导电氧化锌制备和其在浅色防静电瓷砖中应用

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1、导电氧化锌制备和其在浅色防静电瓷砖中应用摘要：本文采用固相反应法制备了电阻率小于80kQ•cm的AZO导电粉，研究了A1203的掺杂量和粉体合成温度对AZO电阻率的影响，并将所得的AZO粉体加入陶瓷抛光砖坯料中，探讨了AZO粉体对陶瓷砖基本性能的影响，制备出体电阻值达108Q的浅色防静电陶瓷砖。关键词：AZO；导电粉；半导化；防静电；陶瓷1前言随着航空航天、电子、医药、信息等国家战略工业的迅猛发展，人们的生产生活环境对防静电（静电击穿和灰尘控制）、电磁屏蔽功能的要求越来越髙。常用的防静电方法为将导电粉体添加到基材中达到消除静电的效果，基体材料主要有橡胶、塑料、涂料、纺织品、陶瓷等。防静电陶瓷是

2、作为对传统陶瓷进行防静电功能化开发后得到的一种新型陶瓷材料，具有永久、稳定、防火、耐磨、耐酸碱腐蚀、耐高温（达i20（rc）、生态环保、发尘量小等特点，彻底解决了普通HPL和PVC防静电有机材料的易燃、易磨损、变形、断裂、不易清理等问题，可广泛用于航空航天、医院以及国防军事重地等领域。目前市场上的防静电陶瓷砖主要以釉面导电瓷砖和通体导电仿古砖为代表，这两类防静电陶瓷砖都是以导电氧化锡(ATO)为导电材料。由于ATO为深蓝色，用其所制备的防静电陶瓷的颜色较深，限制了陶瓷砖装饰功能的发挥，并且价格昂贵，从而影响了防静电陶瓷的应用和市场推广。要制备便于装饰的浅色防静电陶瓷砖就必须使用耐高温的浅色无机

3、导电材料。氧化锌(ZnO)是一种常用的化工产品，白色或乳白色,价格不贵，在陶瓷色釉料、压敏陶瓷、压电陶瓷、导电陶瓷等领域被大量使用。由于氧化锌具有特别的电子结构，比较容易被半导化，可以制备成浅色导电材料。目前，制备导电氧化锌粉体(AZO)的方法有固相反应法、化学共沉淀法、等离子体法、溶胶一凝胶法、水热法、CVD法等。考虑到陶瓷生产对原材料的需要量大，且材料成本不宜太高，因此，采用工艺相对成熟、成本低且易于批量生产的固相反应法来制备防静电陶瓷砖用导电氧化锌粉体比较适合。本文研究了固相反应法制备导电氧化锌粉体。并对所得的导电氧化锌粉体在浅色防静电陶瓷砖中的应用技术进行了初步探讨。2实验内容2.1实

4、验原料和设备(1)实验原料本实验所用的原料有化学纯氧化锌粉体、氧化铝溶胶、抛光砖坯料。(2)实验设备本实验所采用的设备有行星球磨机、聚氨酯球磨罐、氧化错磨球、分析筛、烘箱、电动液压制样机、高温箱式电炉、髙速万能粉碎机、万用电表、高绝缘电阻测试仪。2.2实验过程2.2.1导电氧化锌的制备过程按配方称取原料，放入球磨罐中；加入40%的蒸镭水，快速球磨2h；浆料过325目筛后在12CTC的烘箱内烘干；将得到的混合物放入刚玉堆埸内。在高温箱式电炉中，按一定升温速度加热到最高温度，并保温2h,随后停炉自冷；将合成所得的块状物粉碎、快速球磨一定时间，得到导电氧化锌粉体。2.2.2防静电陶瓷砖的制备采用防静

5、电陶瓷砖制备的专利技术，将所制得的导电氧化锌粉料按一定比例与陶瓷抛光砖坯料相混合，干压成80mmX120mmX8mm试样，干燥后，般烧到1180°C,保温30min,得到防静电陶瓷砖。2.3电阻率的测试2.3.1导电粉电阻率测试称取30g导电氧化锌粉，用模具以30MPa压成圆片状试样，采用万用电表测量试样电阻R(Q),圆面积S(cm2)和厚度D(cm),计算电阻率：p=RXS/Do2.3.2防静电陶瓷砖电阻值测试将防静电陶瓷砖放入烘箱，经12CTC烘lh后冷至室温(25°C),随后立刻采用高绝缘电阻测试仪测量陶瓷砖的电阻值。3结果分析与讨论2.1导电氧化锌粉体的制备2.1.1三氧化二铝的掺入量

6、对氧化锌导电性的影响当氧化锌晶体中的Zn2+离子被+3价的阳离子取代置换后，在原来Zn2+位置形成一个带正电荷的AlZn,这个正电中心可以把AlZn原子中多余的价电子束缚在它的周围，但束缚力比正常晶格对离子健的价电子的束缚力小很多，容易形成施主中心，从而增加载流子量，降低了氧化锌晶体的电阻率。要实现离子间的取代置换，必须具备一定的内在和外在条件。内在条件之一是相交换的离子的半径相近：外在条件是需要施以一定的离子交换能量。已知A13+的离子半径为0.05nm,Zn2+的离子半径为0.07nm,所以选用A12O3作为氧化锌的半导化掺杂剂是可行的。为使A12O3充分地分散在氧化锌粉体中，选用三氧化二

7、铝溶胶为掺杂剂。不同A12O3掺杂量的氧化锌粉体锻烧1250°C,保温2h后的电阻率如表1所示。由表1可知，A1203的掺入量对氧化锌粉体电阻率影响很大。当A1203的掺入量在0.5wt%〜l・5wt%时，氧化锌粉体的电阻率较低，随着A1203加入量的增加，氧化锌粉体的电阻率又开始升高。因此，适宜的A1203掺杂量为0.5wt%〜1.5wt%o3.1.2合成温度对氧化锌导电性的影响高温合成是实现A