石墨烯是一种由碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,是目前最具发展潜力的新型材料之一,具有良好的力学及电学性能,广泛应用于各个领域,如医疗、新能源电池、移动通信、航空航天等,具有极高的研究价值。将其作为增强基与其他材料复合,使得复合材料兼具二者的优异性能,但由于石墨烯具有大的比表面,导致石墨烯流动性差,在基体材料中极易团聚不易均匀分散,影响了复合材料的性能,因此,如何实现石墨烯在基体中有效可控分散是目前亟待解决的关键性技术,本文在成功制备石墨烯复合微粒的基础上设计了两条技术路线解决该问题,采用数值模拟与实验研究相结合的方法分别研究石墨烯复合微粒与半固态酚醛树脂基体的结合行为、实现在陶瓷基体内的可控分散,并获得实现预定目标的最佳工艺参数,为制备多功能高性能的石墨烯器件提供了可能,有着重要的研究意义和应用前景。路线一以半固态酚醛树脂为基体,采用数值模拟与实验验证相结合的方法,研究多个石墨烯复合微粒以不同速度冲击半固态酚醛树脂基体的行为,揭示二者的结合机理。研究表明,粒子的冲击速度越大,二者的塑性变形越严重,复合微粒传递至基体内的能量越多,此时基体变为粘弹性越有利于结合,当冲击速度达到600m/s时,发生绝热剪切失稳现象,基体表面破裂,复合微粒可完全嵌入机体内,当冲击速度达到700m/s发生粒子间的反弹现象,结合效率下降;同时,将实验测得的石墨烯复合微粒群与基体结合深度与模拟数据对比,发现结合深度都在600m/s发生陡升且都大于粒子的直径,同时发现二者的结合数量在此速度下也是最大的,结合二者的微观结合形貌分析,石墨烯复合微粒群喷射成型的最佳冲击速度为600m/s。路线二将喷射成型与光固化快速成型相结合,设计新型分散性喷嘴、调试新的三维移动平台,将莫来石陶瓷粉末与光敏树脂混合制得陶瓷浆料,研究不同工艺参数下石墨烯复合微粒在陶瓷基体内的分散效果。课题组首先在一定工艺参数下,保证分散喷嘴的压力比=1,调整喷嘴的直射流压强和旋流压强,将石墨烯复合微粒喷射至不同固含量陶瓷浆料内,并进行紫外光固化,观察二者的结合状态,确定最佳直射流压强、陶瓷浆料固含量。实验发现同一固含量下二者的结合深度随着压力比的减小而减小,50%、45%固含量陶瓷浆料粘度太大,石墨烯复合微粒无法完全嵌入基体内,但当压力比为1=0.4MPa/0.4 Mpa、固含量为40%工艺参数时,石墨烯复合微粒完全嵌基体内部,因此确定陶瓷浆料的固含量为40%,直射流压力为0.4Mpa。利用ANSYS模拟不同压力比=直射流压力/旋流压力、喷射距离对石墨烯复合微粒在陶瓷基体上分散效果的影响。分析表明,压力比越小,喷嘴出口处外旋气流越强且越明显,越有利于粒子的分散;同时随着压力比的减小,喷嘴腔内开始以直射流为主导,气流分散均匀,随后后当旋流大于直射流,二者发生碰撞,产生分流,当腔内旋流占主导地位时,气流分散逐渐均匀且分散范围增大,但当旋流越大与直射流不在平衡时,腔内气流发生倾斜。同时利用分析软件将图片网格化,分析粒子与网格的占比的标准差,从而评判粒子分散的均匀性,标准差越小分散效果越好。当压力比为k=0.4MPa/0.8MPa时标准差最小,为0.2124,此时粒子分散效果最好,k=0.4MPa/0.8MPa为最佳压力比;随着喷射距离的增加,气流对基体的影响作用越小,石墨烯复合微粒嵌入基体时的速度越小,分散范围最大增加至喷嘴出口的1.5倍;当喷射距离为0.05m时粒子分散效果的标准差最小为0.0709,得到最佳喷射距离;并通过实验进行验证,同时得到陶瓷基体的固化厚度与固化时间的拟合曲线,得到石墨烯复合微粒完全嵌入基体的最佳固化时间。