CN108046774B - 一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：将镁粉和陶瓷粉体混匀得到混合粉，将混合粉在二氧化碳气体中进行燃烧反应得到石墨烯陶瓷复合粉体，将石墨烯陶瓷复合粉体进行成型和烧结得到石墨烯陶瓷复合材料。本发明的制备方法具有工艺简单，制备周期短，成本低等特点，制得的石墨烯陶瓷复合材料具有组分结构均匀、性能优异等特点。本发明利用镁与二氧化碳气固反应原位沉积复合的特征，实现石墨烯与陶瓷粉体在微尺度的均匀混合与分散。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯复合材料技术领域。更具体地，涉及一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯具有高模量、高强度、高电子迁移率和高热导率等优异性能。将石墨烯与陶瓷材料进行复合，可显著提升陶瓷材料的力学、热学、电学和光学等性能，在诸多领域具有广泛应用前景。
目前，制备石墨烯陶瓷复合材料的方法主要包括两种，一是将氧化石墨还原、化学气相沉积、外延生长或有机合成等方法制备的石墨烯与陶瓷粉体进行混合，在进行烧结制备，二是将膨胀石墨与陶瓷粉体进行高能球磨，原位剥离得到石墨烯陶瓷复合粉体，随后在进行烧结制备。两种方法制备的石墨烯陶瓷复合材料均具有较为优异的性能，其主要差别在于石墨烯的制备及与陶瓷粉体混合方式上的不同。然而现有制备方法无法充分发挥石墨烯的本征性能优势，且无法在获得高品质石墨烯的同时，提升其在陶瓷相中的分散均匀性，上述问题是进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能的关键所在，也是现有制备方法不足之所在。
已有研究报道，采用金属镁在干冰或二氧化碳气体中燃烧反应合成高品质石墨烯粉体，可用于超级电容器、锂离子电池、导电浆料、光电子器件、多相催化等领域。该方法具有工艺简单、周期短、低能耗等优势。但为除去反应生成的氧化镁等杂质相，该方法通常需对产物进行反复的酸洗，这即增加了工艺周期和成本，同时也带来了潜在的环境危害问题。此外，对于石墨烯陶瓷复合材料制备而言，反复酸洗、干燥后得到的石墨烯粉体，由于高比表面积易团聚的特性，也不利于与陶瓷粉体的混合分散。因而，如何发挥燃烧合成工艺的技术优势，获得高性能的石墨烯陶瓷复合材料，是一个值得研究人员关注的重要问题。
因此，需要提供一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法，至少解决上述之一的问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将镁粉和陶瓷粉体混匀得到混合粉，将混合粉在二氧化碳气体中进行燃烧反应得到石墨烯陶瓷复合粉体，将石墨烯陶瓷复合粉体进行成型和烧结得到石墨烯陶瓷复合材料。本发明利用镁与二氧化碳气固反应原位沉积复合的特征，实现了石墨烯与陶瓷粉体在微尺度的均匀混合与分散。
优选地，所述二氧化碳气体的气压值为0.5～5MPa。本发明通过调控二氧化碳气体的气压值可进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述二氧化碳气体的气压值可为0.5～4MPa、0.5～3MPa、0.5～2MPa、0.5～1MPa、1～5MPa、1～4MPa、1～3MPa、1～2MPa、2～5MPa、2～4MPa、2～3MPa、3～5MPa、3～4MPa、4～5MPa等。
优选地，所述镁粉和所述陶瓷粉体的质量比为1:3～9。本发明通过调控镁粉和陶瓷粉体的比例可进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述镁粉和所述陶瓷粉体的质量比可为1:3～8、1:3～7、1:3～6、1:3～5、1:3～4、1:4～9、1:4～8、1:4～7、1:4～6、1:4～5、1:5～9、1:5～8、1:5～7、1:5～6、1:6～9、1:6～8、1:6～7、1:7～9、1:7～8、1:8～9等。
优选地，所述陶瓷粉体选自以下化合物中一种或几种的任意比例混合物，氧化物：Al2O3、SiO2、MgO、CaO、TiO2、ZrO2、Y2O3、La2O3、CeO2，氮化物：Si3N4、AlN、BN、TiN、ZrN，碳化物：SiC、B4C、WC、TiC、ZrC、HfC，硼化物：ZrB2、TiB2、HfB2。
优选地，所述镁粉的平均粒径为1μm～100μm。本发明通过调控镁粉的平均粒径可进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述镁粉的平均粒径可为1μm～45μm、1μm～25μm、1μm～18μm、1μm～10μm、1μm～5μm、5μm～100μm、5μm～45μm、5μm～25μm、5μm～18μm、5μm～10μm、10μm～100μm、10μm～45μm、10μm～25μm、10μm～18μm、18μm～100μm、18μm～45μm、18μm～25μm、25μm～100μm、25μm～45μm、45μm～100μm等。
优选地，所述陶瓷粉体的平均粒径为10nm～10μm。本发明通过调控陶瓷粉体的平均粒径可进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述陶瓷粉体的平均粒径可为10nm～5μm、10nm～3μm、10nm～500nm、10nm～200nm、10nm～100nm、10nm～50nm、10nm～30nm、30nm～10μm、30nm～5μm、30nm～3μm、30nm～500nm、30nm～200nm、30nm～100nm、30nm～50nm、50nm～10μm、50nm～5μm、50nm～3μm、50nm～500nm、50nm～200nm、50nm～100nm、100nm～10μm、100nm～5μm、100nm～3μm、100nm～500nm、100nm～200nm、200nm～10μm、200nm～5μm、200nm～3μm、200nm～500nm、500nm～10μm、500nm～5μm、500nm～3μm、3μm～10μm、3μm～5μm、5μm～10μm等。
优选地，所述的燃烧反应在通用高压燃烧反应装置内的石墨模具内进行，采用通电钨线圈局部诱发燃烧反应，电流为10-50A；待反应结束，装置冷却至室温，取出石墨烯陶瓷复合粉体产物。
优选地，所述成型的压力为20～200MPa。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述成型的压力可为20～150MPa、20～60MPa、20～50MPa、20～30MPa、30～200MPa、30～150MPa、30～60MPa、30～50MPa、50～200MPa、50～150MPa、50～60MPa、60～200MPa、60～150MPa、150～200MPa等。
优选地，所述烧结的方式为放电等离子体烧结方式。
优选地，所述烧结的条件为：烧结气氛为真空、氮气或惰性气氛，烧结温度为600～2200℃，保温5min～24h。
进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述烧结温度可为600～2100℃、600～1900℃、600～1750℃、600～1500℃、600～1400℃、600～1250℃、1250～2200℃、1250～2100℃、1250～1900℃、1250～1750℃、1250～1500℃、1250～1400℃、1400～2200℃、1400～2100℃、1400～1900℃、1400～1750℃、1400～1500℃、1500～2200℃、1500～2100℃、1500～1900℃、1500～1750℃、1750～2200℃、1750～2100℃、1750～1900℃、1900～2200℃、1900～2100℃、2100～2200℃等。
进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述烧结保温时间可为5min～4h、5min～3h、5min～2h、5min～1h、5min～30min、5min～20min、20min～24h、20min～4h、20min～3h、20min～2h、20min～1h、20min～30min、30min～24h、30min～4h、30min～3h、30min～2h、30min～1h、1h～24h、1h～4h、1h～3h、1h～2h、2h～24h、2h～4h、2h～3h、3h～24h、3h～4h、4h～24h等。
另外，如无特殊说明，本发明中所用原料均可通过市售商购获得，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明以镁粉与陶瓷粉体的混合粉为原料，在二氧化碳气体中燃烧反应得到石墨烯陶瓷复合粉体，具有操作简单、周期短、成本低等优点。
(2)本发明利用镁与二氧化碳气固反应原位沉积复合的特征，实现石墨烯与陶瓷粉体在微尺度的均匀混合与分散。
(3)本发明通过调控镁粉、陶瓷粉体的比例和粒径，以及二氧化碳气压值，在保证石墨烯与陶瓷粉体在微尺度的均匀混合与分散的同时，进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能。
(4)本发明制得的石墨烯陶瓷复合材料具有组分结构均匀、性能优异等特点。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出X射线衍射图谱，其中(a)示出本发明实施例1制得的石墨烯陶瓷复合粉体的X射线衍射图谱，(b)示出本发明实施例3制得的石墨烯陶瓷复合材料的X射线衍射图谱，(c)示出本发明实施例4制得的石墨烯陶瓷复合材料的X射线衍射图谱，(d)示出本发明实施例5制得的石墨烯陶瓷复合材料的X射线衍射图谱。
图2示出本发明实施例1制得的石墨烯陶瓷复合粉体的扫描电子显微镜图。
图3示出本发明实施例1制得的石墨烯的透射电子显微镜图。
图4示出本发明实施例1制得的石墨烯的X射线衍射图谱。
图5示出本发明实施例1制得的石墨烯的拉曼光谱图。
图6示出本发明实施例2制得的石墨烯陶瓷复合材料的实物照片。
图7示出本发明实施例7制得的石墨烯陶瓷复合材料的吸收光谱图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法。所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得，所述百分比如无特殊说明均为质量百分比。
实施例1
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取10g平均粒径为100μm的镁粉与90g平均粒径为200nm的Al2O3粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在0.5MPa的二氧化碳气体中，用通电50A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用放电等离子体烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在60MPa的压力下，1500℃真空保温30min烧结得到直径30mm厚度3mm的石墨烯陶瓷复合材料。
图1中(a)是实施例1所得燃烧反应粉体产物的X射线衍射图谱，从中可以看出燃烧反应的主要晶相产物为MgO、Al2O3和MgAl2O4，而石墨烯的衍射峰则由于强度较低，难以分辨出来。
图2是本实施例所得粉体产物的扫描电子显微镜照片，可以观察出片层状的石墨烯被陶瓷颗粒隔离包裹，未发生团聚，表明本实施例制备的石墨烯陶瓷复合粉体微观组分结构均匀。
为进一步考察产物中的石墨烯，对燃烧反应的粉体产物进行了酸洗，图3是复合粉体酸洗后得到石墨烯的透射电子显微镜照片，可以看出本实施例制备的石墨烯结晶性优异。图4是复合粉体酸洗后得到石墨烯的X射线衍射图谱，从中可以看出属于石墨结构的(002)和(100)特征峰；图5是复合粉体酸洗后得到石墨烯的拉曼光谱图，拉曼光谱的D峰(1336cm-1)、G峰(1578cm-1)和2D峰(2672cm-1)表明制得石墨烯具有典型少层石墨烯的特征。
采用排水法测得块体石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为99.3％，表明制得复合粉体的烧结活性优异。
利用维氏硬度计测得块体石墨烯陶瓷复合材料的硬度值为14.7GPa，较相同烧结条件制得无石墨烯添加样品的硬度值提高24.53％，表明制得石墨烯陶瓷复合材料机械性能优异。
实施例2
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取9g平均粒径为45μm的镁粉与9.69g平均粒径为100nm的MgO粉体和62.31g平均粒径为200nm的Al2O3粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在1.0MPa的二氧化碳气体中，用通电40A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用放电等离子体烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在60MPa的压力下，1400℃真空保温20min烧结得到直径10mm厚度3mm的石墨烯陶瓷复合材料。
图6所示实物照片中右侧黑色样品是实施例2所得石墨烯陶瓷材料；左侧透明样品是为进行性能对比测试，在相同烧结条件制得无石墨烯添加的样品。采用X射线衍射分析制得石墨烯复合材料的组成为MgAl2O4，未发现显著的石墨烯衍射峰，这可能是其强度较低引起的。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为99.8％，表明复合粉体烧结活性优异。
利用维氏硬度计测得块体石墨烯陶瓷复合材料的硬度值为13.5GPa，较相同烧结条件制得无石墨烯添加样品的硬度值提高31.06％，表明制得石墨烯陶瓷复合材料机械性能优异。
采用紫外-可见-近红外分光光度计测量了制得石墨烯陶瓷复合材料在0.2～2.5μm波段的吸收率为0.90，表明本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料在该波段具有优异的光吸收性能。
实施例3
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取10g平均粒径为25μm的镁粉与68g平均粒径为500nm的ZrO2粉体和2g平均粒径为50nm的Y2O3粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在2.0MPa的二氧化碳气体中，用通电30A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用无压烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在200MPa压力下冷等静压成型，在1500℃真空下保温4h烧结得到直径20mm厚度5mm的石墨烯陶瓷复合材料。
图1中(b)所示为本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的X射线衍射图谱，从中可以看出材料主要晶相为ZrO2和MgO，而石墨烯的衍射峰则由于强度较低，难以分辨出来。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为99.0％，表明复合粉体烧结活性优异。
利用维氏硬度计测得石墨烯陶瓷复合材料的硬度值为12.3GPa。
实施例4
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取12g平均粒径为18μm的镁粉与72g平均粒径为10μm的Si3N4粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在3.0MPa的二氧化碳气体中，用通电25A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用热压烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在30MPa压力下，真空1750℃下保温2h烧结得到直径30mm厚度4mm的石墨烯陶瓷复合材料。
图1中(c)所示为本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的X射线衍射图谱，从中可以看出材料主要晶相为Si3N4和MgO，而石墨烯的衍射峰则由于强度较低，难以分辨出来。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为98.5％，表明复合粉体烧结活性优异。
利用维氏硬度计测得石墨烯陶瓷复合材料的硬度值为11.4GPa。
实施例5
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取15g平均粒径为10μm的镁粉与75g平均粒径为5μm的SiC粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在4.0MPa的二氧化碳气体中，用通电20A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用放电等离子体烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在50MPa压力下，真空1900℃下保温1h烧结得到直径10mm厚度3mm的石墨烯陶瓷复合材料。
图1中(d)所示为本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的X射线衍射图谱，从中可以看出材料主要晶相为SiC和MgO，而石墨烯的衍射峰则由于强度较低，难以分辨出来。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为97.6％，表明复合粉体烧结活性优异。
利用维氏硬度计测得石墨烯陶瓷复合材料的硬度值为18.4GPa。
实施例6
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取15g平均粒径为5μm的镁粉与50g平均粒径为3μm的ZrB2粉体和10g平均粒径为500nm的SiC粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在5.0MPa的二氧化碳气体中，用通电10A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用无压烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在150MPa压力下冷等静压成型，在2100℃下真空保温3h烧结得到直径20mm厚度5mm的石墨烯陶瓷复合材料。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为95.8％，表明复合粉体烧结活性优异。
利用维氏硬度计测得石墨烯陶瓷复合材料的硬度值为19.5GPa。
实施例7
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取15g平均粒径为1μm的镁粉与45g平均粒径为30nm的SiO2粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在1.0MPa的二氧化碳气体中，用通电30A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用放电等离子体烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在20MPa的压力下，真空1250℃保温5min烧结得到直径30mm厚度3mm的石墨烯陶瓷复合材料。
采用X射线衍射分析本实施例制得材料的主要晶相组成为MgSiO3和SiO2，而石墨烯的衍射峰则由于强度较低，难以分辨出来。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为99.7％，表明复合粉体烧结活性优异。
采用紫外-可见-近红外分光光度计测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料在0.2～2.5μm波段的吸收率为0.93，
表明本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料在该波段具有优异的光吸收性能，如图7所示。
实施例8
一种石墨烯陶瓷复合材料的制备，包括如下步骤：
步骤一，取10g平均粒径为20μm的镁粉与40g平均粒径为1μm的Si3N4、30g平均粒径为1μm的SiC和5g平均粒径为200nm的Al2O3粉体球磨1h混合均匀；
步骤二，将混合均匀的原料粉体置于燃烧反应装置的石墨模具内，在1.0MPa的二氧化碳气体中，用通电20A的钨线圈诱发原料中的镁粉与二氧化碳发生自蔓延燃烧反应，装置冷却后得到灰黑色的石墨烯陶瓷复合粉体。
步骤三，采用无压烧结的方式，将石墨烯陶瓷复合粉体在200MPa压力下冷等静压成型，在真空气氛下，1600℃保温24h烧结得到直径40mm厚度5mm的石墨烯陶瓷复合材料。
采用X射线衍射分析本实施例制得材料的主要晶相组成为Si3N4、SiC和MgO，石墨烯的衍射峰则由于强度较低，难以分辨出来。
采用排水法测得本实施例制得石墨烯陶瓷复合材料的相对密度为97.8％，表明复合粉体烧结活性优异。
一些实施例
检验二氧化碳气体的气压值对产物石墨烯陶瓷复合材料性能的影响，即方法步骤同实施例1，不同之处仅在于改变步骤二中二氧化碳气体的气压值，结果如下表。
表1不同二氧化碳气体的气压值的结果
| 实施例编号 | 气压值MPa | 相对密度％ | 硬度GPa | 光吸收性能 |
| 1 | 0.5 | 99.5 | 13.8 | 0.89 |
| 2 | 1 | 99.3 | 14.7 | 0.90 |
| 3 | 2 | 99.1 | 14.2 | 0.90 |
| 4 | 3 | 98.7 | 13.4 | 0.90 |
| 5 | 4 | 98.3 | 12.9 | 0.91 |
| 6 | 5 | 97.6 | 12.1 | 0.91 |
结论：在二氧化碳气体压力0.5-5MPa，合成的石墨烯陶瓷复合材料性能优异，相对密度≥97.6％，硬度值≥12.1GPa，光吸收率≥0.89。
一些实施例
检验镁粉和陶瓷粉体的质量比对产物石墨烯陶瓷复合材料性能的影响，即方法步骤同实施例1，不同之处仅在于，保证镁粉和陶瓷粉体的总质量不变，改变步骤一中镁粉和陶瓷粉体的质量比，结果如下表。
表2不同镁粉和陶瓷粉体的质量比的结果
| 实施例编号 | 镁粉和陶瓷粉体的质量比 | 相对密度 | 硬度GPa | 光吸收性能 |
| 1 | 1:9 | 99.3 | 14.7 | 0.90 |
| 2 | 1:8 | 99.1 | 14.5 | 0.90 |
| 3 | 1:7 | 98.8 | 14.1 | 0.90 |
| 4 | 1:6 | 98.5 | 13.7 | 0.91 |
| 5 | 1:5 | 98.3 | 13.4 | 0.91 |
| 6 | 1:4 | 97.8 | 12.7 | 0.92 |
| 7 | 1:3 | 97.2 | 12.5 | 0.92 |
| 8 | 1:2 | 96.3 | 12.3 | 0.93 |
| 9 | 1:1 | 95.2 | 11.9 | 0.93 |
结论：随镁粉和陶瓷粉体的质量比由1:9增大至1:1，合成的石墨烯陶瓷复合材料的相对密度由99.3％降低至95.2％，硬度值由14.7GPa降低至11.9GPa，而光吸收率则由0.90增大至0.93。
一些实施例
检验镁粉的平均粒径对产物石墨烯陶瓷复合材料性能的影响，即方法步骤同实施例1，不同之处仅在于，改变步骤一中镁粉的平均粒径，结果如下表。
表3不同镁粉的平均粒径的结果
| 实施例编号 | 镁粉的平均粒径μm | 相对密度 | 硬度GPa | 光吸收性能 |
| 1 | 100 | 99.3 | 14.7 | 0.90 |
| 2 | 80 | 99.4 | 14.7 | 0.90 |
| 3 | 45 | 99.4 | 14.7 | 0.90 |
| 4 | 25 | 99.5 | 14.8 | 0.90 |
| 5 | 18 | 99.5 | 14.8 | 0.90 |
| 6 | 10 | 99.5 | 14.8 | 0.90 |
| 7 | 5 | 99.6 | 14.9 | 0.90 |
| 8 | 1 | 99.6 | 14.9 | 0.90 |
结论：随镁粉平均粒径由100微米减小至1微米，合成的石墨烯陶瓷复合材料的相对密度由99.3％增加至99.6％，硬度值由14.7GPa增加至14.9GPa，而光吸收率则由保持不变0.90。
一些实施例
检验陶瓷粉体的平均粒径对产物石墨烯陶瓷复合材料性能的影响，即方法步骤同实施例1，不同之处仅在于，改变步骤一中陶瓷粉体的平均粒径，结果如下表。
表4不同陶瓷粉体的平均粒径的结果
| 实施例编号 | 陶瓷粉体的平均粒径 | 相对密度 | 硬度GPa | 光吸收性能 |
| 1 | 100nm | 99.4 | 14.7 | 0.90 |
| 2 | 200nm | 99.3 | 14.7 | 0.90 |
| 3 | 500nm | 99.3 | 14.6 | 0.90 |
| 4 | 1μm | 99.2 | 14.6 | 0.90 |
| 5 | 5μm | 99.2 | 13.6 | 0.91 |
| 6 | 10μm | 99.1 | 13.4 | 0.91 |
结论：随陶瓷粉体平均粒径由100纳米增大至10微米，合成的石墨烯陶瓷复合材料的相对密度由99.4％降低至99.1％，硬度值由14.7GPa降低至13.4GPa，而光吸收率则由0.90增大为0.91。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将镁粉和陶瓷粉体混匀得到混合粉，将混合粉在二氧化碳气体中进行燃烧反应得到石墨烯陶瓷复合粉体，将石墨烯陶瓷复合粉体进行成型和烧结得到石墨烯陶瓷复合材料；
其中，所述二氧化碳气体的气压值为0.5～5MPa；
所述镁粉和所述陶瓷粉体的质量比为1:3～9；
所述镁粉的平均粒径为1μm～100μm；
所述陶瓷粉体的平均粒径为10nm～10μm；
所述陶瓷粉体选自以下化合物中一种或几种：Al2O3、SiO2、MgO、CaO、TiO2、ZrO2、Y2O3、La2O3、CeO2、Si3N4、AlN、BN、TiN、ZrN、SiC、B4C、WC、TiC、ZrC、HfC、TiB2、ZrB2、HfB2；
所述的燃烧反应在通用高压燃烧反应装置内的石墨模具内进行，采用通电钨线圈局部诱发燃烧反应，电流为10-50A；待反应结束，装置冷却至室温，取出石墨烯陶瓷复合粉体产物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成型的压力为20～200MPa。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的方式为放电等离子体烧结、热压烧结或无压烧结中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的条件为：烧结气氛为真空、氮气或惰性气氛，烧结温度为600～2200℃，保温5min～24h。
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