石墨-铝复合材料的制备方法与流程

本发明涉及石墨基复合材料领域，尤其是涉及一种石墨-铝复合材料的制备方法。

背景技术：

随着现代工业向微型化发展的趋势，探索满足特殊需求的材料和器件并研究其制备过程、控制条件以及相关性能，已成为许多科研人员研究的课题。为了满足市场需求，就一般情况而言，微米量级的器件尺寸大小都是通过薄膜生长获得的。在现代医疗领域中，x线摄影对癌症的诊断具有较高价值，一幅x线图像是否可以给癌症诊断提供足够的证据取决于图像质量。x线摄影系统中影响图像质量的因素很多，散射线是最为重要的因素，当散射线作用于x胶片上时会产生灰雾，使胶片上影像的清晰度、分辨率、对比度等有所下降。且散射线由于生物效应，会使人体细胞受到照射后产生一定损害。目前，最常用的滤除散射线的材料就是铅。铅是一种对人体危害极大的有毒重金属，在加工和储存过程中是极易氧化的，并且在较高温度下形成铅蒸气，这对生态环境和人类健康是有害的，而且世界卫生组织国际癌症研究机构所公布的致癌物清单里，铅属于2b类致癌物。那么，寻找一种既环境友好，又与铅具有相似的物理性能的材料就成为防辐射领域一亟待解决的问题。

金属钨因其具有高的密度和原子序数，所以射线屏蔽效果非常好，而且有无毒、环境友好等优势，但是钨因具有高熔点(3410℃±20℃)，因此难以将其加工成薄膜形状的零部件。铝不仅有着与铅相似的物理性能，而且具有环境友好，熔点低(271.3℃)，容易加工，原材料廉价等优势，因此其可是替代铅的理想材料。

石墨纸是天然石墨经过严格的化学处理、热处理等一系列工艺而得的产物，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、回弹性等多种特点，也有较低的原子序数和密度。其可作为良好的衬底材料。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明尝试用石墨纸作为透过材料，其有质量轻、成本低、容易加工等优势。真空蒸发法由于其设备比较简单、操作容易、制成的薄膜纯度高和质量好等优点被广泛应用与制备各种功能复合材料，而且有低成本、环保、生产难度较低的优势。

本发明提供一种基于石墨基底的石墨-铝复合材料的制备方法，本发明所述的一种石墨-铝复合材料，该复合材料是由真空蒸发镀膜法将铝珠蒸镀在石墨纸基底上形成铝薄膜层状复合材料，具体的步骤如下：

a.选用纯度大于99％的石墨纸作为基底；

b.将基底放入蒸镀腔体，在蒸镀腔体中的蒸发舟内放置铝珠；

c.用机械泵对蒸镀腔体抽真空，至真空度低于5pa时开启前级阀，关闭机械泵的预抽阀，同时开启分子泵与高压阀；

d.待蒸镀腔体真空度达到10^-4pa，打开基体的旋转开关，调节电流和电压的参数，使蒸发舟中的铝珠蒸发形成铝蒸汽，蒸镀到基底表面；

e.蒸镀完成后关闭蒸镀电源，依次关闭气阀、分子泵、高压阀、前级阀、机械泵，待冷却至室温后取出石墨-铝复合材料成品。

作为优选的，在步骤a中，石墨纸的纯度大于99.9％。

作为优选的，在步骤a中，石墨纸的厚度为0.1～0.2mm。

作为优选的，在步骤d中，蒸镀时间为10分钟。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明方法是在石墨纸衬底上通过真空蒸发沉积铝薄膜；

2.本发明方法能在各参数控制下，薄膜厚度控制在25μm±2μm，均匀性误差在±1μm；

3.本发明实现了铝与石墨制备复合材料，有助于复合结构器件在更多领域应用的推广。

附图说明

为了更清楚地说明

本技术：
实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图推导出其他的附图中未出现的关联结构。

图1是本发明优选实施例方法制备的铝-石墨复合结构材料的sem表面图。

图2是本发明优选实施例方法制备的铝-石墨复合结构材料的sem截面图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

在本实施例中，提供了一种石墨-铝复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a.选用纯度大于99％的石墨纸作为基底；在条件允许的情况下，选用纯度大于99.9％，厚度0.1～0.2mm的石墨纸作为基底。

b.将基底放入蒸镀腔体，在蒸镀腔体中的蒸发舟内放置铝珠。

c.用机械泵对蒸镀腔体抽真空，至真空度低于5pa时开启前级阀，关闭机械泵的预抽阀，同时开启分子泵与高压阀。

d.待蒸镀腔体真空度达到10^-4pa，打开基体的旋转开关，调节电流和电压的参数，使蒸发舟中的铝珠蒸发形成铝蒸汽，蒸镀到基底表面；整个蒸镀过程控制在10分钟。

e.蒸镀完成后关闭蒸镀电源，依次关闭气阀、分子泵、高压阀、前级阀、机械泵，待冷却至室温后取出石墨-铝复合材料成品。

通过本实施例中提供的方法，能在各参数控制下，将蒸镀的薄膜厚度控制在25μm±2μm，均匀性误差在±1μm。如图1所示，铝薄膜在石墨纸衬底上生长良好，表面均匀，颗粒成型且较为致密。图2中可以看出测量点厚度均匀性较好，厚度在25μm左右。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明石墨-铝复合材料制备方法及应用的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种石墨-铝复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.选用纯度大于99％的石墨纸作为基底；

b.将所述基底放入蒸镀腔体，在所述蒸镀腔体中的蒸发舟内放置铝珠；

c.用机械泵对所述蒸镀腔体抽真空，至真空度低于5pa时开启前级阀，关闭所述机械泵的预抽阀，同时开启分子泵与高压阀；

d.待所述蒸镀腔体的真空度达到10^-4pa，打开所述基体的旋转开关，调节电流和电压的参数，使所述蒸发舟中的所述铝珠蒸发形成铝蒸汽，蒸镀到所述基底表面；

e.蒸镀完成后关闭蒸镀电源，依次关闭所述气阀、分子泵、高压阀、前级阀、机械泵，待冷却至室温后取出石墨-铝复合材料成品。

2.根据权利要求1所述的石墨-铝复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤a中，所述石墨纸的纯度大于99.9％。

3.根据权利要求1所述的石墨-铝复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤a中，所述石墨纸的厚度为0.1～0.2mm。

4.根据权利要求1所述的石墨-铝复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤d中，蒸镀时间为10分钟。

技术总结
本发明涉及一种石墨‑铝复合材料的制备方法，以石墨纸作为基底，放入蒸镀腔体，在蒸镀腔体中的蒸发舟内放置铝珠。之后用机械泵对蒸镀腔体抽真空，待蒸镀腔体真空度达到10‑4Pa，打开基体的旋转开关，调节电流和电压的参数，使蒸发舟中的铝珠蒸发形成铝蒸汽，蒸镀到基底表面；蒸镀完成后冷却至室温后即可得到石墨‑铝复合材料成品。本方法能在各参数控制下，将薄膜厚度控制在25μm±2μm，均匀性误差在±1μm。

技术研发人员：何欣;朱玉斌;陈晨
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2020.05.12
技术公布日：2020.07.28