仿生叠层构型石墨烯对铝基复合材料的纳米摩擦性能的影响

叶雯婷, 周 青*, 罗大微, 李 赞, 陈小林,, 王显宗, 王海丰, 管仁国

(1. 西北工业大学 凝固技术国家重点实验室先进润滑与密封材料研究中心, 陕西 西安 710072;2. 上海交通大学 金属基复合材料国家重点实验室, 上海 200240;3. 大连交通大学 连续挤压教育部工程研究中心, 辽宁 大连 116028)

自然生物材料(例如骨骼、贝壳和蜘蛛丝等)经过长期进化而具有由两种不同材料有序交替叠加的理想叠层结构，从而拥有高强度、高韧性和低密度等优良性能[1]. 仿生叠层结构复合材料不仅能显著提高硬度、抗拉强度[2]、抗弯强度[3]、断裂韧性[3]和耐磨性[4-5]，还能改善应力应变分布并增强能量吸收率[6]. 近年来，石墨烯因具有与众不同的二维平面结构和优异的光学、电学、力学、热学特性及机械强度而受到广泛关注[7-8].由于小尺寸的增强相搭建仿生叠层结构有利于获得更好的性能[9]，因此，石墨烯作为碳质固体润滑材料(碳纳米管和石墨等)的基本结构单元[10]，是搭建仿生叠层结构的小尺寸理想增强体. 作为制造石墨烯金属基复合材料的适用途径之一，粉末冶金工艺近来被广泛发展且用于制备铝基石墨烯复合材料[11]. Zhang等[12]通过球磨结合真空烧结制备出均匀的石墨烯铝基复合材料，Pranav等[13]将原料依次经过球磨和放电等离子烧结制备了石墨烯/氧化铝/硅共同增强铝基复合材料. 由此可见，传统粉末冶金工艺常将原料粉末混合球磨，但石墨烯的结构完整性往往难以确保. 不仅如此，目前对于仿生……