本发明专利技术公开了一种高居里温度BT-BKT体系无铅PTCR陶瓷材料，该材料由钛酸钡、钛酸铋钾、硝酸锰、硝酸铝、二氧化硅和硝酸镧组成，该材料的化学式为：该材料的化学式为(1-x)BaTiO3-x(Bi0.5K0.5)TiO3，其中0≤x＜0.05；每制备1mol(1-x)BaTiO3-x(Bi0.5K0.5)TiO3掺入0.00034～0.00038mol的硝酸锰、0.0015～0.0025mol的硝酸铝、0.0075～0.0085mol的二氧化硅和0.001～0.0015mol的硝酸镧。本发明专利技术中采用溶胶-凝胶法制备，其中的BKT(钛酸铋钾)含量为4mol％时，该陶瓷材料在空气中烧结依然具有良好的PTC性能，且居里温度明显增高。有该材料制得的热敏电阻，其室温电阻率为25～1.1×104Ω·cm，居里温度为114～143℃，升阻比为3.07～3.76。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种高居里温度BT-BKT体系无铅PTCR陶瓷材料，该材料由钛酸钡、钛酸铋钾、硝酸锰、硝酸铝、二氧化硅和硝酸镧组成，该材料的化学式为：该材料的化学式为(1-x)BaTiO3-x(Bi0.5K0.5)TiO3，其中0≤x＜0.05；每制备1mol(1-x)BaTiO3-x(Bi0.5K0.5)TiO3掺入0.00034～0.00038mol的硝酸锰、0.0015～0.0025mol的硝酸铝、0.0075～0.0085mol的二氧化硅和0.001～0.0015mol的硝酸镧。本专利技术中采用溶胶-凝胶法制备，其中的BKT(钛酸铋钾)含量为4mol％时，该陶瓷材料在空气中烧结依然具有良好的PTC性能，且居里温度明显增高。有该材料制得的热敏电阻，其室温电阻率为25～1.1×104Ω·cm，居里温度为114～143℃，升阻比为3.07～3.76。【专利说明】高居里温度BT-BKT体系无铅PTCR陶瓷材料及制备和应用
本专利技术涉及一种电子陶瓷，尤其涉及一种采用溶胶凝胶法制备高居里温度BT-BKT体系PTCR陶瓷材料的方法。
技术介绍
PTCR效应是在一个特定的温度上电阻的电阻率突然增加几个数量级。该效应在电子、机械、医疗卫生、农业、家用电器等各个领域有着极为广泛的应用。目前，商用PTCR元件大多采用掺杂钛酸钡基半导体陶瓷。钛酸钡基半导体陶瓷的PTCR效应是电阻在居里温度附近随着正方相到立方相的转变而突跳。但是，我们知道，纯BaT13的居里温度是120°C，所以BaT13S PTCR陶瓷的应用温度被限制在120°C以下。为了提高BaT1 3基PTCR陶瓷材料的居里温度以及扩大它的应用温度范围，市场上基本都采用PbT13加入到BaT13中。但铅的毒性和挥发性使含铅PTCR材料在制造、生产、使用和回收整个过程中危害人类的身体健康及产生环境污染。随着各国对含铅材料使用的限制，人们一直试图研宄出新的环保型无铅高居里温度(Tc>120°C)的PTCR材料。尽管很多文献已经指出(Bia5Naa5) Ti03、(Bia5Ka5) T13能够很大程度的提高BaT1 3基PTCR陶瓷的居里温度，但是这仍远远达不到工业应用的要求。在之前的研宄中我们采用溶胶凝胶法制备了 BT-BNT无铅PTCR材料，由于制备出来的材料高纯度、高均匀性，因此成功的提高了能够在空气气氛中烧结半导化的BNT含量。众所周知，BKT的居里温度(380°C)比BNT(320°C )更高。因此，采用溶胶凝胶法制备的BT-BKT陶瓷具有非常重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术，克服目前制备BT-BKT (钛酸钡-钛酸铋钾)体系无铅PTCR材料技术的缺点与不足，提出一种采用溶胶-凝胶法制备高居里温度BT-BKT体系无铅PTCR陶瓷材料的方法。 为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种高居里温度BT-BKT体系无铅PTCR陶瓷材料，该材料由钛酸钡、钛酸铋钾、硝酸锰、硝酸铝、二氧化硅和硝酸镧组成，该材料的化学式为(1-x) BaT13-X (Bi0.5K0.5) T13,其中 O 彡 χ〈0.05 ;每制备 Imol (1-χ)BaT13-X (Bi。.5Κα5) T13掺入:0.00034 ?0.00038mol 的硝酸锰、0.0015 ?0.0025mol 的硝酸铝、0.0075?0.0085mol的二氧化硅和0.001?0.0015mol的硝酸镧。 进一步讲，X= 0,0.01,0.02,0.03 或 0.04。 制备上述高居里温度BT-BKT体系无铅PTCR陶瓷材料的方法，是以酞酸丁酯、硝酸钡、硝酸秘、硝酸钾、硝酸锰、硝酸镧、硝酸铝、正硅酸乙酯、柠檬酸、无水乙醇、氨水、尿素、蒸馏水作为原料；其中，酞酸丁酯作为钛源，硝酸钡作为钡源，硝酸钾和硝酸铋作为钾源和铋源，硝酸锰作为掺杂剂，硝酸镧作为半导化剂，硝酸铝和正硅酸乙酯作为烧结助剂，柠檬酸作为络合剂，无水乙醇和蒸馏水作为溶剂，尿素可以保持PH不变。 制备步骤如下: 步骤一、按照柠檬酸:蒸馏水的摩尔比为1: 15?25称量柠檬酸溶于蒸馏水中，并放入70°C?90°C水浴锅中加热，直至全部溶解为止，作为溶液A ； 步骤二、按照酞酸丁酯:酒精的摩尔比为1:8?12量取酞酸丁酯溶于酒精中，作为溶液B ； 步骤三、按照柠檬酸:酞酸丁酯的摩尔比为2:1量取A溶液和B溶液，加入氨水调节溶液A的pH到7?9，将溶液B逐渐加入到溶液A中，在70 °C?90 °C水浴锅中加热搅拌Ih，密封，沉淀溶解后，加入4g尿素； 步骤四、按照摩尔比每制备Imol的(1-X)BaT13-X(Bia5Ka5)T1^容器中依次加入(l-χ) mo I 硝酸钡、(0.5x)mol 硝酸秘、(0.5x)mol 硝酸钾、0.00034 ?0.00038mol 硝酸锰、0.002?0.0025mol硝酸镧、0.003?0.005mol硝酸铝、0.0075?0.0085正硅酸乙酯，继续在70°C?90°C水浴锅中加热直至溶液透明，然后蒸发溶剂，直至形成透明的凝胶； 步骤五、将步骤四制得的透明凝胶在100°C?120°C烘箱中干燥48h，取出后磨成干凝胶粉末； 步骤六、将步骤五制得的干凝胶粉末在750°C?850°C煅烧I?2h，得到白色粉末； 步骤七、取步骤六制备的白色粉末，向该白色粉末中加质量浓度为5%的聚乙烯醇水溶液作为粘合剂，混合均匀后进行造粒，造粒后通过40目筛分，然后在压力机上以压力100?150MPa压制成圆片，将成型片叠放在有二氧化锆垫料的氧化铝垫板上，相邻成型片之间用二氧化锆粉隔开，然后放入高温电炉中烧结，升温速率控制在400°C /h，升温至1280°C?1300°C下烧结20min?60min，其中在150°C和200°C保温30min以排水，排胶，然后随炉降温至室温；制得BT-BKT体系无铅PTCR陶瓷材料。 将本专利技术的高居里温度BT-BKT体系无铅PTCR陶瓷材料作为热敏电阻，是将制备得到的烧结片的两面均匀的涂覆上一层铝浆料，在温度500?850°C下烧渗10?20min制备铝电极，最终得到热敏电阻，该热敏电阻的室温电阻率为25?1.1XlO4Q 居里温度为114?143°C，升阻比为3.07?3.76。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于: 传统的固相反应法制备的PTCR陶瓷组分不均匀而且粒径分布大，从而使得陶瓷的PTC性能较差。因此，采用固相反应法制备的BKT含量高于2mol%的BT-BKT陶瓷很难在空气气氛烧结情况下半导化，需要在还原气氛下烧结。本专利技术是采用溶胶-凝胶法制备高居里温度BT-BKT体系无铅PTCR陶瓷材料，其中的BKT (钛酸铋钾)含量为4mol %时，该陶瓷材料在空气中烧结依然具有良好的PTC性能，且居里温度明显增高。 本专利技术可制备粉体粒径范围小(70?10nm)，纯度高，陶瓷结构致密(如附图4所示)的无铅PTCR材料。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术实施例2中0.998&1103-0.01收。.51(。.5)1103无铅？1'0?的父1?图谱。 图2为本专利技术实施例2中0.99BaTi03-0.01 (本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高居里温度BT‑BKT体系无铅PTCR陶瓷材料，其特征在于：该材料由钛酸钡、钛酸铋钾、硝酸锰、硝酸铝、二氧化硅和硝酸镧组成，该材料的化学式为(1‑x)BaTiO3‑x(Bi0.5K0.5)TiO3，其中0≤x<0.05；每制备1mol(1‑x)BaTiO3‑x(Bi0.5K0.5)TiO3掺入：0.00034～0.00038mol的硝酸锰、0.0015～0.0025mol的硝酸铝、0.0075～0.0085mol的二氧化硅和0.001～0.0015mol的硝酸镧。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨德安，张驰，卢丽霞，丁春辉，翟通，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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