一种石墨烯和金属混合粉体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混合粉体及其制备方法，具体涉及一种石墨烯和金属混合粉体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是一种新型二维纳米材料，其纳米片是由sp2杂化碳原子组成的单原子层厚度的二维材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，强度高达1.0lTpa，是结构钢的100倍，密度却是结构钢的1/5。导热系数高达5300W/m.Κ，高于碳纳米管和金刚石，常温下电子迀移率超过200000cm2/V.S，高于纳米碳管或硅晶体，电阻率只约I Ω.m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。
[0003]石墨稀属于纳米级材料，具有表面活性，易与其他材料粒子结合。纳米粒子最主要的应用是作为其他非纳米材料改性时的填充材料，但很多的纳米粒子制取和保存都相对困难，石墨烯比较便于大规模制取和保存，因此可以用作其他材料改性时的填充材料。由于石墨烯的韧性和强度及表面活性，当作为填充材料时，可使石墨烯成为其他基础材料晶粒之间的隐性焊接材料，在晶粒界面形成链桥效应。基础材料晶粒间通过石墨烯表面活性作用，形成晶粒界面呈现无缝隙连接的形态。基础材料中的晶粒界面形成无缝隙连接后，在外力作用时，其晶界滑移现象减少，抗应力能力增加，从而使得被填充的基础材料的强度随着抗应力能力的提尚而增强。
[0004]传统工艺方法已很难提高金属材料的强度，使用密度小强度大的石墨烯作为增强材料，提高金属材料强度的同时还能降低材料的密度。将石墨烯复合到铝、钛、镁等金属材料中，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。
[0005]2014年05月08日，中航工业航材院的科研人员在国际石墨烯研究领域首创一类具有优异性能的新型合金材料“烯合金”材料。
[0006]但石墨烯存在尺寸较小，比表面积大，很难分散，很容易团聚的问题，严重影响烯合金的性能。
【发明内容】
[0007]为克服现有烯合金存在的上述缺陷，本发明提供了一种制备石墨烯和金属混合粉体的方法，该方法通过高能球磨的方式，通过球磨珠的碰撞，将石墨烯均匀分散，解决了石墨烯容易团聚不易分散的问题，将石墨烯与金属粉末镶嵌到一起，使得石墨烯与金属粉末均匀的混合。
[0008]为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为:
[0009]—种石墨烯和金属混合粉体，粉体包括如下重量百分比的成分:石墨烯粉体0%?20%，金属粉体为余量。
[0010]进一步的，金属粉体为纯金属粉体或合金粉体。
[0011]进一步的，金属粉体的粒径为5 μ???200 μπι。
[0012]进一步的，金属粉体为钛合金，钛合金按质量百分比计的化学组分为:Al 4.0?6.0% ；Sn 2.0 ?3.0% ；Fe 彡 0.50% ；C 彡 0.08% ；N 彡 0.05% ；H 彡 0.015% ；0 彡 0.20% ；其他元素(每种)< 0.10%，其他元素(总量)< 0.40% ;Ti为余量。
[0013]进一步的，金属粉体为钛合金，钛合金按质量百分比计的化学组分为:Al 4.1?
6.0% ；Sn 2.1 ?3.0% ；Fe 彡 0.45% ；C 彡 0.07% ；N 彡 0.05% ；H 彡 0.015% ；0 彡 0.20% ；其他元素(每种)< 0.10%，其他元素(总量)< 0.40% ;Ti为余量。
[0014]本发明的另一目的在于提供了一种制备石墨烯和金属混合粉体的方法，包括如下步骤:
[0015]a)制备石墨烯单分散溶液；
[0016]a-Ι)配置溶液；
[0017]a-2)将石墨烯溶入溶液；
[0018]a-3)将步骤a-2)制备的石墨烯有机溶液放入超声波震荡器中搅拌；
[0019]b)将金属粉体加入到步骤a)所得石墨烯单分散溶液；
[0020]c)将步骤b)所得石墨烯和金属混合溶液放入球磨罐中球磨20?40h ;
[0021]d)将步骤c)制得的混合溶液于50?60°C和搅拌下烘干。
[0022]进一步的，步骤a-Ι)中配制的溶剂的重量为石墨稀的19?191倍；所述溶剂由质量百分比计的20 %?100 %的乙醇、NMP、聚乙二醇或PVP与水组成。
[0023]进一步的，步骤a-3)将步骤a-2)制备的石墨烯溶液放入超声波震荡器中至少搅拌2h。
[0024]进一步的，步骤c)中球磨罐中球料比为10:1?15:1，于转速至少300r/min下球磨，所述球磨机的磨球为高碳铬轴承钢质材料磨球。
[0025]由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括:
[0026]1.本发明的一种石墨烯和金属混合粉体，通过高能球磨的方式，通过球磨珠的碰撞，将石墨烯均匀分散，解决了石墨烯容易团聚不易分散的问题，将石墨烯与金属粉末镶嵌到一起，使得石墨稀与金属粉末均勾的混合。
[0027]2.本发明的一种石墨稀和金属混合粉体，通过高能球磨的方式将石墨稀镶嵌到金属粉末表面，石墨烯与金属粉末具有良好的结合界面，为石墨烯与金属复合材料的性能提供保证。
[0028]3.本发明的一种石墨稀和金属混合粉体，改进了石墨稀与金属粉末的混粉工艺，石墨烯纳米片均匀弥散的分布到金属基体中。
【附图说明】
[0029]图1是本发明实施例1得到的石墨烯和铝的混合粉体的扫描电镜(SEM)T图。
[0030]图2是本发明实施例2得到的石墨烯和铜的混合粉体的扫描电镜(SEM)T图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合实例对本发明进行详细的说明。
[0032]实施例1:
[0033]—种石墨烯和纯铝的混合粉体，纯铝粉末的尺寸为20?25 μ m，石墨烯在混合物中的重量百分比为0.5%。
[0034]制备石墨烯和金属混合粉体的方法，包括如下步骤:
[0035]a)制备石墨烯单分散溶液；
[0036]a-Ι)配置乙醇水溶液，乙醇95g，蒸馏水380g ;
[0037]a-2)将称取的5g石墨烯溶入酒精；
[0038]a-3)将步骤a-2)制备的石墨烯有机溶液放入超声波震荡器中进行溶液搅拌2h ;
[0039]b)将100g纯铝粉体加入到步骤a)所得石墨烯单分散溶液；
[0040]c)将步骤b)所得石墨烯和纯铝混合溶液放入球磨罐中机械球磨20h，球磨罐中球料比为10:1，球磨机的转速为300r/min ；
[0041]d)将装有经步骤c)球磨得到的石墨烯和金属混合溶液的烧杯放入烘箱进行烘干，温度为50?60 °C，烘干的同时进行机械搅拌。
[0042]附图1为石墨烯和铝混合粉体的扫描电镜照片，颗粒为铝粉末，颗粒表面附着了一层石墨稀。
[0043]实施例2
[0044]一种石墨烯和纯铜的混合粉体，纯铜粉末的尺寸为80?100 μ m，石墨烯在混合物中的重量百分比为20%。
[0045]制备石墨烯和金属混合粉体的方法，包括如下步骤:
[0046]a)制备石墨烯单分散溶液；
[0047]a-Ι)配置乙醇水溶液，乙醇1910g，蒸馏水500g ；
[0048]a-2)将称取的1g石墨稀洛入酒精；
[0049]a-3)将步骤a-2)制备的石墨烯有机溶液放入超声波震荡器中进行溶液搅拌3h ;
[0050]b)将40纯铜粉体加入到步骤a)所得石墨烯单分散溶液；
[0051 ] c)将步骤b)所得石墨烯和纯铝混合溶液放入球磨罐中机械球磨40h，球磨罐中球料比为15:1，球磨机的转速为350r/min ；
[0052]d)将装有经步骤c)球磨得到的石墨烯和金属混合溶液的烧杯放入烘箱进行烘干，温度为60 0C，烘干的同时进行机械搅拌。
[0053]附图2为石墨烯和铜混合粉体的扫描电镜照片，颗粒为铝粉末，颗粒表面附着了一层石墨稀。
[0054]实施例3
[0055]—种石墨烯和纯铜的混合粉体，钛合金粉末的尺寸为25?80 μ m，石墨烯在混合物中的重量百分比为10%。
[0056]钛合金按质量百分比计的化学组分为:A1 4.l%；Sn 2.l%；Fe 0.45%；C 0.07%；N 0.03% ；H 0.015% ；0 0.10% ；Ti 为余量。
[0057]制备石墨烯和金属混合粉体的方法，包括如下步骤:
[0058]a)制备石墨烯单分散溶液；
[0059]a-Ι)配置乙醇水溶液，乙醇1500g，蒸馏水100g ；
[0060]a-2)将称取的15g石墨稀溶入酒精；
[0061]a-3)将步骤a-2)制备的石墨烯有机溶液放入超声波震荡器中进行溶液搅拌4h ;
[0062]b)将40纯铜粉体加入到步骤a)所得石墨烯单分散溶液；
[0063]c)将步骤b)所得石墨烯和纯铝混合溶液放入球磨罐中机械球磨30h，球磨罐中球料比为12:1，球磨机的转速为400r/min ；
[0064]d)将装有经步骤c)球磨得到的石墨烯和金属混合溶液的烧杯放入烘箱进行烘干，温度为55 °C，烘干的同时进行机械搅拌。
[0065]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种石墨烯和金属混合粉体，其特征在于:所述粉体包括如下重量百分比的成分:石墨烯粉体0%?20%，金属粉体为余量。2.如权利要求1所述的一种石墨烯和金属混合粉体，其特征在于:所述金属粉体的粒径为5 μ m?200 μ m。3.如权利要求1所述的一种石墨烯和金属混合粉体，其特征在于:所述金属粉体为钛合金粉末，所述钛合金按质量百分比计的化学组分为:Al 4.0?6.0%;Sn 2.0?3.0% ；Fe ^ 0.50%:C ^ 0.08% ；N ^ 0.05% ；H ^ 0.015% ；0 ^ 0.20% ;其他元素(每种)< 0.10%，其他元素(总量)<0.40% ;Ti为余量。4.一种制备如权利要求1所述石墨烯和金属混合粉体的方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤: a)制备石墨烯单分散溶液； a-Ι)配置溶液； a-2)将石墨烯溶入溶液； a-3)将步骤a-2)制备的石墨烯有机溶液放入超声波震荡器中搅拌； b)将金属粉体加入到步骤a)所得石墨烯单分散溶液； c)将步骤b)所得石墨烯和金属混合溶液放入球磨罐中球磨20?40h; d)将步骤c)制得的混合溶液于50?60°C和搅拌下烘干。5.如权利要求4所述的一种制备石墨烯和金属混合粉体的方法，其特征在于:所述步骤a-Ι)中配制的溶剂的重量为石墨烯的19?191倍；所述溶剂由质量百分比计的20%?100%的乙醇、NMP、聚乙二醇或PVP与水组成。6.如权利要求4所述的一种制备石墨烯和金属混合粉体的方法，其特征在于:所述步骤a-3)将步骤a-2)制备的石墨烯溶液放入超声波震荡器中至少搅拌2h。7.如权利要求4所述的一种制备石墨烯和金属混合粉体的方法，其特征在于:所述步骤c)中球磨罐中球料比为10:1?15: 1，于转速至少300r/min下球磨，所述球磨机的磨球为高碳铬轴承钢质材料磨球。
【专利摘要】本发明提供了一种石墨烯和金属混合粉体及其制备方法，粉体包括如下重量百分比的成分：石墨烯粉体0％～20％，金属粉体为余量。该方法通过高能球磨的方式，通过球磨珠的碰撞，将石墨烯均匀分散，解决了石墨烯容易团聚不易分散的问题，将石墨烯与金属粉末镶嵌到一起，使得石墨烯与金属粉末均匀的混合，为石墨烯与金属复合材料的性能提供保证。
【IPC分类】C22C14/00, B22F1/00, B22F9/06
【公开号】CN105108133
【申请号】CN201510388124
【发明人】燕绍九, 洪起虎, 杨程, 戴圣龙
【申请人】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年6月25日