注射模制的PTC陶瓷制造技术

本发明专利技术涉及注射模制的PTC陶瓷。注射模制主体包括具有正温度系数的陶瓷材料，其包含小于10ppm的金属杂质。用于生产注射模制主体的方法包括：提供用于注射模制的进料，其包含小于10ppm的金属杂质；将进料注射到模具中；移除粘合剂；烧结该模制主体；以及，冷却该模制主体。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及注射模制主体，其包括至少在特定温度范围中具有正温度系数 (PTC)的陶瓷材料。
技术介绍
包括陶瓷材料的模制主体适合于范围广泛的应用。特别地，由于其耐火或难熔 (refractory)性质，许多陶瓷材料可有益地用于高温环境中。此外，利用至少在特定温度范 围中具有正温度系数（PTC)的陶瓷元件，可控制这种环境的温度。 陶瓷材料的PTC效果包括作为温度T的函数的电阻率P的变化。在特定温度范 围中，随着温度T的升高，电阻率P的变化较小，从所谓的居里温度T。开始，电阻率P随 着温度升高迅速地增加。在这个第二温度范围中，温度系数可在50%K至100%K的范围，温 度系数是在给定温度下的电阻率的相对变化。 可通过各种技术形成包括陶瓷材料的模制主体。在挤压技术中，通过模板来压制 一种包括陶瓷材料的可模制质量。因此，这样成形的模制主体具有轴线和垂直于该轴线的 截面，垂直于该轴线的截面与模板的截面匹配。在干粉末压制技术中，包括陶瓷材料的粉末 被压制成模制主体。通过采用这种技术，可生成具有简单几何形状的陶瓷主体(例如，块形 主体)。
技术实现思路
此处，在一方面，描述了用于注射模制PCT陶瓷的方法。通过这种方法，可生产在 很大范围各种尺寸的几乎所有类型的复杂形状。在注射模制过程中，包括陶瓷材料的所谓 的进料被注射到模具内，模具具有所需的主体形状。之后，执行包括移除粘结剂和烧结的另 外加工步骤以获得固体模制主体。 制作过程被设计成使得模制主体具有PCT效果的有益性质或者其特征性特点中 的至少某些特点。如果并不谨慎地执行该过程，在25°C温度时的电阻率P 25可能会转移到 更高的值。 为了维持PTC效果的特征性特点，PTC陶瓷材料包含小于IOppm (百万分率）的金 属杂质。用于注射模制PTC陶瓷材料的合适过程包括以下步骤： A)提供用于注射模制的进料，其包含小于10 ppm的金属杂质， B )将进料注射到模具内， C) 移除粘结剂， D) 烧结该模制主体，以及 E )冷却该模制主体。 在整个过程中，为了将金属杂质限制为小于10 ppm而预先作出安排。为此目的， 在该过程中使用的、且与陶瓷材料接触的工具具有较低的磨损率，从而使得所得到的模制 主体包括小于10 ppm的由磨损造成的金属杂质。模具和其它工具可被涂覆硬材料。在一 实施例中，这种硬材料包括硬金属，如碳化钨。 在一实施例中，在步骤A)中，合适进料包括陶瓷填料和用于粘结填料的基质，也被 称作粘结剂。陶瓷填料可(例如）基于钛酸钡（BaTiO3),其为一种钙钛矿型（ABO3)的陶瓷。 其可具有以下化学结构 Bah_yMxDyT UMnbO3 其中参数可如下定义： X = 0至 0. 5; y = 0至 0. 01; a = 0至0.01;以及 b = 0至 0· Ol0 在这种结构中，M代表化合价二的阳离子，诸如Ca、Sr或Pb，D代表化合价三或四 的供体，例如Y、La或稀土元素，以及N代表化合价为五或六的阳离子，例如Nb或Sb。 因此，可使用很多种陶瓷材料，其中，可关于所形成的烧结陶瓷所需的电特点来选 择陶瓷的组成。 进料是可注射模制的，因为基质的熔点低于陶瓷填料的熔点。 根据一实施例，进料中的基质包括按质量计< 20%的含量，诸如按质量计< 12% 的含量。这个含量降低了成本且缩短了在烧结之前或烧结期间移除基质时基质的燃尽时 间。而且，进料中的少量基质材料有助于燃尽期间的尺寸变化且减小其烧结时进料的收缩。 根据一实施例，基质包括选自包含蜡、树脂、热塑性塑料和水溶性聚合物的一组中 的材料。举例而言，低分子量聚乙烯、聚苯乙烯、石蜡、微晶蜡、若干共聚物和纤维素可包含 于基质中。此外，基质可包括选自包含润滑剂、增塑剂和抗氧化剂的一组中的至少一种另外 的组分。举例而言，邻苯二甲酸酯增塑剂或作为润滑剂的硬脂酸可包含于基质中。 进料中的金属杂质可包括？6、八1、附、0和1。由于在进料制备中采用的工具的磨 损，它们在进料中的含量，彼此组合或者每一种分别小于10 ppm。 在一实施例中，一种制备用于注射模制的进料的方法包括以下步骤：i)制备可通 过烧结转变成PTC陶瓷的陶瓷填料，ii)将陶瓷填料与用于粘结填料的基质相混合，以及， iii)生产包括填料和基质的颗粒。 在整个过程中，使用具有较低磨损程度的工具，从而制备包含由所述磨损造成的 小于10 ppm杂质的进料。因此，实现制备具有少量由磨损所造成的金属杂质的可注射模制 的进料，而没有损失所模制的PCT陶瓷的所希望的电特点。 在步骤i )，可通过混合合适原材料，煅烧它们和将它们研磨成粉末来制备陶 瓷填料。煅烧可在大约1100°c的温度执行大约两个小时，在煅烧期间，形成具有结构 Bah-^D/Tih-bNaMn^的陶瓷材料，其中 X = 0 至 0.5, y = 0至 0.01，a = 0至 0.01 且 b =0至0.01，其中M代表化合价二的阳离子，D是化合价为三或四的供体，且N是化合价为 五或六的阳离子。这种陶瓷材料被研磨成粉末且经干燥以获得陶瓷填料。 合适原材料可包括BaCO3、TiO2、含Mn的溶液和含Y离子的溶液，例如MnSO 4和YO 3/2， 以及选自Si02、CaC03、SrCOjP Pb 304的组中的至少一种材料。从这些原材料可制备包括妈 钛矿结构的陶瓷材料，具有诸如下面这样的组成：如;〕363?, 13?? CA) C, M2Ife0, ) M, 这种陶瓷材料的烧结主体具有122°c ^ 烧结期间的条件的，在40至200 Ω cm的电阻率范围。 根据本专利技术的实施方式，在l〇〇°C至200°C的温度执行步骤ii)。首先，陶瓷填料 与基质在室温混合，之后，将这个冷混合物置于热混合器中，热混合器被加热到KKTC至 200°C，例如在120°C至170°C之间，例如160°C。在热混合器中在高温下将陶瓷填料和粘结 填料的基质捏制成均匀一致。作为混合器或混合装置，可使用双辊碾轧机或者其它捏制/ 压碎装置。 双辊碾轧机可包括具有可调整压区的两个反转差速辊、且在陶瓷填料和基质经过 压区时对陶瓷填料和基质上施加强剪切应力。另外，可使用单螺杆或双螺杆挤压机以及球 磨机或叶片型混合器来制备包含基质和陶瓷填料的混合物。 在步骤iii)，可将基质与陶瓷填料的混合物冷却至室温且减小成小块。混合物在 其冷却时硬化且通过将其减小成小块，而形成进料材料的颗粒。 根据本专利技术方法的实施方式，在方法步骤i)、ii)和iii)中所用的工具包括硬材 料的涂层。涂层可包括任何硬金属，诸如碳化钨（WC)。这种涂层减小工具接触陶瓷材料和 基质的混合物时工具的磨损程度，且使得能制备具有少量由所述磨损造成的金属杂质的进 料。金属杂质可为Fe，但也可为Al、Ni或Cr。当工具被涂覆诸如WC这样的硬涂层时，W杂 质可被引入于进料内。但是，这些杂质具有小于50 ppm的含量。还发现在这个浓度，它们 并不影响烧结PTC陶瓷的所希望的电特点。 可通过化学分析方法，例如电感耦合等离子体（IPC)光谱法，来检测进料的金属杂 质。IPC光谱法是用于元素分析的方法，其可适用于大范围浓度的大部分元素。可对周期表 的大部分元素进行分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种注射模制主体，其包括：具有正温度系数的陶瓷材料，其包含小于10 ppm的金属杂质，其中所述金属杂质选自Fe、Ni、Al和Cr，并且其中所述注射模制主体包括至少一个突起、凹口或狭缝，其中所述至少一个突起、凹口或狭缝是用于将所述模制主体连接到另一主体或外壳的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J伊尔，W卡尔，
申请(专利权)人：埃普科斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE