石墨烯增强TC4复合材料的微观组织及力学性能

周海雄，王庆娟，王 伟，韩子茹，侯婷丽

(西安建筑科技大学，陕西 西安 710055)

0 引 言

石墨烯(Graphene， GNP)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成呈蜂巢晶格的单原子层厚度的新型二维材料。由于其优异的力学性能和突出的导电导热性，近年来引起了学术界的广泛关注[1-2]。为了利用石墨烯的优越性能，通常将其分散在各种基体材料中，如聚合物、金属和陶瓷等。近年来有报道称，石墨烯可作为增强相来改善金属材料的力学性能，如铝[3-4]、镁[5]、铜[6]。Ankita Bisht等人[7]通过粉末冶金工艺合成了石墨烯/铝复合材料，发现该复合材料的屈服强度和抗拉强度分别提高了84.5%和54.8%。

钛及钛合金因其高比强度、高比模量、良好的抗氧化性能和耐腐蚀性能而广泛应用于航空航天、海洋和化工等领域[8-10]。随着工业的发展，对钛合金性能有了更高的要求。弥散强化是提高钛合金力学性能的有效方法之一。在以往的研究中，采用陶瓷颗粒(TiC[11]、TiB[12])、碳纳米管[13-14]等增强材料，通过粉末冶金的方法提高钛及钛合金的强度。然而，上述方法增强钛合金表现出高强度和低塑性。即掺入硬增强材料增加了材料的强度，但降低了材料的断裂韧性，导致材料的塑性较差[15]。与上述增强材料相比，石墨烯具有更高的强度、延伸率和比表面积，可使复合材料的强度和塑性达到良好匹配[2]。

本研究采用粉末冶金法，通过放电等离子烧结(spark plasma sintering， SPS)制备石墨烯/TC4复合材料，研究复合材料的组织和压缩性能，并与基体合金的性能进行对比，以期石墨烯在提高TC4钛合金强度的同时也使其保持良好的塑性。……