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少层石墨烯增强镍基复合材料的制备与性能研究

刘宇航  
【摘要】:本文对石墨烯的燃烧合成法进行了一系列的试验,进行了一些自主设计和创新,完成了对燃烧合成法的改进和进一步研究。结合燃烧合成法与均质机微机械剥离法和球磨自动机械法进行了一些复合制备的方法的探究和验证,结果显示燃烧合成法与球磨法的复合制备法可以获得相对较好质量的石墨烯,并获得几组不同工艺制备的石墨烯增强镍基复合材料。 研究了均质机微机械剥离法先用粒径较粗的镍粉进行粗磨之后将镍粉分离再用纳米镍粉继续剥离鳞片石墨并制备复合材料,结果显示均质机同样可以通过高速剪切剥离出比较薄层的石墨烯,但是由于发生团聚加上镍粉的分离工艺复杂造成石墨烯的产率过低。 制备得到了球磨法几种不同工艺和均质机法制备的石墨烯与镍粉的复合粉体,通过XRD测试发现均质机法制备的复合粉体的石墨(002)峰有减弱和宽化的趋势,而球磨法制备的复合粉体石墨(002)峰消失,通过SEM和TEM等测试手段佐证说明球磨法确实制备出了数量较多和层数较少的石墨烯,而且与镍基体复合状态良好,并且研究了球磨法不同工艺对剥离出的石墨烯的质量的影响,确定球磨法300rpm×8h工艺可以获得含有数量最多的石墨烯的复合粉体。 通过电火花烧结制备得到了不同工艺的石墨烯增强镍基复合材料,通过金相和扫描电子显微镜发现复合材料中石墨烯的数量分布与复合粉体一致,球磨法制备的复合材料表面石墨烯分布比较均匀,而均质机法制备的复合材料有较大石墨出现。 对复合材料的性能进行测试分析。经过常温压缩性能测试,发现复合材料的压缩强度远高于其他碳材料增强镍基复合材料的压缩强度,是纳米纯镍的屈服强度的3倍;复合材料热处理之后常温压缩的压缩强度发生明显降低,说明热处理时石墨烯在镍基体内部发生了固溶析出,通过控制热处理工艺可以控制石墨烯增强镍基复合材料的压缩强度;复合材料的高温压缩性能测试显示石墨烯增强镍基复合材料在高温环境中的力学性能显著降低,说明石墨烯增强镍基复合材料在高温下使用还有待进一步研究和提高。


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