一種防靜電陶瓷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種防靜電陶瓷材料及其制備方法，該防靜電陶瓷材料以部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料為基體，基體表面存在厚度≥2微米的表面改性層，表面改性層中含有鐵元素和碳元素。該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(jìn)行包埋，然后在與空氣直接接觸的鐵粉外覆蓋石墨粉，再將含部分穩(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。本發(fā)明的防靜電陶瓷材料具有良好的防靜電功能，制備方法工藝簡單、操作方便、且成本低廉。
【專利說明】一種防靜電陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于特種陶瓷材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種防靜電陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]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(lǐng)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(yùn)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(dǎo)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(zāi)爆炸；在粉體工業(yè)，靜電荷聚集會引起粉料在研磨介質(zhì)上的聚集，嚴(yán)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。
[0003]目前，防靜電材料主要包括以下幾類:
[0004](I)高分子基復(fù)合材料。在高分子材料中加入碳黑、石墨、短切纖維、導(dǎo)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(dǎo)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(fù)合防靜電材料，體積電阻率達(dá)到IO3 Ω.cm0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。
[0005](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(dǎo)體導(dǎo)體氧化物顆粒、導(dǎo)電纖維，借助導(dǎo)電顆?；?qū)щ娎w維形成的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)防靜電功能。ClaudioFontanesi, Cristina Leonelli等通過在傳統(tǒng)釉中添加SnO2> Sb2O3,體積電阻率達(dá)到IO5 Ω 但是，制造防靜電釉層是和傳統(tǒng)陶瓷材料制備技術(shù)結(jié)合在一起，制品氣孔率高，力學(xué)性能較低，主要用于防靜電臺板、墻地磚等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)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。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)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。
[0008]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。
[0009]作為一個總的技術(shù)構(gòu)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(jìn)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5_，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10_，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°C~1400°C，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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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(hù)氣氛或真空。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0014](I)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(xué)性能，賦予其防靜電功能，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)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(jié)構(gòu)的材料具有良好的防靜電功能。
[0015](2)本發(fā)明采用了表面改性的方法，利用擴(kuò)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兀素和碳元素，形成靜電耗散網(wǎng)絡(luò)，操作方便，工藝簡單，易于控制，成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)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(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的防靜電氧化鋯基陶瓷浸滲鐵截?cái)嗝娴膾呙桦娮语@微鏡照片。
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1`制備的防靜電氧化鋯基陶瓷浸滲鐵截?cái)嗝姹砻娓男詫訁^(qū)域的X射線能譜。
[0019]圖例說明:
[0020]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?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]一種本發(fā)明的防靜電陶瓷材料，該防靜電陶瓷材料以氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片為基體，基體表面存在厚約10微米的表面改性層，表面改性層中含有鐵元素和碳元素。
[0024]一種上述本實(shí)施例的防靜電陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0025](I)取5mmX24mmX24mm部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片I，具體為氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片，用紗布紙摩擦氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片，去除表面粘附的雜質(zhì)顆粒等粘附層，然后將氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片放入干燥箱中干燥IOmin ;將耐高溫的氧化鋁陶瓷坩堝2清洗干凈并烘干，將石墨粉和鐵粉放置于真空干燥箱中干燥，鐵粉為還原鐵粉；將氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片置于氧化鋁陶瓷坩堝2中，用鐵粉包埋覆蓋氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片的所有表面，在部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片I的外圍形成鐵粉包埋層4，鐵粉包埋層4為立體中空結(jié)構(gòu)，鐵粉包埋層的層厚為8_，然后在與空氣直接接觸的鐵粉外覆蓋石墨粉，石墨粉層3的厚度為13-，得到如圖1所示的含部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片1、鐵粉包埋層4和石墨粉層3的氧化鋁陶瓷坩堝2 ；
[0026](2)將上述含氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片、鐵粉包埋層4和石墨粉層3的氧化鋁陶瓷坩堝2置于空氣氣氛電阻爐中以5°C /分鐘的速率加熱升溫至1400°C并保溫4h，自然冷卻至室溫后，去除氧化鋁陶瓷坩堝2、陶瓷材料表面粘附的鐵和石墨，得到防靜電ZrO2基陶瓷材料。
[0027]本實(shí)施例的上述方法成功制備了防靜電氧化鋯基陶瓷材料。圖2為上述本實(shí)施例制備的防靜電氧化鋯基陶瓷截?cái)嗝娴膾呙桦娮语@微鏡照片，可以看到防靜電氧化鋯基陶瓷材料包含氧化鋯基體和表面改性層，表面改性層厚度約為10微米。圖3為該防靜電氧化鋯基陶瓷截?cái)嗝嫔系谋砻娓男詫訁^(qū)域的X射線能譜，從X射線能譜圖譜中可以看出，表面改性層中存在有鐵元素和碳元素。經(jīng)測試，本實(shí)施例的防靜電氧化鋯基陶瓷材料表面電阻率為2.9X 1O7 Ω / D，防靜電效果較好。
[0028]實(shí)施例2:
[0029]一種本發(fā)明的防靜電陶瓷材料，該防靜電陶瓷材料以氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片為基體，基體表面存在厚約13微米的表面改性層，表面改性層中含有鐵元素和碳元素。
[0030]一種上述本實(shí)施例的防靜電陶瓷材料的制備方法，與實(shí)施例1的步驟基本相同，區(qū)別僅在于:基體材料為氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片。最終得到的防靜電陶瓷材料的表面電阻率為1.7Χ107Ω/ □，可以起到防靜電的效果。
[0031]實(shí)施例3:
[0032]一種本發(fā)明的防靜電陶瓷材料，該防靜電陶瓷材料以氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片為基體，基體表面存在厚4微米的表面改性層，表面改性層中含有鐵元素和碳元素。
[0033]一種上述本實(shí)施例的防靜電陶瓷材料的制備方法，與實(shí)施例1的步驟基本相同，區(qū)別僅在于:步驟(2)中加熱升溫至1000°C。最終得到的防靜電陶瓷材料的表面電阻率為3.5Χ108Ω/ □，可以起到很好的防靜電效果。
[0034]實(shí)施例4:
[0035]一種本發(fā)明的防靜電陶瓷材料，該防靜電陶瓷材料以氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片為基體，基體表面存在厚7微米的表面改性層，表面改性層中含有鐵兀素和碳兀素。
[0036]一種上述本實(shí)施例的防靜電陶瓷材料的制備方法，與實(shí)施例1的步驟基本相同，區(qū)別僅在于:步驟(2)中加熱升溫至1100°C，保溫8小時。最終得到的防靜電陶瓷材料的表面電阻率為7.5Χ106Ω/ □，可以起到防靜電的效果。
[0037]實(shí)施例5:
[0038]一種本發(fā)明的防靜電陶瓷材料，該防靜電陶瓷材料以氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷方片為基體，基體表面存在厚14微米的表面改性層，表面改性層中含有鐵元素和碳元素。
[0039]一種上述本實(shí)施例的防靜電陶瓷材料的制備方法，與實(shí)施例1的步驟基本相同，區(qū)別僅在于:步驟(2)中電阻爐內(nèi)采用真空。最終得到的防靜電陶瓷材料的表面電阻率為4.3Χ105Ω/ □，可以起到防靜電的效果。
[0040]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)該指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。`
【權(quán)利要求】
1.一種防靜電陶瓷材料，其特征在于，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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防靜電陶瓷材料，其特征在于，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。
3.一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(jìn)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5_，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10_，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°C~1400°C，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。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，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。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，所述鐵粉為還原鐵粉或霧化鐵粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，所述電阻爐的爐內(nèi)氣氛為空氣氣氛、惰性氣體保護(hù)氣氛或真空。`
【文檔編號】C04B41/85GK103497003SQ201310511882
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】楊現(xiàn)鋒, 徐協(xié)文, 李勇 申請人:長沙理工大學(xué)