[发明专利]一种CNT/石墨烯共价改性的高导热碳化物陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种CNT/石墨烯共价改性的高导热碳化物陶瓷及其制备方法。所述方法：在真空辅助振动条件下，将多壁碳纳米管粉体和多层石墨烯粉体与陶瓷前驱体溶液混合均匀，得到CNT/石墨烯改性的陶瓷前驱体溶液；将CNT/石墨烯改性的陶瓷前驱体溶液依次进行固化和高温裂解，得到CNT/石墨烯共价改性的陶瓷粉体；将CNT/石墨烯共价改性的陶瓷粉体进行高温高压烧结，制得CNT/石墨烯共价改性的高导热碳化物陶瓷。本发明充分发挥碳纳米管和石墨烯分别作为一维和二维纳米碳材料的优势，通过碳材料与氧化物陶瓷碳热还原反应形成CNT/石墨烯共价改性的碳化物陶瓷，提高了导电性和导热性，有效解决了碳化物陶瓷导热性能较差等问题。

技术领域

本发明涉及陶瓷复合材料制备技术领域，尤其涉及一种CNT/石墨烯共价改性的高导热碳化物陶瓷及其制备方法。

背景技术

飞行器在以5倍声速及更快速度飞行时，其热防护部件需要经历超高热流密度等极端条件的考验，对材料提出更为苛刻的要求。而以金属碳化物为代表的陶瓷往往具有较高的熔点(＞1600℃)，成为热防护部件最具竞争力的候选材料。但碳化物陶瓷往往较脆，在有较大应力情况下会在内部形成贯穿式裂纹，导致严重后果。另外，碳化物陶瓷的导热性往往较差，普遍低于2W/(m·K)，使得热防护部件热量聚集，无法有效扩散，导致其温度过高，甚至超过其熔点，从而影响部件使用性能。

碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)和石墨烯作为一维和二维的碳纳米材料，由于其具有超高的力学强度和导电导热性，被誉为“黑金”材料，受到世界科学家的广泛关注。现有技术，为了提高碳化物陶瓷的韧性和热导率，可以采用碳纳米管和石墨烯等碳纳米材料分散于碳化物陶瓷中，以此改善陶瓷的脆性和热导率。但目前采用的分散方法多集中于机械混合，只是将碳纳米管或石墨烯与碳化物陶瓷粉体进行简单的机械力混合。由于碳纳米管或石墨烯极易团聚，因此在碳化物陶瓷中分散极不均匀，改善陶瓷脆性的效果较差，同时其与碳化物陶瓷并未形成共价键，在传递热量时效率依然较低，热导率并未得到显著提高。为了进一步提升热防护部件的使用性能，需要解决现有技术条件下碳化物陶瓷的脆性和导热性能差的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种CNT/石墨烯共价改性的高导热碳化物陶瓷及其制备方法。

本发明在第一方面提供了一种CNT/石墨烯共价改性的高导热碳化物陶瓷的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在真空辅助振动条件下，将多壁碳纳米管粉体和多层石墨烯粉体与陶瓷前驱体溶液混合均匀，得到CNT/石墨烯改性的陶瓷前驱体溶液；

(2)将所述CNT/石墨烯改性的陶瓷前驱体溶液依次进行固化和高温裂解，得到CNT/石墨烯共价改性的陶瓷粉体；

(3)将所述CNT/石墨烯共价改性的陶瓷粉体进行高温高压烧结，制得CNT/石墨烯共价改性的高导热碳化物陶瓷。

优选地，步骤(1)包括如下子步骤：

(a)将多壁碳纳米管粉体和多层石墨烯粉体混合，得到混合料；

(b)在真空条件下，将有机溶剂加入所述混合料中，得到混合液；

(c)在真空条件下，将所述混合液同时进行超声处理和搅拌处理，得到CNT/石墨烯溶液；

(d)在真空条件下，将所述CNT/石墨烯溶液加入到由陶瓷前驱体与有机溶剂组成的陶瓷前驱体溶液中并同时进行超声处理和搅拌处理，得到CNT/石墨烯改性的陶瓷前驱体溶液。