一种氧化石墨烯增强钛基复合材料及其制备方法.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CN108796306A(43)申请公布日2018.11.13(21)申请号201810729020.0(22)申请日2018.07.05(71)申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙坪坝沙正街174号(72)发明人刘许旸刘经奇韦良晓胡宁吕学伟吴小龙(74)专利代理机构重庆大学专利中心50201代理人唐开平(51)Int.Cl.C22C14/00(2006.01)C22C1/05(2006.01)B22F1/00(2006.01)B22F3/14(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种氧化石墨烯增强钛基复合材料及其制备方法(57)摘要本发明提供了一种氧化石墨烯增强钛基复合材料及其制备方法，复合材料包括金属钛和氧化石墨烯，氧化石墨烯与钛粉的质量比为0.01~0.05:1。制备方法为：利用改进的Hummers方法制备获得氧化石墨烯溶液，利用无水乙醇稀释到一定的浓度；将钛粉和稀释后的氧化石墨烯溶液在超声分散的作用下制备获得含钛粉的氧化石墨烯溶液，将其在真空干燥箱中干燥，获得钛粉和氧化石墨烯的复合粉体；将复合粉体置入热压烧结炉的石墨模具中，在氩气保护环境中保温保压烧结获得氧化石墨烯增强钛基复合材料。本发明利用氧化石墨烯作为增强体，能有效改善增强体在基体中的团聚问题，提高增强体在基体中的百分比含量，从而最大限度地改善基体的力学性能。CN108796306ACN108796306A权利要求书1/1页1.一种氧化石墨烯增强钛基复合材料，包括金属钛，其特征是：还包括氧化石墨烯，氧化石墨烯与钛粉的质量比为0.01~0.05:1。2.一种权利要求1所述的氧化石墨烯增强钛基复合材料制备方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1、利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯溶液，并用无水乙醇稀释，得到稀释后的氧化石墨烯溶液；步骤2、将上述稀释后的溶液中所含的氧化石墨烯与钛粉按质量比0.01~0.05:1混合，利用超声搅拌器超声分散使两相均匀分布，得到氧化石墨烯和钛粉的混合溶液；步骤3、将氧化石墨烯和钛粉的混合溶液置于水浴锅中搅拌至基本干燥后，用真空烘箱烘干，得到氧化石墨烯和钛粉混合的粉复合粉体；步骤4、将复合粉体放入热压烧结炉模具中，在氩气保护环境下进行保温保压烧结，烧结后自然冷却到室温得到氧化石墨烯增强钛基复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述步骤2中，采用的钛粉的纯度为99.5%，钛粉的颗粒粒径小于50um，超声分散时间为10min以上。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是：所述步骤3中，水浴锅温度为60℃以上，搅拌时间为24~72h，真空烘箱烘箱干燥时间12~24h。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：将装有复合粉体的热压烧结炉模具放入真空热压烧结炉内之后，先对真空热压烧结炉内进行抽真空处理，使得真空热压烧结炉内的真空度为20Pa以下，再充入氩气保护进行保温保压烧结，升温速率为15℃/min以下，烧结过程中热压炉对石墨模具施加压力为50MPa以上，保温时间为30min以上，烧结温度为800~1200℃。2CN108796306A说明书1/4页一种氧化石墨烯增强钛基复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯增强钛基复合材料及其制备方法。背景技术[0002]钛基复合材料具备低密度、高比强度、高比模量以及优异的高温性能等一系列优点，被广泛应用在航天航空、汽车工业、医疗器械等领域，被认为是未来结构材料和功能材料的不二之选。通常选择低密度、高熔点、高强度的增强体对提高钛基复合材料的性能至关重要。目前钛基复合材料中的增强体种类主要是以TiB、TiC、Al2O3、B4C、TiN、ZrB2等陶瓷颗粒增强体以及SiC等纤维增强体为主。增强相的体积分数一般在10-20%。然而，陶瓷颗粒增强体本身硬度和脆性偏大，不仅不能改善基体的韧性，反而使其降低。由于材料较低的延展率，也使得钛基复合材料进一步塑性成型变得十分困难，加工成本也显著提高。另外，SiC纤维作为增强相虽然能够显著提高钛合金基体的模量等性能，但纤维增强钛基复合材料受到以下几方面因素的限制：一是SiC纤维与钛基体热膨胀系数相差较大，容易在制备与服役过程中产生相对较大的热应力；二是存在严重的各向异性性能缺陷；三是纤维价格昂贵，制备、加工工艺复杂，工艺控制相对较难。[0003]近几年，新型碳质材料包括碳纳米管和石墨烯不仅密度低，还具有优异的力学和物理性能引起了广泛的关注，被认为是一种钛基复合材料理想的增强体材料。目前波音和空客已将石墨烯增强钛基复合材料作为重点研发方向。然而由于碳纳米管和石墨烯长径比大，且碳纳米管或石墨烯之间存在