摘要
当前，粉末烧结路线是制备铝/石墨烯复合材料的主流方法，然而该方法存在重大不足之处，即难以量产铝/石墨烯复合材料，从而约束其规模化应用。为此，本项目提出液相混粉加熔炼工艺制备铝/石墨烯复合材料的方法，该方法克服了粉末路线无法量产铝/石墨烯复合材料的问题。本文以还原氧化石墨烯粉体、纳米铝粉和铜粉为原料，研究液相混粉工艺对石墨烯分散性的影响；随后将石墨烯分散均匀的粉体引入铝熔体中，制备铝/石墨烯复合材料，本文对复合材料施加挤压和拉拔变形处理以获取铝/石墨烯复合材料丝材，探讨变形过程中复合材料的组织演变行为，分析复合材料丝材的力学性能和电学性能。 采用液相超声分散工艺对石墨烯和纳米铝粉在无水乙醇环境中进行混粉处理，研究超声时间和石墨烯含量对混合粉体中石墨烯分散性的影响，发现石墨烯含量为5wt.%，并且超声时间6h以上，可获得独特的“三明治”结构的混合粉体，该结构中纳米铝粉将石墨烯纳米片包裹住；在纳米铜粉和石墨烯混合粉体中也发现类似的结构。 采用熔炼工艺制备多个成分的铝/石墨烯复合材料（石墨烯含量0～0.04%），铸态下石墨烯均匀分布于铝基体的晶界处，随着石墨烯含量的增加，铝晶粒尺寸呈降低趋势，石墨烯含量为0.04%时，铝晶粒尺寸约为40μm，挤压变形和冷态拉拔后铝晶粒被拉长，复合材料呈现纤维组织，丝材320℃/2h退火处理后复合材料转变为等轴组织，铝晶粒尺寸约为18μm。拉拔态复合材料丝材具有很高的拉伸强度（超过300MPa），不过以牺牲塑性为代价；退火处理后，复合材料丝材塑性明显提升，均超过22%，强度有所降低，石墨烯含量增加和丝材直径减小均有助于复合材料拉伸强度的提高。以纳米铜粉代替铝粉后，复合材料呈现出相似的组织演变特征，相对于同条件铝/石墨烯复合材料，含2Cu的复合材料的拉伸强度有所提高，塑性变化不大。退火态复合材料均发生微孔聚集性断裂。 铝/石墨烯复合材料丝材电学性能测试发现，随着石墨烯含量增加，复合材料导电性呈现先增加后减少的趋势，退火处理后复合材料导电性明显增加，平均增加了2.5%IACS。石墨烯含量为0.02wt.%时，退火后复合材料丝材导电性达到63.78%IACS，丝材直径减小，不利于复合材料导电性能的提高。在含铜铝/石墨烯复合材料中发现类似规律，不过相对于铝/石墨烯复合材料，含Cu复合材料的导电性所降低，0.02wt.%石墨烯时，复合材料的导电性为60.54%IACS。
NETL