[发明专利]一种导电陶瓷及其烧结工艺

说明书

本发明公开了一种导电陶瓷，按重量份计含有55‑90份的导电陶瓷复合材料，1‑5份的粘结剂，0‑5份的烧结助剂，导电陶瓷复合材料的组成通式为：La_(1‑x)Sr_xTiO₃·yZrO₂，其中x,y为摩尔数0.5≤x＜1，0＜y≤0.4，x+y≤1，首先通过溶胶‑凝胶法制备纳米级的SrTiO₃粉末并对其进行气相扩渗稀土化处理，然后结合Zr（NO₃）₄进行烘干磨粉和煅烧，得到纳米级的La_(1‑x)Sr_xTiO₃·yZrO₂粉末复合材料，所述粘结剂为聚乙烯醇，烧结助剂为CaO、Y₂O₃、TiO₂，本发明还提供了这种导电陶瓷的烧结工艺，采用该方法制备的导电陶瓷具有高致密性、高机械强度、低电阻的特点，并可显著降低烧结过程中的温度，减少能耗，具有广阔的发展前景。

技术领域

本发明涉及陶瓷制备技术领域，具体为一种导电陶瓷及其烧结工艺。

背景技术

导电陶瓷属于新型功能特种陶瓷，它是一类基础性材料。它既具有陶瓷的各种性质，如抗氧化、耐高温、耐腐蚀、低成本、机械性能好等特点，又具有金属态的导电特性，导电陶瓷在一定条件下能够产生电子(空穴)、离子(空位)等，而在电场的作用下，能发生电荷定向运动。导电陶瓷具有导电性好、化学性能稳定、抗腐蚀、耐高温等特点，因此导电陶瓷的研究日益得到重视，应用也越来越广泛。

钛酸锶是一种立方钙钛矿型复合氧化物，在室温下满足化学计量比的钛酸锶晶体是绝缘体，但在强制还原或掺杂金属离子的情况下可实现半导化；氧化锆热导率低(1000℃，2 .09W/(m·K))，线膨胀系数大 (25～1500℃9 .4×10-6/℃) ，高温结构强度高，1000℃时耐压强度可达1200～ 1400MPa，导电性好，具有负的电阻温度系数，电阻率1000℃时104Ω·cm，1700℃时6～7 Ω·cm，二者常被用来作为制备导电陶瓷的基体材料。

由于陶瓷的导电机制比较复杂，参与导电的粒子可以是电子、正离子或负离子，陶瓷导电能力与材料中载流子浓度及其迁移率有关，或者说材料的导电性能与材料组成、掺杂、微结构、晶体缺陷、制备工艺及后处理过程密切相关。然而，这些导电陶瓷都具有这样或那样的缺陷，如需要的导电温度过高；或所需要的物质中含有如 SiC，Si3N4 等难以制备的材料，使成本过高；或者耐高温能力差，使用寿命过短；或者电导率太低并难以在较大的范围内进行调制，因此本发明一种新型导电陶瓷可解决上述问题。

在钙钛矿型复合氧化物中引入稀土元素取代部分金属元素可提高其导电性和催化活性，在这类导电材料中La_(1-x)Sr_xTiO₃尤为引人注意，这主要与其晶体结构和单子结构有关，而晶体结构又主要取决于x，即Sr的含量。当0 ＜ x ＜ 0.5时，晶体结构为正交晶系，随着x含量的增加，正交晶系的畸变逐渐消失，直到0.5 ≤ x ＜ 1而成为立体结构，目前国内对La_(1-x)Sr_xTiO₃材料的研究较少，作为导电陶瓷的研究更少，本发明将La_(1-x)Sr_xTiO₃复合ZrO₂制备纳米级的导电陶瓷材料，再结合烧结助剂和粘结剂共同作用并配合特定的工艺流程制备的新型导电陶瓷，具有传统导电陶瓷所不具备的多项优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电陶瓷及其烧结工艺，该导电陶瓷将纳米级的SrTiO₃和ZrO₂陶瓷复合作为基体材料，通过对其进行稀土改性处理降低基体材料的电阻率，并结合烧结助剂进一步提高陶瓷材料的导电性能，本发明还提供了该导电陶瓷的烧结工艺，通过烧结获得一种烧结温度低、机械强度高、电导率大、致密性好的新型导电陶瓷。