专业知识

目前，随着高新技术领域的发展，对高性能材料的需求也越来越迫切。在航空航天、国防等领域，金属基复合材料（MMC）已成为受青睐的对象，有时甚至是不可替代的。大多数 MMC 的机械性能取决于它们的增强填料。最近用于 MMCs 的增强材料包括氮化物陶瓷 (TiN, BN)、氧化物陶瓷 (, SiO2)、碳化物 (TiC, WC) 和不同的碳同素异形体。然而，由于作为 MMCs 的优良填料，它已经吸引了近年来备受关注，对石墨烯增强金属基复合材料的大量研究表明，石墨烯确实改善了复合材料的机械、热学和电学性能。

在众多金属材料中，铝及铝合金由于重量轻，在许多新兴工业领域（如航空、航天）中占有重要地位。同时，作为工业4.0的主要推动者，金属的三维（3D）打印，例如基于粉末的增材制造（AM）技术，包括选择性激光烧结（SLS）和选择性激光熔化（SLM） )，正在进行广泛的探索 [18, 19]。在这方面，研究金属 3D 打印在从铝基复合材料制备大块零件中的有效性将是理想的。

胡增荣等。通过球磨制备不同石墨烯重量比的石墨烯和铝粉的混合物，并通过激光选区熔化制备块状Gr-Al复合材料。扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜 (TEM)、X 射线衍射 (XRD)、X 射线光电子能谱 (XPS)、能量色散光谱 (EDS) 和拉曼光谱用于分析纳米材料。表征了微观结构和组成。表面和横截面图像、XRD图谱和拉曼光谱不仅证实了石墨烯在Gr-Al复合材料中的存活，而且证实了石墨烯在复合材料中的分布。高分辨率 TEM() 图像进一步揭示了铝、石墨烯和碳化铝的共存。维氏硬度和纳米压痕测试表明，复合材料的硬度有了很大的提高。与纯铝相比，最佳复合样品的维氏硬度达到75.3%。综合实验结果表明，他们通过激光3D打印制备了石墨烯-铝纳米复合材料。

激光3D打印石墨烯铝工艺示意图

激光 3D 打印 Gr-Al复合 材料样品

他们的团队首先进行球磨，然后通过 SLM 加工 3D 打印出来。采用行星式球磨机（转速200R~2min，2h，不锈钢球）将Al粉和石墨烯片混合在一起，然后以一定的激光功率进行激光烧结。

从这些SEM图像可以看出，不同石墨烯重量比的纯Al和Gr-Al的表面形貌相似，整个样品表面形貌较为平坦，没有连续的孔面积。这表明激光3D打印工艺对于制备高质量复合材料是有效的。然而，随着石墨烯重量比的增加，Gr-Al 样品的表面表现出略微不同的形态，即粗糙的位置和颗粒区域。这可以归因于混合石墨烯片倾向于将基质材料连接在一起，并且随着它们的重量比增加，它们自身聚集在一起。

激光3D打印复合材料表面形貌的SEM图像

随着石墨烯含量的增加，样品的平均硬度值增加，样品的一系列力学性能可以得到显着改善，但过高的石墨烯含量会降低材料性能的改善。

3D 打印（增材制造）被认为是制造业的一场革命，尤其是基于高功率光束的激光或其他金属 3D 打印技术。胡增荣的团队给了我们很大的可能。激光3D打印技术的使用可以进一步提升复合材料的性能高铬合金复合衬板制作高铬合金复合衬板制作，相信也将有助于实现材料在其他领域的突破。

参考：

[1] 胡志，陈飞，徐杰，等。3D-[J]. 的 & , 2018, 746.