專利名稱：復合導電陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種陶瓷材料及其制備方法，具體涉及復合式導電陶瓷組份及其制備方法的改進。
背景技術(shù)：
固態(tài)導電材料目前有金屬，導電有機聚合物及導電陶瓷，人們心目中的陶瓷是絕緣材料，但有的陶瓷具有導電性，目前的導電陶瓷主要指LaCrO3，ZrO2，SiC，β-Al2O3，YBa2Cu3O7-δ等本體式導電陶瓷，有離子(空位)導電陶瓷和電子(空穴)導電陶瓷，石墨等碳材料也是導電陶瓷。這些導電陶瓷有這樣或那樣的缺點，如1)需要的導電溫度高；2)成本高，需要SiC，ZrO2等高價格原料；3)制造困難，都是難燒結(jié)的物質(zhì)；燒結(jié)溫度高；4)電阻率是固定的，不可調(diào)(純物質(zhì)制造)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種主要由于微觀結(jié)構(gòu)復合有導電連續(xù)相而獲得導電性的同時具有導電性、耐腐蝕、耐高溫、硬度大、強度高、無毒、導熱、抗熱沖擊等性能的復合導電陶瓷，及其工藝簡單、易工業(yè)化、電阻率工藝可調(diào)的制備方法。
本發(fā)明的復合導電陶瓷其組份體積比為陶瓷基體料50％～95％，導電填料5-50％，添加劑占基體料和填料重量比的0-10％。
所述導電填料為石墨粉和石墨纖維外，還可以是其它導電性固體耐高溫物質(zhì)。如1)碳類包括各種粒度的鱗片石墨，土狀石墨，導電炭墨，炭纖維，石墨纖維。2)金屬如金粉，銀粉，銅粉，鋁粉，鋅粉，鎢粉，鉍粉，鋰粉，稀土金屬粉末，其它合適的單質(zhì)金屬粉或各種合金粉，或上述金屬粉末的混合物，或上述金屬和合金的金屬纖維，或金屬粉和金屬纖維的混合物，特殊情況下可用放射性金屬。3)導電陶瓷粉末如ZnO，ZrO2，SiC等。4)導電相也可以在工藝過程特別是燒結(jié)過程中生成。
陶瓷基體原料可以是1)氧化物或復合氧化物。如粘土等鋁硅酸鹽料，純SiO2，純Al2O3，Li2O，MgO，PbO，Y2O3，WO3，Sc2O3，ThO2，UO2，TiO2，ZrO2，F(xiàn)e2O3，NiO，MnO，Co2O3，ZnO，3Y2O3·5Al2O3，MgO-SiO2體系(鎂橄欖石瓷，滑石瓷等)，MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)(堇青石瓷)，BaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)(鋇長石瓷)，ZrO2-SiO2系統(tǒng)(鋯石瓷)，CaO-SiO2系統(tǒng)(硅灰石瓷)，尖晶石瓷，包括鎂鋁尖晶石(MgAl2O4)，ZnAl2O4，CoAl2O4，NiAl2O4，MgCr2O4，F(xiàn)eCr2O4，MgLa2O4，也可以是介電壓電鐵電陶瓷(TiO2，ZrO2-TiO2，CaZrO3-CaTiO3，MgTiO3-CaTiO3，CaSnO3-CaZrO3-CaTiO3，BaTiO3-ZnO，CaTiO3-La2O3-TiO2，BaO-TiO2，PbO-TiO2，及KTaO3等鉭酸鹽，鈮酸鹽，錫酸鹽，以及鐵氧體陶瓷，如錳鋅鐵氧體，鎳鋅鐵氧體陶瓷，銅鐵氧體，鎂鐵氧體，鋇鐵氧體等。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，賽龍系統(tǒng)(Si-Al-O-N系統(tǒng))，4)硅化物，5)硼化物，TiB，6)上述原料的配方混合物。
其它添加劑占0-10％的重量比，包括燒結(jié)助劑和其它改性劑，如膨潤土，白云石，粘土，滑石，方解石，碳酸鋇，Y2O3，MgO，ZrO2，La2O3等等。
填料、基體陶瓷料及添加劑的選擇及加入量既要考慮制品陶瓷的性能要求，又要考慮后續(xù)工藝的可行性，填料的加入量主要視材料所需的電阻率而定。
本發(fā)明的復合導電陶瓷制備方法為(1)配料混合；(2)成型；(3)燒結(jié)；(4)檢測出成品。
不同特性的原料在特定條件下混合均勻。
成型，可以選擇各種方式，如粉末干壓成型，注漿成型，濕式加壓成型，沖壓成型，等靜壓成型等等，通過這些手段制得制品所需的形狀。
燒結(jié)，因為大部分導電填料是易氧化的，所以復合式導電陶瓷的燒結(jié)一般應在惰性或還原性氣氛下燒結(jié)，如氮氣氛，氫氣氛，氬氣氛，一氧化碳氣氛，或真空燒結(jié)，燒結(jié)時，金屬粉末有的有助燒結(jié)作用，而有的則和高熔點難反應的石墨炭黑一樣有妨礙燒結(jié)的作用，應選擇適當?shù)臒Y(jié)方式或加入助燒劑。
檢測，燒結(jié)后材料需通過電阻率，機械強度等檢測。
具體實施例方式實施例1以Si3N4為陶瓷基體，導電炭黑或鱗片石墨粉與少量炭纖維為導電填料，其中Si3N4加入量為70％的體積比，炭黑為29.5％的體積比，炭纖維為0.5％，另外添加占前述主料5％重量比的MgO，作為助燒劑，混料，加入占主料重量比1％的聚乙烯醇，2％的丙三醇作為粘結(jié)劑和增塑劑，模壓成型，在氮氣氛下，于1720-1750℃下燒結(jié)2.0-3.0小時，得到C/Si3N4復合導電陶瓷，經(jīng)檢測，材料電阻率約為2.0×10-4Ω·m，材料具有一定的導電性。
實施例2以金屬鋁粉為導電填料，“75”瓷為陶瓷基體料，鋁粉的加入量為20％的體積比，陶瓷基體料為80％，成型后，保護性氣氛1400℃燒結(jié)3小時，得到鋁/75瓷復合導電陶瓷。材料電阻率為3×10-6Ω·m，是導電體，材料的機加工性良好。
實施例3以80％體積比ZrO2(其中65％為1700℃穩(wěn)定的，35％為1450℃穩(wěn)定的)為陶瓷基料，20％的鱗片石墨為導電填料，加少量Y2O3與Al2O3混料，成型，燒結(jié)，得到C/ZrO2導電陶瓷，室溫下(25℃)左右，測定其電阻率為3.5×10-4。而不加導電填料的ZrO2燒結(jié)體室溫時導電率為1010Ω·m以上，加雜的也是不良導體，直到500℃才有1×10-4Ω·m。高溫時C/ZrO2復合導電陶瓷的導電性比ZrO2燒結(jié)好。
本發(fā)明的導電材料有著廣泛的用途，可作為發(fā)熱，電阻，電極，結(jié)構(gòu)材料。
如，用這種新型導電材料制成低溫發(fā)熱材料，其表面溫度可保持在50-400℃。以“75”瓷為陶瓷基體，石墨為導電加入料制得的導電陶瓷，或?qū)嵤├?所得的材料作成面狀發(fā)熱體通以36V以下的直流電，材料發(fā)熱，調(diào)節(jié)電壓等可使材料溫度維持在50℃，或150℃，或300℃，等等。特別是制成面狀發(fā)熱體，代替電阻絲，石英管等。它具有發(fā)熱時無明火，無光，無聲，發(fā)熱體材無毒，通電即熱，發(fā)熱效率高，環(huán)境適應性高(耐蝕，不污染)，安全性能高，壽命長，綜合成本低等優(yōu)點，發(fā)熱體做成面狀，溫度場可以更加均勻，可以更精確的調(diào)節(jié)加熱溫度?？捎糜谑突す艿?，道路融雪，農(nóng)業(yè)保暖，也可以用于實驗室烘箱，電孵化箱，煙草業(yè)，面包餅干等食品工業(yè)的烘房或者汽車烤漆房。特別是棉花，有機纖維濕衣服，煙葉，具有有機揮化性或易燃氣體的物品的加熱，這是表面溫度高，有光，易受蝕的金屬電阻絲無法比的，還可以作為特殊建筑材料，用于建筑取暖。
也可以做成高溫發(fā)熱體，作為400-1800℃的電熱元件。特別適合還原性氣氛，惰性氣氛等非氧化性氣氛下應用，與SiC，MoSi2，ZrO2等傳統(tǒng)導電陶瓷相比，具有燒結(jié)容易，成本低，結(jié)構(gòu)強度大等優(yōu)點，與電阻絲等金屬導電材料相比具有發(fā)熱溫度高，耐蝕，壽命長等優(yōu)點。當在氧化性氣氛中使用時則應考慮導電相的氧化等問題。這可以通過在導電陶瓷表面涂一層致密物質(zhì)來保護。
其他如用作電極，與金屬等電極相比，具有密度低、耐腐蝕、耐高溫、電阻率適當?shù)葍?yōu)點，可在例如蓄電池，燃料電池中取得應用。也可以作為電阻元件，高阻電刷，結(jié)構(gòu)材料，具有許多優(yōu)良性能。
特別是，這種復合導電陶瓷還可以通過改變工藝，特別是導電填料的種類及其加入量可以人工地將目的材料的電阻率控制在一定范圍。這是與本體式導電陶瓷不同的。
權(quán)利要求
1.一種復合式導電陶瓷，其特征在于其組份體積比為陶瓷基體料50％～95％，導電填料5-50％，添加劑占基體料和填料重量比的0-10％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述復合式導電陶瓷，其特征在于所述導電填料為石墨或金屬粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述復合式導電陶瓷，其特征在于所述陶瓷基體料為鋁硅酸鹽料、氧化物或碳化物或硅化物或氮化物或硼化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述復合式導電陶瓷，其特征在于所述添加劑為燒結(jié)助劑或改性劑。
5.一種如權(quán)利要求1所述的復合式導電陶瓷的制備方法，其特征在于(1)配料混合；(2)成型；(3)燒結(jié)；(4)檢測出成品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復合導電陶瓷及其制備方法，復合式導電陶瓷的組份體積比為陶瓷基體料50％～95％，導電填料5－50％，添加劑占基體料和填料重量比的0－10％。復合式導電陶瓷的制備方法為(1)配料混合；(2)成型；(3)燒結(jié)；(4)檢測出成品。本發(fā)明的復合導電陶瓷具有導電性、耐腐蝕、耐高溫、硬度大，強度高無毒、導熱、抗熱沖擊等性能，其制備方法具有工藝簡單、易工業(yè)化、電阻率工藝可調(diào)的特點。
文檔編號C04B35/64GK1453799SQ03124488
公開日2003年11月5日 申請日期2003年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月3日
發(fā)明者段曦東 申請人:段曦東