[发明专利]一种富勒烯‑碳化硼复合材料及其制备方法与用途

说明书

技术领域：

本发明涉及富勒烯复合材料领域，尤其涉及一种导热导电、耐磨填料富勒烯-碳化硼复合材料及其制备方法与用途。

背景技术：

富勒烯是于1985年发现的继金刚石、石墨和线性碳(carbyne)之后碳元素的第四种晶体形态。其中碳60(C60)和碳70(C70)是最常见的，也是能够量产的富勒烯，富勒烯的成员还有C28、C32、C240、C540等。以C60为代表的富勒烯家族以其独特的形状和良好的性质开辟了物理学、化学和材料科学中一个崭新的研究方向。由于C60分子具有芳香性，溶于苯呈酱红色，可用电阻加热石墨棒或电弧法使石墨蒸发等方法制得；并且C60分子既可以和金属结合，还可以和非金属负离子结合。所以C60是既有科学价值又有应用前景的化合物，在生命科学、医学、天体物理等领域也有一定的意义。

在克拉茨奇默和霍夫曼等人首先制备出宏观数量的C60以后，科学家从实验上制备出大量的富勒烯衍生物并对其性质进行了广泛研究，立即意识到这类新物质的巨大应用潜力富勒烯新材料的许多不寻常特性几乎都可以在现代科技和工业部门找到实际应用价值，可预见富勒烯材料的应用是多方面的，包括润滑剂、催化剂、研磨剂、高强度碳纤维、半导体、非线性光学器件、超导材料、光导体、高能电池、燃料、传感器、分子器件以及用于医学成像及治疗等方面。

碳化硼（boron carbide）又名一碳化四硼，俗称人造金刚石，分子式为B₄C，通常为灰黑色粉末，是一种有很高硬度的硼化物。它的摩氏硬度为9.3，并是继氮化硼、金刚石、富勒烯化合物和钻石整体纤管后的第五种已知最硬的物质。与酸、碱溶液不起反应，容易制造而且价格相对便宜，广泛应用于硬质材料的磨削、研磨、钻孔等。

本发明通过特殊的方法将富勒烯与碳化硼制备出富勒烯-碳化硼复合材料，将其粉末用于塑料基复合材料中，可显著提高塑料基复合材料的导热、导电以及耐磨性能，这种富勒烯-碳化硼复合材料粉末可用于塑料基以提高导热、导电、耐磨性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富勒烯-碳化硼复合材料及其制备方法与其用途。本发明首次将富勒烯与碳化硼复合制备富勒烯-碳化硼复合材料，并将其用于塑料基中制备塑料基导热耐磨复合材料，可显著提高塑料基复合材料的导热、导电、耐磨性能。

本发明的技术方案如下：

一种富勒烯-碳化硼复合材料，由下述组份按重量份制备而成：

富勒烯 5~30份

碳化硼 100份。

所述富勒烯包括C60富勒烯和C70富勒烯。

所述碳化硼粒径为2.5~60μm。

本发明的第二个目的是提供上述富勒烯-碳化硼复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将5~30份富勒烯与100份碳化硼经高速混合机混合10~30分钟；

（2）将混合物浸于无水乙醇中，再对其进行超声波分散处理120~240分钟；

（3）将经（2）分散好的溶液放入球磨机中进行球磨10~24小时，然后冷冻干燥再经研磨的过400目筛；

（4）将（3）中粉体放入石墨磨具中，在590℃~625℃温度下烧结120~240分钟得到富勒烯掺杂碳化硼烧结体，再将前述烧结体放入金刚石粉碎分级设备中进行粉碎分级，过800目筛，得到富勒烯-碳化硼复合材料粉末。

本发明的第三个目的是提供上述富勒烯-碳化硼复合材料的用途，所述的富勒烯-碳化硼复合材料用于塑料基的填料而制备塑料基导热耐磨复合材料，所述富勒烯-碳化硼复合材料的用量占塑料基重量的10~40%。

该塑料基导热耐磨复合材料是以下组份按重量份组成：100份塑料基、10~40份富勒烯-碳化硼复合材料粉末、0.09~0.6份抗氧剂、0.09~0.3份分散剂、0.2~1份偶联剂。其中，塑料基包括聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（如：PA6、PA66、PA46、PA610、PA1010、PA12）、聚苯硫醚（PPS）、聚苯乙烯（PS）、聚甲醛（POM）、聚苯醚（PPO）、聚醚酮（PEK）、聚醚醚酮（PEEK）、聚砜（PSF）、聚酰亚胺（PI）等。