一种耐高温印刷材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种耐高温印刷材料，按质量份数计，由10～15份无机连结材料和0.5～6份导电材料混制而成；所述无机连结材料为水玻璃、硅溶胶、铝溶胶、硅酸铝或磷酸二氢铝中的一种或多种的混合；所述石墨粉、石墨烯、碳纳米管、炭黑、氮化钛粉或二氧化钌粉中的一种或多种的混合。本发明专利技术耐高温印刷材料可应用于700℃及以上的高温条件，且无机连结材料在高温热处理后可在导电材料表面形成氧化膜进而阻止导电材料的氧化；同时，本发明专利技术耐高温印刷材料还具有热膨胀系数小、热稳定性强以及与陶瓷基板热匹配性能好的优点。

A kind of high temperature resistant printing material and its application

The invention discloses a high temperature resistant printing materials, according to the quality of the number of copies, by 10 ~ 15 and 0.5 ~ 6 inorganic binding materials a conductive material blended; the inorganic material for connecting one or more mixed water glass, silica sol and alumina sol, aluminum silicate or aluminum hydrogen phosphate two in the mixed; one or more of the graphite, graphene, carbon nanotubes, carbon black, titanium nitride powder or ruthenium oxide powder in the two. The invention of printing material can be used in high temperature and high temperature conditions above 700 DEG C, and the inorganic link material at high temperature after heat treatment to form oxide coatings and prevents the conductive material in the conductive material surface; at the same time, the invention of printing material also has a high temperature coefficient, high thermal stability and thermal properties, ceramic substrate good thermal expansion.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温印刷材料及其应用
本专利技术涉及一种耐高温印刷材料，还涉及上述耐高温印刷材料的应用，属于印刷材料
技术背景自中国专利技术木刻活字印刷技术至今，印刷方式日新月异，包罗万象。当今最常用的工业印刷方法有：胶印、柔性版印刷与丝网印刷等。在传统的印刷工艺中，油墨由于其具有良好的黏附性与均匀性被广泛应用为印刷材料。传统的有机溶剂型油墨由有机溶剂、颜料、有机连结料、填充剂和辅助剂组成。随着印刷技术与其它行业技术的交叉渗透，促进了油墨功能化方向的发展，以满足不同领域的应用需要。传统油墨难以满足日益多元化的需求，如印刷技术与电子技术的交叉结合促生了新兴印刷电子技术，这种电子印刷技术需要油墨具有良好的导电性能，从而满足电子元器件工作的需要。印刷技术与超材料制备的结合可以降低超材料的制备成本，扩宽超材料的应用范围。而超材料对于印刷材料具有特殊的要求，如超材料吸波体需要表面电阻膜具有导电性能的同时还需要具有一定的损耗性能，这就要求印刷材料的电阻率在一个特定的范围区间，既能产生谐振又可以吸收电磁波从而实现超材料吸波体。通过印刷制备超材料已有部分公开，如公开号为CN106427115A和CN106220211A的专利都通过丝网印刷工艺制备了超材料，但他们所使用丝网印刷材料均为二氧化钌基玻璃粉体，二氧化钌的成本极高且颗粒较大，加工精度较差；公开号为CN102718576A的专利通过丝网印刷锰酸锶镧粉与有机溶剂混合液的方式制备了超材料电阻型表面，但其电阻较大且不易调控，制备过程中使用的有机溶剂在高温条件下裂解从而影响性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种耐高温印刷材料，该耐高温印刷材料具有良好的耐高温氧化性能，印刷制得的超材料周期电阻型图案与基板热匹配性能好，可在700℃高温下长时间使用，也不会发生图案的脱落与断裂。本专利技术还要解决的技术问题是提供上述耐高温印刷材料通过丝网印刷工艺或3D打印工艺制备超材料的应用。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种耐高温印刷材料，按质量份数计，由10～15份无机连结材料和0.5～6份导电材料混制而成。本专利技术耐高温印刷材料为悬浮液。其中，所述无机连结材料为水玻璃、硅溶胶、铝溶胶、硅酸铝或磷酸二氢铝中的一种或多种的混合。无机连结材料的黏度应小于3000CPS，且其固化或烧结后产物耐温大于800℃，在烧结或固化后可形成一层氧化膜保护导电材料。其中，所述石墨粉、石墨烯、碳纳米管、炭黑、氮化钛粉或二氧化钌粉中的一种或多种的混合。导电材料与无机连结材料具有良好的结合性，导电材料的室温导电率高于103s/m，熔点高于无机连结材料熔点，从而使印刷材料在高温下使用也不变性。上述耐高温印刷材料通过丝网印刷工艺制备超材料的应用，将耐高温印刷材料通过丝网印刷工艺打印到基板表面，能够获得具有超材料周期电阻型表面的基板。将本专利技术耐高温印刷材料悬浊液通过丝网印刷工艺打印到基板表面，获得具有特定图案的基板；将具有特定图案的基板在烘箱中烘干，得到固化成型的基板；将固化成型的基板在高温下进行热处理。其中，在烘箱中干燥温度为150～250℃，升温速度为1～5℃/min，保温时间为10～24h；烘干操作可以祛除无机粘结材料中的自由水并使无机粘结材料固化。其中，高温热处理温度为400～700℃，升温速度为3～15℃/min，热处理时间为2～10h；当热处理温度高于无机粘结材料熔点且在惰性气体保护下烧结时，无机粘结材料表面层会出现一层致密氧化层进而保护导电材料。上述耐高温印刷材料通过3D打印工艺制备超材料的应用，将耐高温印刷材料通过3D打印工艺打印到基板表面，能够获得具有超材料周期电阻型表面的基板。本专利技术耐高温印刷材料可通过3D打印技术在曲面基板上制备任意厚度与形状的导电图案，同时粘结性强，膜层不易脱落。将本专利技术耐高温印刷材料悬浊液通过3D打印工艺打印到基板表面，获得具有特定图案的基板；将具有特定图案的基板在烘箱中烘干，得到固化成型的基板；将固化成型的基板在高温下进行热处理。其中，在烘箱中干燥温度为150～250℃，升温速度为1～5℃/min，保温时间为10～24h；烘干操作可以祛除无机粘结材料中的自由水并使无机粘结材料固化。其中，高温热处理温度为400～700℃，升温速度为3～15℃/min，热处理时间为2～10h；当热处理温度高于无机粘结材料熔点且在惰性气体保护下烧结时，无机粘结材料表面层会出现一层致密氧化层进而保护导电材料。本专利技术耐高温印刷材料可以在基板上制备出超材料的周期电阻型表面，本专利技术耐高温印刷材料制备的超材料周期表面，可以应用于高温条件下同时与基板的热匹配性能好、超材料周期图案面电阻可通过调整耐高温印刷材料的配比来调整；制得的超材料图案经过700摄氏度3次热循环后的图案仍然没有脱落和断裂。通过超材料设计获得周期图案电阻要求；通过3D打印或丝网印刷工艺将印刷材料制备为周期图案；将具有周期图案的基板在烘箱中烘干，得到固化成型的基板；将固化成型的基板在高温下进行热处理。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有的有益效果为：本专利技术耐高温印刷材料可应用于700℃及以上的高温条件(在700℃条件下能长时间使用)，且无机连结材料在高温热处理后可在导电材料表面形成氧化膜进而阻止导电材料的氧化；同时，本专利技术耐高温印刷材料还具有热膨胀系数小、热稳定性强以及与陶瓷基板热匹配性能好的优点；本专利技术耐高温印刷材料通过3D打印或丝网印刷工艺制得的超材料周期电阻型表面面电阻为5～1000Ω/□，从而实现对电磁波产生谐振的同时产生损耗。附图说明图1是实施例1通过丝网印刷本专利技术耐高温印刷材料制备的基板(20×20个周期)；图2(a)是实施例4通过3D打印本专利技术耐高温印刷材料制备的经热循环后的基板(20×20个周期)，图2(b)是通过3D打印硅树脂基导电油墨制备的经热循环后的基板；图3是本专利技术耐高温印刷材料的面电阻与其中石墨粉含量的关系曲线(电阻膜厚度为15μm)。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明，但本专利技术所要求的保护范围并不局限于此。实施例1按质量比取水玻璃10份，粒径为1μm的石墨粉1份，磁力搅拌20min，获得混合液体；将得到的混合液体用行星式球磨机球磨，球磨时间为30min，球磨速度为500r/min，得到混合均匀的耐高温电阻型悬浊液备用。将得到的悬浊液通过丝网印刷工艺印刷到石英玻璃基板的表面，使用的丝网为250目的水性丝网，手工印刷，得到具有特定图案的基板；将基板在烘箱中烘干，烘箱的升温速度为2℃/min，升温到200摄氏度后保温3h，从而得到固化成型且气孔率极低的印刷图案；为了提升其高温稳定性，去除其中的低熔点杂质和结合水，需要将基板进行高温热处理，升温速度为10℃/min，升温到600℃后保温2h，即可制得如图1所示具有特定图案的石英玻璃基板，实际测试其表面超材料图案厚度为15μm，面电阻为400Ω/m2。图1为本专利技术印刷材料通过丝网印刷工艺在石英玻璃表面印刷的超材料图案，可见，通过本专利技术印刷材料印刷的图案清晰、厚度均匀。同时，相比于传统油墨，本专利技术印刷材料制得的超材料周期图案面电阻符合宽频带超材料的要求：其面电阻为5～1000Ω/□(传统油墨制得周期图案面电阻一般小于1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温印刷材料，其特征在于：按质量份数计，由10～15份无机连结材料和0.5～6份导电材料混制而成。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温印刷材料，其特征在于：按质量份数计，由10～15份无机连结材料和0.5～6份导电材料混制而成。2.根据权利要求1所述的耐高温印刷材料，其特征在于：所述无机连结材料为水玻璃、硅溶胶、铝溶胶、硅酸铝或磷酸二氢铝中的一种或多种的混合。3.根据权利要求1所述的耐高温印刷材料，其特征在于：所述石墨粉、石墨烯、碳纳米管、炭黑、氮化钛粉或二氧化钌粉中的一种或多种的混合。4.权利要求1所述的耐高温印刷材料通过丝网印刷工艺制备超材料的应用。5.权利要求1所述的耐高温印刷材料通过3D打印工艺制备超材料的应用。6.根据权利要求4或5所述的耐高温印刷材料通过丝网印刷工艺或3D打印工艺制备超材料的应用，其特征在于，具体实施步骤为：将耐高温印刷材料通过丝网...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉付，石仁强，韦静新，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32