石墨烯-氧化鋁復(fù)合粉體的制備及其在澆注料中的應(yīng)用.pdf

1、含碳澆注料具有優(yōu)良的抗侵蝕性及良好的抗熱震性能，然而石墨的與水不潤濕性及分散性問題嚴(yán)重制約了含碳澆注料的應(yīng)用與發(fā)展?？紤]到含碳耐火材料低碳化的大背景及石墨烯優(yōu)良的力學(xué)及熱學(xué)性能，且為了解決石墨烯高昂的造價(jià)及難分散的問題，本工作以自制氧化石墨為前驅(qū)體，分別制備了α-Al2O3/氧化石墨烯復(fù)合粉體及氧化鋁修飾石墨烯，并分別對兩種粉體的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行分析表征;最后研究了石墨烯的引入及其引入方式對低碳鎂碳澆注料性能的影響。主要得出如下結(jié)論:

2、r>　　以膨脹石墨為原料，采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨，使用超聲剝離法制備氧化石墨烯分散液。在氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯表面豐富的含氧官能團(tuán)使得分散液在中性及堿性范圍內(nèi)均有著良好的穩(wěn)定性，并在pH=6附近出現(xiàn)等電位點(diǎn)。隨著固含量的增大，分散液由牛頓流體向假塑性流體轉(zhuǎn)變;檸檬酸鈉的引入能增大分散液的Zeta電位，降低分散液的粘度，并且在本研究中其最佳添加量為0.4％。
　　在電磁攪拌的輔助下70℃水浴干燥α-Al2O3

3、與氧化石墨烯的復(fù)合分散液，制備α-Al2O3/氧化石墨烯復(fù)合粉體，并對復(fù)合粉體的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行分析表征。結(jié)果表明，當(dāng)氧化石墨烯與α-Al2O3的重量比小于1/30時(shí)，氧化石墨烯片均勻分散于α-Al2O3顆粒之間;隨著氧化石墨烯片所占比例的增大，氧化石墨烯團(tuán)聚為厚度及橫向尺寸均較大的片狀結(jié)構(gòu)。對α-Al2O3/氧化石墨烯(AG30)及α-Al2O3漿料的粘度進(jìn)行測定，結(jié)果表明，兩種漿料表現(xiàn)出相似的流動性。
　　為了提高石墨烯在水介質(zhì)

4、中的分散性，本工作選用AlCl3·6H2O為氧化鋁的鋁鹽，采用均相共生法制備氧化鋁修飾石墨烯的前驅(qū)體，前驅(qū)體經(jīng)熱處理得到氧化鋁修飾石墨烯。對氧化鋁修飾石墨烯及其前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行分析表征。結(jié)果表明，前驅(qū)體經(jīng)300℃×3h熱處理即可轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸X修飾石墨烯，并且此時(shí)氧化鋁呈無定形態(tài);當(dāng)熱處理溫度為1000℃時(shí)，有石墨化碳及剛玉相出現(xiàn)。由于石墨烯片表面被氧化鋁包覆，這不僅使得氧化鋁修飾石墨烯在水介質(zhì)中有著良好的分散性，同時(shí)還可降低石墨烯片

5、與空氣的接觸面積，提高其抗氧化性，并且隨著石墨烯片表面包覆氧化鋁含量的增大，其抗氧化性能愈好。
　　分別以氧化石墨烯分散液、α-Al2O3/氧化石墨烯復(fù)合粉體及氧化鋁修飾石墨烯的形式將石墨烯引入到低碳鎂碳澆注料中，研究了石墨烯對澆注料性能的影響。結(jié)果表明，石墨烯直接以氧化石墨烯分散液的形式引入時(shí)，會顯著增加澆注料的加水量，降低澆注料的強(qiáng)度;當(dāng)以α-Al2O3/氧化石墨烯復(fù)合粉體及氧化鋁修飾石墨烯的形式引入時(shí)，其對澆注料的加水量影響