CN109503131A - 氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷及其制备方法 - Google Patents

氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109503131A
CN109503131A CN201811517134.5A CN201811517134A CN109503131A CN 109503131 A CN109503131 A CN 109503131A CN 201811517134 A CN201811517134 A CN 201811517134A CN 109503131 A CN109503131 A CN 109503131A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
zirconium oxide
parts
ceramic
raw material
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
CN201811517134.5A
Other languages
English (en)
Inventor
于显著
于宏兵
于晗
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.)
Tianjin Fengxi Technology Co Ltd
Nankai University
Original Assignee
Tianjin Fengxi Technology Co Ltd
Nankai University
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 Tianjin Fengxi Technology Co Ltd, Nankai University filed Critical Tianjin Fengxi Technology Co Ltd
Priority to CN201811517134.5A priority Critical patent/CN109503131A/zh
Publication of CN109503131A publication Critical patent/CN109503131A/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
    • C04B35/10—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
    • C04B35/622—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
    • 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
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • 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
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • 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
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, 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
    • C04B2235/3284—Zinc oxides, zincates, cadmium oxides, cadmiates, mercury oxides, mercurates 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
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • 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
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/425—Graphite

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)

Abstract

本发明公开了一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷及其制备方法。本发明通过在陶瓷原料中添加石墨烯来获得具有高导电导热性能的陶瓷。本发明的陶瓷制备方法采用一种液相烧结固相烧结耦合烧结技术，综合了液相烧结与固相烧结的优点。本发明通过采用氧化铝陶瓷材料、液相烧结助剂、固相烧结助剂、氧化锆以及石墨烯按照合适比例混合，有效降低了陶瓷材料的烧结温度，从而能够保护石墨烯不被炭化，保证制得的陶瓷具备优异的导热导电性能。本发明的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法的成本较低，工艺难度低，易于量产和应用。

Description

氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷领域，尤其涉及一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷及其制备方法。
背景技术
氧化铝是一种被广泛应用的结构陶瓷材料，具备很多的特殊性能，如高温力学性能、抗化学侵蚀性能、电绝缘体、较高的硬度和耐磨性等，但其结构决定了氧化铝陶瓷材料缺乏像金属那样在受力状态下发生滑移引起塑性变形的能力，容易产生缺陷，存在裂纹，且易导致高度的应力集中，因而决定了氧化铝陶瓷材料脆性的本质。
氧化锆韧性好，氧化铝与氧化锆的混合材料形成了高强度、高韧性的优异复合体-氧化锆增韧氧化铝陶瓷(简称ZTA)，氧化锆增韧氧化铝陶瓷质白、耐腐蚀、化学稳定性好，并且具有出色的耐磨性能，氧化锆增韧氧化铝陶瓷的性能优于99氧化铝陶瓷，价格又远低于氧化锆陶瓷；氧化锆增韧氧化铝陶瓷能够胜任许多氧化铝陶瓷无法胜任的场合，同时又体现出比氧化锆陶瓷更优的性价比，从而广泛应用于在机械、电子、石油、化工、航天和纺织等行业。
石墨烯是一种性能独特的二维新材料，结构是单层的石墨结构，具备很多优异的性能，如高导热性能、高导电性材料及透明性能等，被称为新材料之王。
将石墨烯与氧化铝陶瓷复合可以提高氧化铝的导电性导热性等，获得性价比更高的导电导热耐腐蚀陶瓷，得到的复合陶瓷材料能够广泛的应用于节能、电子及高温导电陶瓷等领域。
但是，目前石墨烯的制备工艺未形成规模化量产，制得的石墨烯(往往为多层石墨烯)的质量较差，不能达到理想的导电性能，因此需要在氧化铝陶瓷中添加大量的石墨烯材料才能使陶瓷材料实现较好的导电性，然而，在氧化铝陶瓷中添加大量石墨烯材料后陶瓷材料的烧结性能变差，需要在较高的烧结温度下才能完成烧结，但是，在高温条件下石墨烯又容易与氧化铝发生碳化反应导致其而失去原有性能(例如导热导电等)。
发明内容
本发明的目的首先在于提供一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，生产成本低，烧结温度低，烧结出的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷具备优异的导电性能、导热性能、耐高温性能以及耐腐蚀性能以及力学机械性能。
本发明的目的还在于提供一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷，具备高导热、高导电、力学机械性能好、耐腐蚀能力强、耐高温等优良特性。
为实现以上目的，本发明首先提供一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供陶瓷原料，所述陶瓷原料包括以下组分及其重量份：氧化铝陶瓷材料30-61份、液相烧结助剂15-30份、固相烧结助剂1-4份、氧化锆13-20份；对所述陶瓷原料的各组分进行混合与粉碎；
步骤2、提供10-16份石墨烯，对所述石墨烯与所述陶瓷原料进行混合与粉碎，得到石墨烯混合陶瓷原料；
步骤3、在石墨烯混合陶瓷原料中添加水或者聚乙烯醇水溶液进行造粒，得到陶瓷颗粒，采用干压成型机对所述陶瓷颗粒进行干压成型，得到陶瓷生坯；
步骤4、将所述陶瓷生坯放入烧结炉内进行烧结，烧结结束后冷却，获得氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷。
可选的，所述液相烧结助剂为Si02-MgO-CaO系烧结助剂，所述Si02-MgO-CaO系烧结助剂包括以下组分及其重量份：Si02 58-65份、Mg 6-13份、CaO 26-34份；所述固相烧结助剂包括氧化钛与氧化锌中的至少一种。
可选的，所述步骤1中，对所述陶瓷原料的各组分进行混合与粉碎的步骤包括：将所述陶瓷原料置于易挥发有机溶剂中超声分散3-8小时，得到混合浆液，然后在500-800r/min转速下对混合浆液进行球磨4-8小时，70℃-100℃烘干，之后对烘干后的物料进行研磨。
可选的，所述易挥发有机溶剂为酒精。
可选的，所述步骤2中，对所述石墨烯与所述陶瓷原料进行混合与粉碎的步骤包括：将所述石墨烯与所述陶瓷原料置于易挥发有机溶剂中超声分散3-8小时，得到混合浆液，然后在500-800r/min转速下对混合浆液进行球磨3-8小时，70℃-100℃烘干，之后对烘干后的物料进行研磨。
可选的，所述步骤3中，所述石墨烯混合陶瓷原料与所述水或者聚乙烯醇水溶液之间的质量比为100:0.5-5。
可选的，所述陶瓷颗粒的粒径为60-200微米；所述步骤3中，采用干压成型机在18-22MPa压力下对所述陶瓷颗粒进行干压成型。
可选的，所述步骤4中，将所述陶瓷生坯放入烧结炉内进行烧结的步骤包括：将所述陶瓷生坯放入烧结炉内，以3-5℃/min的速度升温至1300-1400℃并保温1.5-3小时，在烧结过程采用氮气或者惰性气体进行保护。
可选的，将所述陶瓷生坯放入烧结炉内，以5℃/min的速度升温至1350℃并保温2小时。
本发明还提供一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷，包括以下组分及其重量份：氧化铝陶瓷材料30-61份、液相烧结助剂15-30份、固相烧结助剂1-4份、氧化锆13-20份、石墨烯10-16份。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过在陶瓷原料中添加石墨烯来获得具有高导电导热性能的陶瓷，在烧结过程中，还能够利用石墨烯的高导热性提升原料之间的传热速率，进而提升传热均匀性；
(2)本发明在制备氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的过程中同时添加了液相烧结助剂与固相烧结助剂，也即是说，采用了一种液相烧结固相烧结耦合烧结技术，所述液相烧结固相烧结耦合烧结技术能够综合液相烧结与固相烧结的优点，不仅能够利用液相烧结助剂降低烧结温度，而且能够利用固相烧结助剂消除晶体缺陷，提高烧结驱动力；
(3)本发明通过采用氧化铝陶瓷材料、液相烧结助剂、固相烧结助剂、氧化锆以及石墨烯按照合适比例混合，有效降低了陶瓷材料的烧结温度，从而能够保护石墨烯不被炭化，保证制得的陶瓷具备优异的导热导电性能；
(4)本发明利用氧化锆抑制晶粒生长速度从而提高陶瓷材料的力学机械性能；
(5)本发明采用的石墨烯材料可以为多层石墨烯，性价比较高，烧结气氛可以为普通烧结气氛，因此本发明的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法的成本较低，工艺难度低，易于量产和应用；
(6)本发明制得的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷具备高导热、高导电、力学机械性能好、耐腐蚀能力强、耐高温等优良特性。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按重量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)；
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
本发明首先提供一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供陶瓷原料，所述陶瓷原料包括以下组分及其重量份：氧化铝陶瓷材料30-61份、液相烧结助剂15-30份、固相烧结助剂1-4份、氧化锆13-20份；
对所述陶瓷原料的各组分进行混合与粉碎。
具体的，所述液相烧结助剂为Si02-MgO-CaO系烧结助剂，所述Si02-MgO-CaO系烧结助剂包括以下组分及其重量份：Si02 58-65份、Mg 6-13份、CaO 26-34份。
具体的，所述固相烧结助剂包括氧化钛(TiO2)与氧化锌(ZnO)中的至少一种。
具体的，所述步骤1中，对所述陶瓷原料的各组分进行混合与粉碎的步骤包括：将所述陶瓷原料置于易挥发有机溶剂中超声分散3-8小时，得到混合浆液，然后在500-800r/min转速下对混合浆液进行球磨4-8小时，70℃-100℃(优选90℃)烘干，之后对烘干后的物料进行研磨。
其中，研磨的作用在于：对球磨的物料进行烘干后，物料会再次结块，而研磨能够使结块的物料再次分散成粉末。
优选的，所述易挥发有机溶剂为酒精。
步骤2、提供10-16份石墨烯，对所述石墨烯与所述陶瓷原料进行混合与粉碎，得到石墨烯混合陶瓷原料。
由于石墨烯呈片层状，在陶瓷原料中均匀分散的难度较大，因此本发明首先对不含石墨烯的陶瓷原料进行第一次混合与粉碎，然后对石墨烯与陶瓷原料进行第二次混合与粉碎，避免石墨烯在长时间的混合过程中发生团聚导致出现较差的分散效果。
具体的，所述步骤2中，对所述石墨烯与所述陶瓷原料进行混合与粉碎的步骤包括：将所述石墨烯与所述陶瓷原料置于易挥发有机溶剂中超声分散3-8小时，得到混合浆液，然后在500-800r/min转速下对混合浆液进行球磨3-8小时，70℃-100℃(优选80℃)烘干，之后对烘干后的物料进行研磨。
其中，研磨的作用在于：对球磨的物料进行烘干后，物料会再次结块，而研磨能够使结块的物料再次分散成粉末。
优选的，所述易挥发有机溶剂为酒精。
具体的，本发明采用的石墨烯可以为单层石墨烯或者多层石墨烯，其中单层石墨烯的价格昂贵，多层石墨烯的价格低廉，为节省生产成本，本发明优先采用多层石墨烯，本发明背景技术中已经提及，现有的生产工艺难以实现多层石墨烯在氧化铝陶瓷中的应用，而本发明提供的制备方法通过选择多种原料进行合理搭配，从而降低陶瓷材料的烧结温度，实现了多层石墨烯在氧化铝陶瓷中应用的可行性。
步骤3、在石墨烯混合陶瓷原料中添加水或者聚乙烯醇水溶液进行造粒，得到陶瓷颗粒，采用干压成型机对所述陶瓷颗粒进行干压成型，得到陶瓷生坯。
具体的，所述步骤3中，所述石墨烯混合陶瓷原料与所述水或者聚乙烯醇水溶液之间的质量比为100:0.5-5。
具体的，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量百分比为8％-12％，例如10％。
具体的，所述陶瓷颗粒的粒径为60-200微米，优选为100微米。
具体的，所述步骤3中，采用干压成型机在18-22MPa(例如20MPa)压力下对所述陶瓷颗粒进行干压成型。
步骤4、将所述陶瓷生坯放入烧结炉内进行烧结，烧结结束后冷却，获得氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷。
具体的，所述步骤4中，将所述陶瓷生坯放入烧结炉内进行烧结的步骤包括：将所述陶瓷生坯放入烧结炉内，以3-5℃/min的速度升温至1300-1400℃并保温1.5-3小时，在烧结过程采用氮气或者惰性气体(例如氦气)进行保护。
在本发明的一实施例中，将所述陶瓷生坯放入烧结炉内，以5℃/min的速度升温至1350℃并保温2小时。
现有的氧化铝陶瓷的烧结温度通常为1600-1700度，在这种温度条件下，石墨烯容易与氧化铝发生碳化反应而导致石墨烯失去原有功能，而本发明通过对原材料进行选择搭配，降低了含有石墨烯材料的陶瓷的烧结温度，在1300-1400℃/min下进行烧结时，不仅能够保证石墨烯不被炭化，性能不改变，而且能够降低能耗，节约生产成本。
本发明的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法的有益效果包括：
(1)本发明通过在陶瓷原料中添加石墨烯来获得具有高导电导热性能的陶瓷，在烧结过程中，还能够利用石墨烯的高导热性提升原料之间的传热速率，进而提升传热均匀性；
(2)本发明在制备氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的过程中同时添加了液相烧结助剂与固相烧结助剂，也即是说，采用了一种液相烧结固相烧结耦合烧结技术，所述液相烧结固相烧结耦合烧结技术能够综合液相烧结与固相烧结的优点，不仅能够利用液相烧结助剂降低烧结温度，而且能够利用固相烧结助剂消除晶体缺陷，提高烧结驱动力；
(3)本发明通过采用氧化铝陶瓷材料、液相烧结助剂、固相烧结助剂、氧化锆以及石墨烯按照合适比例混合，有效降低了陶瓷材料的烧结温度，从而能够保护石墨烯不被炭化，保证制得的陶瓷具备优异的导热导电性能；
(4)本发明利用氧化锆抑制晶粒生长速度从而提高陶瓷材料的力学机械性能；
(5)本发明采用的石墨烯材料可以为多层石墨烯，性价比较高，烧结气氛可以为普通烧结气氛，因此本发明的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法的成本较低，工艺难度低，易于量产和应用。
基于上述氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，本发明还提供一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷，包括以下组分及其重量份：氧化铝陶瓷材料30-61份、液相烧结助剂15-30份、固相烧结助剂1-4份、氧化锆13-20份、石墨烯10-16份。
本发明的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷具备高导热、高导电、力学机械性能好、耐腐蚀能力强、耐高温等优良特性。
下面以具体实施例的形式对本发明的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷及其制备方法的配比进行详述。
实施例1
该实施例1提供一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供陶瓷原料，所述陶瓷原料包括以下组分及其重量份：氧化铝陶瓷材料49份、液相烧结助剂20份、固相烧结助剂3份、氧化锆15份；
对所述陶瓷原料的各组分进行混合与粉碎。
步骤2、提供13份石墨烯，对所述石墨烯与所述陶瓷原料进行混合与粉碎，得到石墨烯混合陶瓷原料。
步骤3、在石墨烯混合陶瓷原料中添加水进行造粒，得到陶瓷颗粒，采用干压成型机对所述陶瓷颗粒进行干压成型，得到陶瓷生坯。
步骤4、将所述陶瓷生坯放入烧结炉内进行烧结，烧结结束后冷却，获得氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷。
所述液相烧结助剂为Si02-MgO-CaO系烧结助剂，所述Si02-MgO-CaO系烧结助剂包括以下组分及其重量份：Si02 60份、Mg 10份、CaO 30份。
所述固相烧结助剂包括氧化钛与氧化锌，所述氧化钛与氧化锌的质量比为1:2至2:1。
所述步骤1中，对所述陶瓷原料的各组分进行混合与粉碎的步骤包括：将所述陶瓷原料置于易挥发有机溶剂中超声分散5小时，得到混合浆液，然后在600r/min转速下对混合浆液进行球磨7小时，90℃烘干，之后对烘干后的物料进行研磨，所述易挥发有机溶剂为酒精。
所述步骤2中，对所述石墨烯与所述陶瓷原料进行混合与粉碎的步骤包括：将所述石墨烯与所述陶瓷原料置于易挥发有机溶剂中超声分散7小时，得到混合浆液，然后在700r/min转速下对混合浆液进行球磨5小时，80℃烘干，之后对烘干后的物料进行研磨，所述易挥发有机溶剂为酒精。
所述步骤3中，所述石墨烯混合陶瓷原料与所述水之间的质量比为100:2。
所述陶瓷颗粒的粒径为80-100微米。
所述步骤3中，采用干压成型机在20MPa压力下对所述陶瓷颗粒进行干压成型。
所述步骤4中，将所述陶瓷生坯放入烧结炉内进行烧结的步骤包括：将所述陶瓷生坯放入烧结炉内，以5℃/min的速度升温至1350℃并保温2小时，在烧结过程采用氮气进行保护。
实施例2
该实施例2提供一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、提供陶瓷原料，所述陶瓷原料包括以下组分及其重量份：氧化铝陶瓷材料41份、液相烧结助剂25份、固相烧结助剂2份、氧化锆18份；
对所述陶瓷原料的各组分进行混合与粉碎。
步骤2、提供14份石墨烯，对所述石墨烯与所述陶瓷原料进行混合与粉碎，得到石墨烯混合陶瓷原料。
步骤3、在石墨烯混合陶瓷原料中添加聚乙烯醇水溶液进行造粒，得到陶瓷颗粒，采用干压成型机对所述陶瓷颗粒进行干压成型，得到陶瓷生坯。
步骤4、将所述陶瓷生坯放入烧结炉内进行烧结，烧结结束后冷却，获得氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷。
所述液相烧结助剂为Si02-MgO-CaO系烧结助剂，所述Si02-MgO-CaO系烧结助剂包括以下组分及其重量份：Si02 65份、Mg 8份、CaO 27份。
所述固相烧结助剂为氧化钛。
所述步骤1中，对所述陶瓷原料的各组分进行混合与粉碎的步骤包括：将所述陶瓷原料置于易挥发有机溶剂中超声分散6小时，得到混合浆液，然后在700r/min转速下对混合浆液进行球磨5小时，90℃烘干，之后对烘干后的物料进行研磨，所述易挥发有机溶剂为酒精。
所述步骤2中，对所述石墨烯与所述陶瓷原料进行混合与粉碎的步骤包括：将所述石墨烯与所述陶瓷原料置于易挥发有机溶剂中超声分散5小时，得到混合浆液，然后在800r/min转速下对混合浆液进行球磨5小时，80℃烘干，之后对烘干后的物料进行研磨，所述易挥发有机溶剂为酒精。
所述步骤3中，所述石墨烯混合陶瓷原料与所述聚乙烯醇水溶液之间的质量比为100:3。
所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量百分比为10％。
所述陶瓷颗粒的粒径为100-120微米。
所述步骤3中，采用干压成型机在21MPa压力下对所述陶瓷颗粒进行干压成型。
所述步骤4中，将所述陶瓷生坯放入烧结炉内进行烧结的步骤包括：将所述陶瓷生坯放入烧结炉内，以4℃/min的速度升温至1300℃并保温2.5小时，在烧结过程采用氦气进行保护。
实施例3
该实施例3提供一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷，采用实施例1所述的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法制得，该氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷包括以下组分及其重量份：氧化铝陶瓷材料49份、液相烧结助剂20份、固相烧结助剂3份、氧化锆15份、石墨烯13份。
实施例4
该实施例2提供一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷，采用实施例2所述的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法制得，该氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷包括以下组分及其重量份：氧化铝陶瓷材料41份、液相烧结助剂25份、固相烧结助剂2份、氧化锆18份、石墨烯14份。
由于本发明中所涉及的各工艺参数的数值范围在上述实施例中不可能全部体现，但本领域的技术人员完全可以想象到只要落入上述该数值范围内的任何数值均可实施本发明，当然也包括若干项数值范围内具体值的任意组合。此处，出于篇幅的考虑，省略了给出某一项或多项数值范围内具体值的实施例，此不应当视为本发明的技术方案的公开不充分。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式选择等，落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、提供陶瓷原料，所述陶瓷原料包括以下组分及其重量份：氧化铝陶瓷材料30-61份、液相烧结助剂15-30份、固相烧结助剂1-4份、氧化锆13-20份；
对所述陶瓷原料的各组分进行混合与粉碎；
步骤2、提供10-16份石墨烯，对所述石墨烯与所述陶瓷原料进行混合与粉碎，得到石墨烯混合陶瓷原料；
步骤3、在石墨烯混合陶瓷原料中添加水或者聚乙烯醇水溶液进行造粒，得到陶瓷颗粒，采用干压成型机对所述陶瓷颗粒进行干压成型，得到陶瓷生坯；
步骤4、将所述陶瓷生坯放入烧结炉内进行烧结，烧结结束后冷却，获得氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷。
2.如权利要求1所述的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述液相烧结助剂为Si02-MgO-CaO系烧结助剂，所述Si02-MgO-CaO系烧结助剂包括以下组分及其重量份：Si02 58-65份、Mg 6-13份、CaO 26-34份；所述固相烧结助剂包括氧化钛与氧化锌中的至少一种。
3.如权利要求1所述的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，对所述陶瓷原料的各组分进行混合与粉碎的步骤包括：将所述陶瓷原料置于易挥发有机溶剂中超声分散3-8小时，得到混合浆液，然后在500-800r/min转速下对混合浆液进行球磨4-8小时，70℃-100℃烘干，之后对烘干后的物料进行研磨。
4.如权利要求3所述的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述易挥发有机溶剂为酒精。
5.如权利要求1所述的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，对所述石墨烯与所述陶瓷原料进行混合与粉碎的步骤包括：将所述石墨烯与所述陶瓷原料置于易挥发有机溶剂中超声分散3-8小时，得到混合浆液，然后在500-800r/min转速下对混合浆液进行球磨3-8小时，70℃-100℃烘干，之后对烘干后的物料进行研磨。
6.如权利要求5所述的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述石墨烯混合陶瓷原料与所述水或者聚乙烯醇水溶液之间的质量比为100:0.5-5。
7.如权利要求1所述的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒的粒径为60-200微米；所述步骤3中，采用干压成型机在18-22MPa压力下对所述陶瓷颗粒进行干压成型。
8.如权利要求1所述的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，将所述陶瓷生坯放入烧结炉内进行烧结的步骤包括：将所述陶瓷生坯放入烧结炉内，以3-5℃/min的速度升温至1300-1400℃并保温1.5-3小时，在烧结过程采用氮气或者惰性气体进行保护。
9.如权利要求8所述的氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷的制备方法，其特征在于，将所述陶瓷生坯放入烧结炉内，以5℃/min的速度升温至1350℃并保温2小时。
10.一种氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷，其特征在于，包括以下组分及其重量份：氧化铝陶瓷材料30-61份、液相烧结助剂15-30份、固相烧结助剂1-4份、氧化锆13-20份、石墨烯10-16份。
CN201811517134.5A 2018-12-12 2018-12-12 氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷及其制备方法 Pending CN109503131A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811517134.5A CN109503131A (zh) 2018-12-12 2018-12-12 氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811517134.5A CN109503131A (zh) 2018-12-12 2018-12-12 氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109503131A true CN109503131A (zh) 2019-03-22

Family

ID=65753195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811517134.5A Pending CN109503131A (zh) 2018-12-12 2018-12-12 氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109503131A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110256054A (zh) * 2019-07-03 2019-09-20 南开大学 一种多孔导电陶瓷及其制备方法和应用
CN112979286A (zh) * 2021-01-18 2021-06-18 成都宏科电子科技有限公司 用于高密度封装外壳的氧化铝陶瓷、其制备方法及生瓷带
CN113860857A (zh) * 2021-09-10 2021-12-31 湖北泉端新材料科技有限公司 一种氧化铝陶瓷复合材料及其制备方法和应用
CN117142862A (zh) * 2023-08-30 2023-12-01 安庆师范大学 一种导电陶瓷及其制备工艺

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
叶格尔: "《有色金属电热熔炼》", 30 November 1964, 中国工业出版社 *
常启兵: "《复合材料 案例式 case study》", 30 September 2018, 江苏凤凰美术出版社 *
朱敏: "《工程材料》", 28 February 2018, 冶金工业出版社 *
董伟霞等: "ZnO-CaO-MgO-SiO2 助烧剂对氧化铝陶瓷性能的影响", 《陶瓷学报》 *
谢希文，过梅丽: "《材料工程基础》", 31 July 1999, 北京航空航天大学出版社 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110256054A (zh) * 2019-07-03 2019-09-20 南开大学 一种多孔导电陶瓷及其制备方法和应用
CN112979286A (zh) * 2021-01-18 2021-06-18 成都宏科电子科技有限公司 用于高密度封装外壳的氧化铝陶瓷、其制备方法及生瓷带
CN112979286B (zh) * 2021-01-18 2022-08-12 成都宏科电子科技有限公司 用于高密度封装外壳的氧化铝陶瓷、其制备方法及生瓷带
CN113860857A (zh) * 2021-09-10 2021-12-31 湖北泉端新材料科技有限公司 一种氧化铝陶瓷复合材料及其制备方法和应用
CN117142862A (zh) * 2023-08-30 2023-12-01 安庆师范大学 一种导电陶瓷及其制备工艺
CN117142862B (zh) * 2023-08-30 2024-04-09 安庆师范大学 一种导电陶瓷及其制备工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109503131A (zh) 氧化锆增韧石墨烯氧化铝复合导电陶瓷及其制备方法
CA1152112A (en) Sintered silicon carbide - titanium diboride and mixtures and articles thereof
JP2013507526A (ja) 酸化スズセラミックスパッタリングターゲットおよびその製造方法
TWI570090B (zh) Composite ceramic and semiconductor manufacturing device components
CN108821777A (zh) 石墨烯/碳化硅复合陶瓷及其制备方法
CN111410517B (zh) 一种碳纳米管和石墨烯协同增强氧化铝基复合材料及制备方法
CN103524142A (zh) 一种氮化硅-碳化硅-碳化钛微纳米复合材料的制备方法
CN110204309A (zh) 一种含锆堇青石莫来石复相材料及其制备方法
CN111018540A (zh) 一种基于低温热压烧结的高强度氮化硼陶瓷复合材料
CN106518119B (zh) 一种致密的Ti2AlC/Al2O3纤维复合材料及其制备方法
WO2019065018A1 (ja) 黒鉛材料
CN101514750A (zh) 一种纳米碳纤维复合碳化硅陶瓷环及制备方法
CN114014667A (zh) 复合碳化硅陶瓷粉料及陶瓷分离阀的制备方法
CN104211402A (zh) 一种Ti2SnC陶瓷粉体材料的制备方法
Ni et al. Textured HfB2-based ultrahigh-temperature ceramics with anisotropic oxidation behavior
JP5292130B2 (ja) スパッタリングターゲット
CN101555136B (zh) 一种钛硅化碳/二硼化钛-碳化钛复合材料及其制备方法
JP5949718B2 (ja) スパッタリングターゲット
CN105130439A (zh) 一种高强度碳化硅棚板及其制备方法
CN108178649A (zh) 碳纳米管/钛酸锶镧复合热电陶瓷及其制备方法和应用
Suzuki et al. Texture development in anatase and rutile prepared by slip casting in a strong magnetic field
JP2000007436A (ja) 黒鉛材及び黒鉛材の製造方法
JPH07165467A (ja) 等方性黒鉛材の製造方法
CN103964852A (zh) 一种高强度陶瓷复合材料
CN101255330A (zh) 常压烧结微孔碳化硅石墨自润滑密封环及其制造方法

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190322