本发明涉及一种高散热的铝基复合材料，尤其涉及一种通过真空蒸镀实现石墨烯均匀包覆铝的复合粉体材料，进一步通过粉末冶金工艺方法制备石墨烯/铝基复合材料。
背景技术：
随着电子产品的集成化程度高、功率增大等要求的提高，需要散热产品的散热材料具有更高的热导率。由于铝合金散热效果好、加工性能好、成本低等优点，在散热产品中得到了广泛应用，铝合金散热产品的加工方法主要有热挤压技术和压铸技术。热挤压成型的铝合金型材的热导率在160~180w/m·k范围，比压铸铝合金热导系数高一倍左右，但还远达不到某些大功率高集成散热产品的散热要求（＞250w/m·k）。
石墨烯是一种新型二维材料，同时还具有低热膨胀系数、高热导率等优异的热物理性能。金属铝资源丰富，成本较低，其热导率高达200w/m·k以上，仅次于银和铜，具有低密度、高比强度、优异的延展性和机械加工性能，因此将石墨烯和铝金属复合，制备石墨烯铝基复合材料，将具有轻质高强、低热膨胀和高热导率等优异性能，满足散热产品的更高的散热需求。
目前石墨烯铝基复合材料的研究多致力于提高其力学性能，对物理性能尤其电热性能尚未开展广泛的研究。相关技术内容包括：
1、专利号为cn201410280611.6，发明名称为：一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，采用压力浸渗法制备了石墨烯铝基复合材料，弯曲强度较基体提高了250%；
2、文献《稀有金属材料与工程》中“石墨烯铝基复合材料的制备及其性能[j]”，2012，41:607-611，管仁国，连超，赵占勇等。采用机械搅拌法加粉末冶金的方法制备了石墨烯-铝基复合材料，硬度较基体提高了40％；
3、wangjingyue，lizhiqiang，fangenlian，etal.reinforcementwithgraphenenanosheetsinaluminummatrixcomposites[j].scriptamaterialia，2012，66:594-597.采用粉末冶金的方法制备石墨烯铝基复合材料抗拉强度达到249mpa，较基体提高了62％；
4、航空材料学报2016,vol.36“石墨烯增强铝基纳米复合材料研究进展[j]”，燕绍九，陈翔，洪起虎等，利用球磨和热等静压粉末冶金的方法制备的石墨烯铝基复合材料屈服强度从214mpa提高到了319mpa，而延伸率并没有降低；上述方法制备复合材料主要用于提升复合材料的力学性能，但对其导热性能提及很少，对石墨烯有效分散方法和界面结合问题等方面没有明显改善，尤其在石墨烯作为增强相的复合材料中石墨烯尚未发挥出其高导热的性能；
5、材料导报,2018年8月（a）第32卷第8期，“影响碳／金属复合材料导热性能的主要因素探讨”,李通等,介绍了金刚石热导率高达600-2000w/m·k金刚石与铝进行复合后展现出了良好的导热性能以及力学性能，其热导率达到300-800w/m·k；
6、chenjk,huangis．thermalpropertiesofaluminum-graphitecompositesbypowdermetallurgy[j].compositespartb,2013,44(1):698。通常金刚石的添加量在50%以上，大幅增加材料成本，且成型后的材料很难进行机械加工，限制了材料的规模化应用。
综上所述的现有技术的缺点：
1、铝合金挤压散热型材的热导率为160-180w/m·k，远达不到大功率高集成散热产品的散热要求；
2、目前石墨烯/铝基复合材料多致力于力学性能提高，对导热性能研究较少；
3、金刚石/铝基复合材料金刚石添加量大、成本高、难以机械加工；
4、石墨烯很难通过化学镀的方法进行镀铝，化学镀其他金属方法虽然能改善石墨烯与铝的润湿问题，但引入其他金属元素，界面形成其他化合物相导致界面热阻增大，不利于导热性能提高。
技术实现要素：
本发明旨在解决上述缺陷，提供一种导热性能高、强度高的石墨烯覆铝/铝基散热材料及其该材料制备的方法。
为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明的目的在于使用真空蒸镀的工艺将石墨烯表面覆铝，改善石墨烯与金属铝的润湿性，而不引入其他界面相，从而提高界面结合，改善材料的导热性能，使热导率提高至287w/m·k；在于改善界面结合，可以提高材料的力学性能，通过本发明的工艺方法，可以使纯铝的抗拉强度提高至235mpa。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括0.1%-1.5%的蒸镀铝石墨烯和98.5%-99.9%的纯铝。
石墨烯覆铝/铝基散热材料的其制备方法包括：
第一步、采用真空直流蒸镀的方法在石墨烯表面沉积金属铝而制成表面覆铝石墨烯复合粉体：
a、将石墨烯分散在分散基液中，分散浓度为5-20g/l，采用超声、机械搅拌方法均匀化处理，搅拌速率为1000rpm-1500rpm，处理时间为30-120min；
b、以毛玻璃板作为基板，采用旋涂工艺将石墨烯均匀地涂敷在旋转毛玻璃上面，然后在真空热蒸镀仪中采用旋转热蒸镀方法，微米纯铝粉为蒸发源，蒸发电流范围为150-220a，蒸镀时间为50s-200s，真空度为0.1-1×10-3pa；
第二步、采用球磨湿混工艺方法制备真空蒸镀铝石墨烯/纯铝复合粉体：
a、将第一步制备的表面覆铝石墨烯复合粉体0.5-2g与200ml乙醇置于球磨罐体中，转速调节至1000rpm-1500rpm，分散处理10-30min，然后将500g纯铝粉缓缓加入分散砂磨机罐体中，并加入球料，球料的质量比为2-5：1，转速调节至1500-2500rpm，分散2-3h；
b、从罐体中取出混合粉体真空干燥得到复合粉体，干燥时间大于24h，真空度为5-10×10-3pa，温度为30-40℃；
第三步、将第二步制备的真空蒸镀铝石墨烯/纯铝复合粉体进行冷压制成预制体，压力为60-100mpa；
第四步、将第三步得到的预制体置于真空管式炉中烧结，烧结温度600-650℃，保温时间2-3h，获得真空蒸镀铝石墨烯/纯铝复合块体材料；
第五步、将第四步得到的块体材料进行热挤压，挤压比为4-20：1，挤压速率为：0.8-2m/min，挤出温度为420℃-480℃，得到石墨烯覆铝/铝基散热材料。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括第一步中所述的石墨烯质量占比为0.1wt%-1.5wt%。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括第一步中所述的分散基液为乙醇、甲醇、丙酮中的一种。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括第一步中所述的石墨烯原材料的层数为1-15层，片径为5-20μm。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括第一步中所述的微米纯铝粉末粒径为1-50μm，纯度99.9%以上.
根据本发明的另一个实施例，进一步包括第一步中所述的毛玻璃板规格为(100-150)mm×(150-200)mm×(3-5)mm，粗糙度为＞ra3.2。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括第二步中所述的纯铝粉粉末粒径为1-50μm，纯度99.9%以上。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括第二步中所述的球料为氧化锆球，粒径为0.4-2.0mm。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括第四步中所述的烧结为冷等静压、热等静压、真空无压烧结中的一种。
本发明的有益效果是：
1、本发明在铝金属中添加了真空蒸镀石墨烯铝颗粒增强体，使材料的热膨胀系数降低，抗拉强度、热导率得到提高，其中抗拉强度提高至235mpa，达到6063铝合金挤压型材的强度等级（＞205mpa），热导率提高至287w/m.k，较6063铝合金挤压型材提高了60%左右；
2、通过真空蒸镀的方法在石墨烯表面覆铝，可减轻石墨烯在混粉过程中的团聚；
3、采用湿球磨工艺进行粉末混合，工艺简单，工艺温和，减少了铝粉氧化，减轻了铝粉变形和冷焊作用，带来了更好的分散效果；
4、石墨烯覆铝后改善了石墨烯与金属铝之间的润湿性，有利于获得的良好的界面结合，使复合材料的力学性能、导热性能进一步提高，更好的满足散热需求；
5、通过热挤出工艺，使石墨烯沿着挤出方向定向排布，有利于石墨烯优异的导热能力在轴向发挥作用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
（1）将20g石墨烯加入到1l乙醇中，机械搅拌球磨，球磨速率为1000rpm，均匀化处理120min，将石墨烯浆料均匀涂敷到毛玻璃板上，采用真空蒸镀工艺制备石墨烯覆铝复合粉体，蒸发电流范围为200a，蒸镀时间为120s，真空度为0.1×10-3pa；
（2）表面覆铝石墨烯复合粉体0.5g与200ml乙醇置于分散砂磨机罐体中，转速1500rpm，分散处理30min，然后加入499.5g纯铝，球料比3：1，转速2500rpm，分散2h；
（3）取出混合粉体真空干燥24h得到复合粉体，真空度为5×10-2pa，温度为40℃；
（4）真空蒸镀铝石墨烯/纯铝复合粉体进行60mpa冷压制成预制体。将预制体置于真空管式炉中烧结，烧结温度620℃，保温时间2h，获得真空蒸镀铝石墨烯/纯铝复合块体材料；
（5）将复合材料块体进行热挤压，挤压比为16：1，挤压速率为：1.2m/min，挤出温度为430℃。
实施例二：
基本采用实施例一的方法，不同的是，调整实施例一第（2）步中表面覆铝石墨烯复合粉体为1.5g，加入纯铝粉为498.5g；调整实施例一第（3）步，烧结温度为625℃；调整实施例一第（5）步中挤出温度为440℃；
实施例三：
基本采用实施例一的方法，不同的是，调整实施例一第（2）步，表面覆铝石墨烯复合粉体为2.5g，加入纯铝粉为497.5g；调整实施例一第（3）步，烧结温度为630℃；调整实施例一第（5）步，挤出温度为445℃；
实施例四：
基本采用实施例一的方法，不同的是，调整实施例一第（2）步，表面覆铝石墨烯复合粉体为5g，加入纯铝粉为495g；调整实施例一第（3）步，烧结温度为640℃；调整实施例一第（5）步，挤出温度为460℃；
实施例五：
基本采用实施例一的方法，不同的是，调整实施例一第（1）步，蒸镀时间为60s；调整实施例一第（2）步，表面覆铝石墨烯复合粉体为2.5g，加入纯铝粉为497.5g；调整实施例一第（3）步，烧结温度为630℃；调整实施例一第（5）步，挤出温度为445℃；
实施例六：
基本采用实施例一的方法，不同的是，调整实施例一第（1）步，蒸镀时间为180s；调整实施例一第（2）步，表面覆铝石墨烯复合粉体为2.5g，加入纯铝粉为497.5g；调整实施例一第（3）步，烧结温度为630℃；调整实施例一第（5）步，挤出温度为445℃；
实施例七：
基本采用实施例一的方法，不同的是，调整实施例一第（2）步，表面覆铝石墨烯复合粉体为2.5g，加入纯铝粉为497.5g；调整实施例一第（3）步，调整烧结温度为630℃；调整实施例一第（5）步，挤出温度为445℃，挤出比为10：1；
实施例八：
基本采用实施例一的方法，不同的是，调整实施例一第（2）步，表面覆铝石墨烯复合粉体为2.5g，加入纯铝粉为497.5g；调整实施例一第（3）步，调整烧结温度为630℃；调整实施例一第（5）步，挤出温度为445℃，挤出比为5：1；
对比例一：
基本采用实施例一的方法，不同的是，调整实施例一第（2）步，取消加入表面覆铝石墨烯复合粉体，加入纯铝粉为500g；调整实施例一第（3）步，调整烧结温度为630℃；
对比例二：
基本采用实施例一的方法，不同的是，调整实施例一第（2）步，取消加入表面覆铝石墨烯复合粉体，加入6063a合金粉末为500g；调整实施例一第（3）步，调整烧结温度为630℃；调整实施例一第（5）步，挤出温度为420℃
对比例三：
基本采用实施例一的方法，不同的是，调整实施例一第（1）步，取消第（1）步所有工艺；调整实施例一第（2）步，表面覆铝石墨烯复合粉体为2.5g，加入纯铝粉为497.5g；调整实施例一第（3）步，调整烧结温度为630℃；调整实施例一第（5）挤出温度为445℃；
实施例和对比例主要工艺参数，如下表所示：
抗拉强度的测试按照gb/t-228.1《金属材料的室温拉伸试验》标准执行，拉伸试样标距15mm，宽度2mm，厚度1mm，拉伸速率2mm/s，样品抗拉强度由珠海三思万能试验机(cmt4104)测得；热导率的测试按照astme1461-13《用闪光法测定热扩散率的试验方法》标准执行，导热系数由激光导热仪(netzschlfa427)测得。
实施例及对比例主要性能参数，如下表所示：
从实施例及对比例主要性能参数表的实施例1~3可知，随着纯铝中石墨烯含量由0.1wt%增加到0.5wt%，石墨烯/铝复合材料的热导率逐渐增加，当添加量为0.5wt%时，热导率增加到287w/k·m，较相同工艺下使用纯铝的对比例一提高了52.7%，比相同工艺下使用6063a的对比例二提高了77.2%。同时石墨烯的添加使铝基石墨烯复合材料的抗拉强度也有明显提升，抗拉强度较对比例一提高了164.0%，比对比例二提高了35.8%；
实施例4进一步增加石墨烯含量至1wt%时，复合材料的抗拉强度和热导率明显下降，这是由于随着石墨烯添加量的增加，石墨烯容易团聚，导致材料致密度下降，不均匀，力学性能及导热性能显著下降；
从实施例及对比例主要性能参数表中实施例三和对比例三看出，在相同石墨烯添加量的情况下，真空蒸镀的石墨烯和未经过真空蒸镀的石墨烯加入纯铝中制备的复合材料，抗拉性能和热导率相差甚多，这说明石墨烯经过真空蒸镀负载铝后，改善了石墨烯与铝基体的界面润湿，增强了界面结合，同时不产生其他有害相，显著提高了抗拉性能和导热性能；
从实施例及对比例主要性能参数表中实施例六、七、八可知，改变热挤出工艺中挤出比工艺，对材料的强度的改善效果不明显，但对复合材料的导热性能影响较大，随着挤出比降低，材料热导率降低，这是由于较大的挤出比更有利于调整石墨烯在铝基体中的排布，使材料在轴向方向获得更高的热导率。
从实施例及对比例主要性能参数表中实施例五-七可知，改变石墨烯真空蒸镀的时间可以控制石墨烯表面覆铝的含量，从而影响石墨烯界面结合的程度，蒸镀时间从60s增大到120s，热导率由241w/k·m提高到270w/k·m；蒸镀时间从120s增大到180s变化不大，说明真空蒸镀的时间不宜过长，过长后对增强复合材料的力学性能和导热性能无明显作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。