本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，具體涉及一種石墨烯/高溫合金復(fù)合裝甲材料。

背景技術(shù)：

石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的二維納米材料，呈單層片狀結(jié)構(gòu)(厚度僅為幾個納米)。由于其獨特的二維蜂窩晶體結(jié)構(gòu)和極高的鍵強(qiáng)度，石墨烯是目前已知的世界上比強(qiáng)度最高、最堅硬的納米材料，其斷裂強(qiáng)度高達(dá)130gpa。因此，利用石墨烯的高強(qiáng)度，并將其與金屬材料復(fù)合，制備成石墨烯金屬復(fù)合材料，是一種新型的高強(qiáng)高韌金屬基復(fù)合材料。

目前石墨烯與金屬復(fù)合的工藝方法主要有兩種：熔融鑄造法和粉末冶金法。采用熔融鑄造法制備石墨烯高溫合金復(fù)合材料時，由于石墨烯二者密度差異大，石墨烯很難在高溫合金液內(nèi)部均勻分散，此外，二者在材料制備過程中還有可能發(fā)生高溫界面反應(yīng)，惡化材料性能。因此石墨烯高溫合金復(fù)合材料較少采用熔融鑄造法來制備。采用粉末冶金法制備石墨烯高溫合金復(fù)合材料時，需要首先獲得石墨烯和高溫合金均勻混合的粉體，然后通過后續(xù)的壓力加工來制備石墨烯高溫合金復(fù)合塊體材料，最大限度地抑制了傳統(tǒng)熔融鑄造法帶來的高溫界面反應(yīng)。因此，石墨烯高溫合金復(fù)合材料一般采用粉末冶金法來制備。

目前，輕型裝甲車一直采用鋼制防彈裝甲，武裝直升飛機(jī)采用鈦合金防彈裝甲。但是未來戰(zhàn)爭對陸軍的遠(yuǎn)程投送能力、武裝直升飛機(jī)的有效載荷能力都提出越來越高的要求，這就對裝備重量提出了嚴(yán)苛要求，使得以前使用的鋼制裝甲和鈦合金裝甲已不能滿足未來武器裝備發(fā)展的需要。因此需要提供一種密度低，成本低，易批量生產(chǎn)的復(fù)合裝甲材料。

對于高溫合金基復(fù)合材料來說，增強(qiáng)相在高溫合金基體中的分布是否均勻、增強(qiáng)相是否發(fā)生團(tuán)聚、界面結(jié)合是否緊密，直接決定著復(fù)合材料性能的優(yōu)劣。石墨烯存在尺寸小，比表面積大，很難分散，很容易團(tuán)聚的問題，因此，高溫合金基體以及石墨烯在高溫合金基體中的均勻分散，是制備石墨烯高溫合金復(fù)合材料需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。尤其是采用粉末冶金法制備石墨烯高溫合金復(fù)合材料時，選擇高溫合金基體和如何獲得石墨烯在高溫合金粉體中均勻分散的混合粉體，是制備高品質(zhì)石墨烯高溫合金復(fù)合材料的前提和基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種石墨烯/高溫合金復(fù)合裝甲材料的高溫合金及其制備方法，該方法對石墨烯與高溫合金粉末混合方法進(jìn)行改進(jìn)，是一種新的工藝和方法，本方法可將石墨烯納米片均勻地包覆在金屬粉體的表面，實現(xiàn)石墨烯與金屬粉體的均勻混合。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種裝甲材料，其特征在于，所述裝甲材料包括石墨烯和高溫合金，所述高溫合金包括

按質(zhì)量百分比的下述組分：c：0.02～0.05％；cr：15.0～16.5％；co：12.5～13.5％；w：3.8～4.2％；

mo：3.8～4.2％；al：2.0～2.4％；ti：3.5～3.9％；nb：0.6～1.0％；fe≤0.5％、余量為ni

和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述高溫合金包括按質(zhì)量百分比的下述組分：ni：50.0～55.0％；cr：17.0～21.0％；

mo：2.8～3.3％；ti：0.65～1.15％；nb：4.75～5.5％；al：0.2～0.8％；c≤0.08％；si≤0.35％

mn≤0.35％；cu≤0.3％；co≤1.0％；b≤0.006％；p≤0.01％；s≤0.01％；余量為fe和不可

避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述高溫合金包括按質(zhì)量百分比的下述組分：ni：52.0％。

進(jìn)一步地，所述高溫合金包括按質(zhì)量百分比的下述組分：cr：20.0％。

進(jìn)一步地，所述高溫合金包括按質(zhì)量百分比的下述組分：mo：3.0％。

進(jìn)一步地，所述高溫合金包括按質(zhì)量百分比的下述組分：ti：0.80％。

進(jìn)一步地，所述高溫合金包括按質(zhì)量百分比的下述組分：nb：5.0％。

進(jìn)一步地，所述高溫合金包括按質(zhì)量百分比的下述組分：al：0.6％。

一種裝甲材料，其特征在于所述裝甲材料的制備方法如下：

1)制備石墨烯層數(shù)小于10的納米片有機(jī)溶液：于7000～9000rpm轉(zhuǎn)速、線速度85～115m/s下的離心納米分散機(jī)中，對分散于有機(jī)溶液的石墨烯進(jìn)行處理；

2)石墨烯包覆高溫合金粉末：用花灑網(wǎng)眼尺寸為60～280μm的噴淋裝置將步驟1)的石墨烯納米片有機(jī)溶液霧化噴灑于在混合機(jī)中高速旋轉(zhuǎn)的高溫合金粉末上；

3)于混合機(jī)中對包覆后的石墨烯/高溫合金粉末混合20～100min，即得石墨烯/高溫合金復(fù)合裝甲材料；

所述方法制備的石墨烯包覆的高溫合金粉末中，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計含：石墨烯0.05％～9％，高溫合金91％～99.95％；所述高溫合金粉末的粒徑為10～100μm；所述花灑網(wǎng)眼尺寸為100μm～200μm；所述離心納米分散機(jī)的轉(zhuǎn)速為8000rpm，線速度為100m/s；所述混合機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000rpm。

進(jìn)一步地，所述納米片有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為包括乙醇、npm、聚乙二醇和/或pvp中的一種或多種，所述有機(jī)溶劑的濃度為20％～100％；所述納米片有機(jī)溶液中的有機(jī)溶劑為無水乙醇。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的一種裝甲材料，實現(xiàn)了石墨烯在高溫合金粉體表面的均勻包覆，有利于在石墨烯金屬復(fù)合材料中形成高質(zhì)量的石墨烯金屬界面的結(jié)合。

2、本發(fā)明提供的一種裝甲材料的制備方法，石墨烯不容易發(fā)生團(tuán)聚，無二次團(tuán)聚和重新凝固分散的現(xiàn)象。

3、本發(fā)明提供的一種裝甲材料的制備方法，無需凝固、無需碾壓，避免形成板結(jié)或團(tuán)聚。

4、本發(fā)明提供的一種裝甲材料的制備方法，無需振動和篩分，從而避免了由此帶來的石墨烯和高溫合金粉末的分布不均。

5、本發(fā)明提供的一種裝甲材料的制備方法，工藝操作簡單、制造成本低廉、生產(chǎn)效率高。

6、本發(fā)明提供的一種裝甲材料的制備方法，無需加熱也無需烘干，使石墨烯更好的在高溫合金粉體表面包覆，即環(huán)保安全，又縮短制備周期。

附圖說明

圖1本發(fā)明實施例提供的一種裝甲材料的制備方法用離心納米分散機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本發(fā)明實施例制得的石墨烯/高溫合金復(fù)合裝甲材料的掃描電鏡(sem)；

圖3本發(fā)明對比例制得的石墨烯/高溫合金復(fù)合裝甲材料的掃描電鏡(sem)。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。

所述離心納米分散機(jī)包括位于驅(qū)動裝置4下方且由其帶動的離心轉(zhuǎn)動盤1、與所述離心轉(zhuǎn)動盤1相對設(shè)置的設(shè)有中心孔的固定盤2，設(shè)置于固定盤2下方的循環(huán)攪拌裝置3和機(jī)殼5，其中，所述循環(huán)攪拌裝置3的進(jìn)料口與所述中心孔連通、出料口位于固定盤2一側(cè)；離心轉(zhuǎn)動盤1和固定盤2間的距離為0.2mm；循環(huán)攪拌裝置3用于循環(huán)和攪拌有機(jī)溶液。

實施例1：

本實施例提供一種裝甲材料的制備方法，具體步驟如下：

石墨烯包覆高溫合金粉末包括如下重量份計的組分：石墨烯0.05％，高溫合金99.95％。石墨烯可以由hummer’s法制備。高溫合金為按質(zhì)量百分比的下述組分：c：0.02％；cr：15.0％；co：12.5％；w：3.8％；mo：3.8％；al：2.0％；ti：3.5％；nb：0.6％；fe：0.5％、余量為ni和不可避免的雜質(zhì)；高溫合金粉末的粒徑為40μm。

1)將石墨烯在濃度為95％的酒精溶液中超聲分散后，然后置于轉(zhuǎn)速為9000rpm，線速度為115m/s的離心納米分散機(jī)中，得到離心分散后的石墨烯酒精溶液，所述石墨烯酒精溶液中石墨烯納米片層數(shù)在10層以下的占全部石墨烯納米片的90％以上；

2)將所述石墨烯納米片有機(jī)溶液在壓力下通過花灑網(wǎng)眼尺寸60μm的噴淋裝置霧化成小液滴，均勻地灑向在1200rpm的高效混合機(jī)中旋轉(zhuǎn)的高溫合金粉末；其中，可以通過冷凝回收裝置回收揮發(fā)溶劑，也可以通過其他方式實現(xiàn)回收和再利用，這里不做具體限定。

3)石墨烯酒精溶液全部噴灑完成后，保持高效混合機(jī)繼續(xù)運(yùn)行100min；

4)將混合均勻的石墨烯包覆高溫合金的粉末從高效混合機(jī)中取出。

實施例2：

石墨烯包覆高溫合金粉末包括如下重量份計的組分：石墨烯9％，高溫合金91％。高溫合金為按質(zhì)量百分比的下述組分：c：0.05％；cr：16.5％；co：13.5％；w：4.2％；mo：4.2％；al：2.4％；ti：3.9％；nb：1.0％；余量為ni和不可避免的雜質(zhì)。高溫合金粉末的粒徑為10μm。

1)將石墨烯在濃度為95％的酒精溶液中超聲分散后，然后置于轉(zhuǎn)速為8000rpm，線速度為100m/s的離心納米分散機(jī)中，得到離心分散后的石墨烯酒精溶液，所述石墨烯酒精溶液中石墨烯納米片層數(shù)在10層以下的占全部石墨烯納米片的90％以上；

2)將所述石墨烯納米片有機(jī)溶液在壓力下通過花灑網(wǎng)眼尺寸280μm的噴淋裝置霧化成小液滴，均勻地灑向在1000rpm的高效混合機(jī)中旋轉(zhuǎn)的高溫合金粉末；

3)石墨烯酒精溶液全部噴灑完成后，保持高效混合機(jī)繼續(xù)運(yùn)行60min；

4)將混合均勻的石墨烯包覆高溫合金的粉末從所述高效混合機(jī)中取出。

實施例3

石墨烯包覆高溫合金粉末包括如下重量份計的組分：石墨烯5％，高溫合金95％。高溫合金為按質(zhì)量百分比的下述組分：c：0.03％；cr：15.5％；co：13％；w：4％；mo：4％；al：2.2％；ti：3.7％；nb：0.8％；fe：0.2％、余量為ni和不可避免的雜質(zhì)。高溫合金粉末的粒徑為100μm。

1)將石墨烯在有機(jī)溶劑(濃度為80％的酒精溶液)中超聲分散后，然后置于轉(zhuǎn)速為7000rpm，線速度為85m/s的離心納米分散機(jī)中，得到離心分散后的石墨烯納米片有機(jī)溶液，所述石墨烯納米片有機(jī)溶液中石墨烯納米片層數(shù)在10層以下的占全部石墨烯納米片的90％以上；

2)將所述石墨烯納米片有機(jī)溶液在壓力下通過花灑網(wǎng)眼尺寸100μm的噴淋裝置霧化成小液滴，均勻地灑向在1100rpm的高效混合機(jī)中旋轉(zhuǎn)的高溫合金粉末；

3)所述石墨烯納米片有機(jī)溶液全部噴灑完成后，保持所述高效混合機(jī)繼續(xù)運(yùn)行20min；

4)將混合均勻的石墨烯包覆高溫合金的粉末從所述高效混合機(jī)中取出。

實施例4

石墨烯包覆高溫合金粉末包括如下重量份計的組分：石墨烯0.05％，高溫合金99.95％。高溫合金為按質(zhì)量百分比的下述組分：ni：55.0％；cr：17.0％；mo：3.3％；ti：0.65％；nb：5.5％；al：0.2％；c：0.08％；si：0.3％；cu：0.3％；b：0.006％；s：0.007％；余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。高溫合金粉末的粒徑為90μm。

1)將石墨烯在有機(jī)溶劑(濃度為100％的聚乙二醇溶液)中超聲分散后，然后置于轉(zhuǎn)速為8000rpm，線速度為100m/s的離心納米分散機(jī)中，得到離心分散后的石墨烯納米片有機(jī)溶液，所述石墨烯納米片有機(jī)溶液中石墨烯納米片層數(shù)在10層以下的占全部石墨烯納米片的90％以上；

2)將所述石墨烯納米片有機(jī)溶液在壓力下通過花灑網(wǎng)眼尺寸200μm的噴淋裝置霧化成小液滴，均勻地灑向在1000rpm的高效混合機(jī)中旋轉(zhuǎn)的高溫合金粉末；

3)所述石墨烯納米片有機(jī)溶液全部噴灑完成后，保持所述高效混合機(jī)繼續(xù)運(yùn)行20min；

4)將混合均勻的石墨烯包覆高溫合金的粉末從所述高效混合機(jī)中取出。

實施例5

石墨烯包覆高溫合金粉末包括如下重量份計的組分：石墨烯9％，高溫合金91％。高溫合金為按質(zhì)量百分比的下述組分：ni：50.0％；cr：21.0％；mo：2.8％；ti：1.15％；nb：4.75；al：0.8％；c：0.06％；si：0.35％；co：0.5％；b：0.004％；p：0.01％；s：0.01％；余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。高溫合金粉末的粒徑為100μm。

1)將石墨烯在有機(jī)溶劑(濃度為40％的酒精溶液)中超聲分散后，然后置于轉(zhuǎn)速為7000rpm，線速度為85m/s的離心納米分散機(jī)中，得到離心分散后的石墨烯納米片有機(jī)溶液，所述石墨烯納米片有機(jī)溶液中石墨烯納米片層數(shù)在10層以下的占全部石墨烯納米片的90％以上；

2)將所述石墨烯納米片有機(jī)溶液在壓力下通過花灑網(wǎng)眼尺寸170μm的噴淋裝置霧化成小液滴，均勻地灑向在800rpm的高效混合機(jī)中旋轉(zhuǎn)的高溫合金粉末；

3)所述石墨烯納米片有機(jī)溶液全部噴灑完成后，保持所述高效混合機(jī)繼續(xù)運(yùn)行30min；

4)將混合均勻的石墨烯包覆高溫合金的粉末從所述高效混合機(jī)中取出。

實施例6

石墨烯包覆高溫合金粉末包括如下重量份計的組分：石墨烯6％，高溫合金94％。高溫合金為按質(zhì)量百分比的下述組分：ni：52％；cr：19％；mo：3％；ti：0.85％；nb：5％；al：0.6％；si：0.35％；mn：0.3％；cu：0.2％；co：1.0％；p：0.007％；余量為fe和不可避免的雜質(zhì)。高溫合金粉末的粒徑為10μm。

1)將石墨烯在有機(jī)溶劑(濃度為20％的酒精溶液)中超聲分散后，然后置于轉(zhuǎn)速為7000rpm，線速度為85m/s的離心納米分散機(jī)中，得到離心分散后的石墨烯納米片有機(jī)溶液，所述石墨烯納米片有機(jī)溶液中石墨烯納米片層數(shù)在10層以下的占全部石墨烯納米片的90％以上；

2)將所述石墨烯納米片有機(jī)溶液在壓力下通過花灑網(wǎng)眼尺寸280μm的噴淋裝置霧化成小液滴，均勻地灑向在1000rpm的高效混合機(jī)中旋轉(zhuǎn)的高溫合金粉末；

3)所述石墨烯納米片有機(jī)溶液全部噴灑完成后，保持所述高效混合機(jī)繼續(xù)運(yùn)行100min；

4)將混合均勻的石墨烯包覆高溫合金的粉末從所述高效混合機(jī)中取出。

對比例1

1)將粒度為40μm的高溫合金霧化粉體和石墨烯(添加量為石墨烯/高溫合金復(fù)合材料量的0.1～5.0wt.％)，在轉(zhuǎn)速10～30r/min的混粉機(jī)中混合24～48h；

2)將步驟(1)制得的混合粉體放入轉(zhuǎn)速100～200r/min的混合機(jī)中混合10～30min；

3)將所制混合粉體、磨球和硬脂酸置于攪拌式球磨機(jī)中，充入液氮，待液氮浸沒全部磨球時開始球磨，球料比為40:1；

4)低溫球磨2～4小時后，取出粉末并置于惰性氣體保護(hù)箱中，待其溫度恢復(fù)至室溫后取出。

從圖2～3中可以看出，對比例提供的方法得到的混合粉體中石墨烯未包覆高溫合金粉末，而本發(fā)明實施例提供的方法得到的混合粉體，石墨烯完整的包覆在高溫合金粉末的表面，與基體形成很好的界面結(jié)合。

本發(fā)明實施例提供的方法，實現(xiàn)了石墨烯在高溫合金粉體表面的包覆，有利于在石墨烯金屬復(fù)合材料中形成高質(zhì)量的石墨烯金屬界面結(jié)合；石墨烯不容易發(fā)生團(tuán)聚，無二次團(tuán)聚和重新凝固分散的現(xiàn)象；無需凝固、無需碾壓，避免形成板結(jié)或團(tuán)聚；無需振動和篩分，從而避免了由此帶來的石墨烯和高溫合金粉末的分布不均；工藝操作簡單、制造成本低廉、生產(chǎn)效率高；無需加熱也無需烘干，使石墨烯更好的在高溫合金粉體表面包覆，即環(huán)保安全，又縮短制備周期。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。