1、.開題報告1、 選題依據(jù)1、選題的來源、目的和意義 石墨基復(fù)合材料是由石墨等材料作為基體或增強(qiáng)體，通過復(fù)合工藝組合而成的材料，屬于無機(jī)非金屬基復(fù)合材料，是耐溫最高的材料，其強(qiáng)度隨著溫度升高而增加，在溫度約為2500達(dá)到最大值，同時具有良好的抗腐蝕性能和抗熱震性能。七十年代初，發(fā)展出一種新型的復(fù)合材料石墨鋁。石墨顆粒的加入能顯著提高材料的耐磨、減磨和自潤滑性能，同時大大改善材料的吸震性和切削加工性能，降低材料的膨脹系數(shù)，因此使材料適于制造活塞、缸套、軸瓦、襯套等耐磨件，也可作剎車、傳動零件或減震零件，有著廣闊的應(yīng)用前景。 鋁合金具有低的密度、高的強(qiáng)度和良好的延展性，在航空、航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用

2、。作為結(jié)構(gòu)材料，如何提高鋁合金強(qiáng)度一直是其研究者的主攻方向。目前來看，利用改變合金熔煉方式、調(diào)控成分、調(diào)整熱處理和變形工藝等方法在進(jìn)一步提高鋁合金性能難有突破，鋁基復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。在鋁合金中填加石墨、碳化硅、碳化硼和碳納米管制備鋁基復(fù)合材料來提高合金強(qiáng)度成為學(xué)者們研究方向。但增強(qiáng)效果不盡人意，且材料的塑性大幅降低。石墨烯納米片具有高的強(qiáng)度，大的比表面積和較好的延伸率，將其添加到鋁合金中形成鋁基復(fù)合材料比傳統(tǒng)基體合金具有更高的強(qiáng)度、剛度和優(yōu)良的高溫力學(xué)性能、低的熱膨脹系數(shù)、優(yōu)良的耐磨性，在航空、航天、汽車、電子和交通運(yùn)輸工業(yè)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。 石墨烯是迄今為止世界上發(fā)現(xiàn)的最堅韌、導(dǎo)電和導(dǎo)

3、熱最好的材料。為盡快使石墨烯達(dá)到工程應(yīng)用狀態(tài)，歐盟在2012年啟動石墨烯旗艦技術(shù)項(xiàng)目，美國也大力投入，并且在石墨烯作為超強(qiáng)電容器等應(yīng)用研究已取得了突破性進(jìn)展。濕化學(xué)還原法容易實(shí)現(xiàn)石墨烯納米片的大批量制備，并且獲得的石墨烯具有較好的親水性和單分散性，是理想的復(fù)合材料納米填料。因此，石墨鋁復(fù)合材料的出現(xiàn)極大的改變了當(dāng)前的格局，使材料在成本運(yùn)用和損耗方面都有不錯的改善。2、選題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及存在問題 金屬基石墨復(fù)合材料是在金屬基體中均勻彌散一定量的石墨。在金屬或合金中加入石墨，所得復(fù)合材料不僅具有基體材料的性能，而且還具有石墨的特性，如自潤滑性、小的線膨脹系數(shù)、良好的減震性、導(dǎo)熱性等，

4、最重要的是還能明顯進(jìn)步材料的耐磨性和抗擦傷性，非常適用于制造活塞、軸承等耐磨減震的零件。現(xiàn)代研究材料科學(xué)的工作者們對該復(fù)合材料進(jìn)行了多年的研究，研究成果是已經(jīng)有部分復(fù)合材料成為商品或預(yù)成為商品而進(jìn)入社會活動，同時由于該類商品性能的優(yōu)越性，越來越多人的目光已被吸引。 美國Could公司在海軍的部分資助下，將要為美國大型核潛艇研制新型蓄電池。在這種電池中采用了Cr/Pb復(fù)合材料電池板，這種電池板與鋁酸蓄電池相比，不僅電池的壽命更長而且在相同容量的情況下，前者還可減輕重量，縮小體積。 DWA公司用石墨纖維增強(qiáng)鋁復(fù)合材料為NASA和Lockheed公司制造衛(wèi)星上的波導(dǎo)管，這種波導(dǎo)管不僅膨脹系數(shù)低、導(dǎo)電

5、性能好、軸向剛度高，而且比原用石墨/環(huán)氧-鋁層復(fù)合材料制成的波導(dǎo)管輕30%。20世紀(jì)70年代國際鎳公司研制鋁基石墨復(fù)合材料代替鑄鐵缸套，在一定程度上提高了耐磨性、抗咬合性、自潤滑性和功率。 鋁基石墨軸承已經(jīng)成功替換了在機(jī)械工具、電風(fēng)扇、水泵和連桿末端柴油機(jī)中的青銅和泡沫軸承，此外，還替換了銅合金軸承，并且成功應(yīng)用在艦船柴油機(jī)上。石墨鋁顆粒復(fù)合材料活塞在3.7KW柴油機(jī)實(shí)驗(yàn)中，活塞和活塞環(huán)的磨損降低，摩擦馬力損失減少，同時燃料的消耗也減少。美國航天航空局已經(jīng)采用石墨鋁復(fù)合材料作為航天飛機(jī)中部長達(dá)20米的貨艙架。二、選題研究方案1.選題研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題研究目標(biāo)：石墨鋁復(fù)合材料的

6、制備及力學(xué)性能的研究研究內(nèi)容： 本次研究的是在一定的工藝條件下，選擇石墨和鋁進(jìn)行復(fù)合，首先確定出原材料的粒度和含量，制備出石墨鋁復(fù)合材料。分析出最佳配比，然后對復(fù)合材料進(jìn)行對強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能進(jìn)行測試，將測試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最后對其作出系統(tǒng)的闡述，得出本研究課題的結(jié)論。擬解決的關(guān)鍵問題：選擇不同粒度的石墨與鋁粉混合添加不同的粘結(jié)劑來制備不同比例成分的試樣選擇一試樣利用萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測試不同條件下的式樣性能研究式樣的硬度、抗壓性能、摩擦磨損及利用電鏡觀察試樣2.擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析（已有的研究工作基礎(chǔ)和研究條件）研究方法：此次實(shí)驗(yàn)我們選用的是粉末冶金法獲得試樣

7、，總共獲得兩組六個樣品，分別為石墨鋁硅的復(fù)合材料三個，其壓制過程中又分別有、石墨含量、顆粒大小等變量，另一組為石墨鋁鈦的復(fù)合材料，變量同上。然后分別利用萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、掃描電鏡等設(shè)備進(jìn)行力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)。石墨預(yù)處理石墨烘干熱壓、冷壓燒結(jié)石墨鍍層實(shí)驗(yàn)流程：力學(xué)性能測試實(shí)驗(yàn)方案：第一步，先用98%濃硫酸稀釋酸洗石墨（濃硫酸：石墨：水=1：2：6）；第二步，浸泡三天后過濾用蒸餾水漂洗三次，在鼓風(fēng)干燥機(jī)中風(fēng)干（兩天）；第三步，篩選，先將石墨用40目篩篩選一次，將40目篩下再用60目篩篩選第二次，經(jīng)過兩次篩選區(qū)分出40目篩上、40-60目和60目篩下。第四步,選用第三步中三種不同顆粒大小的石墨與硅粉，

8、鋁粉進(jìn)行球磨，球磨時間3小時，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速350轉(zhuǎn)/分，每次球磨材料總質(zhì)量100克。第五步：真空加壓燒結(jié)，每次加料25克抽真空到40兆帕，2小時升溫至800度，保溫兩小時后隨爐冷到室溫（或者第五步，用壓片機(jī)壓片，每個式樣25克。第六步，真空燒結(jié)，抽真空到40兆帕，2小時升溫至800度，保溫兩小時后隨爐冷到室溫。）最后將燒結(jié)好的式樣進(jìn)行摩擦磨損，抗彎，抗壓等力學(xué)性能分析。可行性分析：相關(guān)研究工作積累：根據(jù)不同比例原料用粉末冶金法獲得試驗(yàn)樣品利用萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、掃描電鏡等設(shè)備對每個樣品進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)，并對結(jié)果進(jìn)行分析比較已具備的研究條件：經(jīng)過查閱資料,本人對實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)已經(jīng)有了比較清晰的認(rèn)識,對實(shí)驗(yàn)方

9、法及流程也有了較為明確的認(rèn)知，基本具備研究的能力。學(xué)校良好的科研環(huán)境為我們提供了鼓風(fēng)干燥機(jī)、萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、罐磨機(jī)、真空碳管燒結(jié)爐、真空單向熱壓爐、掃描電鏡等設(shè)備。3、選題研究及論文工作計劃2016年2月25日-2016年3月15日確定選題、收集資料、擬定開題報告和研究方案。2016年3月15日-4月 25日實(shí)驗(yàn)并收集整理資料。完成設(shè)計論文的初稿 做實(shí)驗(yàn)測試及分析2016年4月25日-5月15日 做實(shí)驗(yàn)測試及分析2016年5月15日-5月28日 論文定稿并準(zhǔn)備 答辯4、預(yù)期研究成果合成具有良好力學(xué)性能的石墨鋁復(fù)合材料。對比不同比例成分樣品的力學(xué)測試結(jié)果,確定最好的石墨鋁復(fù)合材料的原料比及工

10、藝方法。順利完成論文工作。5、附主要參考文獻(xiàn)【1】陳康華、王一平、劉紅衛(wèi) 鋁-石墨復(fù)合材料的制備與性能及應(yīng)用 輕合金加工技術(shù) 1999,VOI.27,施4【2】 張帆 碳-石墨-鋁復(fù)合材料制備工藝及力學(xué)性能的研究 熱加工工藝1999年第2期【3】顏長舒 石墨鋁硅復(fù)合材料的制備及性能 中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報第26卷第2期1995年4月【4】 齊天嬌 石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備及力學(xué)性能研究 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報 第20 卷第3 期2015 年6 月【5】 管仁國 石墨烯鋁基復(fù)合材料的制備及其性能 第41 卷 增刊2 稀有金屬材料與工程 Vol.41, Suppl.22012 年 9 月 【6】劉永正 金

11、剛石-鋁復(fù)合材料影響因素研究 超硬材料工程第21卷第5期2009年10月【7】張永振 材料干滑動摩擦磨損性能的研究進(jìn)展 2005年7月摩擦學(xué)學(xué)報第25卷第4期【8】朱洪睿 石墨鋁基自潤滑材料的制備及性能表征 潤滑與密封 2012 年1 月第37 卷第1 期【9】薛晨 金剛石-碳化硅-鋁復(fù)合材料的熱膨脹性能 中國有色金屬學(xué)報 第21 卷第8 期【10】喻蒙 金剛石-鋁復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu) 復(fù)旦學(xué)報（自然科學(xué)版） 第卷第期年月【11】梁雄 提純土狀石墨對鋁碳材料顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響 硅酸鹽學(xué)報第卷第期年月【12】 羅兵灰 鋁硅合金-石墨復(fù)合材料的制備及阻尼性能 兵器材料科學(xué)與工程 1997年3月第20卷第二期 【13】蒲澤林 顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法綜述 現(xiàn)代電力 第19卷第6期【14】P.K,ROHATGI Production of cast aluminium-graphite particle composites using a pellet method JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 13（1978）329-335P. K. ROHATGI【15】K. L. Juhasz, P. Baumli, G.