本發明涉及復合超硬材料領域，尤其涉及一種新型二維復合超硬材料及其制備方法。
背景技術：
復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或者化學的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。復合超硬材料主要是指以金剛石和立方氮化硼微粉等單晶超硬材料為主要原料，添加金屬或非金屬粘結劑通過超高壓高溫燒結工藝制成的聚晶復合材料。復合超硬材料廣泛應用于機械、冶金、地質、石油、煤炭、石材、木材、建筑、汽車、家電等傳統領域，電子信息、航天航空、國防軍工等高技術領域。
復合超硬材料與單晶材料、硬質合金等傳統材料相比具有硬度更高、耐磨性能更好、導熱性能更高、加工性能更好等優勢，使其在使用壽命、加工質量和加工效率等方面表現優異。目前，全球復合超硬材料制造行業的中高端產品主要由美日等國的企業壟斷。我國超硬材料行業大而不強，特別是復合超硬材料領域，很長時間內一直由國外著名企業占據著高端市場，我國企業在產量和質量上均與國外著名企業有明顯差距，大部分產品需要進口，所以國內超硬材料領域進口替代的需求巨大。而且，由于對復合超硬材料硬度缺乏系統的理論，因此現有技術中，國內生產的復合超硬材料的硬度一直都不高，只能應用于低端市場。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種新型二維復合超硬材料及其制備方法，制備的新型二維復合超硬材料靜壓強度高、熱穩定性好。
一種新型二維復合超硬材料的制備方法，包括步驟：將石墨、觸媒粉和富勒烯按比例混合均勻，壓制成樣胚，與配套的固定件組裝；所述石墨和觸媒粉重量百分比為：90%~99.95%，所述富勒烯的重量百分比為：0.05%~10%，所述石墨與觸媒粉的質量比為：1~3:1；
將組裝塊裝入六面頂壓機中合成，設定合成的壓力5GPa-15GPa，溫度1100℃-1700℃，合成時間15-48min；
將所述六面頂壓機中合成的產品破碎、酸洗、烘干、篩分，得到新型二維復合超硬材料。
可選的，所述觸媒粉由鈷、鎳和鐵制成。
一種新型二維復合超硬材料，由石墨、觸媒粉和富勒烯制成，所述石墨和觸媒粉重量百分比為：90%~99.95%，所述富勒烯的重量百分比為：0.05%~10%，由石墨和觸媒粉質量比為：1~3:1。
可選的，所述觸媒粉由鈷、鎳和鐵制成。
富勒烯獨特的分子結構決定了其具有獨特的物理化學性質，富勒烯的60個P軌道構成的大π鍵共軛體系使得它兼具有給電子和受電子的能力。C60是特別穩定的芳香族分子，含有12500個共振結構式，每個碳原子以sp2.28軌道雜化，類似于C-C單鍵和C＝C雙鍵交替相接，整個碳籠表現出缺電子性，可以在籠內、籠外引入其它原子或基團。它和其它芳香烴不同，分子中不含氫原子和其它基團，所有的C-C鍵都固定在球殼上，不能發生取代反應，但是其衍生物則可以。C60在一定條件下，能發生一系列化學反應，如親核加成反應、自由基加成反應、光敏化反應、氧化反應、氫化反應、鹵化反應、聚合反應以及環加成反應等，其中環加成反應是富勒烯化學修飾的重要途徑, 迄今為止有關這一反應的報道在所有富勒烯化學修飾反應中是最多的, 通過它可以合成多種類型的富勒烯衍生物。
在本發明的發明過程中，發明人使用石墨烯替代富勒烯和石墨、觸媒粉作為原料制作復合超硬材料，結果做出的復合超硬材料各種理化參數尤其是熱穩定性和靜壓強度，都遠遠低于使用石墨、觸媒粉和富勒烯制作的新型二維復合超硬材料。
本發明新型二維復合超硬材料，具有極好的熱穩定性、極高的靜壓強度，其靜壓強度為900~950N，相對于現有技術中靜壓強度在300N以下的復合超硬材料，本發明的新型二維復合超硬材料相對于現有的超硬材料具有更優異的熱穩定性，尤其是具有很高的靜壓強度和耐磨性，適用于切削工具、磨削工具等應用領域，具有極高的社會價值和經濟效益。
具體實施方式
下面列出具體實施例對本發明做進一步描述，在此發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
實施例1
一種新型二維復合超硬材料制備方法，步驟如下：
步驟1、將石墨、觸媒粉和富勒烯按比例混合均勻，壓制成圓柱形樣胚；
該實施例中，石墨和觸媒粉的重量占90%，富勒烯重量占10%，其中石墨和觸媒粉重量比為：1：1；石墨、觸媒粉和富勒烯的重量份數分別為：45%、45%和10%。觸媒粉由鈷、鎳和鐵制成。
步驟2、將圓柱形樣胚和配套的固定件組裝；
步驟3、將步驟2中制備的組裝塊裝入六面頂壓機中，控制壓力在5GPa，溫度在1700℃，合成時間48min；
步驟4、將步驟3中六面頂壓機合成的產品破碎、酸洗、烘干、篩分，得到新型二維復合超硬材料。
本實施例制得新型二維復合超硬材料，測定靜壓強度為930N。
實施例2
一種新型二維復合超硬材料制備方法，步驟如下：
步驟1、將石墨、觸媒粉和富勒烯按比例混合均勻，壓制成圓柱形樣胚；
該實施例中，石墨和觸媒粉的重量占96%，富勒烯重量占4%，其中石墨和觸媒粉重量比為：2：1；石墨、觸媒粉和富勒烯的重量份數分別為：64%、32%和4%。
觸媒粉由鈷、鎳和鐵制成。
步驟2、將圓柱形樣胚和配套的固定件組裝；
步驟3、將步驟2中制備的組裝塊裝入六面頂壓機中，控制壓力在8GPa，溫度在1400℃，合成時間30min；
步驟4、將步驟3中六面頂壓機合成的產品破碎、酸洗、烘干、篩分，得到新型二維復合超硬材料。
本實施例制得新型二維復合超硬材料，測定靜壓強度為950N。
實施例3
一種新型二維復合超硬材料制備方法，步驟如下：
步驟1、將石墨、觸媒粉和富勒烯按比例混合均勻，壓制成圓柱形樣胚；
該實施例中，石墨和觸媒粉的重量占92%，富勒烯重量占8%，其中石墨和觸媒粉重量比為：3：1；石墨、觸媒粉和富勒烯的重量份數分別為：69%、23%和8%。
觸媒粉由鈷、鎳和鐵制成。
步驟2、將圓柱形樣胚和配套的固定件組裝；
步驟3、將步驟2中制備的組裝塊裝入六面頂壓機中，控制壓力在15GPa，溫度在1100℃，合成時間15min；
步驟4、將步驟3中六面頂壓機合成的產品破碎、酸洗、烘干、篩分，得到新型二維復合超硬材料。
本實施例制得新型二維復合超硬材料，測定靜壓強度為900N。
實施例4
一種新型二維復合超硬材料制備方法，步驟如下：
步驟1、將石墨、觸媒粉和富勒烯按比例混合均勻，壓制成圓柱形樣胚；
該實施例中，石墨和觸媒粉的重量占99.95%，富勒烯重量占0.05%，其中石墨和觸媒粉重量比為：1：1。
觸媒粉由鈷、鎳和鐵制成。
步驟2、將圓柱形樣胚和配套的固定件組裝；
步驟3、將步驟2中制備的組裝塊裝入六面頂壓機中，控制壓力在10GPa，溫度在1400℃，合成時間35min；
步驟4、將步驟3中六面頂壓機合成的產品破碎、酸洗、烘干、篩分，得到新型二維復合超硬材料。
本實施例制得新型二維復合超硬材料，測定靜壓強度為950N。
實施例5
一種新型二維復合超硬材料制備方法，步驟如下：
步驟1、將石墨、觸媒粉和富勒烯按比例混合均勻，壓制成圓柱形樣胚；
該實施例中，石墨和觸媒粉的重量占95%，富勒烯重量占5%，其中石墨和觸媒粉重量比為：1：1。
觸媒粉由鈷、鎳和鐵制成。
步驟2、將圓柱形樣胚和配套的固定件組裝；
步驟3、將步驟2中制備的組裝塊裝入六面頂壓機中，控制壓力在10GPa，溫度在1400℃，合成時間35min；
步驟4、將步驟3中六面頂壓機合成的產品破碎、酸洗、烘干、篩分，得到新型二維復合超硬材料。
本實施例制得新型二維復合超硬材料，測定靜壓強度為950N。
本發明的技術方案不限于上述具體實施例的限制，凡是根據本發明的技術方案做出的技術變形，均落入本發明的保護范圍之內。