中进行烘干，使石墨烯以及合金粉材料附着在合金片表面，烘干后在合金片表面形成有均匀分布的覆盖层，覆盖层优化了合金片的性能，使其表面具有石墨烯材料的性能；

第六步：在烘干后的合金片通过输送带输送，在其上表面均匀覆盖一层合金粉，仅需输送，然后通过加热枪对合金片表面加温使合金粉熔化附着在覆盖层表面，合金片高温与合金粉熔合，将石墨烯材料很好的夹在金属中间，也能够避免内部有空气的产生，使加工后的复合材料更加紧密；

第七步：最后，将合金片表面仅需抛光打磨处理，保证合金片表面光滑。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：取用金属片，放入清洗池中清洗，除去表面铁锈以及杂质，取出金属片放入烘干设备中干燥，保持表面平整；

第二步：将石墨烯按照预定比例均匀分散于分散剂中，形成石墨烯悬浊液；

第三步：在上述悬浊液中添加与金属片相同材质的金属粉，金属粉与石墨烯的重量比例为1：10，缓慢搅拌使铁粉均匀分布在悬浊液中；

第四步：立刻将石墨烯、金属粉的悬浊液通过超声喷涂方式均匀喷洒于每个金属片的表面；

第五步：将表面附着有悬浊液的金属片置入真空烘干设备中进行烘干，烘干后在金属片表面形成有均匀分布的覆盖层；

第六步：在烘干后的金属片水平放置其表面上均匀覆盖金属粉，然后通过加热枪对金属片表面加温使金属粉熔化附着在覆盖层表面；

第七步：利用打磨抛光机对金属片表面处理，打磨厚度小于金属粉末。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属片为铁片、铝片、合金片，金属片的厚度为0.1-0.3mm。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属粉与石墨烯悬浊液混合时采用转速为20-30r/min的搅拌设备。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯金属基增强复合材料的制备方法，其特征在于，混有金属粉的悬浊液在搅拌结束后1-3分钟内进行喷涂。