三电极法测粉体的电阻率.pdf

1988沁1青岛建筑工程学院学报Jou rn a】ofQing daoIns*itute0fArehiteetu rea ndEng ineering三电极法测粉体的 电阻率薛祥立(基础部)崔乃斌河北师大物理 系)要本文着重于讨论 三 电极方法 测粉体的电阻 率,分析了影响粉体电 阻率 的一些 因素,以及为获得适当电阻 率 范围 所采取的措 施。一、引言在粉体的静电喷涂工艺中,电阻率是一个重要参数。在一定的粒度范围内,以粉体的电阻率为主 要控制参数可以获得最佳质量的涂层。因此,准 确而迅 速地 测定粉体的 电阻率对于指导粉体静电喷涂工艺过程是十 分重要 的。粉体电阻率的测量方法很多,其中具有代表性的有平行圆盘法、探针法、同心圆筒法。由于影 响粉体电阻率的因素很多,不 同的测量方法和测量条件往往使测量结果相去甚远,所以迄今为止对于粉体 电阻率的测量还 没能建立起一个统一 的标准。我们 在“5 102粉的静电喷涂”实验研究中,采用了粉体的“三 电极 测量 系统”这种装置 体积 小,测试速 度快,所需的粉样量少,有良好的重复性。本文就我们的测试方法 及结果分析作一简要的介绍。二、三 电极的测量原理高绝缘材料的电阻R是体积 电阻Rv和表 面电阻R。并联的结果。由于受环境及杂质的影 响,表面 电阻会比体积 电阻低,因此 在体 电阻的 测量过程中应排 除表 面 电 阻的影响。粉体试样的体积电阻通常 是做成 板状 测量 的,基本原 理如图l所示。有三个同心圆(环)电极,电极A(主 电极)是圆形的,与电流测量仪器连接,电极B(对电极)也是圆形的,与直流 电源连接,电极C(保护电极)是环形的,与接地端连接。由于所选择的电流侧量仪器的内阻要比电极A、B间或A、C间 的试样电阻低得 多,因此A和C可以看作是等电位的,从 电极B通 过试样表面或内部到达电极C的电流(图2中的虚 线)对 电流测量仪器形成傍路,测量 出的只是从电极B经过试样内部到 电极A的 电流(图2中的实线)19 87年5月21日收到。青岛 建筑工 程 学 院学 报19 88直直直直直直直直直直直直康康康康汉片产冷拟式邓邓电电电电电电电电电电电电泥泥泥,一 一一澳澳澳图l体电阻测 量 的接线图2体电流 分离的原理这样就排除掉了表 面 电阻的影 响。如果A、C间 的间隔较小,电极人的边缘杯分 的 电流就不紊乱,电流分布变均匀(图2),体 积电阻率可由下式算出p,=Rv式中DA是主电极直径,d是粉样厚度。叮DAZ4d(1)三、实验仪器及测试条件实验仪器 由“ZC一3 6 型超高电阻微电流 测试仪和自制的粉体三 电极测量 系统组成。粉体测量 的三 电极装置如图3所示。容器由高卜卜/尹/乙少1 1 1爪爪欢勺r才刀欢军万兀7角民不不不不不不不不不不不不卜卜 万、尹广声尸份 2广洲/产,产八声声声喃喃奋奋K之办J扮必妙妙长失仪V V V绝缘的聚碳酸醋(或聚四氟乙烯)材料制成,其体积电阻率大于 1 0“Q。m。三个电极均由不锈钢材料制成,电极尺寸为D*二24mm,D。=4om m,D。=3 0m m。主 电极A因有图2所示 的边缘部分的紊乱电流分布,它的有效面积SA与电极A与电极C的 间隔g以及试样厚度d有关系SA=兀(r。一己)2(2)式中容器、12、卫jnOJ往了胜、z、图3测量三 电极图_DA十Dc。-刁-一。=d鱼In c。Sh黑)1L兀4Q/为使同一电极配置也能测量表 面 电阻率,一般认 为应取g二Zd。当试样非常薄时,乙二普主 电极边缘部分 的素乱电流 分布就 可以忽略。综合 考虑几 方 而的 因素,我们 自制 的三电极取g=3om,粉样厚度应是d二毕二1.s mm。体积电阻 由于易吸潮和易受 温度 的影 响,测量工作是 将粉样在Zo c,尺Hso%左右的环境中静置2 4小时之后再进行的。考虑到高绝缘材料加压后 电流随时 问衰减而渐趋定恤1薛祥立等:三 电极法测粉体的 电阻率值,实验数据均采用一分钟时的读数值,测量 电压 取50 0伏。另外,全部实验数据均是同一试样二 次 测量的平均值。四、测量结果及分析我们对T B一2,TM,HG一1000三种5 102粉的电阻率反复进行了不 同条件下的测试,分析了影响粉体电阻率的一些 因素,并与USP4081 7 0 9给出的数据进行了比较。图4所示是粉样在容器中经一定压力成 型后,测量电极与粉样间保持压力接触时的体 电阻率与压力的关系曲线。可以看出,p,随压力的增大(粉样的紧密程度增大)而 减小,其变化大约在 一个数量级 的范围内,当压力IOkg/cmZ时,曲线变得平坦,p,值的减小甚微,所以测 量时取IOkg/cm“压力为标准使粉样成型是可行的,这与U SP4081 709的标准也是相符的。图5所示是p,与粉样厚度d的关系曲线。显然,p,随试样厚度的增大 而减小,在。.5smm的厚度范围内,p,的变化基本是在 一个数量级的范围内,这对于实际工艺要求的影响是不 重要的。考虑到 同时测 量表面 电阻率的需要以及实际测 量的方便,试样厚度取1.53.5.mm较为合适。丁诀煎豪飞0岌之戈望少吭、拼月它泞(.。弓臀侧珍案尹.字门气三。?带泛侧李震。十艺!么I今l了么J令夕压力(弓/c砂夕厚度透(”叫图4p,一压力曲线图sp,一d曲线原始粉料因生产方法的不 同以及 贮存环境的影响其电阻率一般不能满足静电喷涂工艺的要求,为了得到适 用的体电阻率,我们对粉体进行了烧成处理。图6和图7即是在不 同的锻烧时间 下,pv与锻烧温度的关系曲线。可以看出,TB一2粉(原始p,10“盈cm)的体电阻率在锻烧的初始阶段 可以上升到101“1 04盈cm,然后随镀烧时间的增加和锻烧温 度的提高而减小,其变化范围可 达56个数量级,为 要得到理 想的电阻率可以通过控制 适当的锻烧时 间和锻烧温度来达到。相反,HG一100 0粉的pv却随锻烧温度和时间的增加而增大,其变化大约在2个数量级的范围内。两种粉料的pv与锻烧温度和时间的不同关系显 然是与它 们的不同生产方夕8青岛 建 筑工程学院学报198 8式有关。T B一2,T M粉是用 沉积法生产的,粒径 在3 5一4 5m件之间,在锻烧的初始阶段其含水量可降至1.5%以下,能够重 新变成水 合物的缩合经基位置基本消失,因此pv可增 大到10“Qcm以上,随锻烧温度 和时 间的增加其电阻率下降的原 因可能是由粉体的表 面性质(如硅 烷醇SIO H的含 量)所决 定 的。HG一10 0 0粉是 天然白石英经 机械粉碎、酸洗、烘干等工艺制成,粒径簇5件m,不 含有结晶水,其电阻率的变化应只取决于游离水份的含量。,|11一?誉。弓咔芝习珍典护匕茄厂命-茄-蔽书。鲜赵尧 应度仁。匀鲜城遨j j(C夕图7五、结语如上所述,影 响粉 体电阻率的因素是 多方 面的,我们仅就静电喷涂用的几种硅微粉在实验室进 行了三电极的测量分析。在5 102粉 的静电喷涂实验中,我们用此方法确定的最佳 电阻率范 围是1 0”Qem10ZQem,这比U SP4os17 og给出的1 0“9emrol lQem的最佳范围高出一个数量 级,由于测 量方法 和测试 条件的不 尽相同,这种差别应 当是合理 的。参考文献1.日营义夫“静电手册”科学 出版社19 812.USP4 08 1 7 09T HRE E一E LE CTROD EMET HO DTOMEASU RET HESPE C!FICRES!STANCEO FFINEPOWDERXueXiangliCuiNaibin且BSTRAC TThispape rfoeu s e so nthethre e一ele etr odemethodtome asurethespeeifier e sista n eeof finepowderanda n alyzes:omefa eto r sinterfe ringw1thpowde rrcsistivit y.Mor e ove r,thestepstoobtainthesuitablerangeofr e sist王vit了15briefl犷de:。ribed