本發(fā)明涉及一種復合材料，具體涉及一種裝甲材料的制備方法。

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)和極高的鍵強度，石墨烯是目前已知的世界上比強度最高、最堅硬的納米材料，其斷裂強度高達130Gpa。因此，利用石墨烯的高強度，并將其與金屬材料復合，制備成石墨烯金屬復合材料，是一種新型的高強高韌金屬基復合材料。

目前石墨烯與金屬復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銅復合材料時，由于石墨烯二者密度差異大，石墨烯很難在銅液內(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，惡化材料性能。因此石墨烯銅復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銅復合材料時，需要首先獲得石墨烯和銅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銅復合塊體材料，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。因此，石墨烯銅復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，武裝直升飛機采用鈦合金防彈裝甲。但是未來戰(zhàn)爭對陸軍的遠程投送能力、武裝直升飛機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)的復合裝甲材料。

對于銅基復合材料來說，增強相在銅基體中的分布是否均勻、增強相是否發(fā)生團聚、界面結(jié)合是否緊密，直接決定著復合材料性能的優(yōu)劣。石墨烯存在尺寸小，比表面積大，很難分散，很容易團聚的問題，因此，石墨烯在銅基體中的均勻分散如何實現(xiàn)，是制備石墨烯銅復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銅復合材料時，如何獲得石墨烯在銅合金粉體中均勻分散的混合粉體，是制備高品質(zhì)石墨烯銅復合材料的前提和基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種裝甲材料的制備方法，該方法對石墨烯與銅和/或銅合金粉末混合方法進行改進，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：

一種裝甲材料的制備方法，其特征在于，所述銅合金包括按質(zhì)量百分比的下述組分：Bi≤0.01％；Pb≤0.003％；O≤0.04％；余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)。

進一步地，所述銅合金包括按質(zhì)量百分比的下述組分：Cu:61～63％；Sn:0.7～1.1％；余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)。

進一步地，所述銅合金包括按質(zhì)量百分比的下述組分：Cu:62％.

進一步地，所述銅合金包括按質(zhì)量百分比的下述組分：Sn:0.8％

進一步地，制備的步驟如下：

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

2)石墨烯包覆銅和/或銅合金粉末：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溶液霧化噴灑于在混合機中高速旋轉(zhuǎn)的銅和/或銅合金粉末上；

3)于混合機中對包覆后的石墨烯/銅合金粉末混合20～100min，即得裝甲材料的制備方法。

進一步地，所述方法制備的石墨烯包覆的銅合金粉末中，按質(zhì)量百分數(shù)計含：石墨烯0.05％～9％，銅和/或銅合金91％～99.95％；所述銅和/或銅合金粉末的粒徑為10～100μm。

進一步地，所述花灑網(wǎng)眼尺寸為100μm～200μm。

進一步地，所述離心納米分散機的轉(zhuǎn)速為8000rpm，線速度為100m/s；所述混合機的轉(zhuǎn)速為1000rpm。

進一步地，所述納米片有機溶液中的有機溶劑為包括乙醇、NPM、聚乙二醇和/或PVP中的一種或多種，所述有機溶劑的濃度為20％～100％。

進一步地，所述納米片有機溶液中的有機溶劑為無水乙醇。

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的制備方法，實現(xiàn)了石墨烯在銅合金粉體表面的包覆，有利于在石墨烯金屬復合材料中形成高質(zhì)量的石墨烯金屬界面結(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)生團聚，無二次團聚和重新 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銅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，使石墨烯更好的在銅合金粉體表面包覆，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納米分散機結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本發(fā)明實施例制得的裝甲材料的制備方法的掃描電鏡(SEM)；

圖3本發(fā)明對比例制得的裝甲材料的制備方法的掃描電鏡(SEM)。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明進行詳細的說明。

所述離心納米分散機包括位于驅(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和機殼5，其中，所述循環(huán)攪拌裝置3的進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：

石墨烯包覆銅合金粉末包括如下重量份計的組分：石墨烯0.05％，銅合金99.95％。石墨烯可以由Hummer’s法制備。銅合金為按質(zhì)量百分比的下述組分：Pb：0.003％；O：0.02％；余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)；銅合金粉末的粒徑為60μm。

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的高效混合機中旋轉(zhuǎn)的銅和/或銅合金粉末；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，保持高效混合機繼續(xù)運行100min；

4)將混合均勻的石墨烯包覆銅合金的粉末從高效混合機中取出。

實施例2：

石墨烯包覆銅合金粉末包括如下重量份計的組分：石墨烯9％，銅合金91％％。銅合金為按質(zhì)量百分比的下述組分：Bi：0.01％；O：0.04％；余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)。銅合金粉末的粒徑為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1000rpm的高效混合機中旋轉(zhuǎn)的銅和/或銅合金粉末；

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

4)將混合均勻的石墨烯包覆銅合金的粉末從所述高效混合機中取出。

實施例3

石墨烯包覆銅合金粉末包括如下重量份計的組分：石墨烯5％，銅合金95％。銅合金為按質(zhì)量百分比的下述組分：Bi≤0.005％；Pb：0.003％；余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)。銅合金粉末的粒徑為100μm。

1)將石墨烯在有機溶劑(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的離心納米分散機中，得到離心分散后的石墨烯納米片有機溶液，所述石墨烯納米片有機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溶液在壓力下通過花灑網(wǎng)眼尺寸180μm的噴淋裝置霧化成小液滴，均勻地灑向在700rpm的高效混合機中旋轉(zhuǎn)的銅和/或銅合金粉末；

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

4)將混合均勻的石墨烯包覆銅合金的粉末從所述高效混合機中取出。

實施例4

石墨烯包覆銅合金粉末包括如下重量份計的組分：石墨烯5％，銅合金95％。銅合金為按質(zhì)量百分比的下述組分：Cu:61％；Sn:1.1％；余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)。銅合金粉末的 粒徑為70μm。

1)將石墨烯在有機溶劑(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的離心納米分散機中，得到離心分散后的石墨烯納米片有機溶液，所述石墨烯納米片有機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的高效混合機中旋轉(zhuǎn)的銅和/或銅合金粉末；

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

4)將混合均勻的石墨烯包覆銅合金的粉末從所述高效混合機中取出。

實施例5

石墨烯包覆銅合金粉末包括如下重量份計的組分：石墨烯0.05％，銅合金99.95％。銅合金為按質(zhì)量百分比的下述組分：Cu:63％；Sn:0.7％；余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)。銅合金粉末的粒徑為10μm。

1)將石墨烯在有機溶劑(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的離心納米分散機中，得到離心分散后的石墨烯納米片有機溶液，所述石墨烯納米片有機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的高效混合機中旋轉(zhuǎn)的銅和/或銅合金粉末；

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

4)將混合均勻的石墨烯包覆銅合金的粉末從所述高效混合機中取出。

實施例6

石墨烯包覆銅合金粉末包括如下重量份計的組分：石墨烯9％，銅合金91％。銅合金為按質(zhì)量百分比的下述組分：Cu:62％；Sn:1％；余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)。銅合金粉末的粒徑為100μm。

1)將石墨烯在有機溶劑(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的離心納米分散機中，得到離心分散后的石墨烯納米片有機溶液，所述石墨烯納米片有機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的高效混合機中旋轉(zhuǎn)的銅和/或銅合金粉末；

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

4)將混合均勻的石墨烯包覆銅合金的粉末從所述高效混合機中取出。

對比例1

1)將粒度為40μm的銅合金霧化粉體和石墨烯(添加量為石墨烯/銅合金復合材料量的0.1～5.0wt.％)，在轉(zhuǎn)速10～30r/min的混粉機中混合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箱中，待其溫度恢復至室溫后取出。

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銅合金粉末，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銅合金粉末的表面，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)了石墨烯在銅合金粉體表面的包覆，有利于在石墨烯金屬復合材料中形成高質(zhì)量的石墨烯金屬界面結(jié)合；石墨烯不容易發(fā)生團聚，無二次團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)或團聚；無需振動和篩分，從而避免了由此帶來的石墨烯和銅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，使石墨烯更好的在銅合金粉體表面包覆，即環(huán)保安全，又縮短制備周期。

最后應當說明的是：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)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進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，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。