[发明专利]一种低成本的导电玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导电玻璃及其制备技术领域，具体涉及一种以炭为导电相、以玻璃为基体的导电玻璃及其制备方法。

背景技术

玻璃是一种介质材料，具有各向同性、介稳性、耐高温、耐腐蚀、低成本、易成型等特性，在军用和民用领域有着广泛的应用。一般玻璃是绝缘体，而导电玻璃具有一般玻璃所缺乏的导电特性。目前导电玻璃体系应用的导电相包括贵金属，如金、银、银-钯合金等；贵金属氧化物，如氧化钌等；导电陶瓷，如二硅化钼等。以上导电填料价格昂贵，导致制备的导电玻璃价格较高。同时，采用以上导电相的玻璃在制备之前需要经过复杂的混料过程，并且由于导电相与玻璃相理化性质的差异，常常出现混合不均匀的问题，导致材料性能的一致性与重复性较差；并且采用以上工艺制备的导电玻璃体系以及成型工艺均存在成本高、工艺复杂等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种结构简单、电阻率可控、导电性能好、且低成本的导电玻璃，还相应提供一种工艺简单、原料成本低、质量稳定、适于批量化和规模化生产的导电玻璃的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种低成本的导电玻璃，所述导电玻璃包含有玻璃相和导电相，且以玻璃相作为基体，所述导电玻璃是以有机化合物原位裂解生成的炭作为导电相，且导电相均匀分布在玻璃相中。

上述的导电玻璃中，优选的，所述有机化合物为阿拉伯胶。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的导电玻璃的制备方法，依次包括原料混合、造粒、压制和烧结步骤，所述原料混合步骤中添加有所述有机化合物，且该一次性添加的有机化合物分别参与后续的造粒、压制和烧结步骤并分别用作不同的功能性添加剂；

在造粒步骤中，所述有机化合物用作造粒步骤的颗粒成型剂；

在压制步骤中，压制成型生坯所用的玻璃粉是以所述有机化合物作为粘接剂；

在烧结步骤中，所述有机化合物用作目标产品导电玻璃中导电相的先驱体。

上述的制备方法中，优选的，所述有机化合物为阿拉伯胶，通过调控阿拉伯胶在原料玻璃粉中的含量来控制所述导电玻璃中导电相——炭的含量，进而调控导电玻璃的电阻率。

上述的制备方法中，优选的，所述玻璃粉与阿拉伯胶的质量比控制为1∶(0.01～0.1)。

上述的制备方法中，优选的，所述原料混合步骤中，主要原料包括玻璃粉、有机化合物和柠檬酸铵(作为除泡剂)，原料混合方式采用球磨，球磨时间不少于24h，球磨完成后采用120目筛过滤浆料以除去浆料中的粗颗粒。

上述的制备方法中，优选的，所述球磨采用湿法球磨方式，即球磨过程中加入一定量的去离子水；球磨介质选用ZrO₂研磨球，且直径为3mm、5mm和7mm的ZrO₂研磨球的质量分数配比为40％～60％∶30％～20％∶30％～20％。

上述的制备方法中，优选的，所述造粒是采用离心式喷雾干燥造粒方式，其中喷雾干燥造粒的工艺条件控制包括：进料速率为50～80mL·min^-1，干燥器出口温度为110℃～150℃，离心雾化器的转速为8000～15000转/min；造粒后得到玻璃粉团聚颗粒。

上述的制备方法中，优选的，所述压制步骤中，压制成型生坯的压力控制在20MPa～50MPa，保压时间控制为10～30min。

上述的制备方法中，优选的，所述烧结步骤中，高温裂解烧结的温度控制在900℃～950℃，烧结气氛为保护性气氛(例如高纯N₂气氛)，烧结时间控制在0.5h～1h。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明工艺过程中特别选用了一次性添加、多功能应用的有机化合物作为造粒步骤的颗粒成型剂；在优选的方案中，本发明压制用的粉体是通过喷雾造粒过程制备得到，这使得作为粘结剂的有机化合物能够在玻璃粉中均匀分布，有利于玻璃粉团聚颗粒的成型；

2.本发明工艺过程中特别选用了一次性添加、多功能应用的有机化合物作为压制成型生坯所用的粘结剂，且该粘接剂优选为阿拉伯胶，使得压制成型的生坯强度和赋形更好；

3.本发明的导电玻璃采用保护性气氛高温裂解烧结获得，这使得一次性添加作为粘结剂的有机化合物(例如阿拉伯胶)还可同时作为先驱体，裂解后得到的炭均匀分布于玻璃相中；这与单纯添加导电相工艺相比，本发明的导电玻璃中导电相分布更加均匀，且阿拉伯胶裂解生成的炭能有效改善玻璃粉的导电性能；