劉文義, 胡小會, 李亞鵬, 唐 玲, 張 會

（1.陜西理工大學 材料科學與工程學院, 陜西 漢中 723000；2.陜西理工大學 土木工程與建筑學院, 陜西 漢中 723000）

鋁和鋁合金在航空航天和汽車交通等現(xiàn)代工業(yè)領域應用廣泛。而今鋁及鋁合金在比強度、塑韌性和加工性能等方面已經跟不上現(xiàn)代工業(yè)技術飛速發(fā)展的需求，如航空航天飛行器在結構設計上要減輕質量，就要求在選材上做到質量更輕、強度更高、韌性更好，因此鋁基復合材料應運而生。鋁基復合材料的高強度來自添加的增強相以及增強相與基體金屬的復合界面，研究人員在鋁基增強復合材料所能添加的增強相方面做了大量的研究工作，目前能夠用于鋁基復合材料的增強相的種類按照其形貌主要分為以下三種：（1）顆粒增強相。包括SiC[1-2]、石墨[3-4]、TiC[5]、Al2O3[6]和 B4C[7-8]等，上述顆粒狀增強相的尺寸大多在微米級，加入鋁基體后，雖然鋁合金材料力學性能得以提高，但塑性會變差；（2）纖維增強相。主要是碳纖維[9-10]，其單絲直徑約7 μm，但在550 ℃以上碳纖維增強相容易與鋁發(fā)生化學反應，形成Al4C3脆性相，對復合材料力學性能有重要影響[11]；（3）片狀增強相。包括碳納米管[12-14]、石墨烯[15-21]等，此類增強相尺寸一般在納米級，在基體材料中均勻分布有利于材料力學性能的提高。與顆粒增強相和纖維增強相相比，石墨烯由于獨特的結構和性能，將其作為增強相加入鋁材料中，可在很大程度上改善鋁合金材料的抗拉強度、屈服強度、硬度和抗彎剛度等力學性能[16]。

目前，作為強化相加入金屬基體的石墨烯應用較多的是石墨烯納米片，其尺寸比單層石墨烯大，但性能和單層石墨烯相似，且比單層石墨烯容易制備、儲存和控制[22]，被認為是制備石墨烯納米復合材料特別是以鋁合金為基體的復合材料的一種良好的納米增強體[19,23-24]。研究人員從制備工藝角度出發(fā)，圍繞其強化機制、界面形成機理及性能等方面進行了大量的實驗研究，以期改善鋁合金材料力學性能不足，滿足其在現(xiàn)代制造業(yè)的應用需求。本文對近幾年石墨烯鋁基復合材料在制備工藝、力學性能和強化機制等方面所取得的重要成果進行歸納總結，并對石墨烯增強鋁基復合材料未來的發(fā)展趨勢進行展望。

1 石墨烯鋁基復合材料的制備工藝

對石墨烯增強鋁基復合材料的力學性能、微觀組織和強化機制等進行研究的前提是復合材料的制備工藝，其制備需要解決的主要問題是：（1）石墨烯均勻分散；（2） 石墨烯與鋁能夠形成結合能力較好的界面。目前，可制備石墨烯增強鋁基復合材料的工藝技術按照制備工藝中的鋁基體狀態(tài)主要分為以下三種：液態(tài)成形法、粉末成形法和復合加工成形法。

1.1 液態(tài)成形法

鋁基體材料在成形過程中呈熔融狀態(tài)，可以將攪拌鑄造、擠壓鑄造、3D打印中的激光選區(qū)熔化工藝等歸類為液態(tài)成形工藝。該方法是將石墨烯與鋁基體的混合粉末添加到熔融態(tài)鋁中冷卻或者石墨烯與粉末鋁混合再熔融冷卻獲得石墨烯增強鋁基復合材料，其優(yōu)點是生產效率高，易于實現(xiàn)量產；其缺點是在高溫下增強相石墨烯容易和金屬鋁發(fā)生反應，生成脆性相Al4C3，同時由于液態(tài)成形法屬于鑄造工藝的一種，制備過程中易產生氣孔、縮孔等鑄造缺陷，以致材料組織不夠致密，而且石墨烯易團聚，難以實現(xiàn)均勻分布。針對在攪拌鑄造中容易產生氣孔的問題，可以通過石墨烯預處理和改進攪拌鑄造工藝來減少氣孔，降低孔隙率，比如在混合粉末之前先對石墨烯進行超聲分散處理，再采用攪拌鑄造工藝[25]將石墨烯加入鋁基體。超聲震動能夠有效分散石墨烯，攪拌鑄造工藝的優(yōu)勢之一是可以減少復合材料的鑄造缺陷，Alipour 等[26]將兩者有機結合成功制備了組織相對比較致密、石墨烯分布均勻的石墨烯-AA7068鋁基復合材料。為了獲得組織更加致密的石墨烯鋁基復合材料，Venkatesan 等[27]采用擠壓鑄造工藝制備了石墨烯-7050鋁合金復合材料，研究表明，擠壓鑄造工藝中的壓力有助于消除氣孔、縮松等鑄造缺陷，降低氣孔率，尤其是石墨烯質量分數(shù)為0.3%時效果更為明顯。顯然，復合材料孔隙率除了和制備工藝相關以外，還和增強體的含量相關。二維平面形態(tài)的石墨烯與鋁基體容易有較大的接觸，隨著石墨烯體積分數(shù)的增加，石墨烯與鋁基體接觸的比例增大，同時，石墨烯也越容易團聚形成孔洞，以致復合材料的孔隙率也逐漸增加[28]，因此增強體石墨烯的含量適當才能使復合材料的孔隙率足夠低，從而獲得組織相對比較致密的復合材料，有利于復合材料力學性能的提高。

3D打印技術[29]作為一種新型增材制造方法在制備石墨烯鋁基復合材料方面與擠壓鑄造、攪拌鑄造等工藝具有同等重要地位。該技術利用計算機建模軟件進行三維建模，用切片軟件對模型切片分層，將分層信息輸入由計算機控制的3D打印機中打印成形。激光選區(qū)熔化技術 (selective laser melting, SLM) 作為目前應用最為廣泛的金屬增材制造技術，在制備復雜零件方面具有廣闊的應用前景[30]。SLM通過對金屬粉末床進行選擇性局部熔化，層層熔覆堆積，直接一次成形獲得性能良好的致密金屬零件[31]。Hu等[32]通過球磨混粉方式將石墨烯加入鋁粉，利用SLM技術制備了不同石墨烯含量的性能優(yōu)良的鋁基復合材料，因強化相石墨烯的存在復合材料的硬度比純鋁增加了75.3%，但是在3D打印過程中產生了圓棒狀的Al4C3相。通過調整石墨烯和鋁粉的預處理工藝，即有機鋁還原包覆于石墨烯，再采用3D打印技術制備石墨烯鋁基復合材料也會產生少量Al4C3相[30]。Tiwari等[33]將石墨烯和AlSi10Mg按照3∶1混合后球磨，再采用粉末床熔化工藝 (power bed fusion,PBF)制備了石墨烯/AlSi10Mg復合材料，該種工藝是否會生成Al4C3相有待于進一步研究。由此可知，采用3D打印工藝因為加工溫度過高需要將鋁粉熔融，因此在制備石墨烯鋁基復合材料時很容易產生Al4C3相。

1.2 粉末成形法

粉末成形法包括熱等靜壓、熱擠壓、高壓扭轉、燒結等工藝，其本質即粉末冶金法，是目前應用較為廣泛的石墨烯增強鋁基復合材料制備方法。該方法一般步驟是將石墨烯與鋁粉按一定的比例采用球磨方法混合，之后采用壓力加工如熱擠壓、高壓扭轉或燒結等工藝制備石墨烯增強鋁基復合材料。粉末冶金法溫度較高，若工藝參數(shù)控制不合理，鋁和碳很容易發(fā)生反應，反應產物Al4C3相對于復合材料的力學性能會產生不同的影響，主要與Al4C3相的形狀、含量和尺度有關。Li等[22]采用高能球磨和真空熱壓工藝制備石墨烯鋁基復合材料，結果顯示，制備過程中鋁和碳反應生成的棒狀Al4C3相使復合材料的力學性能下降，而Sun等[34]認為復合材料力學性能的下降與Al4C3相的含量有關。雖然Al4C3相的存在可以提高復合材料的硬度和拉伸性能，但是較高含量的還原氧化石墨烯產生了高含量的Al4C3相，導致復合材料力學性能降低。另外，Al4C3相對材料力學性能的影響和其尺寸緊密相關，如Zhang等[35]認為，在熱加工工藝處理過程中石墨烯和鋁生成的納米級別的脆性相Al4C3可以作為復合材料的有效強化相阻礙位錯運動，從而提高材料的力學性能。Rashad等[36]采用球磨和熱擠壓工藝制備的鋁基復合材料力學性能由于石墨烯和Al4C3相的共同作用而得到提高。由此可見，制備石墨烯鋁基復合材料過程中Al4C3相的產生是提高還是降低材料的力學性能還有待于進一步的系統(tǒng)研究。

鑒于Al4C3對復合材料力學性能影響的不確定性，可以換一種思路，考慮在制備石墨烯鋁基復合材料的過程中不產生Al4C3相。有研究認為石墨烯鋁基復合材料在制備過程中脆性相Al4C3的產生取決于以下條件[37-38]：鋁晶粒與石墨烯的緊密接觸是前提條件，在制備過程中的溫度是環(huán)境條件，同時，在前期準備過程中保證石墨烯無缺陷，保持其結構完整和穩(wěn)定性。在制備過程中控制好這幾個因素就不易產生脆性相Al4C3。Pu等[37]制備的石墨烯鋁基復合材料未產生脆性相Al4C3，主要原因是球磨混粉過程中鋁晶粒和石墨烯之間的間隙抑制了反應的進行，隨后的熱擠壓過程消除了物理間隙從而獲得緊密結合的鋁碳界面，另外加工過程中的溫度低于鋁碳反應溫度，在多種因素的綜合作用下而未在復合材料中產生脆性相Al4C3。Li等[38]利用低溫球磨再熱壓燒結制備的石墨烯鋁基復合材料中沒有形成Al4C3相，其原因可能是使用無缺陷且穩(wěn)定的石墨烯納米片，即使燒結溫度高于 Al熔點，無缺陷并且穩(wěn)定的石墨烯納米片與 Al也不會發(fā)生化學反應而生成Al4C3相。

1.3 復合加工工藝(液態(tài)成形+多重塑性變形)

復合加工工藝可以彌補液態(tài)成形工藝中容易產生脆性相Al4C3、粉末冶金法制備的復合材料致密度低等缺點，同時又能制備綜合性能好的塊體石墨烯鋁基復合材料，在復合材料制備領域有較好的發(fā)展前景。Sruti等[39]將氧化石墨烯鋪在銦和銦-鎵薄片上，然后通過反復彎折和軋制工藝獲得了具有非常均勻微觀組織和高導電性能的石墨烯金屬基復合材料。Zhao等[40]利用石墨烯制備了中間合金石墨烯銅來提高石墨烯和鋁的潤濕性再采用復合軋制工藝制備了石墨烯銅/鋁基復合材料，復合材料的拉伸強度相對于基體材料提高了77.5%，硬度提高了29.5%。

軋制工藝是獲得具有均勻微觀組織并有效提高石墨烯金屬基復合材料力學性能的一種方法。累積疊軋焊[41]（accumulative roll bonding, ARB）是20世紀90年代末日本學者Tsuji Nobuhiro發(fā)明的主要用于制備顆粒增強金屬板材超細晶復合材料的一種大塑性變形的工藝方法，是一種將兩塊金屬板材堆疊與軋制復合相交替的加工工藝。累積疊軋焊作為一種簡單、連續(xù)、低成本的高生產率工藝可以減小石墨烯的團聚趨勢，直接生產具有更好的力學性能，利于終端應用的層片狀復合材料，因而在制備石墨烯金屬基復合材料方面有其獨特優(yōu)勢[42]。Ferreira等[43]將氧化石墨烯懸浮液噴涂于潔凈的鋁板表面，采用圖1所示的累積疊軋焊工藝流程成功制備了不同石墨烯含量的鋁基疊層復合材料。研究發(fā)現(xiàn)，累積疊軋道次越多，復合材料的晶粒細化效果越明顯，平均顯微硬度提高了10%，尤其是在第5個疊軋道次的硬度最高，提高了約14%。研究者認為氧化石墨烯不僅促進了硬度增加，而且是抗彎剛度增加的主要原因，抗彎剛度值達到48.9 GPa。累積疊軋工藝可以細化晶粒，石墨烯的加入使這種細化程度又進一步增加了，強強聯(lián)合使得復合材料的力學性能得到提高。

圖1 氧化石墨烯為增強相的累積疊軋工藝流程圖 [43]Fig.1 Representative diagram of ARB process using graphene oxide as reinforcement [43]

Ghazanlou等[44]采用復合加工工藝制備出增強相分布更均勻、致密度更高的石墨烯7075鋁基復合材料。首先將石墨烯與7075鋁合金混合粉末通過氬氣吹入7075熔體內，然后澆鑄到鋼模中，在450 ℃下對制備的鑄錠退火；退火完畢進行450℃熱軋，總變形量為95%，再對所獲得的板材進行累積疊軋。研究發(fā)現(xiàn)，采用復合加工工藝制備的石墨烯鋁基復合材料組織更加致密，第二相和增強相隨疊軋道次的增加其分布更加均勻。

液態(tài)成形法過程中的高溫環(huán)境導致石墨烯和鋁易發(fā)生反應，生成的脆性相Al4C3會影響復合材料力學性能；粉末成形法雖然在實際的應用中較為廣泛，但是工藝控制不當也容易生成脆性相Al4C3，同時，制備的石墨烯鋁基復合材料致密度不高，會使復合材料的力學性能下降。而復合加工工藝方法充分利用各個工藝的優(yōu)勢，比如，混粉過程可以使石墨烯與鋁粉混合均勻，軋制工藝可以消除鑄造過程中產生的缺陷，使復合材料更加致密，累積疊軋工藝可以使組織晶粒更加細小，也可以使石墨烯分布更加均勻，從而獲取微觀組織和力學性能良好的石墨烯鋁基復合材料。若利用石墨烯中間合金再結合復合加工工藝，在提高石墨烯在鋁基體的有效分散程度的同時，能夠提高鋁基復合材料的致密度、力學性能、組織均勻性等綜合性能。各種加工方法的優(yōu)缺點列入表1[22,24-28,32-36,39,43-44]。

表1 各類加工方法的優(yōu)缺點[22,24-28,32-36,39,43-44]Table 1 Advantages and disadvantages of various processing methods[22,24-28,32-36,39,43-44]

2 石墨烯增強鋁基復合材料的強化機制

探索石墨烯在鋁基體中的增強機制有助于石墨烯鋁基復合材料的基本設計，為改進制備工藝以獲得最佳增強效果提供理論指導和參考。目前，研究人員圍繞石墨烯增強鋁基復合材料的強化機制做了大量的實驗研究。本文借鑒顆粒增強鋁基復合材料的強化機制[45]，依據石墨烯的物理特性，結合石墨烯鋁基復合材料的制備處理工藝，總結出細晶強化、Orowan強化、載荷傳遞和熱錯配強化等四種強化機制[18,30,39,46-54]。

2.1 細晶強化機制

細晶強化指材料的力學性能由于晶粒細化而提高的現(xiàn)象，其本質是由于位錯運動受到增多的晶界的阻礙作用而使力學性能增強。采用球磨和熱擠壓工藝制備[35,46]石墨烯復合材料的過程中，球磨工藝有利于石墨烯的均勻分散，同時石墨烯的引入還可以使顆粒狀金屬鋁粉末細化，且在后續(xù)的燒結過程中具有較高力學性能的石墨烯均勻分散在晶界上，從而阻礙晶界遷移，有效抑制晶粒的長大，實現(xiàn)晶粒細化，使復合材料中晶界數(shù)目增加，后續(xù)復合材料在塑性變形過程中位錯受到晶界的阻礙作用增強，提高材料力學性能。石墨烯對復合材料晶粒細化效果非常明顯，如Alipour等[26]制備的石墨烯鋁基復合材料的平均晶粒尺寸由未添加石墨烯時的 550 μm減小到 70 μm，平均晶粒尺寸減小量達到87%，相應的力學性能也大幅提高。石墨烯鋁基復合材料中，細晶強化對復合材料力學性能的貢獻可以通過式（1）來計算[35,47]：

式中：K為強化系數(shù)；Dc為石墨烯鋁基復合材料的平均晶粒尺寸；Dm為未添加石墨烯的基體材料的平均晶粒尺寸。

2.2 Orowan強化機制

Orowan位錯繞過機制在鋁合金強化中起著重要作用，在鋁基體中彌散分布的細小析出相周圍形成的殘余位錯環(huán)所產生的反向位錯應力使位錯遷移更加困難，鋁合金力學性能因位錯的運動受到阻礙而得以提高。復合材料中的石墨烯可以充當Orowan機制中的沉淀相有效阻礙位錯的移動（圖2）[48]。

圖2 石墨烯鋁基復合材料的 Orwan 機制[48] （a） 初始位錯；（b） 位錯受阻變形；（c） 形成位錯環(huán)Fig.2 Schematic diagram of Orowan cycle strengthening[48]（a） initial dislocation; （b） dislocation hindered deformation; （c） dislocation loop formation

如圖2(a)所示，均勻分布有增強相石墨烯的鋁基復合材料在受到外力作用變形時會產生位錯；位錯運動至與石墨烯接觸時，因石墨烯的存在而運動受阻，如圖2(b)所示；如果使變形繼續(xù)進行需要進一步增大外力，使位錯繞過石墨烯，再繼續(xù)運動就會在石墨烯周圍形成位錯環(huán)，如圖2(c)所示。石墨烯鋁基復合材料的力學性能因位錯運動受到阻礙得以提高，其提高的量可以用式（2）衡量[49]：

式中：dp為增強相的平均粒徑；G為基體剪切模量；b為柏式矢量；v為強化相體積分數(shù)。

由式（2）可知，Orowan強化機制產生的強化效果與復合材料添加的增強相尺寸及含量有關。Zhao等[50]利用高壓扭轉實驗方法在室溫下成功制備了石墨烯鋁基復合材料，復合材料的硬度相對于純鋁有較大程度的提高，其抗拉強度則由純鋁的157 MPa提高到 197 MPa。研究者認為，高壓扭轉工藝產生晶粒細化是復合材料力學性能增加的主要原因，而石墨烯的尺寸比碳納米管小的多，因此由Orowan機制導致更高的強化效果。由此可知，強化相的尺寸越小，越能使Orowan強化機制發(fā)揮作用。

2.3 載荷傳遞機制

含有增強相的復合材料承受的外部載荷由基體與增強相共同承擔，在變形時載荷會從基體傳遞到增強相，從而提高復合材料的整體承載能力，而載荷傳遞效率的大小取決于增強相石墨烯在鋁基體中的分布形式[48]。石墨烯在鋁基體中的分布形式有三種[48]，如圖3所示。圖3(a)為石墨烯與鋁結合界面同載荷方向垂直，顯而易見，這種分布對載荷傳遞效果不夠顯著，如果鋁碳界面結合不好可能會削弱復合材料的強度；圖3(b)為石墨烯在鋁基體中有一定的傾角，當外加載荷轉移到石墨烯鋁結合界面時，石墨烯會發(fā)生旋轉和拉伸，最后石墨烯趨向于載荷方向而斷裂，此時會提高載荷傳遞效率；圖3(c)為石墨烯在鋁基體中的分布與載荷方向平行，這也是石墨烯在鋁基體中的理想分布形式，石墨烯在載荷的作用下被拉伸，對于復合材料來講，此時載荷傳遞的效率最大，復合材料的性能提高最多，在實際的應用過程中，也希望有更多的石墨烯能夠與載荷方向平行。

圖3 石墨烯在鋁基體中的分布形式 [48] （a）載荷方向垂直；（b）載荷方向呈一定角度；（c）載荷方向平行Fig.3 Distribution models of graphene in aluminum matrix [48]（a） horizontally; （b） obliquely; （c） vertically

石墨烯鋁基復合材料良好的界面結合可以使應力由基體材料傳遞至增強相石墨烯或者是石墨烯中間合金[40]以達到提高材料強度的目的，其載荷傳遞機制[48]如圖4所示。石墨烯鋁基復合材料中的石墨烯在鋁基體中隨機分布如圖4(a)所示；當受到外加載荷時，應力有效轉移到鋁基體，導致基體材料產生變形和拉伸，如圖4(b)所示；當外加載荷達到一定水平時，載荷因石墨烯和鋁基體之間較強的界面結合力而被有效轉移到石墨烯，導致石墨烯伸長和變形，如圖4(c)所示；最后，逐漸增加的載荷導致石墨烯產生明顯變形直至斷裂，如圖4(d)所示。由此可知，外加載荷能夠有效轉移到石墨烯必須以鋁和碳良好的界面結合為前提，這樣才能使應力更好地傳遞到石墨烯，宏觀表現(xiàn)為石墨烯能夠承受更多的載荷，從而提高石墨烯鋁基復合材料的拉伸強度。

圖4 石墨烯鋁基復合材料的載荷傳遞機制[48] （a） 石墨烯在復合材料中隨機分布； （b） 外載荷下基體產生變形，石墨烯產生旋轉；（c） 石墨烯產生變形和拉長；（d） 石墨烯斷裂Fig.4 Load transfer mechanisms of graphene-aluminum matrix composite [48] （a） initial composite material with randomly distributed graphene； （ b） matrix deforms and graphene rotates after being stressed；（c） graphene deforms and elongates；（d） graphene breaks

據上述分析，當外加載荷轉移到石墨烯時可以有效提高石墨烯鋁基復合材料的力學性能，而載荷轉移的大小取決于載荷傳遞的效率，載荷傳遞效率的高低有兩個決定因素：（1） 增強相石墨烯在鋁基體中的分布形式；（2） 石墨烯與鋁界面結合有效性。而實現(xiàn)鋁和石墨烯有效結合的關鍵因素是二者之間的潤濕性。在鋁基復合材料制備過程中，采用多道次熱軋工藝使鋁和碳之間形成4～5 nm厚的過渡區(qū)[37]，對鋁和碳都有良好的潤濕性，這種過渡區(qū)的形成利于改善鋁和碳的界面結合，鋁碳界面結合程度好，載荷傳遞效率高，復合材料力學性能得到提高。

2.4 熱錯配強化機制

石墨烯和鋁的熱膨脹系數(shù)分別為10-6K-1和2.36×10-5K-1[51]，二者熱膨脹系數(shù)差異顯著。在熱處理過程中，由于熱膨脹系數(shù)不匹配導致石墨烯附近的鋁基體產生大量的晶格缺陷，形成位錯源，進而引發(fā)位錯使復合材料產生強化。由此可見，熱錯配強化機制的本質是位錯強化。一般而言，石墨烯含量越高，越容易團聚，增強體石墨烯的強化效果越差。當石墨烯尺寸比較小或者含量比較低的時候，熱錯配強化就沒有意義[48]。Bhadauria等[52]和Yu等[53]分別使用厚度為10～15 nm、直徑為5～15 μm 和厚度為 1～1.77 nm、直徑為 50～100 μm的石墨烯制備了質量分數(shù)為0.5%的石墨烯鋁基復合材料，前者熱錯配強化對材料強度的貢獻率為19%，而后者熱錯配強化對材料強度的貢獻率僅有2%。這就說明需要使用合適尺寸的增強體才能使熱錯配強化發(fā)揮較大作用。在計算熱錯配強化對材料強度的貢獻率時，除了增強體尺寸和含量等因素外，同時還要考慮在復合材料制備過程中原位反應生成的Al4C3納米相，將石墨烯與Al4C3納米相作為一個整體來計算熱錯配強化，主要基于以下三點原因[54]：（1） Al4C3納米相由于鋁基體的壓應力而與鋁基體緊密相連；（2） 納米晶粒中沒有累積位錯；（3）Al4C3納米相和石墨烯的熱膨脹系數(shù)相差無幾。

基于上述文獻的研究結果和分析，筆者認為載荷傳遞是石墨烯增強鋁基復合材料主要的強化機制，但實際上還受到細晶強化、Orowan強化和熱錯配強化等機制的影響，難以形成統(tǒng)一的理論基礎。這主要是因為強化機制的影響因素眾多，比如：制備工藝、加工方法、增強體石墨烯比表面積、尺寸和含量及材料自身的物理屬性等。所以，在未來的研究中，對石墨烯增強鋁基復合材料強化機制、石墨烯與鋁基體材料之間界面結構和形成機理及性能、鋁碳界面形成機理及其與力學性能之間的關系這三個方面應進行系統(tǒng)的分析，力爭構建出石墨烯和鋁基體之間相互作用的理論模型。

3 結束語

將石墨烯與鋁合金進行有機結合已成為制備高性能鋁基復合材料的有效途徑之一，但是對于二者協(xié)同作用機理、強化機制等研究還未達成共識。本文綜述了目前石墨烯鋁基復合材料在制備工藝、提高復合材料綜合性能、強化機制等方面已經取得的一系列研究成果，一些亟須解決的問題如下：

（1） 現(xiàn)階段制備工藝在石墨烯有效均勻分散于鋁基體方面存在不足，利用石墨烯中間合金或許有助于完整可靠的石墨烯在鋁基體中的均勻分布。

（2） 目前對于石墨烯鋁基復合材料的強化機制難以形成統(tǒng)一的理論模型。對于石墨烯增強鋁基復合材料強化機制在未來的研究中，應基于制備工藝系統(tǒng)分析石墨烯與鋁基體材料之間界面結構和形成機理及性能，闡明鋁碳界面形成機理及其與力學性能之間的關系，構筑二者相互作用的理論模型。

（3） 目前，石墨烯鋁基復合材料最常用的制備工藝是粉末成形法，對于石墨烯鋁基復合材料的研究大多停留在實驗室階段，因此復合材料的基礎理論研究、制備技術的突破和大規(guī)模的工業(yè)化應用將是石墨烯鋁基復合材料發(fā)展的重要方向，而利用中間合金采用復合加工工藝是制備高性能塊體石墨烯鋁基復合材料的有效途徑之一。

（4） Al4C3脆性相對材料力學性能的影響還不確定，需要系統(tǒng)研究復合材料制備過程中反應生成的Al4C3相對鋁基復合材料力學性能的影響，在制備石墨烯鋁基復合材料的過程中不產生該相將有利于復合材料的力學性能。