本公开提供了一种分级组合物，其至少包含第一、第二和第三材料性质区域，所述材料性质区域各自具有不同于其它区域的晶体构型。在一些实施方案中，所述分级组合物具有：位于所述第一材料性质区域中的包含金属的第一材料，所述第一材料由所述第一材料性质区域中存在的金属原子之间的金属键构成；与所述第一材料性质区域中的所述第一材料至少部分地重叠的包含碳的第二材料，所述第二材料由所述第二材料中的所述碳与所述第一材料中的所述金属之间的共价键构成；以及与所述第二材料性质区域至少部分地重叠的包含碳的第三材料，所述第三材料由所述第三材料的所述碳之间的共价键构成。每个晶体构型可以包含立方晶体晶格、六方晶格、面心或体心立方晶格。面心或体心立方晶格。面心或体心立方晶格。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】COVETIC材料
[0001]相关申请
[0002]本申请是于2019年7月2日提交的题为“等离子体喷涂系统和方法(PLASMA SPRAY SYSTEMS AND METHODS)”的美国专利申请第16/460,177号的部分继续申请；所述美国专利申请要求于2018年8月21日提交的题为“等离子体喷涂系统和方法(PLASMA SPRAY SYSTEMS AND METHODS)”的美国临时专利申请第62/720,677号的优先权，并且所述美国专利申请要求于2018年8月2日提交的题为“等离子体喷涂沉积(PLASMA SPRAY DEPOSITION)”的美国临时专利申请第62/714,030号的优先权；并且本申请要求于2019年9月20日提交的美国临时专利申请第62/903,649号的优先权；并且本申请要求于2019年6月28日提交的美国临时专利申请第62/868,493号的优先权；并且本申请要求于2019年4月29日提交的美国临时专利申请第62/839,995号的优先权；并且本申请要求于2019年1月27日提交的美国临时专利申请第62/797,306号的优先权，所有所述文献均特此以全文引用方式并入。
[0003]本公开总体上涉及制造和使用covetic材料。
技术介绍
[0004]术语covetic材料是指注入有纳米级大小的碳颗粒的金属。因为covetic材料拥有许多超出传统非碳注入材料的能力的物理、化学和电学性质，所以在各种应用中都期望covetic材料。此外，衍生自常规covetic材料生成技术的covetic材料无法实现许多上述物理、化学和电学性质。
[0005]即使面临对表现出上述物理、化学和电学性质的材料的强烈需求，很多技术挑战也阻碍了用于制造和使用covetic材料的技术的发展。这些技术挑战已经出现于多个领域，所述技术挑战包含：(1)难以将测量碳含量所需的分析方法与具有高度特异性的单独的化合物的微米或纳米结构的表征组合；(2)迄今为止产生的样品中碳含量分布的相对较高的可变性；(3)性质测量的可变性和潜在的不可预测性；(4)关于碳颗粒与其周围基质之间的强键合背后的确切科学机制的不确定性。
[0006]用于产生covetic碳
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金属复合合金的常规金属熔融方法具有不一致的转化产率，导致观察到所得材料性质的广泛变化。例如，由于碳在熔体中分散的不规则性，经常发生有害的团聚物形成和有害的聚集。碳在金属中分散的此类不规则性可能导致裂纹和孔隙的形成，最终造成所得材料过早失效。进一步地，碳在金属中的高溶解度可能导致在金属冷却和凝固时在金属表面处的碳生长不均匀(如更厚)。另外，碳在自由表面附近的溶解度可能高于在金属本体中的溶解度，其中在熔体
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空气界面处较高的溶解度与界面能相组合促使了熔体
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空气界面处不期望的沉淀。
[0007]用于产生covetic碳
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金属复合合金的常规热基金属熔融方法目前不能促进工艺条件的调谐，所述调谐使得所得covetic材料表现出一组期望的经调谐或目标性质。不能控制工艺条件使得所得covetic材料表现出一组经调谐的性质导致(对应地)不能将covetic
材料应用于需要此类特定性质组的特定用途。所需要的是用于产生表现出一系列可调谐性质的所得covetic材料的技术。此外，所需要的是可以用于广泛的最终用途领域和应用(如范围从材料强化到寿命性能提升等的企业对企业或企业对消费者的用途)的所得covetic材料。
技术实现思路
[0008]提供本
技术实现思路
的目的是以简化形式介绍下文在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。本
技术实现思路
不旨在标识要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在限制要求保护的主题的范围。此外，本公开的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，所述创新方面的单个方面不仅仅负责本文所公开的期望属性。
[0009]本文公开的主题的各个实施方案大体上涉及碳
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金属复合材料的设备、方法和各种组合物。示出并讨论的所述设备可能与等离子体喷涂炬设备的受控使用有关，以产生各种碳
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金属键合的物质组合物，所述碳
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金属键合的物质组合物在本公开中通常被称为“covetic材料”。
[0010]等离子体喷涂炬的一种配置体现为具有反应室、微波能量源和控制器的设备，所述反应室被配置成收纳与多个熔融金属纳米级大小的颗粒混合的烃工艺气体，所述微波能量源操作性地耦合到所述反应室以向所述反应室提供动力，所述控制器用于调节所述微波能量源以在所述反应室中创建条件，使得所述烃工艺气体离解成其组成碳原子，并且单层石墨烯(SLG)或少层石墨烯(few layer graphene，FLG)从所述碳原子生长到所述熔融金属纳米级大小的颗粒上，以形成多个碳
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金属纳米级大小的颗粒。在一些配置中，所述反应室中的所述条件引起：(i)第一温度，所述碳原子在所述第一温度下溶解到所述熔融金属纳米级大小的颗粒中；以及(ii)第二温度，经溶解的碳原子中的至少一些碳原子在所述第二温度下以某一晶体构型与所述熔融金属组合。所述设备的一些配置利用冷却区域来将所述多个碳
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金属纳米级大小的颗粒冷却到粉末形式，所述粉末形式可以收集并储存在接近所述反应室而与之并列的贮存容器中。
[0011]下文在附图和描述中阐述了本公开中描述的主题的一或多个实施方案的详细内容。根据本说明书、附图以及权利要求书，其它特征、方面和优点将变得显而易见。应注意，以下的图的相对尺寸可能不是按比例绘制的。
附图说明
[0012]本文公开的主题的实施方案以举例的方式展示，并且不旨在受到附图中的图的限制。在整个附图和说明书中，相似数字引用相似元件。应注意，以下的图的相对尺寸可能不是按比例绘制的。在请求并支付必要的费用后，将由美国专利商标局(U.S.Patent and Trademark Office)提供带有彩色附图的本专利或专利申请出版物的副本。
[0013]图1A是根据一些实施方案的示出了两种不同的covetic材料形成技术和分别由应用所述covetic材料形成技术中的每种技术产生的示例材料的比较图。
[0014]图1B呈现了根据一些实施方案的高分辨率透射电子显微术图像114和高分辨率能量色散光谱x射线图像116。
[0015]图2描绘了根据所公开的实施方案中的一或多个实施方案的用于将石墨烯生长到
小熔融颗粒上的制造工艺。
[0016]图3描绘了根据所公开的实施方案中的一或多个实施方案的等离子体能量状态图，所述等离子体能量状态图示出了如何使用脉冲微波能量源来将石墨烯生长到小熔融颗粒上。
[0017]图4描绘了根据所公开的实施方案中的一或多个实施方案的用于将石墨烯生长到小熔融颗粒上的电子温度控制技术。
[0018]图5展示了根据所公开的实施方案中的一或多个实施方案的用于将石墨烯生长到小熔融颗粒上的双等离本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由各自具有不同的晶体构型的多个材料性质区域限定的分级组合物，所述分级组合物包括：第一材料，所述第一材料安置在第一材料性质区域内并且包含金属、多个金属原子以及所述多个金属原子之间的多个金属键；第二材料，所述第二材料与所述第一材料至少部分地重叠，所述第二材料包含与所述第一材料中的所述金属共价键合的碳；以及第三材料，所述第三材料与所述第二材料至少部分地重叠，所述第三材料包含共价键合的碳。2.根据权利要求1所述的分级组合物，其中所述不同的晶体构型中的每个晶体构型包含以下中的任何一或多个：立方晶体晶格、六方晶格、面心立方晶格或体心晶格、或六方密堆积(HCC)金属晶格。3.根据权利要求1所述的分级组合物，其中所述碳呈原子形式。4.根据权利要求3所述的分级组合物，其中至少一些碳原子被组织在相干石墨烯平面中。5.根据权利要求1所述的分级组合物，其中所述第一材料的所述金属被组织为基体或晶格。6.根据权利要求5所述的分级组合物，其中所述金属包括铜。7.根据权利要求6所述的分级组合物，其进一步包括通过所述碳与所述铜之间的covetic键合形成的铜
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碳晶格。8.根据权利要求7所述的分级组合物，其中所述铜
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碳晶格的碳负载介于大约60％与90％之间。9.根据权利要求1所述的分级组合物，其中所述碳以均质的方式负载。10.根据权利要求1所述的分级组合物，其进一步包括一或多个高度均匀的covetic淬火层。11.根据权利要求10所述的分级组合物，其中所述一或多个高度均匀的covetic淬火层基于快速淬火方法。12.根据权利要求1所述的分级组合物，其中至少所述碳或所述金属是通过等离子体火焰喷涂的。13.根据权利要求11所述的分级组合物，其中所述淬火层的深度或厚度至少部分地基于所述等离子体火焰与所述分级组合物的衬底之间的距离。14.一种纳米...
【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：利腾股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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