技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨烯/碳納米管增強(qiáng)氧化鋁陶瓷涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
：
氧化鋁陶瓷具有機(jī)械強(qiáng)度大、絕緣電阻大，硬度高，耐磨耐腐蝕等優(yōu)良的性能。它在石油化學(xué)工業(yè)、國(guó)防，機(jī)械和電子工業(yè)等領(lǐng)域中備受青睞，但是由于陶瓷材料的高硬脆性，以及兩者膨脹系數(shù)的差異，使得其與金屬基體的結(jié)合強(qiáng)度比較差。
碳納米管和石墨烯都是納米尺寸的碳質(zhì)材料，由于其極大的表面積，良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，優(yōu)越的機(jī)械特性，近年來有著很大的應(yīng)用前景，而且他們之間還會(huì)產(chǎn)生一種協(xié)同效應(yīng)，添加有石墨烯碳管的復(fù)合材料物理化學(xué)性能都能得到顯著的提高，但是由于范德華力的作用，石墨烯和碳納米管極易團(tuán)聚，而混雜功能化的碳納米管不僅能提高自身的分散性，還可以提高增強(qiáng)體和基體之間的界面相互作用，因此通過添加碳管和石墨烯來增強(qiáng)陶瓷涂層的性能有了更加實(shí)際的意義。
陶瓷涂層應(yīng)用廣泛，制備工藝眾多，常用的有噴涂法，氣相沉積法，高溫自蔓延法，溶膠凝膠法，激光熔覆法，料漿法等，其中料漿法由于工藝簡(jiǎn)單，操作方便，適應(yīng)性強(qiáng)，且不受場(chǎng)地環(huán)境限制有著比較大的發(fā)展前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有陶瓷涂層存在的不足，提供一種石墨烯/碳納米管增強(qiáng)氧化鋁陶瓷涂層的制備方法，該方法安全性好，成本低，操作簡(jiǎn)單，制備工藝穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品性能好。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
(1)將mwnt在濃硫酸和濃硝酸中水浴加熱制得羧化的mwnt；
(2)將羧化的mwnt與一定量的sdbs超聲分散后在真空干燥條件下烘干并研磨制備得mwnt-cooh-sdbs；
(3)用天平分別稱取上述材料，石墨烯，al2o3，其中處理過的碳管和石墨烯占三者總質(zhì)量的0～0.4％；
(4)將稱取的陶瓷骨料裝入行星式球磨罐，磨球?yàn)楝旇?，球料比采?∶1，室溫下250～300r/min混合球磨6-8h制得所需的混合粉體；
(5)將混合均勻的骨料與膠黏劑按質(zhì)量比1∶0.8充分?jǐn)嚢瑁?/p>
(6)將制得的漿料用短毛刷涂覆在q235基體上，自然陰干2～3h；
(7)將樣件放入鼓風(fēng)干燥箱中在50～300℃加熱5h，使其在箱中自然冷卻24h得到所需的成品。
優(yōu)選的，步驟(1)所述mwnt的id在2～5nm，od＜8nm，長(zhǎng)度在10～30μm；步驟2所述石墨烯厚度在4～20nm，微片大小在5～10μm，氧化鋁粉末粒度在20～40μm。
優(yōu)選的，步驟(1)所述的濃硫酸(98wt％)與濃硝酸(70wt％)的體積比設(shè)置為3∶1，超聲20～30min后靜置，水浴加熱溫度設(shè)置為110～120℃，使用攪拌子加熱20～30min，隨油浴鍋?zhàn)匀焕鋮s1h，冷卻后的碳納米管混合液倒入蒸餾水稀釋，使用離心機(jī)使碳納米管沉淀后倒掉上層酸液，用0.22μm混合纖維素脂膜真空抽濾，并用蒸餾水反復(fù)洗滌至中性，最后將濾得的產(chǎn)物在50℃下真空干燥，研磨后得到羧化的mwnt(mwnt-cooh)。
優(yōu)選的，步驟(2)中取等量的步驟(1)的產(chǎn)物與sdbs，在無水乙醇中超聲2h后，將產(chǎn)物在50℃下真空干燥，研磨后得到混雜功能化的mwnt-cooh-sdbs。
優(yōu)選的，步驟(3)所述石墨烯厚度在4～20nm，微片大小在5～10μm，氧化鋁粉末粒度在20～40μm。
優(yōu)選的，步驟(4)球磨采用正反向雙向交替運(yùn)行，正反向每隔2h交替運(yùn)行，球磨機(jī)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速是約為球磨罐轉(zhuǎn)速的1/2，球磨結(jié)束后，球罐需要放置一天，讓球磨后的粉體有一個(gè)弛豫時(shí)間，之后再取樣。
優(yōu)選的，步驟(6)中使用均勻涂覆的方式在基體上制備出涂層，所述涂層的厚度在0.3～0.6mm。
優(yōu)選的，步驟(7)中所述為階梯式加熱工藝：溫度均勻加熱到50℃后保溫1h，再均勻加熱到100℃并在此階段保溫2h，繼續(xù)加熱到250℃，保溫1h，加熱到300℃保溫1h。
本發(fā)明具有的有益效果是：石墨烯和碳管特殊的二維結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能可以降低陶瓷裂紋的擴(kuò)展同時(shí)提高氧化鋁陶瓷材料的韌性，同時(shí)涂層結(jié)合強(qiáng)度高，致密性好，減摩耐磨性能高，且固化溫度要求低；整個(gè)制備工藝適應(yīng)性強(qiáng)，且制備工藝簡(jiǎn)便，成本低，具有廣泛的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方案：
實(shí)施方案一：按照石墨烯0.2％，氧化鋁99.8％稱量粉末，用行星球磨機(jī)在300r/min下球磨8h，混合骨料按質(zhì)量比1∶0.8與膠黏劑充分?jǐn)嚢?，用短毛刷涂覆在q235樣件上，自然陰干2h后在鼓風(fēng)干燥箱中均勻加熱到50℃保溫1h，然后加熱到100℃，保溫2h，繼續(xù)加熱到250℃，保溫1h，加熱到300℃保溫1h，使其在箱中自然冷卻24h得到所需的成品。斷裂韌性達(dá)到4.2mpa*m1/2，抗彎強(qiáng)度達(dá)到358mpa，(純氧化鋁3.5mpa*m1/2，350mpa)，摩擦系數(shù)為0.47(純氧化鋁0.48)。
實(shí)施方案二：按照石墨烯0.2％，mwnt-cooh-sdbs0.2％氧化鋁99.6％稱量粉末，用行星球磨機(jī)在300r/min下球磨8h，混合骨料按質(zhì)量比1∶0.8與膠黏劑充分?jǐn)嚢?，用短毛刷涂覆在q235樣件上，自然陰干2h后在鼓風(fēng)干燥箱中均勻加熱到50℃保溫1h，然后加熱到100℃，保溫2h，繼續(xù)加熱到250℃，保溫1h，加熱到300℃保溫1h，使其在箱中自然冷卻24h得到所需的成品。斷裂韌性達(dá)到4.8mpa*ml/2，抗彎強(qiáng)度達(dá)到371mpa(純氧化鋁3.5mpa*ml/2，350mpa)，摩擦系數(shù)為0.43(純氧化鋁0.48)。
實(shí)施方案三：按照mwnt-cooh-sdbs0.2％氧化鋁99.8％稱量粉末，用行星球磨機(jī)在300r/min下球磨8h，混合骨料按質(zhì)量比1∶0.8與膠黏劑充分?jǐn)嚢?，用短毛刷涂覆在q235樣件上，自然陰干2h后在鼓風(fēng)干燥箱中均勻加熱到50℃保溫1h，然后加熱到100℃，保溫2h，繼續(xù)加熱到250℃，保溫1h，加熱到300℃，保溫1h，使其在箱中自然冷卻24h得到所需的成品。斷裂韌性達(dá)到4.3mpa*m1/2，抗彎強(qiáng)度達(dá)到354mpa，(純氧化鋁3.5mpa*m1/2，350mpa)，摩擦系數(shù)為0.45(純氧化鋁0.48)。
實(shí)施方案四：按照mwnt-cooh0.2％氧化鋁99.8％稱量粉末，用行星球磨機(jī)在300r/min下球磨8h，混合骨料按質(zhì)量比1∶0.8與膠黏劑充分?jǐn)嚢?，用短毛刷涂覆在q235樣件上，自然陰干2h后在鼓風(fēng)干燥箱中均勻加熱到50℃保溫1h，然后加熱到100℃，保溫2h，繼續(xù)加熱到250℃，保溫1h，加熱到300℃保溫1h，使其在箱中自然冷卻24h得到所需的成品。斷裂韌性達(dá)到4.3mpa*m1/2，抗彎強(qiáng)度達(dá)到356mpa(純氧化鋁3.5mpa*m1/2，350mpa)，摩擦系數(shù)為0.41(純氧化鋁0.48)。
制得涂層的孔隙率在5～17％之間，由于sdbs的特殊性能，方案一中樣品的致密性更高。
涂層磨損率相較于純氧化鋁降低了50～70％。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。