[发明专利]一种石墨烯包覆氧化铝陶瓷粉体及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种石墨烯包覆氧化铝陶瓷粉体及其制备方法与应用。该制备方法包括：(1)制备氨基表面改性的氧化铝悬浮液；(2)制备氧化石墨烯分散液；(3)制备石墨烯包覆氧化铝陶瓷粉体。本发明方法可简单、快速地得到石墨烯包覆氧化铝陶瓷粉体，使石墨烯均匀地包覆于氧化铝粉体的表面，提高了石墨烯与氧化铝粉体间的分散性和两者混合的均匀度，解决了石墨烯在氧化铝基陶瓷材料中易团聚、分散性差的问题，同时，此方法原料来源广泛且价格低廉，降低生产成本，工艺简单、参数易控制且生产过程安全环保，适用于大规模工业生产。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯包覆氧化铝陶瓷粉体及其制备方法与应用，属于陶瓷复合材料技术领域。

背景技术

石墨烯(Graphene)是由单层碳原子通过共价键结合而成的具有规则六方对称结构的理想二维晶体。由于独特的二维晶体结构以及优异的晶体品质，石墨烯具有优异的力学和导电导热性能性能，被广泛应用到复合材料领域。例如，CN104538639A提供一种用于锂离子电池的石墨烯包覆氧化铝及其制备方法，用LPAN作为碳源并加入金属掺杂物或非金属掺杂物，经该方法石墨烯包覆改性后的氧化铝材料具有导热而且导电的双重性能，该粉体能够良好的与锂离子电池电解液相浸润，能大幅度降低锂离子电池的内阻，且使得电池的容量和循环性能稳定。

石墨烯作为目前自然界最薄、强度高、导热性能好一种新型纳米材料，且其具有优越的润滑性能，但作为润滑剂添加到陶瓷基体中容易被氧化，为了提高了石墨烯的抗氧化性能，有报道称在石墨烯表面包覆一层氧化铝，例如，CN106431361A公开了一种添加氧化铝包覆石墨烯的自润滑陶瓷刀具材料，该材料是以微米尺度的氧化铝为基体，将微米尺度的氮化硅增强、纳米尺度的氧化铝增韧补强和氧化铝包覆石墨烯的润滑性能相结合，以氧化钇为烧结助剂，经真空热压烧结制成的陶瓷复合材料。

另一方面，石墨烯还是陶瓷材料良好的补强体。例如，CN106007762A公开了一种石墨烯纳米片增韧的氧化铝陶瓷刀具及其热压烧结制备工艺，所述的陶瓷刀具是以Al₂O₃为基体，以石墨烯纳米片为增强相，并添加一定量的金属粘结剂和助烧剂，采用热压结技术制备得到。在力学性能方面：添加石墨烯的Al₂O₃纳米复合陶瓷刀具材料在垂直于热压方向上的断裂韧性和抗弯强度比平行于热压方向上的断裂韧性与抗弯强度分别提高了38％和39％。因而，石墨烯增韧Al₂O₃纳米复合陶瓷刀具材料中出现了力学性能的各向异性。

但是，由于石墨烯比表面积大且表面能高，球磨混合等传统方法不能使石墨烯在陶瓷基体中均匀分散，并且石墨烯的团聚会引起气孔等结构缺陷，使石墨烯与陶瓷基体不能形成良好的接触界面，破坏石墨烯的微观组织结构，影响了复合材料性能的提高。因此，改善石墨烯在陶瓷基体中的分散均匀性成为制备石墨烯增韧陶瓷材料的前提。

发明内容

为了避免上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供一种用于制备氧化铝基陶瓷刀具材料的石墨烯包覆氧化铝陶瓷粉体及其制备方法，利用氧化石墨烯与氨基化氧化铝粉体之间的相互静电作用，以克服现有石墨烯陶瓷复合材料中石墨烯易团聚、分散性差的问题。

术语说明：

室温：具有本领域公知的含义；一般是指25±3℃。

本发明的技术方案如下：

一种石墨烯包覆氧化铝陶瓷粉体的制备方法，包括步骤：

(1)制备氨基表面改性的氧化铝悬浮液