一种石墨烯/碳纳米管增强氧化铝陶瓷涂层的制备方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯/碳纳米管增强氧化铝陶瓷涂层的制备方法。其特点在于将少量的石墨烯和处理过后的碳纳米管添加到氧化铝中，制备复合陶瓷涂层刷涂于基体上。该浆料由AL

Method for preparing graphene / carbon nanotube reinforced alumina ceramic coating

The present invention provides a method for preparing graphene / carbon nanotube reinforced alumina ceramic coating. The invention is characterized in that a small amount of graphene and treated carbon nanotubes are added to alumina, and composite ceramic coating is prepared to be brushed on the substrate. The slurry consists of AL

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/碳纳米管增强氧化铝陶瓷涂层的制备方法
：本专利技术涉及一种石墨烯/碳纳米管增强氧化铝陶瓷涂层的制备方法。
技术介绍
：氧化铝陶瓷具有机械强度大、绝缘电阻大，硬度高，耐磨耐腐蚀等优良的性能。它在石油化学工业、国防，机械和电子工业等领域中备受青睐，但是由于陶瓷材料的高硬脆性，以及两者膨胀系数的差异，使得其与金属基体的结合强度比较差。碳纳米管和石墨烯都是纳米尺寸的碳质材料，由于其极大的表面积，良好的导电导热性能，优越的机械特性，近年来有着很大的应用前景，而且他们之间还会产生一种协同效应，添加有石墨烯碳管的复合材料物理化学性能都能得到显著的提高，但是由于范德华力的作用，石墨烯和碳纳米管极易团聚，而混杂功能化的碳纳米管不仅能提高自身的分散性，还可以提高增强体和基体之间的界面相互作用，因此通过添加碳管和石墨烯来增强陶瓷涂层的性能有了更加实际的意义。陶瓷涂层应用广泛，制备工艺众多，常用的有喷涂法，气相沉积法，高温自蔓延法，溶胶凝胶法，激光熔覆法，料浆法等，其中料浆法由于工艺简单，操作方便，适应性强，且不受场地环境限制有着比较大的发展前景。
技术实现思路
：本专利技术的目的是为了克服现有陶瓷涂层存在的不足，提供一种石墨烯/碳纳米管增强氧化铝陶瓷涂层的制备方法，该方法安全性好，成本低，操作简单，制备工艺稳定，生产效率高，产品性能好。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：(1)将MWNT在浓硫酸和浓硝酸中水浴加热制得羧化的MWNT；(2)将羧化的MWNT与一定量的SDBS超声分散后在真空干燥条件下烘干并研磨制备得MWNT-COOH-SDBS；(3)用天平分别称取上述材料，石墨烯，Al2O3，其中处理过的碳管和石墨烯占三者总质量的0～0.4％；(4)将称取的陶瓷骨料装入行星式球磨罐，磨球为玛瑙球，球料比采用2∶1，室温下250～300r/min混合球磨6-8h制得所需的混合粉体；(5)将混合均匀的骨料与胶黏剂按质量比1∶0.8充分搅拌；(6)将制得的浆料用短毛刷涂覆在Q235基体上，自然阴干2～3h；(7)将样件放入鼓风干燥箱中在50～300℃加热5h，使其在箱中自然冷却24h得到所需的成品。优选的，步骤(1)所述MWNT的ID在2～5nm，OD＜8nm，长度在10～30μm；步骤2所述石墨烯厚度在4～20nm，微片大小在5～10μm，氧化铝粉末粒度在20～40μm。优选的，步骤(1)所述的浓硫酸(98wt％)与浓硝酸(70wt％)的体积比设置为3∶1，超声20～30min后静置，水浴加热温度设置为110～120℃，使用搅拌子加热20～30min，随油浴锅自然冷却1h，冷却后的碳纳米管混合液倒入蒸馏水稀释，使用离心机使碳纳米管沉淀后倒掉上层酸液，用0.22μm混合纤维素脂膜真空抽滤，并用蒸馏水反复洗涤至中性，最后将滤得的产物在50℃下真空干燥，研磨后得到羧化的MWNT(MWNT-COOH)。优选的，步骤(2)中取等量的步骤(1)的产物与SDBS，在无水乙醇中超声2h后，将产物在50℃下真空干燥，研磨后得到混杂功能化的MWNT-COOH-SDBS。优选的，步骤(3)所述石墨烯厚度在4～20nm，微片大小在5～10μm，氧化铝粉末粒度在20～40μm。优选的，步骤(4)球磨采用正反向双向交替运行，正反向每隔2h交替运行，球磨机转盘的转速是约为球磨罐转速的1/2，球磨结束后，球罐需要放置一天，让球磨后的粉体有一个弛豫时间，之后再取样。优选的，步骤(6)中使用均匀涂覆的方式在基体上制备出涂层，所述涂层的厚度在0.3～0.6mm。优选的，步骤(7)中所述为阶梯式加热工艺：温度均匀加热到50℃后保温1h，再均匀加热到100℃并在此阶段保温2h，继续加热到250℃，保温1h，加热到300℃保温1h。本专利技术具有的有益效果是：石墨烯和碳管特殊的二维结构和力学性能可以降低陶瓷裂纹的扩展同时提高氧化铝陶瓷材料的韧性，同时涂层结合强度高，致密性好，减摩耐磨性能高，且固化温度要求低；整个制备工艺适应性强，且制备工艺简便，成本低，具有广泛的应用前景。具体实施方案：实施方案一：按照石墨烯0.2％，氧化铝99.8％称量粉末，用行星球磨机在300r/min下球磨8h，混合骨料按质量比1∶0.8与胶黏剂充分搅拌，用短毛刷涂覆在Q235样件上，自然阴干2h后在鼓风干燥箱中均匀加热到50℃保温1h，然后加热到100℃，保温2h，继续加热到250℃，保温1h，加热到300℃保温1h，使其在箱中自然冷却24h得到所需的成品。断裂韧性达到4.2MPa*m1/2，抗弯强度达到358MPa，(纯氧化铝3.5MPa*m1/2，350MPa)，摩擦系数为0.47(纯氧化铝0.48)。实施方案二：按照石墨烯0.2％，MWNT-COOH-SDBS0.2％氧化铝99.6％称量粉末，用行星球磨机在300r/min下球磨8h，混合骨料按质量比1∶0.8与胶黏剂充分搅拌，用短毛刷涂覆在Q235样件上，自然阴干2h后在鼓风干燥箱中均匀加热到50℃保温1h，然后加热到100℃，保温2h，继续加热到250℃，保温1h，加热到300℃保温1h，使其在箱中自然冷却24h得到所需的成品。断裂韧性达到4.8MPa*ml/2，抗弯强度达到371MPa(纯氧化铝3.5MPa*ml/2，350MPa)，摩擦系数为0.43(纯氧化铝0.48)。实施方案三：按照MWNT-COOH-SDBS0.2％氧化铝99.8％称量粉末，用行星球磨机在300r/min下球磨8h，混合骨料按质量比1∶0.8与胶黏剂充分搅拌，用短毛刷涂覆在Q235样件上，自然阴干2h后在鼓风干燥箱中均匀加热到50℃保温1h，然后加热到100℃，保温2h，继续加热到250℃，保温1h，加热到300℃，保温1h，使其在箱中自然冷却24h得到所需的成品。断裂韧性达到4.3MPa*m1/2，抗弯强度达到354MPa，(纯氧化铝3.5MPa*m1/2，350MPa)，摩擦系数为0.45(纯氧化铝0.48)。实施方案四：按照MWNT-COOH0.2％氧化铝99.8％称量粉末，用行星球磨机在300r/min下球磨8h，混合骨料按质量比1∶0.8与胶黏剂充分搅拌，用短毛刷涂覆在Q235样件上，自然阴干2h后在鼓风干燥箱中均匀加热到50℃保温1h，然后加热到100℃，保温2h，继续加热到250℃，保温1h，加热到300℃保温1h，使其在箱中自然冷却24h得到所需的成品。断裂韧性达到4.3MPa*m1/2，抗弯强度达到356MPa(纯氧化铝3.5MPa*m1/2，350MPa)，摩擦系数为0.41(纯氧化铝0.48)。制得涂层的孔隙率在5～17％之间，由于SDBS的特殊性能，方案一中样品的致密性更高。涂层磨损率相较于纯氧化铝降低了50～70％。对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本专利技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本专利技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本专利技术内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯/碳纳米管增强氧化铝陶瓷涂层的制备方法，其以石墨烯和处理过的碳纳米管为增强相，以氧化铝为基体，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：(1)将MWNT在浓硫酸和浓硝酸中水浴加热制得羧化的MWNT；(2)将羧化的MWNT与一定量的SDBS超声分散后在真空干燥条件下烘干并研磨制备得MWNT‑COOH‑SDBS；(3)用天平分别称取上述材料，石墨烯，Al

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/碳纳米管增强氧化铝陶瓷涂层的制备方法，其以石墨烯和处理过的碳纳米管为增强相，以氧化铝为基体，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：(1)将MWNT在浓硫酸和浓硝酸中水浴加热制得羧化的MWNT；(2)将羧化的MWNT与一定量的SDBS超声分散后在真空干燥条件下烘干并研磨制备得MWNT-COOH-SDBS；(3)用天平分别称取上述材料，石墨烯，Al2O3，其中处理过的碳管和石墨烯占三者总质量的0～0.4％；(4)将称取的陶瓷骨料装入行星式球磨罐，磨球为玛瑙球，球料比采用2∶1，室温下250～300r/min混合球磨6-8h制得所需的混合粉体；(5)将混合均匀的骨料与胶黏剂按质量比1∶0.8充分搅拌；(6)将制得的浆料用短毛刷涂覆在Q235基体上，自然阴干2～3h；(7)将样件放入鼓风干燥箱中在50～250℃范围内加热固化5h，使其在箱中自然冷却24h得到所需的成品。2.根据权利要求1所述的石墨烯/碳纳米管增强氧化铝陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：步骤1所述MWNT的ID在2～5nm，OD＜8nm，长度在10～30μm。3.根据权利要求1所述的石墨烯/碳纳米管增强氧化铝陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：步骤1所述的浓硫酸(98wt％)与浓硝酸(70wt％)的体积比设置为3∶1，超声20～30min后静置，水浴加热温度设置为110～120℃，使用搅拌子加热20～30min，随油浴锅自然冷却1h，冷却后的碳纳米管混合液倒入蒸馏水稀释，使用离心机使碳纳米管沉淀后倒掉上层酸液，用0.22μm混合纤维素...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永武，秦卢梦，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32