【摘 要】
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石墨烯增强铝基复合材料（Gr/Al）由于具有优异性能、制备工艺灵活及其可设计性等优点,逐渐成为国内外学者开发的热点。但石墨烯与铝基体在尺度、维度、物理化学性能相差很大,因而在制备过程中存在石墨烯容易团聚、与铝基体界面相容性差的问题,从而影响其复合材料的力学及热物理性能。为此,本文针对以下三个方面进行了研究:1)通过改变表面活性剂的种类（PVP、PVA、SDBS）、用量（4mg、6mg、8mg、10
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石墨烯增强铝基复合材料（Gr/Al）由于具有优异性能、制备工艺灵活及其可设计性等优点,逐渐成为国内外学者开发的热点。但石墨烯与铝基体在尺度、维度、物理化学性能相差很大,因而在制备过程中存在石墨烯容易团聚、与铝基体界面相容性差的问题,从而影响其复合材料的力学及热物理性能。为此,本文针对以下三个方面进行了研究:1)通过改变表面活性剂的种类（PVP、PVA、SDBS）、用量（4mg、6mg、8mg、10mg、12mg）以及超声时间,探讨了其对石墨烯分散性能的影响;通过铝粉表面活性剂CTAB含量（0.5wt%-1.5wt%）的改变,探讨了静电自组装工艺对石墨烯-铝复合粉体及复合材料的影响;2)通过改变不同的烧结温度（560℃、570℃、580℃、590℃、600℃）、烧结方式（气氛管式炉烧结、微波烧结、SPS）,探讨了烧结工艺参数对其致密度、硬度、耐磨性、热导率的影响;3)通过对石墨烯进一步的化学镀铜预处理,探讨了不同镀铜石墨烯含量（0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.5wt%）对镀后石墨烯、复合材料组织及性能的影响,并与未镀铜复合材料进行了比较。结果表明:1)使用10mg阴离子表面活性剂SDBS对5mg石墨烯超声2h的分散效果较其他组最好,沉降6h后石墨烯分散液大部分呈现黑色,此时石墨烯片层较少、没有明显的堆叠;静电自组装过程完整保留了原始粉末的结构,当表面活性剂CTAB达到0.75wt%时,对铝粉实现了“有效”包覆,从而有利于石墨烯在铝粉中的分散,此处理的Gr/Al复合材料致密度和维氏硬度达到最大值,分别为95.8%和63.7HV,硬度相比较纯铝试样提高了38.5%。2)在气氛烧结中,随着烧结温度的增加,Gr/Al复合材料的致密度先上升,当达到95.8%时,趋于稳定。结果表明当烧结温度为580℃时其致密度最佳,为95.8%,对应的硬度也最大为63.7HV。与气氛管式炉烧结和微波烧结相比较,放电等离子烧结（SPS）的复合材料,其致密度最好,最高可达98.9%,复合材料几乎无孔隙、界面干净,无明显有害界面相Al4C3生成,其硬度最高为72.4HV,磨损量和摩擦系数也最低,分别为0.0059g和0.503。3)经镀铜后的石墨烯,其表面和褶皱处均匀吸附着Cu颗粒,且石墨烯结构完整,表面平坦;与未镀铜石墨烯相比较,镀铜后复合材料由于改善了界面结合,形成中间Al2Cu相,其力学性能得到了显著提高,硬度提升12.3%,摩擦系数下降43.4%。随着镀铜石墨烯含量的增加,致密度和硬度均呈现先上升后下降的趋势,当含量在0.4wt%时达到最大值,分别为99.7%和85.5HV;磨损量和摩擦系数均先减小后增大,当含量在0.2wt%时有最小值,分别为0.0023g和0.259;但镀铜后可能由于引入了更多的界面散射,从而对复合材料热导率的提高反而不利。
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