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肉眼可見的缺陷，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)室對潔凈度要求越來越高[5-8]，實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板需具備防靜電功能，因此，開發(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 測試與表征

采用MODEL-100表面電阻測試儀測試試樣的電阻值，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26539-2011《防靜電陶瓷磚》的要求判定。采用德國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)電粉體添加量對試樣導(dǎo)電性能的影響

圖2為ATO添加量對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 燒成溫度對試樣導(dǎo)電性能的影響

對添加不同含量的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，測試樣電阻值。測試結(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1235℃時(shí)，釉層會(huì)過燒現(xiàn)象，出現(xiàn)釉面氣泡等缺陷。

3.3 釉料種類對試樣導(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釉面導(dǎo)電性能的影響。圖4為不同釉料組成對添加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，說明9165基礎(chǔ)釉更適合做防靜電陶瓷。

3.4 釉層厚度對試樣導(dǎo)電性能的影響

釉層厚度對陶瓷磚導(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，考察釉層厚度對導(dǎo)電性的影響。圖5為釉層厚度對釉層導(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%，通過濕法球磨工藝制備防靜電釉料，釉料過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肉眼可見的缺陷，且釉面呈淺藍(lán)色具有較好的裝飾效果。采用MODEL-100便攜式表面電阻測試儀測試試樣表面的點(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肉眼可見的缺陷，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。

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