本發(fā)明屬于金屬復(fù)合材料表面改性，具體屬于一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板及制備方法。

背景技術(shù)：

1、石墨烯涂層陶瓷復(fù)合基板是一種結(jié)合了石墨烯的超高導(dǎo)電性能和陶瓷材料優(yōu)異力學(xué)性能的新型基板材料。它通過在陶瓷基板(如氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯等)表面涂覆一層石墨烯薄膜，利用石墨烯與陶瓷之間的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電性、熱管理性能、力學(xué)性能等多方面的綜合提升。這種復(fù)合基板不僅具有石墨烯的超薄、輕質(zhì)、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，還繼承了陶瓷材料的高溫穩(wěn)定性、耐腐蝕性和良好的機(jī)械強(qiáng)度。

2、盡管石墨烯涂層陶瓷復(fù)合基板具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些問題：

3、1.石墨烯的制備過程復(fù)雜，需要精確控制反應(yīng)條件和工藝參數(shù)。同時(shí)，將石墨烯均勻、牢固地涂覆在陶瓷基板表面也是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。由于工藝復(fù)雜性和技術(shù)難度，導(dǎo)致石墨烯涂層陶瓷復(fù)合基板的成品率較低，增加了生產(chǎn)成本。

4、2.由于石墨烯和陶瓷材料在物理和化學(xué)性質(zhì)上的差異(如表面能、潤濕性等)，兩者之間的結(jié)合力較弱，這可能導(dǎo)致在使用過程中出現(xiàn)涂層脫落或性能下降的問題。

5、上述問題會影響復(fù)合基板的整體性能和使用壽命，由于制備工藝復(fù)雜和成品率低等問題，石墨烯涂層陶瓷復(fù)合基板的生產(chǎn)成本較高。這增加了電子設(shè)備的制造成本，限制了其在一些對成本敏感的應(yīng)用領(lǐng)域中的推廣。由于石墨烯和陶瓷材料在物理和化學(xué)性質(zhì)上的差異，兩者之間的結(jié)合強(qiáng)度往往不夠理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯制備工藝復(fù)雜、成品率低以及石墨烯和陶瓷基板結(jié)合較差的問題，本發(fā)明提供一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板及制備方法，通過新方法制備石墨烯涂料，簡單易行，且與表面進(jìn)行預(yù)處理的陶瓷基板有較強(qiáng)的結(jié)合力。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備方法，具體步驟如下：

3、s1、在光潔度ra＜0.008μm的陶瓷基板表面制備電極，得到預(yù)處理陶瓷基板；

4、s2、將石墨烯涂料涂覆在預(yù)處理陶瓷基板表面，干燥、燒結(jié)得到石墨烯發(fā)熱陶瓷基板；

5、所述石墨烯涂料采用石墨烯、硅烷偶聯(lián)劑、硅酸鉀、硅丙乳液、聚丙烯酸鈉、消泡劑和成膜劑混合制備。

6、進(jìn)一步的，s1中，采用丙酮除油劑、弱酸鹽對陶瓷基板表面進(jìn)行清洗、干燥后，對陶瓷基板表面拋光至平面光潔度ra＜0.008μm，然后再采用丙酮除油劑、弱酸鹽對拋光的陶瓷基板表面進(jìn)行清洗、干燥。

7、進(jìn)一步的，s1中，在光潔度ra＜0.008μm的陶瓷基板表面涂覆導(dǎo)電漿料，燒結(jié)固化得到表面具有電極的預(yù)處理陶瓷基板，導(dǎo)電漿料采用金、銅或銀導(dǎo)電漿料。

8、進(jìn)一步的，s1中，在光潔度ra＜0.008μm的陶瓷基板表面涂覆5mm～30mm的導(dǎo)電漿料，在空氣或氮?dú)鉄Y(jié)氣氛下，在200℃～1200℃保溫30min～120min，得到表面具有電極的預(yù)處理陶瓷基板。

9、進(jìn)一步的，s2中，石墨烯涂料的制備方法具體如下：

10、s2.1將1份石墨烯和2份硅烷偶聯(lián)劑溶解在10～20份的蒸餾水中，攪拌獲得石墨烯分散液；

11、s2.2以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，將10％～20％硅酸鉀、5％～10％的硅丙乳液加入到石墨烯分散液中，攪拌獲得基料；

12、s2.3將1％～5％的聚丙烯酸鈉、2％～8％的消泡劑和2％～5％的成膜劑加入基料中得到混合液，攪拌混合液制成石墨烯涂料。

13、進(jìn)一步的，s2中，石墨烯涂料的制備方法具體如下：

14、s2.1將1份石墨烯和2份硅烷偶聯(lián)劑溶解在10～20份的蒸餾水中，在500r/min～1500r/min轉(zhuǎn)速下攪拌20min～30min，超聲5min～20min，獲得石墨烯分散液；

15、s2.2以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，將10％～20％硅酸鉀、5％～10％的硅丙乳液加入到石墨烯分散液中，在500r/min～1500r/min轉(zhuǎn)速下攪拌30min獲得基料；

16、s2.3將1％～5％的聚丙烯酸鈉、2％～8％的消泡劑和2％～5％的成膜劑加入基料中得到混合液，混合液在500r/min～1500r/min下攪拌20min～60min，制成石墨烯涂料。

17、進(jìn)一步的，s2中，所述硅酸鉀的模數(shù)為5.5。

18、進(jìn)一步的，s2中，將石墨烯涂料噴涂在預(yù)處理陶瓷基板表面，在80℃～120℃烘干10min～50min后，在500℃～1000℃保溫10min～90min得到石墨烯發(fā)熱陶瓷基板。

19、進(jìn)一步的，s2中，將石墨烯涂料噴涂在預(yù)處理陶瓷基板表面，石墨烯涂料噴涂的噴涂厚度為10μm～100μm。

20、本發(fā)明提供一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板，采用上述制備方法制得。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

22、本發(fā)明提供一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備方法，對陶瓷基板表面進(jìn)行預(yù)處理提高了涂層的附著力，石墨烯涂料中的硅烷偶聯(lián)劑、硅酸鉀等成分能有效增強(qiáng)石墨烯與陶瓷基板之間的結(jié)合力，確保涂層在使用過程中不易脫落。石墨烯涂料中的硅烷偶聯(lián)劑、硅酸鉀等成分能有效增強(qiáng)石墨烯與陶瓷基板之間的結(jié)合力，確保涂層在使用過程中不易脫落。涂覆在陶瓷基板表面的電極能有效增加局部石墨烯的電流密度，從而進(jìn)一步提高加熱效率。本發(fā)明通過簡單的步驟實(shí)現(xiàn)了石墨烯涂料的制備和涂覆，避免了傳統(tǒng)石墨烯制備工藝的復(fù)雜性。采用的涂料配方和涂覆工藝使得成品率高，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

23、本發(fā)明制得的石墨烯發(fā)熱陶瓷基板上的石墨烯涂料具有良好的導(dǎo)電性和熱傳導(dǎo)性，能夠快速響應(yīng)電流變化并產(chǎn)生熱量，實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明的石墨烯發(fā)熱陶瓷基板在約3分鐘內(nèi)即可達(dá)到140度，升溫速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)加熱絲；在工作時(shí)系統(tǒng)電壓低于安全電壓(24v)，大大降低了觸電風(fēng)險(xiǎn)，保障了用戶的人身安全；且石墨烯涂料在工作過程中不產(chǎn)生廢氣和二氧化碳等有害物質(zhì)，無排放、無污染、無噪音，實(shí)現(xiàn)了清潔、環(huán)保的加熱方式。石墨烯發(fā)熱陶瓷基板安裝后，在正常使用情況下幾乎無需維護(hù)，降低了長期使用成本。石墨烯發(fā)熱涂料提供的加熱方式溫暖舒適，有利于人體健康。無風(fēng)無塵的加熱環(huán)境避免了傳統(tǒng)加熱方式可能帶來的干燥、不適等問題。

24、綜上所述，本發(fā)明不僅簡化了石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備工藝，提高了成品率和加熱效率，還實(shí)現(xiàn)了安全環(huán)保的加熱方式。

技術(shù)特征：

1.一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備方法，其特征在于，s1中，采用丙酮除油劑、弱酸鹽對陶瓷基板表面進(jìn)行清洗、干燥后，對陶瓷基板表面拋光至平面光潔度ra＜0.008μm，然后再采用丙酮除油劑、弱酸鹽對拋光的陶瓷基板表面進(jìn)行清洗、干燥。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備方法，其特征在于，s1中，在光潔度ra＜0.008μm的陶瓷基板表面涂覆導(dǎo)電漿料，燒結(jié)固化得到表面具有電極的預(yù)處理陶瓷基板，導(dǎo)電漿料采用金、銅或銀導(dǎo)電漿料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備方法，其特征在于，s1中，在光潔度ra＜0.008μm的陶瓷基板表面涂覆5mm～30mm的導(dǎo)電漿料，在空氣或氮?dú)鉄Y(jié)氣氛下，在200℃～1200℃保溫30min～120min，得到表面具有電極的預(yù)處理陶瓷基板。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備方法，其特征在于，s2中，石墨烯涂料的制備方法具體如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備方法，其特征在于，s2中，石墨烯涂料的制備方法具體如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備方法，其特征在于，s2中，所述硅酸鉀的模數(shù)為5.5。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備方法，其特征在于，s2中，將石墨烯涂料噴涂在預(yù)處理陶瓷基板表面，在80℃～120℃烘干10min～50min后，在500℃～1000℃保溫10min～90min得到石墨烯發(fā)熱陶瓷基板。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備方法，其特征在于，s2中，將石墨烯涂料噴涂在預(yù)處理陶瓷基板表面，石墨烯涂料噴涂的噴涂厚度為10μm～100μm。

10.一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板，其特征在于，采用權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的制備方法制得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種石墨烯發(fā)熱陶瓷基板及制備方法，具體步驟如下：S1、在光潔度Ra＜0.008μm的陶瓷基板表面制備電極，得到預(yù)處理陶瓷基板；S2、將石墨烯涂料涂覆在預(yù)處理陶瓷基板表面，干燥、燒結(jié)得到石墨烯發(fā)熱陶瓷基板；所述石墨烯涂料采用石墨烯、硅烷偶聯(lián)劑、硅酸鉀、硅丙乳液、聚丙烯酸鈉、消泡劑和成膜劑混合制備。本發(fā)明通過新方法制備石墨烯涂料，簡單易行，且與表面進(jìn)行預(yù)處理的陶瓷基板有較強(qiáng)的結(jié)合力，不僅簡化了石墨烯發(fā)熱陶瓷基板的制備工藝，提高了成品率和加熱效率，還實(shí)現(xiàn)了安全環(huán)保的加熱方式。

技術(shù)研發(fā)人員：劉波波,唐健江,黃劍,史永貴,趙亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆山瑞芯源光電科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10