防静电陶瓷板的制备与性能研究

屈彬 鲁洋

摘 要：以锑掺杂氧化锡（ATO）为导电材料，研究了ATO材料加入量、基础釉种类、釉层厚度和烧成温度对防静电陶瓷板的表面电阻的影响规律，采用常规陶瓷砖生产工艺制备了具有防静电功能兼具装饰效果的陶瓷板。结果表明：添加12%ATO的9165釉料，施釉厚度0.5mm，最高烧成温度1180℃，烧成周期150min，可制备出符合要求的防静电陶瓷板，生产的陶瓷板釉面致密平整无肉眼可见的缺陷，表面电阻值为158MΩ，且釉面呈浅蓝色具有较好的装饰效果。

关键词：陶瓷板 ；防静电 ；基础釉；表面电阻

1 前言

防静电陶瓷是一种新型防静电材料，在克服现有其他材质防静电材料易老化、不耐磨、易污染、耐久性和防火欠佳缺点的同时，兼顾了陶瓷砖美观耐用、抗压、耐腐蚀、防污、辐射性低、环保卫生等优点，是理想的防静电与装饰兼容的材料[1-4]。防静电陶瓷对安装有特殊要求，需安装在金属框架上，制约其应用。实验室用陶瓷台面板大多用装配方式安装在金属框架结构上，如果陶瓷台面板具备防静电功能，很容易实现台面板与地面连接，可起到消除静电的作用，省去了额外的安装费用，便于推广应用。随着电子行业及高精密实验室对洁净度要求越来越高[5-8]，实验台面板需具备防静电功能，因此，开发出一款具有防静电功能的陶瓷台面板显得尤为必要。

2 实 验

2.1 原料与样品制备

实验用导电材料为锑掺杂氧化锡（简称ATO），由广州宏武材料科技有限公司提供。实验用釉料由佛山市万岛制釉有限公司和佛山市博和高新材料有限公司提供。图1为防静电陶瓷制备工艺图。

2.2 测试与表征

采用MODEL-100表面电阻测试仪测试试样的电阻值，依据国家标准GB/T 26539-2011《防静电陶瓷砖》的要求判定。采用德国ZEISS公司的EVO-18型扫描电子显微镜（配Oxford能谱仪）观察试样的微观形貌，并检测材料微区成分含量。

3 结果分析与讨论

3.1 导电粉体添加量对试样导电性能的影响

图2为ATO添加量对样品砖电阻的影响规律图。由图可知，ATO的添加量越大，导电性能也就越好，可能是ATO含量的增加，使得样品砖釉层中的导电网络结构更完善。当ATO添加量为12%时，样品砖电阻值低于1000 MΩ，已达到防静电陶瓷标准（0.05～1000 MΩ）；当ATO添加量为18 %时，样品砖的电阻低于100 MΩ，防静电效果非常好。通过釉面质量、防静电效果和成本的综合考虑，确定ATO的添加量为12 %。釉层中添加ATO会使釉面乳浊成淡蓝色，适合制備纯蓝色系防静电陶瓷台面板产品。

3.2 烧成温度对试样导电性能的影响

对添加不同含量的ATO导电粉的配方进行配料，湿法球磨，调整浆料固含量在60%施釉后，在不同温度下进行烧成，得到试样，测试样电阻值。测试结果如图3所示。由图可知，陶瓷砖试样的表面电阻随着ATO粉体含量的增加逐渐降低。当ATO粉体含量小于9 %时，在不同的烧成温度下，所制备的陶瓷砖表面电阻均大于1000 MΩ；当ATO粉体含量大于或等于12 %时，在不同的烧成温度下，所制备的陶瓷砖表面电阻均小于1000 MΩ；当烧成温度超过1235℃时，釉层会过烧现象，出现釉面气泡等缺陷。

3.3 釉料种类对试样导电性能的影响

选用两种釉作为基础釉料，其化学组成如表1所示。将不同含量的ATO导电粉材料引入不同组成的釉中，调整釉层厚度为0.5mm，考察不同釉料组成对釉面导电性能的影响。图4为不同釉料组成对添加ATO陶瓷砖电阻的影响。由图可知，不同ATO导电粉添加量试样，编号为9165的基础釉较编号为9788的基础釉具有更低的表面电阻，说明9165基础釉更适合做防静电陶瓷。

3.4 釉层厚度对试样导电性能的影响

釉层厚度对陶瓷砖导电性能有直接的影响。将釉料中ATO导电粉的加入量确定为12%，制备不同厚度的导电釉，考察釉层厚度对导电性的影响。图5为釉层厚度对釉层导电性能的影响。由图可知，试样的表面电阻值随着釉层厚度的增加逐渐降低。当施釉厚度为0.3 mm时，制备试样的电阻为4000 MΩ；当施釉厚度要大于等于0.5 mm时，制备试样的电阻均小于1000 MΩ。为了使电阻值稳定在1000 MΩ以下，当ATO导电粉的加入量为12%时，釉层厚度需保持在0.5mm以上。

3.5 防静电陶瓷板生产应用

根据上述实验结果，以ATO为导电材料，选用9165型号釉料作为基础釉，ATO的添加量为12%，通过湿法球磨工艺制备防静电釉料，釉料过325目筛余0.24%，釉料含水率为32.3%，比重为1.86 ，釉浆流动性为136 s。通过淋釉或喷釉的方式，控制釉层厚度大于0.5 mm。结合工厂实际情况及产品特征，最高烧成温度确定为1180℃，烧成周期150min，图6为防静电陶瓷板实际烧成温度曲线。

图7为具有防静电功能的陶瓷板试样。试样釉面致密平整无肉眼可见的缺陷，且釉面呈浅蓝色具有较好的装饰效果。采用MODEL-100便携式表面电阻测试仪测试试样表面的点电阻值，结果表明陶瓷板试样的表面电阻值为158MΩ，符合要求。图8为防静电陶瓷板釉面微观结构和元素分析。由图可知，釉面分布大量的微凸结构，这些微凸结构是ATO晶粒团聚体，也正是因为这些ATO导电微晶结构实现了釉面的导电功能。同时，微凸结构在宏观结构上增加了釉面的粗糙度，使得陶瓷釉面具有较好的防滑作用。同时，通过微区成分分析可知，釉面分布着大量的Sn元素，也证明了ATO粉体的存在。

4 结论

（1）随着ATO含量的增加，试样的表面电阻值越小。当ATO添加量为12%时，样品砖电阻值低于1000 MΩ，已达到防静电陶瓷标准，釉层中添加ATO会使釉面乳浊成淡蓝色，适合制备纯蓝色系防静电陶瓷台面板产品。

（2）不同的基础釉料对试样的导电性能有较大影响。编号为9165的基础釉较编号为9788的基础釉具有更低的表面电阻，本实验中9165基础釉更适合做防静电陶瓷。

（3）试样的表面电阻值随着釉层厚的增加逐渐降低。当施釉厚度为0.3 mm时，制备试样的电阻为4000 MΩ；当施釉厚度大于等于0.5 mm时，制备试样的电阻均小于1000 MΩ。

（4）生产制备的试样釉面致密平整无肉眼可见的缺陷，表面电阻值为158MΩ，符合要求，且釉面呈浅蓝色具有较好的装饰效果。

参考文献

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