In this study, pure aluminum was reinforced with pure silicon nitride (varying from 1 to 12 wt%), pure graphene nanoplatelets (changing from 0.1 to 0.5 wt%), and their hybrid form (silicon nitride/graphene nanoplatelets) by using powder metallurgy method. The results show that Vickers hardness increased to 57.5 ± 3 HV (Al-9Si3N4) and 57 ± 2.5 HV (Al-0.1GNPs) from 28 ± 2 HV (pure aluminum). Similarly, ultimate compressive strength of the pure silicon nitride and pure graphene nanoplatelet-reinforced aluminum composite was improved to 268 ± 6 MPa (Al-9Si3N4) and 138 ± 4 MPa (Al-0.5GNPs) from 106 ± 4 MPa (pure aluminum), respectively. Interestingly, the highest Vickers hardness, ultimate compressive strength, and ultimate tensile strength of aluminum-silicon nitride-graphene nanoplatelet hybrid composites were determined as 82 ± 3 HV (Al-9Si3N4-0.5GNPs), 334 ± 9 MPa (Al-9Si3N4-0.1GNPs), and 132 MPa (Al-9Si3N4-0.1GNPs), respectively. The Vickers hardness (for Al-9Si3N4-0.5GNPs), ultimate compressive strength (for Al-9Si3N4-0.1GNPs), and ultimate tensile strength (for Al-9Si3N4-0.1GNPs) improved ∼193%, ∼215%, and ∼47% when compared to pure Al, respectively. Above 9 wt% silicon nitride and 0.1 wt% graphene nanoplatelets content, an adverse effect was observed due to the agglomeration of silicon nitride and graphene nanoplatelets in aluminum matrix composites. Also, energy-dispersive X-ray and scanning electron microphotographs confirmed the presence of both silicon nitride and graphene nanoplatelets and uniformly distributed in the aluminum matrix.

中文翻译：

---

氮化硅/石墨烯纳米片二元颗粒增强铝杂化复合材料的制备和表征

在这项研究中，通过使用粉末冶金，纯铝用纯氮化硅（从 1 到 12 wt% 不等）、纯石墨烯纳米片（从 0.1 到 0.5 wt% 不等）及其混合形式（氮化硅/石墨烯纳米片）增强方法。结果表明，维氏硬度从28±2HV（纯铝）增加到57.5±3HV（Al-9Si3N4）和57±2.5HV（Al-0.1GNPs）。同样，纯氮化硅和纯石墨烯纳米片增强铝复合材料的极限抗压强度从 106±4 MPa（纯铝）提高到 268±6 MPa（Al-9Si3N4）和 138±4 MPa（Al-0.5GNPs） ， 分别。有趣的是，铝-氮化硅-石墨烯纳米片杂化复合材料的最高维氏硬度、极限抗压强度和极限拉伸强度被确定为 82 ± 3 HV (Al-9Si3N4-0. 5GNPs)、334 ± 9 MPa (Al-9Si3N4-0.1GNPs) 和 132 MPa (Al-9Si3N4-0.1GNPs)。维氏硬度（Al-9Si3N4-0.5GNPs）、极限抗压强度（Al-9Si3N4-0.1GNPs）和极限拉伸强度（Al-9Si3N4-0.1GNPs）提高~193%、~215%和~与纯铝相比分别为 47%。超过 9 wt% 的氮化硅和 0.1 wt% 的石墨烯纳米片含量，由于氮化硅和石墨烯纳米片在铝基复合材料中的团聚，观察到不利影响。此外，能量色散 X 射线和扫描电子显微照片证实了氮化硅和石墨烯纳米片的存在，并均匀分布在铝基体中。与纯铝相比，极限抗压强度（对于 Al-9Si3N4-0.1GNP）和极限拉伸强度（对于 Al-9Si3N4-0.1GNP）分别提高了约 193%、约 215% 和约 47%。超过 9 wt% 的氮化硅和 0.1 wt% 的石墨烯纳米片含量，由于氮化硅和石墨烯纳米片在铝基复合材料中的团聚，观察到不利影响。此外，能量色散 X 射线和扫描电子显微照片证实了氮化硅和石墨烯纳米片的存在，并均匀分布在铝基体中。与纯铝相比，极限抗压强度（对于 Al-9Si3N4-0.1GNP）和极限拉伸强度（对于 Al-9Si3N4-0.1GNP）分别提高了约 193%、约 215% 和约 47%。超过 9 wt% 的氮化硅和 0.1 wt% 的石墨烯纳米片含量，由于氮化硅和石墨烯纳米片在铝基复合材料中的团聚，观察到不利影响。此外，能量色散 X 射线和扫描电子显微照片证实了氮化硅和石墨烯纳米片的存在，并均匀分布在铝基体中。由于氮化硅和石墨烯纳米片在铝基复合材料中的团聚，观察到了不利影响。此外，能量色散 X 射线和扫描电子显微照片证实了氮化硅和石墨烯纳米片的存在，并均匀分布在铝基体中。由于氮化硅和石墨烯纳米片在铝基复合材料中的团聚，观察到了不利影响。此外，能量色散 X 射线和扫描电子显微照片证实了氮化硅和石墨烯纳米片的存在，并均匀分布在铝基体中。