[发明专利]一种导电陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种导电陶瓷及其制备方法，属于材料领域。本发明所述导电陶瓷采用具有相变增韧能力的Y‑TZP陶瓷作为陶瓷基体，同时通过调配Y₂O₃含量和引入特定含量的相变增强剂，再添加适量的导电相保证导电陶瓷的导电性，最终得到的产品致密度≧97.5％，机械力学性能和导电性能优异，生产成本低且生产规模可控。本发明还公开了所述导电陶瓷的制备方法及应用。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种导电陶瓷及其制备方法。

背景技术

传统的陶瓷材料不导电，是良好的绝缘体。但当陶瓷处于原子外层的电子获得足够的能量时会克服原子核对它的吸引力成为自由电子，此时陶瓷材料就变成了导电陶瓷材料。导电陶瓷属于新型功能特种陶瓷，它既具有传统陶瓷的性质(如具有机械性能好、耐腐蚀、抗氧化、热稳定性好、低成本等特点)，又兼具导电特性，因此被广泛应用于各个领域。然而导电陶瓷应用于诸如智能穿戴设备等领域时要求极高的可靠性，需具备包括高抗弯强度和断裂韧性，良好的导电性，极佳的耐磨性能，耐腐蚀性和良好的生物安全性等，人们对高性能导电陶瓷材料的要求越来越高。

现有技术公开了一种导电陶瓷材料的制备方法，该方案中所述导电陶瓷材料由包含以下重量份的组分制成：三氧化铝65-70份、锂辉石25-30份、铁氧体5-8份、碳化钛2-5份、三氧化二锑2-3份、纳米碳化硅粉末1-2份、聚硅酸铝铁1-2份、碳酸锶0.5-1份、钛酸四丁脂0.5-1份和过硫酸铵0.02-0.8份。然而这种导电陶瓷材料电阻率较高，导电率低，机械性能如断裂韧性较差。

现有技术还公布了一种高致密度氧化锆导电陶瓷及其制备方法，该方案采用纳米级钇稳定氧化锆粉与纳米级碳化硼粉用高能球磨的办法对粉末进行混合并制成浆料，然后通过离心喷雾造粒的方法进行造粒，通过冷等静压压制成型，最后通过热等静压烧结的方法制成产品。所述产品抗弯强度较高，但电阻率高，导电性能差；同时制备该产品使用的热等静压压烧结工艺耗能高，产量低，产品形状尺寸受限，不适合规模化大批量工业生产。

因此，现有技术中制备的导电陶瓷还无法同时兼顾生产成本、生产规模及产品性能(机械性能和导电性能)。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种导电陶瓷，该产品具备高抗弯强度和断裂韧性，良好的导电性，极佳的耐磨性能，耐腐蚀性和良好的生物安全性等特点，同时制备成本低，生产设备要求低，可满足诸如智能终端等领域对导电陶瓷的高性能要求和生产大规模的要求。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种导电陶瓷，由以下重量份的原料制备得到：Y₂O₃稳定的氧化锆粉体55～89.95份、导电相10～40份、相变增强剂0.05～5份；所述Y₂O₃稳定的氧化锆粉体中Y₂O₃的含量为1.8wt％～7.2wt％；所述相变增强剂为Mg、Sr、Ba、Ca、Zn、Cu、Ni、Co、Mn、Fe、Ti中至少一种元素的氧化物或烧结后能转变为对应元素氧化物的化合物。

传统现有的导电陶瓷制备技术通常是在陶瓷基体中添加一定量的导电相形成网络而实现导电功能，这些导电相通常为碳化钛、碳化硼、硼化钛等硬质陶瓷。然而这些材料其本身硬度高、脆性大，大量引入会大幅降低复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性。

因此，本发明所述导电陶瓷采用具有相变增韧能力的Y-TZP陶瓷(氧化钇稳定的四方氧化锆)作为陶瓷基体，同时通过调配Y-TZP陶瓷基体中Y₂O₃含量和引入少量相变增强剂，再添加适量的导电相保证导电陶瓷的导电性，最终得到致密度≧97.5％，机械力学性能和导电性能优异，生产成本低且生产规模可控的导电陶瓷产品。