一种Al2O3@C复合材料的制备方法

本发明属于耐火材料，具体涉及一种al2o3@c复合材料的制备方法。

背景技术：

1、鳞片石墨是一种具有高热导率、对金属渣非润湿性和低热膨胀系数的材料，能够显著提高含碳耐火材料的抗热震和抗腐蚀抵抗力。然而，这一应用的限制因素在于其较弱的氧化抗性和非润湿性。由于石墨的疏水特性，石墨片的均匀分布面临挑战，这降低了所制不定型耐火材料的流动性，并且需要大量水进行铺设；因此，干燥后制品孔隙率显著增加，导致其力学性能和耐腐蚀性下降。

2、其中，公开文本“一种改性石墨材料及其制备方法和应用”（cn118515267a），公开了一种改性石墨材料及其制备方法和应用。在改性石墨材料中，二氧化钛颗粒会有一部分粘在碳包覆层，另外一部分凸出于碳包覆层。二氧化钛与碳包覆层协同作用，实现优异的高倍率性能。该方法需要氮气保护加热、和真空干燥等工艺，操作工艺复杂，同时，在反应中用到二氧六环类昂贵化学用品，成本高。

3、公开文本“硼掺杂碳包覆石墨的合成方法”（cn116375018b），公开了一种硼掺杂碳包覆石墨的合成方法。利用b2h6与co2的化学反应，在气相沉积炉中以化学气相沉积的形式沉积于石墨材料表面，形成硼掺杂碳包覆的石墨材料。b2h6与co2反应生成碳、b-c键以及h2o，形成硼掺杂碳，以石墨基材为内层，外层为硼掺杂碳，硼掺杂改变了碳层的电子结构状态，提高了电荷存储和传输速率，优化了电化学性能。该方法需要经过气相沉积，冷凝等步骤，采用气相沉积炉，操作时间长，工艺复杂。

4、公开文本“一种高导热球型磺化聚醚醚酮/石墨核壳结构填料及其制备方法”（cn110684512a），公开了一种高导热球型磺化聚醚醚酮/石墨核壳结构填料及其制备方法。通过氟酮、磺化氟酮和对苯二酚混合后进行亲核取代反应制备磺化聚醚醚酮，软化后烘干除去40～60％体积的水分，再使用球型模具切割磺化聚醚醚酮，得到不同粒径尺寸的球型磺化聚醚醚酮颗粒；最后将球型磺化聚醚醚酮和微米级石墨进行静电吸附，制备得到以磺化聚醚醚酮为核、以微米级石墨为壳的高导热球型磺化聚醚醚酮/石墨核壳结构填料。该方法需要用氟酮、浓硫酸、磺化氟酮、对苯二酚和碳酸钾等化学试剂，成本较高，且对环境不友好。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述技术问题，提供一种al2o3@c复合材料的制备方法，本发明通过采用金属铝粉勃姆石化过程制备alooh溶液；再加入石墨和添加剂搅拌，再加入胶化剂制备出前驱体凝胶，再在还原气氛条件下热处理得到al2o3@c复合材料，合成中所用的原料易得、无毒，与环境友好；操作工艺仅包含水浴、胶化和烧成三个步骤，操作工艺简单，制备出的al2o3@c复合材料具有良好的润湿性。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、本发明的这种al2o3@c复合材料的制备方法为：

4、步骤一、将0.4~2mol金属铝粉在80~100℃水浴条件下搅拌加热0.5~2.5h，制备alooh溶液（即为勃姆石溶液），颗粒的周围形成了alooh包覆层；

5、步骤二、在步骤一得到的溶液中加入浓度为0.04~0.2g/ml的聚乙烯醇溶液，继续搅拌0.2~1h；

6、步骤三、依次加入鳞片石墨粉体和添加剂继续搅拌0.5~2.5h；鳞片石墨加入量为0.4~2mol，与步骤一中金属铝粉的加入量保持一致；添加剂加入量为0.05~0.25mol；

7、步骤四、加入浓度为0.05~0.25g/ml胶化剂溶液制备出前驱体凝胶；

8、步骤五、将前驱物凝胶在还原气氛条件下1100℃~1500℃煅烧1~5h，使石墨表面制备出al2o3包裹层，即得到al2o3@c复合材料。

9、所述金属铝粉的纯度＞98%，粒度≤1μm。

10、所述鳞片石墨的纯度＞98%，粒度≤10μm。

11、所述添加剂为分析纯硝酸铁，化学纯硝酸铁，工业纯硝酸铁中的一种或多种，纯度＞99.9%。

12、所述胶化剂为分析纯硼砂，化学纯硼砂，工业纯硼砂中的一种或者多种，纯度＞99.9%。

13、本发明运用于含碳耐火材料领域碳源的制备。

14、本发明使用金属铝粉，这是因为金属铝粉在水浴条件下会发生勃姆石化过程，这样在颗粒的周围就会形成alooh包覆层，进而形成勃姆石溶液，在聚乙烯醇溶液的加持下，这些具有alooh包覆层的颗粒通过胶化反应，被固定在石墨表面；同时，还原气氛条件下，伴随着勃姆石的分解和加入过程中形成的co，形成一定的co分压；根据al-o-c系统热力学条件，其环境中的o2和co分压调控有助于al2o3的形成。

15、本发明利用勃姆石化过程在石墨表面制备出al2o3包裹层，通过调控勃姆石化过程和添加剂的加入量调控al2o3的反应活性，新形成的颗粒表面处于亚稳定状态，能够和环境中的气体发生反应，新形成的颗粒比表面积相对增加，活性提升，进而实现包覆层的完整性。

16、另外，在含碳不定型耐火材料中，石墨的润湿性差会导致石墨在其中的分散不均匀性，会导致产品热应力分布不均匀导致裂纹，本发明的润湿角在10-40°；改善了改善石墨界面与水的结合能力。

17、本发明的有益效果为：本发明通过将金属铝粉在水浴条件下进行勃姆石化过程，再将石墨、聚乙烯醇溶液和添加剂加入搅拌，通过胶化剂制备出前驱体；将前驱体放入还原气氛条件下热处理后得到al2o3@c复合材料；本发明所用的原料易得，无毒，与环境友好，操作工艺仅包含水浴，胶化和烧成三个步骤，操作工艺简单，制备出的al2o3@c复合材料具有良好的润湿性。

技术特征：

1.一种al2o3@c复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一、将0.4~2mol金属铝粉在80~100℃水浴条件下搅拌加热0.5~2.5h，制备alooh溶液；颗粒的周围形成了alooh包覆层；

2.根据权利要求1所述的一种al2o3@c复合材料的制备方法，其特征在于：金属铝粉的纯度＞98%，粒度≤1μm。

3.根据权利要求1所述的一种al2o3@c复合材料的制备方法，其特征在于：鳞片石墨的纯度＞98%，粒度≤10μm。

4.根据权利要求1所述的一种al2o3@c复合材料的制备方法，其特征在于：添加剂为分析纯硝酸铁，化学纯硝酸铁，工业纯硝酸铁中的一种或多种，纯度＞99.9%。

5.根据权利要求1所述的一种al2o3@c复合材料的制备方法，其特征在于：胶化剂为分析纯硼砂，化学纯硼砂，工业纯硼砂中的一种或者多种，纯度＞99.9%。

技术总结
本发明属于耐火材料技术领域，公开了一种Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;@C复合材料的制备方法，将0.2~2mol金属铝粉在80~100℃水浴条件下搅拌加热0.5~2.5h，制备AlOOH溶液；再在勃姆石溶液中加入浓度为0.04~0.2g/ml的聚乙烯醇溶液，继续搅拌0.2~1h；后依次加入鳞片石墨粉体和添加剂继续搅拌0.5~2.5h；最后加入浓度为0.05~0.25g/ml胶化剂溶液制备出前驱体凝胶；将前驱物凝胶在还原气氛条件下1100℃~1500℃煅烧1~5h，即得到Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;@C复合材料；本发明采用廉价易获得的原料，具有成本低、制备工艺简单的特点，所制备的Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;@C复合材料有着优异的润湿性。

技术研发人员：殷超凡,陈建军,杨俊瑞,王黎,董宾宾
受保护的技术使用者：洛阳理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5