[发明专利]一种石墨电极功能陶瓷器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能陶瓷材料领域，特别提供了一种石墨电极功能陶瓷器件及其制备方法。

背景技术

功能陶瓷具有电、磁、光、声、热、化学、生物等各种性能，并且通过各种性能的相互耦合显示各种功能和效应，在微电子技术、光电子技术、传感技术、水声工程、医用仪器、航空航天技术以及家用电器等方面得到了广泛的应用。功能陶瓷介质最重要的性质是在外电场作用下能够极化，也就是介质内质点(原子、分子、离子)正负电荷重心分离转变成偶极子的过程，经过极化工艺处理的陶瓷显示各种功能和效应。极化是功能陶瓷制备过程中至关重要的一个环节，将直接影响着功能陶瓷电学性能的好坏。在功能陶瓷的极化过程中，电极材料的选择至关重要。传统的极化工艺采用银作为电极材料，存在以下缺点：(1)银作为一种贵重金属，其价格随市场波动大，且呈上升趋势，银的价格直接影响着功能陶瓷器件的生产成本；(2)银在空气中易被氧化和硫化，使得功能陶瓷器件在一些恶劣环境中使用时性能劣化；(3)由于焙银的厚度不均匀，使得功能陶瓷的电学性能以及成品率明显下降。目前研究资料表明，对取代银电极的研究已经取得了一定的进展。专利CN1885583A公开了一种锡或锡合金电极压电陶瓷器件，此电极材料与基体的附着力强、抗拉力大。专利CN2614386Y公开的镍磷合金电极压电陶瓷器件是在压电陶瓷基体上先后涂覆薄银层、镍磷合金层和钛膜或锆膜层，这种复合电极层具有耐磨损、强度大、耐腐蚀等优点。专利CN2696135Y公开了一种钝化银电极陶瓷元件，即在陶瓷元件的银电极上再覆盖一层钝化银膜，达到提高抗氧化能力，在使用和储存过程中不改变其可焊性和导电性能的目的，但是该专利没有设计此种钝化银膜的制备工艺以及成分。专利CN101354961A涉及一种陶瓷电容器电极用导电铜浆的制备方法，即以乙基纤维素、酚醛树脂、超细铜粉、硼硅玻璃粉以及稀释剂为原料，经过充分混合、碾磨制得导电铜浆。该电极的性能与贵金属银制成导电浆料相同，价格低廉，明显降低了陶瓷电容器的制造成本。专利CN1598982A发明一种片式多层陶瓷电容器用电极浆料，此电极浆料包括镍金属粉、陶瓷添加剂以及有机载体。用该浆料制作的陶瓷电容器具有电学性能优异、可靠性高、易小型化、容量大等优点，并可防止陶瓷体开裂、降低生产成本。专利CN1402273A公开一种高比电容电极材料的制备方法，包括以石油焦或沥青焦为原料、KOH为活化剂制备高比表面积粉状活性炭，以及用酚醛树脂、糠醛为原料制备炭气凝胶后，将二者以1∶0.05～1的质量比混合，加入2-10％的粘结剂，混合均匀后即可制成高比电容的电极材料。专利CN1328328A公开了一种镍电极PTC(Positive Temperature Coefficient)压电陶瓷元件及其制造工艺，在PTC压电陶瓷片上用化学镀或电镀工艺镀覆镍电极，经高温处理后制得镍电极PTC压电陶瓷元件，该电极强度高、不易氧化，在高电压冲击下电阻变化小，使用寿命长，生产周期短。专利CN2489437Y公开了一种用于发热电器的钛合金电极压电陶瓷元件，在压电陶瓷片上镀覆镍电极，在镍电极上加镀钛合金电极。此种压电陶瓷保持了镍电极压电陶瓷元件的优点，具有明显抗氧化腐蚀和经电压冲击寿命试验电阻变化较小的特点。

综上所述，目前对功能陶瓷电极材料的研究主要从降低生产成本、提高电极材料的稳定性以及使用寿命方面入手，研究大多采用以贱金属取代贵金属银作为电极材料，这对降低生产成本有一定的功效。然而，上述发明为了保证陶瓷其他方面的性能(如电极强度、抗腐蚀性等)而使制备工艺复杂化，造成了陶瓷生产周期的延长，不适宜大规模的生产利用。石墨电极由于制备简便、价格低廉、电位窗口较宽、性能稳定等优点，已被广泛的研究和应用，但是目前均未见到在功能陶瓷领域中使用石墨作为电极材料的研究报道。

发明内容

本发明目的是用廉价的石墨材料代替贵金属银，降低含银电极器件的生产成本，简化制作工艺，解决以往银电极在焊接过程中牢固性差，产品合格率低的技术难题。

一种石墨电极功能陶瓷器件及其制备方法，其特征在于在压电陶瓷表面采用手工涂覆法、磁控溅射法、熔融淬火法、脉冲激光沉积法、热喷涂法或真空蒸镀法等方式制备石墨电极薄膜，再将石墨电极薄膜放入硅油中加热至120℃，在4kV/mm电压下保持50min进行极化，降温至室温，测试相关性能。

所述石墨电极适用于以下几种功能陶瓷：