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        防靜電陶瓷板的制備與性能研究

        2024-06-06 14:06:23屈彬魯洋
        佛山陶瓷 2024年5期
        關(guān)鍵詞:表面電阻防靜電

        屈彬 魯洋

        摘 要:以銻摻雜氧化錫(ATO)為導(dǎo)電材料,研究了ATO材料加入量、基礎(chǔ)釉種類、釉層厚度和燒成溫度對(duì)防靜電陶瓷板的表面電阻的影響規(guī)律,采用常規(guī)陶瓷磚生產(chǎn)工藝制備了具有防靜電功能兼具裝飾效果的陶瓷板。結(jié)果表明:添加12%ATO的9165釉料,施釉厚度0.5mm,最高燒成溫度1180℃,燒成周期150min,可制備出符合要求的防靜電陶瓷板,生產(chǎn)的陶瓷板釉面致密平整無(wú)肉眼可見(jiàn)的缺陷,表面電阻值為158MΩ,且釉面呈淺藍(lán)色具有較好的裝飾效果。

        關(guān)鍵詞:陶瓷板 ;防靜電 ;基礎(chǔ)釉;表面電阻

        1 前言

        防靜電陶瓷是一種新型防靜電材料,在克服現(xiàn)有其他材質(zhì)防靜電材料易老化、不耐磨、易污染、耐久性和防火欠佳缺點(diǎn)的同時(shí),兼顧了陶瓷磚美觀耐用、抗壓、耐腐蝕、防污、輻射性低、環(huán)保衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn),是理想的防靜電與裝飾兼容的材料[1-4]。防靜電陶瓷對(duì)安裝有特殊要求,需安裝在金屬框架上,制約其應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室用陶瓷臺(tái)面板大多用裝配方式安裝在金屬框架結(jié)構(gòu)上,如果陶瓷臺(tái)面板具備防靜電功能,很容易實(shí)現(xiàn)臺(tái)面板與地面連接,可起到消除靜電的作用,省去了額外的安裝費(fèi)用,便于推廣應(yīng)用。隨著電子行業(yè)及高精密實(shí)驗(yàn)室對(duì)潔凈度要求越來(lái)越高[5-8],實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板需具備防靜電功能,因此,開(kāi)發(fā)出一款具有防靜電功能的陶瓷臺(tái)面板顯得尤為必要。

        2 實(shí) 驗(yàn)

        2.1 原料與樣品制備

        實(shí)驗(yàn)用導(dǎo)電材料為銻摻雜氧化錫(簡(jiǎn)稱ATO),由廣州宏武材料科技有限公司提供。實(shí)驗(yàn)用釉料由佛山市萬(wàn)島制釉有限公司和佛山市博和高新材料有限公司提供。圖1為防靜電陶瓷制備工藝圖。

        2.2 測(cè)試與表征

        采用MODEL-100表面電阻測(cè)試儀測(cè)試試樣的電阻值,依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26539-2011《防靜電陶瓷磚》的要求判定。采用德國(guó)ZEISS公司的EVO-18型掃描電子顯微鏡(配Oxford能譜儀)觀察試樣的微觀形貌,并檢測(cè)材料微區(qū)成分含量。

        3 結(jié)果分析與討論

        3.1 導(dǎo)電粉體添加量對(duì)試樣導(dǎo)電性能的影響

        圖2為ATO添加量對(duì)樣品磚電阻的影響規(guī)律圖。由圖可知,ATO的添加量越大,導(dǎo)電性能也就越好,可能是ATO含量的增加,使得樣品磚釉層中的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更完善。當(dāng)ATO添加量為12%時(shí),樣品磚電阻值低于1000 MΩ,已達(dá)到防靜電陶瓷標(biāo)準(zhǔn)(0.05~1000 MΩ);當(dāng)ATO添加量為18 %時(shí),樣品磚的電阻低于100 MΩ,防靜電效果非常好。通過(guò)釉面質(zhì)量、防靜電效果和成本的綜合考慮,確定ATO的添加量為12 %。釉層中添加ATO會(huì)使釉面乳濁成淡藍(lán)色,適合制備純藍(lán)色系防靜電陶瓷臺(tái)面板產(chǎn)品。

        3.2 燒成溫度對(duì)試樣導(dǎo)電性能的影響

        對(duì)添加不同含量的ATO導(dǎo)電粉的配方進(jìn)行配料,濕法球磨,調(diào)整漿料固含量在60%施釉后,在不同溫度下進(jìn)行燒成,得到試樣,測(cè)試樣電阻值。測(cè)試結(jié)果如圖3所示。由圖可知,陶瓷磚試樣的表面電阻隨著ATO粉體含量的增加逐漸降低。當(dāng)ATO粉體含量小于9 %時(shí),在不同的燒成溫度下,所制備的陶瓷磚表面電阻均大于1000 MΩ;當(dāng)ATO粉體含量大于或等于12 %時(shí),在不同的燒成溫度下,所制備的陶瓷磚表面電阻均小于1000 MΩ;當(dāng)燒成溫度超過(guò)1235℃時(shí),釉層會(huì)過(guò)燒現(xiàn)象,出現(xiàn)釉面氣泡等缺陷。

        3.3 釉料種類對(duì)試樣導(dǎo)電性能的影響

        選用兩種釉作為基礎(chǔ)釉料,其化學(xué)組成如表1所示。將不同含量的ATO導(dǎo)電粉材料引入不同組成的釉中,調(diào)整釉層厚度為0.5mm,考察不同釉料組成對(duì)釉面導(dǎo)電性能的影響。圖4為不同釉料組成對(duì)添加ATO陶瓷磚電阻的影響。由圖可知,不同ATO導(dǎo)電粉添加量試樣,編號(hào)為9165的基礎(chǔ)釉較編號(hào)為9788的基礎(chǔ)釉具有更低的表面電阻,說(shuō)明9165基礎(chǔ)釉更適合做防靜電陶瓷。

        3.4 釉層厚度對(duì)試樣導(dǎo)電性能的影響

        釉層厚度對(duì)陶瓷磚導(dǎo)電性能有直接的影響。將釉料中ATO導(dǎo)電粉的加入量確定為12%,制備不同厚度的導(dǎo)電釉,考察釉層厚度對(duì)導(dǎo)電性的影響。圖5為釉層厚度對(duì)釉層導(dǎo)電性能的影響。由圖可知,試樣的表面電阻值隨著釉層厚度的增加逐漸降低。當(dāng)施釉厚度為0.3 mm時(shí),制備試樣的電阻為4000 MΩ;當(dāng)施釉厚度要大于等于0.5 mm時(shí),制備試樣的電阻均小于1000 MΩ。為了使電阻值穩(wěn)定在1000 MΩ以下,當(dāng)ATO導(dǎo)電粉的加入量為12%時(shí),釉層厚度需保持在0.5mm以上。

        3.5 防靜電陶瓷板生產(chǎn)應(yīng)用

        根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以ATO為導(dǎo)電材料,選用9165型號(hào)釉料作為基礎(chǔ)釉,ATO的添加量為12%,通過(guò)濕法球磨工藝制備防靜電釉料,釉料過(guò)325目篩余0.24%,釉料含水率為32.3%,比重為1.86 ,釉漿流動(dòng)性為136 s。通過(guò)淋釉或噴釉的方式,控制釉層厚度大于0.5 mm。結(jié)合工廠實(shí)際情況及產(chǎn)品特征,最高燒成溫度確定為1180℃,燒成周期150min,圖6為防靜電陶瓷板實(shí)際燒成溫度曲線。

        圖7為具有防靜電功能的陶瓷板試樣。試樣釉面致密平整無(wú)肉眼可見(jiàn)的缺陷,且釉面呈淺藍(lán)色具有較好的裝飾效果。采用MODEL-100便攜式表面電阻測(cè)試儀測(cè)試試樣表面的點(diǎn)電阻值,結(jié)果表明陶瓷板試樣的表面電阻值為158MΩ,符合要求。圖8為防靜電陶瓷板釉面微觀結(jié)構(gòu)和元素分析。由圖可知,釉面分布大量的微凸結(jié)構(gòu),這些微凸結(jié)構(gòu)是ATO晶粒團(tuán)聚體,也正是因?yàn)檫@些ATO導(dǎo)電微晶結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了釉面的導(dǎo)電功能。同時(shí),微凸結(jié)構(gòu)在宏觀結(jié)構(gòu)上增加了釉面的粗糙度,使得陶瓷釉面具有較好的防滑作用。同時(shí),通過(guò)微區(qū)成分分析可知,釉面分布著大量的Sn元素,也證明了ATO粉體的存在。

        4 結(jié)論

        (1)隨著ATO含量的增加,試樣的表面電阻值越小。當(dāng)ATO添加量為12%時(shí),樣品磚電阻值低于1000 MΩ,已達(dá)到防靜電陶瓷標(biāo)準(zhǔn),釉層中添加ATO會(huì)使釉面乳濁成淡藍(lán)色,適合制備純藍(lán)色系防靜電陶瓷臺(tái)面板產(chǎn)品。

        (2)不同的基礎(chǔ)釉料對(duì)試樣的導(dǎo)電性能有較大影響。編號(hào)為9165的基礎(chǔ)釉較編號(hào)為9788的基礎(chǔ)釉具有更低的表面電阻,本實(shí)驗(yàn)中9165基礎(chǔ)釉更適合做防靜電陶瓷。

        (3)試樣的表面電阻值隨著釉層厚的增加逐漸降低。當(dāng)施釉厚度為0.3 mm時(shí),制備試樣的電阻為4000 MΩ;當(dāng)施釉厚度大于等于0.5 mm時(shí),制備試樣的電阻均小于1000 MΩ。

        (4)生產(chǎn)制備的試樣釉面致密平整無(wú)肉眼可見(jiàn)的缺陷,表面電阻值為158MΩ,符合要求,且釉面呈淺藍(lán)色具有較好的裝飾效果。

        參考文獻(xiàn)

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