一种铜-石墨烯协同增强铝基复合材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110125389A(43)申请公布日2019.08.16(21)申请号201910467605.4C22C1/05(2006.01)(22)申请日2019.05.31C22C21/12(2006.01)C22C1/10(2006.01)(71)申请人天津大学B22F1/00(2006.01)地址300350天津市津南区海河教育园雅观路135号天津大学北洋园校区(72)发明人何春年白翔仁赵乃勤师春生刘恩佐(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人程毓英(51)Int.Cl.B22F3/02(2006.01)B22F3/10(2006.01)B22F3/20(2006.01)B22F9/22(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种铜-石墨烯协同增强铝基复合材料的制备方法(57)摘要本发明涉及一种铜-石墨烯协同增强铝基复合材料的制备方法，包括下列步骤：(1)铝-氧化铜/固体碳源前驱体粉末的制备：分别将球形铝粉、氧化铜粉末以及固体碳源中的碳含量按照一定的配比，加入球磨罐中进行低能球磨混合，得到铝-氧化铜/固体碳源前驱体粉末；(2)铝-铜/石墨烯“核-壳状”粉末的制备：在管式炉中通过将前驱体粉末在氩气为载气，氢气的还原气氛下进行分步原位还原-碳化，采用分步加热的工艺，首先在330℃-370℃将氧化铜进行还原，随后在580℃-620℃下将碳源还原碳化，得到铝-铜/石墨烯“核-壳状”粉末；(3)冷压-热挤压制备石墨烯-铜协同增强铝基块体复合材料。CN110125389ACN110125389A权利要求书1/1页1.一种铜-石墨烯协同增强铝基复合材料的制备方法，包括下列步骤：(1)铝-氧化铜/固体碳源前驱体粉末的制备分别将球形铝粉、氧化铜粉末以及固体碳源中的碳含量按照一定的配比，加入球磨罐中进行低能球磨混合，得到铝-氧化铜/固体碳源前驱体粉末；(2)铝-铜/石墨烯“核-壳状”粉末的制备在管式炉中通过将前驱体粉末在氩气为载气，氢气的还原气氛下进行分步原位还原-碳化，采用分步加热的工艺，首先在330℃-370℃将氧化铜进行还原，随后在580℃-620℃下将碳源还原碳化，得到铝-铜/石墨烯“核-壳状”粉末。(3)冷压-热挤压制备石墨烯-铜协同增强铝基块体复合材料将复合粉末在室温条件下，压制成块体，随后将该块体置于氩气气氛下600℃-650℃进行烧结；将烧结后的复合材料块体在530℃-570℃下置于锥形磨具挤压得到棒状的块体复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将球形铝粉、氧化铜粉末以及固体碳源，以元素质量换算，按照Al:Cu:C为95:4:1称取。2CN110125389A说明书1/3页一种铜-石墨烯协同增强铝基复合材料的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种通过冷压-烧结-热挤压的成型方式增强铝基复合材料的制备方法，属于粉末冶金领域。背景技术[0002]铝基复合材料具有基体来源广、高比强度和高比模量等特点，一直以来深受研究人员的关注，具有广阔的开发潜力和应用前景。从航空航天、汽车工业、电子封装器件等军事、工业、民用领域来看，一些传统的增强体已经不能满足当前的应用需求，研究开发高性能铝基复合材料受到了广泛关注。近年来，碳纳米材料，包括碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯，作为铝基复合材料的增强体受到了广泛的关注。其中，石墨烯是由碳原子以sp2杂化形成的二维平面结构，具有诸多优异的性质：拉伸强度可达130GPa、杨氏模量为1100GPa，热导率约为5000J/(m·K·s)，而密度只有2.2g/cm3。另外，其褶皱的表面有助于提高其与基体界面间的结合力和接触面积，其独特的二维结构则可有效阻碍位错的迁移并显著减少复合材料细小裂纹的扩展，被认为是铝基复合材料理想的纳米增强体，对发展高性能铝基复合材料具有重要意义。[0003]目前，石墨烯增强铝基复合材料的制备技术主要是浆料混合、机械球磨分散、片状粉末冶金等；成型变形工艺主要利用热挤压、热轧制等。然而，如何最大限度地发挥石墨烯的结构优势，如何在分散过程中保持石墨烯结构完整性，如何改善其与铝基体之间的界面结合，仍然是制约石墨烯增强铝基复合材料发展的本质性科学问题。[0004]本发明首先利用低能球磨制备纳米氧化铜和固体碳源(葡萄糖或蔗糖)包覆铝粉前驱体，其次，通过原位化学还原法合成具有“核-壳结构”的铝-铜/石墨烯复合粉末，最后采用冷压-烧结-热挤压工艺制备块体复合材料，使得铝基复合材料的力学性能有了很大的改良，复合材料获得了430MPa的拉伸强度并保持9.8％的延伸率。发明内容[0005]针对现有的问题，本发明提出了一种新的铜与石墨烯的增强体结构，并