[发明专利]一种基于碳纳米管的量子陶瓷涂层的制备方法

说明书

本发明提供了一种基于碳纳米管的量子陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：（1）制备碳纳米管沉积的硼纤维；（2）将金属氧化物、硅复合物、钛复合物、氮化硼混匀制得混合物B；（3）将混合物B加热熔化后经水萃取得到固体萃取物并烘干，再将其破碎后球磨得混合物C；（4）将混合物A、混合物C与金属基合金粉末加入无机粘结剂制成浆料涂料；（5）将涂料喷涂于基体表面干燥后，将其置于真空环境经梯度加热烧结即得。陶瓷涂层经抗氧化测试后涂层保持完整没有出现脱落，导热系数小于1.53 W/m，陶瓷涂层具有较高的隔热性能，其耐高温性能有望达到2500‑3000℃。在航空航天、汽车、发动机、水下潜水设备等领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种基于碳纳米管的量子陶瓷涂层的制备方法。

背景技术

涂层（coating）是涂料对基体施涂所得到的固态连续膜，是为了防护、绝缘、装饰等目的，涂布于金属，织物，塑料等基体上的薄层。目前，随着工业的发展，人们对涂层的耐磨性、耐热性、强度和硬度等提出了更高的要求，使金属陶瓷涂层得到了迅速的发展。金属陶瓷涂层是以物理或化学方法在基体表面沉浸一层无机涂层，这种涂层具有金属材料的强韧性、可加工型、导电导热性，同时具有陶瓷材料的高熔点、高硬度、高化学稳定性、耐磨、耐蚀并且制造成本低等特点。因此，陶瓷涂层广泛应用于发动机、燃气机以及航空航天等领域。

碳纳米管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料，碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。碳纳米管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。碳纳米管在陶瓷材料的制备过程中，已有广泛的应用，然而在应用过程中，碳纳米管大多以单独的形式添加，然而碳纳米管极易团聚，因此添加到反应体系中使得碳纳米管分散度较低，分布不均匀，同时碳纳米管的单独添加容易造成陶瓷材料在烧结的过程中会发生剥离甚至断裂的现象，从而进一步影响陶瓷材料的断裂韧性、强度、硬度、耐磨性等。因此，有必要对基于碳纳米管的量子陶瓷材料进行进一步研究，充分发挥碳纳米管的功能并提高碳纳米管的有效利用率。

发明内容

为了解决以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种一种基于碳纳米管的量子陶瓷涂层的制备方法，使得陶瓷涂层的综合性能得到有效的提高。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于碳纳米管的量子陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）将碳纳米管50-100份与硼纤维30-80份混合均匀，在搅拌的条件下将混合物加入到3-5倍于混合物重量的有机粘结剂溶液中搅拌均匀，再将其置于200-250℃的温度下煅烧2-4h，冷却至室温，制得碳纳米管沉积的硼纤维，将其进行粉碎过100-200目筛，制得混合物A；

（2）将金属氧化物10-40份、硅复合物10-60份、钛复合物20-80份、氮化硼10-60份加入球磨机中混匀均匀得到混合粉体，各原料的纯度均大于99%，得混合物B；

（3）将步骤（2）制备的混合物B加热至1500～1800℃熔化后，经过水萃取后得到固体萃取物，将固体萃取物置于真空干燥箱中烘干，再将其破碎后球磨至粒度为100-200目的粉体，得混合物C；

（4）将混合物A、混合物C与金属基合金粉末10-20份加入球磨机中进行混合粉碎，然后加入固体混合物5-10倍重量份的无机粘结剂在在70-90℃的温度下搅拌混合均匀制成浆料涂料；

（5）将步骤（4）制得的涂料喷涂于基体表面，液体干燥后；将其置于真空环境下，经梯度加热烧结，最终加热至1600-2000℃保温1-5h后冷却，得到基于碳纳米管的量子陶瓷涂层。