【摘 要】
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石墨烯因其独特的结构而具有优异的力学性能和物理化学性质,被誉为金属基复合材料理想的增强相。但在铝基复合材料研究工作中发现,石墨烯与金属铝润湿性差,分散过程中容易发生团聚或结构被破坏。另一方面,目前普遍采用的石墨烯/铝基复合材料的制备方法—粉末冶金法产率较低,难以实现规模化生产。因此,寻求一种高效率制备具有优良力学性能的石墨烯/铝基复合材料的方法是本文的研究重点。本文首先分别使用冷冻干燥和喷雾干燥技
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石墨烯因其独特的结构而具有优异的力学性能和物理化学性质,被誉为金属基复合材料理想的增强相。但在铝基复合材料研究工作中发现,石墨烯与金属铝润湿性差,分散过程中容易发生团聚或结构被破坏。另一方面,目前普遍采用的石墨烯/铝基复合材料的制备方法—粉末冶金法产率较低,难以实现规模化生产。因此,寻求一种高效率制备具有优良力学性能的石墨烯/铝基复合材料的方法是本文的研究重点。本文首先分别使用冷冻干燥和喷雾干燥技术结合盐模板法制备增强相前驱体,再利用原位化学气相沉积法获得两种结构特点的负载铜纳米颗粒的石墨烯（Cu@GNP）增强体,加入铝熔体中搅拌熔炼铸造制备块体复合材料。探究了制备两种增强体以及复合材料的最优工艺参数,研究了增强体含量对复合材料力学性能的影响,探讨了石墨烯增强铝基复合材料的强化机制。结果表明,通过改变原料配比可以实现调节Cu@GNP的形貌结构,冻干法原料比例为Cu:C:Na=1:3:70以及喷雾法原料比例为Cu:C:Na=1.5:10:200时,均可制得负载铜纳米颗粒的三维连续网络状石墨烯,但喷雾法制得的增强体呈球形团簇状,尺度较小。在搅拌熔炼过程中,铜纳米颗粒部分可以不与基体发生反应,改善石墨烯与铝的润湿性,避免增强体发生团聚,部分可以与铝基体反应生成金属间化合物过渡相,强化二者界面结合。增强体通过载荷传递、热错配产生位错、Orowan位错环以及细晶强化等机制实现提高载荷传递效率和能力,增大位错密度,阻碍位错运动,提高复合材料力学性能。冻干法和喷雾法Cu@GNP增强铝基复合材料最高抗拉强度相对纯铝分别提高了55%和76%,实现了熔炼法制备石墨烯增强铝基复合材料。喷雾法Cu@GNP增强效率较低,原因是细化晶粒和增大位错密度效果较前者差。
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