[发明专利]一种原位合成碳纳米管改性超高温陶瓷杂化粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种原位合成碳纳米管改性超高温陶瓷杂化粉体的方法，属于结构陶瓷技术领域。

背景技术

碳纳米管具有优异的力学性能，电学性能和热学性能。碳纳米管提高脆性材料的韧性具有突出的效果，引入到陶瓷中的碳纳米管可以通过桥连作用显著提高材料的力学性能。但是碳纳米管具有非常大的长径比，易团聚，用于制备碳纳米管改性的复合材料时，很难在基体中充分分散，尤其是在颗粒粉体中。

目前报道的制备碳纳米管的方法主要有化学气相沉积法，电弧放电法和激光烧蚀法等。化学气相沉积法对设备要求较高，投资大；激光烧蚀法制备碳纳米管所需条件苛刻；电弧法具有简单快速的特点，但该法所生产的碳纳米管缺陷较多，产率较低且难于纯化，不适合批量生产。

为制备碳纳米管改性超高温陶瓷，采用上述方法获得碳纳米管后，会遇到一个技术难题，就是碳纳米管如何在基体中充分分散的问题，由于碳纳米管具有非常大的长径比，易团聚，用于制备碳纳米管改性的复合材料时，很难在基体中充分分散，尤其是在颗粒粉体中。采用原位生长的方法在陶瓷粒子表面原位生长碳纳米管可以很好的解决碳纳米管的分散问题。

发明内容

本发明是为了解决现有制备碳纳米管改性超高温陶瓷时，碳纳米管存在团聚的问题，而提出一种原位合成碳纳米管改性超高温陶瓷杂化粉体的方法。

一种原位合成碳纳米管改性超高温陶瓷杂化粉体的方法，按以下步骤进行：

一、将催化剂Ni(NO₃)₂.6H₂O通过研磨的方式充分分散在含硼的有机聚合物先驱体和含锆的有机聚合物先驱体中得到三者的混合粉体，其中含硼的有机聚合物先驱体为2,4,6-三-甲氨基硼吖嗪，分子式为(NHCH₃)₃B₃N₃H₃，含锆的有机聚合物先驱体为[(C₄H₈O)Zr(acac)₂]_n，n＝110～120，B:Zr的摩尔比为(1～4):1，催化剂Ni(NO₃)₂.6H₂O与含硼和含锆的有机聚合物先驱体的重量之比为1:(50～200)；

二、将步骤一得到的混合粉体放在上部敞口的模具中，在管式炉中加热裂解，先以升温速率为4℃/min～6℃/min将管式炉加热升温到950℃～1050℃，再以升温速率为1℃/min～3℃/min将管式炉加热至有机聚合物先驱体完全陶瓷化温度1450℃～1550℃，保温时间为0.5h～2h，加热裂解过程中，采用惰性气体作为保护气体；

三、将步骤二得到的加热裂解后的混合粉体，自然降温到20℃～25℃，即得到碳纳米管改性超高温陶瓷杂化粉体。

本发明的反应机理：聚合物先驱体裂解时放出的气体有CO，CO₂，CH₄，NH₄，NO₂，H₂O等，其中聚合物先驱体裂解放出的CO，CH₄，CO₂是碳纳米管生长的主要碳源，其他产物随着温度的升高以气体的形式从基体中脱出，从而得到碳纳米管改性超高温陶瓷杂化粉体。

碳纳米管的形成过程：含碳气体CO，CH₄，CO₂在催化剂表面分解成含碳部分和不含碳部分，含碳部分被催化剂溶解，不含碳部分被分离出去，由于含碳部分不断地被催化剂溶解提供碳源，在催化剂的底部，碳纳米管不断地析出生长。

本发明包括以下有益效果：

1、采用本发明方法制备的碳纳米管改性超高温陶瓷杂化粉体中碳纳米管分布均匀，没有团聚现象发生；

2、采用本发明方法制备碳纳米管结构完整，无机械损伤，缺陷少，产品质量高；

3、本发明方法所用设备简单，投资小，且能批量生产碳纳米管改性超高温陶瓷杂化粉体。

附图说明

图1为具体实施方式六制备的碳纳米管改性超高温陶瓷杂化粉体的SEM图；

图2为具体实施方式六制备的碳纳米管改性超高温陶瓷杂化粉体的XRD图。

具体实施方式

具体实施方式一：一种原位合成碳纳米管改性超高温陶瓷杂化粉体的方法，按以下步骤进行：