【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种石墨烯铝基复合材料的制备方法及其应用，属于金属基复合材料领域。
技术介绍
1、铝为面心立方结构，具有良好的塑性、韧性、易加工性、工程可靠性及价格低廉等优点，为其在工程应用创造了有利条件，它是金属基复合材料中应用最广的一种。在制造铝基复合材料时通常不使用铝，而是各种铝基复合材料。这主要是由于与铝相比，铝基复合材料具有密度低、比强度高、导电导热能力强、加工成型性好以及高的性价比等优势，正在迅速成为电缆市场中的一股新力量。但导线力学性能和电学性能的匹配性问题一直制约铝导线的发展：铝导线的导电率相对较低，且导线强度较低；铝基复合材料的生产成本较高，性能提升效果不明显。因此，对于如何将铝基复合材料的各项性能进行提升迫在眉睫。
2、在现有的增强铝基复合材料主要是有金属掺杂和碳增强，碳增强材料包括碳纤维、碳纳米管和石墨烯等，其中采用石墨烯作为碳增强材料的研究鲜有报道。石墨烯是一种新型二维碳材料，具有极高的拉伸强度(130gpa)，平均杨氏模量可达到1～1.8tpa，大概是钢的100倍。石墨烯极高的比强度和比刚度，以及优异的导电/导热性能，成为铝基复合材料理想的选择。
3、目前石墨烯铝基复合材料的制备方法主要是熔融铸造法和粉末冶金法。采用熔融铸造法，由于二者密度差异大，石墨烯很难在铝液内部均匀分散，此外，二者在材料制备过程中还有可能发生高温界面反应，生成a14c3脆性相，恶化材料性能。而采用粉末治金法，则可使石墨烯和铝合金粉末在温度较低的情况下实现理想分散，但是目前现有的制备方法中，通常会加入乙醇或n，n-
4、因此，迫切需要开发一种新的石墨烯铝基复合材料制备方法，该方法能够绿色、简单、便捷的制备石墨烯增强铝基复合材料，以满足大规模工业应用的需求。
技术实现思路
1、本申请提供了一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，以实现绿色、简单、便捷地制备石墨烯增强铝基复合材料。
2、本申请第一个方面提供了一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，包括石墨烯粉末和铝金属粉末的静电导入、石墨烯粉末和铝金属粉末的混合、热压烧结和材料成型的步骤；
3、其中，所述静电导入包括将石墨烯粉末和铝金属粉末分别导入不同电负性电荷；
4、所述混合为三维混合。
5、可选地，使用电压u1对石墨烯放电0.5～2分钟；使用电压u2对铝粉放电0.5～2分钟；其中，u1和u2的极性相反；
6、u1和u2的取值大小独立地为10～20kv；
7、优选地，u1和u2的取值相同。
8、两种粉末之间因为同种斥力和异种相吸后，粉末分散更加均匀，吸附更加紧密。
9、可选地，所述静电导入包括：使用的±10～±20kv的电压对石墨烯放电0.5～2分钟；使用正负极性相反的±10～±20kv的电压对铝粉放电0.5～2分钟。
10、可选地，所述静电导入包括：将适量石墨烯加入到绝缘容器中，通过静电发生器向电导率较高的石墨烯提供正电场环境并保持一定距离，调节发射电压至某一值保持一定时间，结束后关闭静电发生器，取走发射棒并将电荷导入大地。通过静电发生器提供给电导率较低的铝粉负电荷，启动静电发生器，调节发射电压至某一值，保持一定时间，取走发射棒并将电荷导入大地。
11、可选地，所述三维混合包括：使用三维混料机进行混合，混合时三维混料机料筒转速范围为5～40rpm，优选10～20rpm；料筒内叶片转速范围为10～120rpm；优选30～60rpm，混合时间在0.1h～6h；优选1～6h。采用的三维混合方式可以使铝粉和石墨烯进行左右、上下对流，充分进行混合制备，从而实现石墨烯在铝基复合材料中分散均匀的目标。
12、可选地，所述石墨烯粉末与所述铝金属粉末的质量比为0.0001～0.2:1；优选为0.001～0.1:1；更优选为0.005～0.05:1，更优选为0.005～0.015:1。在此质量比下，获得的铝基复合材料能够更好地实现力学性能和电学性能的匹配。
13、可选地，所述热压烧结的压力范围为10～100mpa，温度范围为400～700℃，烧结时间为5～120分钟，保温时间5～30分钟，升温速度50～200℃每分钟。
14、可选地，所述材料成型包括：在真空环境中，在400～700℃下保温5～120分钟。
15、可选地，所述石墨烯的层数≤5，粒径d50≤10微米，碳含量＞99％，铁、钴含量各自＜20ppm；优选地，所述石墨烯粉末通过微波物理法制备；当选取的石墨烯层数≤5，表面缺陷少，质量比极高，且本身具有优异的导电性能，从多方面利于与铝或铝合金的混合以及对铝或铝合金本身的导电等性能进行提升。
16、优选地，所述铝金属粉末选自铝粉或铝合金粉末。
17、优选地，所述铝粉的粒径d50为9～11微米，铝含量≥99.90％。
18、本文中，术语“d50”表示粉末累积分布为50％的粒径；即小于此粒径的粉末体积含量占全部粉末的50％。所述粒径用激光粒度仪进行测定。
19、优选地，所述铝合金粉末为al-cu、al-mn、al-si、al-mg或al-zn系铝合金。
20、优选地，所述铝合金粉末中铝含量≥97.00％。
21、优选地，所述铝合金粉末的粒度为10-15微米。
22、在一些实施方式中，本申请的铝基复合材料的制备方法包括：选取原材料粉末，即石墨烯粉末和铝金属粉末；原材料粉末称重；粉末静电导入；三维混合粉末；热压烧结粉末和材料成型的步骤，制备方法的流程图如图1所示。
23、在一些具体的实施方式中，本申请的铝基复合材料的制备方法包括：选取原材料粉末；原材料粉末称重；粉末静电导入；三维混合粉末；热压烧结粉末和材料成型的步骤；
24、其中，选取原材料粉末包括：选取石墨烯粉末为石墨烯的层数在5层以下，粒径(d50)≤10微米，碳含量＞99％，铁、钴含量均＜20ppm；优选地，所述石墨烯粉末通过微波物理法制备；
25、选取铝金属粉末为铝粉或铝合金粉末；优选地，所述铝粉的粒径(d50)为9～11微米，铝含量大于等于99.90％；优选地，所述铝合金粉末为al-cu、al-mn、al-si、al-mg或al-zn系铝合金；
26、原材料粉末称重包括：称取石墨烯粉末与铝金属粉末的质量比为0.0001～0.2：1；
27、粉末静电导入：使用的±12～±20kv的电压对石墨烯放电0.5～2分钟；使用正负极性相反的±12～±20kv的电压对铝粉放电0.5～2分钟；
28、三维混合粉末：使用三维混料机进行混合，混合时三维混料机料筒转速范围为5～本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括石墨烯粉末和铝金属粉末的静电导入、石墨烯粉末和铝金属粉末的混合、热压烧结和材料成型的步骤；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静电导入包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维混合包括：使用三维混料机进行混合，混合时三维混料机料筒转速范围为5～40rpm，料筒内叶片转速范围为10～120rpm，混合时间在0.1h～6h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨烯粉末与所述铝金属粉末的质量比为0.0001～0.2：1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热压烧结的压力范围为10～100MPa，温度范围为400～700℃，烧结时间为5～120分钟，压制保温时间5～30分钟，升温速度50～200℃每分钟。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料成型包括：在真空环境中，在400～700℃下保温5～120分钟。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述石墨烯的层数在5层以下，粒径D50
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法制备的铝基复合材料。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的方法制备的铝基复合材料在制备电缆中的用途。
10.一种电缆，其特征在于，所述电缆中包含使用权利要求1-7中任一项所述的方法制备的铝基复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括石墨烯粉末和铝金属粉末的静电导入、石墨烯粉末和铝金属粉末的混合、热压烧结和材料成型的步骤；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静电导入包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维混合包括：使用三维混料机进行混合，混合时三维混料机料筒转速范围为5～40rpm，料筒内叶片转速范围为10～120rpm，混合时间在0.1h～6h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨烯粉末与所述铝金属粉末的质量比为0.0001～0.2：1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热压烧结的压力范围为10～100mpa，温度范围为400～700℃，烧结时间为...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐军旺，韩德锐，吴志连，邢家良，高挺，庞丽新，
申请(专利权)人：浙江澜沐浦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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