【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铝基复合材料的制备方法。
技术介绍
1、科技不断地向前发展，半导体、航空航天等领域对高导热材料提出了新的要求，其中金属基复合材料是一种可设计不同的成分组合、可调控热膨胀系数的高导热材料。铝与金、银等高导热金属相比，在具有高的导热性下，还具有密度较低的特点。因此，铝基复合材料是常用的高导热金属基复合材料之一。石墨烯是一种新型的二维纳米碳材料，其具有高的热导率、比表面积大、综合性能优异等特点，是一种制备高导热铝基复合材料的理想增强体。石墨烯是单层片状纳米材料，其片层内的热量传导主要是以声子在碳原子平面网络结构上扩散实现的，因而石墨烯在片层内具有很高的热导率。当石墨烯薄片相互堆积时，石墨烯薄片之间的间距几倍于层内碳原子间距离，仅依靠较弱的范德华力相互作用，因而在石墨烯片层法线方向上的热阻较大，热导率很低，与其平面内热导率相比相差甚远，甚至低于金属材料的热导率。纳米金刚石是一种零维材料，具有稳定的晶体结构、高的热导率和低的热膨胀系数等特点。在实际的纳米金刚石颗粒表面，存在游离的基团，这些游离的基团或与周围相邻的游离基团耦合，或与存在的气体原子形成亚稳定的薄薄一层表面，这导致纳米金刚石颗粒之间的热导率低于金刚石颗粒内部的热导率。
2、综上，单独的石墨烯为增强体的铝基复合材料在石墨烯法线方向上的导热低，单独的纳米金刚石为增强体的铝基复合材料中金刚石颗粒所在平面的热导率低，因此需要一种通过构建三维的石墨烯/金刚石/铝基复合材料，将二维的石墨烯与零维的纳米金刚石连接起来，构成三维导热模型以提高石墨烯铝基复合材料的热
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有的由石墨烯和纳米金刚石为增强体的铝基复合材料存在石墨烯法线方向或金刚石颗粒所在平面的导热性差的问题，提出一种超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法。
2、本专利技术超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：
3、一、称料：
4、称取一定质量的纳米金刚石粉末和石墨烯；
5、所述纳米金刚石粉末和石墨烯的质量比为(98～99):(1～2)；
6、二、混合粉末
7、在水浴条件下将纳米金刚石粉末和石墨烯置于无水乙醇中超声分散，然后磁力搅拌，最后烘干，得到金刚石/石墨烯的混合粉；
8、三、预制体成型
9、将步骤二中得到的均匀混合的金刚石/石墨烯的混合粉过200目筛，然后装入冷压具后进行冷压，得到金刚石/石墨烯预制体；
10、所述冷压工艺为：冷压模具内径为30cm，冷压的压力为5～15mpa，压力保持时间为5～10min；
11、四、碳骨架的形成
12、将步骤三得到的金刚石/石墨烯预制体放入真空气氛炉中进行加热反应，得到具有碳骨架的预制体；
13、所述加热反应的工艺为：加热反应前抽真空，然后通惰性气体排氧气，再通入含碳原子气体与惰性气体组成的混合气体，最后以5～10℃/min加热到1200～1500℃并保温6h，加热和保温过程中混合气体的气压为5～8kpa，气流大小0.04～0.06l/min；
14、所述含碳原子气体为c3h8；混合气体中含碳原子气体和惰性气体的体积比为1:1；
15、五、室温自排气压力浸渗
16、将具有碳骨架的预制体置于模具内预热，然后将铝基体熔融后通过自排气压力浸渗至具有碳骨架的预制体终，冷却后脱模，得到超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料；
17、所述压力浸渗的压力为10～50mpa。
18、本专利技术原理及有益效果：
19、1、本专利技术先将石墨烯与纳米金刚石通过液相法分散混合，因为纳米金刚石表面与石墨烯表面的相容性，石墨烯表面游离的基团与纳米金刚石颗粒表面的基团相互作用，将纳米金刚石颗粒吸附到石墨烯平面网络的碳原子处，石墨烯片层之间依靠纳米金刚石颗粒连接构成三维结构；在进行热量传输中，即可以通过单片石墨烯在片层间传递热量，又可以通过石墨烯碳原子处的纳米金刚石颗粒沿着石墨烯法线方向向上、向下传递到相邻的石墨烯片层中，从而提高复合材料的热导率。
20、2、本专利技术将金刚石/石墨烯预制体放入真空气氛炉中加热，抽真空后通入惰性气体，可以避免氧气在加热过程中与金刚石/石墨烯预制体反应。再通入的含碳原子气体在进行加热反应时，含碳原子气体为金刚石/石墨烯预制体提供碳源，促进金刚石与石墨烯的结合，生成sp2-sp3中间杂化态产物，从而形成一定的碳骨架，碳骨架能够加强在石墨烯片层之间通过纳米金刚石颗粒连接起来的三维结构，更加有利于热流的传递。
21、3、本专利技术采用液相法中的超声波和磁力搅拌将石墨烯和纳米金刚石粉末均匀分散混合，并保证石墨烯与纳米金刚石的结构完整性，避免机械搅拌中的搅拌器对石墨烯/纳米金刚石混合粉末的破坏。
22、4、本专利技术中预制体的制备在室温大气环境下即可压制成，对预制体的制备设施要求较低，操作工艺简便，可缩短制备周期。
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1.一种超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述纳米金刚石粉末的粒径为5～10nm，纯度为98％，纳米金刚石粉末的平均比表面积为350m2/g。
3.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述超声分散时间为15～30min。
4.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述磁力搅时间为20～30min。
5.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述烘干的温度为100℃，时间为4小时。
6.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述水浴的温度为20℃。
7.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在
8.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤五所述预热温度为100～400℃。
9.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤五所述铝基体为纯铝、2024铝合金或6061铝合金。
10.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤五所述的纯铝的纯度为99.99％；步骤一所述石墨烯纯度为99.9％。
...【技术特征摘要】
1.一种超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述纳米金刚石粉末的粒径为5～10nm，纯度为98％，纳米金刚石粉末的平均比表面积为350m2/g。
3.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述超声分散时间为15～30min。
4.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述磁力搅时间为20～30min。
5.根据权利要求1所述的超高导热金刚石/石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述烘干的温度为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈国钦，韩智超，王平平，鞠渤宇，马媛媛，武高辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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