【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于打印材料，尤其涉及一种直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料及其制备方法。
技术介绍
1、碳化硅陶瓷具有低密度、高比强、高比模、耐高温、耐磨损和耐腐蚀等优点。近年来许多学者尝试采用增材制造技术制备复杂结构碳化硅陶瓷，但材料的性能较差尤其是脆性较大限制了其实际应用。因此，强韧化便成了sic陶瓷增材制造研究的核心问题之一。传统的强韧化方法是通过向陶瓷基体中添加微米级颗粒、晶须、纤维等增韧相来提高陶瓷材料的性能。增韧机理主要包括裂纹偏转、裂纹侨联、微裂纹等。通过上述“传统”强韧化方法来提高其强度和断裂韧性，其强韧化效果也是非常有限的。
2、近年来，为了将石墨烯和碳纳米管的优点结合起来，石墨烯和碳纳米管一起被应用于复合材料中。石墨烯与碳纳米管结合使用的效果明显优于单个石墨烯或碳纳米管，其中二维石墨烯和一维碳纳米管的三维(3d)异质杂交是防止碳质纳米材料聚集和引入碳纳米管之间协同效应的最可行方法，可以充分继承石墨烯和碳纳米管在纳米材料中的优势。但是如何将石墨烯和碳纳米管应用于碳化硅陶瓷的3d打印直写成型技术中，制备性能优异的直写浆料，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料及其制备方法，本专利技术提供的石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料3d打印浆料，具有增强相分散效果好、不团聚、浆料满足剪切变稀行为、制备的陶瓷材料力学性能优异等优势。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、首先，本专利技术的目的之一是提供一种直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料，按重量份计，包括以下组分：52.38-61.1份碳化硅粉末、5.238-6.1份炭黑粉末、0.297-1.4份石墨烯粉末、0.594-1.75份碳纳米管粉末、29.25-39份溶剂、0.75-1份粘结剂、0.6-0.7份分散剂。
4、进一步地，所述用于直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料中，所述碳化硅粉末由平均粒径为10微米和1微米的粉末组成。
5、更进一步地，平均粒径10微米的碳化硅粉末与平均粒径1微米的碳化硅粉末的质量比为7：3。
6、进一步地，所述炭黑粉末平均粒径为5微米。
7、进一步地，所述石墨烯粉末厚度为1-10纳米、粒度为20-40微米。
8、进一步地，所述碳纳米管粉末外径为8-15纳米、长度为30-50微米。
9、由颗粒堆积原理可知，陶瓷浆料在受到外力作用下产生流动和变形的过程中，构成浆料的粉体颗粒之间存在一定的堆叠间隙，而位于这些堆叠间隙间的液相实际上并不能起到流动的作用，这相当于增大了陶瓷浆料不动区的体积，增大了陶瓷浆料的粘度，使得陶瓷浆料的流动性变小。而采用粒径不同的粉体颗粒相配合，使大粒径的粉体颗粒堆积形成堆叠间隙，而小粒径的粉体颗粒填入堆叠间隙中，就可以最大程度上释放原不动区的液相部分，增加流动液相含量。因此，合理的粉体颗粒粒径配比能够降低陶瓷浆料的粘度，提高流动性。当碳化硅粉末中10微米与1微米粒径比为7：3时，浆料的粘度最低。
10、进一步地，所述用于直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料中，所述溶剂为去离子水，所述粘结剂为海藻酸钠。海藻酸钠常用作生物及食品制造上的凝胶添加剂无毒、无味，成本低。海藻酸钠作为粘结剂能够提升浆料的塑性，满足直写成型自支撑要求。
11、进一步地，所述分散剂为聚乙二醇400。聚乙二醇400是典型的非离子表面活性剂，在其分子结构中，只有醚基(c-o-c)和羟基(-oh)，容易与sic粒子表面氢氧键结合形成的氢键，从而在sic粒子表面形成一层吸附膜，产生空间位阻效应。各颗粒表面位阻层间产生的空间位阻斥力可以防止颗粒之间的碰撞与沉降，从而实现sic颗粒在液相中稳定的分布。
12、其次，本专利技术的目的之二是提供一种直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料的制备方法，包括以下步骤：
13、步骤一：将溶剂与粘结剂混合，搅拌均匀，静置，制得粘结剂溶液；
14、步骤二：取酚醛树脂溶解于乙二醇中得到酚醛树脂溶液，将所述酚醛树脂溶液与石墨烯粉末混合均匀，然后经真空过滤、干燥、煅烧，得到酚醛树脂改性石墨烯；
15、步骤三：取酚醛树脂溶解于乙二醇中得到酚醛树脂溶液，将所述酚醛树脂溶液与碳纳米管粉末混合均匀，然后经真空过滤、干燥、煅烧，得到酚醛树脂改性碳纳米管；
16、步骤四：将所述酚醛树脂改性石墨烯粉体、酚醛树脂改性碳纳米管粉体、碳化硅粉体、炭黑粉末按比例混合，搅拌均匀，得到预混粉体；
17、步骤五：在步骤四所得的预混粉体中加入分散剂，充分搅拌进行分散，得到分散后粉体；
18、步骤六：在步骤五所得分散后粉体中加入步骤一配制的粘结剂溶液，充分搅拌，制得石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料。
19、进一步地，所述步骤一中所述静置时间为10-24小时。若时间低于10小时，海藻酸钠未完全溶解。若时间超过24小时，海藻酸钠是一种有机大分子化合物，在化学性质上不稳定，容易被环境中的氧气氧化而发生颜色变化。当海藻酸钠暴露在空气中时，其分子中的羟基和羧基会与空气中的氧气发生氧化反应，产生新的化合物，从而导致其颜色变化，影响其粘结效果。
20、进一步地，所述步骤二的酚醛树脂改性石墨烯中酚醛树脂与石墨烯的质量比为(4-8)：1。
21、进一步地，所述步骤二中混合、过滤、煅烧的方法：石墨烯粉末加入酚醛树脂溶液中，超声振荡1-2h，在磁力搅拌器中60℃搅拌12-36h，然后进行真空过滤，将过滤后得到的混合物置于真空干燥箱中于60℃干燥24-36h，干燥完成后将混合物置于真空管式炉中，在真空环境下以3℃/min的升温速率升温至800℃，保温1h后随炉冷却至室温。
22、进一步地，所述步骤三的酚醛树脂改性碳纳米管中酚醛树脂与碳纳米管的质量比为(4-8)：1。
23、进一步地，所述步骤三中混合、过滤、煅烧的方法：碳纳米管粉末加入酚醛树脂溶液中，超声振荡1-2h，在磁力搅拌器中60℃搅拌12-36h，然后进行真空过滤，将过滤后得到的混合物置于真空干燥箱中于60℃干燥24-36h，干燥完成后将混合物置于真空管式炉中，在真空环境下以3℃/min的升温速率升温至800℃，保温1h后随炉冷却至室温。
24、再者，本专利技术的目的之三是提供由上述的直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料得到的石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷。
25、有益效果
26、本专利技术公开了一种直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料及其制备方法，与现有技术相比本专利技术的有益效果为：
27、(1)本专利技术提供的直写成型3d打印用石墨烯/碳纳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种直写成型3D打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料，其特征在于，包括以下重量份的组分：52.38-61.1份碳化硅粉末、5.238-6.1份炭黑粉末、0.297-1.4份石墨烯粉末、0.594-1.75份碳纳米管粉末、29.25-39份溶剂、0.75-1份粘结剂、0.6-0.7份分散剂。
2.根据权利要求1所述的直写成型3D打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料，其特征在于，所述碳化硅粉末由平均粒径为10微米和平均粒径为1微米的碳化硅粉末组成；炭黑粉末平均粒径为5微米；石墨烯粉末厚度为1-10纳米、粒度为20-40微米；碳纳米管粉末外径为8-15纳米、长度为30-50微米。
3.根据权利要求1所述的直写成型3D打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料，其特征在于，平均粒径10微米的碳化硅粉末与平均粒径1微米的碳化硅粉末的质量比为7：3。
4.根据权利要求1所述的直写成型3D打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料，其特征在于，所述溶剂为去离子水；所述粘结剂为海藻酸钠；所述分散剂为聚乙二醇400。>
5.如权利要求1-4任一项所述的直写成型3D打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的直写成型3D打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中静置时间为10-24小时；
7.根据权利要求5所述的直写成型3D打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中混合、过滤、煅烧的方法：石墨烯粉末加入酚醛树脂溶液中，超声振荡1-2h，在磁力搅拌器中60℃搅拌12-36h，然后进行真空过滤，将过滤后得到的混合物置于真空干燥箱中于60℃干燥24-36h，干燥完成后将混合物置于真空管式炉中，在真空环境下以3℃/min的升温速率升温至800℃，保温1h后随炉冷却至室温。
8.根据权利要求5所述的直写成型3D打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤三的酚醛树脂改性碳纳米管中酚醛树脂与碳纳米管的质量比为(4-8)：1。
9.根据权利要求5所述的直写成型3D打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中混合、过滤、煅烧的方法：碳纳米管粉末加入酚醛树脂溶液中，超声振荡1-2h，在磁力搅拌器中60℃搅拌12-36h，然后进行真空过滤，将过滤后得到的混合物置于真空干燥箱中于60℃干燥24-36h，干燥完成后将混合物置于真空管式炉中，在真空环境下以3℃/min的升温速率升温至800℃，保温1h后随炉冷却至室温。
10.由权利要求1所述的直写成型3D打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料得到的石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷。
...【技术特征摘要】
1.一种直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料，其特征在于，包括以下重量份的组分：52.38-61.1份碳化硅粉末、5.238-6.1份炭黑粉末、0.297-1.4份石墨烯粉末、0.594-1.75份碳纳米管粉末、29.25-39份溶剂、0.75-1份粘结剂、0.6-0.7份分散剂。
2.根据权利要求1所述的直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料，其特征在于，所述碳化硅粉末由平均粒径为10微米和平均粒径为1微米的碳化硅粉末组成；炭黑粉末平均粒径为5微米；石墨烯粉末厚度为1-10纳米、粒度为20-40微米；碳纳米管粉末外径为8-15纳米、长度为30-50微米。
3.根据权利要求1所述的直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料，其特征在于，平均粒径10微米的碳化硅粉末与平均粒径1微米的碳化硅粉末的质量比为7：3。
4.根据权利要求1所述的直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料，其特征在于，所述溶剂为去离子水；所述粘结剂为海藻酸钠；所述分散剂为聚乙二醇400。
5.如权利要求1-4任一项所述的直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的直写成型3d打印用石墨烯/碳纳米管/碳化硅陶瓷基复合材料浆料的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张一骏，刘勇，徐海超，张景峰，
申请(专利权)人：威海云奕智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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