一种防静电陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种防静电陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料将氧化锆、α‑氧化铝、耐火耐磨填料、去离子水混合后，湿法球磨、过滤、烘干、粉碎得到球磨料；球磨料真空保温烧结得到陶瓷基体；陶瓷基体、导电纤维、二氧化硅气凝胶粉末混合后，高速干法球磨得到致密保温的陶瓷材料，该陶瓷材料具有优异的强度、耐磨性、抗静电性，通过机械加工、抛光即可得到特定形状尺寸的陶瓷成品，大大节约了能耗和加工成本。

An Antistatic Ceramic Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种防静电陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及特种陶瓷材料
，具体涉及一种防静电陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
防静电陶瓷材料是一种新型的防静电材料，可以克服当前使用的，如环氧类、三聚氰胺类、PVC类防静电涂料、地板、橡胶等高分子材料带来的问题，问题包括易老化、不耐磨、易污染、不防静电、耐久性和防火欠佳等。研究表明，当材料的体积电阻率超过1010Ω·m时，耗散电荷的效果减弱；从消除静电的角度考虑，体积电阻率不超过1010Ω·m，表面电阻在105-109Ω时，积累电荷可以迅速释放，达到防静电效果。普通的陶瓷材料具有很高的电阻率，容易积聚电荷而产生静电，放电时产生的电磁效应干扰精密仪器的正常工作，甚至产生电火花而引燃粉尘，导致爆炸事故。目前防静电材料主要包括以下几类：(1)高分子基复合材料，通过在高分子材料中加入炭黑、石墨、短切纤维、碳纳米管等填料，或者直接利用材料本身形成导电通路，存在填料分散性、耐久性、耐高温性、耐磨损性差的问题；(2)防静电釉，在传统釉粉中加入半导体氧化物颗粒、导电纤维，借助导电颗粒或导电纤维形成的导电网络，实现防静电功能。授权公告号CN103497003B的专利公开了一种防静电陶瓷材料及其制备方法，以氧化锆陶瓷材料为基体，基体表面存在厚度≥2μm的表面改性层，表面改性层中含有铁元素和碳元素，采用铁粉包埋氧化锆、覆盖石墨层、高温加热、冷却得到。该材料具有良好的防静电功能，制备简便，成本低廉。现有的防静电陶瓷材料在选材和制备过程中，仍然存在以下问题：1、常用的高分子类抗静电添加剂耐磨性、阻燃性较差，因静电发生火灾时，会燃烧生成大量有毒烟气，应用范围受到限制；2、大部分采用单一的陶瓷基体，如氧化铝陶瓷基体或氧化锆陶瓷基体，会导致成品电阻率过高，无法保证静电缓慢安全地释放；3、制备过程将基体与导电材料混合后，空气气氛下高温烧结，烧结时间长，导电材料会部分氧化分解生成挥发气体，导致成品不够致密，内部形成大小不均匀的孔洞，无法满足抗静电、保温隔热的要求。
技术实现思路
为了克服上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种防静电陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料采用氧化锆、α-氧化铝、耐火耐磨填料、去离子水混合后，湿法球磨、过滤、烘干、粉碎得到球磨料；球磨料真空保温烧结得到陶瓷基体；陶瓷基体、导电纤维、二氧化硅气凝胶粉末混合后，高速干法球磨得到致密保温的陶瓷材料，该陶瓷材料通过机械加工、抛光即可得到特定形状尺寸的陶瓷成品，与现有技术相比大大节约了能耗和加工成本，同时强度、耐磨性、抗静电性优异。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：本专利技术提供一种防静电陶瓷材料，该陶瓷材料由以下重量份的成分制备而成：氧化锆65-78份、氧化铝12-20份、导电纤维0.35-1.3份、耐火耐磨填料4.5-7.2份、二氧化硅气凝胶粉末3-6份；其中，所述导电纤维的制备方法包括以下步骤：1)将棉浆粕与75-85wt％的离子液体水溶液按照质量比1：8-10混合均匀，得到纺丝原液；2)将氧化石墨烯、磷酸三钙、水性丙烯酸乳液混合均匀后，超声分散于去离子水中，得到浸渍液；其中，氧化石墨烯、磷酸三钙、水性丙烯酸乳液、去离子水的质量比为5:2～3:3～5:80～95；3)将纺丝原液经过滤、纺丝、凝固、拉伸、水洗、漂白后，浸渍于预先升温至75-80℃的浸渍液中，取出后微波干燥，得到该导电纤维。本专利技术考虑到现有技术中大多采用炭黑、石墨、短切纤维、碳纳米管等抗静电填料，会导致陶瓷材料的电阻率过高，无法保证静电缓慢且安全地释放。专利技术人进行大量的实验设计和筛选，将棉浆粕溶解在离子液体水溶液中形成纺丝原液，纺丝原液经常规的过滤、纺丝、凝固、水洗、漂白后，浸渍于含有氧化石墨烯的浸渍液中，微波干燥得到该导电纤维。具体地，棉浆粕中的棉纤维属于天然纤维且具有良好的抗静电性，溶解在离子液体水溶液中，使得纺丝原液的粘度适中，可纺性好；然后将活性高的石墨烯与分散剂硫酸三钙、水性丙烯酸乳液混匀后，通过超声在去离子水中均匀分散，未发生团聚现象，处理后的棉纤维经过浸渍液的浸渍处理，使得石墨烯附着在棉纤维的表面和内部，干燥后的纤维呈现良好的导电性能，体积电阻率经测量达到5.2-5.6×103Ω·m。作为本专利技术进一步的方案，所述离子液体为1-(3-磺酸基)丙酸哌啶十二烷基苯磺酸离子液体；其中，阴离子为十二烷基苯磺酸根，阳离子为1-(3-磺酸基)丙酸哌啶，阴离子与阳离子的摩尔浓度比为1:0.9。作为本专利技术进一步的方案，步骤3)纺丝时的溶液温度为75-85℃，纺丝速率为110-120m/min；凝固浴温度为8-12℃，凝固浴溶液采用15wt％的离子液体水溶液。作为本专利技术进一步的方案，所述耐火耐磨填料的制备方法如下：1)将铝矾土、蒙脱土、二氧化钛、氧化钙、去离子水按照质量比12～18:15～20:3～8:2～5:35～45混合后得到湿料，送入球磨机中，控制球料比1:1，以400-600r/min湿法球磨2-3小时，取出过滤，烘干、粉碎得到粒径0.5-10μm的磨料；2)磨料投入造粒机中，在40-60r/min的转速下加入雾化水形成生球，加水量达到磨料质量的10-15％时，造粒使生球粒径达到100-180μm，取出得填料粗品；3)填料粗品置于160-180℃的烘箱中干燥1-2小时，冷却至室温即可。本专利技术的耐火耐磨填料，选取铝矾土、蒙脱土、二氧化钛、氧化钙与去离子水混合后，湿法球磨得到磨料，磨料在雾化水的作用下造粒得到填料粗品，粗品干燥、冷却后得到成品。现有的具有耐火耐磨功能的添加剂，大多选取金属氧化物或金属单质，通过简单的混合、粉碎、烘干得到，缺乏严格的工艺控制，使得分散性、致密性较差，耐火耐磨性能不稳定。铝矾土是由长石、云母等矿物风化而成，主要矿物类型是三水铝合、硬水铝石和勃姆石。蒙脱土是一类纳米厚度的表面带负电的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用而堆积在一起构成土状矿物，其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，具有独特的一维层状纳米结构和阳离子交换特性。该耐火耐磨填料的成分体系中，铝矾土作为基料，二氧化钛、氧化钙作为耐火助磨添加剂，加水后蒙脱土发挥良好的吸附性吸水膨胀，变成糊状物，对铝矾土、二氧化钛、氧化钙进行包覆，高速湿法球磨使得成分铝矾土、二氧化钛、氧化钙充分撞击分散，得到粒径均匀细小的磨料，烘干过程中蒙脱土失水收缩，对其他成分的粘附作用加强，利于提高造粒时的生球生成速率和粒径的均匀性。该耐火耐磨填料经过球磨、造粒、干燥处理后，使得成分较复杂的铝矾土分散均匀，粒径均匀细小，减弱了后期煅烧过程中成分相互推开导致的膨胀。在1400-1500℃以上烧结时，该耐火耐磨填料会逐渐发生固体颗粒溶解与析晶过程，形成连续的固相骨架，液相填充空隙，致密性好，经检测具有超过1750℃的耐火度。作为本专利技术进一步的方案，所述二氧化硅气凝胶粉末的比表面积为700-760m2/g，堆积密度为110-120kg/m3，气孔率＞90％，孔径≤20nm。本专利技术还提供了上述防静电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：S1、基料球磨：将氧化锆、α-氧化铝、耐火耐磨填料混合均匀得到混合基料，加入混合基料质量8-10倍量的去离子水，送入球磨机中，控制球料比1:1，以400-600r/mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防静电陶瓷材料，其特征在于，该陶瓷材料由以下重量份的成分制备而成：氧化锆65‑78份、α‑氧化铝12‑20份、导电纤维0.35‑1.3份、耐火耐磨填料4.5‑7.2份、二氧化硅气凝胶粉末3‑6份；其中，所述导电纤维的制备方法包括以下步骤：1)将棉浆粕与75‑85wt％的离子液体水溶液按照质量比1：8‑10混合均匀，得到纺丝原液；2)将氧化石墨烯、磷酸三钙、水性丙烯酸乳液混合均匀后，超声分散于去离子水中，得到浸渍液；其中，氧化石墨烯、磷酸三钙、水性丙烯酸乳液、去离子水的质量比为5:2～3:3～5:80～95；3)将纺丝原液经过滤、纺丝、凝固、拉伸、水洗、漂白后，浸渍于预先升温至75‑80℃的浸渍液中，取出后微波干燥，得到该导电纤维。

【技术特征摘要】
1.一种防静电陶瓷材料，其特征在于，该陶瓷材料由以下重量份的成分制备而成：氧化锆65-78份、α-氧化铝12-20份、导电纤维0.35-1.3份、耐火耐磨填料4.5-7.2份、二氧化硅气凝胶粉末3-6份；其中，所述导电纤维的制备方法包括以下步骤：1)将棉浆粕与75-85wt％的离子液体水溶液按照质量比1：8-10混合均匀，得到纺丝原液；2)将氧化石墨烯、磷酸三钙、水性丙烯酸乳液混合均匀后，超声分散于去离子水中，得到浸渍液；其中，氧化石墨烯、磷酸三钙、水性丙烯酸乳液、去离子水的质量比为5:2～3:3～5:80～95；3)将纺丝原液经过滤、纺丝、凝固、拉伸、水洗、漂白后，浸渍于预先升温至75-80℃的浸渍液中，取出后微波干燥，得到该导电纤维。2.根据权利要求1所述的防静电陶瓷材料，其特征在于，所述离子液体为1-(3-磺酸基)丙酸哌啶十二烷基苯磺酸离子液体；其中，阴离子为十二烷基苯磺酸根，阳离子为1-(3-磺酸基)丙酸哌啶，阴离子与阳离子的摩尔浓度比为1:0.9。3.根据权利要求1所述的防静电陶瓷材料，其特征在于，步骤3)纺丝时的溶液温度为75-85℃，纺丝速率为110-120m/min；凝固浴温度为8-12℃，凝固浴溶液采用15wt％的离子液体水溶液。4.根据权利要求1所述的防静电陶瓷材料，其特征在于，所述耐火耐磨填料的制备方法如下：1)将铝矾土、蒙脱土、二氧化钛、氧化钙、去离子水按照质量比12～18:15～20:3～8:2～5:35～45混合后得到湿料，送入球磨机中，控制球料比1:1，以400-600r/min湿法球磨2-3小时，取出过滤，烘干、...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢红兵，
申请(专利权)人：谢红兵，
类型：发明
国别省市：四川,51