一种大块石墨烯金属玻璃复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种大块石墨烯金属玻璃复合材料,由非晶合金基体Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5和石墨烯GP复合形成；通过向非晶合金基体Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5中引入特定用量的石墨烯超导材料，使石墨烯超导材料弥散分布于Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金基体中，大大改善了非晶合金的塑性变形能力和导电能力，能够制备出临界尺寸高达50mm的大块石墨烯金属玻璃复合材料，使制得的大块石墨烯金属玻璃复合材料的塑性高达22％，电阻率低，导电性能强，可进行大规模的实践应用。

A Bulk Graphene Metal Glass Composite and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种大块石墨烯金属玻璃复合材料及其制备方法
本专利技术涉及非晶复合材料领域，具体涉及一种大块石墨烯金属玻璃复合材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，非晶合金材料作为新材料领域的热门前沿课题，引起国内外材料领域科研工作者的重视。对于非晶合金材料来说，虽然相对于其他晶体材料具有高强度、高硬度和强腐蚀性的优点，但是其本身却存在很多限制其应用的缺陷，比如：(1)非晶合金材料塑性较差，在拉伸变形时产生灾难性断裂，(2)非晶合金材料导电性能差，难以运用于电子领域方面，(3)非晶形成能力差，难以制备大块非晶合金材料；而这些缺陷导致非晶合金材料难以实现大规模的运用。因此，为了更好地应用非晶合金材料，需要设计出一种新型的结构材料，克服非晶合金材料塑性较差、导电能力弱、非晶形成能力差的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种具有较高的塑性变形能力、超强的非晶形成能力和较强的导电能力的大块石墨烯金属玻璃复合材料，同时提供了制备该新型复合材料的方法。本专利技术提供的大块石墨烯金属玻璃复合材料,由非晶合金基体Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5和石墨烯GP复合形成。进一步，所述复合材料的组成用化学式表示为：Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(z％)GP，z％为石墨烯占Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5的体积百分比，10≤z≤20。本专利技术还公开了一种用于所述的大块石墨烯金属玻璃复合材料的制备方法，包括如下步骤：a、取金属单质锆、钛、铜、镍、铍置于钛吸附的氩气环境中混合熔炼至少5次，每次熔炼至少30s，控制熔炼温度为2000℃～2100℃，制得Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5母合金铸锭；b、把石墨烯材料放置于铜模腔体之中，再将步骤a中制得的母合金铸锭重新熔炼成为熔融液体后，通过负压吸入腔体内，与腔体内的石墨烯材料混合，使石墨烯材料弥散分布于母合金中，制得混合体；c、将步骤b中制得的混合体重新熔化后，通过铜模吸铸法，即可制得具有较高的塑性变形能力、超强的非晶形成能力和较强的导电能力的大块石墨烯金属玻璃复合材料。进一步，所述金属单质锆、钛、铜、镍、铍的纯度均不低于99.9％。进一步，所述步骤c的具体操作为：将步骤b中制得的混合体置于钛吸附的氩气环境中，控制温度为2000℃～2100℃，重新熔化后，利用负压铜模吸铸，使混合体熔体以冷却速率为100K/s，冷却成直径为1～50mm的柱状大块石墨烯金属玻璃复合材料。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种具有较高的塑性变形能力、超强的非晶形成能力和较强的导电能力的大块石墨烯金属玻璃复合材料，通过向非晶合金基体Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5中引入特定用量的石墨烯超导材料，使石墨烯超导材料弥散分布于Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金基体中，大大改善了非晶合金的塑性变形能力和导电能力，能够制备出临界尺寸高达50mm的大块石墨烯金属玻璃复合材料，使制得的大块石墨烯金属玻璃复合材料的塑性高达22％，电阻率低，导电性能强，可进行大规模的实践应用。此外，本专利技术提供的大块石墨烯金属玻璃复合材料的制备方法，工艺简单，易操作，成本低，易控制。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1是实施例一制得的复合材料的横截面形貌扫描电镜图；图2是实施例一制得的复合材料的X射线衍射图；图3是实施例一制得的复合材料的断裂横截面形貌扫描电镜图；图4是实施例一制得的复合材料的断裂横截面形貌扫描电镜图；图5是实施例一制得的复合材料的断裂侧面形貌扫描电镜图。图6是实施例一制得的复合材料的力学应力-应变图，应变速率1×10-4s-1；图7是实施例二制得的复合材料的横截面形貌扫描电镜图；图8是实施例二制得的复合材料的断裂横截面形貌扫描电镜图；图9是实施例二制得的复合材料的断裂侧面形貌扫描电镜图。具体实施方式本实施例提供的大块石墨烯金属玻璃复合材料,由非晶合金基体Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5和石墨烯GP复合形成，所述复合材料的组成用化学式表示为：Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(z％)GP，z％为石墨烯占Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5的体积百分比，10≤z≤20。非晶合金基体Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5的原子间主要以金属键结合，在微观上具有液体的无序原子结构，具有高强度和高硬度，没有晶粒、晶界和位错等，结构均匀；石墨烯材料(Graphene，简称GP)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，结构非常稳定；通过将非晶合金基体Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5和石墨烯按特定用量关系进行复合后，石墨烯材料将弥散分布于Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金基体中，从而大大改善了非晶合金的塑性变形能力和导电能力，能够制备出具有较高的塑性变形能力、超强的非晶形成能力和较强的导电能力的大块石墨烯金属玻璃复合材料。本实施例提供的用于所述的大块石墨烯金属玻璃复合材料的制备方法，包括如下步骤：a、取纯度均不低于99.9％的金属单质锆、钛、铜、镍、铍置于钛吸附的氩气环境中混合熔炼至少5次，每次熔炼至少30s，控制熔炼温度为2000℃～2100℃，制得Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5母合金铸锭；所述金属单质锆、钛、铜、镍、铍的纯度均不低于99.9％；b、把石墨烯材料(GP)放置于铜模腔体之中，再将步骤a中制得的母合金铸锭重新熔炼成为熔融液体后，通过负压吸入腔体内，与腔体内的石墨烯材料混合，使石墨烯材料弥散分布于母合金中，制得混合体；c、将步骤b中制得的混合体重新熔化后，通过铜模吸铸法，即可制得具有较高的塑性变形能力、超强的非晶形成能力和较强的导电能力的大块石墨烯金属玻璃复合材料；所述步骤c的具体操作为：将步骤b中制得的混合体置于钛吸附的氩气环境中，控制温度为2000℃～2100℃，重新熔化后，利用负压铜模吸铸，使混合体熔体以冷却速率为100K/s，冷却成直径为1～50mm的柱状大块石墨烯金属玻璃复合材料；工艺简单，易操作，成本低，易控制。以下为具体实施例：实施例一本实施例中制得的具有较高的塑性变形能力、超强的非晶形成能力和较强的导电能力的大块石墨烯金属玻璃复合材料的组成用化学式表示为：Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(10％)GP；其制备方法包括如下步骤：a、取纯度均不低于99.9％的金属单质锆、钛、铜、镍、铍置于钛吸附的氩气环境中混合熔炼5次，每次熔炼30s，控制熔炼温度为2000℃，制得Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5母合金铸锭；b、把石墨烯材料(GP)放置于铜模腔体之中，再将步骤a中制得的母合金铸锭在2000℃温度下重新熔炼成为熔融液体后，通过负压吸入腔体内，与腔体内的石墨烯材料混合，使石墨烯材料充分弥散分布于母合金中，制得混合体；c、将步骤b中制得的混合体置于钛吸附的氩气环境中，控制温度为2000℃，重新熔化后，利用负压铜模吸铸，使混合体熔体以冷却速率为100K/s，冷却成直径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大块石墨烯金属玻璃复合材料,其特征在于：由非晶合金基体Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5和石墨烯GP复合形成。

【技术特征摘要】
1.一种大块石墨烯金属玻璃复合材料,其特征在于：由非晶合金基体Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5和石墨烯GP复合形成。2.根据权利要求1所述的大块石墨烯金属玻璃复合材料,其特征在于：所述复合材料的组成用化学式表示为：Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(z％)GP，z％为石墨烯占Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5的体积百分比，10≤z≤20。3.一种用于权利要求1-2中任一权利要求所述的大块石墨烯金属玻璃复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：a、取金属单质锆、钛、铜、镍、铍置于钛吸附的氩气环境中混合熔炼至少5次，每次熔炼至少30s，控制熔炼温度为2000℃～2100℃，制得Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5母合金铸锭；b、把石墨烯材料放置...

【专利技术属性】
技术研发人员：余鹏，陈澜生，李冬梅，陈萍，刘晓萍，杨娟，周霞，
申请(专利权)人：重庆师范大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50