[发明专利]一种石墨烯陶瓷材料的制备方法

说明书

本发明涉及材料领域，具体的说是一种石墨烯陶瓷材料的制备方法。包括如下步骤：1）取石墨烯制成石墨烯浸渍液；2）对氧化锆陶瓷进行排胶处理；3）将步骤1得到的石墨烯浸渍液和步骤2得到的排胶后氧化锆陶瓷进行真空加压浸渍，得到石墨烯‑氧化锆陶瓷复合材料预制体；4）对石墨烯‑氧化锆陶瓷复合材料预制体进行微波烧结，得到石墨烯‑氧化锆陶瓷复合材料。本发明同现有技术相比，制备出的石墨烯陶瓷复合材料较普通的陶瓷材料弯曲强度、断裂韧性和硬度都有显著提升，提升幅度分别达到37.68%、35.89%和18.34%，宏观力学性能增长明显；较普通的陶瓷材料，导电性能显著提升，石墨烯在陶瓷基体中不是弥散型分布，而是网络状的致密单质结构。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体的说是一种石墨烯陶瓷材料的制备方法。

背景技术

陶瓷具有化学稳定性好、耐高温、抗腐蚀、基本力学性能突出等一系列优点，但由于陶瓷自身的本征脆性及其本征脆性导致的较差的断裂韧性性能，很大程度制约了其更广泛的应用。在医疗器械领域，生物陶瓷已有一定程度的应用，例如氧化锆陶瓷已广泛应用于口腔修复领域，但氧化锆的低温老化现象，亦是影响其进一步推广应用的关键因素。因此，陶瓷基体新型材料的研发，解决或降低陶瓷材料固有缺陷，是推进陶瓷材料在工业、医疗、航空航天、军事工业等各领域应用的基础，亦是企业以创新开拓市场的关键。

石墨烯是一种由SP2 杂化的碳原子以六边形周期排列形成的二维蜂窝状晶格结构的无机纳米片层材料，石墨烯独特的单原子层结构使它具有了许多优异的性能，如室温下的电子迁移率（2×105cm2·V·s），强度达到130GPa，杨氏模量约为1100GPa，导热系数高达5300W/(m·K)，极大的比表面积（理论计算值为2630m2/g）。这些优异的性能使其在能源、微电子、信息、生物医药及高性能复合材料等领域有广阔的应用前景。在陶瓷复合材料领域，通常使用一维碳纤维、碳纳米管以及陶瓷晶须作为增强相来提高材料性能，但是这些增强材料例如碳纳米管在基体中往往会分散不均，易产生团聚。相对于碳纳米管来说，石墨烯更具有优势，它能够较好分散于陶瓷基体中，并且同样具有优异的力学、电学和热学性能，若能通过一定的工艺方法，使石墨烯均匀分布到陶瓷材料基体中，应可显著提高陶瓷基体材料的导电性能。同时，均匀分布的石墨烯可细化陶瓷晶粒，形成致密结构，阻碍裂纹扩展，可显著提高陶瓷基体材料的力学性能。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，设计一种石墨烯陶瓷材料的制备方法。

为实现上述目的，设计一种石墨烯陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）取石墨烯制成石墨烯浸渍液；2）对氧化锆陶瓷进行排胶处理；3）将步骤1得到的石墨烯浸渍液和步骤2得到的排胶后氧化锆陶瓷进行真空加压浸渍，得到石墨烯-氧化锆陶瓷复合材料预制体；4）对石墨烯-氧化锆陶瓷复合材料预制体进行微波烧结，得到石墨烯-氧化锆陶瓷复合材料。

所述步骤1中的石墨烯浸渍液每100份中包含1-10份的石墨烯，0.5-5份的分散剂，余量为溶剂，浸渍液的制备包括如下步骤：1）取石墨烯，将石墨烯制备成粉体；2）将石墨烯粉体与分散剂混合得到混合物；3）将混合后的混合物放入球磨机中，采用干法研磨和湿法研磨结合的方式，对混合物进行研磨；4）将研磨后的混合物放入溶剂中，在磁场、超声波、搅拌的条件下进行均匀混合；5）混合后即得到浸渍液。

所述分散剂选用碳酸二甲酯（DMC）、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、甲酸甲酯或乙腈中的一种或多种；所述溶剂选用无水乙醇、乙醚或丙酮中的一种或多种。

所述混合物研磨后的石墨烯颗粒直径小于250nm；所述磁场强度0.5-5T；所述搅拌方式为顺时针一分钟，逆时针一分钟，搅拌速度为50-100r/min，搅拌时间0.5-2h；所述超声波的控制方式为开三秒，关三秒，超声波的频率为20-90KHz，超声波的功率为1-5KW，超声波温度为25℃。

所述步骤2中包括：1）将陶瓷基体材料进行密实成型，得到陶瓷基体成型胚体；2）对成型胚体进行中温排胶处理，得到陶瓷基材胚体待用。