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石墨烯增强铝基复合材料的制备与研究

发布时间:2020-12-17 01:08
  复合化是提高金属材料性能并推进金属材料应用到更广泛领域的有效手段,石墨烯作为一种新型的具有优异的力学性能和物理性能的二维碳材料,这使得石墨烯可能成为金属基复合材料中一种理想的增强相。本文选择圣泉集团生产的生物质多层石墨烯作为增强体,用固态法将其添加到纯铝、2024、6061、7075四种铝基体中制备了不同石墨烯含量的复合材料,并且为了推进复合材料的工业化生产对液态搅拌法制备石墨烯铝基复合材料做了一定探索,设计开发了不同搅拌方式的液态搅拌设备,并通过液态搅拌的方式制备了石墨烯/纯铝复合材料。本文所用的生物质多层石墨烯平均层数在10-20层,片径0.5μm~1μm,虽然性能不及单层或少层石墨烯,但具有极高的性价比,如果可以取得良好的增强效果,对石墨烯铝基复合材料来说具有工业化生产的潜力。通过固态法制备的石墨烯增强铝基复合材料采取真空球磨混粉+真空热压烧结+热挤压的工艺流程,球磨工艺参数为:球料比5:1,转速300rpm/min,球磨时间2h;真空热压烧结压力为20MPa,纯铝、2024、6061、7075基体的烧结温度分别为 560℃、52℃、56℃、46℃,挤压温度分别为 48℃、45℃... 

【文章来源】: 仇法文 山东大学

【文章页数】:91 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

石墨烯增强铝基复合材料的制备与研究


图1-2石墨烯及其同素异形体??-rnnrhr

纳米复合材料,模量,硬度,浓度


?山东大学硕士学位论文???明再加入石墨烯纳米片后复合材料的弯曲强度提高了?30%,断裂初性提高了?27%?=??1.4.2石墨烯增强离分子材料??高分子材料的密度一般较孝容易进行加工、耐腐蚀性好等优点,并且在生??活中应用非常广泛,但是高分子材料也存在许多缺点,如电导率低、导热性差、??力学性能不够等问题,而石墨烯自身优异的特点使其可以作为增强相来提高高分??子材料的综合性能。Chtter^eP]等人研究了石墨烯纳米片加入环氧树脂复合材料??后对力学性能和热性能的影响。如图1-3所示,实验用高压处理器将胺官能化的??膨胀石墨烯纳米片分在在环氧树脂中,然后进行三辊球磨,证明了石墨烯纳米片??的加入改善了复合材料的弯曲模量和硬度,并使材料的断裂初性提高了百分之六??十。??a?b??I?*?'?I?:?,?一??!::[[?1??〇??"?1?"?*-??'?〇??r〇?I1*?Ti??EGNP?tOAdmft?(art?%)?EGNP?(wt?%)??图1-3?(a)硬度;(b)不同EGNP浓度的纳米复合材料的模量^??Figure?1-3?(a)Hardness:?(b)?modulus?of?tlie?nanocomposites?with?different?EGNP??concentrations??Zhao[34]等人将少量的石墨烯加入到到聚乙烯醇中,明显提高了复合材料的??力学性能,并且通过杨氏模量的实验结果与模拟之间的比较表明聚合物基体中的??石墨烯纳米片大部分随机分布在纳米复合材料中。LP5,363等人研究了由原始和功??能化石墨烯增强的聚合物复合材料的摩擦性能,用分子动

石墨,复合材料,纳米粒子


?山东大学硕士学位论文???合材料,其TEM图像如图1-5所示。表征了其形貌和微波吸收性能,研究发现??相对于球形镍纳米粒子-石墨烯,棘球形镍纳米粒子-石墨烯复合材料在微波吸收??方面表现更加优秀。??图1-5镍纳米粒子-石墨烯复合材料的TEM及高分辨TEM图l48』??Figure?1-5?TEM?and?high-resolution?TEM?(HRTEM)?images?of?Ni?nanoparticles-graphene??composites??Hwang[49]等人在研究中将石墨烯加入到Cu中制的复合材料,测试了重复间??距为lOOnm的石墨烯/铜复合材料在1.6%和3.1%应变下的弯曲疲劳,测试高达??1,000,000次循环;由截面扫描电子显微镜和投射显微镜表征证明Cu层内产生的??疲劳裂纹被石墨烯界面阻止。通过单轴拉伸的分子动力学模拟表明,在膜/基底??界面处位错的积累有限,这使得在该材料系统中难以形成疲劳裂纹并通过膜的厚??度传播。心15()]等人通过球磨将少层石墨烯与铜粉进行混粉后通过SPS烧结制备??了石墨烯/铜复合材料。其中以lOOr/mm、球磨4h后烧结得到的复合材料屈服强??度为376MPa,相比纯铜增加了?150%,复合材料的应力应变曲线如图1-6所示,??并且得出随着转速和时间的增加,石墨烯中产生的缺陷会降低复合材料的机械和??导电性能的结论。??(a)?(b)?50?f?j?Yietd?Strength????400???Maxwmim?Compressive?SUew??s'l?m?偏_??0?5?10?15?20?FLG/Cu?Fl&Cu?FL

【参考文献】:
期刊论文
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本文编号:2921126

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