复合导电陶瓷粉体的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种ATO/Si3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法，其将Si3N4粉体预先分散在弱酸溶液中，形成浆料，并加热到一定温度；然后，将采用化学共沉淀法生成的ATO(锡锑氧化物)前驱体粒子沉积包覆在Si3N4表面，构成核壳结构复合微粒，再经离心洗涤、微波干燥、焙烧制成ATO/Si3N4复合陶瓷粉体。本发明制成的ATO/Si3N4复合陶瓷粉体导电性好，容易分散；由它制成的导静电陶瓷膜，导静电效果好，且持久稳定。该产品安全环保，易于工业化生产。
【专利说明】—种AT0/Si3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法
[0001]【技术领域】:
本发明涉及一种通过化学反应制备ATO (锡锑氧化物)/Si3N4复合导电陶瓷粉体的方法，属于新材料【技术领域】。
[0002]【背景技术】:
目前，国内外对导电陶瓷粉体或导电陶瓷膜的研究非常活跃。这些研究多数集中在ZrO2, β -A1203、LaCrO3> ZnO及BaPb3等氧化物及各种复合氧化物导电陶瓷方面。例如，ZnO导电陶瓷是以ZnO为主要原料，添加一些使其容易形成导电晶粒的杂质(如Al)，采用特殊的电子陶瓷工艺研制而成。而BaPb3 (BPO)导电陶瓷膜，是以可溶性无机盐为原料，采用溶胶-凝胶技术，在Al2O3衬底上制备了导电性能优良的钙钛矿结构(BPO)导电膜。
[0003]这些制备导电陶瓷(膜)的方法，除用途各有不同外，还存在工序多，耗时长，工艺复杂或原料成本闻等情况，目如尚难以工业化生广。
[0004]
【发明内容】
:
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法，用该制备方法制成的ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体，不易团聚和吸潮，导电性能好，易分散，质量稳定，生产成本低，易于工业化生产，不污染环境。
[0005]本发明的目的可以通过如下措施来得到:一种AT0/Si3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法，其特征在于其包括如下步骤:
(1)反应分散体系的配制:在反应器中，加入去离子水，在不断搅拌下，加入Si3N4粉体，用盐酸(1:1)溶液调节溶液的PH=I?5 ;
(2)混合物溶液的配制:取工业乙醇，加入络合剂搅拌溶解，配制成络合剂乙醇溶液；配制四氯化锡、三氯化锑的盐酸溶液；将络合剂乙醇溶液和四氯化锡、三氯化锑的盐酸溶液混合制成锡锑混合溶液；
(3)水解反应:在上述反应分散体系中，同时滴加上述锡锑混合溶液和氨水溶液，控制整个溶液的的PH值为I飞，反应温度为4(T60°C，反应时间为45?120分钟，滴加完后，继续在4(T60°C保温搅拌2?4小时，停止搅拌，放料于塑料桶中，静置至少12小时，形成ATO前驱体/Si3N4复合微粒浆料；
(4)离心洗涤:除去上层清液，用平板离心机离心洗涤，用去离子水洗涤至少三遍，直至无Cr离子为止；
(5)微波干燥:将离心洗涤后的ATO前驱体/Si3N4复合料置于微波干燥箱中，控制干燥温度为11(T130°C，得ATO前驱体/Si3N4复合粉体；
(6)焙烧:将ATO前驱体/Si3N4复合粉体置于60(T900°C的焙烧炉中恒温焙烧2_4小时，冷却后，再经气流粉碎机粉碎，得ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体。
[0006]为了进一步实现本发明的目的，所述的第(I)步中加入反应器容积的1/2体积的去离子水，Si3N4粉体与去离子水的质量比为12.5%。
[0007]为了进一步实现本发明的目的，所述的第(2 )步中的四氯化锡为无水SnCl4 (发烟液体)，无水SnCl4与三氯化锑(SbCl3)的摩尔比为7?10:1。
[0008]为了进一步实现本发明的目的，所述的第(2)步中的络合剂乙醇溶液中络合剂与三氯化锑(SbCl3)的摩尔比为0.6?1.0:1。
[0009]为了进一步实现本发明的目的，所述的络合剂为柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的至少一种。
[0010]本发明的核心技术是，在适宜分散剂的存在下，控制反应分散体系(Si3N4酸性悬浮水溶液)一定的温度和PH值，以乙醇、盐酸为溶剂的四氯化锡、三氯化锑混合溶液，在络合剂的调控下进行水解反应，生成共沉淀包覆于Si3N4微粒表面，形成ATO前驱体/Si3N4复合微粒，经洗涤、微波干燥、焙烧、气流粉碎得ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体。
[0011]本发明同已有技术相比可产生如下积极效果:本发明的制备方法工序少，耗时短，工艺简单；用该制备方法制成的ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体，不易团聚和吸潮，导电性能好，易分散，质量稳定；生产成本低，易于工业化生产，不污染环境。它是集金属电学性能和陶瓷特性于一身，在具有类金属导电性能的同时，又具有陶瓷的结构特征，其物理化学性质是一般金属材料无法比拟的，同时具有优异的化学稳定性。在导静电陶瓷膜、固体燃料电池电极等领域具有广阔的应用前景。
[0012]【具体实施方式】:下面对本发明的【具体实施方式】做详细说明:
实施例1:一种ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法，其包括如下步骤:
(1)反应分散体系的配制:在反应器中加入2000mL去离子水，在不断搅拌下，加入250g的Si3N4粉体，用盐酸(1:1)溶液调节溶液的PH=I ；
(2)混合物溶液的配制:取工业乙醇600mL，加入柠檬酸2.5g搅拌溶解，配制成络合剂乙醇溶液；取200ml盐酸(1:1)溶液，加入34.0g三氯化锑搅拌溶解，在不断搅拌下再加入310g无水四氯化锡搅拌均匀，配制成四氯化锡、三氯化锑的盐酸溶液；将络合剂乙醇溶液和四氯化锡、三氯化锑的盐酸溶液充分混合制成锡锑混合溶液；
(3)水解反应:在上述反应分散体系(I)中，同时滴加上述(2)锡锑混合溶液和氨水(1:1)溶液，控制整个溶液的PH值为I，反应温度为40°C，反应时间为45分钟。滴加完后，继续在40°C保温搅拌4小时。停止搅拌，放料于塑料桶中，静置至少12小时，形成ATO前驱体/Si3N4复合微粒浆料；
(4)离心洗涤:除去上层清液，用平板离心机离心洗涤，用去离子水洗涤三遍以上，直至无Cr离子为止；
(5)微波干燥:将离心洗涤后的ATO前驱体/Si3N4复合料置于微波干燥箱中，控制干燥温度为110°C，得ATO前驱体/Si3N4复合粉体；
(6)焙烧:将ATO前驱体/Si3N4复合粉体置于600°C的焙烧炉中恒温焙烧4小时。冷却后，再经气流粉碎机粉碎，得ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体，经检测粉末电阻为43Ω。
[0013]实施例2:—种AT0/Si3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法，其包括如下步骤:
(O反应分散体系的配制:在反应器中加入2000mL去离子水，在不断搅拌下，加入250gSi3N4粉体，用盐酸(1:1)溶液调节溶液的PH=3 ；
(2)混合物溶液的配制:取工业乙醇600mL，加入酒石酸4.0g搅拌溶解，配制成络合剂乙醇溶液；取200ml盐酸(1:1)溶液，加入25.0g三氯化锑搅拌溶解，在不断搅拌下再加入250g无水四氯化锡搅拌均匀，配制成四氯化锡、三氯化锑的盐酸溶液；将上述两种溶液充分混合制得锡锑混合溶液； (3)水解反应:在上述反应分散体系(I)中，同时滴加上述(2)锡锑混合溶液和氨水(1:1)溶液，控制整个溶液的PH值为3，反应温度为50°C，反应时间为90分钟。滴加完后，继续在50°C保温搅拌3小时。停止搅拌，放料于塑料桶中，静置至少12小时，形成ATO前驱体/Si3N4复合微粒浆料；
(4)离心洗涤:除去上层清液，用平板离心机离心洗涤，用去离子水洗涤三遍以上，直至无Cr离子为止；
(5)微波干燥:将离心洗涤后的ATO前驱体/Si3N4复合料置于微波干燥箱中，控制干燥温度为120°C，得ATO前驱体/Si3N4复合粉体；
(6)焙烧:将ATO前驱体/Si3N4复合粉体置于700°C的焙烧炉中恒温焙烧2小时。冷却后，再经气流粉碎机粉碎，得ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体，经检测粉末电阻38Ω。
[0014]实施例3:—种AT0/Si3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法，其包括如下步骤:
(O反应分散体系的配制:在反应器中加入2200mL去离子水，在不断搅拌下，加入275gSi3N4粉体，用盐酸(1:1)溶液调节溶液的PH=5 ；
(2)混合物溶液的配制:取工业乙醇600mL，加入苹果酸2.0g搅拌溶解，配制成络合剂乙醇溶液；取200mL盐酸(1:1)溶液，加入23.0g三氯化锑搅拌溶解，在不断搅拌下再加入240g无水四氯化锡搅拌均匀，配制成四氯化锡、三氯化锑的盐酸溶液；将上述两种溶液充分混合制得锡锑混合溶液；
(3)水解反应:在上述反应分散体系(I)中，同时滴加上述(2)锡锑混合溶液和氨水(1:1)溶液，控制整个溶液的PH值为5，反应温度为60°C，反应时间为120分钟。滴加完后，继续在60°C保温搅拌2小时。停止搅拌，放料于塑料桶中，静置至少12小时，形成ATO前驱体/Si3N4复合微粒浆料；
(4)离心洗涤:除去上层清液，用平板离心机离心洗涤，用去离子水洗涤三遍以上，直至无Cr离子为止；
(5)微波干燥:将离心洗涤后的ATO前驱体/Si3N4复合料置于微波干燥箱中，控制干燥温度为130°C，得ATO前驱体/Si3N4复合粉体；
(6)焙烧:将ATO前驱体/Si3N4复合粉体置于900°C的焙烧炉中恒温焙烧2小时。冷却后，再经气流粉碎机粉碎，得ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体，经检测粉末电阻为36Ω。
[0015]实施例4:一种AT0/Si3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法，其包括如下步骤:
(O反应分散体系的配制:在反应器中加入2200mL去离子水，在不断搅拌下，加入275gSi3N4粉体，用盐酸(1:1)溶液调节溶液的PH=2 ；
(2)混合物溶液的配制:取工业乙醇600mL,加入朽1檬酸1.5g、酒石酸2.5g搅拌溶解，配制成络合剂乙醇溶液；取200ml盐酸(1:1)溶液，加入35.0g三氯化锑搅拌溶解，在不断搅拌下再加入340g无水四氯化锡搅拌均匀，配制成四氯化锡、三氯化锑的盐酸溶液；将络合剂乙醇溶液和四氯化锡、三氯化锑的盐酸溶液充分混合制成锡锑混合溶液；
(3)水解反应:在上述反应分散体系(I)中，同时滴加上述(2)锡锑混合溶液和氨水(1:1)溶液，控制整个溶液的PH值为2，反应温度为55°C，反应时间为120分钟。滴加完后，继续在55°C保温搅拌4小时。停止搅拌，放料于塑料桶中，静置至少12小时，形成ATO前驱体/Si3N4复合微粒浆料；
(4)离心洗涤:除去上层清液，用平板离心机离心洗涤，用去离子水洗涤三遍以上，直至无Cr离子为止；
(5)微波干燥:将离心洗涤后的ATO前驱体/Si3N4复合料置于微波干燥箱中，控制干燥温度为110°C，得ATO前驱体/Si3N4复合粉体；
(6)焙烧:将ATO前驱体/Si3N4复合粉体置于800°C的焙烧炉中恒温焙烧2.5小时。冷却后，再经气流粉碎机粉碎，得ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体，经检测粉末电阻为41 Ω。
[0016]以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法，其特征在于其包括如下步骤: (1)反应分散体系的配制:在反应器中，加入去离子水，在不断搅拌下，加入Si3N4粉体，用盐酸(1:1)溶液调节溶液的PH=I?5 ; (2)混合物溶液的配制:取工业乙醇，加入络合剂搅拌溶解，配制成络合剂乙醇溶液；配制四氯化锡、三氯化锑的盐酸溶液；将络合剂乙醇溶液和四氯化锡、三氯化锑的盐酸溶液混合制成锡锑混合溶液； (3)水解反应:在上述反应分散体系中，同时滴加上述锡锑混合溶液和氨水溶液，控制整个溶液的的PH值为1?5，反应温度为4(T60°C，反应时间为45?120分钟，滴加完后，继续在4(T60°C保温搅拌2?4小时，停止搅拌，放料于塑料桶中，静置至少12小时，形成ATO前驱体/Si3N4复合微粒浆料； (4)离心洗涤:除去上层清液，用平板离心机离心洗涤，用去离子水洗涤至少三遍，直至无Cr离子为止； (5)微波干燥:将离心洗涤后的ATO前驱体/Si3N4复合料置于微波干燥箱中，控制干燥温度为11(T130°C，得ATO前驱体/Si3N4复合粉体； (6)焙烧:将ATO前驱体/Si3N4复合粉体置于60(T900°C的焙烧炉中恒温焙烧2_4小时，冷却后，再经气流粉碎机粉碎，得ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体。
2.根据权利要求1所述的一种ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法，其特征在于所述的第(I)步中加入反应器容积的1/2体积的去离子水，Si3N4粉体与去离子水的质量比为 12.5%ο
3.根据权利要求1所述的一种ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法，其特征在于所述的第(2)步中的四氯化锡为无水SnCl4 (发烟液体)，无水SnCl4与三氯化锑(SbCl3)的摩尔比为7?10:lo
4.根据权利要求1所述的一种ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法，其特征在于所述的第(2)步中的络合剂乙醇溶液中络合剂与三氯化锑(SbCl3)的摩尔比为0.6?1.0:1。
5.根据权利要求1所述的一种ATCVSi3N4复合导电陶瓷粉体的制备方法，其特征在于所述的络合剂为柠檬酸、酒石酸、苹果酸中的至少一种。
【文档编号】C04B35/457GK104230346SQ201410476867
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】赵宝勤, 林裕丰 申请人:赵宝勤