一种纤维状LSCO导电陶瓷材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种纤维状La1‑

【技术实现步骤摘要】
一种纤维状LSCO导电陶瓷材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及导电陶瓷纤维的制备技术，具体涉及一种纤维状La1‑
x
Sr
x
CoO3‑
δ
导电陶瓷材料的制备方法，纤维状La1‑
x
Sr
x
CoO3‑
δ
可作为增强相来制备银基电接触材料。

技术介绍

[0002]在电气时代的背景下，电力设施、电子电器产品迅速发展，使电接触材料的应用范围越来越广，用量也越来越大。在电接触材料中，银基复合材料因其具有良好的抗熔焊性、导电性、接触电阻低且稳定等优势，广泛应用于断路器和接触器等元器件。导电陶瓷因其具有类金属态导电性、耐高温且力学性能好等优点，可作为电接触复合材料第二相的理想选择。其中一种钙钛矿结构的高温超导导电陶瓷La1‑
x
Sr
x
CoO3‑
δ
(以下简称LSCO)，其电阻率低、结构性能参数可调，已被研究应用于电接触复合材料，具有优异的导电性能及合适的硬度，但Ag/LSCO电接触材料的加工性能差，无法实现工业化生产，因此可将LSCO导电陶瓷调控为纤维形貌，进一步增强其导电性，并且利用纤维增韧机理(纤维的拔出、脱粘、搭桥增韧)，增大Ag/LSCO电接触材料的断裂能，从而改善其加工性能，解决其无法产业化的问题。
[0003]目前，制备纳米纤维的方法有模板合成法、自组装法、拉伸法和静电纺丝法等，其中静电纺丝法以其制备装置简单、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一，但其要求高聚物(PEO、PVA、PVP等)作为纤维成型剂，并且高聚物的分子量及浓度等参数是影响纤维直径与质量的重要指标，导致成本高且产率低。和传统静电纺丝工艺技术相比，气纺丝技术生产纳米纤维材料的速率比之高几倍，在调控纤维形貌和直径的同时能够实现生产规模化，但目前工艺同样要求高聚物作为纤维成型剂。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，提供一种采用溶胶凝胶结合气纺丝合成纤维型LSCO导电陶瓷的制备方法，从而可不再使用高聚物这一纤维成型剂，合成方法简单，成本低廉且生产速率高。该方法制得的产品能够用于改善电接触材料的电学性能及加工性能，将制得的纤维型LSCO导电陶瓷作为银基电接触复合材料的第二相，增强导电性的同时改善加工性能，为其工业化生产奠定基础。
[0005]为解决技术问题，本专利技术的解决方案的具体步骤如下：
[0006](1)溶胶凝胶法制备前驱体溶液
[0007]按La
3+
:Sr
2+
:Co
3+
的摩尔比为1:4:5～4:1:5称取各自前驱体，加入去离子水中，配置成金属离子浓度为0.5～2.0mol/L的混合溶液，以磁力搅拌至完全溶解；
[0008]按络合剂与金属离子的摩尔比为1～5:1称取络合剂，加入上述混合溶液中，并加氨水调pH值为7～10，50～80℃水浴搅拌3～10h，再在室温下搅拌10～20h，陈化24～48h，获得一定粘度(0.2～0.9Pa
·
s)与表面张力(30～40mN/m)的前驱体溶液。
[0009](2)气纺丝
[0010]将所述前驱体溶液作为纺丝液进行气纺丝，针头内径为0.1～1.5mm，针筒推注速
度为0.3～7mL/h，气氛为空气，空气流量为50～200L/min，收集距离为50～200cm，同时辅以烤灯加快液相蒸发，得到前驱体纤维。
[0011](3)煅烧处理
[0012]将所述前驱体纤维进行预烧处理，预烧温度为150～200℃，保温时间1～5h，然后在空气中煅烧，煅烧温度为700～900℃，升温速率为1～5℃/min，保温时间1～3h，得到黑色纤维状LSCO导电陶瓷材料。
[0013]作为本专利技术的优选方案，所述La
3+
的前驱体为硝酸镧，Sr
2+
的前驱体为硝酸锶，Co
3+
的前驱体为硝酸钴。
[0014]作为本专利技术的优选方案，步骤(1)中所述络合剂为马来酸、丙烯酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、葡萄糖中的一种或几种。
[0015]作为本专利技术的优选方案，所述络合剂为马来酸和丙烯酸，其中按摩尔比为马来酸:
[0016]丙烯酸:金属离子＝1.5:1:1。
[0017]作为本专利技术的优选方案，步骤(1)中加氨水调pH值为9.5，70℃水浴搅拌4h，在室温下搅拌12h，陈化24h，得到具有一定流动性、粘度的前驱体溶液。
[0018]作为本专利技术的优选方案，步骤(2)中气纺丝时使用内径为0.5mm的针头，针筒推注速度为3mL/h，空气流量为80L/min，收集距离为50cm。
[0019]作为本专利技术的优选方案，步骤(3)中所述预烧温度为180℃，保温时间3h，所述煅烧温度为700℃，保温时间3h，升温速率为1℃/min。
[0020]本专利技术进一步提供了制备获得的LSCO导电陶瓷纤维材料的应用，以银粉为基体相，以纤维状LSCO导电陶瓷材料为增强相，利用成型烧结工艺制备Ag/LSCO电接触材料。
[0021]更进一步地，所述应用的具体实现方法为：按质量比86:14～92:8称取银粉与上述纤维状LSCO导电陶瓷材料，加入球磨罐中，研磨球与物料质量比为2～5:1，转速为150～500rpm，混合3～6h，获得银基复合材料；在900～1200MPa下压制成型后进行烧结，烧结温度为700～900℃，保温时间为4～8h，再经相同压制烧结工艺进行复压复烧，得到Ag/LSCO电接触材料。
[0022]作为本专利技术的优选方案，银粉与LSCO导电陶瓷纤维材料的质量比为90:10，球料质量比为4:1，转速为300rpm，混合4h获得银基复合材料，压制压力为1100MPa，烧结温度为880℃，保温时间为6h，最终得到Ag/LSCO电接触材料。
[0023]本专利技术的专利技术原理为：
[0024]LaCoO3具有标准的ABO3型钙钛矿结构，掺杂锶后，由于锶离子的半径比镧离子的半径略大，原有的钙钛矿结构发生畸变，但又不至于破坏原有结构。LSCO因其结构的复杂多变而有着丰富的电学、磁学、光学等性质，其晶格常数和晶型均会随温度和锶掺杂量的改变而变化，例如随着锶掺杂量的增加，LSCO的电导率先增大，经过一个最大值后逐渐减小。研究表明LSCO在高温电弧作用下会发生分解，有助于吸收电弧能量，且其分解产物会停留在熔池中，利于改善熔池黏度和表面张力，减少液滴喷溅，提高电接触材料的抗电弧侵蚀能力。Ag/LSCO电接触材料因其具有优异的导电性、合适的硬度、接触电阻低且稳定、抗熔焊力与抗电弧侵蚀能力强等优势可作为一种新型电接触材料进行研究与发展。
[0025]气纺丝技术不需要外加电场促使纤维生成，因此不要求溶液有导电性质，即可以不使用高聚物作为纤维成型剂，但要求前驱体溶液具有一定的粘度和较小的表面张本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维状La1‑
x
Sr
x
CoO3‑
δ
导电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)溶胶凝胶法制备前驱体溶液按La
3+
:Sr
2+
:Co
3+
的摩尔比为1:4:5～4:1:5称取各自前驱体，加入去离子水中，配置成金属离子浓度为0.5～2.0mol/L的混合溶液，以磁力搅拌至完全溶解；按络合剂与金属离子的摩尔比为1～5:1称取络合剂，加入所述混合溶液中，并加氨水调pH值为7～10，50～80℃水浴搅拌3～10h，再在室温下搅拌10～20h，陈化24～48h，获得粘度为0.2～0.9Pa
·
s、表面张力为30～40mN/m的前驱体溶液；(2)气纺丝将所述步骤(1)得到的前驱体溶液作为纺丝液进行气纺丝，得到前驱体纤维；(3)煅烧处理将所述步骤(2)得到的前驱体纤维进行预烧处理并保温，然后在空气中煅烧，得到黑色纤维状LSCO导电陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述La
3+
、Sr
2+
、Co
3+
的前驱体分别为硝酸镧、硝酸锶、硝酸钴。3.根据权利要求1所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨辉，刘振武，申乾宏，吴艳芳，曹旭丹，邹日，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：