石墨烯片极易相互吸引，导致复合材料中石墨烯的堆叠团聚，大大降低复合材料的性能和制备效果。因此，石墨烯的良好分散是制备石墨烯/陶瓷复合材料的前提和关键，目前主要采用以下两种工艺路线进行石墨烯的分散。
（1）石墨烯分散液+陶瓷粉末
只将石墨烯分散在分散介质中，将陶瓷粉体加入石墨烯分散液中混合至均匀。常用的分散介质主要有去离子水、无水乙醇和异丙醇等，在分散介质中根据需要往往还要加入分散剂，如N-甲基吡咯烷酮（NMP）、二甲基甲酰胺（DMF）、聚乙二醇（PEG）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、十二烷基苯磺酸钠（SDS）等。
黎盛忠等以无水乙醇为分散介质，加入石墨烯纳米片（GNPs）超声分散30 分钟，形成GNPs 分散液，再加入SiC 与烧结剂的复合微粉，经球磨混合和干燥过筛，得到GNPs/SiC复合粉体用于热压烧结，所制备的复合材料如图1 所示，可见GNPs 在复合材料中分散非常均匀。张秋雨等以去离子水为分散介质，分别以NMP、DMF、CTAB 作为分散剂，超声处理2 小时制备石墨烯分散液，然后将Al2O3 粉末加入其中，球磨混合24 小时，过滤干燥得到石墨烯/ Al2O3 复合粉体用于微波烧结，研究表明NMP 对石墨烯的分散效果最好。SUNQing-lei 等将氧化石墨烯（GO）在去离子水中超声处理90 分钟得到悬浊液，再把GO 悬浊液加入到由23.83 wt.% SiO2、10.25 wt.% NaO2 和去离子水组成的硅酸钠水溶液中磁力搅拌30 分钟，得到GO 分散液，最后把高岭土粉末加入到GO 分散液中，继续磁力搅拌3 小时至混合均匀，实现GO 在复合材料中的良好分散。
图1 石墨烯纳米片在GNPs/SiC 复合材料中的分散情况
（2）石墨烯分散液+陶瓷分散液
将石墨烯和陶瓷粉体分别在分散介质中进行分散，形成石墨烯分散液和陶瓷分散液，然后将两种分散液再混合至均匀。与在石墨烯分散液中直接加入陶瓷粉末混合的工艺路线相比，虽然工序增多，但是石墨烯分散效果更好。石墨烯的分散体系与第一种工艺路线相同，而陶瓷粉末的分散体系要根据材料种类和特性选择适合的分散体系，陶瓷粉末的分散体系要和石墨烯的分散体系匹配，最好采用相同的分散介质。
孟祥龙等以乙醇为分散介质、PVP 为分散剂，加入石墨烯后超声分散、搅拌1 小时，得到石墨烯分散液，石墨烯分散效果如图2 所示，可见石墨烯在乙醇中仍保持团聚状态，在乙醇和PVP 混合液中分散效果良好；以乙醇为分散介质PEG 为分散剂，加入Al2O3 后球磨得到Al2O3 分散液；将石墨烯分散液加入到 Al2O3 分散液中，球磨混合均匀，干燥过筛制得复合粉体，用于热压烧结。张玉兵等以异丙醇为分散介质、PVP 为分散剂，加入石墨烯后超声分散并机械搅拌40 分钟，得到石墨烯分散液；以同样的分散体系和分散工艺，制备得到Si3N4 分散液；将Al2O3、Y2O3 和MgO 分批加入到异丙醇和PVP 的混合溶液中，超声分散并机械搅拌50 分钟，得到烧结剂分散液；先将Si3N4 分散液和烧结剂分散液进行球磨混合，再将石墨烯分散液加入到Si3N4 和烧结剂混合液中继续球磨混合，干燥过筛得到石墨烯均匀分散的石墨烯/ Si3N4 复合粉体，用真空热压烧结。
图2 石墨烯在分散介质中的分散效果（a）在乙醇中（b）在乙醇和PVP 的混合液中
本文由桑尧热喷涂网收集整理。本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：http://www.sunspraying.com/
|
