石墨烯及其Al-20Si基復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、石墨烯是一種性能優(yōu)異的新材料，用其增強聚合物、無機物基復(fù)合材料性能得到顯著改善。然而現(xiàn)階段石墨烯增強金屬基復(fù)合材料的研究較少。采用球磨預(yù)分散和壓力浸滲的工藝將石墨烯與Al-20Si基體合金復(fù)合，制得新型復(fù)合材料——石墨烯鋁基復(fù)合材料。通過金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、XRD、透射電鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)、紅外光譜(FT-IR)、拉曼光譜(Raman)等檢測手段，對制得石墨烯原材料、復(fù)合材料進行微觀結(jié)構(gòu)分析與表征。

2、利用萬能電子力學(xué)試驗機、熱膨脹分析儀、導(dǎo)熱率測試儀、摩擦磨損測試儀等多種設(shè)備對石墨烯鋁基復(fù)合材料的性能進行了測試。
　　以高導(dǎo)熱石墨為原料，采用加熱膨化+基于膨脹石墨的改進Hummers方法能夠制得實驗所需、符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的石墨烯原料。制備過程中無需經(jīng)過超聲、或短時超聲即可使得片層剝離。制得石墨烯質(zhì)量高、缺陷少、片層較薄，層數(shù)在1~10層之間不等，既存在單層，也存在雙層石墨烯結(jié)構(gòu)(包括AA型、AB型兩種堆垛方式)；制得石墨烯厚度在0

3、.34~3nm之間，R值小，缺陷少；制得石墨烯幾乎不含其它含氧官能團。
　　與Al-20Si基體合金相比，復(fù)合材料的性能有了極大的提高和改善：復(fù)合材料的彈性模量隨著石墨烯的增加而增加，近似呈線性；復(fù)合材料的抗彎強度和抗拉強度隨著石墨烯含量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當(dāng)石墨烯含量達(dá)到3vol.％時，材料抗彎強度和抗拉強度達(dá)到最高，分別是617MPa（+240%）和364MPa（+142%）；石墨烯鋁基復(fù)合材料相比于Al-20Si基

4、體而言，一方面其強度發(fā)生了變化，同時塑性也得到了改善。石墨烯增強鋁基復(fù)合材料的高溫下抗壓強度隨著石墨烯的加入而提高。由于石墨烯由于和基體熱膨脹系數(shù)顯著低于基體的熱膨脹系數(shù)，因此在20℃~150℃之間，石墨烯的加入可以使得鋁合金在受熱膨脹時，受到阻礙，抑制了基體的膨脹。
　　石墨烯增強鋁基復(fù)合材料的摩擦磨損系數(shù)隨著石墨烯含量的增加而顯著降低，當(dāng)石墨烯含量為7vol.%時，摩擦磨損系數(shù)降低至0.165左右，且穩(wěn)定。表明石墨烯鋁基復(fù)合材