CN106045504A - 利用石墨烯增强氧化锆陶瓷性能的制备方法 - Google Patents

利用石墨烯增强氧化锆陶瓷性能的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106045504A
CN106045504A CN201610380797.1A CN201610380797A CN106045504A CN 106045504 A CN106045504 A CN 106045504A CN 201610380797 A CN201610380797 A CN 201610380797A CN 106045504 A CN106045504 A CN 106045504A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
graphene
temperature
zirconia
zirconium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610380797.1A
Other languages
English (en)
Inventor
杨雯渊
戴士钦
王维
王维一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qujing Nan Kun Technology Co Ltd
Original Assignee
Qujing Nan Kun Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qujing Nan Kun Technology Co Ltd filed Critical Qujing Nan Kun Technology Co Ltd
Priority to CN201610380797.1A priority Critical patent/CN106045504A/zh
Publication of CN106045504A publication Critical patent/CN106045504A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/522—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

氧化锆陶瓷在低温时具有很好的抗弯强度、断裂韧性、硬度和耐磨性，但是其抗热震性较差，导致其在高温条件下性能下降。本发明利用石墨烯在高温下仍具有高硬度和高强度，其强度和硬度不随温度变化而改变的独特性质，将石墨烯添加入氧化锆陶瓷中，增强氧化锆陶瓷的抗热震性，提高氧化锆陶瓷的抗弯强度、断裂韧性、硬度和耐磨性。同时，本发明也能提高氧化锆陶瓷在低温下的抗弯强度、断裂韧性、硬度和耐磨性。

Description

利用石墨烯增强氧化锆陶瓷性能的制备方法
技术领域
本发明涉及一种利用石墨烯增强氧化锆陶瓷性能的制备方法，属于复合材料生产技术领域。
背景技术
氧化锆陶瓷，具有熔点和沸点高、硬度大、耐磨损、耐高温、耐腐蚀，常温下为绝缘体、高温下则具有导电性等优良性质，被广泛应用于结构陶瓷和功能性陶瓷领域。相对于普通陶瓷，氧化锆陶瓷的密度、抗弯强度、断裂韧性、硬度和耐磨性更大，但抗热震性差。抗热震性代表着陶瓷材料抵抗温度变化能力的大小，也是陶瓷材料热学性能以及力学性能相对各种受热条件时一个全面的反映。氧化锆陶瓷经常在高温下使用，在高温下没有高韧性的特点，会导致其抗弯强度、断裂韧性、硬度和耐磨性下降。因此在高温和低温使用时性能的差异严重制约氧化锆陶瓷的发展。
石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，是目前自然界最薄、强度最高的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时又具有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。石墨烯抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa。高温下，还能保持其原有的形态，主要是因为石墨烯内碳原子排列是有规律的，当施加外力作用于石墨烯时，内部的碳原子不会发生位移，只是发生了弯曲变形，就可以抵制外力，保证自己的稳定性。石墨烯的室温热导率是室温下铜的热导率的10倍多，导热系数5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。无论在高温或者低温下，石墨烯都具有高强度和高硬度，其力学性质不随温度改变而改变。石墨烯可作为一种典型的二维增强材料，在复合材料领域具有潜在的应用价值。
发明内容
为了增强氧化锆陶瓷产品抗热震性，保证其在高温下具有较大的抗热震性、抗弯强度、断裂韧性、硬度和耐磨性，以增加氧化锆陶瓷在实际应用中的使用寿命。因此本发明使用石墨烯做添加剂，利用石墨烯在高温下仍具有高硬度和高强度，其强度和硬度不随温度变化而改变的独特性质，将石墨烯添加入氧化锆陶瓷中，以增强氧化锆陶瓷的抗热震性，提高氧化锆陶瓷在高温下的抗弯强度、断裂韧性、硬度和耐磨性。同时本发明也能提高氧化锆陶瓷在低温下的抗弯强度、断裂韧性、硬度和耐磨性。
本发明的目的是公开一种利用石墨烯做添加剂增强氧化锆陶瓷性能的制备方法，包括以下步骤。
步骤一 制备超细氧化锆粉体。
制备0.2mol/L的二氯氧化锆溶液。
制备0.5mol/L的碳酸氢铵溶液。
在碳酸氢铵溶液中滴加聚乙二醇，配制成含0.2%的聚乙二醇、浓度为0.5mol/L的碳酸氢铵溶液，然后与二氯氧化锆溶液混和反应后用磁力搅拌器搅拌，过滤得到碱式碳酸氧锆沉淀物。
将碱式碳酸氧锆沉淀物和正丁醇混合，进行共沸蒸馏脱水。将正丁醇蒸发，得到无水碱式碳酸氧锆。
将无水碱式碳酸氧锆煅烧得到超细氧化锆粉体。
步骤二 制备氧化石墨烯胶状悬浮溶液。
将超细石墨溶于98.0%的浓硫酸中，使其充分混合。然后分别加入高锰酸钾、去离子水和过氧化氢直至无气体生成，趁热过滤。再用稀盐酸和去离子水充分洗涤直至溶液呈中性，过滤得到滤饼。
将滤饼置于60℃烘箱中干燥24h，制得氧化石墨。
将氧化石墨，放入去离子水溶液中，超声得到石墨烯分散液。
将石墨烯分散液用高速离心机离心，得到稳定的氧化石墨烯胶状悬浮溶液。
步骤三 制备石墨烯陶瓷超细粉体。
将步骤一得到的超细氧化锆粉体加入到步骤二得到的氧化石墨烯胶状悬浮溶液中，干燥，得到氧化石墨烯氧化锆混合物。
氧化石墨烯氧化锆混合物置于管式炉中，通入氮气，在温度为500-700℃下反应一段时间，待温度下降至25℃就可得到石墨烯氧化锆陶瓷超细粉体。
具体实施方式
步骤一 制备超细氧化锆粉体。
取17.8g二氯氧化锆溶于500mL水中，配置成0.2mol/L的溶液1。
取39.5g碳酸氢铵溶于1000mL水中，配置成0.5mol/L的溶液2。
取2.08g聚乙二醇加入溶液2中，配置成含0.2%的聚乙二醇、浓度为0.5mol/L的碳酸氢铵溶液3。
将溶液1用滴液漏斗匀速滴加到溶液3中，然后利用磁力搅拌器搅拌1h，过滤得到碱式碳酸氧锆沉淀物。
将碱式碳酸氧锆沉淀物取出，用去离子水反复清洗、抽滤，使用硝酸银检测滤液，直至没有氯离子为止。
将不含氯离子的碱式碳酸氧锆沉淀物和正丁醇按照质量比1：5混合，在温度为95℃下进行共沸蒸馏脱水。脱水后，在温度为120℃下烘干1h，将正丁醇蒸发，得到碱式碳酸氧锆。
将碱式碳酸氧锆置于1400℃高温炉中煅烧3h，煅烧产物冷却至25℃，得到超细氧化锆粉体。高温炉升温速率为10℃/min。
步骤二 制备氧化石墨烯胶状悬浮溶液。
取5g超细石墨加入125mL98.0%的浓硫酸中，冰浴搅拌30min，使其充分混合。然后取20g高锰酸钾加入混合液烧杯中，放入35℃恒温水浴继续搅拌2h后加入10ml去离子水，在温度为80℃下反应15min后加入5%的过氧化氢直至无气体生成，趁热过滤后用5%的稀盐酸和去离子水充分洗涤直至溶液呈中性，过滤得到滤饼。
将滤饼置于60℃烘箱中干燥24h，制得氧化石墨。
将氧化石墨，放入400mL去离子水溶液中，制得溶液4。
将溶液4超声分散1h，制得氧化石墨烯分散溶液5。
将溶液5用高速离心机离心10min，得到较稳定的氧化石墨烯胶状悬浮溶液6。高速离心机转速为10000rpm。
步骤三 制备石墨烯陶瓷超细粉体。
将步骤一得到的超细氧化锆粉体加入到步骤二得到的氧化石墨烯胶状悬浮溶液6中，配制成溶液7。
将溶液7置于60℃烘箱中干燥24h，得到氧化石墨烯氧化锆混合物。
将氧化石墨烯氧化锆混合物置于管式炉中，通入氮气，在温度为600℃下反应30min，待温度下降至25℃就可得到石墨烯氧化锆陶瓷超细粉体。

Claims (3)

1.利用石墨烯增强氧化锆陶瓷性能的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一 制备超细氧化锆粉体：
A、取17.8g二氯氧化锆溶于500mL水中，配置成0.2mol/L的溶液1；
B、取39.5g碳酸氢铵溶于1000mL水中，配置成0.5mol/L的溶液2；
C、取2.08g聚乙二醇加入溶液2中，配置成含0.2%的聚乙二醇、浓度为0.5mol/L的碳酸氢铵溶液3；
D、将溶液1用滴液漏斗匀速滴加到溶液3中，然后利用磁力搅拌器搅拌1h，过滤得到碱式碳酸氧锆沉淀物；
E、将碱式碳酸氧锆沉淀物取出，用去离子水反复清洗、抽滤，使用硝酸银检测滤液，直至没有氯离子为止；
F、将不含氯离子的碱式碳酸氧锆沉淀物和正丁醇按照质量比1：5混合，在温度为95℃下进行共沸蒸馏脱水；脱水后，在温度为120℃下烘干1h，将正丁醇蒸发，得到碱式碳酸氧锆；
G、将碱式碳酸氧锆置于1400℃高温炉中煅烧3h，煅烧产物冷却至25℃，得到超细氧化锆粉体；
步骤二 制备氧化石墨烯胶状悬浮溶液：
A、取5g超细石墨加入125mL98.0%的浓硫酸中，冰浴搅拌30min，使其充分混合；然后取20g高锰酸钾加入混合液烧杯中，放入35℃恒温水浴继续搅拌2h后加入10ml去离子水，在温度为80℃下反应15min后加入5%的过氧化氢直至无气体生成，趁热过滤后用5%的稀盐酸和去离子水充分洗涤直至溶液呈中性，过滤得到滤饼；
B、将滤饼置于60℃烘箱中干燥24h，制得氧化石墨；
C、将氧化石墨，放入400mL去离子水溶液中，制得溶液4；
D、将溶液4超声分散1h，制得氧化石墨烯分散溶液5；
E、将溶液5用高速离心机离心10min，得到较稳定的氧化石墨烯胶状悬浮溶液6；
步骤三 制备石墨烯氧化锆陶瓷超细粉体：
A、将步骤一得到的超细氧化锆粉体加入到步骤二得到的氧化石墨烯胶状悬浮溶液6中，配制成溶液7；
B、将溶液7置于60℃烘箱中干燥24h，得到氧化石墨烯氧化锆混合物；
C、将氧化石墨烯氧化锆混合物置于管式炉中，通入氮气，在温度为600℃下反应30min，待温度下降至25℃就可得到石墨烯氧化锆陶瓷超细粉体。
2.根据权利要求1所述利用石墨烯增强氧化锆陶瓷性能的制备方法，其特征在于所述高温炉的升温速率为10℃/min。
3.根据权利要求1所述利用石墨烯增强氧化锆陶瓷性能的制备方法，其特征在于高速离心机转速为10000rpm。
CN201610380797.1A 2016-06-01 2016-06-01 利用石墨烯增强氧化锆陶瓷性能的制备方法 Pending CN106045504A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610380797.1A CN106045504A (zh) 2016-06-01 2016-06-01 利用石墨烯增强氧化锆陶瓷性能的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610380797.1A CN106045504A (zh) 2016-06-01 2016-06-01 利用石墨烯增强氧化锆陶瓷性能的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106045504A true CN106045504A (zh) 2016-10-26

Family

ID=57172572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610380797.1A Pending CN106045504A (zh) 2016-06-01 2016-06-01 利用石墨烯增强氧化锆陶瓷性能的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106045504A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106699172A (zh) * 2017-01-01 2017-05-24 广州锋尚电器有限公司 一种层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料及其制备方法
CN106747433A (zh) * 2017-02-28 2017-05-31 安徽拓吉泰新型陶瓷科技有限公司 氧化锆基纳米陶瓷工模具材料及其制备方法
CN106747434A (zh) * 2017-02-28 2017-05-31 安徽拓吉泰新型陶瓷科技有限公司 耐磨氧化锆陶瓷及其制备方法
CN106810250A (zh) * 2017-02-15 2017-06-09 上海可盛硅酸盐新材料有限公司 一种石墨烯改性氧化锆陶瓷坩锅及其制备方法
CN107056284A (zh) * 2017-02-28 2017-08-18 安徽拓吉泰新型陶瓷科技有限公司 氧化锆陶瓷手机背板及其制备方法
CN108264347A (zh) * 2018-03-06 2018-07-10 三祥新材股份有限公司 一种耐磨氧化锆陶瓷
CN109512678A (zh) * 2018-11-28 2019-03-26 福建工程学院 一种义齿膜层制备方法
CN110396731A (zh) * 2019-04-25 2019-11-01 北京航空航天大学 一种仿生高强高韧纳米复合纤维的制备方法
CN111253155A (zh) * 2020-04-30 2020-06-09 北京石墨烯技术研究院有限公司 石墨烯增韧陶瓷及其制备方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106699172A (zh) * 2017-01-01 2017-05-24 广州锋尚电器有限公司 一种层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料及其制备方法
CN106810250A (zh) * 2017-02-15 2017-06-09 上海可盛硅酸盐新材料有限公司 一种石墨烯改性氧化锆陶瓷坩锅及其制备方法
CN106747433B (zh) * 2017-02-28 2020-05-08 安徽拓吉泰新型陶瓷科技有限公司 氧化锆基纳米陶瓷工模具材料及其制备方法
CN106747434A (zh) * 2017-02-28 2017-05-31 安徽拓吉泰新型陶瓷科技有限公司 耐磨氧化锆陶瓷及其制备方法
CN107056284A (zh) * 2017-02-28 2017-08-18 安徽拓吉泰新型陶瓷科技有限公司 氧化锆陶瓷手机背板及其制备方法
CN106747434B (zh) * 2017-02-28 2020-04-21 安徽拓吉泰新型陶瓷科技有限公司 耐磨氧化锆陶瓷及其制备方法
CN106747433A (zh) * 2017-02-28 2017-05-31 安徽拓吉泰新型陶瓷科技有限公司 氧化锆基纳米陶瓷工模具材料及其制备方法
CN107056284B (zh) * 2017-02-28 2020-06-23 安徽拓吉泰新型陶瓷科技有限公司 氧化锆陶瓷手机背板及其制备方法
CN108264347A (zh) * 2018-03-06 2018-07-10 三祥新材股份有限公司 一种耐磨氧化锆陶瓷
CN109512678A (zh) * 2018-11-28 2019-03-26 福建工程学院 一种义齿膜层制备方法
CN110396731A (zh) * 2019-04-25 2019-11-01 北京航空航天大学 一种仿生高强高韧纳米复合纤维的制备方法
CN111253155A (zh) * 2020-04-30 2020-06-09 北京石墨烯技术研究院有限公司 石墨烯增韧陶瓷及其制备方法
CN111253155B (zh) * 2020-04-30 2020-08-14 北京石墨烯技术研究院有限公司 石墨烯增韧陶瓷及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106045504A (zh) 利用石墨烯增强氧化锆陶瓷性能的制备方法
WO2017174012A1 (zh) 熔盐氯化渣资源化处理方法
JP5021060B2 (ja) マグネシウム合金製品用のｐｅｏ表面処理溶液の配合物
Yahui et al. Preparation of rutile titanium dioxide pigment from low-grade titanium slag pretreated by the NaOH molten salt method
CN107876799A (zh) 高振实密度低比表面积超细银粉及其制备方法
CN103382369A (zh) 一种氧化铈基复合抛光粉及其制备方法
CN102534233A (zh) 低品位高钙含钒钢渣的提钒工艺
CN103588246A (zh) 一种纳米氧化锆粉体的制备工艺
WANG et al. Dissolution behaviors of Ta2O5, Nb2O5 and their mixture in KOH and H2O system
CN107673415A (zh) 利用镍氧化物在高温高压下酸浸出制备硫酸镍的方法
Zhang et al. Effect of lanthanum doping on the far-infrared emission property of vanadium–titanium slag ceramic
CN106337135A (zh) 一种新型无铵沉钒生产五氧化二钒的方法
CN107611433A (zh) 一种利用重金属污泥和重金属废酸制备电池级磷酸铁的方法
CN107558175A (zh) 一种玻纤/氧化锌的制备方法
Yang et al. Single crystal growth of birnessite-and hollandite-type manganese oxides by a flux method
CN109704403A (zh) 一种高韧性氧化锆基复合粉及其制备方法
Yan et al. Solubility data in the ternary NH4HCO3–NH4VO3–H2O and (NH4) 2CO3–NH4VO3–H2O Systems at (40 and 70)° C
CN109111760A (zh) 一种黑色氧化铝陶瓷用色剂及其制备方法和应用
CN101967005B (zh) 一种制备大颗粒、大比表面积氟化镨钕的方法
CN101597078A (zh) 一种片状α-Al2O3颗粒粉体的制备方法
CN108609652A (zh) 一种利用熔盐制备二氧化锆纳米粉体的方法
CN108529672A (zh) 化学共沉淀法生产热喷涂用钇稳定氧化锆球形粉生产工艺
CN107311177A (zh) 一种碳化硅‑石墨烯复合粉体及其制备方法
CN102787359B (zh) 一种钛酸钙晶须的制备方法
Zhang et al. CTAB-assisted hydrothermal synthesis of nano-sized tetragonal zirconium dioxide

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20161026

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication