1、石墨烯具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)材料的力學(xué)性能和物理性能且二者完美統(tǒng)一，是一種理想的復(fù)合材料增強(qiáng)體，已得到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注但存在石墨烯不易分散和界面反應(yīng)嚴(yán)重的問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，本文通過(guò)理論計(jì)算和高能球磨分散工藝的選擇設(shè)計(jì)了復(fù)合材料制備工藝路徑，然后采用熱壓燒結(jié)法和壓力浸滲法分別制備了GNPs/Al-10Si和GNPs/Al-20Si兩種不同基體的復(fù)合材料，隨后對(duì)GNPs/Al-10Si復(fù)合材料以高溫柔性約束和熱擠壓兩種方式進(jìn)行了致密化處理，對(duì)

2、 GNPs/Al-20Si復(fù)合材料進(jìn)行了熱擠壓。通過(guò)掃描電子顯微鏡和Raman光譜表征了高能球磨的復(fù)合粉體的分散質(zhì)量；采用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡觀察了復(fù)合材料微觀組織結(jié)構(gòu)；以三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、熱膨脹測(cè)試和熱導(dǎo)率測(cè)試等試驗(yàn)測(cè)試了復(fù)合材料的力學(xué)和物理性能。
　　證明了添加 Si元素阻礙有害界面反應(yīng)產(chǎn)物的Al4C3的生成，進(jìn)一步使界面反應(yīng)產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)镾iC，通過(guò)熱力學(xué)方程計(jì)算了不同溫度下所需的臨界硅含量，表明其隨

3、溫度的升高而升高，所以設(shè)計(jì)采用低溫的熱壓燒結(jié)法制備GNPs/Al-10Si和壓力浸滲法制備GNPs/Al-20Si兩種不同基體的復(fù)合材料。用簡(jiǎn)單包覆模型對(duì)復(fù)合材料中石墨烯不團(tuán)聚的最大含量進(jìn)行了計(jì)算。研究了球磨工藝對(duì)復(fù)合粉體的分散效果，轉(zhuǎn)速為300rpm時(shí)6h能滿足分散要求，又不會(huì)破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)完整性。
　　熱壓燒結(jié)法制備的GNPs/Al-10Si復(fù)合材料基體Si得到了球化和細(xì)化，界面反應(yīng)產(chǎn)物有Al4C3和SiC兩種，組織不致密，

4、強(qiáng)度和塑性均低于基體；經(jīng)高溫柔性約束變形和熱擠壓均能是復(fù)合材料致密化，熱擠壓效果更好。柔性約束變形后復(fù)合材料強(qiáng)度比基體高約50％，塑性下降很多；熱擠壓后復(fù)合材料強(qiáng)度與基體相比提高約1倍，塑性下降不明顯。在拉應(yīng)力作用下與其垂直的石墨烯發(fā)生片層剝離，與其平行的石墨烯拔出，表明界面結(jié)合不是十分良好。
　　壓力浸滲法制備的復(fù)合材料都很致密，隨石墨烯含量增加略有降低。石墨烯同樣起到對(duì)Si球化和細(xì)化的作用，界面反應(yīng)產(chǎn)物。借鑒短纖維強(qiáng)化模型建立

5、的石墨烯屈服強(qiáng)度強(qiáng)化模型，計(jì)算結(jié)果表明石墨烯強(qiáng)化效率很高，同時(shí)引入修正系數(shù)k的概念表征石墨烯分布的方向性和卷曲程度。根據(jù)模型的出石墨烯的強(qiáng)化效率取決于基體的屈服強(qiáng)度、石墨烯片徑與厚度的比值、k值大小且與這三者均是單調(diào)遞增的關(guān)系。根據(jù)石墨烯強(qiáng)化模型的計(jì)算，熱擠壓后強(qiáng)化效率的提高源于基體屈服強(qiáng)度提高和石墨烯排布定向性改變兩方面。
　　GNPs/Al-20Si復(fù)合材料強(qiáng)度隨石墨烯含量的變化存在峰值在1.2wt%，與石墨烯臨界含量計(jì)算結(jié)果

6、相一致，最大抗拉強(qiáng)度為214MPa，比基體高130%，擠壓后最大抗拉強(qiáng)度為309MPa，比基體提高216%，顯示出石墨烯的超高強(qiáng)化效率；彈性模量的變化基本符合混合定律，在石墨烯含量?jī)H為2.4wt%時(shí)復(fù)合材料彈性模量提高34%至105GPa；石墨烯含量為0.6wt%時(shí)復(fù)合材料延伸率高于單純基體，說(shuō)明了石墨烯對(duì)Si的球化和細(xì)化作用能適當(dāng)增加復(fù)合材料塑性；熱導(dǎo)率隨石墨烯含量變化的峰值為1.8wt%，表明一定程度的團(tuán)聚對(duì)復(fù)合材料熱導(dǎo)率有所貢獻(xiàn)；