石墨烯具有極其優異的力學性能，是理想的復合材料增強體。以商業純鋁為基體，石墨烯為增強相，通過超聲破碎儀混合制備石墨烯-Al復合粉末，通過真空熱壓燒結制備石墨烯-Al復合材料，通過掃描電鏡 (SEM)、差熱分析(DSC)、X-射線衍射分析(XRD)、顯微硬度計表征了材料的宏觀形貌、微觀形貌、反應 溫度、相組成和顯微硬度等。結果表明：石墨烯和Al在400℃時便開始發生反應，但在600℃以下時，兩者反應速度較慢，在Al熔點以上時，石墨烯和Al反應速度明顯增加，石墨烯和Al反應生成Al4C3；少量的 Al4C3可以增強石墨烯和Al基體的結合力，有利于提高材料的力學性能，但是大量脆性Al4C3生成時，材料的力學性能下降。

鋁合金因其具有低密度、高比強度和成型性能好等特點，在航空領域有著廣泛的應用，但目前研制成熟并投入實際應用的高強鋁合金的屈服強度都在 500 MPa 以內，抗拉強度也很難超過 700 MPa ，而同為輕質合金的高強鈦合金的抗拉強度卻在 1000 MPa 以上。為了適應航空領域的發展，必須進一步提高鋁合金的強度，而采用固溶強化、析出強化等傳統強化方式進一步提高鋁合金性能的空間已經非常有限，必須尋找新的鋁合金強化途徑。石墨烯自 2004 年發現以來，因其優良的電學、力學、熱學等性能，被作為添加劑制備石墨烯–樹脂復合材料、石墨烯–金屬復合材料，改善樹脂或金屬基體的力學性能和功能特性，但石墨烯增強 Al 基復合材料仍存在一些問題亟待研究，如石墨烯在 Al 基體中的分散、石墨烯-Al 復合材料的成型工藝及石墨烯與 Al 基體反應，其中石墨烯與 Al 基體反應研究對石墨烯-Al 復合材料的增強機理、成型工藝控制具有重要意義。以商業純鋁為基體，石墨烯為增強相，通過超聲波破碎儀混合制備石墨烯-Al復合粉末，通過真空熱壓燒結制備石墨烯-Al復合材料，研究石墨烯和 Al 基體的反應，探究石墨烯增強 Al 基復合材料的微觀機理。

將石墨烯和純鋁粉超聲波破碎儀超聲 1 h，60℃真空干燥 5 h，制備了石墨烯含量為 1.0 wt.%的石墨烯-Al復合粉末；將復合粉末置于真空熱壓燒結爐中，于 300℃、400 MPa 下熱壓燒結 2 h，制備出 1.0 wt.% 石墨烯-Al 復合材料；將復合材料分別置于 400℃、500℃、600℃、700℃或 800℃下，空氣氣氛下熱處理 1 h，研究不同溫度對石墨烯和鋁界面反應的影響；對純 Al 粉采用相同工藝制備了對比試樣。

通過掃描電鏡(JXA-8100)觀察樣品微觀組織，采用 X 射線衍射儀(Rigaku D/Max 2500v/pc)分析樣品中 物相變化，通過同步熱分析儀(A-449F3)研究石墨烯和 Al 基體是否發生反應及開始發生反應的溫度，通過顯微硬度計(UTURE-TECH FM-800)表征材料的顯微硬度變化。

石墨烯和 Al基體在一定溫度下會反應生成 Al4C3，為了探究石墨烯和 Al 基體反應對材料性能的影響， 對相同條件制備的純 Al 和石墨烯-Al 復合材料樣品在不同溫度下保溫 1 h 后進行顯微硬度測試，樣品在不同溫度保溫后硬度先升高，然后逐漸降低。對比不同溫度下兩者硬度值，可以看到，300℃熱壓燒結后，純 Al 的硬度高于石墨烯-Al 復合材料的硬度，在 400℃、500℃和 600℃保溫 1 h 后，石墨烯-Al 復合材料的硬度高于純 Al 的硬度，并隨溫度的升高，硬度增加百分比逐漸增大，700℃保溫 1 h 后，兩者硬度相當。而800℃保溫 1 h 后，純 Al 的硬度又高于石墨烯-Al 復合材料的硬度。 出現這一系列硬度值變化的可能原因是：1) 300℃熱壓燒結時，由于燒結溫度較低，粉體致密性較差， 石墨烯的加入進一步降低了粉體的致密性，且石墨烯和 Al 粉間直接堆疊，結合力較差，導致 300℃熱壓 燒結后石墨烯-Al 復合材料的硬度低于熱壓燒結后純 Al 硬度。2) 400℃保溫 1 h 后，部分石墨烯和 Al 發 生反應生成 Al4C3，增加了石墨烯和 Al 基體間的結合力，石墨烯-Al 復合材料硬度值升高，并超過了 400℃ 保溫后純 Al 的硬度。3) 隨著保溫溫度升高，純 Al 樣品內部應力消除，并伴隨再結晶過程使得材料軟化，表現出隨著溫度升高，材料硬度逐漸降低。在 400℃~600℃時，石墨烯-Al 復合材料也遵循相同的過程， 不過隨著溫度升高，Al4C3的生成量略有增加，表現出硬度降低速度較純 Al 樣品慢。4) 當樣品在 700℃ 和 800℃保溫 1 h 后，由于 Al4C3的大量生成，削弱了石墨烯和 Al 的界面結合，使得石墨烯-Al 復合材料 的硬度快速下降，800℃保溫后，石墨烯-Al 復合材料的硬度甚至低于純 Al 樣品硬度。

石墨烯和 Al 基體在 400℃時開始發生反應，生成 Al4C3；600℃以下時，反應速度較慢；加熱到 Al 熔點以上時，石墨烯和 Al 反應速度明顯增加。

石墨烯-Al 復合材料在 400℃熱處理后，相對于熱壓燒結后材料硬度明顯增加，因為少量 Al4C3的 生成有利于增強界面結合力，提高材料性能。600℃以下熱處理時，隨溫度升高，復合材料相對于相同條 件得到的純 Al 塊體的硬度增加百分比逐漸增大，而高于 Al熔點后，石墨烯-Al 復合材料的硬度顯著下降， 甚至低于純 Al 塊體的硬度，主要是因為高溫下，大量生成的 Al4C3 削弱了石墨烯和 Al 基體的界面結合力。