本发明专利技术属于电子陶瓷元件制备技术领域，更具体地，涉及一种具有高的正温度系数的热敏陶瓷材料及其制备方法。该热敏陶瓷材料的主要成分的化学式为(Ca0.03(Bi0.5Q0.5)xSryBa0.97‑x‑y)Ti1.01O3,其中Q为碱金属元素Na或K，x取值范围为0.01‑0.06，y取值范围为0.01‑0.2。本发明专利技术方法制得的钛酸钡热敏陶瓷具有较高的温度系数，开关温度可以调节，温度系数(α(10/25))大于30％。
A Thermosensitive Ceramic Material with High Temperature Coefficient and Its Preparation Method
The invention belongs to the technical field of preparing electronic ceramic elements, and more specifically relates to a thermosensitive ceramic material with high positive temperature coefficient and a preparation method. The main chemical formula of the thermal ceramic material is (Ca0.03 (Bi0.5Q 0.5) xSryBa0.97 x y) Ti1.01O3, where Q is alkali metal element Na or K, the value of X is 0.01 0.06, and the value of Y is 0.01 0.2. The barium titanate thermistor ceramics prepared by the method of the invention have high temperature coefficient, the switch temperature can be adjusted, and the temperature coefficient (a(10/25)) is more than 30%.
【技术实现步骤摘要】
一种具有高温度系数的热敏陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于电子陶瓷元件制备
，更具体地，涉及一种具有高温度系数的热敏陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
半导体陶瓷的晶粒和晶界具有不同的电学性能，因此半导体陶瓷对某些变量常具有优秀的非线性特性。这些年，基于这个特性，多种半导体陶瓷元件得到广泛的应用，并且在实际生产生活中具有很大的实用价值。譬如基于氧化锌的压敏陶瓷元件，基于金属氧化物的负温度系数热敏电阻以及作为代表性的、非线性特性优异的钛酸钡正温度系数电阻等。钛酸钡基热敏陶瓷是一种最常见的PTC陶瓷，一般的方法制备出的PTC陶瓷材料非线性特性往往不够好，温度系数难以超过30％。而且传统钛酸钡基热敏陶瓷常采用锶、铅、锡等来调整居里温度，以适应实际应用中对热敏电阻的要求。但这些材料的掺入，会导致非线性性能下降，温度系数降低，这限制了钛酸钡热敏陶瓷的应用。因此，需要研发温度系数更高的PTC热敏陶瓷元件以满足某些应用中实际需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种具有高温度系数的热敏陶瓷材料及其制备方法，其充分结合热敏陶瓷材料的特点和需求，对热敏陶瓷材料的制备方法进行重新设计，相应获得了一种具有更好热开关效应且开关温度可调的无铅钛酸钡热敏陶瓷元件，按照本专利技术获得的无铅PTC陶瓷元件不仅温度系数高、而且还有较大的升阻比和较低的室温电阻率，由此解决现有的热敏陶瓷材料温度系数不够高、非线性性能下降的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种正温度系数的热敏陶瓷材料，该热敏陶瓷材料的主要成分的化学式为(Ca0.03(Bi0.5Q0.5)xSryBa0.97-x-y)Ti1.01O3,其中Q为碱金属元素Na或K，x取值范围为0.01-0.06，y取值范围为0.01-0.2。优选地，该热敏陶瓷材料还含有受主A和施主D，所述受主A为含有Mn元素和/或Fe元素的化合物，所述施主D为含有Y元素、La元素和Nb元素中的一种或多种组合，1mol该热敏陶瓷材料中所述受主A的添加量为0.0004-0.0008mol，所述施主D的添加量不超过0.003mol。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的热敏陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化铋、含碱金属化合物、二氧化钛球磨混合，再执行干燥，得到粉体，将该粉体执行煅烧，得到钛酸铋钠或钛酸铋钾陶瓷粉末；(2)将步骤(1)得到的陶瓷粉末与钛酸钡粉末、钛酸锶粉末、碳酸钙或钛酸钙粉末、施主陶瓷粉体以及受主陶瓷粉体按照所述化学式的化学计量比执行混合，同时加入1mol％-3mol％的助烧剂，得到混合后的陶瓷粉末；(3)将步骤(2)所述混合后的陶瓷粉末烘干后进行造粒和压片，得到成型生胚；(4)在含氧气氛下，对步骤(3)所述成型生胚进行烧结，获得所述热敏陶瓷材料。优选地，步骤(1)所述氧化铋、含碱金属化合物以及二氧化钛按照摩尔比(0.98-1.02)：(0.99-1.03):4混合。优选地，步骤(1)所述煅烧温度为800～950℃，煅烧时间为0.5～2小时。优选地，步骤(2)所述施主粉体为氧化镧、氧化钇和五氧化二铌中的一种或多种组合，所述受主粉体为硝酸锰和/或氧化铁，所述助烧剂为二氧化硅和/或氧化铝。优选地，步骤(3)所述造粒具体为：将烘干后的陶瓷粉末研碎过30-50目筛，取筛上物，加入3-9wt％的胶水，再过50-70目筛，取筛上物得到造粒后的陶瓷粉末。优选地，步骤(3)所述压片具体为：将所述造粒后的陶瓷粉末置于压片磨具中，在21～28MP压力下保压20～60秒，得到成型生胚。优选地，步骤(4)所述烧结具体为：将步骤(3)所述成型生胚在250-600℃/小时400～600℃保温30～120分钟；然后以相同的升温速度升至1300～1340℃保温1～3小时；再以降温速率200-250℃/小时降温到800℃，最后自然冷却至室温，得到所述热敏陶瓷材料。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的热敏陶瓷材料的主要成分为钛酸盐和金属氧化物，包括钛酸钡、钛酸铋钠或钛酸铋钾、钛酸锶以及稀土氧化物，非线性特性好，温度系数可控，α(10/25)最大可达56％。(2)本专利技术提供的热敏陶瓷材料钛酸锶和钛酸铋钠或钛酸铋钾比例可根据需要调整，进而调节开关温度，调节范围在80℃～140℃，应用范围广。(3)本专利技术热敏陶瓷材料的制备方法中将钛酸铋钠或钛酸铋钾单体陶瓷粉体与钛酸钡粉末、钛酸锶粉末、碳酸钙或钛酸钙粉末、施主陶瓷粉体以及受主陶瓷粉体按照一定的配比混合，加入助烧剂，进行压片造粒后烧结，制备得到了一种具有较高的正温度系数的热敏陶瓷材料，制备方法简单易行。附图说明图1是本专利技术实施例1中制备的热敏陶瓷材料的流程图；图2是本专利技术实施例1中制备得到的热敏陶瓷材料的XRD图；图3是本专利技术实施2例中制备获得的钛酸钡热敏电阻的阻温曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种热敏陶瓷材料，该热敏陶瓷材料的主要成分的化学式为(Ca0.03(Bi0.5Q0.5)xSryBa0.97-x-y)Ti1.01O3,其中Q为碱金属元素Na或K，x取值范围为0.01-0.06，y取值范围为0.01-0.2。该热敏陶瓷材料还含有受主A和施主D，所述受主A为含有Mn元素和/或Fe元素的化合物，所述施主D为含有Y元素、La元素和Nb元素中的一种或多种组合，1mol该热敏陶瓷材料中所述受主A的添加量为0.0004-0.0008mol，所述施主D的添加量不超过0.003mol。该热敏陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化铋、碱金属氧化物或碱金属碳酸盐、二氧化钛按照摩尔比(0.98-1.02)：(0.99-1.03):4混合，优选按照摩尔比1:1:4混合，将该混合物煅烧后得到高纯钛酸铋钠或钛酸铋钾陶瓷粉末；混合方式优选为通过球磨混合，球磨时使用无水乙醇作为球磨助剂。煅烧温度为800-950℃，煅烧时间为1-2小时。一些实施例中，作为优选的方式，步骤(1)也可以为：将氧化铋、碱金属氧化物或碱金属碳酸盐、二氧化钛按照摩尔比(0.98-1.02)：(0.99-1.03):4混合，优选按照摩尔比1:1:4混合，并加入适量有机单体，利用有机单体的聚合作用，混合后得到凝胶状混合物，将该凝胶状混合物煅烧后得到高纯钛酸铋钠或钛酸铋钾陶瓷粉末；所述有机单体为丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺的混合物；其中丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺的质量比为20-28:1；所述有机单体在催化剂和引发剂的作用下发生聚合反应；优选地，所述催化剂为过硫酸铵，所述引发剂为四甲基乙二胺；混合方式优选为通过球磨混合，球磨时使用无水乙醇作为球磨助剂。煅烧温度为800-840℃，煅烧时间为1-2小时。(2)将步骤(1)得到的陶瓷粉末、工业用钛酸钡粉末、钛酸锶粉末、碳酸钙或钛酸钙粉末、施主陶瓷粉体以及受主陶瓷粉体按照所述化学式的化学计量比执行混合，同时加入1m本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种正温度系数的热敏陶瓷材料，其特征在于，该热敏陶瓷材料的主要成分的化学式为(Ca0.03(Bi0.5Q0.5)xSryBa0.97‑x‑y)Ti1.01O3,其中Q为碱金属元素Na或K，x取值范围为0.01‑0.06，y取值范围为0.01‑0.2。
【技术特征摘要】
1.一种正温度系数的热敏陶瓷材料，其特征在于，该热敏陶瓷材料的主要成分的化学式为(Ca0.03(Bi0.5Q0.5)xSryBa0.97-x-y)Ti1.01O3,其中Q为碱金属元素Na或K，x取值范围为0.01-0.06，y取值范围为0.01-0.2。2.如权利要求1所述的热敏陶瓷材料，其特征在于，该热敏陶瓷材料还含有受主A和施主D，所述受主A为含有Mn元素和/或Fe元素的化合物，所述施主D为含有Y元素、La元素和Nb元素中的一种或多种组合，1mol该热敏陶瓷材料中所述受主A的添加量为0.0004-0.0008mol，所述施主D的添加量不超过0.003mol。3.如权利要求1或2所述的热敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氧化铋、含碱金属化合物、二氧化钛球磨混合，再执行干燥，得到粉体，将该粉体执行煅烧，得到钛酸铋钠或钛酸铋钾陶瓷粉末；(2)将步骤(1)得到的陶瓷粉末与钛酸钡粉末、钛酸锶粉末、碳酸钙或钛酸钙粉末、施主陶瓷粉体以及受主陶瓷粉体按照所述化学式的化学计量比执行混合，同时加入1mol％-3mol％的助烧剂，得到混合后的陶瓷粉末；(3)将步骤(2)所述混合后的陶瓷粉末烘干后进行造粒和压片，得到成型生胚；(4)在含氧气氛下，对步骤(3)所述成型生胚进行烧结，获得所述热敏陶瓷材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅邱云，周东祥，严亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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