本發(fā)明屬于功能材料領域。涉及鋁-石墨烯及其制備方法。

背景技術：

近年來，碳質納米材料包括石墨烯和碳納米管因高導熱性、高阻尼性容量、高彈性模量、高機械強度和良好的自潤滑性而成為重要的結構和功能新材料的增強體。合成高導電性和硬度的新型輕質金屬復合材料是現代材料科學的最重要目標之一。其中方向之一是制備高含量納米或微米碳增強鋁復合材料。鋁基復合材料具有密度小，耐蝕性強，導電導熱性能優(yōu)異， 加工性能好等優(yōu)點成為當前金屬基復合材料研究的主流。 隨著汽車和航空航天領域的發(fā)展，尤其是在太空空間，電離輻射等惡劣環(huán)境中對金屬基復合材料的比強度，比模量，耐蝕性，導電導熱等性能要求更高，傳統的陶瓷纖維和顆粒增強體已經不能滿足對材料的要求，相比于陶瓷纖維增強體，碳纖維和石墨顆粒增強體具有高的導熱性，低的熱膨脹系數， 優(yōu)異的阻尼能力和非常好的自潤滑性能。在最近幾年因為石墨烯 優(yōu)異的機械性能和物理性能被認為是最理想的金屬基復合材料增強體。然而，由于碳材料例如石墨烯相比金屬鋁而言是一種非常輕的材料，常規(guī)方法很難制備出石墨烯能均勻一致的分布在鋁金屬中的復合材料。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提出一種鋁-石墨烯金屬復合材料的制備方法，提高鋁系材料的硬度、強度和延展性。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現的。

本發(fā)明所述的一種鋁-石墨烯金屬復合材料的制備方法，包括以下步驟。

（1）將氟化物添加到堿金屬氯化物中，充分混合后，再加入金屬或非金屬的碳化物粉末。

（2）將鋁片放入到氧化鋁坩堝中，把步驟（1）中的混合物放置在鋁片的上面，將氧化鋁坩堝蓋好后，放入到垂直加熱爐中，在常壓條件下加熱升溫至煅燒溫度700-800 ℃，鍛燒時間0.5-5h。

（3）高溫煅燒完成后，將步驟（2）中形成的液態(tài)混合物倒入到坩堝中，在常溫下冷卻1-2h，待液態(tài)混合物固化后，加入足量的氯化鈉溶液，過濾后留下固體混合物，用鑷子緩緩將固體混合物中的鋁片夾出來放在蓋玻片上，放入去離子水中，換水三次后，放入烘箱烘干，得到鋁-石墨烯金屬復合物。

步驟（1）中所述的堿金屬氯化物為氯化鋰、氯化鈉、氯化鉀、氯化銫或氯化銀中的一種或兩種。

步驟（1）所述的氟化物為氟化鈉或三氟化鋁，其加入量為步驟（1）中物質總質量的2%以內。

步驟（1）所述的金屬或非金屬碳化物粉末為碳化鎢、碳化鈦、碳化硼或碳化硅中任意一種。是用作含碳添加劑的。

本發(fā)明步驟（2）中所述的煅燒溫度和煅燒時間優(yōu)選：煅燒溫度800℃；煅燒時間1.5h。

本發(fā)明步驟（2）中將步驟（1）的混合物放入到鋁片上面的目的是防止熔融鋁與空氣中的氧接觸而氧化。

本發(fā)明所提供的鋁-石墨烯具有特定的密度和金屬光澤以及導電特性。

本發(fā)明的方法可以制備出石墨烯含量高達2％（重量比），且石墨烯薄片能夠可控、均勻一致地分布在金屬本體中。石墨烯納米片在金屬基質的合成是一步的，直接發(fā)生在熔融堿金屬鹵化物的鋁液里，無需單獨合成石墨烯。因此制備方法簡單，成本低。根據本發(fā)明制備的鋁-石墨烯復合材料，其中的石墨烯均勻分布，層數可控，石墨烯片層線性尺寸可為100nm-150 mm，厚度為1-3nm（或者1-3層）。合成的物質中不存在碳化鋁的，鋁-石墨烯復合材料在氯化鈉溶液中是耐腐蝕的。鋁-石墨烯復合材料的硬度、強度和延展性比純鋁金屬材料至少高2-3倍，并與石墨烯的濃度是成比例的。

本發(fā)明的技術效果：（1）本發(fā)明制備工藝簡單，且較節(jié)能、廉價；（2）本發(fā)明所制備鋁-石墨烯復合材料的硬度、強度和延展性比純鋁材料至少高2-3倍。

附圖說明

圖1為發(fā)明制備鋁-石墨烯的原理示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

下面實施例中所述方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述材料試劑，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。

實施例1。

（1）基礎電解質的制備。

將0.5g三氟化鋁添加到NaCl-CsCl中，充分混合后，再加入0.1g碳化鎢。

（2）生長鋁-石墨烯。

將直徑3cm ，高度1cm，含有0.65％（重量）雜質（硅0.62%，鋅0.03%）的鋁片放入到氧化鋁坩堝底部，把（1）中所配好的混合物放置在鋁片的上面，蓋好坩堝蓋，并放到垂直加熱爐中，在常壓條件下加熱升溫至煅燒溫度800 ℃，鍛燒時間為1.5h，高溫煅燒完成后，將坩堝中的液態(tài)混合物倒入到另一個氧化鋁坩堝中，在常溫下冷卻，時間為2h，融鹽混合物充分固化后，將其溶于質量分數為20%的氯化鈉溶液中，過濾后得到固體混合物，用鑷子緩緩將固體混合物中的鋁片夾出來放在蓋玻片上。測試所制備的鋁-石墨烯復合材料的硬度、強度和延展性，大約是純鋁金屬材料的1.20倍。

實施例2。

按實施例1中的制備方法，不同的是加入的碳化物為0.1g碳化鈦，堿金屬氯化物為KCl，煅燒溫度為750℃，鍛燒時間為3h，冷卻時間為1.5h。測試所制備的鋁-石墨烯復合材料的硬度、強度和延展性，大約是純鋁金屬材料的1.31倍。

實施例3。

按實施例1中的制備方法，不同的是加入的碳化物為0.1g碳化硅，堿金屬氯化物為KCl–AgCl，煅燒溫度為700℃，鍛燒時間為5h，冷卻時間為2h。測試所制備的鋁-石墨烯復合材料的硬度、強度和延展性，大約是純鋁金屬材料的1.42倍。