本發(fā)明公開了一種綠色防靜電氧化鋯陶瓷的制備方法，屬于陶瓷制備技術領域。

背景技術：

靜電作為一種普遍物理現(xiàn)象，近十多年來伴隨著集成電路的飛速發(fā)展和高分子材料的廣泛應用，靜電的作用力、放電和感應現(xiàn)象引起的危害十分嚴重，美國統(tǒng)計，美國電子行業(yè)部門每年因靜電危害造成損失高達100億美元，英國電子產品每年因靜電造成的損失為20億英鎊，日本電子元器件的不合格品中不少于45%的危害是因為靜電放電(ESD)造成的。問題嚴重性還在于很多人對靜電危害的認識不足和防靜電知識的無知，常把一些因ESD造成的設備性能下降或故障，誤認為是元器件早期老化失效。

防靜電陶瓷是一種新型防靜電材料，克服當前使用的，如環(huán)氧和三聚氰胺、PVC防靜電涂料、地板、防靜電橡膠板等高分子材料易老化、不耐磨、易污染、耐久性和防火欠佳的問題。克服以上防靜電材料缺點，兼容了陶瓷墻地磚優(yōu)點，具有美觀耐用、防火、防滑、抗壓、耐磨、耐腐蝕、防污、防水防滲透、放輻射性低、環(huán)保衛(wèi)生易于施工，是一種永久性防靜電，具有高檔藝術裝飾效果的一種功能性瓷磚。防靜電陶瓷主要應用于醫(yī)院手術室、能源、國防、航天、航空、電子、石油化工信息等及民用生活領域。是目前最理想的防靜電與裝飾兼容的材料。具有開發(fā)前途的一種新型防靜電新產品是墻地磚產業(yè)的一次創(chuàng)新，并將推動防靜電產業(yè)，沿著節(jié)約能源，走循環(huán)經濟，環(huán)保生產產品的發(fā)展有重要的現(xiàn)實意義和深遠意義。

目前市場上的防靜電陶瓷是通過在陶瓷礦石原料中加入導電粉體后，經球磨、過篩、噴霧造粒、壓制成型及施釉等建筑陶瓷生產工藝而制備得到。由于陶瓷原料組分及化工原料添加劑等對導電粉體性能存在影響，采用該工藝生產的防靜電瓷磚還存在工藝穩(wěn)定性差，壓制時易于分層，燒制后產品缺陷多，且由于所需的導電粉體加入量大，導致生產成本過高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術問題：針對目前防靜電陶瓷磚防靜電性能不穩(wěn)定，壓制時易于分層，燒制后產品缺陷多、所需導電粉體的加入量大、成本高等問題，提供了一種綠色防靜電氧化鋯陶瓷的制備方法；該方法通過制備經氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細粉體，與除雜細化處理的粉煤灰混合，添加石墨烯，在行星球磨機中球磨，使石墨烯充分分散在漿料中，制備復合粉料裝入模具中壓制成素坯，并用五氧化二釩和氧化鋅代替部分氧化錫制備導電釉料在素坯上形成導電釉層，通過放電等離子燒結技術，使陶瓷燒結致密，并用高溫滲碳法在氧化鋯陶瓷表面形成改性層，制得綠色防靜電氧化鋯陶瓷；該方法可操作性強，由于在制作過程中使用化工原料添加劑較少，使用的導電材料加入量少，大大提高了防靜電陶瓷磚的工藝穩(wěn)定性，使得防靜電陶瓷磚在壓制過程中不易分層，該方法在提高效率的同時，也節(jié)約了制造成本。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：

（1）分別稱取120～150g氫氧化鋯，4.0～4.8g氧化釔粉末，加入800～1000mL去離子水，以300～400r/min攪拌加熱至55～60℃，加入2.0～3.2g聚乙二醇，繼續(xù)攪拌20～30min，用400W微波處理20～30min，繼續(xù)加熱至混合液沸騰，保持溫度30～40h，過濾得濾渣，將濾渣用水洗滌3～5次后，在120～150℃烘箱中烘干，置入馬弗爐，在600～800℃下煅燒3～5h，得經氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細粉體，備用；

（2）稱取50～60g粉煤灰顆粒，放入粉碎機中粉碎，過200目篩，將過篩后的粉煤灰經磁場除鐵后加入200～300mL去離子水中，以400～500r/min攪拌30～40min，靜置1～2h，去除上部懸浮的炭雜質，過濾，將濾渣置于110～120℃干燥箱中干燥至恒重，冷卻，得粉煤灰；

（3）稱取0.5～1.5g石墨烯，加入50～80mL質量分數(shù)為50%乙醇溶液，用500W超聲波超聲30～40min后，移入球磨罐中，加入100～120g上述步驟（1）制備的經氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細粉體，45～50g上述制備的粉煤灰，按料球比為1：6加入氧化鋯研磨球，再加入120～150mL無水乙醇，用行星式球磨機球磨10～12h，取出漿料，置于105～110℃干燥箱中干燥30～40min，得復合粉料，將復合粉料裝入模具中，在60000～65000kN成型壓力下，以1～2次/min壓制15～20min，得陶瓷素坯，備用；

（4）按重量份數(shù)計，分別稱取39～40份二氧化硅，14～15份氧化鋁，2～3份氧化鈣，1.6～1.8份氧化硼，2.7～3.0份氧化鉀，1.3～1.5份氧化鈉，10～16份氧化錫，8～10份三氧化二銻，3～4份五氧化二釩，4～5份氧化鋅，加入球磨罐中，加入30～35份無水乙醇，按料球比為1：6加入氧化鋯研磨球，用行星式球磨機球磨10～12h，得釉料；

（5）將上述釉料按比重1.50～1.52涂覆在上述步驟（3）制備的陶瓷素坯上，在真空條件下，進行放電等離子燒結，燒結溫度為1450～1500℃，保持溫度4～5min，降溫至800～850℃，通入甲烷氣體至爐內壓力為8～10KPa，繼續(xù)加熱至1400～1500℃，保持溫度2～3h，冷去至室溫，取出，浸泡在無水乙醇中，用300W超聲波清洗陶瓷表面的雜質，取出，自然風干，得綠色防靜電氧化鋯陶瓷。

本發(fā)明的應用方法是：將本發(fā)明制得的防靜電氧化鋯陶瓷作為單獨的直鋪地板直接鋪裝在水泥自流平上，亦可作為高架地板的面層，用于需要布線的機房等辦公環(huán)境；經檢測，在環(huán)境濕度RH30～RH50%的情況下，在使用本發(fā)明制得的防靜電氧化鋯陶瓷鋪設地面1～3天內，地面的防靜電等級達到A級，防靜電氧化鋯陶瓷的貼面系統(tǒng)電阻由普通防靜電瓷磚的1×10^13Ω～1×10^18Ω降低到1×10^5Ω～1×10^8Ω，防靜電效果明顯，可說明防靜電氧化鋯陶瓷是一種理想的防靜電陶瓷材料。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明操作簡便，使用化工材料種類少，使用的導電材料加入量少，提高了防靜電陶瓷磚的工藝穩(wěn)定性，使得防靜電陶瓷磚在壓制過程中不易分層；

（2）本發(fā)明在制備過程中加入的導電材料量較少，在提高效率的同時，也節(jié)約了制造成本。

具體實施方式

分別稱取120～150g氫氧化鋯，4.0～4.8g氧化釔粉末，加入800～1000mL去離子水，以300～400r/min攪拌加熱至55～60℃，加入2.0～3.2g聚乙二醇，繼續(xù)攪拌20～30min，用400W微波處理20～30min，繼續(xù)加熱至混合液沸騰，保持溫度30～40h，過濾得濾渣，將濾渣用水洗滌3～5次后，在120～150℃烘箱中烘干，置入馬弗爐，在600～800℃下煅燒3～5h，得經氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細粉體，備用；稱取50～60g粉煤灰顆粒，放入粉碎機中粉碎，過200目篩，將過篩后的粉煤灰經磁場除鐵后加入200～300mL去離子水中，以400～500r/min攪拌30～40min，靜置1～2h，去除上部懸浮的炭雜質，過濾，將濾渣置于110～120℃干燥箱中干燥至恒重，冷卻，得粉煤灰；稱取0.5～1.5g石墨烯，加入50～80mL質量分數(shù)為50%乙醇溶液，用500W超聲波超聲30～40min后，移入球磨罐中，加入100～120g上述步驟（1）制備的經氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細粉體，45～50g上述制備的粉煤灰，按料球比為1：6加入氧化鋯研磨球，再加入120～150mL無水乙醇，用行星式球磨機球磨10～12h，取出漿料，置于105～110℃干燥箱中干燥30～40min，得復合粉料，將復合粉料裝入模具中，在60000～65000kN成型壓力下，以1～2次/min壓制15～20min，得陶瓷素坯，備用；按重量份數(shù)計，分別稱取39～40份二氧化硅，14～15份氧化鋁，2～3份氧化鈣，1.6～1.8份氧化硼，2.7～3.0份氧化鉀，1.3～1.5份氧化鈉，10～16份氧化錫，8～10份三氧化二銻，3～4份五氧化二釩，4～5份氧化鋅，加入球磨罐中，加入30～35份無水乙醇，按料球比為1：6加入氧化鋯研磨球，用行星式球磨機球磨10～12h，得釉料；將上述釉料按比重1.50～1.52涂覆在上述步驟（3）制備的陶瓷素坯上，在真空條件下，進行放電等離子燒結，燒結溫度為1450～1500℃，保持溫度4～5min，降溫至800～850℃，通入甲烷氣體至爐內壓力為8～10KPa，繼續(xù)加熱至1400～1500℃，保持溫度2～3h，冷去至室溫，取出，浸泡在無水乙醇中，用300W超聲波清洗陶瓷表面的雜質，取出，自然風干，得綠色防靜電氧化鋯陶瓷。

實例1

分別稱取120g氫氧化鋯，4.0g氧化釔粉末，加入800mL去離子水，以300r/min攪拌加熱至55℃，加入2.0g聚乙二醇，繼續(xù)攪拌20min，用400W微波處理20min，繼續(xù)加熱至混合液沸騰，保持溫度30h，過濾得濾渣，將濾渣用水洗滌3次后，在120℃烘箱中烘干，置入馬弗爐，在600℃下煅燒3h，得經氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細粉體，備用；稱取50g粉煤灰顆粒，放入粉碎機中粉碎，過200目篩，將過篩后的粉煤灰經磁場除鐵后加入200mL去離子水中，以400r/min攪拌30min，靜置1h，去除上部懸浮的炭雜質，過濾，將濾渣置于110℃干燥箱中干燥至恒重，冷卻，得粉煤灰；稱取0.5g石墨烯，加入50mL質量分數(shù)為50%乙醇溶液，用500W超聲波超聲30min后，移入球磨罐中，加入100g上述步驟制備的經氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細粉體，45g上述制備的粉煤灰，按料球比為1：6加入氧化鋯研磨球，再加入120mL無水乙醇，用行星式球磨機球磨10h，取出漿料，置于105℃干燥箱中干燥30min，得復合粉料，將復合粉料裝入模具中，在60000kN成型壓力下，以1次/min壓制15min，得陶瓷素坯，備用；按重量份數(shù)計，分別稱取39份二氧化硅，14份氧化鋁，2份氧化鈣，1.6份氧化硼，2.7份氧化鉀，1.3份氧化鈉，10份氧化錫，8份三氧化二銻，3份五氧化二釩，4份氧化鋅，加入球磨罐中，加入30份無水乙醇，按料球比為1：6加入氧化鋯研磨球，用行星式球磨機球磨10h，得釉料；將上述釉料按比重1.50涂覆在上述步驟制備的陶瓷素坯上，在真空條件下，進行放電等離子燒結，燒結溫度為1450℃，保持溫度4min，降溫至800℃，通入甲烷氣體至爐內壓力為8KPa，繼續(xù)加熱至1400℃，保持溫度2h，冷去至室溫，取出，浸泡在無水乙醇中，用300W超聲波清洗陶瓷表面的雜質，取出，自然風干，得綠色防靜電氧化鋯陶瓷。

將本發(fā)明制得的防靜電氧化鋯陶瓷作為單獨的直鋪地板直接鋪裝在水泥自流平上，亦可作為高架地板的面層，用于需要布線的機房等辦公環(huán)境。經檢測，在環(huán)境濕度RH30%的情況下，在使用本發(fā)明制得的防靜電氧化鋯陶瓷鋪設地面1天時，地面的防靜電等級達到A級，防靜電氧化鋯陶瓷的貼面系統(tǒng)電阻由普通防靜電瓷磚的1×10^13Ω降低到1×10^8Ω，防靜電效果明顯，可說明防靜電氧化鋯陶瓷是一種理想的防靜電陶瓷材料。

實例2

分別稱取135g氫氧化鋯，4.4g氧化釔粉末，加入900mL去離子水，以350r/min攪拌加熱至57.5℃，加入2.6g聚乙二醇，繼續(xù)攪拌25min，用400W微波處理25min，繼續(xù)加熱至混合液沸騰，保持溫度35h，過濾得濾渣，將濾渣用水洗滌4次后，在135℃烘箱中烘干，置入馬弗爐，在700℃下煅燒4h，得經氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細粉體，備用；稱取55g粉煤灰顆粒，放入粉碎機中粉碎，過200目篩，將過篩后的粉煤灰經磁場除鐵后加入250mL去離子水中，以450r/min攪拌35min，靜置1.5h，去除上部懸浮的炭雜質，過濾，將濾渣置于115℃干燥箱中干燥至恒重，冷卻，得粉煤灰；稱取1.0g石墨烯，加入65mL質量分數(shù)為50%乙醇溶液，用500W超聲波超聲35min后，移入球磨罐中，加入110g上述步驟制備的經氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細粉體，47g上述制備的粉煤灰，按料球比為1：6加入氧化鋯研磨球，再加入135mL無水乙醇，用行星式球磨機球磨11h，取出漿料，置于107.5℃干燥箱中干燥35min，得復合粉料，將復合粉料裝入模具中，在62500kN成型壓力下，以1.5次/min壓制17.5min，得陶瓷素坯，備用；

按重量份數(shù)計，分別稱取39.5份二氧化硅，14.5份氧化鋁，2.5份氧化鈣，1.7份氧化硼，2.9份氧化鉀，1.4份氧化鈉，13份氧化錫，9份三氧化二銻，3.5份五氧化二釩，4.5份氧化鋅，加入球磨罐中，加入32.5份無水乙醇，按料球比為1：6加入氧化鋯研磨球，用行星式球磨機球磨11h，得釉料；將上述釉料按比重1.51涂覆在上述步驟制備的陶瓷素坯上，在真空條件下，進行放電等離子燒結，燒結溫度為1475℃，保持溫度4.5min，降溫至825℃，通入甲烷氣體至爐內壓力為9KPa，繼續(xù)加熱至1450℃，保持溫度2.5h，冷去至室溫，取出，浸泡在無水乙醇中，用300W超聲波清洗陶瓷表面的雜質，取出，自然風干，得綠色防靜電氧化鋯陶瓷。

將本發(fā)明制得的防靜電氧化鋯陶瓷作為單獨的直鋪地板直接鋪裝在水泥自流平上，亦可作為高架地板的面層，用于需要布線的機房等辦公環(huán)境。經檢測，在環(huán)境濕度RH40%的情況下，在使用本發(fā)明制得的防靜電氧化鋯陶瓷鋪設地面2天時，地面的防靜電等級達到A級，防靜電氧化鋯陶瓷的貼面系統(tǒng)電阻由普通防靜電瓷磚的1×10^15Ω降低到1×10^6Ω，防靜電效果明顯，可說明防靜電氧化鋯陶瓷是一種理想的防靜電陶瓷材料。

實例3

分別稱取150g氫氧化鋯， 4.8g氧化釔粉末，加入1000mL去離子水，以400r/min攪拌加熱至60℃，加入3.2g聚乙二醇，繼續(xù)攪拌30min，用400W微波處理30min，繼續(xù)加熱至混合液沸騰，保持溫度40h，過濾得濾渣，將濾渣用水洗滌5次后，在150℃烘箱中烘干，置入馬弗爐，在800℃下煅燒5h，得經氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細粉體，備用；稱取60g粉煤灰顆粒，放入粉碎機中粉碎，過200目篩，將過篩后的粉煤灰經磁場除鐵后加入300mL去離子水中，以500r/min攪拌40min，靜置2h，去除上部懸浮的炭雜質，過濾，將濾渣置于120℃干燥箱中干燥至恒重，冷卻，得粉煤灰；稱取1.5g石墨烯，加入80mL質量分數(shù)為50%乙醇溶液，用500W超聲波超聲40min后，移入球磨罐中，加入120g上述步驟制備的經氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯超細粉體，50g上述制備的粉煤灰，按料球比為1：6加入氧化鋯研磨球，再加入150mL無水乙醇，用行星式球磨機球磨12h，取出漿料，置于110℃干燥箱中干燥40min，得復合粉料，將復合粉料裝入模具中，在65000kN成型壓力下，以2次/min壓制20min，得陶瓷素坯，備用；按重量份數(shù)計，分別稱取40份二氧化硅，15份氧化鋁，3份氧化鈣。1.8份氧化硼，3.0份氧化鉀，1.5份氧化鈉，16份氧化錫，10份三氧化二銻，4份五氧化二釩，5份氧化鋅，加入球磨罐中，加入35份無水乙醇，按料球比為1：6加入氧化鋯研磨球，用行星式球磨機球磨12h，得釉料；將上述釉料按比重1.52涂覆在上述步驟制備的陶瓷素坯上，在真空條件下，進行放電等離子燒結，燒結溫度為1500℃，保持溫度5min，降溫至850℃，通入甲烷氣體至爐內壓力為10KPa，繼續(xù)加熱至1500℃，保持溫度3h，冷去至室溫，取出，浸泡在無水乙醇中，用300W超聲波清洗陶瓷表面的雜質，取出，自然風干，得綠色防靜電氧化鋯陶瓷。

將本發(fā)明制得的防靜電氧化鋯陶瓷作為單獨的直鋪地板直接鋪裝在水泥自流平上，亦可作為高架地板的面層，用于需要布線的機房等辦公環(huán)境。經檢測，在環(huán)境濕度RH50%的情況下，在使用本發(fā)明制得的防靜電氧化鋯陶瓷鋪設地面3天時，地面的防靜電等級達到A級，防靜電氧化鋯陶瓷的貼面系統(tǒng)電阻由普通防靜電瓷磚的1×10^18Ω降低到1×10^5Ω，防靜電效果明顯，可說明防靜電氧化鋯陶瓷是一種理想的防靜電陶瓷材料。