静电耗散陶瓷材料及其制备方法

专利名称：静电耗散陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于陶瓷材料的技术领域，该陶瓷材料贝有静电电荷安全放电的静 电耗散性能。
技术背景静电在人们的日常生活和生产工作中无处不庄，只要存在相互摩擦、接触 和分离，就必然会产生静电和静电释放。在科学技术高速发展的时代，各种微电子、光电子器件的应用日益广泛，静电释放(ESD)会改变半导体元件的电性能，降低其性能甚至造成破坏。静电 释放会引起电子系统的紊乱，造成仪器设备故障或失灵。此外，静电释放产生 静电火花，成为易燃易爆品生产中的安全隐患，静电电荷还吸附灰尘，污染环 境。因此，静电释放在各工业领域造成巨大的经济损失，据统计，每年仅电子 工业中因静电释放所造成的经济损失就达千亿笑元。目前，静电危害已引起人们的高度重视，对静电保护的要求也越来越高。 目前应用和研究最多的防静电材料，大多是在聚合物中添加金属和碳黑等导电 材料制成，无法满足一些工装、工具对制造材料的强度和硬度要求，也难以解 决这些材料自身存在的易老化、耐磨性差、耐腐讪性差等问题。而目前销售的 静电耗散陶瓷制品，都是在氧化锆基体中添加^化物导体或半导体材料作为电 阻调节剂，产品机械物理性能较差，生产技术难皮高，成本高，导致产品价格 非常昂贵。 发明内容本发明涉及一种静电耗散陶瓷，通过在氧化锆或氧化铝或氧化锆和氧化铝 混合物基休中添加碳化钛作为电阻调节剂，所用材料为(1)氧化锆含量70~卯％c重量百分比，碳化钛含量10~30%重量百分比；(2)氧化铝含量70 900/。重量Fl' 分比，碳化钛含量10~30%重量百分比；(3)氧化锆含量20~60%市.量百分比， 氧化铝含量20~60%重量百分比；碳化钛含量10 30%重量百分比。经混合、成 型、烧结制成静电耗散陶&，材料表面电阻率为I05 10IQQ / O。本发明所制造的静电耗散陶瓷，制造工艺简华-，性能稳定，町按如下方法进行制造第一歩，将基体材料与碳化钛按70 90: 30 0重量比例混合均匀； 第二步，对混合好的粉料进行机械或人工造粒；第三步，将造粒粉在液压机、冷等静电机或采用粉末注射成型、挤出成型 等方法进行成型；第四步，将成型后的坯件放入真空烧结炉内，在真空环境或氩气气氛保护 条件下，逐步升温烧结；在烧成温度1550'C 1750。C时，保温1 2小时，即获得 静电耗散陶瓷;、第五步，按制造零件的技术要求，进行适当的加工，即得到具有静电耗散 性能的零件(如各种工具、工装、电子元件等)。本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果(1) 、所制造的静电耗散陶瓷，其静电耗散性能稳定、不变；(2) 、与以氧化物半导体材料作为电阻调节剂的静电耗散陶瓷相比，具有 更好的机械物理性能，如硬度高、强度高、冲击韧性高和断裂韧忭高等优点；(3) 、对生产技术和生产环境的要求相对较低，易于生产。


图1是本发明制造的静电耗散陶瓷测量基板示意图。 图2是本发明制造的静电耗散陶瓷检测盘片示意图。图3是防静电防磁调试批示意图。具体实施方法 实施例l(1) 混料78。/。的氧化铝粉和22n/。的碳化钛粉一起放入行星式混粉机中， 充分混合均匀；(2) 将混合好的粉料进行造粒；(3) 用加工好的模具在液压机上压制成型；(4) 将压制好的坯件放入石墨坩埚中，埋上石英粉，一起放入真空烧结炉 内进行烧结，在真空环境下逐步加温，烧成温度为1680'C，保温2小时，再逐 渐降温，至室温后取出；(5) 对烧成毛坯的两端面采用金刚石砂轮悠削。经电性能检测，产品表面电阻率为7.5X108Q / O。该产品可用作测量基 板或半导体材料生产用托板。 实施例2(1) 混料41.5%的氧化锆粉，40%的氧化铝粉和18.5°/。碳化钛粉，放入 行星式混粉机中，充分混合均匀；(2) 将混合好的粉料加入一定比例的有机胶粘剂；(3) 用按零件外形尺寸设计制造的模具，在注射机上进行注射成型；(4) 对注射成型的坯件进行萃取和脱胶处现(5) 将坯件放入石墨坩埚中，埋上石英粉， 一起放入真空烧结炉内，在真 空条件下加热至650'C，再充入氩气，逐步加温至1600'C，保温1小时，逐步降温至室温后取出；(6)对工件两端面按图纸要求进行磨削加工。 该产品为电脑磁头组装生产中所用的检测盘片。经性能检测，产品表面电 阻率为2X1()8Q /0。 实施例3(1) 混料20%的氧化锆粉，65 %的氧化铝粉和15 %碳化钛粉，放入行 星式混粉机中，充分混合均匀；(2) 将混合好的粉料采用挤出法成型；(3) 对坯件进行脱蜡处理后放入石墨坩埚中，埋上石英粉，一起放入真空 烧结炉内，在真空条件下加热至650'C，再充入氩气逐步加温至1585t:,保温l 小时，逐步降温至室温后取出；(4) 对烧成的棒料经无心磨磨削，外圆光蚀后，磨出端部刀口形状。 该产品为防静电防磁调试批，经电性能检测，产品表面电阻率为3.7X108Q /￡7。
权利要求
1. 一种静电耗散陶瓷材料，其组成成份包括A、氧化锆含量70～90％重量百分比，碳化钛含量10～30％重量百分比；B、氧化铝含量70～90％重量百分比，碳化钛含量10～30％重量百分比；C、氧化锆含量20～60％重量百分比，氧化铝含量20～60％重量百分比；碳化钛含量10～30％重量百分比。
2、 如权利要求1所述的静电耗散陶瓷，其特征在于，表面电阻率为105 10|() Q / ￡7。
3、 如权利要求1所述的静电耗散陶瓷，其特征在于，体积电阻为104~109 Q cm。
4、 如权利要求1所述的静电耗散陶瓷，其特征在于，氧化锆的粒度为约 0.05 5微米，氧化铝粒度为约0.05 5微米，碳化钛粒度为约0.5 5微米。
5、 如权利要求1所述的静电耗散陶瓷，其特征在于，释放静电时所产生的 最大静电流不大于3mA。
6、 如权利要求1所述的静电耗散陶瓷，其特征在于，烧结体具有大于约95% 理论密度的密度。
7、 如权利要求1所述的静电耗散陶瓷，其特征在于，在材料中添加少量的 氧化物导体或半导体，如Sn02 、 ZnO等。
8、 如权利要求1所述的静电耗散陶瓷，其特征在于，材料的静电压小于10
9、 如权利要求7所述的静电耗散陶瓷，其特征在于，具有权利要求2、 3、 4、 5、 6和8所具有的材料性能和技术特征。
10、 如权利要求1和权利要求7所述的静电耗故陶瓷，其特征在于，材料的 烧成温度为1550。 C 〗75(T C，烧结气氛为良空烧结或氩气气氛保护烧结。
全文摘要
本发明涉及一种静电耗散陶瓷材料及其制备方法。所述静电耗散陶瓷以氧化锆或氧化铝或氧化锆和氧化铝的混合物为基体，通过添加适当的碳化钛为电阻率调节剂，所用材料为(1)氧化锆含量70～90％重量百分比，碳化钛含量10～30％重量百分比；(2)氧化铝含量70～90％重量百分比，碳化钛含量10～30％重量百分比；(3)氧化锆含量20～60％重量百分比，氧化铝含量20～60％重量百分比；碳化钛含量10～30％重量百分比。通过混合、成型、烧结后，制成表面电阻率为10⁵～10¹⁰Ω/□的静电耗散陶瓷。该材料可用于制造防静电电子元件和各种防静电工具、工装。
文档编号H01B1/14GK101279845SQ20071007198
公开日2008年10月8日 申请日期2007年4月3日 优先权日2007年4月3日
发明者刘永涛, 李新江, 胡忠辉 申请人:胡忠辉