一种碳纳米管陶瓷复合材料及其制备方法
【专利摘要】一种碳纳米管陶瓷复合材料及其制备方法，涉及材料【技术领域】，复合材料包括以下质量份数的各个组分：碳化硅12-24份、碳化钛10-15份、碳化钨5-10份、碳纳米管10-18份、钴粉6-12份、纳米氧化铝6-15份、稀土氧化物4-10份、纳米氧化钛3-8份和玻璃纤维11-22份。碳纳米管陶瓷复合材料的制备方法，包括：（1）称量；（2）球磨；（3）热压烧结；（4）冷却取出。本发明提供的碳纳米管陶瓷复合材料具有较高的抗弯强度和韧性，同时陶瓷材料性能稳定，具有较好的耐腐蚀性和高温抗氧化性，且耐磨性能优良，可作为切削刀具或结构材料使用。
【专利说明】一种碳纳米管陶瓷复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料【技术领域】，特别涉及一种碳纳米管陶瓷复合材料及该复合材料的 制备方法。
【背景技术】
[0002] 碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有径向尺寸为纳 米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口的结构特点。
[0003] 碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力 学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不 断地展现出来。
[0004] 利用碳纳米管制备复合材料，利用碳纳米管优良的性能，成为复合材料技术的一 项重要发展途径。
[0005]陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材 料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷 还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。
[0006] 申请号为201110438186. 5的专利文献"碳纳米管增强增韧碳化硅陶瓷及其制备 方法"公开了一种碳纳米管陶瓷复合材料及其制备方法它主要由以下重量配比的原材料制 成：碳化娃微粉：碳化硼微粉：碳粉：碳纳米管：粘结剂：分散剂为100 5?3 :1. 5?8: 0. 5?3 :3?6 :0. 2?3. 0;其制备方法为：采用热压烧结或无压烧结工艺制备。由此可知， 该技术方案是将碳纳米管与陶瓷原料进行热压烧结获得陶瓷复合材料，以碳纳米管为增强 纤维，以提高陶瓷材料的韧性和强度，但是效果并不甚理想，可能和碳纳米管和其他材料的 消极作用有关，其抗弯曲强度至达到了 600MPa，因此不是一种理想的复合陶瓷材料。
[0007]
【发明内容】
本发明解决的技术问题：针对上述不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一 种碳纳米管陶瓷复合材料及其制备方法。
[0008] 本发明的技术方案：一种碳纳米管陶瓷复合材料，包括以下质量份数的各个组 分： 碳化硅12-24份、碳化钛10-15份、碳化钨5-10份、碳纳米管10-18份、钴粉6-12份、 纳米氧化铝6-15份、稀土氧化物4-10份、纳米氧化钛3-8份和玻璃纤维11-22份。
[0009] 作为优选，碳纳米管与钴粉的质量之比为1-3:1。
[0010] 作为优选，稀土氧化物为氧化镧、氧化钇或氧化镨。
[0011] 作为优选，氧化钛的晶型为金红石型。
[0012] 一种碳纳米管陶瓷复合材料的制备方法，制备步骤如下： (1) 称量：准确称取各个组分； (2) 球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合，混合均匀后取出，干燥； (3) 将步骤（2)得到的混合粉体放入高温炉中煅烧，温度为1300°C-1500°C，压力 2-5GPa，时间 3-8h; (4)煅烧之后，待冷却取出，即得到碳纳米管陶瓷复合材料。
[0013]作为优选，步骤（3)中煅烧的压力为3. 5GPa。
[0014]有益效果：本发明提供的碳纳米管陶瓷复合材料，是以陶瓷为基体材料，通过碳纳 米管的增强作用，提高陶瓷材料的强度和韧性。首先，以碳化物为陶瓷的主要原料，包括碳 化硅、碳化钛和碳化钨，以提高陶瓷材料的基本性能；其次加入纳米氧化物，根据纳米氧化 物的微观结构，提高陶瓷材料的性能；第三，加入稀土元素，提高综合性能，因此，陶瓷基体 材料本身即具有较高的性能，再通过碳纳米管的增强作用，能够显著提升陶瓷材料性能，使 得陶瓷材料的性能达到一个较高的水平。
[0015] 因此，本发明提供的碳纳米管陶瓷复合材料具有较高的抗弯强度和韧性，同时陶 瓷材料性能稳定，具有较好的耐腐蚀性和高温抗氧化性，且耐磨性能优良，可作为切削刀具 或结构材料使用。
【具体实施方式】
[0016] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
[0017] 实施例1 : 一种碳纳米管陶瓷复合材料，包括以下质量份数的各个组分： 碳化硅12份、碳化钛10份、碳化钨5份、碳纳米管10份、钴粉6份、纳米氧化铝6份、 氧化钇4份、金红石型纳米氧化钛3份和玻璃纤维11份。
[0018] 根据本发明提供的制备方法制备碳纳米管陶瓷复合材料，步骤如下： (1) 称量：准确称取各个组分； (2) 球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合，混合均匀后取出，干燥； (3) 将步骤（2)得到的混合粉体放入高温炉中煅烧，温度为1350°C，压力3.5GPa，时间 4h； (4) 煅烧之后，待冷却取出，即得到碳纳米管陶瓷复合材料。
[0019] 实施例2: 一种碳纳米管陶瓷复合材料，包括以下质量份数的各个组分： 碳化硅24份、碳化钛15份、碳化钨10份、碳纳米管18份、钴粉12份、纳米氧化铝15 氧化钇10份、金红石型纳米氧化钛8份和玻璃纤维22份。
[0020] 根据本发明提供的制备方法制备碳纳米管陶瓷复合材料，步骤如下： (1) 称量：准确称取各个组分； (2) 球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合，混合均匀后取出，干燥； (3) 将步骤（2)得到的混合粉体放入高温炉中煅烧，温度为1450°C，压力3.5GPa，时间 5h； (4) 煅烧之后，待冷却取出，即得到碳纳米管陶瓷复合材料。
[0021] 实施例3: 一种碳纳米管陶瓷复合材料，包括以下质量份数的各个组分： 碳化硅20份、碳化钛12份、碳化钨8份、碳纳米管12份、钴粉6份、纳米氧化铝12份、 氧化镨6份、金红石型纳米氧化钛5份和玻璃纤维15份。
[0022] 根据本发明提供的制备方法制备碳纳米管陶瓷复合材料，步骤如下： (1) 称量：准确称取各个组分； (2) 球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合，混合均匀后取出，干燥； (3) 将步骤（2)得到的混合粉体放入高温炉中煅烧，温度为1400°C，压力3.5GPa，时间 4h； (4) 煅烧之后，待冷却取出，即得到碳纳米管陶瓷复合材料。
[0023] 实施例4: 一种碳纳米管陶瓷复合材料，包括以下质量份数的各个组分： 碳化硅15份、碳化钛11份、碳化钨7份、碳纳米管12份、钴粉8份、纳米氧化铝10份、 氧化镧7份、金红石型纳米氧化钛6份和玻璃纤维16份。
[0024]根据本发明提供的制备方法制备碳纳米管陶瓷复合材料，步骤如下： (1) 称量：准确称取各个组分； (2) 球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合，混合均匀后取出，干燥； (3) 将步骤（2)得到的混合粉体放入高温炉中煅烧，温度为1400°C，压力3.5GPa，时间 5h； (4) 煅烧之后，待冷却取出，即得到碳纳米管陶瓷复合材料。
[0025] 实施例5: 一种碳纳米管陶瓷复合材料，包括以下质量份数的各个组分： 碳化硅18份、碳化钛13份、碳化钨7份、碳纳米管11份、钴粉8份、纳米氧化铝12份、 氧化钇8份、金红石型纳米氧化钛6份和玻璃纤维18份。
[0026]根据本发明提供的制备方法制备碳纳米管陶瓷复合材料，步骤如下： (1) 称量：准确称取各个组分； (2) 球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合，混合均匀后取出，干燥； (3) 将步骤（2)得到的混合粉体放入高温炉中煅烧，温度为1400°C，压力3.5GPa，时间 5h； (4) 煅烧之后，待冷却取出，即得到碳纳米管陶瓷复合材料。
[0027] 根据申请号为201110438186. 5的专利文献"碳纳米管增强增韧碳化硅陶瓷及其 制备方法"公开的技术方案制备碳纳米管陶瓷复合材料，为对照组；将上述【具体实施方式】和 对照组的复合材料进行强度和韧性的性能测试，结果如表1所示： 表1碳纳米管陶瓷复合材料强度和韧性性能测定
【权利要求】
1. 一种碳纳米管陶瓷复合材料，其特征在于，包括以下质量份数的各个组分： 碳化硅12-24份、碳化钛10-15份、碳化钨5-10份、碳纳米管10-18份、钴粉6-12份、 纳米氧化铝6-15份、稀土氧化物4-10份、纳米氧化钛3-8份和玻璃纤维11-22份。
2. 根据权利要求1所述的碳纳米管陶瓷复合材料，其特征在于：碳纳米管与钴粉的质 量之比为1-3:1。
3. 根据权利要求1所述的碳纳米管陶瓷复合材料，其特征在于：稀土氧化物为氧化镧、 氧化钇或氧化镨。
4. 根据权利要求1所述的碳纳米管陶瓷复合材料，其特征在于：氧化钛的晶型为金红 石型。
5. -种根据权利要求1所述的碳纳米管陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，制备 步骤如下： (1) 称量：准确称取各个组分； (2) 球磨：将各个组分混合在一起，放入球磨机进行研磨混合，混合均匀后取出，干燥； (3) 将步骤（2)得到的混合粉体放入高温炉中煅烧，温度为1300°C -1500°C，压力 2-5GPa，时间 3-8h ; (4) 煅烧之后，待冷却取出，即得到碳纳米管陶瓷复合材料。
6. 根据权利要求5所述的碳纳米管陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3)中 煅烧的压力为3. 5GPa。
【文档编号】C04B35/622GK104387102SQ201410596606
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】刘莉, 王爽, 刘晓东 申请人:苏州莱特复合材料有限公司