一種鋁基石墨烯導熱復合材料樣品的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬基復合材料的領域，特別涉及到一種鋁基石墨烯導熱復合材料樣品的制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，為適應電子技術的發(fā)展需求，用于熱管理的高導熱、低膨脹金屬基復合材料的研究取得了巨大發(fā)展。由于鋁及其合金具有比重小，可塑性強，加工性能優(yōu)良，價格便宜，是熱的良好導體被廣泛用于空調(diào)散熱片，計算機散熱器，LED模塊散熱件等領域。然而隨著電子科學技術的發(fā)展對各類散熱器件的散熱性能要求越來越高，在能滿足易加工成型的基礎上，盡量提高其熱物理性能。其中石墨烯就一種很好的增強相，石墨烯是一種完美的sp2雜化的一維碳材料，理論計算顯示其具有超高的熱導率(5000-6000W/m.K)及力學性能，為引領新材料發(fā)展進入了全新的視角。
[0003]雖然理論研究表明石墨烯具有優(yōu)異的熱學性能，但是由于石墨稀的添加工藝較為復雜，特別是在大規(guī)模大產(chǎn)品的制備中，這阻礙了石墨烯/鋁復合材料的工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)過對現(xiàn)有專利的檢索:CN102329976A的專利通過對鋁粉的預球磨，加入到石墨烯的溶液中過濾、烘干后冷壓，最后還需在高溫下熱擠成型；CN104593841A的專利申請通過對鋁基試樣預處理，然后在表面鍍銅石墨烯。目前存在制備石墨烯增強鋁基復合材料的方法，但是，如何快速有效地制備樣品，以確定合理的生產(chǎn)工藝參數(shù)，仍然是一個較大挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種鋁基石墨烯導熱復合材料樣品的制備方法，該制備方法避免了粉末燒結的復雜性、以及石墨烯和鋁的不潤濕性，通過半固態(tài)的粘滯力將金屬顆粒溶入液態(tài)金屬，并通過攪拌使增強相混合均勻，在實現(xiàn)提高復合材料高熱導率性能和低熱膨脹的基礎之上，使鋁基石墨烯導熱復合材料大規(guī)模、快速有效制備樣品成為可能。
[0005]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采所采用的技術方案具體包括如下步驟:
[0006](1)將石墨烯和金屬粉末利用球磨機進行研磨，混合均勻后形成石墨烯包覆金屬顆粒；
[0007](2)將鋁合金在有氬氣的保護爐中加熱融為半固態(tài)，保溫并攪拌；
[0008](3)將步驟(1)所制得的石墨烯包覆金屬顆粒加入到步驟(2)的半固態(tài)的鋁合金中并保持攪拌；
[0009](4)將半固態(tài)的鋁合金攪拌均勻后加熱到液態(tài)，進行鑄造，得到鋁基石墨烯導熱復合材料樣品；
[0010]在招基石墨稀導熱復合材料樣品中，石墨稀為金屬總量的0.l-5wt%。
[0011]進一步，石墨稀的厚度為0.3-20納米，石墨稀片徑為0.4-20微米；石墨稀為金屬粉末的0.2-10wt% ;鋁合金選自純Al、Al-S1、Al-Mg、Al-Cu、Al-Zn或A1-RE系鋁合金中的任意一種；金屬粉末是純鋁粉或銅粉中的至少一種，金屬粉末的粒徑為10-200微米。
[0012]研磨時最好加入一定量的過程控制劑，過程控制劑的加入量占金屬粉末的質(zhì)量分數(shù)為 0.5-2.0%。
[0013]本發(fā)明較之于現(xiàn)有技術具有突出的有益效果，簡單分述如下:
[0014](1)利用球磨機進行研磨可減少石墨烯的體積，并利用金屬的可塑性，將石墨稀較好地粘合在金屬粉末的外表面，形成石墨稀包覆金屬顆粒，使石墨稀可隨金屬粉末一起均勻地加入到半固態(tài)的鋁合金中，同時，石墨稀包覆金屬顆粒也易于在后續(xù)工藝中使石墨稀保持良好的分散狀態(tài)，由于鋁合金從半固態(tài)到液態(tài)的速度較快，石墨稀仍能保持原有的分散良好的狀態(tài)；預先在球磨機中進行研磨，使純鋁粉或銅粉與石墨稀的潤濕性得到改善，當鋁合金從半固態(tài)被加熱到液態(tài)后，石墨稀包覆金屬顆粒中的金屬粉末也同時成為液態(tài)，并且與鋁合金融合為一體，從而將石墨稀順利地分布在鋁合金熔液中，由于鋁合金從半固態(tài)迅速被加熱到液態(tài)并進行鑄造，使石墨稀保持了原有的均勻分布的狀態(tài)。
[0015](2)半固態(tài)的鋁合金具有較大的粘滯力，當石墨稀包覆金屬顆粒被投入到半固態(tài)的鋁合金中后，在沒有攪動的情況下，石墨稀包覆金屬顆粒幾乎不會移動，在攪拌的作用下，石墨稀包覆金屬顆粒會逐漸地被分布均勻，如此保持了后期產(chǎn)品性能的均勻性。
[0016](3)本申請簡化了鋁基石墨烯導熱復合材料樣品的制備流程，避免了傳統(tǒng)粉末冶金的復雜性，本申請的制備方法改善了現(xiàn)有技術中粉末燒結的不致密性，同時利用鑄造工藝直接澆注成不同形狀的樣品，實現(xiàn)了大規(guī)模樣品被快速有效地制備，為商品化產(chǎn)品實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)提供了基礎。
[0017]進一步，為了使石墨烯和金屬粉末更好地混合并形成微顆粒，步驟(1)中的研磨工藝為:轉速為100-600轉/分鐘，時間為1-10小時。
[0018]制備石墨稀包覆金屬顆粒的最佳設備是球磨機，球磨機是利用鋼球或鵝卵石等硬質(zhì)球體作為研磨體，研磨體的相互沖擊作用，以及研磨體與球磨機內(nèi)壁的研磨作用來對物料進行粉碎。將石墨稀和金屬粉末投入到球磨機中后，利用研磨體的沖擊作用，使石墨稀粘合在金屬粉末的表面，將石墨稀和金屬粉末混合均勻，并形成小的顆粒，以方便加入到半固態(tài)的鋁合金中。
[0019]在研磨過程中會產(chǎn)生較大的熱能，使各原料的溫度升的過高，將轉速控制在100-600轉/分鐘內(nèi)，時間為1-10小時，可以使各原料的溫度得到有效地控制，同時保證了混合的均勻性。
[0020]球磨機優(yōu)選為行星式球磨機或攪拌式球磨機。
[0021]為了使石墨烯包覆金屬顆粒在液體中均勻分布，在步驟(3)中，加入石墨烯包覆金屬顆粒加入到半固態(tài)的鋁合金后保持攪拌的時間為1-6個小時。
[0022]進一步，步驟(2)中鋁合金加熱融化為半固態(tài)后，保持半固態(tài)狀態(tài)并控制溫度在550-600°C之間；并保持攪拌速度為10-100轉/分鐘。
[0023]為了使溶液鑄造性能更好，同時減少副反應，步驟(4)所述鑄造的溫度控制在660-750°C，并盡可能快速加熱。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結合制造鋁基石墨烯導熱復合材料樣品的制備來對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明。
[0026]以下實施例中所用石墨稀由中國科學院成都有機化學研究所提供；純鋁