CN112047343A - 一种空心碳化硅微珠的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种空心碳化硅微珠的制备方法，其特征：1)用氧化石墨烯与碳纳米管制备成气凝胶微珠2)再用酚醛树脂或蔗糖溶液包膜气凝胶微珠，经喷雾干燥成球形粉末。3)再经固化、碳化工艺制备成以热解碳为包膜的多孔石墨微珠4)再用硅溶胶包膜多孔石墨微珠，加热固化，再与沥青或其他有机碳在真空炉中加热到2000度，保温1～2小时进行反应烧结。5)得到生成碳化硅包膜多孔石墨的微珠6)再在氧化炉中分解多余的有机碳，就得到一种内核是多孔石墨的碳化硅微珠了。7)再用氮化硅与碳化硅微粉混合成的粉末与制成的碳化硅微珠混合在1600～2000度在氩气下高温下烧结，再用水漂选，就得到一种表面加强、致密的空心碳化硅微珠。
Description
技术领域
本发明涉及一种空心碳化硅微珠的制备方法，特别是涉及以碳纳米管与氧化石墨烯混合制备气凝胶微珠，并以此制备的多孔石墨为核的空心碳化硅微珠的制备工艺。
背景技术
本发明制备的多孔石墨微珠是一种具有细孔结构的碳纳米管与氧化石墨烯混合制备的超轻气凝胶微珠。以前用申请号：201911064577.8里以超细膨胀石墨粉制备的多孔石墨(也是本公司申请的专利)，还存在密度不够低、强度也较低，以此工艺制备的多孔石墨微珠为核制备的空心碳化硅微珠密度大、强度低。因此，需要寻找一种更好的方法来解决。今天我们要做的是用碳纳米管与氧化石墨混合制备的气凝胶微珠来制备多孔石墨微珠，以此为核、以碳化硅为壳的空心碳化硅微珠的制备方法。制成的空心碳化硅微珠：质量轻、强度高、耐磨损、空心碳化硅不易破碎等。空心碳化硅微珠被用来作为增强材料使用，可以与其他材料复合制备中空轻质、高强度的超轻材料，用途却十分广泛！例如：与铝合金复合制备超轻多孔的铝基三明治材料，可以广泛的替代碳纤维复合材料、镁合金等。尤其是要求节能减排、绿色发展的今天，对超轻材料的需求尤其迫切！
发明内容
以前本公司申请的发明专利(申请号：201910327375.1)，以超细膨胀石墨制备的多孔石墨，在密度上还比较大，由此制备的空心碳化硅微珠也不够轻；按工艺路线：氧化石墨～制备多孔石墨微珠～包膜多孔石墨微珠～制备空心碳化硅微珠(此工艺路线是我们的原始发明)，需要制备的多孔石墨微珠的密度越低越好，我们一直在探索新的制备方法。以碳纳米管与氧化石墨烯混合制备气凝胶微珠，以此为核制备的多孔石墨微珠，满足了密度更轻、强度更高的优点。用这样的多孔石墨微珠来制备的碳化硅微珠也是密度更轻、强度更高。本发明的目的是提供一种新型的多孔石墨微珠制备，以多孔石墨微珠为核、以碳化硅为壳，采用核-壳结构的原理制备的空心碳化硅微珠，具体采用如下描述的技术方案。
一种空心碳化硅微珠的制备方法，该方法包括的步骤有1)取氧化石墨烯、碳纳米管和水按比例混合成氧化石墨烯分散液。2)把分散液放在喷雾成球机里分散成微球，并用冷冻收接液收集。3)过滤收集氧化石墨烯与碳纳米管制成的冰微球，再冷冻干燥4小时后，制成氧化石墨烯与碳纳米管混合的气凝胶微珠4)再用酚醛树脂或蔗糖溶液包膜气凝胶微珠，经喷雾干燥成球形粉末。5)再经固化、碳化工艺制备成以热解碳为包膜的多孔石墨微珠6)再用硅溶胶包膜多孔石墨微珠，加热固化，再与沥青或其他有机碳在真空炉中加热到2000度，保温1～2小时进行反应烧结。7)得到生成碳化硅包膜多孔石墨的微珠8)再在氧化炉中分解多余的有机碳，就得到一种内核是多孔石墨的碳化硅微珠了。9)再用氮化硅与碳化硅微粉混合成的粉末与制成的碳化硅微珠混合在1600～2000度在氩气下高温下烧结，再用水漂选，就得到一种表面加强、致密的空心碳化硅微珠。
进一步所诉1)步骤，氧化石墨烯、碳纳米管、水的比例：3～1∶1～2∶4～8。
进一步所诉4)步骤，酚醛树脂或蔗糖的溶液浓度在5％～35％。
进一步所诉6)步骤，硅溶胶是采用硅烷偶联剂改性后的硅溶胶，硅溶胶浓度范围在15％～45％。
进一步所诉9)步骤，氮化硅与碳化硅混合微粉重量比例在3～1∶1～3，再用氮化硅与碳化硅混合粉与空心碳化硅微珠的重量比例在1∶1。
按照本发明方法，使用氧化石墨烯与碳纳米管气凝胶微珠制备成的多孔石墨微珠，满足了材料的轻量化要求，密度可以低于0.1克/立方厘米。再用硅溶胶与热解碳反应烧结成空心碳化硅微珠，同时用氮化硅与碳化硅微粉来强化空心碳化硅微珠，外壳强度比较高、致密性好；满足了高强度的要求。这样制成的空心碳化硅微珠，就满足了成本低、不易破碎、产品合格率高的优点，可以使用在塑料、金属、陶瓷、玻璃材料中，起到降低密度、减轻重量、减少材料用量的作用。
通过以上的描述，本发明方法的优点是显著的，表现在1)按工艺路线：氧化石墨～制备多孔石墨微珠～包膜多孔石墨微珠～制备空心碳化硅微珠。用氧化石墨烯与碳纳米管气凝胶微珠制备多孔石墨微珠，再包膜多孔石墨微珠，再反应烧结成空心碳化硅微珠，工艺步骤简单，可操作性强2)尤其是采用氧化石墨烯与碳纳米管制备的气凝胶微珠为核，得到了轻质、强度好的优点，更重要的是采用碳纳米管，起到增强的作用3)然后再用硅溶胶包膜的多孔石墨微珠；4)再用氮化硅与碳化硅微粉强化生成致密的空心碳化硅微珠。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明方法制得的空心碳化硅微珠的微观结构的显微镜照片。
具体实施方式：
举例一：取氧化石墨烯、碳纳米管、水按重量比例3∶1∶4制备的混合分散液，在喷雾成球机里分散在冷冻液里，冰冻成粒径在75微米的微珠，过滤收集，再冷冻干燥4小时后成氧化石墨烯与碳纳米管的气凝胶微珠，再用15％酚醛树脂溶液混合、喷雾干燥，再固化、碳化成多孔石墨微珠，再用改性后的35％的硅溶胶包膜，喷雾干燥成球形的二氧化硅包膜的微珠，再用沥青混合，在1600度真空炉中烧结生成碳化硅微珠，再放在氧化炉中氧化多余的碳，就生产空心的碳化硅微珠。再用氮化硅与碳化硅按比例3∶1混合成的粉末与生成的空心碳化硅微珠按比例1∶1混合，再在2000度左右温度下烧结制备成表面增强、致密的空心碳化硅微珠，密度在0.6克/厘米3，粒径在75微米，等静压强度为120Mpa空心碳化硅微珠。
举例二：取氧化石墨烯、碳纳米管、水按重量比例2∶1∶6制备的混合分散液，在喷雾成球机里分散在冷冻液里，冰冻成粒径在65微米的微珠，过滤收集，再冷冻干燥4小时后成氧化石墨烯与碳纳米管的气凝胶微珠，再用25％酚醛树脂溶液混合、喷雾干燥，再固化、碳化成多孔石墨微珠，再用改性后的35％的硅溶胶包膜，喷雾干燥成球形的二氧化硅包膜的微珠，再用沥青混合，在1600度真空炉中烧结生成碳化硅微珠，再放在氧化炉中氧化多余的碳，就生产空心的碳化硅微珠。再用氮化硅与碳化硅按比例3∶2混合成的粉末与生成的空心碳化硅微珠按比例1∶1混合，再在2000度左右温度下烧结制备成表面增强、致密的空心碳化硅微珠，密度在0.6克/厘米3，粒径在75微米，等静压强度为150Mpa空心碳化硅微珠。
举例三：取氧化石墨烯、碳纳米管、水按重量比例3∶1∶8制备的混合分散液，在喷雾成球机里分散在冷冻液里，冰冻成粒径在75微米的微珠，过滤收集，再冷冻干燥4小时后成氧化石墨烯与碳纳米管的气凝胶微珠，再用15％酚醛树脂溶液混合、喷雾干燥，再固化、碳化成多孔石墨微珠，再用改性后的35％的硅溶胶包膜，喷雾干燥成球形的二氧化硅包膜的微珠，再用沥青混合，在1600度真空炉中烧结生成碳化硅微珠，再放在氧化炉中氧化多余的碳，就生产空心的碳化硅微珠。再用氮化硅与碳化硅按比例2∶1混合成的粉末与生成的空心碳化硅微珠按比例1∶1混合，再在2000度左右温度下烧结制备成表面增强、致密的空心碳化硅微珠，密度在0.8克/厘米3，粒径在75微米，等静压强度为150Mpa空心碳化硅微珠。
举例四：取氧化石墨烯、碳纳米管、水按重量比例2∶1∶8制备的混合分散液，在喷雾成球机里分散在冷冻液里，冰冻成粒径在65微米的微珠，过滤收集，再冷冻干燥4小时后成氧化石墨烯与碳纳米管的气凝胶微珠，再用25％酚醛树脂溶液混合、喷雾干燥，再固化、碳化成多孔石墨微珠，再用改性后的35％的硅溶胶包膜，喷雾干燥成球形的二氧化硅包膜的微珠，再用沥青混合，在1600度真空炉中烧结生成碳化硅微珠，再放在氧化炉中氧化多余的碳，就生产空心的碳化硅微珠。再用氮化硅与碳化硅按比例3∶1混合成的粉末与生成的空心碳化硅微珠按比例1∶1混合，再在2000度左右温度下烧结制备成表面增强、致密的空心碳化硅微珠，密度在0.6克/厘米3，粒径在65微米，等静压强度为150Mpa空心碳化硅微珠。
Claims (2)
1.一种空心碳化硅微珠的制备方法，其特征主要在于该方法包括以下步骤：1)用氧化石墨烯与碳纳米管和水形成分散液。2)把分散液放在喷雾成球机里分散成微球，并用冷冻收接液收集。3)过滤收集氧化石墨烯与碳纳米管制成的冰微球，再冷冻干燥4小时后，制成氧化石墨烯与碳纳米管混合的气凝胶微珠 4)再用酚醛树脂或蔗糖溶液包膜气凝胶微珠，经喷雾干燥成球形粉末。5)再经固化、碳化工艺制备成以热解碳为包膜的多孔石墨微珠 6)再用硅溶胶包膜多孔石墨微珠，加热固化，再与沥青或其他有机碳在真空炉中加热到2000度，保温1～2小时进行反应烧结。7)得到生成碳化硅包膜多孔石墨的微珠 8)再在氧化炉中分解多余的有机碳，就得到一种内核是多孔石墨的碳化硅微珠了。9)再用氮化硅与碳化硅微粉混合成的粉末与制成的碳化硅微珠混合在1600～2000度在氩气下高温下烧结，再用水漂选，就得到一种表面加强、致密的空心碳化硅微珠。
2.一种空心碳化硅微珠的制备方法，其主要特征是：
1)按工艺路线：氧化石墨～制备多孔石墨微珠～包膜多孔石墨微珠～制备空心碳化硅微珠。
2)所诉步骤1中，采用氧化石墨烯与碳纳米管制备气凝胶微珠，其中氧化石墨烯、碳纳米管、水的比例范围：3～1∶1～2∶4～8。
3)所诉步骤4中，酚醛树脂或蔗糖的溶液浓度在5％～35％的范围。
4)所诉步骤6中，采用改性的硅溶胶包膜多孔石墨微珠，硅溶胶是采用硅烷偶联剂改性后的硅溶胶，硅溶胶浓度范围在15％～45％。
5)所诉步骤9中，采用氮化硅与碳化硅微粉表面强化生成致密的空心碳化硅微珠。氮化硅与碳化硅混合微粉重量比例在3～1∶1～3，再用氮化硅与碳化硅混合粉与空心碳化硅微珠的重量比例在1∶1。
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|---|---|---|---|---|
| CN113278284A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-08-20 | 上海优泰装饰材料有限公司 | 隔热条及其生产用干燥工艺 |
| CN115093205A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-09-23 | 安徽瑞泰新材料科技有限公司 | 一种水泥回转窑口用耐火材料 |
| CN115521162A (zh) * | 2022-10-17 | 2022-12-27 | 峨眉山市鑫锐新材料有限公司 | 一种空心碳化硅微珠的制备方法 |
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