[發(fā)明專利]一種石墨烯/ZrO2

有效

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• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107129298B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設計）人: 劉立起;彭雨晴;鄒虹榮;李愛軍;白瑞成;李飛;張洪濤
• 申請（專利權）人: 上海大學;上海晶璀新材料科技有限責任公司
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622;C04B35/638;C04B35/64
• 代理公司: 上海新隆知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 31366
• 代理人: 金利琴

本發(fā)明公開了一種石墨烯/ZrO₂陶瓷復合材料的制備方法，其制備步驟為：首先將氧化鋯粉末在粉末壓機中干壓成型并排膠處理，然后將預制體放入到浸漬裝置中，抽真空后倒入石墨烯分散液進行液封，再施加氣體加壓，得到石墨烯/ZrO₂陶瓷預制體，最后將浸漬好的預制體放入真空環(huán)境下進行微波燒結，得到石墨烯/ZrO₂陶瓷復合材料。所得到的石墨烯/ZrO₂陶瓷復合材料能夠明顯改善其脆性，且斷裂韌性提升20％以上，制備的石墨烯/ZrO₂陶瓷復合材料能夠應用于鉆頭、刀具、軸承等領域，本發(fā)明擴大了ZrO₂陶瓷的應用領域，且改善脆性引起的一系列其它缺點。

技術領域

本發(fā)明涉及一種ZrO₂陶瓷基復合材料領域，特別是一種石墨烯/ZrO₂陶瓷復合材料。

背景技術

ZrO₂陶瓷是一種十分重要功能陶瓷和結構陶瓷，由于它具有化學穩(wěn)定性好、耐高溫、抗腐蝕、熱穩(wěn)定性好、力學性能優(yōu)良、增韌效果顯著等一系列的優(yōu)點，因而越來越受到人們的重視，其應用領域日益擴大。然而，由于陶瓷自身的本征脆性及其本征脆性導致的較差的機械性能，很大程度制約了其更廣泛的應用。

自從2004年石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，其優(yōu)良的性能一直備受關注。石墨烯是一種由碳原子sp²雜化軌道組成的，六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子的二維材料；石墨烯具有大于碳納米管的比表面積 (2630m²·g^-1)，常溫下其電子遷移率超過15000cm²/(v·S)，電阻率只約 10^-6Ω·m，且石墨烯是一種優(yōu)異增韌材料，目前石墨烯的產(chǎn)業(yè)化主要應用之一是在復合材料領域。當石墨烯作為陶瓷材料中的添加相時，大的比表面積可以使其與陶瓷基體具有更大的結合面積，使其增大界面結合力、改善由基體向石墨烯的應力傳遞效率，提高材料的力學性能。

純ZrO₂陶瓷在加熱或冷卻過程中會引起開裂，難以直接燒結成致密的 ZrO₂陶瓷，且制品的抗熱震性比較差，從而限制了純ZrO₂陶瓷的應用。在實踐中，為了改善其抗熱震性，提高其力學性能，制作良好的制品，常常加入一些添加劑。傳統(tǒng)的陶瓷復合材料用纖維和顆粒等材料作為陶瓷材料的增強體，但這些纖維材料一般會與陶瓷材料基體間存在界面結合等問題，而將石墨烯作為增強體引入到陶瓷基體中，不僅可以提高復合材料的力學性能，尤其是斷裂韌性，而且還能改善陶瓷的電化學性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種石墨烯/ZrO₂陶瓷復合材料的制備方法，它具有高的斷裂韌性，高強硬度，制備工藝簡單，燒結方式環(huán)保等優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明的一種石墨烯/ZrO₂陶瓷復合材料的制備方法，包括如下制備步驟：

a.將100g氧化鋯粉末干壓成型，然后排膠處理，待用；

b.將一定質(zhì)量的石墨烯分散到N-甲基吡咯烷酮溶劑中，研磨并靜置，取上層清液，待用；

c.將a中排膠之后的預制體打磨掉表層雜質(zhì)，超聲，烘干，置于浸漬裝置中，抽真空，再將b中所制備的石墨烯分散液注入，然后進行液封，再通入惰性氣體施壓；

d.將c中浸漬有石墨烯的ZrO₂陶瓷預制體取出，烘干，再將預制體放入到真空環(huán)境下進行微波燒結，即得到石墨烯/ZrO₂陶瓷復合材料。采用微波燒結。較傳統(tǒng)燒結方式的優(yōu)點在于升溫速度快、能源利用率高、加熱效率高和安全衛(wèi)生無污染。

作為本發(fā)明的進一步技術特征：