[發(fā)明專利]一種防靜電陶瓷材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103497003A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設計）人: 楊現(xiàn)鋒;徐協(xié)文;李勇
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: C04B41/85
• 分類號: C04B41/85
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發(fā)明屬于特種陶瓷材料制備技術領域，具體涉及一種防靜電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

靜電現(xiàn)象在電子信息、石油化工、紡織、油漆、研磨粉碎和煙花爆竹等工業(yè)領域非常普遍。靜電荷的聚集很可能引起巨大的危害，例如靜電荷聚集放電很容易干擾精密儀器運行甚至燒毀微電子元器件，美國每年由于靜電而造成電子元器件失效的損失約為100～200億美元。靜電聚集會導致醫(yī)藥或超凈空間引塵和引菌；容易引起礦山、石油化工企業(yè)和煙花爆竹企業(yè)火災爆炸；在粉體工業(yè)，靜電荷聚集會引起粉料在研磨介質上的聚集，嚴重影響研磨效率；靜電聚集在紡織行業(yè)還會造成纖維聚集。

目前，防靜電材料主要包括以下幾類：

（1）高分子基復合材料。在高分子材料中加入碳黑、石墨、短切纖維、導電云母粉、碳納米管等或者直接利用高分子材料自身形成的導電通路制備成高分子基防靜電材料或者涂層。Zhifei?Li，Guohua?Luo等在聚對苯二甲酸乙二酯（PET）添加碳納米管制成的高分子復合防靜電材料，體積電阻率達到10³Ω·cm。這類防靜電材料存在的問題包括均勻性難以控制、耐久性、耐高溫和耐磨擦磨損性能差等。

（2）防靜電釉。防靜電釉主要用于建筑陶瓷材料，是在傳統(tǒng)釉粉中加入半導體導體氧化物顆粒、導電纖維，借助導電顆粒或導電纖維形成的網(wǎng)絡實現(xiàn)防靜電功能。Claudio?Fontanesi，Cristina?Leonelli等通過在傳統(tǒng)釉中添加SnO₂、Sb₂O₃，體積電阻率達到10⁵Ω·cm。但是，制造防靜電釉層是和傳統(tǒng)陶瓷材料制備技術結合在一起，制品氣孔率高，力學性能較低，主要用于防靜電臺板、墻地磚等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種具有良好的防靜電功能的陶瓷材料，還提供一種工藝簡單、操作方便、成本低廉的防靜電陶瓷材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為一種防靜電陶瓷材料，所述防靜電陶瓷材料以部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料為基體，所述基體表面存在表面改性層，所述表面改性層中含有鐵元素和碳元素，所述表面改性層的厚度≥2微米。

上述的防靜電陶瓷材料中，優(yōu)選的，所述部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料為氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料或氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料。

作為一個總的技術構思，本發(fā)明還提供了一種防靜電陶瓷材料的制備方法，包括將部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料置于耐高溫坩堝內(nèi)用鐵粉進行包埋，在部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料的外圍形成鐵粉包埋層，鐵粉包埋層的厚度不小于5mm，然后在與空氣直接接觸的鐵粉外覆蓋一層石墨粉，石墨粉層的厚度不小于10mm，將含部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料、鐵粉包埋層和石墨粉層的耐高溫坩堝置于電阻爐中加熱升溫至1000℃～1400℃，并保溫2h～20h，冷卻后去除耐高溫坩堝、陶瓷材料表面黏附的石墨和鐵，得到防靜電陶瓷材料。

上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料為氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料或氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料。

上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述鐵粉為還原鐵粉或霧化鐵粉。

上述的制備方法中，優(yōu)選的，所述電阻爐的爐內(nèi)氣氛為空氣氣氛、惰性氣體保護氣氛或真空。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

（1）本發(fā)明以部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷為基體，充分利用了氧化鋯基體本身優(yōu)異的物理化學性能，賦予其防靜電功能，擴大了應用領域；表面改性層中存在具有靜電耗散功能的鐵元素和碳元素，具備此種結構的材料具有良好的防靜電功能。

（2）本發(fā)明采用了表面改性的方法，利用擴散理論，通過高溫浸滲，使得氧化鋯陶瓷在表層形成≥2微米厚度的表面改性層，表面改性層中存在可供靜電耗散的鐵元素和碳元素，形成靜電耗散網(wǎng)絡，操作方便，工藝簡單，易于控制，成本低廉。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中含部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片、鐵粉包埋層和石墨粉層的氧化鋁陶瓷坩堝結構示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例1制備的防靜電氧化鋯基陶瓷浸滲鐵截斷面的掃描電子顯微鏡照片。

圖3為本發(fā)明實施例1制備的防靜電氧化鋯基陶瓷浸滲鐵截斷面表面改性層區(qū)域的X射線能譜。

圖例說明：

1、部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片；2、氧化鋁陶瓷坩堝；3、石墨粉層；4、鐵粉包埋層。

具體實施方式