李丹，刘洪军,，李亚敏

材料与成形性能

石墨烯/陶瓷复合材料制备工艺研究进展

李丹a，刘洪军a,b，李亚敏b

（兰州理工大学 a. 省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室；b. 材料科学与工程学院，兰州 730050）

制备工艺是调控石墨烯/陶瓷复合材料结构、优化其力学和热电等性能的关键。重点综述了石墨烯/陶瓷复合材料的粉末压坯烧结工艺和3D打印工艺及其研究进展。粉末压坯烧结工艺包括无压烧结、热压烧结、放电等离子烧结、微波烧结和高频感应加热烧结等，具有工艺简单、材料性能好、制备参数易控制等优点，是石墨烯/陶瓷复合材料的主要制备工艺，用于制备致密的块体复合材料；主要3D打印工艺有直写成形、激光选区烧结、喷墨打印和立体光固化等，具有结构和形状可控的特点，是目前石墨烯/陶瓷复合材料的研究热点，用于成形复杂形状和特定性能的复合材料器件。另外，还简要介绍了原位生成法、碳热还原法等利用特定物理化学反应制备石墨烯/陶瓷复合材料的制备工艺，并综述了石墨烯在复合材料中的分散工艺。

石墨烯；陶瓷基复合材料；制备工艺；分散工艺

陶瓷材料具有强度硬度高、抗压耐磨、耐高温以及耐腐蚀等优异性能，又具有韧性差、电学性能和热学性能不佳等不足之处。将石墨烯添加到陶瓷材料中制备石墨烯/陶瓷复合材料，既可以保持陶瓷基体的优异性能，又可以改善其韧性、电学和热学性能，实现材料的结构-功能一体化[1-2]。在SiC中添加体积分数为20%的石墨烯，复合材料的电导率增加了3个数量级，达到4380 S/m[3]。Si3N4中石墨烯的质量分数为2%时，复合材料的断裂韧性和弯曲强度增加了30.3%和147%，分别达到2.88 MPa·m1/2和270 MPa[4]。添加石墨烯质量分数为3%的石墨烯/Si3N4复合材料，磨损率比Si3N4材料降低60%[5]。石墨烯/Al2O3复合材料的断裂韧性和电导率分别比Al2O3提高了53%和13个数量级[6]。

随着石墨烯/陶瓷复合材料研究和应用的逐渐深入，其制备工艺也在不断进步与发展。粉末压坯烧结工艺是最早也是最主要的石墨烯/陶瓷复合材料制备工艺，烧结技术对复合材料的制备非常关键，从传统的无压烧结、热压烧结，发展到放电等离子烧结、微波烧结、高频感应加热烧结等技术。虽然粉末压坯烧结工艺制备石墨烯/陶瓷复合材料快速简便，但一般只能制备块体材料，复合材料器件往往要通过后期加工制造，限制了其应用范围。3D打印工艺可以制备空间形状复杂的零件，用于石墨烯/陶瓷复合材料的制备，可以直接成形特定结构和性能的复合材料器件，目前主要有直写成形、激光选区烧结、喷墨打印、立体光固化等工艺。除了以上2大类制备工艺外，还有原位生成法、碳热还原法等其他制备工艺。采用这些工艺制备石墨烯/陶瓷复合材料，石墨烯在复合材料中的良好分散是前提。文中首先介绍了石墨烯在复合材料中的分散工艺，然后从粉末压坯烧结工艺、3D打印工艺和其他工艺3个方面对石墨烯/陶瓷复合材料的制备工艺进行了综述。

1 石墨烯/陶瓷复合材料中石墨烯的分散工艺

石墨烯片极易相互吸引，导致复合材料中石墨烯堆叠团聚，大大降低了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2种工艺路线进行石墨烯的分散。

1.1 石墨烯分散液+陶瓷粉末

将石墨烯分散在分散介质中，形成石墨烯分散液，再直接将陶瓷粉体加入到石墨烯分散液中，两者混合至均匀。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[7]以无水乙醇为分散介质，加入石墨烯纳米片（GNPs）超声分散30 min，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[8]以去离子水为分散介质，分别以NMP，DMF，CTAB为分散剂，超声处理2 h制备石墨烯分散液，然后将Al2O3粉末加入其中，球磨混合24 h，过滤干燥后得到石墨烯/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。SUN Qing-lei等[9]将氧化石墨烯（GO）在去离子水中超声处理90 min得到悬浊液，再把GO悬浊液加入到由质量分数为23.83%的SiO2、10.25%的NaO2和去离子水组成的硅酸钠水溶液中磁力搅拌30 min，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 h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[7]

1.2 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2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1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[10]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 h，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[11]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 min，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，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 min，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[10]

2 石墨烯/陶瓷复合材料的粉末压坯烧结制备工艺

粉末压坯烧结工艺是先制备出石墨烯/陶瓷复合粉体，经压坯后烧结成形，制备得到块体石墨烯/陶瓷复合材料，具有工艺简单、材料性能好、制备参数易控制等优点，目前大部分的石墨烯/陶瓷复合材料均采用这类工艺进行制备。其工艺流程为：将石墨烯和陶瓷粉体均匀混合得到复合粉体，然后将复合粉体在模具中预压成素坯，再将素坯烧结成块体复合材料。在这个流程中，烧结工艺对复合材料的微观结构和性能影响很大，烧结工艺不同，烧结反应和结构性能也有所区别。

2.1 无压烧结

无压烧结（Pressureless sintering）亦称常压烧结，复合粉体在常压下按照一定的烧结制度实现坯体的致密化，是最简单的石墨烯/陶瓷复合材料烧结方法[12-13]。这种方法设备简单、易于实现，能够制备复杂形状的产品，但缺点在于烧结温度高，保温时间长，石墨烯和陶瓷材料容易发生反应，很难获得致密性高、陶瓷晶粒细小的复合材料，因此较少用于石墨烯/陶瓷复合材料的制备。徐彬桓等[14]在SiC粉体中添加质量分数为1%～5%的石墨烯，在2190 ℃保温1 h制备得到石墨烯/SiC复合材料，研究表明石墨烯的质量分数为3%时复合材料的综合力学性能最好，抗弯强度为395 MPa、硬度为89HRA、断裂韧度为6.0 MPa·m1/2。LI Qi-song等[15]在氩气气氛下2130 ℃保温1 h制备得到石墨烯/SiC复合材料，发现复合材料的热导率随着石墨烯含量的增加而提高，但石墨烯的质量分数超过2%时，由于孔隙迅速增加使热导率显著降低。López-Pernía等[16]在1350～1450 ℃的氩气气氛下无压烧结制备GNPs/3YTZP复合材料，即使未完全致密化，复合材料的电导率也可以与SPS烧结的致密复合材料相当，表明无压烧结可以作为石墨烯/氧化锆复合材料的一种便捷制备技术。

2.2 热压烧结

热压烧结（Hot press sintering）是将复合粉体充填入模具中，从单轴方向加压的同时加热，使成形和烧结同时完成的一种块体石墨烯/陶瓷复合材料烧结方法[17-20]。热压烧结具有成形压力小、烧结温度低、复合材料致密性高、晶粒细化等优点，材料的力学性能和电学性能良好，是目前的主要烧结方法。但这种方法不易制备复杂形状产品，也具有升温时间较长、生产率较低以及可能引发烧结过程副反应等缺点。许森等[21]在2100 ℃和30 MPa压力下制备了还原氧化石墨烯（rGO）/B4C复合材料，加入质量分数为1.5%的石墨烯复合材料，弯曲强度和断裂韧性分别为535 MPa和5.2 MPa·m1/2，分别比B4C陶瓷提高了72.6%和136%。Zhang Cheng等[22]制备了3Y-ZrO2/GO复合材料，与3Y-ZrO2相比，复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别提高了200%和41%，摩擦因数和磨损率由于自润滑作用也得到了降低。Sun Jia-lin等[23]开发了两步法热压烧结工艺，制备了SiC晶须（SiCw）和多层石墨烯（MLG）混杂增强TiB2纳米复合材料，在40 MPa的压力下，首先1800 ℃保温5 min，然后在1700 ℃保温45 min，添加质量分数为2.0%的SiCw和0.4%的MLG的复合材料性能优异，硬度为21.2 GPa，弯曲强度为1006.3 MPa，断裂韧性为8.8 MPa·mm1/2。

2.3 放电等离子烧结

放电等离子烧结（Spark plasma sintering，SPS）是在加压复合粉体中直接通入脉冲电流，由火花放电瞬间产生的等离子体加热粉体，进而使颗粒表面活化实现超快速致密化烧结的一种石墨烯/陶瓷复合材料制备方法[24-27]。SPS方法烧结温度低、加热速率快，用于石墨烯/陶瓷复合材料的烧结，能在短时间内实现快速致密化，避免烧结期间陶瓷晶粒的粗化并保持石墨烯的完整性，而且能实现烧结过程中石墨烯的原位还原。Nguyen等[28]在1900 ℃下制备了GNPs和SiCw加入ZrB2的复合材料，相对密度可以达到100%，研究表明烧结过程没有发生反应，石墨烯还有利于消除烧结过程中的氧化物夹杂物和材料中的孔隙缺陷；该研究团队在40 MPa、10 min和1900 ℃的条件下制备了加入GNP和AlN的TiC基复合材料[29]，同时加入GNPs和AlN可使TiC的相对密度提高4%以上，获得完全致密的复合材料。Stolyarov等[30]在1550 ℃的温度下制备石墨烯/Al2O3复合材料，拉曼光谱表明石墨烯在烧结过程中没有降解，石墨烯的质量分数由为1%增加到2%，复合材料的孔隙率下降了一半以上。

2.4 微波烧结

微波烧结（Microwave sintering）是利用微波电磁场中材料的介质损耗使材料整体加热至烧结温度而实现石墨烯/陶瓷复合材料烧结和致密化[31-32]。这种方法具有烧结温度低、加热速度快、高效节能、材料整体受热均匀、致密性好等优点，材料的传质过程快速，能获得细晶粒材料，有利于制备出高密度、高强度、高韧性的石墨烯/陶瓷复合材料。但是微波烧结设备和烧结工艺复杂，不同介质吸收微波的能力及微波耦合不同，对微波吸收能力较好的材料更适合于微波烧结。Zou Hong-rong等[33]制备了石墨烯/ZrO2复合材料，含有石墨烯体积分数为1.02%的复合材料，硬度和断裂韧性分别为13.52 GPa和8.62 MPa·m1/2，比纯ZrO2分别高出26.1%和42%。Ai Yun-long等[34]在1500 ℃下保温30 min制备了石墨烯/Al2O3复合材料，石墨烯体积分数为0.4%时复合材料的力学性能最好，相对密度为98.8%，断裂韧性和抗弯强度分别为6.19 MPa·m1/2和365.10 MPa，比Al2O3陶瓷提高了约79%和12%。赵宇航等[35]在1500 ℃下制备了石墨烯/氧化锆复合材料，研究结果表明石墨烯能阻碍晶粒的聚晶长大，提高致密性，从而提高复合材料的断裂韧性及强度。

2.5 高频感应加热烧结

高频感应加热烧结（High-frequency induction heat sintering，HFIHS）将粉末原料放入石墨模具内，模具外绕有铜感应线圈，通过高频电源对线圈施加高频交流电配合以单轴向压力来实现石墨烯/陶瓷复合材料的高温快速烧结[36-37]。HFHIS工艺可以向松散的复合粉末快速提供适量的热量，使它们在压力下获得最大可能的致密化，同时对复合材料成分的损伤最小。这种烧结工艺可在1 min内有效烧结石墨烯/陶瓷复合材料[38]，与SPS工艺、微波烧结法相比，能够有效抑制陶瓷材料晶粒长大，主要适合于制备对陶瓷及其复合材料晶粒尺寸要求高的复合材料[39]。Hassan等[40]烧结了羟基磷灰石还原氧化石墨烯（HA-rGO）纳米粉末，研究表明所制备的HA-rGO复合材料具有更高的相对密度。Ahmad等[41]制备了石墨烯/Al2O3复合材料，与Al2O3相比，晶粒尺寸细化了46%，断裂韧性提高了72%，硬度提高了7%，如图3所示。Shon[42]在1600 ℃下加热2 min制备得到石墨烯/AlN复合材料，在AlN中加入体积分数为5%的石墨烯，可以使维氏硬度和断裂韧性分别提高270 kg/mm2和1.5 MPa·m1/2。

图3 石墨烯含量对HFIHS烧结石墨烯/Al2O3复合材料性能的影响[42]

3 石墨烯/陶瓷复合材料的3D打印制备工艺

粉末压坯烧结工艺一般只能制备高密度的块体石墨烯/陶瓷复合材料，很难直接制备出三维框架和内部空腔等复杂结构的零件。3D打印技术采用逐层叠加材料的方式成形零件，可以实现零件的结构可控、形状多样化。将3D打印用于制备陶瓷和陶瓷基复合材料，为低密度框架、特定几何形状和结构的材料制备提供了可行性，有望解决传统压坯烧结工艺制备复杂形状零件加工困难、时间长和成本高的问题。近年来，石墨烯/陶瓷复合材料的3D打印制备工艺进展很快，各种新工艺和新的材料体系不断涌现，成为制备工艺的研究热点。

3.1 直写成形

直写成形（Direct ink writing，DIW）工艺的流程如下：将石墨烯/陶瓷复合粉体配制成具有剪切变稀特征的复合浆料，在压力下从喷嘴处挤出成丝，沿预先设定的打印路径扫描并逐层堆积，制备出具有特定结构的石墨烯/陶瓷复合材料[43-46]。DIW工艺非常适合于制备具有周期性特征的多孔结构，但是制备复杂结构器件需要支撑材料。由于浆料中固相含量的体积分数一般很难超过50%，脱脂后孔隙率较高，而且结构复杂，很难在烧结过程中施加较高的压力，因此复合材料本身致密度和力学性能不高，大多用于功能复合材料或者超轻结构的制备。Azuajt等[47]用直径为410 μm的挤出丝制备了三维周期性框架结构的GO-Al2O3复合材料（见图4），GO的质量分数为5%，在还原气氛1500 ℃下烧结，然后用Hummers法处理得到GO-Al2O3结构型催化剂，这种复合材料将石墨烯的优异催化性、陶瓷载体的化学稳定性与3D打印技术的形状可控性和多功能性相结合，实现了良好的催化性能。SUN Qing-lei等[9]用直径约为280 μm的挤出丝成功打印了框架结构石墨烯/高岭土复合材料，表明了DIW制备具有细微亚毫米细节部件的可行性。Motealleh等[48]制备了GO增强的13-93生物玻璃支架，在650 ℃下通过无压SPS烧结成形，添加体积分数为2%的GO可以使支架的韧性和抗压强度分别提高894%和26%，同时仍保留支架的大孔隙率和骨组织再生特性。

图4 DIW工艺制备的三维网络结构GO-Al2O3复合材料[47]

3.2 激光选区烧结

激光选区烧结（Seletive laser sintering，SLS）工艺的流程如下：混合均匀的石墨烯/陶瓷复合粉体铺在工作粉床面上，用激光束选择性地扫描照射，复合粉体在激光束提供的高能量作用下烧结连接，逐层铺粉烧结制备得到特定形状的石墨烯/陶瓷复合材料零件[49-50]。SLS工艺无需支撑材料，可以直接制备复杂形状的复合材料构件，成形速度快、材料利用率高。但是复合粉体中一般要包覆或者混入聚合物以实现素坯的烧结，还要求球形度高、流动性好而且对激光热量有较好的吸收效果，另外，后期脱脂和烧结过程的控制也很严格，因此石墨烯/陶瓷复合材料的SLS制备工艺难度较高，研究和应用不多。ShuaiCi-jun等[51]制备了GNPs增强的透辉石（Di）三维支架，研究表明用含GNPs质量分数为1%的复合粉体制备的支架性能最好，抗压强度和断裂韧性分别提高了102%和34%。该课题组[52]还制备了石墨烯和氮化硼纳米管联合增强的陶瓷骨支架，抗压强度和断裂韧性分别提高了207%和33%，还具有良好的生物相容性和生物活性。

3.3 喷墨打印

喷墨打印（Ink jet printing，IJP）工艺是以陶瓷、石墨烯粉末和各种有机溶剂配制而成的混合悬浮液为成形材料，通过电场诱导或压力脉冲将混合悬浮液由喷嘴喷出，逐滴逐层沉积到衬底平台上形成二维或三维石墨烯/陶瓷复合材料[53-55]。IJP工艺原理简单、工艺操作容易，制备成本较低，但其悬浮液中固相含量较低，打印件致密性不高，而且打印头易发生堵塞，打印点的最大高度受限，很难制备具有不同高度的三维结构，因此这种工艺比较适合制备结构简单、体积较小的功能性复合材料构件。Sun Qing-lei等[56]在镀铜陶瓷基板（3DPC）上打印出高导热率的质量分数为23.81%的高岭土/石墨烯（KGS）三维腔体，与玻璃板、蓝色LED芯片、陶瓷基板等组装成3DPC-KGS- LED结构，连续干燥7 d后所得到的复合材料可以大大改善大功率LED的散热性能，与传统的LED相比，在650 mA的电流下表面温度降低了约20 ℃。黄哲观[57]用热发泡喷墨3D打印技术制备出了高致密氧化铝基板和rGO/氧化铝电路板，氧化铝最大相对密度达到95.2%，电路板的导电率为5.34×102S/m，rGO与氧化铝之间的粘附强度为7.5 N/m。WuTien-Chun等[58]采用rGO/α-Fe2O3复合材料墨水制备出CMOS器件，在不同的环境湿度条件下精确量化NO2浓度，实现了97.3%的整体识别精度。

3.4 立体光固化

立体光固化（Stereolithography appearance，SLA）工艺用紫外激光照射石墨烯/陶瓷/光敏树脂复合浆料，经后处理去除光敏树脂后获得石墨烯/陶瓷复合材料[59-60]。SLA工艺要求原料必须是一种陶瓷颗粒在液态光敏树脂中分布均匀的悬浮液，具有良好的流变性能和良好的稳定性能。这种工艺适用于对紫外线吸收较好的复合材料，适合制备光洁、精度高、形状复杂的复合材料，但是原材料要求严格、设备投入高、制备成本高，后期脱脂和烧结工艺比较复杂。Zhang Cheng等[61]制备了固相物体积分数为60.2%的3Y-ZrO2和GO/3Y-ZrO2这2种浆料，采用SLA技术制备出蜂窝结构零件，工艺流程见图5，其中图5a为成形设备，图5b为2种浆料，图5c为构件的CAD模型，图5d和5e分别为固化的单层陶瓷及其固化过程示意图。

图5 3Y-ZrO2和GO/3Y-ZrO2零件的SLA制备工艺过程[37]

4 石墨烯/陶瓷复合材料的其他制备工艺

除了粉末压坯烧结和3D打印2大类制备工艺外，石墨烯/陶瓷复合材料还可以采用原位生成法、碳热还原法、3D网络石墨烯支架渗透法等进行制备。

4.1 原位生成法

原位生成法源于一种石墨烯的制备方法——外延生长法。在特定的温度条件下，6H-SiC陶瓷在烧结的过程中，高温使Si脱离SiC表面，在其单晶面上剩余的C原子发生重构自发生长出片状石墨烯。这种方法仅限于制备石墨烯/SiC复合材料。Lebedev等[62]在半绝缘的6H-SiC衬底上通过SiC的热分解生长出石墨烯薄膜，进一步用激光在石墨烯薄膜上加工形成传感器结构。

4.2 碳热还原法

碳热还原法是指以GO和硅粉为原料，在高温下硅粉气化并与GO中的碳原子或氧官能团结合，形成一氧化碳和气态一氧化硅，中间产物气态一氧化硅或原料硅蒸气将与碳蒸气反应形成碳化硅，GO被还原为石墨烯，形成石墨烯/SiC复合材料。这种方法也仅限于制备石墨烯/SiC复合材料。Li Xiao-peng等[63]在1400 ℃的反应温度下制备了石墨烯/SiC复合材料，具有良好的电磁吸收性能。

4.3 3D网络石墨烯支架渗透法

在DIW工艺制备的多孔结构石墨烯支架中，渗入液相或者气相的陶瓷前驱体，在一定的温度下激活陶瓷转化，形成石墨烯/陶瓷复合材料。石墨烯支架具有较高的比表面积、较大的孔隙率和相互连接的导电网络，提供了一种导电性优于传统陶瓷材料的复合材料。Román-Manso等[64]用液体有机聚硅氮烷（Si，C，H，N的化合物）浸渗到石墨烯支架内，在800～ 1000 ℃温度下激活陶瓷转化，制备了石墨烯、SiN和SiC的复合材料。YouXiao等[65]用化学气相渗透法在石墨烯支架中引入陶瓷材料前驱体，以前驱体裂解的方式原位生成SiC，制备得到石墨烯/SiC复合材料（见图6），分析表明SiC均匀地分布在石墨烯片层间，复合材料的最大抗压强度达到（193±15.7）MPa，比直接混合产品高394%。

图6 DIW和CVI结合制备石墨烯/SiC复合材料的工艺示意[65]

5 结语

石墨烯在陶瓷材料中的均匀分散是制备石墨烯/陶瓷复合材料的前提，可以采用在石墨烯分散液中加入陶瓷粉末，也可以采用石墨烯分散液和陶瓷分散液混合的方式。粉末压坯烧结工艺主要用于制备致密的块体石墨烯/陶瓷复合材料，烧结技术的进步和发展不断提高了复合材料的性能和制备质量，未来将朝着快速、易操作、对石墨烯损伤最小的方向发展。石墨烯/陶瓷复合材料的3D打印工艺可以突破传统陶瓷加工工艺对形状的限制，直接制备复杂形状和特殊功能的复合材料器件，在3D形状成形性和器件多功能化等方面具有明显的优势，未来会有越来越多的3D打印技术用于石墨烯/陶瓷复合材料的制备，而且还将结合石墨烯/陶瓷的特性和3D打印的结构可控性制备出具有特定功能化的复合材料。在结合特定物理化学反应的基础上，石墨烯/陶瓷复合材料将继续发展一些创新性制备工艺，更好体现出所制备材料体系自身特点和优势。

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Research Progress of Preparation Process of Graphene/Ceramic Composites

LI Dana, LIU Hong-juna,b, LI Ya-minb

(a. State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Non-ferrous Metals; b. School of Material Science and Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China)

The preparation process is the key to adjust the structure of graphene/ceramic composites and optimizing their mechanical and thermoelectric properties. The work reviewed the powder compact sintering process and 3D printing technology of graphene/ceramic composites and their research progress. The powder compact sintering process included pressureless sintering, hot pressing sintering, spark plasma sintering, microwave sintering and high-frequency induction heating sintering, etc. It had the advantages of simple process, good material properties, and easy control of preparation parameters. This was the main preparation process of graphene/ceramic composites, which was used to prepare dense bulk composites. The main 3D printing processes included direct writing molding, laser selective sintering, inkjet printing and stereo light curing, etc., which had the characteristics of controllable structure and shape. It was the current research hotspot of graphene/ceramic composite materials, which was used to form composite devices with complex shapes and specific properties. In addition, the preparation process of graphene/ceramic composites using specific physical and chemical reactions such as in-situ generation method and carbothermic reduction method were briefly introduced, and the dispersion process of graphene in composite materials was reviewed.

graphene; ceramic composites; preparation process; dispersion process

10.3969/j.issn.1674-6457.2022.02.009

TB33；TQ174.6

A

1674-6457(2022)02-0051-09

2021-08-07

国家自然科学基金（52062029）

李丹（1997—），女，硕士生，主要研究方向为石墨烯/陶瓷复合材料。

刘洪军（1974—），男，博士，教授，主要研究方向为先进材料及其成形技术。