一种石墨烯陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯陶瓷材料及其制备方法，属于材料制备领域。本发明专利技术提供的石墨烯陶瓷材料由包含以下组分的原料制备得到：烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝、氧化锆和水；所述石墨烯占总物料质量的9％～13％，所述总物料包括烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝和氧化锆；所述烧结助剂、氧化锌、氧化铝和氧化锆的质量比为0.25～0.35:0.03～0.05:0.5～1.5:0.15～0.20。本发明专利技术通过调控石墨烯与烧结助剂、氧化锌、氧化铝和氧化锆之间的质量比来实现提高材料导热性、降低电阻率。

A Graphene Ceramic Material and Its Preparation Method

The invention provides a graphene ceramic material and a preparation method, belonging to the field of material preparation. The graphene ceramic material provided by the invention is prepared from raw materials containing the following components: sintering aids, graphene, zinc oxide, alumina, zirconia and water; the graphene accounts for 9%-13% of the total material quality, and the total material includes sintering aids, graphene, zinc oxide, alumina and zirconia; the quality of the sintering aids, zinc oxide, alumina and zirconia The volume ratio is 0.25-0.35:0.03-0.05:0.5-1.5:0.15-0.20. By adjusting the mass ratio between graphene and sintering additives, zinc oxide, alumina and zirconia, the invention can improve the thermal conductivity of materials and reduce the resistivity.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及材料制备
，具体涉及一种石墨烯陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，导电陶瓷受到了人们的广泛关注，被广泛应用于各个领域。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，但是传统的陶瓷基复合材料在陶瓷基体中分散不均匀，容易团聚，电阻率较高且发热率低。在陶瓷复合材料中添加石墨烯是常用于改善陶瓷复合材料发热率和电阻率的主要手段，通常将石墨烯与陶瓷复合材料均匀共混。但是会导致陶瓷复合材料存在热导率较低、电阻率高的技术缺陷。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种石墨烯陶瓷材料及其制备方法，本专利技术提供的石墨烯陶瓷材料具有发热率高、电阻率低的特点。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种石墨烯陶瓷材料，由包含以下组分的原料制备得到：烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝、氧化锆和水；所述石墨烯占总物料质量的9％～13％，所述总物料包括烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝和氧化锆；所述烧结助剂、氧化锌、氧化铝和氧化锆的质量比为0.25～0.35:0.03～0.05:0.5～1.5:0.15～0.20。优选地，所述烧结助剂包括氧化钙、氧化镁和氧化硅。优选地，所述氧化钙、氧化镁和氧化硅的质量比为25～40:8～10:55～65。优选地，所述水与总物料的质量比为2～5:1。本专利技术还提供了上述技术方案所述石墨烯陶瓷材料的制备方法，包含以下步骤：将烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝、氧化锆和水混合后干燥，得到石墨烯陶瓷粉体；将所述石墨烯陶瓷粉体依次进行压片、在氮气气氛中烧结，得到石墨烯陶瓷材料。优选地，所述压片的压力为9～12MPa，时间为5～10min。优选地，所述烧结依次包括第一段烧结和第二段烧结；所述第一段烧结的温度为700～1000℃，达到所述第一段烧结温度的升温速率为2.5～5℃/min优选地，所述第二段烧结的升温速率为1～3℃/min，所述第二段烧结的温度为1300～1500℃。优选地，所述烧结后还包括降温，所述降温的最终温度为100～120℃，所述降温的降温速率为1～5℃/min。优选地，所述混合为球磨混合，所述球磨的时间为3～4h，转速为440～480r/min。本专利技术提供了一种石墨烯陶瓷材料，由包含以下组分的原料制备得到：烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝、氧化锆和水；所述石墨烯占总物料质量的9％～13％，所述总物料包括烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝和氧化锆；所述烧结助剂、氧化锌、氧化铝和氧化锆的质量比为0.25～0.35:0.03～0.05:0.5～1.5:0.15～0.20。本专利技术通过调控石墨烯与烧结助剂、氧化锌、氧化铝和氧化锆之间的质量比来提高材料导热性、降低电阻率，并通过添加氧化锆来提高陶瓷材料的硬度；添加烧结助剂来提高陶瓷材料在压片和烧结过程中的成型率；添加氧化锌则起到一定的助熔作用，来提高陶瓷材料的热稳定性。实施例结果表明，本专利技术提供的石墨烯陶瓷材料具有发热率高、电阻率低的特点，电阻率为0.8～2.4Ω/m，导热系数为17～26W/(m·k)。具体实施方式本专利技术提供了一种石墨烯陶瓷材料，由包含以下组分的原料制备得到：烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝、氧化锆和水；所述石墨烯占总物料质量的9％～13％，所述总物料包括烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝和氧化锆；所述烧结助剂、氧化锌、氧化铝和氧化锆的质量比为0.25～0.35:0.03～0.05:0.5～1.5:0.15～0.20。在本专利技术中，所述烧结助剂、氧化锌、氧化铝和氧化锆的质量比优选为0.31:0.04:1:0.18。本专利技术提供的石墨烯、烧结助剂、氧化锆，氧化铝和氧化锌之间的配比对于实现本申请的技术效果有重要的影响，石墨烯含量过低会导致陶瓷材料电阻率增大，石墨烯含量过高会导致陶瓷材料脆性增大，陶瓷材料无法成型；而烧结助剂、氧化锆，氧化铝和氧化锌的含量过高或过低均会导致陶瓷材料的电阻率增大、导热系数降低。在本专利技术中，所述水与总物料的质量比优选为2～5:1。本专利技术对所述石墨烯、氧化锌、氧化铝和氧化锆的具体来源没有特殊的限定，采用本领域常规市售产品均可。本专利技术通过调控石墨烯与烧结助剂、氧化锌、氧化铝和氧化锆之间的质量比来提高材料导热性、降低电阻率，并通过添加氧化锆来提高陶瓷材料的硬度；添加烧结助剂来提高陶瓷材料在压片和烧结过程中的成型率；添加氧化锌则起到一定的助熔作用，来提高陶瓷材料的热稳定性。在本专利技术中，所述烧结助剂优选包括氧化钙、氧化镁和氧化硅，所述氧化钙、氧化镁和氧化硅的质量比优选为25～40:8～10:55～65，进一步优选为30:9:61。本专利技术对所述氧化钙、氧化镁和氧化硅的具体来源没有特殊的限定，采用本领域常规市售产品均可。本专利技术还提供了上述技术方案所述石墨烯陶瓷材料的制备方法，包含以下步骤：将烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝、氧化锆和水混合后干燥，得到石墨烯陶瓷粉体；将所述石墨烯陶瓷粉体依次进行压片、在氮气气氛中烧结，得到石墨烯陶瓷材料。本专利技术将烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝、氧化锆和水混合后干燥，得到石墨烯陶瓷粉体。在本专利技术中，所述混合优选为球磨混合，所述球磨的时间优选为3～4h，转速优选为440～480r/min，进一步优选为455～465r/min。在本专利技术中，所述干燥的温度优选为120～180℃，进一步优选为140～160℃，干燥的时间优选为13～16h。得到石墨烯陶瓷粉体后，本专利技术将所述石墨烯陶瓷粉体依次进行压片、在氮气气氛中烧结，得到石墨烯陶瓷材料。在本专利技术中，所述压片的压力优选为9～12MPa，时间优选为5～10min。在本专利技术中，所述烧结优选依次包括第一段烧结和第二段烧结；所述第一段烧结的升温速率优选为2.5～5℃/min，所述第一段烧结的温度优选为700～1000℃；所述第二段烧结的升温速率优选为1～3℃/min，所述第二段烧结的温度优选为1300～1500℃。在本专利技术中，所述烧结后还优选包括降温，所述降温的最终温度优选为100～120℃，所述降温的降温速率优选为1～5℃/min。下面结合实施例对本专利技术提供的石墨烯陶瓷材料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本专利技术保护范围的限定。实施例1称取3g氧化钙、0.9g氧化镁、6.1g氧化硅放入球磨罐中，加入50mL去离子水，将其放入球磨机，转速设置为400r/min，4小时后，关闭球磨机，将球磨罐中的混合悬浮液倒入托盘中，并用去离子水清洗球磨罐几次倒入托盘中，将托盘放入120℃的烘箱中烘干15小时。称取4.35g烧结助剂粉体、3.25g石墨烯、0.56g氧化锌、14.03g氧化铝和2.81g氧化锆放入球磨罐中，加入50mL去离子水，将球磨罐放入球磨机，转速设置为400r/min，4小时后，将球磨罐中的混合悬浮液倒入托盘中，并用去离子水清洗球磨罐几次，将托盘放入120℃的烘箱中烘干15小时。称取5g混合粉体放入压片机在9MPa的压力下压片5min，然后将压过的圆片放入气氛炉烧结，开始的升温速度为3℃/min，当升温到800℃，然后以2℃/min的升温速度升温到1360℃，然后保温两个小时。再以5℃/min的速度降温到100℃，制得石墨烯陶瓷材料，其性能测试结果参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯陶瓷材料，其特征在于，由包含以下组分的原料制备得到：烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝、氧化锆和水；所述石墨烯占总物料质量的9％～13％，所述总物料包括烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝和氧化锆；所述烧结助剂、氧化锌、氧化铝和氧化锆的质量比为0.25～0.35:0.03～0.05:0.5～1.5:0.15～0.20。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯陶瓷材料，其特征在于，由包含以下组分的原料制备得到：烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝、氧化锆和水；所述石墨烯占总物料质量的9％～13％，所述总物料包括烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝和氧化锆；所述烧结助剂、氧化锌、氧化铝和氧化锆的质量比为0.25～0.35:0.03～0.05:0.5～1.5:0.15～0.20。2.根据权利要求1所述的石墨烯陶瓷材料，其特征在于，所述烧结助剂包括氧化钙、氧化镁和氧化硅。3.根据权利要求2所述的石墨烯陶瓷材料，其特征在于，所述氧化钙、氧化镁和氧化硅的质量比为25～40:8～10:55～65。4.根据权利要求1所述的石墨烯陶瓷材料，其特征在于，所述水与总物料的质量比为2～5:1。5.权利要求1～4任一项所述石墨烯陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：将烧结助剂、石墨烯、氧化锌、氧化铝、氧化锆和水混合后干燥，得到石...

【专利技术属性】
技术研发人员：于宏兵，王美阳，于晗，于显著，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12