技术领域

本发明是一种石墨烯 /金属复合板材的制备方法，属于复合材料 技术领域。

技术背景

石墨烯是一种新型二维纳米材料， 其强度高达 l. OlTpa, 是结 构钢的 100倍， 而密度却是结构钢的 1/5。在传统的工艺方法已很难 提高金属材料强度的背景下， 石墨烯成为了增强金属材料的又一重 要方向。 石墨烯为单分子层或几个分子层的片状结构， 长度范围在 20μηι〜50μηι之间，主要的制备方法有物理� �和化学法，目前市场上普 遍采用化学法制备大批量的石墨烯。 由于石墨烯密度小， 提高金属 材料强度的同时还能降低材料的密度。 同时石墨烯还具有超高的电 子迁移率 ( 200000cm2/V · S ) 、 电导率、 热导率（5000W/m · K)、 杨 氏模量 （l lOOGPa) 等优异性能， 因此将石墨烯复合到铝、 钛、 镁等 金属材料中， 预期可以得到轻质高强、 兼备导电、 导热等功能特性 的结构功能一体化的复合材料。

由于石墨烯与金属材料之间的性质差异很大， 导致石墨烯与金 属基体材料很难复合成型， 对现有技术文件检索发现， 国内外的石 墨烯增强金属基复合材料主要采用的是将石墨 烯粉末与金属粉末混 合， 采用粉末冶金的工艺制备石墨烯增强材料。 而关于利用石墨烯 浆料制备石墨烯复合金属板材方面的报道却没 有。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供 了一种石墨烯 / 金属复合板材的制备方法， 该方法采用浆料法制备高强度石墨烯复 合金属板材， 通过喷涂的工艺将石墨烯浆料涂覆在金属板材 表面， 之后通过热轧的工艺制备高强度的石墨烯复合 板材， 这种高强度的 石墨烯复合板材在轻质装甲材料及航空、 航天等领域均具有优异的 工程应用前景。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种石墨烯 /金属复合板材的制备方法， 其特征在于： 该方法的 歩骤是：

(1) 将 50g的聚乙烯醇加入到 450ml蒸馏水中， 加热到 100°C， 采用机械搅拌， 配置聚乙烯醇溶液；

(2) 将 25g石墨烯加入到 475ml蒸馏水中，利用超声细胞粉碎仪 制备出石墨烯溶液， 超声细胞粉碎仪的工作时间超过 30分钟；

(3) 将歩骤 (1)配置的聚乙烯醇溶液与歩骤 (2)制备出的石墨烯溶 液均匀混合， 形成石墨烯 /聚乙烯醇混合浆料；

(4) 将金属板材进行表面活化处理后，采用喷涂的 方式将石墨烯 /聚乙烯醇混合浆料涂覆到金属板材的上、 下表面， 涂层的厚度大于 100μ m;

(5) 采用真空烧结的方式或着在氩气的保护气氛下 去除金属板 材表面涂层中的聚乙烯醇， 真空烧结的温度为 500°C， 得到石墨烯金 属板材；

(6) 将不少于两块的石墨烯金属板材上、下面互相 贴合叠加在一 起后， 采用热等静压的方式使金属板材粘结到一起；

(7) 对歩骤 (6)得到的多层粘结在一起的石墨烯金属板材进 行热 轧， 制备出石墨烯复合金属板材。 热轧的方式可以使石墨烯均匀的 分散到金属板材的基体中， 显著提高金属板材的强度。

本发明具有的优点和有益效果是：

第一， 本方法采用超声振荡的方式制备出单分散石墨 烯均匀溶 液， 之后将单分散石墨烯与聚乙烯醇溶液混合制备 出石墨烯 /聚乙烯 醇混合浆料， 使用石墨烯 /聚乙烯醇混合浆料与金属板材复合， 石墨 烯的分散性可以得到保证；

第二， 通过叠轧的方式制备石墨烯复合板材， 有利于石墨烯均 匀的分散到板材基体中， 发挥石墨烯的强化效果；

第三， 石墨烯相比于 SiC等增强材料具有更好的韧性， 在轧制 过程中石墨烯还能具有润滑的效果， 有利于金属的轧制成型；

第四， 本发明实现了石墨烯与金属板材的分子结合， 且能够较 好的保留石墨烯和金属材料的本征物性；

第五， 本发明工艺简单， 易于实现大批量大尺寸的石墨烯复合 板材的制备， 降低生产成本， 在轻质装甲材料及航空、 航天等领域 均具有优异的工程应用前景。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明技术方案作进一歩 地详述： 实施例 1

该种石墨烯 /金属复合板材的制备方法的歩骤是：

(1) 将 50g的聚乙烯醇加入到 450ml蒸馏水中， 加热到 100 °C， 采用机械搅拌， 配置聚乙烯醇溶液；

(2) 将 25g石墨烯加入到 475ml蒸馏水中，利用超声细胞粉碎仪 制备出单分散的石墨烯溶液， 超声细胞粉碎仪的工作时间超过 30分 钟；

(3) 将歩骤 (1)配置的聚乙烯醇溶液与歩骤 (2)制备出的石墨烯溶 液均匀混合， 形成石墨烯 /聚乙烯醇混合浆料；

(4) 选择 3〜5块厚度为 lmm〜4mm铝合金板材或者选择 6〜10 块厚度为 lmm〜2mm铝合金板材，将铝合金板材进行表面活 化处理后， 去除氧化皮， 清洁干燥， 采用喷涂的方式将石墨烯 /聚乙烯醇混合浆 料涂覆到铝合金板材的上、 下表面， 喷涂分 10次完成， 每次喷涂厚 度约 10μ m， 涂层的总厚度为 100μ ηι〜120μ m ;

(5) 采用真空烧结的方式或着在氩气的保护气氛下 去除铝合金 板材表面涂层中的聚乙烯醇， 真空烧结的温度为 500°C， 得到石墨烯 铝合金板材；

(6) 将多块石墨烯铝合金板材上、 下面互相贴合叠加在一起后， 采用热等静压的方式使铝合金板材粘结到一起 ， 热等静压的温度为 480°C， 压力为 l lOMpa, 时间为 2小时；

(7) 对歩骤 (6)得到的多层粘结在一起的石墨烯铝合金板材 进行 热轧， 热轧温度为 440°C〜480°C， 制备出石墨烯复合铝合金板材。