[发明专利]石墨烯复合碳化硅分散浆料

说明书

本发明公开了石墨烯复合碳化硅分散浆料的制备方法，包括以下步骤：首先利用超声分散方法分散石墨烯，获得石墨烯分散液，然后利用超声分散配合加热机械搅拌的方式，使得石墨烯以N层的形式包裹在纳米或亚微米碳化硅表面，形成石墨烯复合碳化硅分散浆料；所述N为大于1小于等于5的自然数。本发明中提供的石墨烯复合碳化硅分散浆料的制备方法，使石墨烯良好地分散在碳化硅表面，防止石墨烯的团聚的同时避免了碳化硅粉体的团聚，提高石墨烯复合碳化硅的烧结性能。

技术领域

本发明属于先进陶瓷材料技术领域，具体涉及石墨烯复合碳化硅分散浆料的制备方法。

背景技术

SiC(碳化硅)陶瓷在恶劣环境中依旧保持优异的热稳定性、耐腐蚀性、导热性和耐磨性，可作为热交换器、密封环等，广泛应用于冶金、电力、机械等工业领域。碳化硅有较高的硬度，但其韧性较差。目前，研究人员大多采用第二相增强方法来提高碳化硅陶瓷的力学性能。石墨烯是目前已知的厚度最小、强度最大的一种二维纳米材料，具有优良的力学、电学和热学性能。已有的研究结果表明，石墨烯是一种理想的陶瓷基复合材料增强相，可应用于碳化硅等陶瓷材料中，添加少量石墨烯可以提高陶瓷材料的力学性能，并且可以改善材料的韧性、导热、导电等性能。

现有技术中，石墨烯能否在碳化硅陶瓷材料中充分发挥其增强效果，其中石墨烯/碳化硅的分散至关重要。然而石墨烯极易相互吸引，导致复合材料中石墨烯的堆叠团聚，大大降低复合材料的性能和制备效果。目前石墨烯复合碳化硅材料的制备方式是将石墨烯与粉体直接进行混合，此种工艺易造成石墨烯分散不均，导致石墨烯团聚。为避免这一现象，文献中涉及的石墨烯-碳化硅浆料的分散主要采用长时间球磨的方式，如林文松等采用将石墨烯先分散在N， N－二甲基甲酰胺(DMF)的乙醇溶液中超声分散12h，然后混合碳化硅粉，超声分散30分钟后球磨8h。专利申请号为202011478779.X将石墨烯纳米片置于有机分散剂中，超声分散成单层的石墨烯纳米片，然后将超声分散后的石墨烯纳米片与碳化硅在行星式球磨机中混合球磨24小时。但SiC与石墨烯球磨混合过程中，不可避免破坏石墨烯结构，且该制备方法周期长、工艺复杂。该方法的另一个缺点是采用无水乙醇作为分散介质，将提高制备成本。现有技术中，比如专利申请CN 112592188 A，其公开了一种石墨烯陶瓷材料的制备方法，通过在有机分散剂中将石墨烯进行超声分散，分散时间为30-60min。将石墨烯纳米片同粉体混合后再球磨24小时，采用反应烧结制备石墨烯-碳化硅陶瓷。这种方法只能用于碳化硅颗粒较大(颗粒粒径小于1000目)的反应烧结，对采用亚微米粉体作为原料的无压烧结，由于原料粒度小，比表面积大，表面能高，故该方法不能很好进行分散。

发明内容

本发明的目的在于提供的石墨烯复合碳化硅分散浆料的制备方法,使得制备的石墨烯复合碳化硅复合材料中，石墨烯以尽量少的层数包裹在较小粒径的碳化硅表面，并且均匀分散在浆料中。

为了实现上述技术效果，本发明通过以下技术方案予以实现。

石墨烯复合碳化硅分散浆料的制备方法，包括以下步骤：首先利用超声分散方法分散石墨烯，获得石墨烯分散液，然后利用超声分散配合加热机械搅拌的方式，使得石墨烯以N层的形式包裹在纳米或亚微米碳化硅表面，形成石墨烯复合碳化硅分散浆料；所述N为大于1小于等于5的自然数。

作为本发明的进一步改进，具体包括以下步骤：

S1)石墨烯的分散：将石墨烯采用超声分散的方式，分散得到石墨烯分散液；

S2)碳化硅浆料的制备：按照比例称取碳化硅和分散剂，然后将碳化硅和分散剂进行混合，得到混合液；

S3)石墨烯复合碳化硅分散浆料的获得：将混合液和石墨烯分散液在超声同时磁力搅拌的3-5h使其进一步分散，得到石墨烯以层形式包裹在纳米或亚微米碳化硅表面的石墨烯复合碳化硅分散浆料。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1)石墨烯的分散具体为：按比例称取石墨烯和去离子水至试剂瓶中，控制温度在25℃至40℃，超声分散1.5h-3h，制成石墨烯浆料。