高 笑，鄭 昕，劉俊成*，袁國(guó)梁，喬栓虎

（1.山東理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，淄博 255049；2.山東電盾科技有限公司，淄博 255188）

1 前言

碳和金屬一樣具有導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性；和陶瓷一樣耐熱、耐腐蝕；和有機(jī)高分子一樣質(zhì)量輕，分子結(jié)構(gòu)多樣。事實(shí)上，沒(méi)有任何元素能像碳一樣可形成如此多的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)完全不同的物質(zhì)。由此說(shuō)明，碳材料兼有金屬、陶瓷和有機(jī)高分子三種主要固體材料的特性，而它又具有別的材料無(wú)法取代的特性，比如強(qiáng)度高、減震率大、生物相容性優(yōu)異和自潤(rùn)滑性等［1］，被認(rèn)為是人類必需的第四類原材料。眾所周知，新材料的開(kāi)發(fā)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中起著重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)陶瓷材料的要求不只是耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度高等，對(duì)材料的功能化需求越來(lái)越迫切。也就是說(shuō)除傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)陶瓷材料外，對(duì)以電、磁、熱等物理性能為特征的陶瓷材料有很大的潛在需求。陶瓷材料中，除 ZrO2等在高溫條件下具有導(dǎo)電功能外［2］，其它陶瓷如A12O3、MgO、SiO2、CaO 等都是電的絕緣體，這些材料的應(yīng)用受到限制。若能通過(guò)某種工藝，使得這些材料能夠?qū)щ?，外加陶瓷材料本身的?yōu)異特性，那么陶瓷材料的應(yīng)用范圍將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。碳/陶復(fù)合導(dǎo)電材料就是在這種背景下開(kāi)發(fā)出的一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料。關(guān)于碳/陶瓷復(fù)合導(dǎo)電材料，到目前為止國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)尚沒(méi)有統(tǒng)一的定義。一般來(lái)說(shuō)，由陶瓷原料與碳系填料通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合制成的，在一定條件下能夠復(fù)合導(dǎo)電的材料統(tǒng)稱為碳/陶復(fù)合導(dǎo)電材料。

2 陶瓷基料

陶瓷基料主要包括透輝石、石英和長(zhǎng)石。

2.1 透輝石

透輝石的主要成分是偏硅酸鈣鎂，化學(xué)式為CaMg（SiO3）2，屬于鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。透輝石在普通陶瓷中既可作為助熔劑使用，也可作為主要原料。由于透輝石不含有機(jī)物和結(jié)構(gòu)水，膨脹系數(shù)不大，其收縮率和熱效應(yīng)也較小，故透輝石坯料可制成低溫?zé)傻奶沾膳黧w，也適合于快速燒成，尤其在釉面磚生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛［3］。

2.2 石英

石英是由二氧化硅（SiO2）組成的礦物，在自然界中分布廣泛，其化學(xué)性能穩(wěn)定，除氫氟酸（HF）外，一般不與其它的酸發(fā)生反應(yīng)。而且石英屬于酸性氧化物，當(dāng)它與堿性物質(zhì)接觸時(shí)，會(huì)反應(yīng)生成可溶性的硅酸鹽（強(qiáng)堿弱酸鹽）。此外，SiO2在高溫條件下還能與堿性氧化物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)物為硅酸鹽和玻璃態(tài)物質(zhì)。

石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用主要有：

（1）在陶瓷燒成過(guò)程中，坯體發(fā)生收縮現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可產(chǎn)生裂紋。當(dāng)在坯體內(nèi)部加入石英后，石英受熱膨脹，在一定程度上可抵消坯體收縮的影響［4］。而且隨著燒成溫度的提高，部分石英能夠溶于液相中，此時(shí)熔體的粘度增加，而未溶于液相中的石英則會(huì)構(gòu)成坯體的骨架，支撐著坯體，防止坯體內(nèi)部產(chǎn)生軟化變形等缺陷。

（2）一定粒徑的石英顆粒對(duì)瓷器的坯體也有較大影響，在一定程度上可以提高坯體的強(qiáng)度，而且摻入的石英也會(huì)增加瓷器的透光度，相應(yīng)的白度也有較大改善［5］。

（3）SiO2是釉料中玻璃相生長(zhǎng)的主要原因。當(dāng)釉料中SiO2含量較大時(shí)，釉的熔融溫度和粘度都有相應(yīng)提高，而釉的線膨脹系數(shù)則會(huì)相應(yīng)減小。而且釉具有較高的強(qiáng)度、硬度以及耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)異特性，都是SiO2所賦予的。

2.3 長(zhǎng)石

長(zhǎng)石是陶瓷原料中常用的助熔劑原料。陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中所用到的坯料、釉料等材料的基本組分也是長(zhǎng)石，其在陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中用量較大，是陶瓷的三大原料之一。

長(zhǎng)石的結(jié)構(gòu)為架狀的硅酸鹽結(jié)構(gòu)，其化學(xué)成分一般為不含有結(jié)晶水的堿土金屬，主要為K、Na、Ca和Ba的鋁硅酸鹽，有時(shí)會(huì)含有微量的Cs、Sr等金屬離子。長(zhǎng)石是地殼上分布最廣泛的造巖礦物，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要分為鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、鈣長(zhǎng)石和鋇長(zhǎng)石四種基本類型。

由于長(zhǎng)石具有優(yōu)異的熔融和熔化其它物質(zhì)的性質(zhì)，在陶瓷原料中通常將長(zhǎng)石作為助熔劑使用。長(zhǎng)石在陶瓷生產(chǎn)中的作用主要有：

（1）高溫條件下，長(zhǎng)石呈現(xiàn)的是粘稠狀的玻璃熔體，是坯料中堿金屬氧化物（如K2O、Na2O）的主要來(lái)源，在陶瓷燒成過(guò)程中，長(zhǎng)石能夠顯著降低坯體成分的熔化溫度，同時(shí)燒成溫度也有所降低［6］，而且有利于成瓷過(guò)程。

（2）陶瓷燒成過(guò)程中熔融的長(zhǎng)石能夠溶解部分高嶺土的分解產(chǎn)物和石英顆粒。此時(shí)，液相中的石英和Al2O3相互作用，促使坯體中的莫來(lái)石晶體形成和長(zhǎng)大，坯體的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性都有相應(yīng)改善。

（3）熔化的長(zhǎng)石熔體能夠填充在各個(gè)結(jié)晶顆粒之間，一定程度上可以減小坯體內(nèi)部的空隙，使得坯體更加致密。而且冷卻后的長(zhǎng)石熔體能夠增加瓷器的透明度，瓷坯的力學(xué)性能和電學(xué)性能都有明顯提高。

（4）長(zhǎng)石作為瘠性原料，在陶瓷中可減少坯體在干燥和燒成時(shí)的收縮，起骨架作用。

3 碳系導(dǎo)電填料

導(dǎo)電填料是復(fù)合導(dǎo)電材料的重要原料，導(dǎo)電填料的種類與復(fù)合導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能有密切的關(guān)系，從而影響了它的使用范圍。導(dǎo)電填料主要包括碳系導(dǎo)電填料、金屬導(dǎo)電填料和金屬化合物導(dǎo)電填料。碳系導(dǎo)電填料研究起步較早，對(duì)它的研究也比較成熟。碳系導(dǎo)電填料主要包括碳黑、石墨、碳纖維、碳納米管等［7］。近年來(lái)，聚合物基復(fù)合導(dǎo)電材料的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了碳系材料快速發(fā)展。

3.1 碳黑

碳黑是一種天然的半導(dǎo)體，其體積電阻率為10－3～10Ω·m。碳黑資源豐富、價(jià)格低廉，導(dǎo)電性能持久穩(wěn)定，可大幅度改善材料的導(dǎo)電性能。因此，碳黑是目前用途最廣、用量最大的一種填料。

影響復(fù)合材料導(dǎo)電性能的因素主要有碳黑的粒徑、結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)等［8］。只有把碳黑的粒徑控制在適當(dāng)范圍，才能使碳黑均勻地分散在基體材料中［9］，提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性。碳黑的結(jié)構(gòu)由聚集體的尺寸、形態(tài)和每一聚集體中粒子數(shù)量所決定，組成聚集體的粒子越多，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的幾率越大，導(dǎo)電性越好。碳黑的表面狀態(tài)也同樣影響復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。在碳黑生產(chǎn)過(guò)程中，其表面常形成一些活性含氧基團(tuán)［10］，這些基團(tuán)影響電子的遷移，使導(dǎo)電性下降，可采用pH值來(lái)表征該項(xiàng)指標(biāo)。表面官能團(tuán)少的碳黑通常成弱堿性或中性。對(duì)碳黑導(dǎo)電性起決定作用的是表面化學(xué)性質(zhì)，即表面活性基團(tuán)的多少。由于活性基團(tuán)會(huì)束縛載流子的遷移，降低導(dǎo)電性，因此復(fù)合材料不宜選用含活性基團(tuán)較多的碳黑。

3.2 石墨

除碳黑外，石墨也是常用導(dǎo)電填料之一，但其導(dǎo)電性能不如碳黑優(yōu)良，而且加入量較大，對(duì)復(fù)合材料的成型工藝影響較大，但能提高材料的防腐蝕能力［11］。石墨填料在自然界中分布廣泛，而且價(jià)格低廉，很早就已經(jīng)作為導(dǎo)電填料應(yīng)用于復(fù)合材料中。但是石墨本身存在導(dǎo)電性能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，所以在導(dǎo)電材料中應(yīng)用較少。而且，石墨通常是以微米級(jí)鱗片粉末狀的形式存在，若直接將其作為導(dǎo)電填料，則石墨的用量較大，使得材料內(nèi)部導(dǎo)電密度較高，材料的力學(xué)性能降低，這些因素限制了石墨的大規(guī)模應(yīng)用。

近些年來(lái)石墨填充型導(dǎo)電材料的研究和開(kāi)發(fā)有了新的方向［12］，研究學(xué)者將納米石墨與基體直接復(fù)合制備了導(dǎo)電材料，這歸功于納米材料的發(fā)展。目前，有研究人員將膨脹石墨置于聚合物中進(jìn)行直接分散，制備出了納米石墨蛐聚合物基復(fù)合導(dǎo)電塑料。納米石墨微片是將天然鱗片石墨通過(guò)插層、高溫膨脹、超聲粉碎等工藝制備的、厚度為納米級(jí)、直徑為 10～20μm 的石墨微片網(wǎng)［13］，其主要特性是具有較大的形狀比，而在其它方面（如表面性能）幾乎與普通鱗片石墨相同。而且，納米磷片石墨的厚度較小，為納米尺寸，與其它納米粉體相比，作為導(dǎo)電填料時(shí)不會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。

3.3 碳纖維

碳纖維是一種含碳量在95%以上、具有高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料，其密度較小、力學(xué)性能較好，而且導(dǎo)電性能持久［14］。此外，碳纖維的熱導(dǎo)率隨著溫度的升高而增大，所以碳纖維的電磁屏蔽性能優(yōu)異。由此看來(lái)，經(jīng)過(guò)高溫處理后的碳纖維的導(dǎo)電率接近于導(dǎo)體，其電磁屏蔽性能也達(dá)到了較高水平，例如，經(jīng)過(guò)高溫處理后的聚苯胺（PAN）基碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合制得的復(fù)合材料在頻率為500MHz時(shí)的屏蔽效能可達(dá)37dB。雖然碳纖維同時(shí)具有碳素材料的固有特性和金屬材料優(yōu)異的導(dǎo)電性，但要使制備的導(dǎo)電塑料也具有較好的導(dǎo)電效果，需要加入較多的碳纖維，碳纖維含量的增加，對(duì)于導(dǎo)電塑料的機(jī)械強(qiáng)度和成型加工性能會(huì)產(chǎn)生不利影響［15］。近年來(lái)，人們通過(guò)在碳纖維表面包覆金屬材料來(lái)制備導(dǎo)電塑料［16］，可以提高導(dǎo)電塑料的導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能，導(dǎo)電塑料中碳纖維含量減少，其機(jī)械性能得以提高。來(lái)自美國(guó)的研究人員已開(kāi)發(fā)出一種高導(dǎo)電性的鍍鎳碳纖維，填充的碳纖維的體積分?jǐn)?shù)為12%～67%，密度為 1.27～1.64g蛐cm3，屏蔽效能為 40～85dB，可用于制造具有電磁屏蔽效能的導(dǎo)電塑料。

3.4 碳納米管

1991年，日本電子公司（NEC）的Iijima博士首次發(fā)現(xiàn)碳納米管（CNTs），在此后的20多年中，碳納米管已經(jīng)吸引了來(lái)自物理、化學(xué)和材料等領(lǐng)域的眾多研究人員的關(guān)注［17－19］。碳納米管是石墨中一層或多層碳原子卷曲而成的管狀纖維，管內(nèi)直徑為1～20nm，按照石墨烯片的層數(shù)可分為：?jiǎn)伪谔技{米管（Single－walled Carbon nanotubes，SWCNTs）和多壁碳納米管（Multi－walled Carbon nanotubes，MWCNTs）。由于碳納米管具有良好的導(dǎo)電性和較大的長(zhǎng)徑比，因此很適合作為導(dǎo)電填料［20］。與其它導(dǎo)電填料相比，碳納米管具有用量少、導(dǎo)電性能好、密度小、不聚沉等特性［21］。把碳納米管作為導(dǎo)電相和加強(qiáng)相加入到聚合物中可以顯著改善材料的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。然而，碳納米管很容易團(tuán)聚，在聚合物中難以分散，基于上述缺點(diǎn)，需要對(duì)碳納米管進(jìn)行化學(xué)修飾，在其端頭部位帶上羧基，從而使碳納米管表面活化，改善和提高碳納米管的分散性。研究表明：將碳納米管加入到聚丙烯（PP）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中可使材料的導(dǎo)電性大幅度提高，加入到聚苯乙烯（PS）［22］和環(huán)氧樹(shù)脂［23］中可使材料的力學(xué)性能大幅度提高。

3.5 碳系填料的混合應(yīng)用

若單獨(dú)將某一種碳系材料作為導(dǎo)電填料制備碳/陶復(fù)合導(dǎo)電材料，碳系材料的添加量較大，對(duì)材料加工和性能會(huì)產(chǎn)生較大不利影響。為改善這個(gè)缺陷，可將各種碳系填料混合加入，盡量降低物理機(jī)械性能的損失。從這方面來(lái)看，碳纖維具有較大的長(zhǎng)徑比，在提高導(dǎo)電性的同時(shí)［24］，還能保持涂層原有的機(jī)械性能［25］。

4 碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料制備工藝的進(jìn)展

碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料是一種新型的復(fù)合導(dǎo)電材料，而且具有紅外保健、裝飾裝潢等功能。從國(guó)內(nèi)情況看，目前，只在專利中可以查閱到關(guān)于其制備技術(shù)的論述。王鋼［26］首先提出了石墨碳/陶復(fù)合導(dǎo)電材料的概念并申請(qǐng)了發(fā)明專利，他指出：石墨碳/陶復(fù)合導(dǎo)電材料是由粘土、石墨與適量的水混合后，經(jīng)過(guò)壓制成型、晾干、高溫?zé)频裙に囍瞥?。隨后，段曦東［27］以此種制備工藝為基礎(chǔ)擴(kuò)大了陶瓷基料和導(dǎo)電料的范圍，增加了燒結(jié)助劑。他提出陶瓷基體料可選擇鋁硅酸鹽料、氧化物、硅化物、碳化物、氮化物或硼化物等，導(dǎo)電料可選擇石墨或金屬粉末。陳青華等人［28］提出了一種碳/陶復(fù)合材料的快速制備方法，其步驟包括碳纖維預(yù)制體的制備、界面保護(hù)層、陶瓷引入、表面保護(hù)層、快速陶瓷化。界面保護(hù)層步驟中，控制反應(yīng)溫度在800～1000°C之間，控制反應(yīng)時(shí)間在6～24h之間，控制反應(yīng)壓力1～5MPa之間；陶瓷引入步驟中的純陶瓷漿料為碳化硅陶瓷或者氧化鋁陶瓷中的一種。與傳統(tǒng)的先驅(qū)體浸漬裂解法和化學(xué)氣相滲透法相比，該方法制備時(shí)間更短，成本更加低廉。

此后，許多科研工作者對(duì)碳蛐陶導(dǎo)電復(fù)合材料的制備技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。張亞瓊［29］提出通過(guò)燒成工藝在陶瓷表面自然形成一層絕緣層。這種成型方式導(dǎo)致絕緣層的絕緣強(qiáng)度低、釉層與導(dǎo)電層以及導(dǎo)電層與陶瓷基體之間結(jié)合不緊密、表面強(qiáng)度低、瓷磚表面不致密、不光滑、易吸潮、抗折強(qiáng)度低、電阻率不均勻等問(wèn)題。師建軍等人［30］提出了一種低密度難熔抗氧化碳/陶復(fù)合材料的制備方法。該低密度碳/陶復(fù)合材料由高孔隙率的輕質(zhì)碳纖維質(zhì)隔熱體和難熔抗氧化陶瓷復(fù)合而成，制備的關(guān)鍵在于將陶瓷相可控均勻地引入到碳纖維表面及隔熱體孔隙中。陶瓷相的引入能夠明顯提高高孔隙率碳纖維隔熱體的機(jī)械強(qiáng)度和抗氧化能力，同時(shí)具有低熱導(dǎo)的特性。由此制備的低密度難熔抗氧化碳/陶復(fù)合材料在先進(jìn)熱防護(hù)材料及高溫有氧環(huán)境下的先進(jìn)隔熱材料領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價(jià)值。李世良［31,32］發(fā)明了一種陶瓷基體與電源連接的方法，即在瓷磚蛐瓷板的兩對(duì)應(yīng)側(cè)面的平面上噴涂一層金屬電極層，便于與電源連接。此后，他又發(fā)明了安全調(diào)壓紅外電熱瓷磚蛐瓷板，瓷磚蛐瓷板的金屬電極層與電源通過(guò)調(diào)壓裝置連接，與原有技術(shù)相比，可為電熱瓷磚蛐瓷板提供110V、36 V、24V的電壓，接通電源后不會(huì)出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，使用電壓低、安全性高。劉俊成［33］利用紅外電熱瓷磚/瓷板制備了光波浴房，他指出光波浴房具有較高的電熱轉(zhuǎn)換率，高達(dá)99.6%，能產(chǎn)生較強(qiáng)的紅外線（波長(zhǎng) 8～15μm），適宜健康理療?？傊?陶復(fù)合導(dǎo)電材料克服了傳統(tǒng)電熱元件帶來(lái)的缺點(diǎn)，制作簡(jiǎn)單，使用、控制方便，溫度可在 50°C～300°C 之間自由控制。

5 碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料是一種古老而又新型的材料。最早的碳/陶復(fù)合材料是以天然石墨和粘土混合制成的熔煉金屬用的坩堝，它在我國(guó)已有數(shù)千年的歷史。不過(guò)，其工業(yè)規(guī)模應(yīng)用僅有三十余年的歷史。雖然很多碳蛐陶復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，但利用它們的導(dǎo)電性能進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用只是近些年的事。因此碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料同時(shí)也是一種較為新型的功能材料，可供查閱的文獻(xiàn)報(bào)道不多，只是對(duì)普通水泥蛐碳復(fù)合導(dǎo)電材料和導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電性能研究較多。如靠摻加碳纖維制作成的導(dǎo)電混凝土可以用于無(wú)損自診斷檢測(cè)，因此導(dǎo)電混凝土已引起人們濃厚興趣［33～35］。一般認(rèn)為此種材料為電子導(dǎo)電，即碳結(jié)構(gòu)中的大π鍵電子離域參與導(dǎo)電。

目前國(guó)外僅有奧地利、日本等少數(shù)國(guó)家對(duì)碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料有一些研究報(bào)道，不過(guò)研究的面很窄，如RADEX公司在1992年僅發(fā)表了關(guān)于導(dǎo)電鎂碳磚的一篇文章和一項(xiàng)專利，與其批量生產(chǎn)的導(dǎo)電爐底磚相比似乎顯得太少。日本也發(fā)表了關(guān)于導(dǎo)電爐底用導(dǎo)電鎂碳磚的文章，他們制作的材料在碳含量為 10wt%時(shí)，比電阻值為 1×10－4Ω·m，這種材料在工業(yè)應(yīng)用中應(yīng)該毫無(wú)問(wèn)題。同時(shí)日本還有一項(xiàng)專利見(jiàn)報(bào)，專利聲稱其碳蛐陶制品的電阻率在2×10－5～1×10－2Ω·m。德國(guó)宇航院（DLR）Walter Krenkel等人以高檔轎車剎車盤為應(yīng)用目標(biāo)，對(duì)C蛐SiC剎車材料進(jìn)行了研究，目前已在保時(shí)捷911、奧迪A8L、法拉利等高檔汽車上得以應(yīng)用［36，37］。

在碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料碳素的選擇上，陶瓷材料界偏向于直接采用石墨，但從應(yīng)用角度出發(fā)，碳黑、焦碳等碳素更能滿足某些對(duì)導(dǎo)電性要求不高的應(yīng)用。王立華等［38］研究了碳纖維水泥基復(fù)合材料的電性能，發(fā)現(xiàn)碳纖維添加量超過(guò)0.2 vo1%時(shí)，水泥基體內(nèi)形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，材料的電阻率發(fā)生顯著變化，即出現(xiàn)滲濾閾值現(xiàn)象。這充分說(shuō)明了滲濾閾值不但出現(xiàn)在聚合物基復(fù)合導(dǎo)電材料中，在陶瓷、水泥、耐火材料等基體的復(fù)合導(dǎo)電材料中也存在這種現(xiàn)象。李焰等［39］通過(guò)在陶瓷基體原料（高嶺土）中添加碳系導(dǎo)電原料（石墨、碳黑）制備碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料。他認(rèn)為單一石墨和碳黑含量超過(guò)30 wt%和25 wt%，或石墨與碳黑的混合導(dǎo)電原料（m石墨 ∶m碳黑＝1∶1）超過(guò)30 wt%時(shí)，可在碳蛐陶復(fù)合材料內(nèi)部形成良好的連續(xù)導(dǎo)電通道，且該材料具有良好的電發(fā)熱性能。

6 碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料的應(yīng)用

6.1 碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料具有自身突出的優(yōu)點(diǎn)

6.1.1性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)

傳統(tǒng)的電熱膜由于發(fā)熱膜與基材之間膨脹系數(shù)的差異，功率衰減大，電氣參數(shù)不穩(wěn)定。而碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料的陶瓷基體、導(dǎo)電層和絕緣層三者的熱膨脹系數(shù)趨于一致，消除了元件在使用過(guò)程中產(chǎn)生的龜裂和脫落現(xiàn)象，延長(zhǎng)了使用壽命。

6.1.2 耐磨［40］，防腐蝕性能優(yōu)異

基板表面可以涂覆陶瓷釉料，耐磨、耐腐蝕性能顯著提高，傳統(tǒng)電熱元件無(wú)可比擬。可廣泛用于衛(wèi)生條件要求較高或有腐蝕氣體的環(huán)境。

6.1.3 工作電壓幅度寬

元件的工作電源電壓可以是220 V和110 V，也可以是36 V或其它任何電壓等級(jí)。因此，該元件既可廣泛用于工業(yè)加熱，也可用于家用電器和其它低電壓領(lǐng)域。

6.1.4 表面美觀，具有裝飾效果

基板表面通過(guò)釉料涂覆工藝，形成各種花色與圖案，實(shí)現(xiàn)家用電器的美觀和裝飾效果。

圖1 光波浴房

圖2 取暖的腳踏板

圖3 裝飾裝潢的瓷磚

圖4 干衣板

6.2 應(yīng)用

正因?yàn)樘简刑諒?fù)合導(dǎo)電材料具有以上優(yōu)點(diǎn)，它才能在工業(yè)加熱、學(xué)校烘干系統(tǒng)、家庭取暖等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前，碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

6.2.1 電采暖

電采暖的核心部件是電加熱元件，如同人的心臟一樣重要。當(dāng)前的一些電采暖爐、電鍋爐的加熱元件都是常規(guī)的電熱絲、電熱管、電熱棒等，這些加熱元件共同的特點(diǎn)是耗電量大、熱效率低、使用壽命短并且通電后有明火、表面溫度高、容易結(jié)垢、影響傳熱、熱效率會(huì)越來(lái)越低，運(yùn)行費(fèi)用越來(lái)越高。由碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料制備的電熱陶瓷基板不但具備性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)等特性，而且具有電壓可調(diào)、耐磨，防腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。因此，電熱陶瓷基板是家庭采暖、室內(nèi)裝修等領(lǐng)域不錯(cuò)的選擇。

6.2.2 烘箱

碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料在通電50分鐘之后，表面溫度可達(dá)300℃，因此可用于加熱、烘干系統(tǒng)?；使谛虏牧涎芯克捎锰简刑諒?fù)合導(dǎo)電材料作為加熱元件制備了可自動(dòng)控溫的加熱烘干箱，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、學(xué)校、家庭等領(lǐng)域。

6.2.3 光波浴房、醫(yī)療保健

碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料能產(chǎn)生較強(qiáng)的紅外線（波長(zhǎng)8～15μm），適宜健康理療。由碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料制備的光波浴房（如圖1所示）具有高的電熱轉(zhuǎn)換率（接近99.6%），同時(shí)具有健康理療的效果。

6.2.4 醫(yī)療保健

腳是人的第二心臟，所有的經(jīng)脈都是源于腳底，人體的腳底有84個(gè)穴位，這些穴位與人體的腦、心、眼、鼻、脾肝膽等器官密切關(guān)聯(lián)，所以，要經(jīng)常對(duì)腳做按摩，使人體血液循環(huán)保持順暢，由碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料制備的腳踏板（如圖2所示），可以設(shè)定特定的溫度，放在腳底加熱，使血液始終保持順暢。這種加熱腳踏板特別適合四肢容易發(fā)涼的老年人群。

6.2.5 裝飾裝潢

碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料的表面涂上各種顏色的釉料可以制備出用于室內(nèi)裝飾的陶瓷板（如圖3所示），此陶瓷基板不僅有加熱效果，還可以起到裝飾裝潢的作用。

6.2.6 干衣板

南方悶熱潮濕的天氣給在南方工作、學(xué)習(xí)的人們?cè)谏钌蠋?lái)許多不便，特別是前去旅游、出差的人們很難適應(yīng)那里的氣候，他們常常遇到衣服很難晾干的問(wèn)題，在飯店、家庭裝上由碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料制備的干衣櫥可為那里的人們解決很多麻煩（如圖4所示）。

7 展望

目前，碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料應(yīng)由單一的導(dǎo)電功能向多功能方向發(fā)展，應(yīng)由純粹的降低導(dǎo)電材料的成本和單純的關(guān)注材料的導(dǎo)電性能為目的向拓展導(dǎo)電材料的用途和功能的多樣性方向發(fā)展?？偟膩?lái)說(shuō)，目前開(kāi)發(fā)的碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料品種單一，尚不成系列。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)導(dǎo)電性好、耐高溫、抗侵蝕的碳蛐陶復(fù)合導(dǎo)電材料的需求越來(lái)越多，例如加熱元件、接觸開(kāi)關(guān)、電磁屏蔽材料、電集塵機(jī)用電機(jī)板、火箭發(fā)射臺(tái)導(dǎo)流槽等。