石墨烯增强镁基复合材料.ppt

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1、石墨烯增强镁基复合材料材料工程河海大学力材学院石墨烯对镁基复合材料性能的影响石墨烯镁基复合材料研究背景存在的问题以及发展前景目录石墨烯镁基复合材料研究现状镁基复合材料的制备技术石墨烯石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。因为具有十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展，作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金

2、”，是“新材料之王”。1镁它呈银白色，熔点649℃，质轻，密度为1.74克/厘米3，约为铜的1/4、铝的2/3；其化学活性强，与氧的亲合力大，常用做还原剂。粉状或细条状的镁，在空气中很易燃烧，燃烧时发出眩目的白光。但极易溶解于有机和无机酸中。镁能直接与氮、硫和卤素等化合。金属镁无磁性，且有良好的热消散性。质软，熔点较低。镁是燃烧弹和照明弹不能缺少的组成物；镁粉是节日烟花必需的原料；2增强相Al2O3颗粒或纤维镁合金Al18B4O33颗粒或晶须SiC颗粒或晶须镁化合物碳（石墨）纤维基体镁化合物铸镁镁合金镁基复合材料3我是新材

3、料之王，石墨烯我是镁4石墨烯镁基复合材料的研究背景伴随石墨烯研究热潮的不断推进，基于石墨烯优良的物理化学性能，人们也试图将石墨烯引入到金属基复合材料中，期望利用其某一或某些特性对金属基体的性能进行强化。目前，诸多文献已提到用石墨烯来强化Al、Cu、Ni等金属基体，且石墨烯对以上金属基体都能起到良好的强化作用。在镁基体中添加石墨烯作为增强体是一种以不增加镁合金比重为前提，并且能有效改善镁合金线性膨胀热稳定性，提高合金抗拉强度的可行方法。但由于镁本身的化学性质较活泼，很容易在制备过程中发生化学反应，因此对于以镁或镁合金作为基体

4、的复合材料而言，应严格控制制备过程中的工艺参数，防止界面处的不良反应。目前，镁基复合材料的制备工艺还有待于改进和完善，其准确的复合机理、界面处的强化机制等建设性的研究还不是相当全面。与传统的颗粒、晶须和纤维增强镁基复合材料不同，对石墨烯增强镁基复合材料而言，石墨烯在镁基体中的形态为片状，因此关于这方面的研究将又是一种新的研究方向。5镁基复合材料研究现状概要镁基复合材料的主要特点是低密度、高比强度和比刚度、良好的耐磨性、良好的耐高温性、良好的耐冲击性、优良的减震性、良好的尺寸稳定性、良好的铸造性以及优异的电磁屏蔽性能等。由于

5、存在低熔点，高化学活性，易燃，易氧化等特点，有关适合镁基复合材料的制备工艺一直以来是人们研究和解决的一大热点。因为镁的熔点接近于铝的熔点，所以很多的制备方法都是在铝基复合材料的研究基础上进行推广和改进的。比较传统的方法有普通铸造法、搅拌铸造法、挤压铸造法和粉末冶金法，此外又出现了许多比较新型的制备方法，如机械合金化法、熔体浸渗法、喷射沉积法、自蔓延高温合成法、重熔稀释法和反复塑性变形法等。不同镁基复合材料制备方法。近年来，准晶、碳纤维和石墨烯等新型增强体研究取得了较大进展，增强体与镁及镁合金之间的界面润湿性问题也通过不同工

6、艺被逐渐解决，这为镁基复合材料的研究人员带来了新的灵感。6镁基复合材料研究现状概要青海大学的韩丽等采用溶胶-凝胶法制备了CuO涂覆Mg2B2O5晶须增强镁基复合材料并对其界面结构进行了研究，发现CuO涂覆可以改善界面处的结合强度，材料的抗拉强度和断后伸长率相较于未涂覆前分别提高了37.6%和35.7%。李坤等也采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面制备出了均匀且无裂纹的SiO2涂层，进而制备得到了SiO2涂覆碳纤维增强镁基复合材料，分析发现虽然复合材料的极限拉伸强度值只有527MPa，远远偏离了理论值，但是碳纤维表面的SiO2涂层可

7、明显促进液态镁对碳纤维的润湿。通过液态超声结合固态搅拌的方法成功制备出了块体石墨烯颗粒增强镁基复合材料，石墨烯在基体中分布均匀，复合材料的性能强化明显，1.2%石墨烯复合材料的显微硬度可达66kg/mm2，比相同工艺条件下纯镁的性能提升了78%。7镁基复合材料研究现状概要香港城市大学吕坚教授团队近日在材料研究取得重大突破，全球首次制备出了超纳镁合金材料。这种结构使得镁合金具备3.3GPa的超高强度，达到了近理论值E/20（其中，E为材料的杨氏模量）。这种尖端新型材料的强度比现有超强镁合金晶体材料高出十倍！变形能力较镁基金属

8、玻璃高两倍，并可发展成为生物降解植入材料。然而，其制备方法的苛刻与复杂性往往限制了其实际应用。8镁基复合材料的制备技术目前国内外镁基复合材料的制备方法主要包括粉末冶金法、半粉末冶金法、揽拌铸造法、预制块－半固态揽拌铸造法、烙体分解沉积法、多道次揽拌摩擦加工法和化学气相沉积法等。这些方法均可归纳为固相法、