CN1453799A

CN1453799A - 复合导电陶瓷及其制备方法

Info

Publication number: CN1453799A
Application number: CN 03124488
Authority: CN
Inventors: 段曦东
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2003-11-05

Abstract

本发明公开了一种复合导电陶瓷及其制备方法，复合式导电陶瓷的组份体积比为：陶瓷基体料50％～95％，导电填料5－50％，添加剂占基体料和填料重量比的0－10％。复合式导电陶瓷的制备方法为：(1)配料混合；(2)成型；(3)烧结；(4)检测出成品。本发明的复合导电陶瓷具有导电性、耐腐蚀、耐高温、硬度大，强度高无毒、导热、抗热冲击等性能，其制备方法具有工艺简单、易工业化、电阻率工艺可调的特点。

Description

复合导电陶瓷及其制备方法

技术领域：本发明属于一种陶瓷材料及其制备方法，具体涉及复合式导电陶瓷组份及其制备方法的改进。

背景技术：固态导电材料目前有金属，导电有机聚合物及导电陶瓷，人们心目中的陶瓷是绝缘材料，但有的陶瓷具有导电性，目前的导电陶瓷主要指LaCrO₃，ZrO₂，SiC，β-Al₂O₃，YBa₂Cu₃O₇-δ等本体式导电陶瓷，有离子(空位)导电陶瓷和电子(空穴)导电陶瓷，石墨等碳材料也是导电陶瓷。这些导电陶瓷有这样或那样的缺点，如1)需要的导电温度高；2)成本高，需要SiC，ZrO₂等高价格原料；3)制造困难，都是难烧结的物质；烧结温度高；4)电阻率是固定的，不可调(纯物质制造)。

发明内容：本发明要解决的技术问题是提供一种主要由于微观结构复合有导电连续相而获得导电性的同时具有导电性、耐腐蚀、耐高温、硬度大、强度高、无毒、导热、抗热冲击等性能的复合导电陶瓷，及其工艺简单、易工业化、电阻率工艺可调的制备方法。

本发明的复合导电陶瓷其组份体积比为：陶瓷基体料50％～95％，导电填料5-50％，添加剂占基体料和填料重量比的0-10％。

所述导电填料为石墨粉和石墨纤维外，还可以是其它导电性固体耐高温物质。如1)碳类：包括各种粒度的鳞片石墨，土状石墨，导电炭墨，炭纤维，石墨纤维。2)金属：如金粉，银粉，铜粉，铝粉，锌粉，钨粉，铋粉，锂粉，稀土金属粉末，其它合适的单质金属粉或各种合金粉，或上述金属粉末的混合物，或上述金属和合金的金属纤维，或金属粉和金属纤维的混合物，特殊情况下可用放射性金属。3)导电陶瓷粉末：如ZnO，ZrO₂，SiC等。4)导电相也可以在工艺过程特别是烧结过程中生成。

陶瓷基体原料可以是1)氧化物或复合氧化物。如粘土等铝硅酸盐料，纯SiO₂，纯Al₂O₃，Li₂O，MgO，PbO，Y₂O₃，WO₃，Sc₂O₃，ThO₂，UO₂，TiO₂，ZrO₂，Fe₂O₃，NiO，MnO，Co₂O₃，ZnO，3Y₂O₃·5Al₂O₃，MgO-SiO₂体系(镁橄榄石瓷，滑石瓷等)，MgO-Al₂O₃-SiO₂系统(堇青石瓷)，BaO-Al₂O₃-SiO₂系统(钡长石瓷)，ZrO₂-SiO₂系统(锆石瓷)，CaO-SiO₂系统(硅灰石瓷)，尖晶石瓷，包括镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)，ZnAl₂O₄，CoAl₂O₄，NiAl₂O₄，MgCr₂O₄，FeCr₂O₄，MgLa₂O₄，也可以是介电压电铁电陶瓷(TiO₂，ZrO₂-TiO₂，CaZrO₃-CaTiO₃，MgTiO₃-CaTiO₃，CaSnO₃-CaZrO₃-CaTiO₃，BaTiO₃-ZnO，CaTiO₃-La₂O₃-TiO₂，BaO-TiO₂，PbO-TiO₂，及KTaO₃等钽酸盐，铌酸盐，锡酸盐，以及铁氧体陶瓷，如锰锌铁氧体，镍锌铁氧体陶瓷，铜铁氧体，镁铁氧体，钡铁氧体等。2)碳化物，如SiC，TiC，ZrC，TaC，HfC，VC，NbC，Cr₃C，Mo₂C，WC，BC等。3)氮化物，如BN(立方系或六方系)，Si₃N₄，AlN，赛龙系统(Si-Al-O-N系统)，4)硅化物，5)硼化物，TiB，6)上述原料的配方混合物。

其它添加剂占0-10％的重量比，包括烧结助剂和其它改性剂，如膨润土，白云石，粘土，滑石，方解石，碳酸钡，Y₂O₃，MgO，ZrO₂，La₂O₃等等。

填料、基体陶瓷料及添加剂的选择及加入量既要考虑制品陶瓷的性能要求，又要考虑后续工艺的可行性，填料的加入量主要视材料所需的电阻率而定。

本发明的复合导电陶瓷制备方法为(1)配料混合；(2)成型；(3)烧结；(4)检测出成品。

不同特性的原料在特定条件下混合均匀。

成型，可以选择各种方式，如粉末干压成型，注浆成型，湿式加压成型，冲压成型，等静压成型等等，通过这些手段制得制品所需的形状。

烧结，因为大部分导电填料是易氧化的，所以复合式导电陶瓷的烧结一般应在惰性或还原性气氛下烧结，如氮气氛，氢气氛，氩气氛，一氧化碳气氛，或真空烧结，烧结时，金属粉末有的有助烧结作用，而有的则和高熔点难反应的石墨炭黑一样有妨碍烧结的作用，应选择适当的烧结方式或加入助烧剂。

检测，烧结后材料需通过电阻率，机械强度等检测。

具体实施方式：实施例1

以Si₃N₄为陶瓷基体，导电炭黑或鳞片石墨粉与少量炭纤维为导电填料，其中Si₃N₄加入量为70％的体积比，炭黑为29.5％的体积比，炭纤维为0.5％，另外添加占前述主料5％重量比的MgO，作为助烧剂，混料，加入占主料重量比1％的聚乙烯醇，2％的丙三醇作为粘结剂和增塑剂，模压成型，在氮气氛下，于1720-1750℃下烧结2.0-3.0小时，得到C/Si₃N₄复合导电陶瓷，经检测，材料电阻率约为2.0×10^-4Ω·m，材料具有一定的导电性。

实施例2

以金属铝粉为导电填料，“75”瓷为陶瓷基体料，铝粉的加入量为20％的体积比，陶瓷基体料为80％，成型后，保护性气氛1400℃烧结3小时，得到铝/75瓷复合导电陶瓷。材料电阻率为3×10^-6Ω·m，是导电体，材料的机加工性良好。

实施例3

以80％体积比ZrO2(其中65％为1700℃稳定的，35％为1450℃稳定的)为陶瓷基料，20％的鳞片石墨为导电填料，加少量Y₂O₃与Al₂O₃混料，成型，烧结，得到C/ZrO₂导电陶瓷，室温下(25℃)左右，测定其电阻率为3.5×10^-4。而不加导电填料的ZrO₂烧结体室温时导电率为10¹⁰Ω·m以上，加杂的也是不良导体，直到500℃才有1×10^-4Ω·m。高温时C/ZrO₂复合导电陶瓷的导电性比ZrO₂烧结好。

本发明的导电材料有着广泛的用途，可作为发热，电阻，电极，结构材料。

如，用这种新型导电材料制成低温发热材料，其表面温度可保持在50-400℃。以“75”瓷为陶瓷基体，石墨为导电加入料制得的导电陶瓷，或实施例1所得的材料作成面状发热体通以36V以下的直流电，材料发热，调节电压等可使材料温度维持在50℃，或150℃，或300℃，等等。特别是制成面状发热体，代替电阻丝，石英管等。它具有发热时无明火，无光，无声，发热体材无毒，通电即热，发热效率高，环境适应性高(耐蚀，不污染)，安全性能高，寿命长，综合成本低等优点，发热体做成面状，温度场可以更加均匀，可以更精确的调节加热温度。可用于石油化工管道，道路融雪，农业保暖，也可以用于实验室烘箱，电孵化箱，烟草业，面包饼干等食品工业的烘房或者汽车烤漆房。特别是棉花，有机纤维湿衣服，烟叶，具有有机挥化性或易燃气体的物品的加热，这是表面温度高，有光，易受蚀的金属电阻丝无法比的，还可以作为特殊建筑材料，用于建筑取暖。

也可以做成高温发热体，作为400-1800℃的电热元件。特别适合还原性气氛，惰性气氛等非氧化性气氛下应用，与SiC，MoSi₂，ZrO₂等传统导电陶瓷相比，具有烧结容易，成本低，结构强度大等优点，与电阻丝等金属导电材料相比具有发热温度高，耐蚀，寿命长等优点。当在氧化性气氛中使用时则应考虑导电相的氧化等问题。这可以通过在导电陶瓷表面涂一层致密物质来保护。

其他如用作电极，与金属等电极相比，具有密度低、耐腐蚀、耐高温、电阻率适当等优点，可在例如蓄电池，燃料电池中取得应用。也可以作为电阻元件，高阻电刷，结构材料，具有许多优良性能。

特别是，这种复合导电陶瓷还可以通过改变工艺，特别是导电填料的种类及其加入量可以人工地将目的材料的电阻率控制在一定范围。这是与本体式导电陶瓷不同的。

Claims

1、一种复合式导电陶瓷，其特征在于其组份体积比为：陶瓷基体料50％～95％，导电填料5-50％，添加剂占基体料和填料重量比的0-10％。

2、根据权利要求1所述复合式导电陶瓷，其特征在于所述导电填料为石墨或金属粉末。

3、根据权利要求1所述复合式导电陶瓷，其特征在于所述陶瓷基体料为铝硅酸盐料、氧化物或碳化物或硅化物或氮化物或硼化物。

4、根据权利要求1所述复合式导电陶瓷，其特征在于所述添加剂为烧结助剂或改性剂。

5、一种如权利要求1所述的复合式导电陶瓷的制备方法，其特征在于：(1)配料混合；(2)成型；(3)烧结；(4)检测出成品。