CN112935243A - 一种用共振分散制备石墨烯/金属基复合粉末的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用共振分散制备石墨烯/金属基复合粉末的方法，属于金属基复合材料领域。通过共振分散方法，将易团聚难分散的石墨烯均匀分散在金属基粉末中，在金属基粉末颗粒表面均匀包覆石墨烯，形成石墨烯包覆层，从而获得石墨烯/金属基复合粉末。称取一定量的石墨烯和金属基粉末放入共振混合机的容器中对石墨烯进行共振分散，可根据金属基粉末的数量及其粒径设定和调整共振混合时间、共振混合强度，共振混合过程可以连续共振混合、也可间隙共振混合，当完成共振混合后，即获得石墨烯/金属基复合粉末。该方法制备的石墨烯/金属基复合粉末作原料，使后续成型及热加工处理得到的金属基块体材料组织均匀,晶粒细小,性能优异。该方法操作简便，效率高能耗低，没有环境污染，可应用于规模化生产石墨烯/金属基复合材料。
Description
技术领域
本发明是一种用共振分散制备石墨烯/金属基复合粉末的方法，属于金属基复合材料领域。
背景技术
在石墨烯具有良好的导电性、导热性、良好的强度、超疏水和防腐等卓越性能。
金属及其合金具有高强度和良好的延展性等优良性能。但是用传统的方法，如成分添加、热处理和塑性变形等，很难再进一步提高其力学性能。而石墨烯的出现，使添加石墨烯开发石墨烯/金属基复合材料，使金属及其合金力学性能的提高成为可能。
石墨烯在金属基体中的有效均匀分散是制备石墨烯/金属基复合材料（MetalMatrix Composites，MMCs）所要解决的首要难题。而在金属基复合材料中，由于石墨烯和金属基体之间的润湿性较差，石墨烯难以在金属基体中分散均匀，所以关于石墨烯增强金属基复合材料的研究存在一定的难度。
到目前为止，已有下面几种分散方法。
液态法制备石墨烯/金属基复合材料是指将石墨烯加入到熔融态的金属基体中，并利用传统的铸造设备冷却凝固进而得到复合材料。该方法设备简单、生产效率高、成本低，对形状和尺寸没有限制，并且可以实现大批量生产。但是该方法制备的石墨烯/金属基复合材料中的气孔较多，并且由于石墨烯和金属之间润湿性较差、比重相差较大，很难将石墨烯均匀分散到金属熔液中；再者碳元素在热力学上是不稳定的，特别是当金属处于熔融状态时，两者会发生反应，生成比较敏感的相，将导致复合材料性能降低。
为了防止石墨烯与液态金属基体之间的反应，并提高石墨烯与金属液之间的润湿性，常常需要对石墨烯进行一定的改性处理。通过对传统液态法不断改进，研究者们提出了多种液态制备方法，主要有搅拌熔铸法、搅拌摩擦法、原位反应合成法、电沉积法等。
湿法制备石墨烯/金属基复合材料是指将先将石墨烯分散成石墨烯分散液，再与金属粉进行混合，而后干燥。该方法容易分散石墨烯，但分散液与金属粉混合过程中出现二次团聚，且需要干燥等操作，这些都不利于该复合材料的质量控制，比如中国专利CN106513694B公布的方法。
干法将石墨烯与金属粉进行简单的机械混合并不能使石墨烯与金属粉完全均匀分散，为了减少石墨烯团聚的现象，文献报道中提出了多种混粉方法，包括: 超声分散、机械搅拌混合、球磨、行星式高能球磨、表面改性及静电吸附等。从实际使用情况看，这些方法仍然面临着石墨烯均匀分散的问题。。
发明内容
本发明提出的一种用共振分散制备石墨烯/金属基复合粉末的方法，是完全干法制备石墨烯/金属基复合粉末材料的方法。该方法针对现有技术存在的不足，解决石墨烯在石墨烯/金属基复合粉末中分散不均匀的问题。
用共振分散方法是利用共振原理产生的共振效应进行混合分散，可实现低频(35~100Hz)高强度(400 ~1200m/s2)稳定共振，其特点在于，(1) 不需加入添加分散溶剂或球磨球，(2) 一罐式混合，混合过程没有搅拌浆，(3) 效率高时间短，只需传统方法所需时间的十分之一左右，(4) 不改变金属粉末颗粒原有粒径大小，即不改变粉末颗粒原有的正态分布，也不改变金属粉末颗粒原有形貌，即没有扁平化，(5) 使易团聚难分散的石墨烯快速解聚、均匀分散，(6) 混合分散过程中，剪切力小温升低，不需夹套冷却。
一种用共振分散制备石墨烯/金属基复合粉末的方法，其制备过程如下。
分别称取一定量的石墨烯和金属基粉末，石墨烯的重量占全部混合粉末总重量的0.1%。把称量好的石墨烯和金属基粉末放到共振混合的容器中，设定共振时间3分钟和共振强度800m/s2 ，启动共振混合机混合，共振混合3分钟完成后，观察物料情况，如需要，可再增加2分钟的共振混合。完成混合后即得石墨烯/金属基复合粉末，供后续加工使用。
与现有的传统方法相比，本发明的有益之处是，易团聚难分散的石墨烯通过共振混合快速解聚、均匀分散，包覆在金属基粉末颗粒表面，形成均匀的石墨烯包覆层。同时，共振混合过程中不需添加外来物，避免了外来杂质的引入。再者，共振混合过程中，剪切力小，温升低，不影响微米金属基粉末颗粒原有粒径分布和原有颗粒形貌。可见，通过共振混合方法制备的石墨烯/金属基粉末具有更高的微观质量，使后续加工的石墨烯/金属基复合材料性能指标更优异。
具体实施方式
实施例1，石墨烯/铝合金复合粉末。
称量0.1克石墨烯粉末、称量99.9克5微米铝合金粉末为原料，石墨烯的重量占全部混合粉末总重量的0.1%，将这两种粉末放入共振混合机的容器中，设定共振时间3分钟和共振强度800m/s2 ，启动共振混合机混合，共振混合3分钟完成后，观察物料情况，如需要，可再增加2分钟的共振混合。完成混合后获得石墨烯/铝合金复合粉末，供后续加工使用。
实施例2，石墨烯/镁合金复合粉末。
称量0.1克石墨烯粉末、称量99.9克5微米镁合金粉末为原料，石墨烯的重量占全部混合粉末总重量的0.1%，将这两种粉末放入共振混合机的容器中，设定共振时间3分钟和共振强度800m/s2 ，启动共振混合机混合，共振混合3分钟完成后，观察物料情况，如需要，可再增加2分钟的共振混合。完成混合后获得石墨烯/镁合金复合粉末，供后续加工使用。
实施例3，石墨烯/铜合金复合粉末。
称量0.1克石墨烯粉末、称量99.9克5微米铜合金粉末为原料，石墨烯的重量占全部混合粉末总重量的0.1%，将这两种粉末放入共振混合机的容器中，设定共振时间3分钟和共振强度800m/s2 ，启动共振混合机混合，共振混合3分钟完成后，观察物料情况，如需要，可再增加2分钟的共振混合。完成混合后获得石墨烯/铜合金复合粉末，供后续加工使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种用共振分散制备石墨烯/金属基复合粉末的方法，其特征在于，用共振分散方法将一定量的易团聚难分散的石墨烯均匀分散在金属基粉末中，在金属基粉末颗粒表面形成均匀的石墨烯包覆层，从而制备出石墨烯/金属基复合粉末。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的共振分散是，共振频率在35~100Hz，共振强度在400~1200 m/s2，利用共振原理产生的共振效应对石墨烯进行均匀分散在金属基粉末中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的石墨烯是，其片层在100片以下，所述的石墨烯的重量占混合粉末总重量0.01~3%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属基粉末是，其颗粒粒径在1~100微米之间的金属基粉末，所述的金属基粉末是选自镁、铝、锌、铜、锡、钛、铁、钼、钴、锰、钨和包含这些元素中至少一种的金属粉末。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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