[发明专利]一种碳基复合陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及碳基复合陶瓷制备技术领域，尤其是一种碳基复合陶瓷及其制备方法，选用天然木材原料，并对其依次进行首次干燥、高温处理、浸渍处理、二次干燥处理和硼/碳热还原处理，得到碳基复合陶瓷材料。以天然木材和稀土硝酸盐为原料成本低廉，需要的原始材料为木材，形状可控，极大地节省了成本；加工过程简单易控，成本低，可以精确的控制材料的尺寸、形状，实现材料合成与组装一体化，适宜工业化生产。解决现有技术中存在的碳基复合材料的制备方法中导电涂层分布不均匀、工艺繁琐、原料价格昂贵导致其不适于大规模产业化的问题。

技术领域

本发明属于碳基复合陶瓷制备技术领域，尤其是一种碳基复合陶瓷及其制备方法。

背景技术

木材结构的生物碳是一种多孔材料，通过对天然木材进行高温碳化处理而获得的木材结构的生物碳具有重量轻、多级孔隙结构和各向异性等优点。木材结构的生物碳的天然三维多孔导电网络使其成为高效电磁干扰屏蔽的一个很有前途的候选材料。然而，木材结构的生物碳的单一屏蔽机制限制了其电磁干扰屏蔽应用能力。

现有技术中通过将各种导电材料集成到木材结构的生物碳模板中，获得具有改进电磁干扰屏蔽材料的功能复合材料。通常是利用熔盐法制备木材结构的MAX@C复合材料，其中MXA相为Ti₂AlC、V₂AlC和Cr₂AlC，通过在木材结构的生物碳表面原位生长MAX相涂层，制备了具有多孔结构的涂层。但是，采用熔盐法制备的涂层厚度分布不均匀，形状不可控，而且原料M位金属元素粉末即Ti、V和Cr价格昂贵，工艺繁琐，不利于其大规模产业化应用。

发明内容

针对现有技术中存在的碳基复合材料的制备方法中导电涂层分布不均匀、工艺繁琐、原料价格昂贵导致其不适于大规模产业化的问题，本发明提供一种碳基复合陶瓷及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供一种碳基复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

将天然木材进行首次干燥并高温碳化处理，得到木材结构的生物碳；

配制浸渍液，所述浸渍液为稀土硝酸盐和B₄C粉末的混合悬浮液；其中，稀土硝酸盐为Re(NO₃)₃·6H₂O或Re(NO₃)₃·5H₂O，其中Re为镧系元素；

将木材结构的生物碳浸入浸渍液中浸渍并二次干燥，得到含有稀土硝酸盐及B₄C粉末的木材结构的生物碳；

将含有稀土硝酸盐及B₄C粉末的木材结构的生物碳进行硼/碳热还原处理，得到碳基复合陶瓷。

优选地，首次干燥的温度为80～120℃。

优选地，高温碳化处理的条件为：惰性气体保护下800～1000℃保温2～6h。

进一步地，配制浸渍液的方法为：将稀土硝酸盐、B₄C粉末、分散剂和表面改性剂溶于离子水和乙醇的混合溶液中，得到浸渍液；所述分散剂添加量为B₄C粉末质量的0.2～1.0％，改性剂的添加量为B₄C粉末质量的2～5％，稀土硝酸盐与B₄C粉末的摩尔比为2:1，去离子水和乙醇的体积比为9:1；浸渍液中稀土硝酸盐的浓度为0.36～2.64mol/L，B₄C粉末的浓度为0.18～1.32mol/L。

优选地，分散剂为四甲基氢氧化铵或聚乙烯亚胺；表面改性剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。

优选地，B₄C粉末的粒径为45～55nm。

优选地，浸渍的条件为真空浸渍4～8h；二次干燥的条件为40～60℃。