[发明专利]一种(Sr1‑xLnx)2TiO4系列致密导电氧化物陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电氧化物陶瓷的制备技术领域，具体涉及一种(Sr_1-xLn_x)₂TiO₄系列的致密导电氧化物陶瓷及其制备方法。

背景技术

陶瓷材料因其具有硬度高、耐腐蚀、特殊的光学、热学等性质，因而在石化行业被广泛使用，然而一般的陶瓷材料是静电非导体，由于摩擦等因素会积聚电荷产生较高静电压，在一定条件下发生静电放电时，对生产不利甚至造成严重的火灾、爆炸事故，使静电问题成为困扰石化行业生产过程的突出技术难题。国标GB 12158-2006中明确规定，生产工艺设备应采用静电导体或静电亚导体，避免采用静电非导体。新安全生产法中也确立了“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产职责，因此，尽量使用静电导体/导电材料是石化行业提高本质安全水平，从源头防范静电事故的必要措施。

Sr₂TiO₄是一种具有层状钙钛矿结构的宽带隙氧化物半导体，由绝缘盐岩结构SrO单元层和钙钛矿结构SrTiO₃单元层沿c轴方向堆垛排列，表现出天然准二维超晶格结构。特殊的界面SrO/SrTiO₃层可以增强对声子的散射，使Sr₂TiO₄具有较低的热导率。通过三价稀土元素离子掺杂替代二价Sr²⁺，实现Sr₂TiO₄的n型导电性，制备稀土元素掺杂Sr₂TiO₄导电陶瓷，具有物理性质稳定，耐酸碱腐蚀、构成元素无毒、原料丰富等优点，适用于石化行业防静电材料、高温温差发电材料、热敏探测传感器材料和阻燃隔热材料方面，具有广阔的应用前景。Sr₂TiO₄陶瓷的性能与其晶粒尺寸和致密度有关；晶粒尺寸小有利于增强声子在晶界界面的散射，抑制热导率；致密度高有利于降低气孔对电子的散射，提高导电性。一般利用传统的固相反应制备氧化物陶瓷，但由于氧化物阳离子扩散速率小，固相反应进程慢，制备过程中烧结温度高(烧结温度＞1450℃)，保温时间长，难以获得单相产物，且造成陶瓷晶粒尺寸大，性能差；烧结过程中能耗较高；由于无压烧结，陶瓷致密度低。因此，制备晶粒尺寸小、致密度高的稀土掺杂Sr₂TiO₄陶瓷是个难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种致密导电氧化物陶瓷及其制备方法，该氧化物陶瓷为(Sr_1-xLn_x)₂TiO₄系列，其首先通过液相共沉淀法合成前驱体沉淀物，然后将前驱体沉淀物利用放电等离子烧结快速成型，制备得到的氧化物陶瓷可导电，满足国标要求，并且其致密度大于98％，室温电阻率为10^-5Ω·m量级。

本发明的任务之一在于提供一种(Sr_1-xLn_x)₂TiO₄系列陶瓷。

一种致密导电氧化物陶瓷，所述陶瓷的分子式为(Sr_1-xLn_x)₂TiO₄，其中，X为0-0.08，Ln为镧系元素，所述陶瓷的致密度大于98％，室温电阻率为10^-5Ω·m量级。

上述致密导电氧化物陶瓷所需原料为：选用硝酸锶、镧系硝酸盐和硫酸钛为原料提供金属离子，选用草酸作为沉淀剂。

本发明的任务之二是提供上述致密导电氧化物陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：

a、分别称取一定量的硝酸锶、镧系硝酸盐，并依次将二者加入到去离子水中，滴加适量的稀硝酸使溶液保持酸性，充分搅拌至溶液澄清；

b、称取适量的硫酸钛，将其加入至步骤a所得澄清溶液中，磁力搅拌10-30min使二者均匀混合；

c、向步骤b所得混合后的溶液中加入草酸，滴加草酸的同时保持搅拌，待沉淀完全后得前驱体沉淀物，将所述前驱体沉淀物进行离心分离、干燥得沉淀物；

d、将步骤c干燥后的沉淀物放入马弗炉煅烧，得陶瓷母粉；

e、将所得陶瓷木粉放入SPS石墨磨具中，利用SPS烧结炉烧结制得陶瓷块体，即得致密导电氧化物陶瓷。