[发明专利]一种富含纳米金刚石结构的碳材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型碳材料领域，特别涉及一种碳材料的制备方法。

背景技术

纳米金刚石因具有极高的硬度和抗压强度、优良的光学性能、较佳的生物相容性等优异性能，在许多重要领域应用前景广阔。因此，研究发展纳米金刚石的制备技术和方法一直备受关注。

迄今为止，人们已经发展多种制备纳米金刚石的方法，其中主要包括：（1）炸药爆轰合成法：是通过炸药爆轰过程中压缩石墨使其变为金刚石，此为传统的利用炸药爆轰合成纳米金刚石的方法；（2）激光轰击合成法：是通过激光的高速轰击使碳粉转变为金刚石，孙景等利用激光轰击碳粉悬浮液合成了纳米金刚石；（3）强流脉冲电子束照射合成法：是利用强流脉冲电子束照射使石墨转变为金刚石，高波等利用强流脉冲电子束照射石墨悬浮液合成了纳米金刚石。然而，传统爆轰法合成的纳米金刚石中会混有大量的金属杂质，这些杂质对纳米金刚石的品质有着较大影响，进一步提纯比较困难，而利用激光、强脉冲电子束照射碳的悬浮液虽然可以制备较纯净的纳米金刚石，但由于激光、强脉冲电子束设备造价昂贵并且合成速率较慢，难以大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、品质优良的富含纳米金刚石结构的碳材料的制备方法。

本发明主要是以碳化钛为反应原料，首先对碳化钛进行球磨预处理，然后将球磨后的碳化钛进行高温卤化反应来实现的。

本发明的制备方法如下：

（1）碳化钛粉体的球磨预处理：将碳化钛粉体放入高能球磨机中进行球磨预处理，使得碳化钛粉体粒径破碎细化至0.5~2.0 μm。球磨时的研磨体为GCr15轴承钢钢球，钢球与碳化钛粉体的质量比（即球料比）为4:1~6:1，球磨机的转速为180~220转/分，球磨时间为5~20小时。为防止球磨期间碳化钛粉体发生团聚，选用乙醇作为分散剂。

（2）碳化钛粉体的高温卤化处理：将上述球磨后的碳化钛粉体放入熔融石英管式炉中，抽真空至0.05~1Pa后通入氩气，将管式炉升温至900~1200℃，再通入氯气，流速为20~30ml/min，时间为1~2小时；反应结束后再次通入氩气，利用氩气流的冲刷作用去除碳化钛粉体表面残留的四氯化钛等氯化物，随炉冷却至室温后即可获得富含纳米金刚石结构的碳材料。

本发明与现有技术相比具有如下优点：合成工艺简单、成本低廉、合成速度快、效率高，所制备的碳材料品质优良，含有大量粒径分布为5~10纳米的纳米金刚石。

附图说明

图1是本发明实施例1所获得的碳材料的电镜图。

图2是图1中所示黑点（纳米金刚石）的高分辨电镜图。

图3是本发明实施例2所获得的碳材料的电镜图。

图4为图3中所示黑点（纳米金刚石）的高分辨电镜图。

具体实施方式

实施例1

取粒度为800目的碳化钛粉体20g，放入高能球磨机中，再放入80g GCr15轴承钢钢球，为防止球磨期间碳化钛粉体发生团聚，放入1ml乙醇作为分散剂，球磨机的转速为220转/分，球磨时间为5小时。此时，碳化钛粉体粒径为约2.0 μm。然后将上述球磨后得到的碳化钛粉体放入熔融石英管式炉中，抽真空至0.1Pa后通入氩气。将管式炉温度升至900℃，通入氯气，流速为30ml/min，时间为2小时。反应结束后再通入氩气，去除碳化钛粉体表面残留的氯化物，随炉冷却至室温后，即可获得富含纳米金刚石结构的碳材料。

如图1和图2所示，所制备碳材料中富含粒径分布为5~10纳米的纳米金刚石。

实施例2

取粒度为800目的碳化钛粉体20g，放入高能球磨机中，再放入120g GCr15轴承钢钢球，为防止球磨期间碳化钛粉体发生团聚，放入1ml乙醇作为分散剂，球磨机的转速为180转/分，球磨时间为20小时。此时，碳化钛粉体粒径为约0.5 μm。然后将上述球磨后得到的碳化钛粉体放入熔融石英管式炉中，抽真空至1Pa后通入氩气。将管式炉温度升至1200℃，通入氯气，流速为20ml/min，时间为1小时。反应结束后再通入氩气，去除碳化钛粉体表面残留的氯化物。随炉冷却至室温后，即可获得富含纳米金刚石结构的碳材料。

如图3和图4所示，与实施例1相比，本实施例获得的碳材料中含有的纳米金刚石更多。

实施例3

取粒度为800目的碳化钛粉体20g，放入高能球磨机中，再放入100g GCr15轴承钢钢球，为防止球磨期间碳化钛粉体发生团聚，放入1ml乙醇作为分散剂，球磨机的转速为200转/分，球磨时间为15小时。此时，碳化钛粉体粒径为约0.9 μm。然后将上述球磨后得到的碳化钛粉体放入熔融石英管式炉中，抽真空至0.05Pa后通入氩气。将管式炉温度升至1100℃，通入氯气，流速为25ml/min，时间为1.5小时。反应结束后再通入氩气，去除碳化钛粉体表面残留的氯化物。随炉冷却至室温后，即可获得富含纳米金刚石结构的碳材料。