[發明專利]一種原位合成含氧化石墨烯和碳納米管的超高溫陶瓷雜化粉體的方法

有效

• 申請號: 201410283121.1
• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN104030692A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 張幸紅;徐寶升;洪長青;韓杰才;孟松鶴;胡平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B35/626
• 分類號: C04B35/626
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明涉及一種原位合成含氧化石墨烯和碳納米管的超高溫陶瓷雜化前驅粉體的方法，屬于結構陶瓷技術領域。

背景技術

氧化石墨烯和碳納米管具有優異的力學性能，電學性能和熱學性能。當他們引入到陶瓷中可以顯著提高材料的力學性能。但是碳納米管具有非常大的長徑比，易團聚，而氧化石墨烯不親水也不親油，加之化學反應惰性，很難在基體中充分分散。目前采用的分散方法主要是濕法分散，既將粉體顆粒、碳納米管和氧化石墨烯加入到溶劑中，然后采用球磨，干燥除溶劑的方法將其分散，但是在球磨的過程中會造成對碳納米管和氧化石墨烯的機械破壞，并且干燥過程中又會引起碳納米管和氧化石墨烯的團聚，采用原位生長的方法在陶瓷粒子表面生長碳納米管和氧化石墨烯可以很好的解決碳納米管和氧化石墨烯的分散問題。

發明內容

本發明是要解決現有制備含氧化石墨烯和碳納米管的超高溫陶瓷時，氧化石墨烯和碳納米管在分散到超高溫陶瓷粉體過程中，存在機械損傷和團聚的問題，而提出一種原位合成含氧化石墨烯和碳納米管的超高溫陶瓷雜化粉體的方法。

一種原位合成含氧化石墨烯和碳納米管的超高溫陶瓷雜化粉體的方法，按以下步驟進行：

一、將催化劑Ni(NO₃)₂.6H₂O通過研磨的方式充分分散在含硼的有機聚合物先驅體和含鋯的有機聚合物先驅體中得到三者的混合粉體，其中含硼的有機聚合物先驅體為2,4,6-三-甲氨基硼吖嗪，分子式為(NHCH₃)₃B₃N₃H₃，含鋯的有機聚合物先驅體為[(C₄H₈O)Zr(acac)₂]_n，n＝110～120，B:Zr的摩爾比為(1～4):1，催化劑Ni(NO₃)₂.6H₂O與含硼和含鋯的有機聚合物先驅體的重量之比為1:(50～200)；

二、將步驟一得到的混合粉體放在兩側有氣孔的中空柱形模具中，在管式爐中加熱裂解，以升溫速率為2℃/min～5℃/min將管式爐加熱升溫到950℃～1050℃，然后保溫0.5h～2h，加熱裂解過程中，采用惰性氣體作為保護氣體；

三、將步驟二得到的加熱裂解后的混合粉體，自然降溫到20℃～25℃，即得到含氧化石墨烯和碳納米管的超高溫陶瓷雜化粉體。

本發明的反應機理：采用在陶瓷聚合物先驅體制備陶瓷粉體的過程中，隨著有機聚合物先驅體的裂解，在半封閉的中空柱形模具中含碳氣體的濃度不斷升高，在1000℃左右，在高濃度碳源的條件下，催化劑會把含碳氣體分解成C₆環，然后C₆環會發生自組裝，在材料中形成碳膜，隨著反應時間的進行，碳膜不斷沿著二維方向生長，由于裂解過程中產生的氣體CO，CO₂還含有氧，氧擴散到石墨烯的結構中從而形成了氧化石墨烯的納米結構。同時，部分含碳氣體會在催化劑表面進行分解，溶解，然后析出，這樣又完成了一維碳納米管的生長。

本發明包括以下有益效果：

1、采用本發明方法制備的含氧化石墨烯和碳納米管的超高溫陶瓷雜化粉體中碳納米管和氧化石墨烯分布均勻，沒有團聚現象發生；

2、采用本發明方法制備碳納米管和氧化石墨烯結構完整，無機械損傷，缺陷少，產品質量高；

3、本發明方法所用設備簡單，投資小，且能批量生產含氧化石墨烯和碳納米管的超高溫陶瓷雜化粉體。

附圖說明

圖1為具體實施方式六制備的含氧化石墨烯和碳納米管的超高溫陶瓷雜化粉體的低倍SEM圖；

圖2為具體實施方式六制備的含氧化石墨烯和碳納米管的超高溫陶瓷雜化粉體的高倍SEM圖(重點突出氧化石墨烯)；

圖3為具體實施方式六制備的含氧化石墨烯和碳納米管的超高溫陶瓷雜化粉體的高倍SEM圖(重點突出碳納米管)。

具體實施方式

具體實施方式一：一種原位合成含氧化石墨烯和碳納米管的超高溫陶瓷雜化粉體的方法，按以下步驟進行：