石墨烯增强金属基复合材料界面研究进展

金属基复合材料是由高强度增强相与金属基体组成,因具备优良的综合性能,在各领域内展现出广阔的应用潜力。与常规增强相不同,石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角呈蜂巢状晶格的二维碳纳米材料,因其独特的结构而具有优异的电学、力学、热学和光学等特性。石墨烯增强金属基复合材料已经成为先进复合材料领域的研究热点,而对于金属基复合材料,其综合性能与界面的结构和性质关联密切。从近年来石墨烯增强金属基复合材料界面微观组织及理论研究出发,对常见石墨烯增强金属基复合材料体系的界面结构及力学性能进行总结,同时总结计算机模拟手段在分析界面结构、界面结合强度以及界面微观断裂机制等方面的进展,为设计和优化金属基复合材料界面提供理论依据。     

石墨烯增强金属基航空复合材料研究进展

本文综述了石墨烯增强金属基航空复合材料的研究现状,归纳了该种复合材料的制备方法,讨论了石墨烯对其性能的影响及机制。指出目前高含量、排列石墨烯增强金属基航空复合材料的研究还比较缺乏,涉及的工艺参数、组织结构、界面化学及高温物理性能等相关问题仍需进一步研究,并提出未来的研究重点应由制备方法等工艺性探讨向微观复合构型设计的思路转变。     

石墨烯增强金属基复合材料的制备方法研究进展

石墨烯因其独特的电学、力学和热学等性能,作为强化相在制备轻质、高强度、强韧性的优异合金材料方面越来越受到关注.简单介绍了石墨烯制备方法和性质,综述了石墨烯增强金属基复合材料的制备方法、性能及强化机制,并对影响复合材料结构性质的因素进行了分析,同时展望了今后金属基石墨烯复合材料的研究方向及发展趋势.     

金属材料的石墨烯强韧化

石墨烯材料以其优异的本征力学性能,被认为是新一代金属基复合材料中理想的增强体。特别是,由于调控石墨烯内禀缺陷的种类和含量可以较为简便地实现对其本征力学性能的精确"剪裁",使得石墨烯增强金属基复合材料具有广阔的发展空间。综述了近年来石墨烯增强金属基复合材料制备工艺与结构-性能关系的研究进展,并聚焦于石墨烯/金属之间界面的结构与性能。这不仅是因为在复合材料使役时,外加载荷是通过复合界面传递到石墨烯增强体的(即"承载效应"),也因为随着石墨烯的加入,在复合材料变形过程中石墨烯和金属基体内的位错发生复杂的相互作用,改变或影响了基体的变形机制,导致了额外的强韧化效果。最后,展望了石墨烯增强金属基复合材料的发展趋势,指出需要发展可放大的制备工艺,并深入研究实际使役条件下复合材料的力学行为和性能响应机制。     

石墨烯/金属复合材料力学性能的研究进展

综述了石墨烯/金属复合材料在力学性能研究方面的现状、进展及发展趋势,讨论了线弹性非均质材料的微观力学模型在阐明石墨烯强化机制中的作用,着重阐述了石墨烯的结构完整性以及分散方法的选择等对于提高石墨烯/金属复合材料力学性能的重要性,归纳了当前石墨烯强化金属基复合材料研究存在的问题,并从原料研制、理论探索、工艺开发和协同增强等方面指出了石墨烯/金属复合材料力学性能的研究趋势。     

3D打印石墨烯增强复合材料研究进展

近年来,石墨烯优异的力学、热学性能以及大规模量产的可行性,使其成为了研究热点。将石墨烯作为增强相添加到金属、聚合物及陶瓷等材料中,有望提高复合材料的综合性能。针对复合材料性能优化的需求,各种用于制备石墨烯增强复合材料的制造方法应运而生。其中,3D打印技术兼具工艺灵活和制备的产品性能优异的优点,引起了学者的广泛关注。然而,石墨烯自身密度低、比表面积大且易团聚,对复合材料的力学性能会造成不利影响,且其与陶瓷或金属基体的润湿性差,无法形成良好的界面结合。因此,如何将石墨烯均匀分散于复合材料中一直是学者们的研究重点,目前开发的分散方法有溶液混合法、熔体混合法、原位混合法和机械球磨法等。其中,将石墨烯分散于金属基粉体或陶瓷基粉体中的方法主要有溶液混合和机械球磨,石墨烯均匀分散于基体中不仅能提高复合材料的力学性能,还能改善其与基体的界面结合。研究较多的石墨烯增强聚合物复合材料混合方法主要有溶液混合、熔体混合和原位混合等,利用上述方法得到的三维样品力学性能、导热和导电性能均有较大提升,且应用于生物医学或储能领域表现出良好的生物或电学性能。本文从金属基复合材料、聚合物基复合材料及陶瓷基复合材料三个方面综述了3D打印石墨烯增强复合材料的研究进展,从制粉和成形两个角度详细阐述了石墨烯增强复合材料在3D打印方面的应用。期待未来石墨烯增强复合材料可以广泛应用于能源器件、生物支架及航天航空等领域,为材料的研究拓展更广阔的空间。     

石墨烯/金属复合材料的研究进展

石墨烯特殊的二维结构和优异的性能使其成为材料领域的研究热点,而石墨烯与金属复合材料是石墨烯应用的重点研究方向之一.概述了近年来石墨烯负载金属纳米颗粒复合材料的制备及其在催化、传感、光谱学方面的应用进展,以及石墨烯增强金属基复合材料在高强度高导热导电领域的研究进展,重点介绍其中一些具有优异性能的研究体系及其在研究中面临的困难.     

石墨烯复合材料的研究进展

石墨烯以其优异的性能和独特的二维结构成为材料领域研究热点。本文综述了石墨烯的制备方法并分析比较了各种方法的优缺点, 简单介绍了石墨烯的力学、光学、电学及热学性能。基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向, 本文详细介绍了石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料的制备及应用, 并特别讨论了石墨烯/块体金属基复合材料的制备方法和其优异性能。     

化学气相沉积法制备原位生长三维石墨烯/铜基复合材料

本研究通过脱合金化和化学气相沉积相结合的方法,以纳米多孔铜为基底,制备了三维石墨烯/铜基复合材料.该复合材料电导率在93.5％IACS的情况下,硬度和抗拉强度分别达到55.2 HV和330 MPa.相较于一般的铜基复合材料,原位合成制备的石墨烯不仅可在多孔铜基体内三维连续分布铺展生长,而且高质量生长并且均匀分散的薄层石墨烯对复合材料的物理与机械性能增强起到重要作用.为石墨烯/金属基复合材料研究提供了新思路.     

高效热管理用金属基复合材料研究进展

从高导热复合构型、高导热复合界面及新型高导热纳米碳增强体3个方面,综述了热管理用铜基和铝基功能复合材料的研究进展,并对高导热金属基复合材料的未来发展方向进行了预测与展望.在材料组分相同的情况下,基于金属基体与导热增强体之间复合构型和复合界面的差异,制备的金属基复合材料的导热与热膨胀性能会发生显著变化.此外,由于纳米增强体与基体在形貌、尺寸及表面化学性质等方面的不相容性,在新型高导热金属基纳米复合材料的研发过程中,更需要兼顾高导热复合构型与复合界面的优化设计.可以预言,采用碳纳米管、石墨烯纳米片等新型纳米碳增强体,设计与制备具有微/纳米跨尺度分级复合构型的金属基复合材料将成为未来的研究热点.     

Graphene-reinforced metal matrix nanocomposites – a review

The research works of graphene-reinforced metal matrix composites will be summarised in this paper. Comparatively, much less research works have been undertaken in this field. Graphene has been thought to be an ideal reinforcement material for composites due to its unique two-dimensional structure and outstanding physical and mechanical properties. It is expected to yield structural materials with high specific strength or functional materials with exciting thermal and electrical characteristics. This paper will introduce all kinds of graphene-reinforced metal matrix composites that have been studied. The microstructure and mechanical properties, processing techniques, graphene dispersion, strengthening mechanisms, interfacial reactions between graphene and the metal matrix and future research works in this field will be discussed.     

A review of processing techniques for graphene-reinforced metal matrix composites

In the quest to enhance reinforcement efficiency of graphene in metal matrices, various processing techniques have been devised over recent years. As the advancement in this field nowhere seems to slow down, the processing aspects of graphene-reinforced metal matrix composites are becoming more relevant than ever. In that premise, there lies an imminent need for a critical assessment of existing fabrication routes and their ability to extend a solution for the primary challenges of agglomeration, dispersion, interfacial interaction and structural integrity of graphene in metal matrix composites. This review presents a brief yet a meaningful insight to the processing techniques for graphene-reinforced metal matrix composites, while highlighting the key findings from individual studies, thereby expressing the primitive challenges and strengthens of these techniques. A critical evaluation of state of the art is presented alongside an inclusive review of improvement in mechanical, thermal, and electrical properties of composites fabricated by various processing routes. In the consideration of reviewed literature, it is established that a comprehensive processing strategy with a potential to simultaneously address all of the key processing challenges of graphene, is yet to nurture. Conclusively, future road map and a potential solution encompassing hybrid processing strategies, is opined.     

Mechanical Properties and Strain Hardening Behavior of Few-Layered Graphene Nanosheets-Reinforced Powder Metallurgy Nickel-Based Superalloy Metal Matrix Composites

Herein, few-layered graphene nanosheets (GNS) with approximately 3, 6, or 9 layers are used to reinforce high-performance nickel-based superalloy metal matrix composite. A powder metallurgy method comprising solution-mixing, hot isostatic pressing, and thermal processing is used to prepare GNS-FGH96 composites with different numbers of GNS layers as well as referential FGH96 matrix materials. Compared with those of unreinforced FGH96, the mechanical properties of the GNS-FGH96 composites are enhanced, specifically, the ≈6 layers GNS-FGH96 composite exhibits an ultimate tensile strength of 1660 MPa and a yield strength of 1229 MPa, which are 9.79% and 6.87% higher, respectively, than those without the addition of GNS. Furthermore, the ≈6 layers GNS-FGH96 composite exhibits the highest elongation-at-fracture of 29.9%. The as-prepared GNS-FGH96 composites show a good balance of strength and ductility owing to the increased dislocation density between the FGH96 matrix and GNS reinforcement interface area, as well as the high structural integrity of the GNS. Thus, this study provides a novel approach for designing and creating high-performance graphene-reinforced FGH96 metal matrix composites that exhibit exceptional strength and toughness.     

石墨烯增强铝基复合材料的制备及热变形研究

为了探究石墨烯增强铝基复合材料的制备工艺及其热变形行为,本文采用湿混球磨结合真空热压烧结法制备了0.5wt.％石墨烯增强铝基复合材料,并利用场发射扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对其进行微观组织观察、成分和物相分析,用Gleeble 3800热模拟机对复合材料进行等温压缩试验,建立了材料的本构方程并分析其热变形机理...     

Recent progress in graphene-reinforced aluminum matrix composites

Recent years witnessed a growing research interest in graphene-reinforced aluminum matrix composites(GRAMCs).Compared with conventionalreinforcements of aluminum matrix composites(AMCs),graphene possesses manyattractive characteristics such as extremely high strength and modulus,unique self-lubricating property,high thermal conductivity(TC)and electrical conductivity(EC),andlow coefficient of thermal expansion(CTE).A lot of studies have demonstrated that theincorporation of graphene into Al or Al alloy can effectively enhance mechanical andphysical properties of the Al matrix.The purpose of this work is aimed to trace recentdevelopment of GRAMCs.Initially,this paper covers a brief overview of fabricationmethods of GRAMCs.Then,mechanical,tribological,thermal and electrical properties ofrecently developed GRAMCs are presented and discussed.Finally,challenges andcorresponding solutions related to GRAMCs are reviewed.     

金属基复合材料成形加工研究进展

金属基复合材料的发展极为迅速，应用越来越广泛，但是，金属基复合材料的塑性差，成形困难，成形性能的相关研究较少，阻碍了其实际应用。为此，综述了金属基复合材料的压缩变形、热挤压变形、高温超塑性变形的实验研究现状以及金属基复合材料的成开有机理、相关有限元分析的理论研究新成果，提出了金属基复合材料产业化所面临的问题，同时展望了金属基合材料成形加工的未来发展趋势。     

碳纳米管增强金属基复合材料电学性能研究进展

碳纳米管(CNTs)具有极高的力学性能、优异的导电和导热性能,被视为理想的复合材料增强相。CNTs增强复合材料已成为一个极为重要的研究领域。然而,由于CNTs与金属基体间相容性、增强体空间分布难以控制、CNTs本身载流量高而电导率相对较低等,CNTs增强金属基复合材料尚未展现出对金属基体电学性能的显著提升,或者无法有效兼顾电学性能和力学性能,整体研究仍处于起步阶段。鉴于此,从预处理、制备方法和电学机制分析等方面概述了CNTs增强金属基复合材料电学性能的研究现状,并展望了该领域的未来发展趋势。      

石墨烯增强铜基复合材料的研究进展

石墨烯具有超高的比表面积和优异的力学性能, 是铜基复合材料理想的增强体。传统的粉末冶金工艺很难解决石墨烯在铜基体中的分散问题, 以及石墨烯与铜基体结合性差的难题。随着近些年研究者对石墨烯-铜界面问题深入的探索, 一些新的制备工艺不断出现。本文系统地介绍和对比了近几年石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺, 概述了关于石墨烯/铜复合材料力学性能的研究进展, 总结了石墨烯增强铜基复合材料力学性能的机理, 并对未来石墨烯增强铜基复合材料的研究重点进行了展望。     

金属基复合材料研究进展

本文对金属基复合材料目前的进展进行了综述,内容包括增强体、基体及各种金属基复合材料;新的加工技术和应用,以及有关金属基复合材料的界面行为,力学性能和破坏过程的研究情况,特别着重介绍了国内的研究工作,对金属基复合材料在今后的发展中如何充分发挥潜力也作了设想。      

混杂增强金属基复合材料增强相预制块的研究进展

混杂增强金属基复合材料是一种刚刚发展起来的新材料，它在各个领域已得到应用。对混杂增强金属基复合材料增强相预制块从不同方面进行了详细的介绍，对混杂增强金属基复合材料增强相预制块制备工艺技术、粘结剂类别、烘干烧结工艺等研究现状进行了综述，指出了预制块制备中存在的问题，提出了今后的发展方向。