石墨复合体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石墨复合材料领域。具体地，本发明涉及石墨复合体及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 石墨具有自润滑性、小的热膨胀系数、良好的减震性、优异的热传导性等特点，使 得石墨-金属复合材料非常适应于制造活塞、缸套、轴承等耐磨减震零件以及高导热石墨 复合材料。然而，石墨与金属均存在结合性能不好，使得制备石墨-金属复合材料的生产成 本很高且使用性能较差，严重妨碍了石墨的应用。为此，如何既保留石墨的优良性能，同时 扩展石墨的应用范围和降低石墨复合材料的生产成本，仍然是本领域的一大难点。
[0003] 因此，本领域迫切需要开发一种制法简便、性能优异的表面改性的石墨粉复合体。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一是提供一种石墨粉表面全包覆碳化物及碳化物形成元素复合 体及其制备方法。
[0005] 在本发明的第一方面中，提供了一种石墨复合体，包括石墨颗粒、碳化物层和碳化 物形成元素层；其中，所述碳化物层结合于所述石墨粉颗粒表面，所述碳化物形成元素层结 合于碳化物层表面；所述碳化物形成元素选自下组：B、Si、Cr、W、Mo ;所述碳化物选自下组： 碳化硼、碳化硅、碳化钨、碳化铬、碳化钥。
[0006] 在另一优选例中，所述石墨颗粒为石墨粉。
[0007] 在另一优选例中，所述石墨包括天然石墨、人造石墨以及多层石墨稀。
[0008] 在另一优选例中，所述的石墨颗粒的粒径为0. 1 ii m~1000μm。
[0009] 在另一优选例中，所述复合体具有以下特征：
[0010] ⑴所述碳化物层的厚度为1~lOOOnm ;和/或
[0011] (ii)所述碳化物形成元素层的厚度为0.001~1〇 um。
[0012] 在本发明第二方面中，提供了一种石墨复合体的制备方法，包括步骤：
[0013] (1)提供一包含石墨颗粒、碳化物形成元素与盐的混合物；其中，所述的盐选自下 组：恥(：1、1((：1、似？、肝、8 &(：12、0&(：12或其复合盐 ；
[0014] (2)在真空或惰性气氛中，将步骤（1)的混合物进行加热反应，从而得到石墨复合 体。
[0015] 在另一优选例中，所述石墨颗粒为石墨粉。
[0016] 在另一优选例中，所述步骤（1)的混合物为粉状的。
[0017] 在另一优选例中，所述石墨复合体为本发明第一方面所述的石墨复合体。
[0018] 在另一优选例中，所述步骤（2)中，
[0019] 所述加热反应在20~1500°C下进行；和/或
[0020] 所述加热反应进行0~600min。
[0021] 在另一优选例中，所述步骤（2 )中，所述惰性气体包括氩气、氦气或其组合。
[0022] 在另一优选例中，按步骤（1)的混合物总重量计算，盐的质量分数为30 - 80wt%。
[0023] 在另一优选例中，按步骤（1)的混合物总重量计算，碳化物形成元素的质量分数 为 0? 1 - 10wt%。
[0024] 在本发明第三方面中，提供了一种制品，包含本发明第一方面所述的石墨复合体。
[0025] 应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文（如实施例）中具 体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在 此不再一一累述。
【附图说明】
[0026] 图1为实施例1制得的石墨-硼化物-硼复合体的扫描电子显微图片；其中，A，B 图为SEM显微图片，图C为对应B图中EDS能谱图。
[0027] 图2为实施例2制得的石墨-碳化硅-硅复合体的扫描电子显微图片；其中，A，B 图为SEM显微图片，图C为对应B图中EDS能谱图。
[0028] 图3为实施例3制得的石墨-碳化铬-铬复合体的扫描电子显微图片；其中，A，B 图为SEM显微图片，图C为对应B图中EDS能谱图。
【具体实施方式】
[0029] 本发明人经过广泛而深入的研究，意外地发现采用盐浴法对石墨粉进行处理，在 特定碳化物形成元素的催化下，会在石墨表面原位生长出碳化物，从而形成石墨颗粒表面 全包覆碳化物层及碳化物形成元素层的复合体，该复合体中，金属与石墨的界面结合能力 很强，在机械、电子等多方面具有很好的应用前景。在此基础上，发明人完成了本发明。
[0030] 石墨颗粒
[0031] 如本文所用，本发明石墨颗粒可以是任意形态的石墨颗粒，优选为石墨粉。本发 明的石墨颗粒可以是任意尺寸的颗粒，优选粒径为〇. 1 y m~1000 li m ;较佳地为10 li m~ 1000 U m ;更佳地为 100 u m ~1000 u m。
[0032] 所述石墨可以是天然石墨、人造石墨以及多层石墨烯等。所述天然石墨例如包括： (1)致密结晶状石墨：又叫块状石墨。此类石墨结晶明显晶体肉眼可见。颗粒直径大于0. 1 毫米，比表面积范围集中在0. l-lm2/g，晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造。这种石墨一 般含碳量为60~65%，有时达80~98%。（2)鳞片石墨：晶体呈鳞片状；这是在高强度的压 力下变质而成的，有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨一般含碳量在2~3%或10~25%之 间。（3)微晶石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1微米，比表面积范围集中在 l_5m 2/g，只有在电子显微镜下才能见到晶形。
[0033] 人造石墨，也就是特种石墨。按其成型的方式可分为以下几种：等静压石墨、模压 石墨、和挤压石墨。其中按石墨的颗粒度分，也可分为：细节构石墨、中粗石墨（一般的颗粒 度在0.8_左右）、和电极石墨（2-4_)。石墨粉体可以通过磨削、锯切从上述石墨中获得。
[0034] 盐
[0035] 如本文所用，本发明的盐包括NaCl、KC1、NaF、KF、BaCl2、CaCl 2及其复合盐。
[0036] 碳化物形成元素
[0037] 如本文所用，本发明所用的碳化物形成元素包括B、Si、Cr、W、Mo。
[0038] 石墨复合体
[0039] 本发明提供了一种石墨复合体，包括石墨颗粒、碳化物层和碳化物形成元素层；其 中，所述碳化物层结合于所述石墨粉颗粒表面，所述碳化物形成元素层结合于碳化物层表 面。
[0040] 该石墨复合体可具有以下特征：
[0041] ⑴所述碳化物层的厚度为1~l〇〇〇nm ;