材料主要有橡胶、塑料、涂料、纺织品、陶瓷等。防静电陶瓷是作为对传统陶瓷进行防静电功能化开发后得到的一种新型陶瓷材料，具有永久、稳定、防火、耐磨、耐酸碱腐蚀、耐高温（达1200℃）、生态环保、发尘量小等特点，彻底解决了普通HPL和PVC防静电有机材料的易燃、易磨损、变形、断裂、不易清理等问题，可广泛用于航空航天、医院以及国防军事重地等领域。
目前市场上的防静电陶瓷砖主要以釉面导电瓷砖和通体导电仿古砖为代表，这两类防静电陶瓷砖都是以导电氧化锡（ATO）为导电材料。由于ATO为深蓝色，用其所制备的防静电陶瓷的颜色较深，限制了陶瓷砖装饰功能的发挥，并且价格昂贵，从而影响了防静电陶瓷的应用和市场推广。要制备便于装饰的浅色防静电陶瓷砖就必须使用耐高温的浅色无机导电材料。
氧化锌（ZnO）是一种常用的化工产品，白色或乳白色，价格不贵，在陶瓷色釉料、压敏陶瓷、压电陶瓷、导电陶瓷等领域被大量使用。由于氧化锌具有特别的电子结构，比较容易被半导化，可以制备成浅色导电材料。
目前，制备导电氧化锌粉体（AZO）的方法有固相反应法、化学共沉淀法、等离子体法、溶胶一凝胶法、水热法、CVD法等。考虑到陶瓷生产对原材料的需要量大，且材料成本不宜太高，因此，采用工艺相对成熟、成本低且易于批量生产的固相反应法来制备防静电陶瓷砖用导电氧化锌粉体比较适合。
本文研究了固相反应法制备导电氧化锌粉体。并对所得的导电氧化锌粉体在浅色防静电陶瓷砖中的应用技术进行了初步探讨。
2 实验内容
2.1实验原料和设备
（1）实验原料
本实验所用的原料有化学纯氧化锌粉体、氧化铝溶胶、抛光砖坯料。
（2）实验设备
本实验所采用的设备有行星球磨机、聚氨酯球磨罐、氧化锆磨球、分析筛、烘箱、电动液压制样机、高温箱式电炉、高速万能粉碎机、万用电表、高绝缘电阻测试仪。
2.2实验过程
2.2.1导电氧化锌的制备过程
按配方称取原料，放入球磨罐中；加入40%的蒸馏水，快速球磨2h；浆料过325目筛后在120℃的烘箱内烘干；将得到的混合物放入刚玉坩埚内。在高温箱式电炉中，按一定升温速度加热到最高温度，并保温2h，随后停炉自冷；将合成所得的块状物粉碎、快速球磨一定时间，得到导电氧化锌粉体。
2.2.2防静电陶瓷砖的制备
采用防静电陶瓷砖制备的专利技术，将所制得的导电氧化锌粉料按一定比例与陶瓷抛光砖坯料相混合，干压成80mm×120mm×8mm试样，干燥后，煅烧到1180℃，保温30min，得到防静电陶瓷砖。
2.3电阻率的测试
2.3.1导电粉电阻率测试
称取30g导电氧化锌粉，用模具以30MPa压成圆片状试样，采用万用电表测量试样电阻R（Q），圆面积S（cm2）和厚度D（cm），计算电阻率：p=R×S/D。
2.3.2防静电陶瓷砖电阻值测试
将防静电陶瓷砖放入烘箱，经120℃烘1h后冷至室温（25℃），随后立刻采用高绝缘电阻测试仪测量陶瓷砖的电阻值。
3 结果分析与讨论
3.1导电氧化锌粉体的制备
3.1.1三氧化二铝的掺入量对氧化锌导电性的影响
当氧化锌晶体中的Zn2+离子被+3价的阳离子取代置换后，在原来Zn2+位置形成一个带正电荷的AlZn，这个正电中心可以把AlZn原子中多余的价电子束缚在它的周围，但束缚力比正常晶格对离子健的价电子的束缚力小很多，容易形成施主中心，从而增加载流子量，降低了氧化锌晶体的电阻率。
要实现离子间的取代置换，必须具备一定的内在和外在条件。内在条件之一是相交换的离子的半径相近：外在条件是需要施以一定的离子交换能量。已知Al3+的离子半径为0.05nm，Zn2+的离子半径为0.07nm，所以选用Al2O3作为氧化锌的半导化掺杂剂是可行的。为使Al2O3充分地分散在氧化锌粉体中，选用三氧化二铝溶胶为掺杂剂。不同Al2O3掺杂量的氧化锌粉体煅烧1250℃，保温2h后的电阻率如表1所示。
由表1可知，Al2O3的掺入量对氧化锌粉体电阻率影响很大。当Al2O3的掺入量在0.5wt%～1.5wt%时，氧化锌粉体的电阻率较低，随着Al2O3加入量的增加，氧化锌粉体的电阻率又开始升高。因此，适宜的Al2O3掺杂量为0.5wt%～1.5wt%。
3.1.2合成温度对氧化锌导电性的影响
高温合成是实现Al离子取代置换Zn离子的外部条件，温度高则表明施加的交换能量大。将掺杂1.0wt%Al2O3的氧化锌粉体在不同的合成温度下保温2h，所得氧化锌的电阻率见表2。
由表2可知，合成温度对氧化锌粉体的半导化影响较大。在1150℃以下，由于外在能量不够，Al3+进入氧化锌晶格取代Zn2+数量很少，氧化锌粉体的电阻率有降低。但降低不多。而当温度高于1350℃时，由于开始生成ZnAl2O4尖晶石相，减少了Al3+对Zn2+的置换率，氧化锌粉体的电阻率又开始迅速上升。实践证明：当温度为1250～1300℃时，可以得到电阻率小于80kΩ·cm的氧化锌粉体。
3.2导电氧化锌对陶瓷砖性能的影响
3.2.1导电氧化锌的加入量对陶瓷砖电阻值的影响
当Al2O3掺入量为1.0wt%，煅烧温度为1280℃，保温2h合成的氧化锌导电粉，其电阻率为80kΩ·cm。陶瓷坯料采用抛光砖净白料，将一定比例的导电粉与陶瓷坯料混合后，干压成形，煅烧到1180℃，保温30min，所得陶瓷试样的电阻值如表3所示。
由表3可知，随着导电氧化锌加入量的增加，陶瓷砖的电阻值逐渐降低。当加入量小于10wt%时，由于导电粉在陶瓷体内仍以孤岛状存在，形成不了导电通路，陶瓷砖的电阻值大于109，达不到防静电的要求。当导电粉的加入量大于10wt%时，氧化锌颗粒在陶瓷体内开始出现相互联接，形成导电通路，特别是加入量为15wt%时，陶瓷砖的电阻值达到108数量级，可以基本满足防静电的阻值要求。继续增加导电氧化锌的加入量，陶瓷砖的电阻值保持在108数量级，没有明显的降低。
3.2.2导电氧化锌的细度对陶瓷砖电阻的影响
将合成的氧化锌块体，经初步破碎后，采用快速行星球磨机进行粉碎。依据不同的球磨时间，得到不同细度的导电氧化锌粉体。将不同细度的导电氧化锌粉加入陶瓷坯料中，Al2O3的掺入量为20wt%，煅烧温度为1180℃，保温30min，所得陶瓷砖的电阻值如表4所示。
由表4可知，氧化锌导电粉的细度对陶瓷砖的电阻值有一定的影响，颗粒太粗或太细均不利于防静电陶瓷砖的制备。颗粒太粗，在陶瓷体内形成导电通路较少，陶瓷砖的阻值高；而导电氧化锌的颗粒太细，易与陶瓷坯料反应失去导电能力，陶瓷砖的电阻值也会增高。在现有陶瓷砖制备工艺条件下，导电氧化锌的颗粒度一般在40～80μm为好。
3.2.3导电氧化锌的加入量对陶瓷砖强度、白度、尺寸的影响
除了导电性能，氧化锌对陶瓷砖其它性能的影响也是必须考虑的。在陶瓷砖的性能指标中，强度、尺寸是最基本的要求，而白度高（即浅色）是本文研究的一个基本目标。在1180℃保温30min的烧成条件下，氧化锌的加入量对此三项性能的影响见表5。
由表5可知，随着导电氧化锌在陶瓷坯料中含量的增加，陶瓷砖的物理性能发生了较大的变化。
陶瓷砖的抗折强度在导电氧化锌加入量为10wt%时略有提高，之后，陶瓷砖的强度随着氧化锌含量的增加而下降。这可以解释为氧化锌的加入会降低陶瓷的烧成温度，当氧化锌的加入量相对较低时（小于10wt%），有利于促进陶瓷的烧成，陶瓷砖的抗折强度会略有增高；当氧化锌的加入量较大时，在相同的烧成温度下，会导致陶瓷的过烧膨胀，陶瓷的吸水率提高，抗折强度下降。因此，加入导电氧化锌后，适当降低陶瓷的烧成温度，有利于获得性能良好的防静电陶瓷砖。
实验表明，导电氧化锌的加入，不会降低原有陶瓷砖的白度，还能够在一定程度上提高陶瓷砖的白度，得到浅色具有防静电功能的陶瓷砖。
4 结论
（1）采用固相反应法可制备出适合浅色防静电陶瓷抛光砖使用的导电氧化锌粉体。当Al2O3的掺杂量为0.5wt%～1.5wt%。导电氧化锌的合成温度为1250～1300℃时，所得氧化锌粉体的压块电阻率小于80kΩ·cm。
（2）浅色防静电陶瓷砖用的导电氧化锌粒度不宜太细，颗粒度在40～80μm为好。
（3）由于氧化锌具有助熔作用，在陶瓷坯料中加入量不宜过多，一般不大于15wt%。
（4）使用导电氧化锌制备浅色防静电陶瓷砖，虽然可以达到防静电的电阻值的要求（106～109Ω数量级），但加入量较大时，会影响陶瓷砖的其它性能指标，因此不宜单独大量使用，建议将导电氧化锌与其它导电粉体复合添加到陶瓷坯料中，扬长避短，可以更好地发挥导电氧化锌具有的导电、助烧和增白的作用。
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