[发明专利]一种用共振分散制备石墨烯/金属基复合粉末的方法

说明书

一种用共振分散制备石墨烯/金属基复合粉末的方法，属于金属基复合材料领域。通过共振分散方法，将易团聚难分散的石墨烯均匀分散在金属基粉末中，在金属基粉末颗粒表面均匀包覆石墨烯，形成石墨烯包覆层，从而获得石墨烯/金属基复合粉末。称取一定量的石墨烯和金属基粉末放入共振混合机的容器中对石墨烯进行共振分散，可根据金属基粉末的数量及其粒径设定和调整共振混合时间、共振混合强度，共振混合过程可以连续共振混合、也可间隙共振混合，当完成共振混合后，即获得石墨烯/金属基复合粉末。该方法制备的石墨烯/金属基复合粉末作原料，使后续成型及热加工处理得到的金属基块体材料组织均匀,晶粒细小,性能优异。该方法操作简便，效率高能耗低，没有环境污染，可应用于规模化生产石墨烯/金属基复合材料。

技术领域

本发明是一种用共振分散制备石墨烯/金属基复合粉末的方法，属于金属基复合材料领域。

背景技术

在石墨烯具有良好的导电性、导热性、良好的强度、超疏水和防腐等卓越性能。

金属及其合金具有高强度和良好的延展性等优良性能。但是用传统的方法，如成分添加、热处理和塑性变形等，很难再进一步提高其力学性能。而石墨烯的出现，使添加石墨烯开发石墨烯/金属基复合材料，使金属及其合金力学性能的提高成为可能。

石墨烯在金属基体中的有效均匀分散是制备石墨烯/金属基复合材料（MetalMatrix Composites，MMCs）所要解决的首要难题。而在金属基复合材料中，由于石墨烯和金属基体之间的润湿性较差，石墨烯难以在金属基体中分散均匀，所以关于石墨烯增强金属基复合材料的研究存在一定的难度。

到目前为止，已有下面几种分散方法。

液态法制备石墨烯/金属基复合材料是指将石墨烯加入到熔融态的金属基体中，并利用传统的铸造设备冷却凝固进而得到复合材料。该方法设备简单、生产效率高、成本低，对形状和尺寸没有限制，并且可以实现大批量生产。但是该方法制备的石墨烯/金属基复合材料中的气孔较多，并且由于石墨烯和金属之间润湿性较差、比重相差较大，很难将石墨烯均匀分散到金属熔液中；再者碳元素在热力学上是不稳定的，特别是当金属处于熔融状态时，两者会发生反应，生成比较敏感的相，将导致复合材料性能降低。

为了防止石墨烯与液态金属基体之间的反应，并提高石墨烯与金属液之间的润湿性，常常需要对石墨烯进行一定的改性处理。通过对传统液态法不断改进，研究者们提出了多种液态制备方法，主要有搅拌熔铸法、搅拌摩擦法、原位反应合成法、电沉积法等。

湿法制备石墨烯/金属基复合材料是指将先将石墨烯分散成石墨烯分散液，再与金属粉进行混合，而后干燥。该方法容易分散石墨烯，但分散液与金属粉混合过程中出现二次团聚，且需要干燥等操作，这些都不利于该复合材料的质量控制，比如中国专利CN106513694B公布的方法。

干法将石墨烯与金属粉进行简单的机械混合并不能使石墨烯与金属粉完全均匀分散，为了减少石墨烯团聚的现象，文献报道中提出了多种混粉方法，包括: 超声分散、机械搅拌混合、球磨、行星式高能球磨、表面改性及静电吸附等。从实际使用情况看，这些方法仍然面临着石墨烯均匀分散的问题。。

发明内容

本发明提出的一种用共振分散制备石墨烯/金属基复合粉末的方法，是完全干法制备石墨烯/金属基复合粉末材料的方法。该方法针对现有技术存在的不足，解决石墨烯在石墨烯/金属基复合粉末中分散不均匀的问题。

用共振分散方法是利用共振原理产生的共振效应进行混合分散，可实现低频(35~100Hz)高强度(400 ~1200m/s2)稳定共振，其特点在于，(1) 不需加入添加分散溶剂或球磨球，(2) 一罐式混合，混合过程没有搅拌浆，(3) 效率高时间短，只需传统方法所需时间的十分之一左右，(4) 不改变金属粉末颗粒原有粒径大小，即不改变粉末颗粒原有的正态分布，也不改变金属粉末颗粒原有形貌，即没有扁平化，(5) 使易团聚难分散的石墨烯快速解聚、均匀分散，(6) 混合分散过程中，剪切力小温升低，不需夹套冷却。