石墨烯增强钛基复合材料制备工艺与性能研究.docx

石墨烯增强钛基复合材料制备工艺与性能研究
石墨烯增强钛基复合材料制备工艺与性能研究
摘要：钛基复合材料由于其良好的力学性能和低密度成为许多领域的研究热点。而石墨烯作为一种新型的纳米材料，具有优异的力学、电学和热学性能，被广泛应用于复合材料的增强相。本文重点研究了石墨烯增强钛基复合材料的制备工艺，并探讨了其力学性能、热性能和电性能等方面的特点。研究结果表明，石墨烯的加入能够有效改善钛基复合材料的力学性能和导电性能，同时提高其热稳定性和抗腐蚀性能，有望在航空航天、汽车制造和医疗器械等领域得到广泛应用。
关键词：钛基复合材料；石墨烯；制备工艺；力学性能；热性能；电性能
引言：钛基复合材料由于其高强度、低密度和良好的耐腐蚀性能，在航空航天、汽车制造、电子器件和医疗器械等领域有着广泛的应用。然而，由于其强度和韧性之间的矛盾，传统的钛基复合材料还存在一些问题，如易烧结、往复载荷下的疲劳性能差等。为了克服这些问题，研究人员开始探索利用纳米材料作为增强相对钛基复合材料进行改性。
石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体，具有丰富的性质和潜在的应用前景。其高度的表面积和极高的力学性能使得石墨烯成为一种理想的增强相，能够显著提高复合材料的强度和韧性。此外，石墨烯的导电性能也为复合材料的电子功能提供了广阔的应用前景。
制备工艺：石墨烯增强钛基复合材料的制备工艺包括两个主要步骤：石墨烯的制备和复合材料的制备。石墨烯的制备方法有机化学法、机械剥离法、氧化剥离法和化学气相沉积法等多种。其中，化学气相沉积法由于其高效、低成本和易控制的特点，成为目前最常用的石墨烯制备方法。
复合材料的制备可以通过热压烧结、热压成形、真空热处理和激光熔化等方法实现。其中，热压烧结是一种常用的制备工艺，通过在高温下对混合粉末进行压制和烧结，可以得到致密、均匀的复合材料。
性能研究：石墨烯的加入能够显著提高钛基复合材料的力学性能。研究表明，石墨烯的引入使得复合材料的屈服强度、抗拉强度和硬度都得到了提高。这是因为石墨烯具有极高的强度和硬度，能够有效吸收和分散外界应力，从而防止裂纹扩展和断裂的发生。
此外，石墨烯的导电性能也使得复合材料具有了良好的电性能。复合材料的电导率随石墨烯含量的增加而增加。该性能可以为复合材料的电子器件提供更广阔的应用空间，如传感器、导电材料和超级电容器等。
石墨烯还能够提高钛基复合材料的热稳定性和抗腐蚀性能。研究表明，石墨烯能够有效改善复合材料的热膨胀系数和热导率，提高其耐高温和耐腐蚀的能力。
结论：石墨烯在钛基复合材料中的应用为其性能的提升提供了新途径。石墨烯增强钛基复合材料具有优异的力学性能、热性能和电性能，能够满足各种工程应用的需求。然而，目前石墨烯增强钛基复合材料的研究还处于起步阶段，仍然存在一些问题需要进一步研究和解决。例如，石墨烯的分散性、化学稳定性和界面结合等问题需要深入研究。随着材料科学和工程技术的不断发展，相信石墨烯增强钛基复合材料在未来将得到更广泛的应用。
参考文献：
1.Balandin,A.A.,Ghosh,S.,Bao,W.,Calizo,I.,Teweldebrhan,D.,Miao,F.,...&Lau,C.N.(2008).Superiorthermalconductivityofsingle-layergraphene.Nanoletters,8(3),902-907.
2.Lee,C.,Wei,X.,Kysar,J.W.,&Hone,J.(2008).Measurementoftheelasticpropertiesandintrinsicstrengthofmonolayergraphene.science,321(5887),385-388.
3.Li,X.,Wang,X.,Zhang,L.,Lee,S.,&Dai,H.(2008).Chemicallyderived,ultrasmoothgraphenenanoribbonsemiconductors.science,319(5867),1229-1232.
4.Novoselov,K.S.,Geim,A.K.,Morozov,S.V.,Jiang,D.,Zhang,Y.,Dubonos,S.V.,...&Firsov,A.A.(2004).Electricfieldeffectinatomicallythincarbonfilms.science,306(5696),666-669.