本发明涉及导电材料技术领域，具体涉及一种复合导电陶瓷材料的制备方法。
背景技术：
导电陶瓷材料是指陶瓷材料中具备离子导电、电子、空穴导电的一种新型功能材料。导电陶瓷集金属电学性能和陶瓷结构特性于一身，具有类似金属导电性等电学性能，同时又具有陶瓷的结构特征，如化学性质稳定、耐高温、寿命长、抗辐射、耐腐蚀、抗氧化等，可广泛应用于电极、气敏元件、铁电材料、超导材料等领域。目前，导电陶瓷的制备方法主要有烧结法、湿化学法、气相扩渗法、微波烧结法等。上述导电陶瓷的制备方法，除用途各有不同外，还存在工序繁杂、工艺周期长、工艺复杂、原料成本高等问题，难以大规模工业化生产。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种复合导电陶瓷材料的制备方法，该制备工艺简单，周期较短，使用的原料安全无毒，制备出的导电陶瓷材料不易吸潮和团聚，导电性能优良，适合大规模工业化生产。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种复合导电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）混合溶液的制备：将硅藻土过80～100目筛后加入反应容器中，再加入去离子水，缓慢加入氮化硅粉体，滴加10～20%的盐酸溶液将体系ph值调节至3～5，机械搅拌10～20min，得到分散液；将氧化锌粉末、碳化硅粉末、氧化锆粉末、氧化钍粉末按照质量比3～5：1～2：2～3：1～2混合后加入分散液中，再加入10～30%的盐酸溶液调节ph至4～5，搅拌均匀后得到混合溶液；
（2）复合微粒浆料的制备：将混合溶液于60～80℃条件下保温搅拌3～4小时，再升温至120～150℃保温搅拌1～2小时，倒入玻璃缸中静置20～24小时，得到复合微粒浆料；
（3）分离干燥：取复合微粒浆料离心分离5～10min，倒入分液漏斗中，使用去离子水将固相洗涤3～5次，直至基本未检测到氯离子；固相洗涤后放入微波干燥箱中，于80～100℃干燥至含水量小于5%，得到复合导电粉体；
（4）煅烧、粉碎：将复合导电粉体置于焙烧炉内焙烧2～3小时，再自然冷却至室温，送入气流超微粉碎机，超微粉碎得到粒径300～600目的复合导电陶瓷材料。
优选地，所述步骤（1）去离子水的用量为硅藻土质量的10～20倍，氮化硅的用量为硅藻土质量的1.5～2.5倍。
优选地，所述氧化锌粉末、碳化硅粉末、氧化锆粉末、氧化钍粉末按照质量比4：1：3：2混合后加入分散液中。
优选地，所述步骤（2）混合液采用分液漏斗缓慢倒入玻璃缸中。
优选地，所述步骤（3）离心分离使用普通离心分离机，转速为4000～6000r/min。
优选地，所述步骤（3）微波干燥箱选用颗粒微波真空干燥机，其微波功率为20～40kw，真空压力为0.05～0.08mpa。
优选地，所述步骤（4）焙烧炉升温采用三阶段程序升温，具体为第一阶段升温至400～500℃，保温5～10min，第二阶段升温至650～750℃，保温10～20min，第三阶段升温至850～950℃，保温30～40min；升温和保温时间的总和确保在2～3小时。
优选地，所述步骤（4）气流超微粉碎采用氮气和二氧化碳的混合气体进行气流粉碎，工作温度为10～20℃。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明的复合导电陶瓷材料的制备方法，主要包括混合溶液的制备、复合微粒浆料的制备、分离干燥、煅烧粉碎四个步骤，该制备方法工艺简单，生产周期较短，使用的原料安全无毒，制备出的导电陶瓷材料不易吸潮和团聚，分散性能好，呈细小颗粒状，导电性能优良，适合大规模工业化生产和作为静电陶瓷膜和固体燃料电池、电机材料。
（2）本发明的混合溶液，以疏松多孔、粘结性能优良的硅藻土为基体成分，与氮化硅形成分散体系，再利用离子交换反应将氧化锌、碳化硅、氧化锆、氧化钍的盐酸溶液与溶胀后的硅藻土复合，控制ph值使得复合效率更高，硅藻土中的大部分钠离子得到置换。
（3）本发明的混合溶液通过升温搅拌、静置得到复合微粒浆料，再通过离心分离、微波干燥得到复合导电导体，最后通过程序升温、气流粉碎得到导电陶瓷材料，通过精确控制温度和时间等参数，保证了各环节产物的尺寸和规格，使得该导电陶瓷材料集金属电学性能与陶瓷的耐腐蚀、防水、抗压、抗氧化性能于一身。
具体实施方式
以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。
实施例1
一种复合导电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）混合溶液的制备：将100g硅藻土过80～100目筛后加入反应容器中，再加入去1500g离子水，缓慢加入210g氮化硅粉体，滴加15%的盐酸溶液将体系ph值调节至3～5，机械搅拌16min，得到分散液；将氧化锌粉末20g、碳化硅粉末5g、氧化锆粉末15g、氧化钍粉末10g混合后加入分散液中，再加入20%的盐酸溶液调节ph至4～5，搅拌均匀后得到混合溶液。
（2）复合微粒浆料的制备：将混合溶液于66℃条件下保温搅拌3.5小时，再升温至130℃保温搅拌1.2小时，然后使用分液漏斗缓慢倒入玻璃缸中，静置22小时，得到复合微粒浆料。
（3）分离干燥：取复合微粒浆料离心分离6min，倒入分液漏斗中，使用去离子水将固相洗涤3～5次，直至基本未检测到氯离子；固相洗涤后放入微波干燥箱中，于90℃干燥至含水量小于5%，得到复合导电粉体。其中，离心分离使用普通离心分离机，转速为4000～6000r/min；微波干燥箱选用颗粒微波真空干燥机，其微波功率为20～40kw，真空压力为0.05～0.08mpa。
（4）煅烧、粉碎：将复合导电粉体置于焙烧炉内焙烧2～3小时，升温采用三阶段程序升温，具体为第一阶段升温至400～500℃，保温5～10min，第二阶段升温至650～750℃，保温10～20min，第三阶段升温至850～950℃，保温30～40min；升温和保温时间的总和确保在2～3小时；再自然冷却至室温，送入气流超微粉碎机，超微粉碎得到粒径300～600目的复合导电陶瓷材料。其中，气流超微粉碎采用氮气和二氧化碳的混合气体进行气流粉碎，工作温度为10～20℃。
实施例2
一种复合导电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）混合溶液的制备：将100g硅藻土过80～100目筛后加入反应容器中，再加入1600g去离子水，缓慢加入氮化硅粉体180g，滴加10～20%的盐酸溶液将体系ph值调节至3～5，机械搅拌10～20min，得到分散液；将氧化锌粉末16g、碳化硅粉末4g、氧化锆粉末12g、氧化钍粉末8g混合后加入分散液中，再加入10～30%的盐酸溶液调节ph至4～5，搅拌均匀后得到混合溶液。
（2）复合微粒浆料的制备：将混合溶液于75℃条件下保温搅拌3.6小时，再升温至140℃保温搅拌1.8小时，然后使用分液漏斗缓慢倒入玻璃缸中，静置24小时，得到复合微粒浆料。
（3）分离干燥：取复合微粒浆料离心分离8min，倒入分液漏斗中，使用去离子水将固相洗涤3～5次，直至基本未检测到氯离子；固相洗涤后放入微波干燥箱中，于92℃干燥至含水量小于5%，得到复合导电粉体。其中，离心分离使用普通离心分离机，转速为4000～6000r/min；微波干燥箱选用颗粒微波真空干燥机，其微波功率为20～40kw，真空压力为0.05～0.08mpa。
（4）煅烧、粉碎：将复合导电粉体置于焙烧炉内焙烧2～3小时，升温采用三阶段程序升温，具体为第一阶段升温至400～500℃，保温5～10min，第二阶段升温至650～750℃，保温10～20min，第三阶段升温至850～950℃，保温30～40min；升温和保温时间的总和确保在2～3小时；再自然冷却至室温，送入气流超微粉碎机，超微粉碎得到粒径300～600目的复合导电陶瓷材料。其中，气流超微粉碎采用氮气和二氧化碳的混合气体进行气流粉碎，工作温度为10～20℃。
实施例3
一种复合导电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）混合溶液的制备：将100g硅藻土过80～100目筛后加入反应容器中，再加入去离子水2200g，缓慢加入氮化硅粉体200g，滴加10～20%的盐酸溶液将体系ph值调节至3～5，机械搅拌20min，得到分散液；将氧化锌粉末24g、碳化硅粉末10g、氧化锆粉末10g、氧化钍粉末6g混合后加入分散液中，再加入10～30%的盐酸溶液调节ph至4～5，搅拌均匀后得到混合溶液。
（2）复合微粒浆料的制备：将混合溶液于75℃条件下保温搅拌3.8小时，再升温至140℃保温搅拌1.6小时，然后使用分液漏斗缓慢倒入玻璃缸中，静置24小时，得到复合微粒浆料。
（3）分离干燥：取复合微粒浆料离心分离10min，倒入分液漏斗中，使用去离子水将固相洗涤3～5次，直至基本未检测到氯离子；固相洗涤后放入微波干燥箱中，于95℃干燥至含水量小于5%，得到复合导电粉体。其中，离心分离使用普通离心分离机，转速为4000～6000r/min；微波干燥箱选用颗粒微波真空干燥机，其微波功率为20～40kw，真空压力为0.05～0.08mpa。
（4）煅烧、粉碎：将复合导电粉体置于焙烧炉内焙烧2～3小时，升温采用三阶段程序升温，具体为第一阶段升温至400～500℃，保温5～10min，第二阶段升温至650～750℃，保温10～20min，第三阶段升温至850～950℃，保温30～40min；升温和保温时间的总和确保在2～3小时；再自然冷却至室温，送入气流超微粉碎机，超微粉碎得到粒径300～600目的复合导电陶瓷材料。其中，气流超微粉碎采用氮气和二氧化碳的混合气体进行气流粉碎，工作温度为10～20℃。
实施例4
一种复合导电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）混合溶液的制备：将100g硅藻土过80～100目筛后加入反应容器中，再加入去离子水1800g，缓慢加入氮化硅粉体250g，滴加10～20%的盐酸溶液将体系ph值调节至3～5，机械搅拌10～20min，得到分散液；将氧化锌粉末20g、碳化硅粉末5g、氧化锆粉末8g、氧化钍粉末6g混合后加入分散液中，再加入10～30%的盐酸溶液调节ph至4～5，搅拌均匀后得到混合溶液。
（2）复合微粒浆料的制备：将混合溶液于60～80℃条件下保温搅拌3～4小时，再升温至120～150℃保温搅拌1～2小时，然后使用分液漏斗缓慢倒入玻璃缸中，静置20～24小时，得到复合微粒浆料。
（3）分离干燥：取复合微粒浆料离心分离5～10min，倒入分液漏斗中，使用去离子水将固相洗涤3～5次，直至基本未检测到氯离子；固相洗涤后放入微波干燥箱中，于80～100℃干燥至含水量小于5%，得到复合导电粉体。其中，离心分离使用普通离心分离机，转速为4000～6000r/min；微波干燥箱选用颗粒微波真空干燥机，其微波功率为20～40kw，真空压力为0.05～0.08mpa。
（4）煅烧、粉碎：将复合导电粉体置于焙烧炉内焙烧2～3小时，升温采用三阶段程序升温，具体为第一阶段升温至400～500℃，保温5～10min，第二阶段升温至650～750℃，保温10～20min，第三阶段升温至850～950℃，保温30～40min；升温和保温时间的总和确保在2～3小时；再自然冷却至室温，送入气流超微粉碎机，超微粉碎得到粒径300～600目的复合导电陶瓷材料。其中，气流超微粉碎采用氮气和二氧化碳的混合气体进行气流粉碎，工作温度为10～20℃。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。