一种金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，制备方法包含以下步骤：先将粉末状的石墨烯原位还原包覆金属，得到金属包覆的石墨烯复合粉末，再将金属包覆的石墨烯复合粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得金属包覆的石墨烯/金属混合粉末；采用粉末冶金温压工艺，对金属包覆的石墨烯/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型制得。本发明专利技术通过在石墨烯表面进行金属化改性，改善与金属基体的润湿性，有利分散于金属基体中作为增强体，从而提高金属的力学性能，制备方法简单，有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，属于复合材料的制备
。技术背景随着航空航天和汽车制造技术的不断发展，轻质，高强金属基复合材料得到了广泛的关注和研究。碳纳米材料作为具有优异的力学、电学、热学性能的轻质材料，近年来也被广泛应用于金属基复合材料、催化、能源等领域。其中，石墨烯是近年被发现和合成的一种新型二维平面碳质纳米材料，具有无与伦比的高电子迁移率(～200000cm2/V·s)、热导率(～5000W/m·K)、杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)，表现出优异的导电、导热和力学特性。所以石墨烯有望成为未来复合材料中最理想的填料或增强体，也是目前金属基复合材料领域最受关注的材料。但石墨烯与金属基体之间存在巨大的性质差异，石墨烯自身聚集的倾向严重，很难实现界面结合和均匀分散。因此，迄今为止，有关石墨烯增强金属基复合材料的研究报道还非常少。为解决以上问题，如如中国专利公开号CN106670501A，专利技术名称为“一种石墨烯-金属基复合粉体的制备方法”，将硝酸银或硫酸铜倒入分散液中，在水浴搅拌下并加入水合肼反应，得到石墨烯负载金属复合粉体。如中国专利公开号CN104032154A，专利技术名称为“一种石墨烯/金属基复合材料的制备方法”，将还原石墨烯或放电等离子体烧结法制备的高质量石墨烯与纳米金属粉加入到乙醇溶液中，，超声混合，形成混合物，将混合物球磨，干燥，烧结，得石墨烯/金属基复合材料，但上述两种方法还原处理时加入的水合肼有很大的毒性，对环境产生很大污染。如中国专利公开号CN106480434A，专利技术名称为“一种化学镀石墨烯及其制备方法以及一种金属基复合材料”，采用化学镀的方法在石墨烯表面镀上一层镍或铜，来对石墨烯进行金属化改性，但化学镀使用的镀液中需要加入还原剂，络合剂，缓冲剂，稳定剂，加速剂和其他的添加剂，成本较高，会产生环境污染。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于解决碳纳米管表面与金属基体之间的界面结合较差的问题，提供一种在碳纳米管表面原位还原包覆金属，再与金属复合从而制得一种金属包覆的碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法。本专利技术通过以下技术方案实现：一种金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，该制备方法按以下步骤进行：a将粉末状的石墨烯表面原位还原包覆金属，得到金属包覆的石墨烯复合粉末；b将金属包覆的石墨烯复合粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得金属包覆的石墨烯复合粉末/金属混合粉末；c采用粉末冶金温压工艺，对金属包覆的石墨烯/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型，制得所述的金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料；所述的石墨烯表面原位还原包覆金属包括以下步骤:a将粉末状的石墨烯压片，其中片的厚度为0.01-0.1cm；b将步骤a中压好的片作为电极材料，组装成电池，放电到1.5-0.001V；所述的电池为锂、钠离子电池中的一种，分别以金属锂、钠为负极，分别以1mol/L的六氟磷酸锂、六氟磷酸钠的碳酸乙烯酯溶液为电解液；c将经步骤b放电到1.5-0.001V的电池拆开，取出步骤b中制得的电极材料，将其置于可溶性金属盐溶液中浸泡1-24h，之后取出在60-120℃下干燥，得到金属包覆的石墨烯，其中放电后的电极材料与溶液中所含有可溶性金属盐的质量比为1:5-1:50，；所述的可溶性金属盐为可溶性的钛或锰或镍或钼或银或铁或铜或钴或金或铂或铌或锆或镉或铬盐中的一种。所述金属粉末为铝、镁、钛、铜、镍、铁合金粉中的一种，粒径为2-120μm。所述金属包覆的石墨烯/金属混合粉末中金属包覆的石墨烯粉末的质量百分含量为0.1-10wt％；球磨参数:球磨前抽真空，氩气或氮气保护，球料比3:1，转速150-300r/min，球磨时间30-150min。所述温压工艺具体的步骤为:将金属包覆的石墨烯/金属混合粉末倒入磨具中，振荡器振实，在压力为200-400MPa，温度120-150℃条件下进行温压成型，在氩气保护的管式炉中烧结，烧结温度低于金属粉末熔点60-150℃，制得所述的金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料。由于采用了以上技术方案，先将粉末状的碳纳米管原位还原包覆金属，得到金属包覆的碳纳米管复合粉末，然后将金属包覆的碳纳米管复合粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得金属包覆的碳纳米管/金属混合粉末；采用粉末冶金温压工艺，对金属包覆的碳纳米管/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型制得。本专利技术通过原位还原的方法在碳纳米管上包覆一层金属来提高碳纳米管与金属接触相界相容性，增强了碳纳米管与金属基体间的润湿性，减少碳纳米管粉末的团聚。该在碳纳米管表面包覆金属的制备方法在包覆金属的过程中不需要使用还原剂或高温的处理方法，只是简单的浸泡在可溶性的金属盐溶液中，简便易操作，安全性高，同时温压工艺制备金属包覆的碳纳米管增强金属基复合材料，工艺简单，成本较低，无环境污染，具有良好的应用前景。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细描述实施例1一种金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，该制备方法按以下步骤进行：a将粉末状的石墨烯表面原位还原包覆金属，得到金属包覆的石墨烯复合粉末；b将金属包覆的石墨烯复合粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得金属包覆的石墨烯复合粉末/金属混合粉末；c采用粉末冶金温压工艺，对金属包覆的石墨烯/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型，制得所述的金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料；石墨烯表面原位还原包覆金属包括以下步骤:a将粉末状的石墨烯压片，其中片的厚度为0.01cm；b将步骤a中压好的片作为正极材料，以金属锂为负极，以1mol/L的六氟磷酸锂的碳酸乙烯酯溶液为电解液，组装成锂离子电池，放电到1.5V；c将经步骤b放电到1.5V的电池拆开，取出步骤b中制得的电极材料1g，将其置于5g可溶性金属钛盐溶液中浸泡1h，之后取出在60℃下干燥，得到钛包覆的石墨烯；金属粉末为铝合金粉，粒径为2μm。钛包覆的石墨烯/铝合金混合粉末中钛包覆的石墨烯粉末的质量百分含量为0.1wt％；球磨参数:球磨前抽真空，氩气或氮气保护，球料比3:1，转速150r/min，球磨时间30min。温压工艺具体的步骤为:将金属钛包覆的石墨烯/铝合金混合粉末倒入磨具中，振荡器振实，在压力为200MPa，温度120℃条件下进行温压成型，在氩气保护的管式炉中烧结，烧结温度60℃，制得所述的钛包覆的石墨烯增强铝基复合材料。实施例2一种金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，该制备方法按以下步骤进行：a将粉末状的石墨烯表面原位还原包覆金属，得到金属包覆的石墨烯复合粉末；b将金属包覆的石墨烯复合粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得金属包覆的石墨烯复合粉末/金属混合粉末；c采用粉末冶金温压工艺，对金属包覆的石墨烯/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型，制得所述的金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料；石墨烯表面原位还原包覆金属包括以下步骤:a将粉末状的石墨烯压片，其中片的厚度为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，该制备方法按以下步骤进行：a将粉末状的石墨烯表面原位还原包覆金属，得到金属包覆的石墨烯复合粉末；b将金属包覆的石墨烯复合粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得金属包覆的石墨烯复合粉末/金属混合粉末；c采用粉末冶金温压工艺，对金属包覆的石墨烯/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型，制得所述的金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料；所述的石墨烯表面原位还原包覆金属包括以下步骤:a将粉末状的石墨烯压片，其中片的厚度为0.01‑0.1cm；b将步骤a中压好的片作为正极材料，组装成电池，放电到1.5‑0.001V；所述的电池为锂、钠离子电池中的一种，分别以金属锂、钠为负极，分别以1mol/L的六氟磷酸锂、六氟磷酸钠的碳酸乙烯酯溶液为电解液；c将经步骤b放电到1.5‑0.001V的电池拆开，取出步骤b中制得的电极材料，将其置于可溶性金属盐溶液中分散、浸泡1‑24h，之后取出在60‑120℃下干燥，得到金属包覆的石墨烯，其中放电后的电极材料与溶液中所含有可溶性金属盐的质量比为1:5‑1:50，；所述的可溶性金属盐为可溶性的钛或锰或镍或钼或银或铁或铜或钴或金或铂或铌或锆或镉或铬盐中的一种。...

【技术特征摘要】
1.一种金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，该制备方法按以下步骤进行：a将粉末状的石墨烯表面原位还原包覆金属，得到金属包覆的石墨烯复合粉末；b将金属包覆的石墨烯复合粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得金属包覆的石墨烯复合粉末/金属混合粉末；c采用粉末冶金温压工艺，对金属包覆的石墨烯/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型，制得所述的金属包覆的石墨烯增强金属基复合材料；所述的石墨烯表面原位还原包覆金属包括以下步骤:a将粉末状的石墨烯压片，其中片的厚度为0.01-0.1cm；b将步骤a中压好的片作为正极材料，组装成电池，放电到1.5-0.001V；所述的电池为锂、钠离子电池中的一种，分别以金属锂、钠为负极，分别以1mol/L的六氟磷酸锂、六氟磷酸钠的碳酸乙烯酯溶液为电解液；c将经步骤b放电到1.5-0.001V的电池拆开，取出步骤b中制得的电极材料，将其置于可溶性金属盐溶液中分散、浸泡1-24h，之后取出在60-120℃下...

【专利技术属性】
技术研发人员：方东，鲍瑞，易健宏，李秀娟，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53