【摘 要】
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石墨烯具有优异的力学性能与物理特性,是一种潜力巨大的新型增强体材料。然而石墨烯不易分散,与铝的润湿性差等问题限制了石墨烯/铝复合材料的发展。本课题通过对石墨烯进行表面改性处理,提高石墨烯与铝的界面润湿性,再采用超声处理与机械搅拌相结合的方法分散石墨烯,减少团聚,并通过放电等离子烧结工艺实现了镀铜石墨烯/6061Al复合材料的低温烧结成型。本文探究了石墨烯表面改性对石墨烯在铝中分散、对复合材料界面结
【基金项目】
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广东省科技计划项目（2017B090911010,2020B121202002）; 广州市基础研究项目（201804020071）; 广东省重点领域研发计划（2018B090905002,2020B010186001）; 佛山市核心技术攻关项目（1920001000412）; 广东省教育厅特色创新类项目（2019KTSCX085）; 江西省重点研发计划（20203BBE53059）
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石墨烯具有优异的力学性能与物理特性,是一种潜力巨大的新型增强体材料。然而石墨烯不易分散,与铝的润湿性差等问题限制了石墨烯/铝复合材料的发展。本课题通过对石墨烯进行表面改性处理,提高石墨烯与铝的界面润湿性,再采用超声处理与机械搅拌相结合的方法分散石墨烯,减少团聚,并通过放电等离子烧结工艺实现了镀铜石墨烯/6061Al复合材料的低温烧结成型。本文探究了石墨烯表面改性对石墨烯在铝中分散、对复合材料界面结合的影响等,并对石墨烯的含量及片径对复合材料的力学性能及物理性能的影响进行了研究。本文主要结论如下:（1）石墨烯表面改性处理有利于其分散,同时可改善石墨烯与铝的界面结合。经表面改性处理后,石墨烯表面附着有金属颗粒,降低了其与铝基体粉末间的密度差,有利于其在铝粉中分散均匀,其中表面镀铜分散效果较好。（2）采用超声分散与机械搅拌相结合的方法分散石墨烯效果较好,分散后的石墨烯在铝粉中保持二维薄纱状。石墨烯与不同粒径铝粉混合,铝粉粒径越小,分散效果越好;在铝粉粒径相同的情况下,片径较小的石墨烯比片径较大的石墨烯分散效果更好。（3）通过放电等离子烧结工艺制备镀铜石墨烯/铝复合材料致密度较高,孔隙较少,石墨烯在复合材料中分布均匀。石墨烯为半透明褶皱状态,与铝的界面为扩散结合。镀铜石墨烯表面的铜降低了石墨烯与铝的直接接触面积,烧结成型后部分向铝基体中扩散,加强了石墨烯与铝的界面结合。石墨烯表面的铜对复合材料力学性能的直接影响很小,主要是通过加固石墨烯与铝的界面结合提高石墨烯的增强效率,进而改善复合材料的力学性能。（4）少量石墨烯的加入可明显提高复合材料的综合性能。石墨烯的含量少于1%时,复合材料的硬度值及抗拉强度随石墨烯含量的增加而提高。复合材料的抗拉强度和硬度值分别在石墨烯的含量为0.75%和1%时达到最大值,分别为69HB和227MPa,但伸长率持续降低;复合材料的电导率和热导率分别在石墨烯含量为0.5%和0.75%时达到最大值,分别为46.6%IACS和163.6W/（m·K）。（5）两种片径的石墨烯的加入均可以提高复合材料的综合性能。不同片径的石墨烯对复合材料力学性能的增强效果不同,这与其增强机制有关,片径较大的石墨烯更有利于实现强度与塑性的平衡;不同片径的石墨烯对复合材料物理性能的改善效果也不同,这与其在复合材料中的分布情况有关。片径较大的石墨烯对复合材料的综合性能的增强效果更好。
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