二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法

2023-04-29 20:11:41

專利名稱：二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種Sn02電極陶瓷的製備方法。
背景技術：
玻璃電熔技術(Glass electric-melting technique)是玻璃工業發展的一種新型的熔煉 技術。與傳統的火焰加熱熔融技術相比，主要具有以下優勢熱量散失減少，能耗大大降低； 沒有廢氣，無空氣汙染；熔制出的玻璃液成分均勻，產品質量高等等。電極材料是玻璃電熔 技術的極其關鍵的組成元件。Sn02電極陶瓷具有高導電率、良好抗玻璃液侵蝕能力以及對玻 璃無汙染等等特點，是一種很好的玻璃電熔電極材料。
以往的文獻專利對Sn02電極陶瓷已有研究，如美國專利U.S. 3287284的組成配方為 98%Sn02、 0. 2%CuO、 0. 8ZnO、 l%Sb203;美國專利U. S. 3502597的配方為Sn02為100份，CuO 為0. 5份、Sb必,為1份；中國專利CN85 1 00034 B的配方為100份Sn02， 0. 1-10份Sb20:" 0-5份CuO， 0. 4-2份Zn0, 0. 007份PbO， 0. 05份Fe203;美國專利U. S. 2006016223的燒結 添加組分為a% CuO (0. 025wt%-0. 35wt%) ， b% ZnO(約0. 50wt%) ， c%Sb203，且三者的組成含 量滿足0.2《(a + b)/c 〈 1.0。以上的研究表明同時添加燒結助劑和電性能促進劑可以獲 得較好性能的Sn02電極陶瓷材料，但是Sn02電極陶瓷的性能需要進一步提高，如更好的導電 率和緻密度。

發明內容
本發明的目的在於提供一種導電率好、緻密度高的二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法， 該方法工藝簡單。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法，其特徵 在於它包括如下步驟
1) 配料按燒結助劑的質量為Sn02粉體質量的0.5-1.0%，選取燒結助劑和Sn02粉體， 其中，燒結助劑為Mn02粉體和CuO粉體，Mn02粉體、CuO粉體在燒結助劑中所佔質量百分數 為Mn02粉體5-95%， CuO粉體5-95%;按促進電性能的摻雜劑Sb20:,粉體的質量為Sn02粉體
質量的0.1-1.0%，選取SW):,粉體，備用；
2) 造粒將Sn02粉體、CuO粉體、Mn02粉體、SW)3粉體、有機溶劑和混料球放入球磨 罐，在行星球磨機中進行混合；將混合均勻的漿體倒入容器中，放入烘箱中進行低溫烘烤直 至有機溶劑揮發完畢，然後研磨、過開口篩，獲得混合粉末；
3) 冷等靜壓成型將混合粉末放入模具中，由冷等靜壓機成型，得坯體；
4) 無壓燒結將坯體放入燒結爐中燒結，得二氧化錫電極陶瓷材料。
所述的Sn02粉體純度為99。/。(質量)以上(含99%)，粒徑為0. 1 u m-1 y m; Mn02粉體的 純度為98% (質量)以上(含98%)，粒徑為0. lum-lum; CuO粉體的純度為98。/n (質量)以上(含98%)，粒徑為0. 1 n m-l w m; SbA粉體的純度為98% (質量)以上(含98%)，粒徑為 0. 1 ti m-l u m。
所述的有機溶劑為無水乙醇；所述的混料球為尼龍包覆陶瓷球；Sn02粉體、CuO粉體、 Mn02粉體和Sb203粉體有機溶劑混料球的質量比4: 1: 1 1: 2: 1;所述的球磨罐為尼龍 罐，行星球磨機的轉速為100-300轉/分，球磨時間為4-8h。
所述的低溫烘烤溫度為50'C-120°C，烘烤時間12h-36h;所述的開口篩的目數為400目。 所述的冷等靜壓機的壓力為200MPa-400MPa，保壓時間為l-10min。 所述的燒結為燒結氣氛為空氣，升溫速率為0. 5-5。C/min，燒結溫度1200°C-1450°C， 保溫時間1-10h。
本發明的有益效果是MrA是促進Sn02陶瓷緻密化燒結的固相燒結機制的最理想的燒結 助劑之一，CuO是促進Sn02陶瓷緻密化燒結的液相燒結機制的燒結助劑之一，Sb必,是良好的 促進Sn02陶瓷的電性能的摻雜劑之一。本發明採用Mn02和CuO實現Sn02電極陶瓷的高緻密度， 同時採用SbA實現Sn02電極陶瓷的高電導率。獲得的Sn02電極陶瓷的緻密度最高達到98. 9%， 室溫電導率為181.5Scm—'，中溫電導率為3U.5Scm—、本發明的方法簡單，本發明的方法制 備的二氧化錫電極陶瓷材料具有導電率好、緻密度高的特點。本發明製備的二氧化錫電極陶 瓷材料能用於電熔玻璃技術的電極材料，以及用於鍍膜用的Sn02靶材。


圖l是本發明的工藝流程圖2為本發明實施例1獲得的二氧化錫電極陶瓷材料的斷口形貌照片； 圖3為本發明實施例2獲得的二氧化錫電極陶瓷材料的斷口形貌照片； 圖4為本發明實施例3獲得的二氧化錫電極陶瓷材料的斷口形貌照片； 圖5為本發明實施例1獲得的二氧化錫電極陶瓷材料的溫阻曲線圖。
具體實施例方式
為了更好的理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不 僅僅局限於下面的實施例。 實施例1:
如圖1所示，二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法，它包括如下步驟
1)配料在電子天平中將O. liim且純度99。/。的Sn02粉體、1 u m且純度98%的Cu0粉體； 0. 1 u m且純度98%的Mn02粉體和1 u m且純度98%的5^03粉體按照質量配比為100: 0. 95: 0.05: 1 (其中Sn02的質量為500g)進行稱量，備用。
2)造粒按Sn02粉體、CuO粉體、Mn02粉體和Sb203粉體有機溶齊!j:混料球的質量比二l: 2: 1，將Sn02粉體、Cu0粉體、Mn02粉體、Sb20:,粉體、有機溶劑和混料球放入球磨罐，在行 星球磨機中進行混合；所述的有機溶劑為無水乙醇，所述的混料球為尼龍包覆陶瓷球，所述 的球磨罐為尼龍罐；行星球磨機的轉速為200轉/分，球磨時間為8h。將球磨後的混合均勻 的漿體倒入容器中，放入烘箱中在120'C烘烤36h，直至有機溶劑揮發完畢，然後研磨成細 粉過40Q目的開口篩，獲得粒徑均一且混合均勻的混合粉末；3)冷等靜壓成型將混合粉末進行模具成形，放入塑料套後抽真空，放入冷等靜壓機 中在400MPa下保壓10min，得坯體；
4)無壓燒結將坯體放入燒結爐中燒結，燒結氣氛為空氣，以0.5'C/min升溫至145CTC 下保溫10h，自然冷卻，得二氧化錫電極陶瓷材料(即0. 95CuO-0. 05Mn02-lSb203-Sn02塊狀電 極陶瓷)。
獲得的0. 95CuO-0. 05MnO廠lSb203-Sn02塊狀電極陶瓷的顯微結構緻密，顆粒大小均勻(如 圖2所示)。經排水法測量可知緻密度為95. 8%;經測量的阻溫特性曲線(如圖5所示)可以 看出電導率隨著溫度提高，其中室溫電導率為181.5 Scm—1，中溫電導率為311.5 ScriT1。 實施例2:
如圖1所示，二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法，它包括如下步驟 1)配料在電子天平中將1 y m且純度99%的Sn02粉體、0. 1 n m且純度98%的CuO粉體； 1 U m且純度98%的Mn02粉體和0. 1 y m且純度98%的SbA粉體按照質量配比為100: 0. 05: 0.95: 0.1 (其中Sn02的質量為500g)進行稱量，備用。
2) 造粒按Sn02粉體、CuO粉體、Mn02粉體和SbA粉體有機溶齊U:混料球的質量比二l: 2: 1，將Sn02粉體、CuO粉體、Mn02粉體、SbA粉體、有機溶劑和混料球放入球磨罐，在行 星球磨機中進行混合；所述的有機溶劑為無水乙醇，所述的混料球為尼龍包覆陶瓷球，所述 的球磨罐為尼龍罐；行星球磨機的轉速為200轉/分，球磨時間為4h。將球磨後的混合均勻 的漿體倒入容器中，放入烘箱中在5(TC烘烤36h，直至有機溶劑揮發完畢，然後研磨成細粉 過400目的開口篩，獲得乾燥的混合粉末；
3) 冷等靜壓成型將混合粉末進行模具成形，放入塑料套後抽真空，放入冷等靜壓機 中在200MPa下保壓10min，得坯體；
4) 無壓燒結將坯體放入燒結爐中燒結，燒結氣氛為空氣，以5'C/min升溫至145CTC 下保溫lh，得二氧化錫電極陶瓷材料(即0. 05CuO-0. 95Mn02-0. lSb203-Sn(U央狀電極陶瓷)。
獲得的0. 05CuO-0. 95Mn02-0. 1Sb203-Sn02塊狀電極陶瓷的顯微結構緻密，顆粒均勻(如圖 3所示)。經測量其緻密度為98. 9%，室溫電導率1.56X10—4Scm'，中溫電導率25. 9 Scm—'。 實施例3:
如圖1所示，二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法，它包括如下步驟
1) 配料在電子天平中將O. 1lim且純度99。/。的Sn02粉體、0. 1 y m且純度98%的CuO粉 體；0. 1 u m且純度98%的Mn02粉體和0. 1 ii m且純度98%的SbA粉體按照質量配比為100: 0.25: 0.25: 0.5 (其中Sn02的質量為500g)進行稱量，備用。
2) 造粒按Sn02粉體、CuO粉體、Mn02粉體和3^03粉體有機溶劑混料球的質量比=1: 2: 1，將SrA粉體、CuO粉體、MrA粉體、SbA粉體、有機溶劑和混料球放入球磨罐，在行 星球磨機中進行混合；所述的有機溶劑為無水乙醇，所述的混料球為尼龍包覆陶瓷球，所述 的球磨罐為尼龍罐；行星球磨機的轉速為200轉/分，球磨時間為8h。將球磨後的混合均勻 的漿體倒入容器中，放入烘箱中在5(TC烘烤36h，直至有機溶劑揮發完畢，然後研磨成細粉 過400目的開口篩，獲得乾燥的混合粉末；3) 冷等靜壓成型將混合粉末進行模具成形，放入塑料套後抽真空，放入冷等靜壓機 中在400MPa下保壓10min，得坯體；
4) 無壓燒結將坯體放入燒結爐中燒結，燒結氣氛為空氣，以O. 5'C/min升溫至120(TC 下保溫10h，得二氧化錫電極陶瓷材料(即0. 25CuO-0. 25MnO廠0. 1SbA-Sn02塊狀電極陶瓷)。
獲得的0. 25CuO-0. 25MnO2-0. lSb203-Sn02塊狀電極陶瓷的顯微結構緻密，顆粒均勻(如圖 4所示)。經測量其緻密度為97. 5%，室溫電導率4.8Scm—、中溫電導率212. 8 Scm'。 實施例4:
如圖1所示，二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法，它包括如下步驟
1) 配料在電子天平中將0. 5um且純度99. 5%的Sn02粉體、0. 5 n m且純度99%的CuO 粉體；0. 5 ii m且純度99%的Mn02粉體和0. 5 w m且純度99%的31)203粉體按照質量配比為100: 0.25: 0.25: 0.5 (其中Sn02的質量為500g)進行稱量，備用。
2) 造粒按Sn02粉體、CuO粉體、Mn02粉體和Sb20:,粉體有機溶劑混料球的質量比=1: 1: 1，將Sn02粉體、CuO粉體、Mn02粉體、SbA粉體、有機溶劑和混料球放入球磨罐，在行 星球磨機中進行混合；所述的有機溶劑為無水乙醇，所述的混料球為尼龍包覆陶瓷球，所述 的球磨罐為尼龍罐；行星球磨機的轉速為300轉/分，球磨時間為6h。將球磨後的混合均勻 的漿體倒入容器中，放入烘箱中在IO(TC烘烤12h，直至有機溶劑揮發完畢，然後研磨成細 粉過400目的開口篩，獲得乾燥的混合粉末；
3) 冷等靜壓成型將混合粉末進行模具成形，放入塑料套後抽真空，放入冷等靜壓機 中在300MPa下保壓lmin，得坯體；
4) 無壓燒結將坯體放入燒結爐中燒結，燒結氣氛為空氣，以rC/min升溫至130CTC 下保溫5h，得二氧化錫電極陶瓷材料。
本發明所列舉的各原料都能實現本發明，以及各原料的上下限取值、區間值都能實現本 發明；在此不一一列舉實施例。本發明的工藝參數(如溫度、壓力、時間、轉速等)的上下 限取值、區間值都能實現本發明；在此不一一列舉實施例。
權利要求
1. 二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟1)配料按燒結助劑的質量為SnO2粉體質量的0.5-1.0％，選取燒結助劑和SnO2粉體，其中，燒結助劑為MnO2粉體和CuO粉體，MnO2粉體、CuO粉體在燒結助劑中所佔質量百分數為MnO2粉體5-95％，CuO粉體5-95％；按Sb2O3粉體的質量為SnO2粉體質量的0.1-1.0％，選取Sb2O3粉體，備用；2)造粒將SnO2粉體、CuO粉體、MnO2粉體、Sb2O3粉體、有機溶劑和混料球放入球磨罐，在行星球磨機中進行混合；將混合均勻的漿體倒入容器中，放入烘箱中進行低溫烘烤直至有機溶劑揮發完畢，然後研磨、過開口篩，獲得混合粉末；3)冷等靜壓成型將混合粉末放入模具中，由冷等靜壓機成型，得坯體；4)無壓燒結將坯體放入燒結爐中燒結，得二氧化錫電極陶瓷材料。
2. 根據權利要求l所述的二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法，其特徵在於所述的Sn02 粉體純度為99%以上，粒徑為0. lym-lum;Mn02粉體的純度為98%以上，粒徑為0. 1 y m-1 w m; CuO粉體的純度為98%以上，粒徑為0. lum-lum; Sb203粉體的純度為98%以上，粒徑為 0. 1 u m-l y m。
3. 根據權利要求1所述的二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法，其特徵在於所述的有 機溶劑為無水乙醇；所述的混料球為尼龍包覆陶瓷球；Sn02粉體、Cu0粉體、Mn02粉體和Sb20:,粉體:有機溶劑混料球的質量比4: 1: 1 1: 2: 1;所述的球磨罐為尼龍罐，行星球磨機的轉速為100-300轉/分，球磨時間為4-8h。
4. 根據權利要求1所述的二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法，其特徵在於所述的低溫烘烤溫度為50。C-12(TC，烘烤時間12h-36h;所述的開口篩的目數為400目。
5. 根據權利要求1所述的二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法，其特徵在於所述的冷 等靜壓機的壓力為200MPa-400MPa，保壓時間為1-10min。
6. 根據權利要求1所述的二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法，其特徵在於所述的燒 結為燒結氣氛為空氣，升溫速率為0. 5-5'C/min，燒結溫度1200°C-1450°C ，保溫時間1-10h。
全文摘要
本發明涉及一種SnO2電極陶瓷的製備方法。二氧化錫電極陶瓷材料的製備方法，其特徵在於它包括如下步驟1)配料按燒結助劑的質量為SnO2粉體質量的0.5-1.0％，其中，燒結助劑為MnO2粉體和CuO粉體；按Sb2O3粉體的質量為SnO2粉體質量的0.1-1.0％，選取粉體原料；2)造粒將粉體原料、有機溶劑和混料球放入球磨罐，在行星球磨機中進行混合；將混合均勻的漿體倒入容器中，放入烘箱中進行低溫烘烤直至有機溶劑揮發完畢，然後研磨、過開口篩，獲得混合粉末；3)冷等靜壓成型將混合粉末放入模具中，由冷等靜壓機成型，得坯體；4)無壓燒結將坯體放入燒結爐中燒結，得二氧化錫電極陶瓷材料。本發明獲得SnO2電極陶瓷具有摻雜量少、緻密度高、常溫電導率好、抗玻璃液的侵蝕能力強等優點。
文檔編號C04B35/622GK101439966SQ200810237418
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月26日 優先權日2008年12月26日
發明者張東明, 張聯盟, 李俊國, 強 沈, 王傳彬, 羅國強 申請人:武漢理工大學