一种碳复合陶瓷线性电阻及其制备方法技术

一种碳复合陶瓷线性电阻及其制备方法，属于电力电子元件技术领域，以氧化铝、膨润土、碳材料、石墨烯片为原料，通过球磨混料、压制生坯、气氛保护烧结、喷银处理等工艺，制备碳复合陶瓷线性电阻；本发明专利技术制备的碳复合陶瓷线性电阻的电阻率可通过调控碳添加量、烧结温度及保温时间进行一定范围的控制，同时具备良好的导热、抗腐蚀和抗热震能力，可广泛应用于高铁、地铁、轨道交能装备、高压输变电等领域。高压输变电等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种碳复合陶瓷线性电阻及其制备方法


[0001]本专利技术属于电力电子元件
，具体涉及一种碳复合陶瓷线性电阻及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子技术的不断发展，线性电阻作为电子元器件的重要组成部分，其应用范围也越来越广泛，涵盖了汽车电子、通信电子、医疗器械、工业自动化等多个领域。传统的线性电阻材料在高温、高压、腐蚀等极端环境下易受损，其线性度和稳定性能也存在一定的局限性。碳陶线性电阻材料，因具有高温稳定性、抗腐蚀性能好、耐磨损等优异特性，近年来引起了广泛的关注。
[0003]碳复合氧化铝陶瓷线性电阻是由介电的氧化铝粉体和导电的碳材料经混合成型烧结而成。碳陶瓷电阻材料具有质量轻、强度高、耐热震、抗腐蚀、高温特性好等特点。然而，目前，碳陶线性电阻的制备存在着制备难度大、生产成本高、线性度差等问题；此外，一般通过增加碳含量的方法降低材料电阻率，但是，碳含量的增加会阻碍烧结收缩从而降低烧结性，影响力学性能。例如，申请号为CN202211058319.0、名称为一种碳复合陶瓷电阻片及其制备方法与应用的专利技术，就是采用气氛保护真空烧结植被的，具有电阻率波动范围大、电阻均匀性差的缺陷。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种碳复合陶瓷线性电阻及其制备方法，在单一碳源的基础上，掺入石墨烯片进行补强，进一步降低了材料的电阻率，扩大了可应用的阻值范围，同时热导率也到了有效提升；本方法具有制备工艺简单、生产成本低、电阻率分散性小等优点，能够满足现代电子元器件对高性能线性电阻的需求，解决了现有碳陶线性电阻密度和电阻率相匹配的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种碳复合陶瓷线性电阻，其原料组分按照质量份数计：氧化铝40～60份，膨润土40～60份，碳材料1～10份、石墨烯片0.2～2份。
[0007]一种碳复合陶瓷线性电阻的制备方法，具体包括如下步骤：
[0008]步骤1：原料的预处理：将氧化铝、碳材料置于烘箱中80
‑
120℃干燥处理，将膨润土置于空气炉800～900℃煅烧2
‑
3h；
[0009]步骤2：准备原料，组分按照质量份数计：氧化铝40～60份，膨润土40～60份，碳材料1～10份、石墨烯片0.2～2份；先将石墨烯片用无水乙醇超声分散，分散后再与其他原料混合；最后将混合后的所有原料倒入球磨罐并再加入无水乙醇混合球磨，然后烘干、过筛，得到混合均匀的粉体；
[0010]步骤3：向混合均匀的粉体中加入粘结剂，研磨、过筛后，根据需求采用模压、等静压的成型方式进行生坯成型，并将生坯放入80
‑
100℃烘箱中干燥；
[0011]步骤4：将步骤3中制备的生坯放在铺有石墨纸的石墨坩埚内，将坩埚置于多功能烧结炉中，充入氮气作为保护气氛，控制升温速率＜12℃/min，高温保温2
‑
4h后随炉冷却；
[0012]步骤5：对步骤4所得试样进行表面打磨处理，在上下表面喷铝或喷银处理，得到碳陶线性电阻材料。
[0013]所述步骤1中，选用的碳材料包括：纳米碳黑、石墨、碳纳米管。
[0014]所述步骤2中，选用的氧化铝为α
‑
Al2O3，粒径分别为0.5μm、5μm、20μm；石墨烯片超声分散时间为0.5～2h，超声分散时无水乙醇与石墨烯片的用量按照：50ml:(02
‑
2)g；球磨时所有原料与无水乙醇体积比3:1；球料质量比为3:1，球磨机转速为100～300r/min，混料10
‑
16h。
[0015]所述步骤3中粘结剂为聚乙烯醇或聚乙烯醇缩醛，用量为整个原料混合后质量的5％～10％；生坯成型压力为75～100MPa。
[0016]所述步骤4中所述氮气压强为0.1～0.3atm，所述高温指保温温度在1100℃～1300℃之间变动，室温至1100℃的升温速率为10℃/min，1100℃以上的升温速率为5℃/min。
[0017]所述步骤5中，采用砂纸进行打磨，砂纸粒度依次为75μm、37.5μm、25μm、18.75μm；喷银的试样在烘箱中干燥2～4h，干燥温度80～100℃。
[0018]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0019](1)本方法制备的碳陶线性电阻与单一碳材料作导电相的相比，石墨烯片的加入使得电阻率显著降低，导热性能也有所提高。
[0020](2)本方法通过调控碳添加量、烧结温度及保温时间进行一定范围的控制，制备的碳陶线性电阻材料的密度和电阻率得到较好的配合，在保证材料具有一定密度和强度的同时拥有更低的电阻率，同时具备良好的导热、抗腐蚀和抗热震能力。
[0021](3)本方法的基本原料使用Al2O3粉末与膨润土，来源广泛、无毒无害，坯体经过常压气氛保护烧结，具有成本低的特点，有利于投入实际工业生产。
附图说明
[0022]图1为实施例1坯体烧结温度制度图。
[0023]图2为实施例1中碳陶线性电阻材料的微观组织图。
具体实施方式
[0024]以下结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，应当理解，此处所述实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]实施例一
[0026]本碳复合陶瓷线性电阻的制备方法，具体包括如下步骤：
[0027]步骤1：原料的预处理：将氧化铝、碳黑粉置于烘箱中100℃干燥处理，将膨润土置于空气炉900℃煅烧2h；
[0028]步骤2：准确称量60g氧化铝粉体、40g膨润土、3.8g纳米炭黑、0.2g石墨烯片，先将石墨烯片用50ml无水乙醇超声分散后，再与其他原料混合；最后将所有原料倒入球磨罐再加无水乙醇球磨混合，然后烘干、过筛，得到混合均匀的粉体；球磨时所有原料与无水乙醇体积比3:1；球料质量比为3:1，球磨机转速200r/min，混料12h，然后烘干、过筛；选用的氧化
铝为α
‑
Al2O3，粒径分别为0.5μm、5μm、20μm，采用不同粗细的α
‑
Al2O3进行颗粒级配可增大生坯的致密度；
[0029]步骤3：向混合均匀的粉体加入PVA溶液，用量为混合粉体质量的5％；研磨过筛后使用模压成型方法压制生坯，使用75MP的压力进行双向加压，保证生坯保持形态且具有一定的强度，保压时间60s，随后将生坯放入烘箱中100℃干燥；
[0030]步骤4：将步骤3中制备的生坯放在铺有石墨纸的石墨坩埚内，将坩埚置于多功能烧结炉中，充入氮气作为保护气氛，参照图1，以10℃/min从室温升至1100℃后，再以5℃/min从1100℃升至1250℃，保温2h，最后随炉冷却至室温；
[0031]步骤5：对步骤4所得样品进行表面打磨处理，砂纸粒度依次为75μm、37.5μm、25μm、18.75μm，在上下表面喷银并在烘箱100℃烘干，得到碳陶线性电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳复合陶瓷线性电阻，其特征在于，其原料组分按照质量份数计：氧化铝40～60份，膨润土40～60份，碳材料1～10份、石墨烯片0.2～2份。2.一种碳复合陶瓷线性电阻的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1：原料的预处理：将氧化铝、碳材料置于烘箱中80
‑
120℃干燥处理，将膨润土置于空气炉800
‑
900℃煅烧2
‑
3h；步骤2：准备原料，组分按照质量份数计：氧化铝40～60份，膨润土40～60份，碳材料1～10份、石墨烯片0.2～2份；先将石墨烯片超声分散后再与其他原料混合；最后将所有原料与无水乙醇倒入球磨罐球磨混合，然后烘干、过筛，得到混合均匀的粉体；步骤3：向混合均匀的粉体中加入粘结剂，研磨、过筛后，根据需求采用模压、等静压的成型方式进行生坯成型，并将生坯放入80
‑
100℃烘箱中干燥；步骤4：将步骤3中制备的生坯放在铺有石墨纸的石墨坩埚内，将坩埚置于多功能烧结炉中，充入氮气作为保护气氛，控制升温速率＜12℃/min，高温保温2
‑
4h后随炉冷却；步骤5：对步骤4所得试样进行表面打磨处理，在上下表面喷铝或喷银处理，得到碳陶线性电阻材料。3.根据权利要求2所述的一种碳复合陶瓷线性电阻的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，选用的碳材料包括：纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建锋，白宇松，王波，张洪源，李凤，夏鸿雁，李春芳，姜晓霞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：