一种陶瓷浆料及陶瓷基体的制作方法

1.本发明涉及陶瓷浆料及陶瓷生产技术领域，尤其是指一种陶瓷浆料及陶瓷基体。


背景技术：

2.雾化器上使用的发热体主要包括金属发热体和陶瓷发热体，金属发热体又分为金属发热片或发热丝，是最简易最常见的发热源，具有发热速度快，寿命长，价格低廉等优点，因而被广泛使用。但金属发热体的缺陷是化学性能活泼，不能使用在酸或碱等腐蚀性环境中；同时，如果金属发热体在干烧(在雾化器中的气溶物质不足或者缺失时对发热体导电)时会产生异味。
3.陶瓷发热体是以高纯度陶瓷为基体，表面印刷电阻浆料为热源的发热体。陶瓷的化学性能稳定，不易与其它物质反应，而且发热稳定、温度均恒，因此被经常应用在精确控温的领域中。但是，传统陶瓷发热体强度不高，易在运输、雾化过程中容易开裂；且不导电，需要在其表面包覆导电浆料，才能够应用于气溶胶雾化装置中，作为雾化芯实现基体雾化或者预加热，防止糊芯现象的发生；同时在表面包覆导电浆料的工艺较为复杂，且稳定性差。
4.因此，急需研究一种陶瓷粉体，能够用于制备多孔、导电的陶瓷，使该陶瓷具有高强度、强抗高温氧化性、强抗老化性等高性能，还能够通过调整加入的导电粉以及导电粉的配比实现多梯度方阻。


技术实现要素：

5.针对现有技术的缺点，本发明提供一种陶瓷浆料，包含陶瓷骨架粉、导电粉、造孔剂、性能助剂、粘合剂、分散剂、溶剂，各成分相互协同使得陶瓷浆料能够用于制备导电陶瓷。利用浆料制备得到的陶瓷，平均孔隙率高，具有良好的抗热震性、抗高温氧化性、抗弯强度，且导电性能优异，能够通过调整加入的导电粉以及导电粉的配比实现多梯度方阻，方阻在150-300mω/
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时，雾化芯的导电性能较为优异，能够稳定雾化，因此，该陶瓷可应用于气溶胶雾化装置中制备雾化芯，实现多级加热雾化，防止糊芯现象发生。
6.同时本发明还提供上述的陶瓷浆料的制备方法，以及利用上述的陶瓷浆料制备导电陶瓷的制备方法简单，参数少，利于实现大规模量产。
7.具体的，一方面，本发明公开一种陶瓷浆料，按质量百分比计，包含以下成分：陶瓷骨架粉40-69％，导电粉5-20％，造孔剂20-40％,性能助剂0.15-0.75％,粘合剂2-8％,分散剂0.5-2.0％,溶剂2-10％；
8.所述陶瓷骨架粉为硅藻土、高岭土、硅酸钠中的至少一种；
9.所述导电粉为鳞片石墨、碳纳米管、镍粉、银包铜粉、银包玻璃粉中的至少一种；
10.所述性能助剂为氧化铌、氧化铪和纳米二氧化锆的混合物。
11.优选的，所述性能助剂中,氧化铌占陶瓷浆料总质量的0.05-0.5％、氧化铪占陶瓷浆料总质量的0.05-0.5％，纳米二氧化锆占陶瓷浆料总质量的0.05-0.5％。
12.优选的，所述造孔剂为锯末、淀粉、聚乙烯醇、聚氯乙烯中的至少一种。
13.优选的，所述粘合剂为石蜡、甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯中的至少一种。
14.优选的，所述分散剂为硬脂酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸中的至少一种。
15.优选的，所述溶剂为聚乙二醇、松油醇中的至少一种。
16.本发明还公开上述的陶瓷浆料的制备方法，将导电粉、陶瓷骨架粉、造孔剂和性能助剂预混、研磨，再加入粘合剂、分散剂和溶剂捏合4-12小时，得到所需陶瓷浆料。
17.优选的，所述导电粉需要进行预处理；当导电粉为鳞片石墨或碳纳米管时，所述预处理方法为，将导电粉在250℃-500℃条件下预烧3-6小时；当导电粉为镍粉、银包铜粉或银包玻璃粉时，所述预处理方法为，将导电粉放入无机溶剂中浸泡、抽滤、烘干。
18.另一方面，本发明还公开一种能够导电的陶瓷基体，利用上述的陶瓷浆料，经造粒、注射成型、脱脂烧结后得到。
19.优选的，所述脱脂为，在400-650℃还原气氛中保温2-4小时；所述烧结为，在1100-1300℃还原气氛中保温1.5-3小时。
20.有益效果：
21.(1)本发明的一种陶瓷浆料，包含陶瓷骨架粉、导电粉、造孔剂、性能助剂、粘合剂、分散剂、溶剂，各成分相互协同使得陶瓷浆料能够用于制备能够导电的陶瓷基体。利用陶瓷浆料制备得到的陶瓷，平均孔隙率高，具有良好的抗热震性、抗高温氧化性、抗弯强度，且导电性能优异，能够通过调整导电粉配比实现多梯度方阻，因此，该陶瓷可应用于气溶胶雾化装置中制备雾化芯，实现多级加热雾化，防止糊芯现象发生；具体的，陶瓷的平均孔隙率为50-80％，平均孔径为15-30μm，抗压强度为25-45mpa，水急冷法下抗热震性能较好，高温高湿可靠性测试下抗老化性能较好。
22.(1)本发明的陶瓷浆料的制备方法简单，参数少，利于实现大规模量产；同时在利用上述的陶瓷浆料制备陶瓷基体时，无需在陶瓷表面包覆导电浆料，即制备得到的陶瓷基体本身便具有导电性，操作简单、参数少，有利于大规模量产。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为实施例1制备的陶瓷基体的微观图；
25.图2为对比例1制备的陶瓷基体的微观图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整
体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
28.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
29.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
30.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“浓度”是指质量浓度，而“％”是指质量百分含量；另有解释说明的除外。
31.一种陶瓷浆料
32.按质量百分比计，包含以下成分：陶瓷骨架粉40-69％，导电粉5-20％，造孔剂20-40％,性能助剂0.15-0.75％,粘合剂2-8％,分散剂0.5-2.0％,溶剂2-10％；
33.陶瓷骨架粉为硅藻土、高岭土、硅酸钠中的至少一种；
34.导电粉为鳞片石墨、碳纳米管、镍粉、银包铜粉、银包玻璃粉中的至少一种；其中，镍粉可选为银包镍粉，或球状镍粉(d90＜15μm)；
35.性能助剂为氧化铌、氧化铪和纳米二氧化锆的混合物；其中，所述性能助剂中,氧化铌占陶瓷浆料总质量的0.05-0.5％、氧化铪占陶瓷浆料总质量的0.05-0.5％，纳米二氧化锆占陶瓷浆料总质量的0.05-0.5％；
36.造孔剂为锯末、淀粉、聚乙烯醇、聚氯乙烯中的至少一种；
37.粘合剂为石蜡、甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯中的至少一种；
38.分散剂为硬脂酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸中的至少一种；
39.溶剂为聚乙二醇、松油醇中的至少一种。
40.所述导电粉优选的，包含以下成分：鳞片石墨或碳纳米管中的至少一种，含量为1-20％；以及镍粉、银包铜粉或银包玻璃粉中的至少一种，含量为80-100％。其中，鳞片石墨的片层结构或碳纳米管结构相似，在其中加入镍粉、银包铜粉或银包玻璃粉等导电粉，能够构建良好稳定的一维结构，且具有粘合性，在后续制备过程中，能够构建陶瓷基体的导电结构，为陶瓷基体提供导电性。
41.所述性能助剂，通过氧化铌、氧化铪及纳米二氧化锆的相互协同作用，提高陶瓷的抗热震性、抗高温氧化性、抗弯强度等性能。
42.一种陶瓷浆料的制备方法，包含以下步骤：
43.s1预处理，对导电粉、陶瓷骨架粉、造孔剂进行预处理。
44.具体的，陶瓷骨架粉、造孔剂置于90-110℃烘干炉干燥3-6小时，即可取出备用。
45.导电粉根据成分不同采用不同的处理方式，当导电粉为鳞片石墨或碳纳米管时，所述预处理方法为，将导电粉在250℃-500℃条件下预烧3-6小时；当导电粉为镍粉、银包铜粉或银包玻璃粉时，所述预处理方法为，将导电粉放入无机溶剂中浸泡、抽滤、烘干，所述有机溶剂优选为50％浓度酒精。
46.对导电粉进行预处理的目的是，除去表面的油污、杂质及有机物，预处理后冷却至室温备用。
47.s2捏合，将预处理后的导电粉、陶瓷骨架粉、造孔剂和性能助剂预混、研磨，再加入粘合剂、分散剂和溶剂捏合4-12小时，得到陶瓷浆料。
48.具体的，先将陶瓷骨架粉、导电粉、造孔剂及性能助剂用三维混料机进行预混料，再经过研磨机充分混匀，将上述研磨粉料加入捏合机中，然后依次加入粘合剂、分散剂及有机溶剂，捏合混料4-12个小时，得到陶瓷浆料。
49.一种能够导电的陶瓷基体
50.将上述的陶瓷浆料经造粒、注射成型、脱脂烧结后得到；
51.所述脱脂为，在400-650℃还原气氛中保温2-4小时；所述烧结为，在1100-1300℃还原气氛中保温1.5-3小时。所述还原气氛优选为氮气气氛。
52.具体的，造粒为造粒注塑，将陶瓷浆料静置冷却后，放入造粒机中造粒，形成造粒料；然后将造粒料用成型机进行注射成型，得到成型生坯；脱脂烧结，将成型生坯进行埋粉摆置，使用氮气气氛催化炉进行催化脱脂，再进行烧结得到陶瓷；具体的，催化脱脂为，在400-650℃还原气氛中保温2-4小时；烧结为，在1100-1300℃还原气氛中保温1.5-3小时。
53.实施例1：
54.本实施例的能够导电的陶瓷基体的制备方法如下：
55.(1)按质量百分比计，称取鳞片石墨(d90＝1000目，纯度99％)20％放入马弗炉中，用400℃煅烧3小时，取出冷却备用；银包镍粉5％，球状镍粉(d90＜15μm)75％在50％酒精中超声0.5小时，抽滤后在80℃的烘干炉干燥2小时，然后与石墨混合备用；提前分别将硅藻土、高岭土、硅酸钠、淀粉置于100℃烘干炉干燥4小时后，取出备用。
56.(2)按质量百分比计，将导电粉20％、硅藻土16％、高岭土21％、硅酸钠5％、淀粉25％、氧化铌0.2％、氧化铪0.15％，纳米二氧化锆0.15％，用三辊机、研磨机混料充分，再与聚乙烯2％，石蜡6％、硬脂酸2％、聚乙二醇2.5％加入捏合机中，95℃条件下进行密炼捏合6小时，捏合冷却后得到陶瓷浆料，再放入陶瓷造粒机中进行造粒，获得大小均匀的颗粒状陶瓷喂料。
57.(3)将陶瓷喂料通过注塑成型工艺得到陶瓷生坯，该过程参数为：成型压力为25bar，速度为25cm3/s，注射温度为95℃，模具温度26℃，得到陶瓷生坯。
58.(4)将陶瓷生坯摆置于匣钵中，用氧化铝粉覆盖，放入氮气气氛催化炉中脱脂，按特定的脱脂曲线进行脱脂，最高温度为580℃，保温时长1.5小时；
59.(5)脱脂后将放入还原气氛烧结炉中烧结，按特定曲线升温烧结，最高温度为1160℃，保温2小时，随炉冷却至室温后，即可得到陶瓷基体。
60.对陶瓷基体进行检测，水急冷法下抗热震性能较好，高温高湿可靠性测试下抗老化性能较好。
61.实施例2：
62.本实施例的能够导电的陶瓷基体的制备方法如下：
63.(1)按质量百分比计，称取多壁碳纳米管3％放入马弗炉中，用300℃煅烧3小时，取出冷却备用；银包镍粉15％，球状镍粉(d90＜10μm)82％在50％酒精中超声0.5小时，抽滤后在80℃的烘干炉干燥2小时，混合后备用；提前分别将硅藻土、高岭土、硅酸钠、淀粉置于100℃烘干炉干燥4小时后，取出备用。
64.(2)按质量百分比计，将导电粉20％、硅藻土16％、高岭土21％、硅酸钠5％、淀粉25％、氧化铌0.2％、氧化铪0.15％，纳米二氧化锆0.15％，用三辊机、研磨机混料充分，再与聚乙烯2％，石蜡6％、硬脂酸2％、聚乙二醇2.5％加入捏合机中，95℃条件下进行密炼捏合6
小时，捏合冷却后得到陶瓷浆料，再放入陶瓷造粒机中进行造粒，获得大小均匀的颗粒状陶瓷喂料。
65.(3)将陶瓷喂料通过注塑成型工艺得到陶瓷生坯，该过程参数为：成型压力为25bar，速度为25cm3/s，注射温度为95℃，模具温度26℃，得到陶瓷生坯。
66.(4)将陶瓷生坯摆置于匣钵中，用氧化铝粉覆盖，放入氮气气氛催化炉中脱脂，按特定的脱脂曲线进行脱脂，最高温度为580℃，保温时长1.5小时；
67.(5)脱脂后将放入还原气氛烧结炉中烧结，按特定曲线升温烧结，最高温度为1160℃，保温2小时，随炉冷却至室温后，即可得到陶瓷基体。
68.对所得陶瓷基体进行检测，水急冷法下抗热震性能较好，高温高湿可靠性测试下抗老化性能较好。
69.实施例3：
70.本实施例的能够导电的陶瓷基体的制备方法如下：
71.(1)按质量百分比计，称取多壁碳纳米管3％放入马弗炉中，用300℃煅烧3小时，取出冷却备用；银包铜粉15％，球状镍粉82％在50％酒精中超声0.5小时，抽滤后在80℃的烘干炉干燥2小时，混合后备用；提前分别将硅藻土、高岭土、硅酸钠、锯末置于100℃烘干炉干燥4小时后，取出备用。
72.(2)按质量百分比计，将导电粉10％、硅藻土20％、高岭土28％、硅酸钠16％、锯末20％、氧化铌0.25％、氧化铪0.20％，纳米二氧化锆0.05％，用三辊机、研磨机混料充分，再与甲基纤维素1％，乙基纤维素1％，石蜡1％、聚丙烯酸0.5％、松油醇2.0％加入捏合机中，95℃条件下进行密炼捏合6小时，捏合冷却后得到陶瓷浆料，再放入陶瓷造粒机中进行造粒，获得大小均匀的颗粒状陶瓷喂料。
73.(3)将陶瓷喂料通过注塑成型工艺得到陶瓷生坯，该过程参数为：成型压力为25bar，速度为25cm3/s，注射温度为95℃，模具温度26℃，得到陶瓷生坯。
74.(4)将陶瓷生坯摆置于匣钵中，用氧化铝粉覆盖，放入氮气气氛催化炉中脱脂，按特定的脱脂曲线进行脱脂，最高温度为580℃，保温时长1.5小时；
75.(5)脱脂后将放入还原气氛烧结炉中烧结，按特定曲线升温烧结，最高温度为1160℃，保温2小时，随炉冷却至室温后，即可得到陶瓷基体。
76.对所得陶瓷基体进行检测，水急冷法下抗热震性能较好，高温高湿可靠性测试下抗老化性能较好。
77.实施例4：
78.本实施例的能够导电的陶瓷基体的制备方法如下：
79.(1)按质量百分比计，称取多壁碳纳米管3％放入马弗炉中，用300℃煅烧3小时，取出冷却备用；银包玻璃粉15％，球状镍粉(d90＜10μm)82％在50％酒精中超声0.5小时，抽滤后在80℃的烘干炉干燥2小时，混合后备用；提前分别将硅藻土、高岭土、硅酸钠、聚乙烯醇、聚氯乙烯置于100℃烘干炉干燥4小时后，取出备用。
80.(2)按质量百分比计，将导电粉7％、硅藻土10％、高岭土20％、硅酸钠10％、聚乙烯醇20％、聚氯乙烯20％、氧化铌0.05％、氧化铪0.25％，纳米二氧化锆0.25％，用三辊机、研磨机混料充分，再与乙基纤维素2％，石蜡1％、聚乙烯吡咯烷酮1.0％、松油醇8.05％加入捏合机中，95℃条件下进行密炼捏合6小时，捏合冷却后得到陶瓷浆料，再放入陶瓷造粒机中
进行造粒，获得大小均匀的颗粒状陶瓷喂料。
81.(3)将陶瓷喂料通过注塑成型工艺得到陶瓷生坯，该过程参数为：成型压力为25bar，速度为25cm3/s，注射温度为95℃，模具温度26℃，得到陶瓷生坯。
82.(4)将陶瓷生坯摆置于匣钵中，用氧化铝粉覆盖，放入氮气气氛催化炉中脱脂，按特定的脱脂曲线进行脱脂，最高温度为580℃，保温时长1.5小时；
83.(5)脱脂后将放入还原气氛烧结炉中烧结，按特定曲线升温烧结，最高温度为1160℃，保温2小时，随炉冷却至室温后，即可得到陶瓷基体。
84.对所得陶瓷基体进行检测，水急冷法下抗热震性能较好，高温高湿可靠性测试下抗老化性能较好。
85.同时，根据实施例1设置以下对比例，如表1所示。
86.表1对比例与实施例1的区别表
[0087][0088][0089]
所述对比例3-6中，不足100％部分，由溶剂补足至100％。
[0090]
通过多孔密度智能分析仪、孔径分析仪、平压测试仪及四探针电阻测试仪分别测得陶瓷基体的孔隙率、孔径、抗压强度及方阻；
[0091]
通过以上测试方法测试实施例以及对比例制备得到的陶瓷基体的性能，得到的性能参数结果如表2所示。
[0092]
表2实施例和对比例的陶瓷基体的性能表
[0093][0094][0095]
同时，再对实施例和对比例的陶瓷基体，在水急冷法下测试其抗热震性能，采用高温高湿可靠性测试测试其抗老化性能；得到的性能参数结果如表3所示。
[0096]
其中，实施例1制备的陶瓷基体微观图，如图1；对比例1制备的陶瓷基体微观图，如图2。
[0097]
表3实施例和对比例的陶瓷基体的性能表
[0098][0099][0100]
由表2-3可知，实施例1-4制备得到的陶瓷基体的平均孔隙率为50-80％，平均孔径为15-30μm，抗压强度为25-45mpa，水急冷法下抗热震性能较好，高温高湿可靠性测试下抗老化性能较好。即本技术制备的陶瓷基体平均孔隙率高，具有良好的抗热震性、抗高温氧化性、抗弯强度，且导电性能优异，能够通过调整导电粉配比实现多梯度方阻，因此，该陶瓷基体可应用于气溶胶雾化装置中制备雾化芯，实现多级加热雾化，防止糊芯现象发生。
[0101]
而对比例中，对比例1不烘干的情况下，导电粉体在有机溶剂中团聚，后续研磨分散效果一般，如微观图2可以看出，从而导电网络无法高效衔接，导致最终基体方阻相对偏高；而对比例2，导电粉体不进行预处理，表面会有有机物及其他杂质，影响导电粉纯度，在还原氛围下，存在残留，方阻较大；对比例3，不含石墨与碳纳米管对陶瓷基体性能影响不大，但适当加入，可以在不影响导电性能的情况下，达到控制成本的目的。
[0102]
对比例4-9，氧化铌在多孔陶瓷内，可有效行成三维结构，由于其特性，从而在电子迁移过程中降低电子扩散能力，间接提高导电性，同时其在高温下的抗氧化性和耐酸性较好，缺少氧化铌不利于提高陶瓷基体的导电性及高温下的抗氧化性；氧化铪具有一定的耐火性，在还原气氛中，在一定温度下能够与二氧化硅形成硅铪键，从而提高陶瓷基体整体的强度，但由于其宽带隙与高介电常数，添加量过多容易造成方阻增大；而纳米二氧化锆，其化学性能稳定，加入适量，由于其相变增韧的良好性能，从而改善陶瓷基体的抗热震性能，同时能提高陶瓷基体的硬度。
[0103]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0104]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。