[发明专利]一种石墨烯辅助室温闪烧陶瓷材料的方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯辅助室温闪烧陶瓷材料的方法，将石墨烯分散到溶剂中，混合得到石墨烯溶液；将陶瓷粉体加入到石墨烯溶液中混合均匀，去除溶剂得到复合粉体；复合粉体成型成坯体，室温条件下，在坯体两端施加电场，最快可以在小于60s的时间内完成闪烧。与现有技术相比，本发明可以在室温条件下发生闪烧，利用通电产生的焦耳热，导致陶瓷坯体的温度迅速提高到闪烧发生的起始温度，坯体发生闪烧迅速收缩，在很短的时间内完成烧结。

技术领域

本发明涉及一种制作陶瓷材料的方法，尤其是涉及一种石墨烯辅助室温闪烧陶瓷材料的方法。

背景技术

闪烧(Flash sintering)是给陶瓷坯体施加电场(7.5～1000V/cm)和温度场(炉子的温度以一定的速率上升)，当炉子温度达到某一特定值(低于烧结温度，此温度为闪烧的引发温度，简称“闪烧温度”)发生烧结，伴随能量密度迅速上升达到极值(可达10～1000mW/mm³)。过程中伴随样品电导率非线性的增加，从发生闪烧到完成烧结只需要小于1分钟的时间。[Raj et al.in a patent No US 9,334,194 (2011)]此方法与传统烧结相比，可以在较低的温度，极短的时间完成烧结。烧结后的样品往往具有晶粒细小的特点。闪烧最初仅适用于具有NTC效应(随着温度的上升电阻下降)的离子导体陶瓷材料，后来发展到绝缘体(Al₂O₃)、半导体(SiC) 以及金属导体(铝合金)。尽管闪烧温度相比传统烧结已经很低，但还是有大量的研究关注在如何降低闪烧引发温度，甚至室温下发生闪烧(室温烧结可以降低成本和节能，简化烧结设备—直接去除炉子这一传统烧结必须的设备)。比如，室温在管式炉通含水气的氢气闪烧氧化锌[Jiuyuan Nie,et al.Water-assisted flash sintering:Flashing ZnO at room temperature to achieve～98％density in seconds[J].Scripta Materialia,142(2018)79-82.]，室温闪烧铝合金[Brandon McWilliams,etal.Sintering aluminum alloy powder using direct current electric fields atroom temperature in seconds[J].J Mater Sci,(2018)53:9297–9304]。其中，第一种方法，对设备的要求并没有降低，而且氧化锌的烧结温度本身并不高；第二种方法，烧结的是金属材料，金属材料的导电性很高，此方法不适合大部分导电率比较低的无机非金属材料。因此，以上方法不具有普适性，要寻求一种简单并且对大部分陶瓷材料都有效果的室温闪烧的方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种石墨烯辅助室温闪烧陶瓷材料的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种石墨烯辅助室温闪烧陶瓷材料的方法，在石墨烯增强陶瓷复合材料两端施加高电场，限制在相对较低的电流，利用石墨烯的高导电率的特性，在室温条件下发生闪烧。利用石墨烯产生的温度提供闪烧的引发温度，让坯体导通，利用通电产生的焦耳热，导致陶瓷坯体的温度迅速提高到烧结温度，坯体迅速收缩，在很短的时间内(1min)完成烧结，该方法采用以下步骤：

将石墨烯分散到溶剂中，混合得到石墨烯溶液；

将陶瓷粉体加入到所述石墨烯溶液中混合均匀，去除溶剂得到复合粉体；

复合粉体成型成坯体，室温条件下，在坯体两端施加电场，在小于60s的时间内完成闪烧。

进一步的，所述电场强度20～1000V/cm；更进一步的，电场强度为20～1000V/cm。

进一步的，所述电流密度40～500mA/mm²；更进一步的，电流密度为 40～500mA/mm²。