[发明专利]高强度石墨或层状过渡金属碳化物密实化宏观体低温制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度石墨或层状过渡金属碳化物密实化宏观体低温制备方法，包括以下步骤：将石墨烯粉末或层状过渡金属碳化物粉末溶于溶剂中；通过超声处理均匀分散石墨烯或层状过渡金属碳化物溶液，得到前驱浆体；将前驱浆体干燥，除去溶剂获得前驱粉体；在特定湿度条件下对前驱粉体进行处理，得到0～50wt％含水量的前驱粉体；将得到的不同含水量的前驱粉体进行热压致密化处理，获得石墨烯或层状过渡金属碳化物密实化宏观体。本发明通过石墨烯或层状过渡金属碳化物在低温热压下成型来制备密实化宏观体，原材料的利用率高，可以有效降低能耗和减少污染，具备工艺简单、操作简便、安全的优点，并具有规模化应用的前景。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，特别是涉及一种高强度石墨或层状过渡金属碳化物密实化宏观体低温制备方法。

背景技术

以块体石墨为代表的无机块体材料是重要的工业材料。块体石墨是一种层状结构材料，层间通过范德华力的作用相结合。块体石墨具有良好的导电性、导热性、热稳定性和抗辐射性，在机械、冶金、半导体、能源和航空航天等领域都有重要应用，是一种和科技发展紧密相连的材料。在一些特殊领域需要使用高强度石墨，高强度石墨比普通石墨具有更好的机械强度和热稳定性，在原子能和航空航天领域有大量应用，通常抗压强度高于60MPa的石墨就可以被称为高强度石墨。高强度石墨和高科技的发展密切相关，制备高强度高性能石墨是材料发展的重要课题。

传统的高强度石墨制备方法主要由石墨颗粒和粘接剂烧结而成。工艺复杂且烧结温度高达1800℃，能耗高污染严重。为了解决传统方法高能耗高成本的问题，科研人员发明了一种新的加工技术——放电等离子烧结。虽然放电等离子烧结能够快速烧结以降能耗，但是也有难以解决的缺点：一、需要加入烧结剂，烧结剂的液化再固化过程可有效提高宏观体的密度，但是烧结剂的残留物也会影响石墨的其他性能，如热稳定性、导热性和导电性等；二、这种快速密实化过程无法避免大量的晶粒生长，快速密实化的前驱体粉末容易产生微米尺寸的晶粒，对材料性能产生不利影响。

和石墨类似，MAX相材料也具有层状结构。MAX相(Ti₃AlC₂等) 是一种新型可加工陶瓷材料。其中M代表过渡金属元素；A代表主族元素；X代表碳和/或氮。MAX相材料可广泛用于高温结构材料、电极材料等领域。与合成高强度石墨块体所遇到的问题类似，合成MAX相密实化陶瓷的方法复杂且能耗高。

目前没有一种完美的方法通过对前驱粉体的密实化来制备高强度的块体材料。

发明内容

本发明的目的在于解决如何在降低能耗、减少污染的情况下制备高强度的石墨或层状过渡金属碳化物密实化宏观体的问题，提出一种高强度石墨或层状过渡金属碳化物密实化宏观体低温制备方法。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

高强度石墨或层状过渡金属碳化物密实化宏观体低温制备方法，包括以下步骤：

S1、将石墨烯粉末或层状过渡金属碳化物粉末溶于溶剂中；

S2、通过超声处理均匀分散石墨烯或层状过渡金属碳化物溶液，得到前驱浆体；

S3、将前驱浆体干燥，除去溶剂获得前驱粉体；

S4、在特定湿度条件下对前驱粉体进行处理，得到特定含水量的前驱粉体；

S5、将得到的特定含水量的前驱粉体进行热压致密化处理，获得石墨烯或层状过渡金属碳化物密实化宏观体；

其中步骤S4中特定含水量为0～50wt％。

在一些实施例中，步骤S5中所述热压致密化处理包括以下步骤：

S5-1、将前驱粉体放入模具中；

S5-2、利用模具对前驱粉体进行热压；