石墨烯增强金属基复合材料的研究进展*
2021-01-10方建华谷科城王顺祥
化学工程师 2021年8期
李 铮,方建华,林 旺,谷科城,王顺祥
(陆军勤务学院,重庆 401331)
石墨烯是一种由碳原子sp2杂化形成的六边形点阵结构2D 层状纳米材料,于2004 年由英国曼彻斯特大学的Andre Geim 教授和Kostya Novoselov 研究员用机械剥离法制得[1]。在石墨烯上引入特定的无机纳米材料或聚合物能改善原材料的缺陷,形成的复合材料具有新的功能特性[2],提高了石墨烯的应用范围,使其成为了近年来研究热点,具有极高的应用价值。近些年研究表明,以金属材料为基体,通过一定的制备工艺,在其中加入增强相石墨烯,可以制备出具有优异力学、导电、耐磨等性能的复合材料。
1 石墨烯增强金属基复合材料的制备方法
1.1 熔融冶金法冶金
熔融冶金法是将金属加热到熔融状态,在其中加入增强相石墨烯,并且在此过程中使用机械、超声、电磁等分散方法将石墨烯充分的分散在金属中。Lin[3]采用激光烧结方法制备了氧化石墨烯-铁的复合材料,采用激光快速加热和冷却工艺,防止了氧化石墨烯粉末的聚集,2%质量分数氧化石墨烯的烧结可使表面显微硬度提高93.5%。An[4]将含有石墨烯、铝以及TiH2的发泡混合物加入到熔融铝中进行充分搅拌,所制备的复合材料平台应力、能量吸收和比能量吸收新能有明显提高。在熔融冶金法中,高温状态下金属易发生氧化,生成的氧化物以及碳化物会增加材料的脆性,且石墨烯在金属基体中的分散性有限,在复合材料中容易产生气孔,影响材料性能。
1.2 粉末冶金法
粉末冶金法其原理是将金属粉末作为原料,在金属粉末中,加入石墨烯并进行充分混合后进行成型加工,可得到石墨烯金属复合材料,具有工艺简洁、成本低,材料利用率高的特点,在复合材料的制备中能广泛使用。……
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