本發(fā)明屬于鋁基石墨烯復(fù)合材料制備所需的含石墨烯中間合金的制備領(lǐng)域，是一種石墨烯Al-Cu中間合金的制備方法，這種中間合金可以用來制備鋁基石墨烯復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
石墨烯（Gr）是由一層碳原子構(gòu)成的二維碳納米材料，被證實是世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅硬的物質(zhì)；其比表面積超大，可達2630m2/g；它的導(dǎo)熱性也是已知物質(zhì)中最高的(5000W?m-1?K-1)；在室溫下，石墨烯載流子遷移率高達2×105cm2/（V?s），透光率達到97.9%，石墨烯的彈性模量（1100GPa）和抗拉強度（125GPa）均很大。因為石墨烯具有這些優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)、熱導(dǎo)性、電荷傳輸性及透氣性等，所以石墨烯可作為增強體應(yīng)用于金屬基復(fù)合材料，以提升金屬材料的性能，適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的應(yīng)用。
石墨烯與金屬的復(fù)合是石墨烯納米復(fù)合材料研究中很重要的一部分，二者復(fù)合的形式依基體的不同主要分為以下兩個方面：一方面，以石墨烯為載體負載金屬納米顆粒，提高納米顆粒的活性并改善其分散性，在催化劑、傳感器、光譜學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，這類材料稱為石墨烯負載金屬納米顆粒復(fù)合材料；另一方面，將石墨烯納米片添加到金屬基體中，可在很大程度上提高金屬材料的力學(xué)性能，同時不影響甚至改善材料的熱學(xué)性能和電學(xué)性能，這類材料稱為石墨烯增強金屬基復(fù)合材料或者金屬基石墨烯復(fù)合材料。
石墨烯具備優(yōu)異的力學(xué)性能、熱學(xué)性能和電學(xué)性能，是制備金屬基納米復(fù)合材料最為理想的增強體之一。然而，如何將石墨烯納米片均勻分散到金屬基體中，同時使石墨烯和金屬間形成良好的接觸界面且不破壞石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)成為研究中的重點難題。目前，相關(guān)工作集中在石墨烯增強鋁、鎳和銅基復(fù)合材料的研究。
鋁合金具有低密度、高強度和良好的延展性，在航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。作為結(jié)構(gòu)材料，其強度的提高一直是一項重點課題。目前，改變合金熔煉成分、調(diào)控方式，調(diào)整熱處理和變形工藝等傳統(tǒng)方法在進一步提高鋁合金性能方面遇到了瓶頸，在尋找突破的過程中鋁基復(fù)合材料應(yīng)運而生。此外，常見的在鋁合金中添加石墨、碳化硅、碳化硼等制備鋁基復(fù)合材料提高合金強度的效果并不明顯，同時材料塑性大幅降低。而石墨烯納米片具有高的強度、大的比表面積，將其添加到鋁合金中形成石墨烯增強鋁基復(fù)合材料是提高鋁合金強難題的很有前途的解決方法。
對于金屬基復(fù)合材料中石墨烯的添加和分散方法有多種，如球磨法、直接添加機械攪拌法、直接添加超聲攪拌法、分子水平混合法、化學(xué)氣相沉積法、反向脈沖電鍍法等，所制備的金屬基石墨烯復(fù)合材料在性能上都有較大提高。
本發(fā)明提出先制備Al-Cu-Gr中間合金，石墨烯以中間合金的方式加入金屬中，從而制備出石墨烯增強金屬基復(fù)合材料。
對于中間合金，現(xiàn)在工業(yè)常用的方法是冶煉法，如果用冶金法制備含有石墨烯的中間合金，石墨烯團聚的問題不能有效解決，所以本人提出用粉末冶金法制備Al-Cu-Gr中間合金。
本發(fā)明提供了一種用粉末冶金方法制備含石墨烯中間合金的方法，從而可以直接添加到熔體中，制備石墨烯增強金屬基復(fù)合材料。
本發(fā)明包括如下步驟：
（1）把鋁粉、銅粉和石墨烯混合加入無水乙醇，用高能分散儀進行分散處理；
（2）分散處理后的混合物放在水浴中干燥至糊狀；
（3）將糊狀混合物再用真空干燥箱干燥；
（4）將干燥好的混合物用壓片機進行室溫壓制；
（5）將壓制的片狀混合物在真空爐中高溫?zé)Y(jié)，隨爐冷卻；
進一步地，所述的鋁粉、銅粉和石墨烯混合物中，所述石墨烯的質(zhì)量百分含量在1%～3%，鋁粉和銅粉總共的質(zhì)量百分含量為97~99%；其中，鋁粉和銅粉的質(zhì)量比例為47：53。
進一步地，步驟（1）所述的分散處理時間為5～10h。
進一步地，步驟（2）所述的水浴干燥溫度為80～90℃，并伴隨機械攪拌。
進一步地，步驟（3）所述的真空干燥箱干燥的溫度為90～150℃。
進一步地，步驟（4）所述的壓片時所用壓力為20～30MPa。
進一步地，步驟（5）所述的真空高溫?zé)Y(jié)溫度為680～800℃，保溫時間為1～3h。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
通過將鋁粉、銅粉和石墨烯在無水乙醇中高能分散儀進行分散處理，可以解決石墨烯在混合物中的分散問題，另一方面通過高溫?zé)Y(jié)使Al、Cu發(fā)生合金化生成Al2Cu，使得這種含石墨烯的中間合金在熔煉鋁合金時既保證石墨烯能較均勻的分散在基體中，同時也能保證銅不以單質(zhì)形式存在，而是形成Al2Cu，從而提高鋁合金石墨烯復(fù)合材料的性能。
附圖說明
具體實施方式
下面介紹具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
實施例1
鋁和銅的質(zhì)量百分比為47：53，石墨烯的質(zhì)量百分含量為1%時，分散處理時間5小時，水浴干燥溫度80℃，真空干燥溫度90℃，壓片壓力20MPa，燒結(jié)溫度為680℃，燒結(jié)保溫時間1小時，在這種配比及工藝參數(shù)下制備的Al-Cu-Gr中間合金成分均勻，無氧化現(xiàn)象。在90g的鋁溶液中添加中間合金10g，得到石墨烯含量為0.1%的鋁合金石墨烯復(fù)合材料，拉伸強度達到262MPa，比純鋁的提高了約70%。
實施例2
鋁和銅的質(zhì)量百分比為47：53，石墨烯的質(zhì)量百分含量為2%時，分散處理時間8小時，水浴干燥溫度85℃，真空干燥溫度120℃，壓片壓力25MPa，燒結(jié)溫度為750℃，燒結(jié)保溫時間2小時，在這種配比及工藝參數(shù)下制備的Al-Cu-Gr中間合金成分均勻，無氧化現(xiàn)象。在90g的鋁溶液中添加中間合金10g，得到石墨烯含量為0.2%的鋁合金石墨烯復(fù)合材料，拉伸強度達到285MPa，比純鋁的提高了約85%。
實施例3
鋁和銅的質(zhì)量百分比為47：53，石墨烯的質(zhì)量百分含量為3%時，分散處理時間10小時，水浴干燥溫度90℃，真空干燥溫度150℃，壓片壓力30MPa，燒結(jié)溫度為800℃，燒結(jié)保溫時間3小時，在這種配比及工藝參數(shù)下制備的Al-Cu-Gr中間合金成分均勻，無氧化現(xiàn)象。在90g的鋁溶液中添加中間合金10g，得到石墨烯含量為0.3%的鋁合金石墨烯復(fù)合材料，拉伸強度達到281MPa，比純鋁的提高了約82%。