铝锆碳质（Al₂O₃-ZrO₂-C）耐火材料因其指标性能均衡、使用性能稳定以及抗侵蚀性能优良而被用于制备滑板。石墨烯的粒径小、拉伸模量高，对滑板而言不仅是碳源还是理想的增强相材料；此外，石墨烯的比表面积大、反应活性高，在烧结过程中更易与金属添加剂原位反应生成非氧化物晶须，通过晶须桥联等机制实现材料的强韧化。瑞泰科技公司的研究人员以廉价的膨胀石墨和球形刚玉粉为原料，通过超声与球磨相结合的方式，制备均匀且分散良好的石墨烯纳米片刚玉复合粉体，以其部分替代烧成Al₂O₃-ZrO₂-C滑板(含4%(质量分数)的碳黑)中的炭黑，研究石墨烯纳米片对Al₂O₃-ZrO₂-C滑板性能和结构的影响。

试样制备的原料有板状刚玉（1～2、≤1、和≤0.045 mm）、锆刚玉（≤1 mm）、锆莫来石（≤1 mm）、w(Al₂O₃)≥99%的球形刚玉粉（≤2 μm）、w(Al₂O₃)≥99%的活性氧化铝粉（≤2 μm）、w(F.C)≥99%的膨胀石墨（≤0.075 mm）、w(Si)≥99%的金属硅粉（≤0.044 mm）、碳化硼（≤0.088 mm）、w(F.C)≥99%的炭黑（N220型）以及结合剂酚醛树脂。制备石墨烯纳米片刚玉复合粉步骤：将可膨胀石墨经60 s微波加热制得膨胀石墨（1 g可膨胀石墨制备的膨胀石墨体积可达200 mL）。按膨胀石墨与球形刚玉粉的质量比为1:4进行配料，并置于行星式球磨机中，研磨罐密封后抽真空再通入保护气体，在700 r·min^-1的转速下研磨4 h。为保证复合粉体分散均匀，将球磨好的粉体分散在N-甲基吡咯烷酮中，超声30 min后继续球磨1 h。浆料在150 ℃恒温条件下干燥并用孔径为0.08 mm的筛筛分。按比例配料，分别加入0、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的石墨烯纳米片刚玉复合粉替代滑板（含4%的炭黑）中的部分炭黑，制备滑板的试样。在混料过程中，为保证石墨烯纳米片在耐火物料中的均匀分散，先将复合粉与其他细粉原料预混均匀，然后在耐火骨料中加入液态树脂初混，后加入预混细粉混碾至适合生产成型的物料状态。经24 h困料后压制成滑板。经220 ℃的干燥固化24 h后，切削成40 mm×40 mm×160 mm和φ40 mm×40 mm的试样。制备好的试样在埋炭条件下分别升温至1 050、1 150、1 250、1 350和1 450 ℃，并保温3 h。自然冷却后，对试样进行性能测试。

利用SEM分析石墨烯纳米片刚玉复合粉的微观形貌，利用TEM观察石墨烯纳米片的微观形貌；用AFM确定衬底表面石墨烯纳米片的精准厚度。按照相关标准测定试样的体积密度、抗折强度、抗热震性、抗氧化性（1 450 ℃ 3 h,空气气氛），分析试样的物相组成和显微结构。

试验结果显示：1）通过球形刚玉微粉与膨胀石墨球磨可制得石墨烯纳米片，其厚度小于10 nm，是向Al₂O₃-ZrO₂-C滑板体系有效引入纳米碳源的方法。2）添加的石墨烯纳米片通过填充孔隙和促进碳化硅晶须生成，能提升滑板的体积密度、耐压强度、抗热震性。但加入量超过填充孔隙所需临界量以后，将导致滑板成型致密化困难，热处理后生成的非氧化物晶须游离孔隙之外，也影响烧结致密化。虽对材料的抗热震性影响不显著，但对材料的体积密度、耐压强度、抗抗氧化性的提高不利。3）当加入1.5%石墨烯纳米片刚玉复合粉时，滑板的体积密度、耐压强度、抗热震性、抗氧化性均得到改善，其综合性能好。

（摘编自《硅酸盐学报》2020，№12；作者孙旭东等）