本發(fā)明涉及一種用于防雷的金屬半導(dǎo)瓷片及其制備方法，屬于半導(dǎo)瓷片制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在各種建筑物和設(shè)備都需要有防御雷電的保護(hù)措施，而且隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)雷電災(zāi)害預(yù)防要求更具科學(xué)化和實(shí)效性。接地裝置是防雷施工中的一個(gè)基礎(chǔ)部分，因?yàn)榉卜览紫到y(tǒng)接受到的雷電流都要匯聚到接地裝置那里，最終都要通過(guò)它把這些雷電流釋放到大地中去，如果這一項(xiàng)做不好，不但起不到防雷的作用，反而成為引雷的工具，使被保護(hù)的物體更容易遭受雷擊。所以接地裝置工程做的好與壞可直接從根本上影響防雷的效果，甚至確定防雷系統(tǒng)工程做的成與敗。

金屬材料，由于其具備良好的導(dǎo)電性和經(jīng)濟(jì)性，是接地裝置施工中最重要的首選的材料。但是由于金屬材料作為接地體被埋入地下時(shí)存在著被腐蝕的問(wèn)題，而被腐蝕的接地體對(duì)接地電阻也會(huì)產(chǎn)生較大的影響。加之近年金屬材料的價(jià)格飛漲，進(jìn)而造成施工方成本的增加，使得人們不得不考慮用其它材料來(lái)替代金屬材料作為接地體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)目前常見(jiàn)的防雷材料穩(wěn)定性差、抗腐蝕能力差，暴露在室外經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后容易腐蝕從而影響防雷效果的缺陷，本發(fā)明以牡蠣殼為原料，利用鐘乳石形成原理在干冰的作用下，先和牡蠣殼中碳酸鈣反應(yīng)生成水溶性的碳酸氫鈣并溶于冷凝形成的水珠中滴在納米二氧化鈦表面，在碰撞的瞬間受熱分解成碳酸鈣沉淀包覆在二氧化鈦表面，得到陶瓷基料，再經(jīng)富含羥基的鳳梨汁發(fā)酵改性，增加其表面活性沉積位點(diǎn)，最后再在陶瓷基料表面原位沉積鎳離子，高溫煅燒后即得防雷材料，本發(fā)明制得的防雷材料利用了陶瓷材料的高穩(wěn)定性和耐腐蝕性，將其和金屬?gòu)?fù)配后解決了常見(jiàn)防雷材料穩(wěn)定性差、抗腐蝕能力差，暴露在室外經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后容易腐蝕從而影響防雷效果的問(wèn)題，具有廣闊的應(yīng)用前景。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

（1）稱取1～2kg牡蠣殼用濃度為10%氯化鈣溶液反復(fù)沖洗2～3h后放入烘箱干燥，將干燥后的牡蠣殼放入氣流粉碎機(jī)中粉碎20～30min，再將粉碎后的牡蠣殼碎塊用剛玉研缽研磨30～40min后過(guò)200目篩，得到牡蠣殼粉末；

（2）向布氏漏斗的漏斗瓶中加入50～100g納米二氧化鈦粉末，并在布氏漏斗瓶通氣口密封的情況下向漏斗瓶中注滿干冰，將200～300g上述牡蠣殼粉末放置在布氏漏斗的濾紙上，再將布氏漏斗轉(zhuǎn)入裝有1～2L去離子水的無(wú)菌手套箱中并密閉手套箱；

（3）在手套箱中打開(kāi)布氏漏斗通氣孔，讓漏斗瓶中的干冰升華使無(wú)菌箱中的水蒸氣冷凝成水珠潤(rùn)濕濾紙上的牡蠣殼粉末，潤(rùn)濕牡蠣殼粉末中含有的碳酸鈣和升華后的干冰接觸，反應(yīng)生成溶于水的碳酸氫鈣，沿著濾紙滴入漏斗瓶中納米二氧化鈦粉末表面，在碰撞的瞬間受熱分解成碳酸鈣沉淀包覆在納米二氧化鈦粉末表面，如此反應(yīng)3～4h；

（4）待反應(yīng)結(jié)束后取出布氏漏斗瓶中粉末，按固液比為1:5將粉末和鳳梨汁混合后裝入陶瓷罐中，在30～40℃下自然發(fā)酵10～12天后離心分離得到下層沉淀，依次用無(wú)水乙醇和去離子水分別沖洗3～5遍后放入烘箱，在55～65℃下干燥30～40min得到鈦酸鈣粉末，備用；

（5）稱取30～40g氯化鎳和3～5g聚乙烯吡咯烷酮分散于800～900mL質(zhì)量濃度為70%的乙醇溶液中，用濃度為1mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至8.5～9.0，放置在搖床上振蕩浸漬1～2h得到含鎳沉積液；

（6）向上述含鎳沉積液中加入20～30g備用的鈦酸鈣粉末，放入高分散乳化剪切機(jī)中以4000～5000r/min轉(zhuǎn)速剪切分散30～40min得分散懸浮液，再向懸浮液中加入10～12g次亞磷酸鈉在75～85℃下保溫?cái)嚢璺磻?yīng)過(guò)夜，將過(guò)夜后的反應(yīng)液裝入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌20～30min得到濾渣；

（7）將上述得到的濾渣先放入烘箱在105～110℃下干燥3～5h，再將干燥后的濾渣注入直徑為1～2cm、厚度為3～5mm的不銹鋼模具中，用熱壓機(jī)以5～10MPa的壓力壓制成型，再將其放入箱式電阻爐，在氬氣保護(hù)下以1000～1100℃的溫度保溫煅燒2～4h后拆模即得用于防雷的金屬半導(dǎo)瓷片。

本發(fā)明制備的用于防雷的金屬半導(dǎo)瓷片電阻小于2.5Ω，防腐蝕率為0.0010～0.0030mm/a，使用壽命長(zhǎng)達(dá)40年以上。

本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：

（1）本發(fā)明制備的用于防雷的金屬半導(dǎo)瓷片抗腐蝕能力強(qiáng)，防腐蝕率為0.0010～0.0030mm/a，使用壽命長(zhǎng)達(dá)40年以上；

（2）本發(fā)明制備的用于防雷的金屬半導(dǎo)瓷片防雷效果好，其電阻小于2.5Ω；

（3）本發(fā)明制備步驟簡(jiǎn)單，所需成本低。

具體實(shí)施方式

首先稱取1～2kg牡蠣殼用濃度為10%氯化鈣溶液反復(fù)沖洗2～3h后放入烘箱干燥，將干燥后的牡蠣殼放入氣流粉碎機(jī)中粉碎20～30min，再將粉碎后的牡蠣殼碎塊用剛玉研缽研磨30～40min后過(guò)200目篩，得到牡蠣殼粉末；向布氏漏斗的漏斗瓶中加入50～100g納米二氧化鈦粉末，并在布氏漏斗瓶通氣口密封的情況下向漏斗瓶中注滿干冰，將200～300g上述牡蠣殼粉末放置在布氏漏斗的濾紙上，再將布氏漏斗轉(zhuǎn)入裝有1～2L去離子水的無(wú)菌手套箱中并密閉手套箱；在手套箱中打開(kāi)布氏漏斗通氣孔，讓漏斗瓶中的干冰升華使無(wú)菌箱中的水蒸氣冷凝成水珠潤(rùn)濕濾紙上的牡蠣殼粉末，潤(rùn)濕牡蠣殼粉末中含有的碳酸鈣和升華后的干冰接觸，反應(yīng)生成溶于水的碳酸氫鈣，沿著濾紙滴入漏斗瓶中納米二氧化鈦粉末表面，在碰撞的瞬間受熱分解成碳酸鈣沉淀包覆在納米二氧化鈦粉末表面，如此反應(yīng)3～4h；待反應(yīng)結(jié)束后取出布氏漏斗瓶中粉末，按固液比為1:5將粉末和鳳梨汁混合后裝入陶瓷罐中，在30～40℃下自然發(fā)酵10～12天后離心分離得到下層沉淀，依次用無(wú)水乙醇和去離子水分別沖洗3～5遍后放入烘箱，在55～65℃下干燥30～40min得到鈦酸鈣粉末，備用；稱取30～40g氯化鎳和3～5g聚乙烯吡咯烷酮分散于800～900mL質(zhì)量濃度為70%的乙醇溶液中，用濃度為1mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至8.5～9.0，放置在搖床上振蕩浸漬1～2h得到含鎳沉積液；接著向上述含鎳沉積液中加入20～30g備用的鈦酸鈣粉末，放入高分散乳化剪切機(jī)中以4000～5000r/min轉(zhuǎn)速剪切分散30～40min得分散懸浮液，再向懸浮液中加入10～12g次亞磷酸鈉在75～85℃下保溫?cái)嚢璺磻?yīng)過(guò)夜，將過(guò)夜后的反應(yīng)液裝入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌20～30min得到濾渣；最后將上述得到的濾渣先放入烘箱在105～110℃下干燥3～5h，再將干燥后的濾渣注入直徑為1～2cm、厚度為3～5mm的不銹鋼模具中，用熱壓機(jī)以5～10MPa的壓力壓制成型，再將其放入箱式電阻爐，在氬氣保護(hù)下以1000～1100℃的溫度保溫煅燒2～4h后拆模即得用于防雷的金屬半導(dǎo)瓷片。

實(shí)例1

首先稱取2kg牡蠣殼用濃度為10%氯化鈣溶液反復(fù)沖洗3h后放入烘箱干燥，將干燥后的牡蠣殼放入氣流粉碎機(jī)中粉碎30min，再將粉碎后的牡蠣殼碎塊用剛玉研缽研磨40min后過(guò)200目篩，得到牡蠣殼粉末；向布氏漏斗的漏斗瓶中加入100g納米二氧化鈦粉末，并在布氏漏斗瓶通氣口密封的情況下向漏斗瓶中注滿干冰，將300g上述牡蠣殼粉末放置在布氏漏斗的濾紙上，再將布氏漏斗轉(zhuǎn)入裝有2L去離子水的無(wú)菌手套箱中并密閉手套箱；在手套箱中打開(kāi)布氏漏斗通氣孔，讓漏斗瓶中的干冰升華使無(wú)菌箱中的水蒸氣冷凝成水珠潤(rùn)濕濾紙上的牡蠣殼粉末，潤(rùn)濕牡蠣殼粉末中含有的碳酸鈣和升華后的干冰接觸，反應(yīng)生成溶于水的碳酸氫鈣，沿著濾紙滴入漏斗瓶中納米二氧化鈦粉末表面，在碰撞的瞬間受熱分解成碳酸鈣沉淀包覆在納米二氧化鈦粉末表面，如此反應(yīng)4h；待反應(yīng)結(jié)束后取出布氏漏斗瓶中粉末，按固液比為1:5將粉末和鳳梨汁混合后裝入陶瓷罐中，在40℃下自然發(fā)酵12天后離心分離得到下層沉淀，依次用無(wú)水乙醇和去離子水分別沖洗5遍后放入烘箱，在65℃下干燥40min得到鈦酸鈣粉末，備用；稱取40g氯化鎳和5g聚乙烯吡咯烷酮分散于900mL質(zhì)量濃度為70%的乙醇溶液中，用濃度為1mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至9.0，放置在搖床上振蕩浸漬2h得到含鎳沉積液；接著向上述含鎳沉積液中加入30g備用的鈦酸鈣粉末，放入高分散乳化剪切機(jī)中以5000r/min轉(zhuǎn)速剪切分散40min得分散懸浮液，再向懸浮液中加入12g次亞磷酸鈉在85℃下保溫?cái)嚢璺磻?yīng)過(guò)夜，將過(guò)夜后的反應(yīng)液裝入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌30min得到濾渣；最后將上述得到的濾渣先放入烘箱在110℃下干燥5h，再將干燥后的濾渣注入直徑為2cm、厚度為5mm的不銹鋼模具中，用熱壓機(jī)以10MPa的壓力壓制成型，再將其放入箱式電阻爐，在氬氣保護(hù)下以1100℃的溫度保溫煅燒4h后拆模即得用于防雷的金屬半導(dǎo)瓷片。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制備的用于防雷的金屬半導(dǎo)瓷片電阻為2.4Ω，防腐蝕率為0.0030mm/a，使用壽命長(zhǎng)達(dá)41年。

實(shí)例2

首先稱取1kg牡蠣殼用濃度為10%氯化鈣溶液反復(fù)沖洗2h后放入烘箱干燥，將干燥后的牡蠣殼放入氣流粉碎機(jī)中粉碎20min，再將粉碎后的牡蠣殼碎塊用剛玉研缽研磨30min后過(guò)200目篩，得到牡蠣殼粉末；向布氏漏斗的漏斗瓶中加入50g納米二氧化鈦粉末，并在布氏漏斗瓶通氣口密封的情況下向漏斗瓶中注滿干冰，將200g上述牡蠣殼粉末放置在布氏漏斗的濾紙上，再將布氏漏斗轉(zhuǎn)入裝有1L去離子水的無(wú)菌手套箱中并密閉手套箱；在手套箱中打開(kāi)布氏漏斗通氣孔，讓漏斗瓶中的干冰升華使無(wú)菌箱中的水蒸氣冷凝成水珠潤(rùn)濕濾紙上的牡蠣殼粉末，潤(rùn)濕牡蠣殼粉末中含有的碳酸鈣和升華后的干冰接觸，反應(yīng)生成溶于水的碳酸氫鈣，沿著濾紙滴入漏斗瓶中納米二氧化鈦粉末表面，在碰撞的瞬間受熱分解成碳酸鈣沉淀包覆在納米二氧化鈦粉末表面，如此反應(yīng)3h；待反應(yīng)結(jié)束后取出布氏漏斗瓶中粉末，按固液比為1:5將粉末和鳳梨汁混合后裝入陶瓷罐中，在30℃下自然發(fā)酵10天后離心分離得到下層沉淀，依次用無(wú)水乙醇和去離子水分別沖洗3遍后放入烘箱，在55℃下干燥30min得到鈦酸鈣粉末，備用；稱取30g氯化鎳和3g聚乙烯吡咯烷酮分散于800mL質(zhì)量濃度為70%的乙醇溶液中，用濃度為1mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至8.5，放置在搖床上振蕩浸漬1h得到含鎳沉積液；接著向上述含鎳沉積液中加入20g備用的鈦酸鈣粉末，放入高分散乳化剪切機(jī)中以4000r/min轉(zhuǎn)速剪切分散30min得分散懸浮液，再向懸浮液中加入10g次亞磷酸鈉在75℃下保溫?cái)嚢璺磻?yīng)過(guò)夜，將過(guò)夜后的反應(yīng)液裝入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌20min得到濾渣；最后將上述得到的濾渣先放入烘箱在105℃下干燥3h，再將干燥后的濾渣注入直徑為1cm、厚度為3mm的不銹鋼模具中，用熱壓機(jī)以5MPa的壓力壓制成型，再將其放入箱式電阻爐，在氬氣保護(hù)下以1000℃的溫度保溫煅燒2h后拆模即得用于防雷的金屬半導(dǎo)瓷片。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制備的用于防雷的金屬半導(dǎo)瓷片電阻為2.3Ω，防腐蝕率為0.0010，使用壽命長(zhǎng)達(dá)42年。

實(shí)例3

首先稱取1.5kg牡蠣殼用濃度為10%氯化鈣溶液反復(fù)沖洗3h后放入烘箱干燥，將干燥后的牡蠣殼放入氣流粉碎機(jī)中粉碎25min，再將粉碎后的牡蠣殼碎塊用剛玉研缽研磨35min后過(guò)200目篩，得到牡蠣殼粉末；向布氏漏斗的漏斗瓶中加入70g納米二氧化鈦粉末，并在布氏漏斗瓶通氣口密封的情況下向漏斗瓶中注滿干冰，將250g上述牡蠣殼粉末放置在布氏漏斗的濾紙上，再將布氏漏斗轉(zhuǎn)入裝有1L去離子水的無(wú)菌手套箱中并密閉手套箱；在手套箱中打開(kāi)布氏漏斗通氣孔，讓漏斗瓶中的干冰升華使無(wú)菌箱中的水蒸氣冷凝成水珠潤(rùn)濕濾紙上的牡蠣殼粉末，潤(rùn)濕牡蠣殼粉末中含有的碳酸鈣和升華后的干冰接觸，反應(yīng)生成溶于水的碳酸氫鈣，沿著濾紙滴入漏斗瓶中納米二氧化鈦粉末表面，在碰撞的瞬間受熱分解成碳酸鈣沉淀包覆在納米二氧化鈦粉末表面，如此反應(yīng)4h；待反應(yīng)結(jié)束后取出布氏漏斗瓶中粉末，按固液比為1:5將粉末和鳳梨汁混合后裝入陶瓷罐中，在35℃下自然發(fā)酵11天后離心分離得到下層沉淀，依次用無(wú)水乙醇和去離子水分別沖洗4遍后放入烘箱，在60℃下干燥35min得到鈦酸鈣粉末，備用；稱取35g氯化鎳和4g聚乙烯吡咯烷酮分散于850mL質(zhì)量濃度為70%的乙醇溶液中，用濃度為1mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至8.7，放置在搖床上振蕩浸漬1h得到含鎳沉積液；接著向上述含鎳沉積液中加入25g備用的鈦酸鈣粉末，放入高分散乳化剪切機(jī)中以4500r/min轉(zhuǎn)速剪切分散35min得分散懸浮液，再向懸浮液中加入11g次亞磷酸鈉在80℃下保溫?cái)嚢璺磻?yīng)過(guò)夜，將過(guò)夜后的反應(yīng)液裝入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌25min得到濾渣；最后將上述得到的濾渣先放入烘箱在107℃下干燥4h，再將干燥后的濾渣注入直徑為1cm、厚度為4mm的不銹鋼模具中，用熱壓機(jī)以7MPa的壓力壓制成型，再將其放入箱式電阻爐，在氬氣保護(hù)下以1050℃的溫度保溫煅燒3h后拆模即得用于防雷的金屬半導(dǎo)瓷片。經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明制備的用于防雷的金屬半導(dǎo)瓷片電阻為2.1Ω，防腐蝕率為0.0015，使用壽命長(zhǎng)達(dá)41年。