石墨烯增强金属基复合材料的制备工艺

材料热处理技术Material&HeatTreatment2011年5月

颗粒增强金属基复合材料制备工艺的综述

刘建华,沈胜利

(郑州职业技术学院,河南郑州450121)

摘

要：概述了颗粒增强金属基复合材料的种类，介绍了目前颗粒增强金属基复合材料的常用的制备工艺。

文献标识码：A

文章编号：1001-3814(2011)10-0106-03

关键词：颗粒增强金属基复合材料；制备工艺；原位复合中图分类号：TG441.8

PreparationMethodsforParticulateReinforcedMetalMatrixComposite

LIUJianhua,SHENShengli

(ZhengzhouTechnicalCcollege,Zhengzhou450121,China)

Abstract：Thekindsofparticulatereinforcedmetalmatrixcompositewereoutlined.Thepreparationmethodsforparticulatereinforcedmetalmatrixcompositeweresummarized.

Keywords：particulatereinforcedmetal

熔渗工艺制备金属基复合材料

前言

一般情况下,金属基复合材料中增强相与基体的复合需要借用外力,如压力铸造中熔体在外压驱使下进入多孔颗粒预制坯件。提供这类外力通常需要复杂工艺条件下的昂贵设备，制品在尺寸和形状上又有诸多限制。

熔体自发渗入颗粒预制坯件是一项制备金属基复合材料的古老工艺。熔渗就是熔体在无外力作用下，借助浸润现象导致的毛细管压力自发进入颗粒多孔预制坯件。熔体自发渗入并充满预制成所需要形状和尺寸的坯体，冷却凝固后获得颗粒在连续基体中均匀分布的复合材料。若组分间匹配得当、复合良好，可得到具有理想性能的复合材料。 1、浸润性与熔渗

浸润是固体表面上的气体被液体取代的过程，在一定的温度和压力下，液滴接触到固体表面时，浸润过程便开始。浸润推动力源于液、固体系统总的表面吉布斯自由能降低。

f=-κ??G=σsg-σLg-σLscosθ(t)

?r 式中：κ是含量纲的比例系数；r是液固圆形界面的半径；θ(t)是液滴的接触角。 液固界面的水平线与气液界面在0点的切线之间的夹角为θ，称为浸润角或接触角，见图1：

图1 固-液界面的浸润角示意图（或接触角）

σsg 、σLg和σLs分别是固气、液气及液固界面的表面张力。达到平衡时

连续纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺

摘要：作为结构材料，陶瓷具有耐高温能力强、抗氧化能力强、硬度大、耐化学腐蚀等优点，缺点是呈现脆性，不能承受剧烈的机械冲击和热冲击，因而严重影响了它的实际应用．为此人们通过采用连续纤维增韧方法改进其特性，进而研发出连续纤维增强陶瓷基复合材料。该种材料采用碳或陶瓷等纤维进行增强，使陶瓷基体在断裂过程中发生裂纹偏转，纤维断裂和纤维拔出等的同时，吸收能量，既增强了强度和韧性，又保持了良好的高温性能。本文主要是综述了陶瓷基连续纤维增强复合材料的制备方法，并分析了各种工艺的优缺点。在总结了现阶段连续纤维增强复合材料研究中存在的问题的基础上，提出了今后连续纤维增强复合材料的主要研究方向。

关键字：陶瓷基；复合材料；连续纤维；制备技术

1 引言

1.1 前言

科学技术的发展对材料提出了越来越高的要求,陶瓷基复合材料由于在破坏过程中表现出非脆性断裂特性,具有高可靠性,在新能源、国防军工、航空航天、交通运输等领域具有广阔的应用前景。

陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相材料，使之增强、增韧的多相材料，又称为多相复合陶瓷或复相陶瓷。陶瓷基复合材料是20世纪80年代

常州大学学生课外创新创业基金资助项目中期评审表

填表时间：2011年11月1 日 项目编号 项目名称 石墨烯负载复合材料的制备与性能测试 项目负责人 谭倩 所在院系 石油化工学院 Email 616379709@qq.com 联系电话 15895067217 申请经费（元） 1000 已拨经费（元） 500 未拨经费（元） 500 项目起止年月 2011 年 6 月至 2012 年 3 月 石墨烯的制备方法主要有两种：机械方法和化学方法。其中，机械方法包括微机械剥离法、有机溶剂剥离法、取向附生法、化学气相沉积法和加热SiC的方法；化学方法即化学氧化还原法，或称bottom-up法。化学氧化还原法简便而且成本低廉，因此本课题采用化学氧化还原法制备石墨烯，通过实验研究，掌握了具体的制备方法，具体步骤如下： 用分析天平称取5g过硫酸钾、15mL98%浓硫酸和5g五氧化二磷于一带搅拌的100mL四口烧瓶中，水浴加热。温度升至80℃时，加入10g鳞片石墨。随着鳞片石墨的加入，反应液渐渐变成暗蓝色。撤去水浴，室温下搅拌6h后加入蒸馏水，抽滤，水洗至中性。将滤饼置于一洁净的表面皿中，在100℃下干燥至恒重，备

1、复合材料的定义和分类是什么？

定义：是由两种或多种不同类型、不同性质、不同相材料，运用适当的方法，将其组合成具有整体结构、性能优异的一类新型材料体系。

分类：按用途可分为：功能复合材料和结构复合材料。结构复合材料占了绝大多数。

按基体材料类型分类可分为：聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料（包括陶瓷基复合材料、水泥基复合材料、玻璃基复合材料）

按增强材料形态可分为：纤维增强复合材料（包括连续纤维和不连续纤维）、颗粒增强复合材料、片材增强复合材料、层叠式复合材料。 3、金属基复合材料增强体的特性及分类有哪些？

增强物是金属基复合材料的重要组成部分，具有以下特性：1）能明显提高金属基体某种所需特性 ：高的比强度、比模量、高导热性、耐热性、耐磨性、低热膨胀性等，以便赋予金属基体某种所需的特性和综合性能；2）具有良好的化学稳定性：在金属基复合材料制备和使用过程中其组织结构和性能不发生明显的变化和退化；3）有良好的浸润性：与金属有良好的浸润性，或通过表面处理能与金属良好浸润，基体良好复合和分布均匀。此外，增强物的成本也是应考虑的一个重要因素。 分类：纤维类增强体（如：连续长纤维、短纤维）、

材 料 制 备 原 理 课 程 论 文

题 目学 院 专业班级 学生姓名 陶瓷基复合材料的制备原理与工艺 材料科学与工程学院

2012 年 3 月 28日

1

陶瓷基复合材料的制备原理与工艺

前言：科学技术的发展对材料提出了越来越高的要求,陶瓷基复合材料由于在破坏过程中表现出非脆性断裂特性,具有高可靠性,在新能源、国防军工、航空航天、交通运输等领域具有广阔的应用前景。

陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相材料，使之增强、增韧的多相材料，又称为多相复合陶瓷或复相陶瓷。陶瓷基复合材料是2O世纪8O年代逐渐发展起来的新型陶瓷材料，包括纤维(或晶须)增韧(或增强)陶瓷基复合材料、异相颗粒弥散强化复相陶瓷、原位生长陶瓷复合材料、梯度功能复合陶瓷及纳米陶瓷复合材料。其因具有耐高温、耐磨、抗高温蠕变、热导率低、热膨胀系数低、耐化学腐蚀、强度高、硬度大及介电、透波等特点，在有机材料基和金属材料基不能满足性能要求的工况下可以得到广泛应用，成为理想的高温结构材料。

连续纤维增强复合材料是以连续长纤维为增强材料，金属、陶瓷等为基体材料制备而成。金属基复合材料是以陶瓷等为

高性能金属基复合材料

定义

以金属、合金、金属间化合物为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体，通过渗透、固结工艺制成的复合材料称为金属基复合材料。与传统的金属材料相比，金属基复合材料往往具有更高的比强度，比模量，更好的耐热性以及更低的热膨胀系数。 发展历程

20世纪60年代，硼纤维增强6061铝基复合材料( Br/Al)开始得到应用，与此同时，制造出定向凝固共晶复合材料。70年代，成功地制造出碳纤维增强金属基复合材料。70年代中后期，随着SiC、Al2 03等增强纤维的开发与应用，金属基复合材料得到迅速发展。 金属基复合材料分类

(1)连续纤维增强金属基复合材料。

纤维增强金属基复合材料是利用无机纤维(或晶须)及金属细线等增强金属得到质量轻且强度高的材料，纤维直径从 3～150μ，纵横比在 102 以上。在现有的各种类型增强体中，高性能连续纤维具有最明显的增强效果和更高的强度及刚度。连续纤维增强复合材料具有明显的各向异性，但复合和加工工艺独特、复杂、不易掌握和控制，因此连续纤维增强金属基复合材料主要用于较少考虑成本的航天、航空等尖端技术领域。 (2)短纤维增强金属基复合材料。

作为金属基复合材料增强体的短纤可分为天然纤维制品和短切纤维

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石墨烯

第29卷 第2期材 料 科 学 与 工 程 学 报总第130期文章编号:1673 2812(2011)02 0267 06

TiO2/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

王 昭1,毛 峰1,黄祥平1,黄应平2,冯笙琴1,易 佳1,张昌远1,刘 栓2

(1.三峡大学理学院,湖北宜昌 443002;

2.三峡大学AlanG.MacDiarmid(艾伦 麦克德尔米德)再生能源研究所,湖北宜昌 443002)

摘 要! 本文以氧化石墨烯和钛酸丁酯为原料,利用水热法一步制备了TiO2/石墨烯复合光催化材料,研究了氧化石墨烯用量、反应温度、反应时间对TiO2/石墨烯复合材料光催化活性的影响。采用XRD,SEM,TEM和氮气吸附-脱附实验(BET)对复合光催化材料的物相、颗粒粒径、形貌及比表面积进行了表征。结果表明,本实验最佳条件是:氧化石墨烯1mg,制备温度为180 ,反应时间为16h。产物中的TiO2为锐钛矿晶型,其平均粒径约为18nm。复合材料的比表面积为170m2/g,平均孔径为12.45nm。在可见光照射( >420nm)下以TiO2/石墨烯为光催化剂对有机染料罗丹明B(RhodamineB,Rh

金属基复合材料性能的影响因素

摘要：金属基复合材料具有高比强度、高比模量、低热膨胀系数等优点，近年来发展非常迅速。但其性能一致性差的问题制约了其应用，因此复合材料的性能设计受到了普遍的关注。本文综述了基体、增强体、基体与增强体相容性、工艺、界面等因素对金属基复合材料性能的影响。

关键词：金属基复合材料 性能 影响因素 设计

1 引言

金属基复合材料被誉为21世纪的材料, 它兼有金属的塑性和韧性，以及其它材料如陶瓷的高强度和高刚度，而且比重小，因此具有较高的比强度、比刚度和更好的热稳定性、耐磨性以及尺寸稳定性等优点，从而在机械、汽车、航空航天、兵器、电子等许多领域得到了应用[1~3]。

尽管金属基复合材料在过去的30年里在世界范围内得到了广泛的研究和发展，但是还没有在工业上得到广泛的应用，其原因主要在于它的成本高、性能低于期望值、相对较低的稳定性和大的性能波动、不可回收利用、环境污染等几个障碍[4~5]。目前在国内发展复合材料，关键是要实现低成本、高性能、一致性好、稳定的制备技术和根据力学原理以及使用者的期望设计出令用户满意的性价比的材料。这就涉及到复合材料的设计问题，而性能决定了复合材料在工程上的应用，所以性能的影响因素一直是研究的热点。但是