石墨烯增强铝基复合材料研究现状及其界面问题热力学分析

由于石墨烯具有独特的二维结构和优异的力学、热学、电学性能,近年来受到广泛的关注。因此,石墨烯被作为增强体应用于铝基复合材料。综述了近几年石墨烯/铝基复合材料的主要研究方向和进展、制备方法与工艺、石墨烯增强机理等;讨论了石墨烯/铝基复合材料制备过程中的界面反应、Al_3Mg_2和Si C与脆性相Al_4C_3反应生成的竞争机制、石墨烯在铝基体中分散等问题;展望了石墨烯增强铝基复合材料的发展方向,为新型石墨烯/铝基复合材料的研究和应用提供参考。     

石墨烯增强铝基复合材料的微观结构及力学性能研究

采用无水乙醇中超声波震荡和高能球磨实现石墨烯与铝粉的均匀混合,然后采用冷压和真空烧结制备了石墨烯增强铝基复合材料。研究了该复合材料的微观结构及力学性能研究。结果表明:所制备的复合材料基体致密,石墨烯结构完整,以片状物形式均匀的分布在基体内,石墨烯与铝基体界面结合良好。当石墨烯含量为0.6%(wt%)时,复合材料抗弯强度最好,达到114 MPa,比纯铝增加了24%;当石墨烯含量为0.4%时,复合材料的硬度最好,达44 HV,比纯铝增加了22%     

石墨烯增强铝基复合材料制备工艺对比与分析

以石墨烯为增强体,分别采用冷压-真空热压烧结(工艺1)和真空热压烧结-热挤压(工艺2)工艺制备了纯铝及石墨烯/纯铝基复合材料.对比了两种不同制备工艺对纯铝及石墨烯/纯铝基复合材料力学性能和微观组织的影响.结果表明:采用工艺2制备的复合材料,其抗拉强度比采用工艺1制备的复合材料抗拉强度高11.35％,且采用工艺2制备的复...     

石墨烯/Al复合材料的微观结构及力学性能

采用乙醇溶液分散和球磨两步法将石墨烯和铝粉混合,然后采用冷压和真空热压烧结相结合工艺制备了石墨烯/Al复合材料。利用扫描电镜、X射线衍射、电子万能实验机和显微维氏硬度计等分析了复合粉体混合前后形貌,研究了石墨烯添加量对复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明:采用乙醇溶液分散和球磨两步法,石墨烯均匀分散在铝颗粒基体中,得到混合均匀的复合粉体。冷压-真空热压烧结制备的复合材料组织致密,界面结合良好,石墨烯呈片状均匀地分布在铝基体中。随着石墨烯含量的增加(0.5%~2%,体积分数),复合材料强度和硬度均逐渐升高;当石墨烯的含量为1%时,复合材料的综合力学性能较好,强度和硬度分别达到199 MPa和82.95 HV,相对纯铝基体的分别增加了99%和113%。     

含石墨烯胞室结构的铜复合材料及其耐腐蚀性能

目的 开发一种石墨烯在铜基复合材料中的均匀分散结构,制备出兼具高导电和强抗刻蚀性能的石墨烯/铜复合材料。方法 采用化学气相沉积原位生长法结合分散剂工艺,制备分散均匀石墨烯/铜基粉体复合材料。利用制备的石墨烯/铜粉体材料,采用真空热压工艺,制备了石墨烯/铜块体材料,然后用拉曼光谱、X射线粉末衍射仪和金相显微镜,考察石墨烯/铜试样的质量和形貌,最后用数字便携式涡流电导仪测量其电导率。利用自主设计的石墨烯/铜在过硫酸铵中刻蚀的实验装置,测试石墨烯/铜的抗刻蚀性能。结果 利用石墨烯/铜粉体制备的石墨烯/铜块体和铜具有相同的(111)、(200)和(220)晶面,多层石墨烯以立体胞室结构均匀分布在铜晶粒的晶界处。石墨烯/铜块体的导电率为96%IACS,明显优于文献报道的以其他方法制备的石墨烯/铜块体,并且在过硫酸铵溶液中浸泡90 min后,石墨烯/铜块的质量损失为126.6 mg, 石墨烯/铜比纯铜的抗刻蚀能力提高了37.6%,具有比铜更强的抗刻蚀性能。结论 以CVD原位生长法和真空热压法制 备的石墨烯/铜复合材料,石墨烯以立体胞室结构均匀分散在铜界面处,并且兼具高的导电性和强的抗刻蚀性能。     

粉末区熔法制备石墨烯/AlSi12复合材料的组织和性能

采用超声分散、高速搅拌混粉和感应区域熔炼法成功制备出不同质量分数(0.2%～0.9%)的石墨烯/AlSi12铝基复合材料。采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、能谱、X射线衍射、电子万能试验机和显微硬度计等研究了石墨烯/AlSi12铝基复合材料的显微组织及力学性能。结果表明:感应区域熔炼法制备出的复合材料组织细小致密,石墨烯完整均匀分布在铝合金基体中,界面结合良好。随着石墨烯含量的增加,复合材料的力学性能和维氏硬度均得到升高,当石墨烯含量为0.7%时,复合材料力学性能最好,压缩强度和维氏硬度分别为316.0 MPa和73.8 HV0.2,压缩强度相对于AlSi12合金基体,分别提高了59.6%和38.0%。     

电爆法制备石墨烯气溶胶用于石墨烯包覆铝复合粉体

提出了一种通过电爆法制备石墨烯气溶胶并将其用于石墨烯包覆铝复合粉体的新方法,在不破坏石墨烯本征特性的前提下,解决了石墨烯在金属复合粉体中分散不均匀、界面结合弱的问题。利用电爆法制备了一定浓度的石墨烯气溶胶,得到的石墨烯有2种结构：片状和凝胶状。石墨烯层数为5~8层,石墨烯气溶胶均匀分散在腔内。另外,在气流的作用下,通过搅拌将石墨烯气溶胶与球形铝粉颗粒混合,制备了石墨烯含量不同的石墨烯包覆铝复合粉体。当石墨烯气溶胶含量为1.5%（质量分数）时,石墨烯均匀分散在复合材料中,石墨烯片粘附包裹在金属颗粒上。最后,分析了石墨烯气溶胶原位混合形成石墨烯金属复合粉体的机理。     

粉末触变成形制备石墨烯增强ZK61镁基复合材料及性能

针对石墨烯在镁基合金中分散不均匀的问题,采用静电吸引法将Hummers法制备的氧化石墨烯与酸洗后的ZK61镁合金粉末均匀混合,通过粉末触变成形技术制备氧化石墨烯增强ZK61镁基复合材料。研究了制备工艺参数对氧化石墨烯在基体中的分散效果以及对复合材料力学性能的影响。结果表明,0.1%氧化石墨烯在840W功率下超声处理40min后,与经1%的乙酸酸洗后的镁合金粉末均匀混合,成形后氧化石墨烯在基体中分散均匀,复合材料抗拉强度比基体提高42.97%,伸长率提高6.76%,硬度变化不大。     

石墨烯铝基复合材料的制备及其性能

首次提出利用石墨烯的结构特点和力学性能,制备高强度、高模量的石墨烯铝基复合材料。改进了氧化还原法制备石墨烯的工艺流程,在98℃还原温度下制备石墨烯。采用氧化石墨烯胶体中加入CuSO4并还原的方法制备石墨烯-Cu,增大了密度,提高了石墨烯与金属熔体间的润湿性。采用机械搅拌法,在660～720℃温度区间加入石墨烯-Cu,初步制备了石墨烯铝基复合材料,其硬度相对于纯铝基体提高了约40%。     

超声波振动法制备C_f/Al复合材料的组织及性能

采用超声波振动法制备了碳纤维增强铝基复合材料,实现了在普通铸造方式下获得组织均匀的碳纤维增强铝基复合材料,应用扫描电镜及万能拉伸试验机,研究超声波振动法制备工艺及超声波振动时间对复合材料力学性能的影响。结果表明,超声波振动对使铝液均匀的完全填充到碳纤维间隙的作用显著。并且拉伸性能随着振动时间的增加而提高。当振动时间从10s增加到30s时,C_f/Al复合材料的抗拉强度从105 MPa提高到130 MPa。     

石墨烯/Al复合材料的显微组织和物理性能研究

铝基复合材料具有重量轻、高耐蚀性、热膨胀系数低、导电导热性能优异和加工性能优良等优点而成为当前轻金属基复合材料研究的主流,其中,石墨烯/Al复合材料是目前研究的热点方向。为了研究石墨烯含量对石墨烯/Al复合材料物理性能的影响,本文采用了冷压烧结法制备了石墨烯质量分数为0%(纯铝)、0.3%、0.6%和0.9%的石墨烯/Al复合材料,采用光学显微镜、扫描电子显微镜及其自带的能谱仪分析石墨烯/Al复合材料的微观形貌及化学成分,采用高精度固体密度仪、显微硬度计、高温DSC分析仪和激光导热系数测量仪测试分析石墨烯/Al复合材料的密度、硬度、比热容、热扩散系数和导热系数,对比分析了不同石墨烯含量对石墨烯/Al复合材料性能的影响机制。结果表明,石墨烯/Al复合材料中石墨烯均匀的分布在铝基体中,石墨烯的添加能够使基体产生明显的晶粒细化,当石墨烯含量超过0.6%时,在复合材料中出现石墨烯的团聚现象。随着石墨烯含量的增加,复合材料的密度和致密度逐渐减小,硬度值呈现先增大后减小的趋势,比热容逐渐降低,热扩散系数先增大后略微减小,导热系数缓慢上升。     

搅拌摩擦加工制备铝基梯度功能复合材料及表征（英文）

在6082铝板的凹槽中填充SiC颗粒(平均粒径为27.5μm),用一种新型多步搅拌摩擦加工(FSP)法制备Al/SiC梯度功能复合材料(FGM)。为了得到预先设定的梯度结构,使用3种工具进行FSP,每种工具的搅拌针长度不同,SiC颗粒的体积分数也不同。FSP在室温下进行,其工艺参数如下:1～3道次、旋转速度为900r/min、前进速度为20mm/min。利用扫描电子显微镜(SEM)和三维光学显微镜对梯度功能样品的显微组织进行表征,且测试其耐磨性和显微硬度等力学性能。结果表明,随着FSP道次的增加,SiC颗粒分散更加均匀,材料的显微硬度增加。与未加工的6082铝合金相比,经3道次加工后,其显微硬度提高51.54%。添加SiC颗粒后,Al/SiC梯度功能使复合材料的耐磨性提高。     

石墨烯/氧化铝复合材料制备方法的对比研究

分别利用等离子电火花烧结(SPS)和管式炉气氛烧结技术,制备了石墨烯/氧化铝复合材料。分析对比了两种方法下制备的烧结体的微观组织和力学性能。研究显示:石墨烯均匀地分散在烧结体中,结合超声和球磨的分散工艺能较好实现石墨烯在陶瓷颗粒中的分散。管式炉烧结和SPS都可以实现石墨烯/氧化铝复合材料的致密化,烧结体的相对密度均可达97%以上。且通过管式炉烧结制备的样品与SPS制备的样品具有相近的力学性能,其中韧性可达4MPa·m~(1/2)左右,硬度可达17 GPa以上。SPS可在短时和较低温度下完成石墨烯与陶瓷粉体的烧结,其烧结过程对管式炉的烧结工艺具有重要的指导意义,而管式炉烧结则有望实现高性能石墨烯/陶瓷生物医用复合材料的批量生产。     

氧化石墨烯浓度对镍基/石墨烯复合材料摩擦性能、耐蚀性能及显微硬度的影响

将氧化石墨烯置于镀镍液中,采用直流电沉积技术制备了镍基/石墨烯复合材料,并用拉曼光谱、X射线衍射分析了其结构。结果表明,电沉积过程中氧化石墨烯已经被还原为石墨烯,添加石墨烯后复合材料的择优生长取向从(200)变为了(111)。当氧化石墨烯的浓度在0.02~0.04 g/L范围时,复合材料的显微硬度随着浓度增加显著提高。石墨烯的引入可提高镍基/石墨烯复合材料的耐磨性;随着氧化石墨烯浓度的提高,镍基/石墨烯复合材料的耐磨性提高。当电流密度为1.8 A/dm2时,镍基/石墨烯复合材料表现出了最好的耐蚀性。     

石墨烯纳米片增强铝基复合材料的制备与性能

采用高能球磨、放电等离子烧结以及热挤压工艺制备含量为5.0％(体积分数)的石墨烯增强铝基复合材料.分别采用X射线光电子能谱、透射电镜及拉伸试验研究挤压态复合材料的显微组织与力学性能,发现5.0％(体积分数)的石墨烯分散在铝晶界上,并且未与铝基体发生界面反应.最终,挤压态复合材料的屈服强度和抗拉强度高达462 MPa和4...     

原位水热法制备石墨烯/Co_3O_4复合材料的研究

基于壳聚糖对石墨烯的分散作用及壳聚糖对钴离子的螯合作用,采用原位水热法实现了石墨烯/Co_3O_4复合材料的制备。采用球磨法制备石墨烯,避免了氧化还原法制备石墨烯引起的物理性能下降;采用原位水热法制备复合材料,确保了复合材料的均匀性。XRD结果表明:实现石墨烯/Co_3O_4复合材料的制备。水热反应温度显著影响复合材料前驱体形貌,FTIR结果表明随着水热温度的提高,壳聚糖炭化加剧,前驱体由大块团聚体转变为颗粒状前驱体。经煅烧前驱体转变为石墨烯/Co_3O_4复合材料,Co_3O_4颗粒均匀负载于片层状石墨烯表面,二者分散均匀。     

热压烧结Gr/6061Al复合材料制备与组织性能研究

实验采用了热压烧结的方法制备了1~25vol%片层石墨(Gr)含量的Gr/6061Al复合材料,并采用了纳米铝粉包覆片层石墨的混粉工艺提高片层石墨在铝基体粉末中的分散均匀性。所制备的复合材料中,片层石墨均匀分散在铝基体中,界面结合良好,未发现界面反应产物的存在,通过透射电镜观察到了少层石墨烯的存在。1~15vol% Gr含量的Gr/6061Al复合材料的致密度均高于90%;复合材料的致密度和摩擦系数随着片层石墨含量的增加具有相同的变化趋势,都逐渐降低;石墨含量从1vol%增加到25vol%时,复合材料摩擦系数(COF)呈逐渐降低的趋势;与1vol.%Gr含量的Gr/6061Al复合材料相比,其他Gr含量的复合材料的磨损率均较高。     

石墨烯增强铝基复合材料的研究进展

综述了石墨烯增强铝基复合材料在制备、性能和应用方面的研究进展。目前制备石墨烯增强铝基复合材料的方法相对有限,且材料性能在很多情况下不能满足应用需求。石墨烯增强铝基复合材料的研究仍然面临许多挑战。     

石墨烯铝基复合材料的研究进展

关于石墨烯增强铝基复合材料的研究已成为当前金属基复合材料的热点课题。就目前石墨烯增强铝基复合材料的制备方法、力学性能以及导热性能等进行了简要的介绍。重点阐述了不同制备方法对该类复合材料性能的影响,并对石墨烯增强铝基复合材料的工业化应用前景作了展望。     

基于搅拌摩擦加工制备石墨烯增强铝基复合材料

为减少增强相团聚现象,利用搅拌摩擦加工方法,分别将多层石墨烯和无电镀铜石墨烯添加进6061-T651铝合金,制备铝基复合材料。通过光学显微镜、拉曼光谱仪、XRD衍射仪和硬度计,分析复合材料中增强相的分布质量、复合材料成分及硬度。结果表明:与多层石墨烯相比,无电镀铜石墨烯更容易在搅拌区中分散均匀,但出现石墨化现象;多层石墨烯和无电镀铜石墨烯均未与铝母材结合生成金属间化合物;无电镀铜石墨烯添加到铝合金中,可有效提高其硬度,硬度最大可达搅拌摩擦母材的85%,硬度波动最大仅为13 HV。