CN108046774B - 一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法 - Google Patents
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108046774B CN108046774B CN201711308507.3A CN201711308507A CN108046774B CN 108046774 B CN108046774 B CN 108046774B CN 201711308507 A CN201711308507 A CN 201711308507A CN 108046774 B CN108046774 B CN 108046774B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- graphene
- ceramic composite
- composite material
- sintering
- 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.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 158
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 145
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 143
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 120
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 100
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 20
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001272 pressureless sintering Methods 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910003862 HfB2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910007948 ZrB2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N boron;zirconium Chemical compound B#[Zr]#B VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N oxo(oxolanthaniooxy)lanthanum Chemical compound O=[La]O[La]=O KTUFCUMIWABKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 claims 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 18
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 abstract description 11
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 4
- 229960000869 magnesium oxide Drugs 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000013329 compounding Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 22
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 17
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 14
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 10
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000009694 cold isostatic pressing Methods 0.000 description 3
- 229910026161 MgAl2O4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005049 combustion synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 229910052634 enstatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000007210 heterogeneous catalysis Methods 0.000 description 1
- 238000000713 high-energy ball milling Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229940091250 magnesium supplement Drugs 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
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
- C04B35/10—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 aluminium oxide
-
- 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
- C04B35/14—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 silica
-
- 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
- C04B35/56—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 carbides or oxycarbides
- C04B35/565—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 carbides or oxycarbides based on silicon carbide
-
- 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
- C04B35/58—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/5805—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides
- C04B35/58064—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides
- C04B35/58078—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides based on zirconium or hafnium borides
-
- 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
- C04B35/58—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—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 borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
-
- 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
-
- 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
- C04B35/6265—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering involving reduction or oxidation
-
- 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
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- 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
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
- C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
-
- 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
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- 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
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
-
- 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
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/9646—Optical properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：将镁粉和陶瓷粉体混匀得到混合粉，将混合粉在二氧化碳气体中进行燃烧反应得到石墨烯陶瓷复合粉体，将石墨烯陶瓷复合粉体进行成型和烧结得到石墨烯陶瓷复合材料。本发明的制备方法具有工艺简单，制备周期短，成本低等特点，制得的石墨烯陶瓷复合材料具有组分结构均匀、性能优异等特点。本发明利用镁与二氧化碳气固反应原位沉积复合的特征，实现石墨烯与陶瓷粉体在微尺度的均匀混合与分散。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯复合材料技术领域。更具体地，涉及一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯具有高模量、高强度、高电子迁移率和高热导率等优异性能。将石墨烯与陶瓷材料进行复合，可显著提升陶瓷材料的力学、热学、电学和光学等性能，在诸多领域具有广泛应用前景。
目前，制备石墨烯陶瓷复合材料的方法主要包括两种，一是将氧化石墨还原、化学气相沉积、外延生长或有机合成等方法制备的石墨烯与陶瓷粉体进行混合，在进行烧结制备，二是将膨胀石墨与陶瓷粉体进行高能球磨，原位剥离得到石墨烯陶瓷复合粉体，随后在进行烧结制备。两种方法制备的石墨烯陶瓷复合材料均具有较为优异的性能，其主要差别在于石墨烯的制备及与陶瓷粉体混合方式上的不同。然而现有制备方法无法充分发挥石墨烯的本征性能优势，且无法在获得高品质石墨烯的同时，提升其在陶瓷相中的分散均匀性，上述问题是进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能的关键所在，也是现有制备方法不足之所在。
已有研究报道，采用金属镁在干冰或二氧化碳气体中燃烧反应合成高品质石墨烯粉体，可用于超级电容器、锂离子电池、导电浆料、光电子器件、多相催化等领域。该方法具有工艺简单、周期短、低能耗等优势。但为除去反应生成的氧化镁等杂质相，该方法通常需对产物进行反复的酸洗，这即增加了工艺周期和成本，同时也带来了潜在的环境危害问题。此外，对于石墨烯陶瓷复合材料制备而言，反复酸洗、干燥后得到的石墨烯粉体，由于高比表面积易团聚的特性，也不利于与陶瓷粉体的混合分散。因而，如何发挥燃烧合成工艺的技术优势，获得高性能的石墨烯陶瓷复合材料，是一个值得研究人员关注的重要问题。
因此，需要提供一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法，至少解决上述之一的问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将镁粉和陶瓷粉体混匀得到混合粉，将混合粉在二氧化碳气体中进行燃烧反应得到石墨烯陶瓷复合粉体，将石墨烯陶瓷复合粉体进行成型和烧结得到石墨烯陶瓷复合材料。本发明利用镁与二氧化碳气固反应原位沉积复合的特征，实现了石墨烯与陶瓷粉体在微尺度的均匀混合与分散。
优选地，所述二氧化碳气体的气压值为0.5～5MPa。本发明通过调控二氧化碳气体的气压值可进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述二氧化碳气体的气压值可为0.5～4MPa、0.5～3MPa、0.5～2MPa、0.5～1MPa、1～5MPa、1～4MPa、1～3MPa、1～2MPa、2～5MPa、2～4MPa、2～3MPa、3～5MPa、3～4MPa、4～5MPa等。
优选地，所述镁粉和所述陶瓷粉体的质量比为1:3～9。本发明通过调控镁粉和陶瓷粉体的比例可进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述镁粉和所述陶瓷粉体的质量比可为1:3～8、1:3～7、1:3～6、1:3～5、1:3～4、1:4～9、1:4～8、1:4～7、1:4～6、1:4～5、1:5～9、1:5～8、1:5～7、1:5～6、1:6～9、1:6～8、1:6～7、1:7～9、1:7～8、1:8～9等。
优选地，所述陶瓷粉体选自以下化合物中一种或几种的任意比例混合物，氧化物：Al2O3、SiO2、MgO、CaO、TiO2、ZrO2、Y2O3、La2O3、CeO2，氮化物：Si3N4、AlN、BN、TiN、ZrN，碳化物：SiC、B4C、WC、TiC、ZrC、HfC，硼化物：ZrB2、TiB2、HfB2。
优选地，所述镁粉的平均粒径为1μm～100μm。本发明通过调控镁粉的平均粒径可进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述镁粉的平均粒径可为1μm～45μm、1μm～25μm、1μm～18μm、1μm～10μm、1μm～5μm、5μm～100μm、5μm～45μm、5μm～25μm、5μm～18μm、5μm～10μm、10μm～100μm、10μm～45μm、10μm～25μm、10μm～18μm、18μm～100μm、18μm～45μm、18μm～25μm、25μm～100μm、25μm～45μm、45μm～100μm等。
优选地，所述陶瓷粉体的平均粒径为10nm～10μm。本发明通过调控陶瓷粉体的平均粒径可进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述陶瓷粉体的平均粒径可为10nm～5μm、10nm～3μm、10nm～500nm、10nm～200nm、10nm～100nm、10nm～50nm、10nm～30nm、30nm～10μm、30nm～5μm、30nm～3μm、30nm～500nm、30nm～200nm、30nm～100nm、30nm～50nm、50nm～10μm、50nm～5μm、50nm～3μm、50nm～500nm、50nm～200nm、50nm～100nm、100nm～10μm、100nm～5μm、100nm～3μm、100nm～500nm、100nm～200nm、200nm～10μm、200nm～5μm、200nm～3μm、200nm～500nm、500nm～10μm、500nm～5μm、500nm～3μm、3μm～10μm、3μm～5μm、5μm～10μm等。
优选地，所述的燃烧反应在通用高压燃烧反应装置内的石墨模具内进行，采用通电钨线圈局部诱发燃烧反应，电流为10-50A；待反应结束，装置冷却至室温，取出石墨烯陶瓷复合粉体产物。
优选地，所述成型的压力为20～200MPa。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述成型的压力可为20～150MPa、20～60MPa、20～50MPa、20～30MPa、30～200MPa、30～150MPa、30～60MPa、30～50MPa、50～200MPa、50～150MPa、50～60MPa、60～200MPa、60～150MPa、150～200MPa等。
优选地，所述烧结的方式为放电等离子体烧结方式。
优选地，所述烧结的条件为：烧结气氛为真空、氮气或惰性气氛，烧结温度为600～2200℃，保温5min～24h。
进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述烧结温度可为600～2100℃、600～1900℃、600～1750℃、600～1500℃、600～1400℃、600～1250℃、1250～2200℃、1250～2100℃、1250～1900℃、1250～1750℃、1250～1500℃、1250～1400℃、1400～2200℃、1400～2100℃、1400～1900℃、1400～1750℃、1400～1500℃、1500～2200℃、1500～2100℃、1500～1900℃、1500～1750℃、1750～2200℃、1750～2100℃、1750～1900℃、1900～2200℃、1900～2100℃、2100～2200℃等。
进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述烧结保温时间可为5min～4h、5min～3h、5min～2h、5min～1h、5min～30min、5min～20min、20min～24h、20min～4h、20min～3h、20min～2h、20min～1h、20min～30min、30min～24h、30min～4h、30min～3h、30min～2h、30min～1h、1h～24h、1h～4h、1h～3h、1h～2h、2h～24h、2h～4h、2h～3h、3h～24h、3h～4h、4h～24h等。
另外，如无特殊说明，本发明中所用原料均可通过市售商购获得，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明以镁粉与陶瓷粉体的混合粉为原料，在二氧化碳气体中燃烧反应得到石墨烯陶瓷复合粉体，具有操作简单、周期短、成本低等优点。
(2)本发明利用镁与二氧化碳气固反应原位沉积复合的特征，实现石墨烯与陶瓷粉体在微尺度的均匀混合与分散。
(3)本发明通过调控镁粉、陶瓷粉体的比例和粒径，以及二氧化碳气压值，在保证石墨烯与陶瓷粉体在微尺度的均匀混合与分散的同时，进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能。
(4)本发明制得的石墨烯陶瓷复合材料具有组分结构均匀、性能优异等特点。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出X射线衍射图谱，其中(a)示出本发明实施例1制得的石墨烯陶瓷复合粉体的X射线衍射图谱，(b)示出本发明实施例3制得的石墨烯陶瓷复合材料的X射线衍射图谱，(c)示出本发明实施例4制得的石墨烯陶瓷复合材料的X射线衍射图谱，(d)示出本发明实施例5制得的石墨烯陶瓷复合材料的X射线衍射图谱。
图2示出本发明实施例1制得的石墨烯陶瓷复合粉体的扫描电子显微镜图。
图3示出本发明实施例1制得的石墨烯的透射电子显微镜图。
图4示出本发明实施例1制得的石墨烯的X射线衍射图谱。
图5示出本发明实施例1制得的石墨烯的拉曼光谱图。
图6示出本发明实施例2制得的石墨烯陶瓷复合材料的实物照片。
图7示出本发明实施例7制得的石墨烯陶瓷复合材料的吸收光谱图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法。所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得，所述百分比如无特殊说明均为质量百分比。
实施例1
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取10g平均粒径为100μm的镁粉与90g平均粒径为200nm的Al2O3粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在0.5MPa的二氧化碳气体中，用通电50A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用放电等离子体烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在60MPa的压力下，1500℃真空保温30min烧结得到直径30mm厚度3mm的石墨烯陶瓷复合材料。
图1中(a)是实施例1所得燃烧反应粉体产物的X射线衍射图谱，从中可以看出燃烧反应的主要晶相产物为MgO、Al2O3和MgAl2O4，而石墨烯的衍射峰则由于强度较低，难以分辨出来。
图2是本实施例所得粉体产物的扫描电子显微镜照片，可以观察出片层状的石墨烯被陶瓷颗粒隔离包裹，未发生团聚，表明本实施例制备的石墨烯陶瓷复合粉体微观组分结构均匀。
为进一步考察产物中的石墨烯，对燃烧反应的粉体产物进行了酸洗，图3是复合粉体酸洗后得到石墨烯的透射电子显微镜照片，可以看出本实施例制备的石墨烯结晶性优异。图4是复合粉体酸洗后得到石墨烯的X射线衍射图谱，从中可以看出属于石墨结构的(002)和(100)特征峰；图5是复合粉体酸洗后得到石墨烯的拉曼光谱图，拉曼光谱的D峰(1336cm-1)、G峰(1578cm-1)和2D峰(2672cm-1)表明制得石墨烯具有典型少层石墨烯的特征。
采用排水法测得块体石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为99.3％，表明制得复合粉体的烧结活性优异。
利用维氏硬度计测得块体石墨烯陶瓷复合材料的硬度值为14.7GPa，较相同烧结条件制得无石墨烯添加样品的硬度值提高24.53％，表明制得石墨烯陶瓷复合材料机械性能优异。
实施例2
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取9g平均粒径为45μm的镁粉与9.69g平均粒径为100nm的MgO粉体和62.31g平均粒径为200nm的Al2O3粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在1.0MPa的二氧化碳气体中，用通电40A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用放电等离子体烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在60MPa的压力下，1400℃真空保温20min烧结得到直径10mm厚度3mm的石墨烯陶瓷复合材料。
图6所示实物照片中右侧黑色样品是实施例2所得石墨烯陶瓷材料；左侧透明样品是为进行性能对比测试，在相同烧结条件制得无石墨烯添加的样品。采用X射线衍射分析制得石墨烯复合材料的组成为MgAl2O4，未发现显著的石墨烯衍射峰，这可能是其强度较低引起的。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为99.8％，表明复合粉体烧结活性优异。
利用维氏硬度计测得块体石墨烯陶瓷复合材料的硬度值为13.5GPa，较相同烧结条件制得无石墨烯添加样品的硬度值提高31.06％，表明制得石墨烯陶瓷复合材料机械性能优异。
采用紫外-可见-近红外分光光度计测量了制得石墨烯陶瓷复合材料在0.2～2.5μm波段的吸收率为0.90，表明本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料在该波段具有优异的光吸收性能。
实施例3
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取10g平均粒径为25μm的镁粉与68g平均粒径为500nm的ZrO2粉体和2g平均粒径为50nm的Y2O3粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在2.0MPa的二氧化碳气体中，用通电30A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用无压烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在200MPa压力下冷等静压成型，在1500℃真空下保温4h烧结得到直径20mm厚度5mm的石墨烯陶瓷复合材料。
图1中(b)所示为本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的X射线衍射图谱，从中可以看出材料主要晶相为ZrO2和MgO，而石墨烯的衍射峰则由于强度较低，难以分辨出来。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为99.0％，表明复合粉体烧结活性优异。
利用维氏硬度计测得石墨烯陶瓷复合材料的硬度值为12.3GPa。
实施例4
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取12g平均粒径为18μm的镁粉与72g平均粒径为10μm的Si3N4粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在3.0MPa的二氧化碳气体中，用通电25A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用热压烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在30MPa压力下，真空1750℃下保温2h烧结得到直径30mm厚度4mm的石墨烯陶瓷复合材料。
图1中(c)所示为本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的X射线衍射图谱，从中可以看出材料主要晶相为Si3N4和MgO，而石墨烯的衍射峰则由于强度较低，难以分辨出来。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为98.5％，表明复合粉体烧结活性优异。
利用维氏硬度计测得石墨烯陶瓷复合材料的硬度值为11.4GPa。
实施例5
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取15g平均粒径为10μm的镁粉与75g平均粒径为5μm的SiC粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在4.0MPa的二氧化碳气体中，用通电20A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用放电等离子体烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在50MPa压力下，真空1900℃下保温1h烧结得到直径10mm厚度3mm的石墨烯陶瓷复合材料。
图1中(d)所示为本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的X射线衍射图谱，从中可以看出材料主要晶相为SiC和MgO，而石墨烯的衍射峰则由于强度较低，难以分辨出来。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为97.6％，表明复合粉体烧结活性优异。
利用维氏硬度计测得石墨烯陶瓷复合材料的硬度值为18.4GPa。
实施例6
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取15g平均粒径为5μm的镁粉与50g平均粒径为3μm的ZrB2粉体和10g平均粒径为500nm的SiC粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在5.0MPa的二氧化碳气体中，用通电10A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用无压烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在150MPa压力下冷等静压成型，在2100℃下真空保温3h烧结得到直径20mm厚度5mm的石墨烯陶瓷复合材料。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为95.8％，表明复合粉体烧结活性优异。
利用维氏硬度计测得石墨烯陶瓷复合材料的硬度值为19.5GPa。
实施例7
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取15g平均粒径为1μm的镁粉与45g平均粒径为30nm的SiO2粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在1.0MPa的二氧化碳气体中，用通电30A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用放电等离子体烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在20MPa的压力下，真空1250℃保温5min烧结得到直径30mm厚度3mm的石墨烯陶瓷复合材料。
采用X射线衍射分析本实施例制得材料的主要晶相组成为MgSiO3和SiO2，而石墨烯的衍射峰则由于强度较低，难以分辨出来。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为99.7％，表明复合粉体烧结活性优异。
采用紫外-可见-近红外分光光度计测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料在0.2～2.5μm波段的吸收率为0.93，
表明本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料在该波段具有优异的光吸收性能，如图7所示。
实施例8
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取10g平均粒径为20μm的镁粉与40g平均粒径为1μm的Si3N4、30g平均粒径为1μm的SiC和5g平均粒径为200nm的Al2O3粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在1.0MPa的二氧化碳气体中，用通电20A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用无压烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在200MPa压力下冷等静压成型，在真空气氛下，1600℃保温24h烧结得到直径40mm厚度5mm的石墨烯陶瓷复合材料。
采用X射线衍射分析本实施例制得材料的主要晶相组成为Si3N4、SiC和MgO，石墨烯的衍射峰则由于强度较低，难以分辨出来。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为97.8％，表明复合粉体烧结活性优异。
一些实施例
检验二氧化碳气体的气压值对产物石墨烯陶瓷复合材料性能的影响，即方法步骤同实施例1，不同之处仅在于改变步骤二中二氧化碳气体的气压值，结果如下表。
表1不同二氧化碳气体的气压值的结果
| 实施例编号 | 气压值MPa | 相对密度％ | 硬度GPa | 光吸收性能 |
| 1 | 0.5 | 99.5 | 13.8 | 0.89 |
| 2 | 1 | 99.3 | 14.7 | 0.90 |
| 3 | 2 | 99.1 | 14.2 | 0.90 |
| 4 | 3 | 98.7 | 13.4 | 0.90 |
| 5 | 4 | 98.3 | 12.9 | 0.91 |
| 6 | 5 | 97.6 | 12.1 | 0.91 |
结论：在二氧化碳气体压力0.5-5MPa，合成的石墨烯陶瓷复合材料性能优异，相对密度≥97.6％，硬度值≥12.1GPa，光吸收率≥0.89。
一些实施例
检验镁粉和陶瓷粉体的质量比对产物石墨烯陶瓷复合材料性能的影响，即方法步骤同实施例1，不同之处仅在于，保证镁粉和陶瓷粉体的总质量不变，改变步骤一中镁粉和陶瓷粉体的质量比，结果如下表。
表2不同镁粉和陶瓷粉体的质量比的结果
| 实施例编号 | 镁粉和陶瓷粉体的质量比 | 相对密度 | 硬度GPa | 光吸收性能 |
| 1 | 1:9 | 99.3 | 14.7 | 0.90 |
| 2 | 1:8 | 99.1 | 14.5 | 0.90 |
| 3 | 1:7 | 98.8 | 14.1 | 0.90 |
| 4 | 1:6 | 98.5 | 13.7 | 0.91 |
| 5 | 1:5 | 98.3 | 13.4 | 0.91 |
| 6 | 1:4 | 97.8 | 12.7 | 0.92 |
| 7 | 1:3 | 97.2 | 12.5 | 0.92 |
| 8 | 1:2 | 96.3 | 12.3 | 0.93 |
| 9 | 1:1 | 95.2 | 11.9 | 0.93 |
结论：随镁粉和陶瓷粉体的质量比由1:9增大至1:1，合成的石墨烯陶瓷复合材料的相对密度由99.3％降低至95.2％，硬度值由14.7GPa降低至11.9GPa，而光吸收率则由0.90增大至0.93。
一些实施例
检验镁粉的平均粒径对产物石墨烯陶瓷复合材料性能的影响，即方法步骤同实施例1，不同之处仅在于，改变步骤一中镁粉的平均粒径，结果如下表。
表3不同镁粉的平均粒径的结果
| 实施例编号 | 镁粉的平均粒径μm | 相对密度 | 硬度GPa | 光吸收性能 |
| 1 | 100 | 99.3 | 14.7 | 0.90 |
| 2 | 80 | 99.4 | 14.7 | 0.90 |
| 3 | 45 | 99.4 | 14.7 | 0.90 |
| 4 | 25 | 99.5 | 14.8 | 0.90 |
| 5 | 18 | 99.5 | 14.8 | 0.90 |
| 6 | 10 | 99.5 | 14.8 | 0.90 |
| 7 | 5 | 99.6 | 14.9 | 0.90 |
| 8 | 1 | 99.6 | 14.9 | 0.90 |
结论：随镁粉平均粒径由100微米减小至1微米，合成的石墨烯陶瓷复合材料的相对密度由99.3％增加至99.6％，硬度值由14.7GPa增加至14.9GPa，而光吸收率则由保持不变0.90。
一些实施例
检验陶瓷粉体的平均粒径对产物石墨烯陶瓷复合材料性能的影响，即方法步骤同实施例1，不同之处仅在于，改变步骤一中陶瓷粉体的平均粒径，结果如下表。
表4不同陶瓷粉体的平均粒径的结果
| 实施例编号 | 陶瓷粉体的平均粒径 | 相对密度 | 硬度GPa | 光吸收性能 |
| 1 | 100nm | 99.4 | 14.7 | 0.90 |
| 2 | 200nm | 99.3 | 14.7 | 0.90 |
| 3 | 500nm | 99.3 | 14.6 | 0.90 |
| 4 | 1μm | 99.2 | 14.6 | 0.90 |
| 5 | 5μm | 99.2 | 13.6 | 0.91 |
| 6 | 10μm | 99.1 | 13.4 | 0.91 |
结论：随陶瓷粉体平均粒径由100纳米增大至10微米，合成的石墨烯陶瓷复合材料的相对密度由99.4％降低至99.1％，硬度值由14.7GPa降低至13.4GPa，而光吸收率则由0.90增大为0.91。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将镁粉和陶瓷粉体混匀得到混合粉，将混合粉在二氧化碳气体中进行燃烧反应得到石墨烯陶瓷复合粉体，将石墨烯陶瓷复合粉体进行成型和烧结得到石墨烯陶瓷复合材料；
其中，所述二氧化碳气体的气压值为0.5～5MPa；
所述镁粉和所述陶瓷粉体的质量比为1:3～9；
所述镁粉的平均粒径为1μm～100μm；
所述陶瓷粉体的平均粒径为10nm～10μm；
所述陶瓷粉体选自以下化合物中一种或几种：Al2O3、SiO2、MgO、CaO、TiO2、ZrO2、Y2O3、La2O3、CeO2、Si3N4、AlN、BN、TiN、ZrN、SiC、B4C、WC、TiC、ZrC、HfC、TiB2、ZrB2、HfB2；
所述的燃烧反应在通用高压燃烧反应装置内的石墨模具内进行，采用通电钨线圈局部诱发燃烧反应，电流为10-50A；待反应结束，装置冷却至室温，取出石墨烯陶瓷复合粉体产物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成型的压力为20～200MPa。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的方式为放电等离子体烧结、热压烧结或无压烧结中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的条件为：烧结气氛为真空、氮气或惰性气氛，烧结温度为600～2200℃，保温5min～24h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711308507.3A CN108046774B (zh) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | 一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711308507.3A CN108046774B (zh) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | 一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108046774A CN108046774A (zh) | 2018-05-18 |
| CN108046774B true CN108046774B (zh) | 2020-11-24 |
Family
ID=62123619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711308507.3A Active CN108046774B (zh) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | 一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108046774B (zh) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108793128A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-13 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种高温自蔓延制备多层石墨烯的方法 |
| CN109111825B (zh) * | 2018-07-27 | 2020-08-04 | 同创科鑫材料科技有限公司 | 一种石墨烯片锌复合重防腐涂料的制备方法和应用 |
| CN108929620A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-12-04 | 同创科鑫材料科技有限公司 | 一种复合锌粉石墨烯涂料及其制备方法 |
| CN109052373A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-12-21 | 同创科鑫材料科技有限公司 | 一种基于燃烧合成反应制备石墨烯复合材料的方法 |
| CN111218151A (zh) * | 2018-12-17 | 2020-06-02 | 中国科学院理化技术研究所 | 纳米碳化硅/石墨烯复合材料、其制备、包含其的表面保护性涂层组合物及用途 |
| CN111218143B (zh) * | 2018-12-17 | 2022-07-29 | 中国科学院理化技术研究所 | 氮化硼/石墨烯复合材料、其制备、包含其的表面保护性涂层组合物及用途 |
| CN111410189A (zh) * | 2019-01-04 | 2020-07-14 | 泉州信和石墨烯研究院有限公司 | 一种石墨烯和无机颗粒复合粉体及其制备方法 |
| CN110372387B (zh) * | 2019-08-06 | 2022-02-11 | 宁夏圣川碳基材料科技有限公司 | 一种碳化硅石墨烯复合材料制备方法 |
| CN111204740A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-29 | 大同煤矿集团有限责任公司 | 一种自蔓延燃烧快速制备石墨烯宏观体的方法 |
| CN112062573B (zh) * | 2020-09-11 | 2022-09-06 | 郑州大学 | 一种片状SiC-SiO2复合材料及其制备方法 |
| CN114410223B (zh) * | 2020-10-28 | 2023-02-03 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种石墨烯电磁屏蔽涂料及其制备方法 |
| CN114907118B (zh) * | 2021-02-09 | 2024-03-01 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种高发射率红外陶瓷材料及其制备方法和应用 |
| CN113024254B (zh) * | 2021-03-01 | 2022-05-06 | 青岛方冠摩擦材料有限公司 | 一种高耐磨粉末冶金材料及其制备方法 |
| CN113398662B (zh) * | 2021-07-20 | 2022-12-20 | 西安特种设备检验检测院 | 高温气体过滤除尘装置用层叠式过滤介质及其制备方法 |
| CN114804878B (zh) * | 2022-04-21 | 2023-05-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于燃烧合成石墨烯的高强碳基材料及制备方法 |
| CN116813332B (zh) * | 2023-05-06 | 2024-04-30 | 河北领标科技发展有限公司 | 一种防辐射陶瓷岩板及其加工方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102603271A (zh) * | 2012-03-22 | 2012-07-25 | 天津大学 | 石墨烯和氧化物陶瓷复合材料及制备方法 |
| CN102826546A (zh) * | 2012-09-28 | 2012-12-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种燃烧合成制备石墨烯粉体的方法 |
| CN102838110A (zh) * | 2012-09-17 | 2012-12-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种石墨烯粉体的制备方法 |
| CN103145199A (zh) * | 2013-03-08 | 2013-06-12 | 南昌大学 | 一种四氧化三钴/石墨烯复合纳米材料的制备方法 |
| CN103221338A (zh) * | 2010-09-21 | 2013-07-24 | 高温物理有限责任公司 | 生产碳石墨烯和其它纳米材料的方法 |
| CN104860308A (zh) * | 2015-05-20 | 2015-08-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种应用燃烧合成法制备掺氮石墨烯的方法 |
| CN104876611A (zh) * | 2015-04-09 | 2015-09-02 | 浙江泰索科技有限公司 | 一种石墨烯增强陶瓷及其制备方法 |
| CN107248571A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-10-13 | 昆明理工大学 | 一种S@MgO‑石墨烯电极材料以及制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9580323B2 (en) * | 2013-05-31 | 2017-02-28 | University Of Notre Dame Du Lac | Method of producing graphene and other carbon materials |
-
2017
- 2017-12-11 CN CN201711308507.3A patent/CN108046774B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103221338A (zh) * | 2010-09-21 | 2013-07-24 | 高温物理有限责任公司 | 生产碳石墨烯和其它纳米材料的方法 |
| CN102603271A (zh) * | 2012-03-22 | 2012-07-25 | 天津大学 | 石墨烯和氧化物陶瓷复合材料及制备方法 |
| CN102838110A (zh) * | 2012-09-17 | 2012-12-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种石墨烯粉体的制备方法 |
| CN102826546A (zh) * | 2012-09-28 | 2012-12-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种燃烧合成制备石墨烯粉体的方法 |
| CN103145199A (zh) * | 2013-03-08 | 2013-06-12 | 南昌大学 | 一种四氧化三钴/石墨烯复合纳米材料的制备方法 |
| CN104876611A (zh) * | 2015-04-09 | 2015-09-02 | 浙江泰索科技有限公司 | 一种石墨烯增强陶瓷及其制备方法 |
| CN104860308A (zh) * | 2015-05-20 | 2015-08-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种应用燃烧合成法制备掺氮石墨烯的方法 |
| CN107248571A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-10-13 | 昆明理工大学 | 一种S@MgO‑石墨烯电极材料以及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108046774A (zh) | 2018-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108046774B (zh) | 一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法 | |
| CN109180189A (zh) | 一种高熵碳化物超高温陶瓷粉体及其制备方法 | |
| CN109879669B (zh) | 一种具有高强度的高熵陶瓷复合材料及其制备方法和应用 | |
| JP5057327B2 (ja) | 炭化ホウ素セラミックスおよびその製造方法 | |
| JP6344844B2 (ja) | 炭化ホウ素／ホウ化チタンコンポジットセラミックス及びその作製法 | |
| Mizuguchi et al. | Transmission electron microscopy characterization of spark plasma sintered ZrB2 ceramic | |
| CN110436928A (zh) | 高性能纳米孪晶碳化硼陶瓷块体材料及其制备方法 | |
| Shi et al. | Synthesis and characterization of submicron silicon carbide powders with silicon and phenolic resin | |
| CN108840681B (zh) | 一种纳米碳化硼及其制备方法 | |
| Zou et al. | Flash spark plasma sintering of HfB2 ceramics without pre-sintering | |
| CN101700977A (zh) | 一种快速制备MgAlON透明陶瓷粉末的方法 | |
| CN109665848B (zh) | 一种超高温SiC-HfB2复合陶瓷及其制备方法和应用 | |
| JP5060048B2 (ja) | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体 | |
| US4217336A (en) | Artificial graphite | |
| JPH0798684B2 (ja) | 高密度ＳｉＣ焼結体の製造方法 | |
| KR101659823B1 (ko) | HfC 복합체 및 이의 제조방법 | |
| CN108892528B (zh) | 一种多孔氮化硅陶瓷材料及其制备方法 | |
| Ovsyannikov et al. | High-hardness ceramics based on boron carbide fullerite derivatives | |
| Yang et al. | Densification, microstructure and properties of ultra-high temperature HfB2 ceramics by the spark plasma sintering without any additives | |
| CN109665847A (zh) | 一种全致密碳化硼陶瓷复合材料及制备方法 | |
| CN111943682B (zh) | 一种高韧性耐氧化的织构化高熵陶瓷及其制备方法和应用 | |
| Lin et al. | Effects of synthesis temperature and Fe catalyst amount on the performance of in situ CNTs/TiB2 composites | |
| CN112500171A (zh) | 一种致密化硼化锆-碳化硅复合陶瓷的制备方法 | |
| CN112409012A (zh) | 一种块状碳化钛-碳化硅复合气凝胶材料及其制备方法 | |
| JP2003221280A (ja) | 導電性窒化珪素系複合焼結体およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |