防靜電陶瓷板的制備與性能研究

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)

[1] 孫飛野， 柯善軍， 田維， 等. 功能型建筑陶瓷技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 佛山陶瓷， 2020， 7： 1-5

[2] 沈金城， 劉歡， 趙江濤， 等. ZrO2摻雜AZO防靜電陶瓷的制備[J]. 人工晶體學(xué)報(bào)，? 2018， 2： 365-369

[3] 王少華， 王瑞峰， 王永強(qiáng)， 等. 防靜電陶瓷磚的制備及其導(dǎo)電機(jī)理[J]. 佛山陶瓷，? 2016， 12： 32-36

[4] 皮陳炳， 蔡雪賢， 張忠健， 等. 防靜電陶瓷的研究進(jìn)展[J].? 湖南有色金屬， 2015， 1： 51-54

[5] 范玉容， 曾德朝， 曹江雄. 導(dǎo)電填料ATO在防靜電陶瓷中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 佛山陶瓷， 2013， 3： 17-18

[6] 金國(guó)庭， 徐瑜， 王毅. 防靜電陶瓷磚的制備與性能研究[J]. 佛山陶瓷， 2013， 7： 12-15

[7] 稅安澤， 覃東， 張勇林， 等. 論功能型建筑陶瓷的作用及其應(yīng)用[J]. 佛山陶瓷， 2012， 6： 11-15

[8] 顏東亮， 吳建青， 鐘燚. 包覆型導(dǎo)電填料的制備及在防靜電陶瓷中的應(yīng)用[J]. 硅酸鹽通報(bào)， 2008， 5： 928-932