PTCR陶瓷材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及电子陶瓷领域，具体而言，提供了一种PTCR陶瓷材料、制备方法及其应用。所述PTCR陶瓷材料的组成通式为x(BaTiO3)‑y(SrTiO3)‑(1‑x‑y)(CaTiO3)+a mol％M+b mol％N；其中，0.6≤x≤0.9，0.1≤y≤0.4，0.1≤a≤1，0≤b≤3，x+y≤1；M为Y2O3、Bi2O3、La2O3、Sm2O3、Nb2O5、Ta2O5和Sb2O5中的任意一种或多种，N为MnO2、CuO、Fe2O3、ZrO2、Al2O3、SiO2、TiO2、BN和B2O3中的任意一种或多种。该陶瓷材料具有居里温度低、电阻突跳比和电阻温度系数高的优点。

PTCR ceramic material, preparation method and application thereof

The invention relates to the field of electronic ceramics, in particular, provides a PTCR ceramic material, a preparation method and an application thereof. The general formula of composition of PTCR ceramic materials for X (BaTiO3) y (SrTiO3) (1 x y) (CaTiO3) +a mol%M+b mol%N; among them, 0.6 = x = 0.9, 0.1 = y = 0.4, 0.1 = a = 1, 0 = b = 3, x+y = 1 M; any Y2O3, Bi2O3, La2O3, Sm2O3, Nb2O5, Ta2O5 and Sb2O5 in one or more of the N, CuO, Fe2O3, MnO2 at ZrO2, Al2O3, SiO2, TiO2, BN and B2O3 in one or more. The ceramic material has the advantages of low Curie temperature, high resistance jump ratio and high temperature coefficient of resistance.

【技术实现步骤摘要】
PTCR陶瓷材料、制备方法及其应用
本专利技术涉及电子陶瓷领域，具体而言，涉及一种PTCR陶瓷材料、制备方法及其应用。
技术介绍
PTCR(positivetemperaturecoefficientresistivity)即正温度系数热敏电阻，它具有电阻率随温度升高而急剧增大的特性。它兼具半导体特性和铁电性，即晶粒具有半导体特性，在居里温度(Tc)附近具有铁电性的晶粒发生相变，在晶界区形成势垒，阻挡电子电导，导致电阻发生激烈变化，因而能对加热产生反馈，自动调节工作电流、不仅节省电能，而且使用温度稳定。由于这种大功率半导体电致发热陶瓷工作时安全可靠，无噪音，体积小，电热转换效率高，特别是在电场作用下该加热元件温升迅速、无明火、自动调整加热功率达到恒温，以及电致发热陶瓷与传统的电热金属丝相比，节电效果好(达到30％以上)、使用寿命长、使用时无或低电磁辐射等特点，因而广泛应用于在电子通讯、航空航天、汽车工业、家用电器等领域。然而现有的PTCR陶瓷的居里温度较高，达不到人们日常生活的需要，另外，其电阻突跳比(即最大电阻与最小电阻之比)和电阻温度系数较低，影响着PTCR器件在更多领域的应用。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种PTCR陶瓷材料，该陶瓷材料具有居里温度低、电阻突跳比和电阻温度系数高的优点。本专利技术的第二目的在于提供一种PTCR陶瓷材料的制备方法，采用该方法制备而成的PTCR陶瓷材料具有居里温度低、电阻突跳比高、电阻温度系数高以及耐电压强度高的特点。本专利技术的第三目的在于提供一种PTCR陶瓷材料的应用，该陶瓷材料能够用于制成温度传感器、按摩器、干鞋器、消磁器、恒温器或加热器，广泛应用于电子信息、航天设备、医疗卫生和家用电器等领域。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种PTCR陶瓷材料，所述PTCR陶瓷材料的组成通式为x(BaTiO3)-y(SrTiO3)-(1-x-y)(CaTiO3)+amol％M+bmol％N；其中，0.6≤x≤0.9，0.1≤y≤0.4，0.1≤a≤1，0≤b≤3，x+y≤1；M为Y2O3、Bi2O3、La2O3、Sm2O3、Nb2O5、Ta2O5和Sb2O5中的任意一种或至少两种的组合，N为MnO2、CuO、Fe2O3、ZrO2、Al2O3、SiO2、TiO2、BN和B2O3中的任意一种或至少两种的组合。作为进一步优选地技术方案，所述x值为0.7≤x≤0.8；优选地，所述y值为0.2≤y≤0.3。作为进一步优选地技术方案，所述a值为0.2≤a≤0.6；优选地，所述b值为1≤b≤2。作为进一步优选地技术方案，所述M为Y2O3、La2O3或Nb2O5。作为进一步优选地技术方案，所述N为MnO2、SiO2或B2O3。作为进一步优选地技术方案，所述x值为0.7≤x≤0.8，y值为0.2≤y≤0.3，a值为0.2≤a≤0.6，b值为1≤b≤2；M为Y2O3、La2O3或Nb2O5，N为MnO2、SiO2或B2O3。第二方面，本专利技术提供了一种上述PTCR陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：配料、预合成、成型和烧结。作为进一步优选地技术方案，所述配料为按组成通式称取配方量的原料，原料为TiO2、CaCO3、SrCO3、BaCO3以及M和N，其中M为Y2O3、Bi2O3、La2O3、Sm2O3、Nb2O5、Ta2O5和Sb2O5中的任意一种或至少两种的组合，N为MnO2、CuO、Fe2O3、ZrO2、Al2O3、SiO2、TiO2、BN和B2O3中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述预合成包括首先将TiO2、CaCO3、SrCO3和BaCO3磨碎后混合，然后压块，最后在空气中800-1000℃下保温1-3小时预烧；优选地，所述成型包括首先将预合成得到的陶瓷块粉碎，然后向粉碎后的陶瓷颗粒中加入M和N再混合球磨，干燥后加入粘结剂，然后造粒成型，经排塑后得到陶瓷生坯；优选地，所述烧结包括将陶瓷生坯在在空气中烧结，烧结温度为1250-1350℃，保温1-3小时；优选地，所述方法还包括将烧结后的陶瓷加工成所需的尺寸，清洗后上欧姆接触电极的步骤。作为进一步优选地技术方案，所述方法包括以下步骤：(a)配料：按组成通式称取配方量的原料，原料为TiO2、CaCO3、SrCO3、BaCO3以及M和N，其中M为Y2O3、Bi2O3、La2O3、Sm2O3、Nb2O5、Ta2O5和Sb2O5中的任意一种或至少两种的组合，N为MnO2、CuO、Fe2O3、ZrO2、Al2O3、SiO2、TiO2、BN和B2O3中的任意一种或至少两种的组合；(b)预合成：首先将TiO2、CaCO3、SrCO3和BaCO3磨碎后混合，然后压块，最后在空气中800-1000℃下保温1-3小时预烧；(c)成型：首先将预合成得到的陶瓷块粉碎，然后向粉碎后的陶瓷颗粒中加入M和N再混合球磨，干燥加入粘结剂，然后造粒成型，经排塑后得到陶瓷生坯；(d)烧结：陶瓷生坯在空气中烧结，烧结温度为1250-1350℃，保温1-3小时；(e)加工：将烧结后的陶瓷加工成所需的尺寸，清洗后上欧姆接触电极。第三方面，本专利技术提供了一种上述PTCR陶瓷材料在温度传感器、按摩器、干鞋器、消磁器、恒温器或加热器中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的申请人合成了特定组成的陶瓷固溶体系，即x(BaTiO3)-y(SrTiO3)-(1-x-y)(CaTiO3)陶瓷固溶体系，该体系通过掺杂施主元素M和N，使得材料半导化，通过掺杂Ca改善材料的显微结构，并且经过特定含量的M和N改性后得到的PTCR陶瓷材料具有独特的物理性能，其居里温度较低、电阻突跳比和电阻温度系数较高，具体的，居里温度为30-90℃，电阻突跳比达2-4个数量级，室温电阻率为100-1000Ω·cm，电阻温度系数为10-20％/℃，耐电压强度为150-220V/mm(a.c.)。采用本专利技术所提供的PTCR陶瓷材料的制备方法制备而成的PTCR陶瓷材料具有居里温度低、电阻突跳比高、电阻温度系数高以及耐电压强度高的特点。本专利技术的PTCR陶瓷材料能够用于制成温度传感器、按摩器、干鞋器、消磁器、恒温器或加热器，广泛应用于电子信息、航天设备、医疗卫生和家用电器等领域。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。第一方面，本专利技术提供了一种PTCR陶瓷材料，所述PTCR陶瓷材料的组成通式为x(BaTiO3)-y(SrTiO3)-(1-x-y)(CaTiO3)+amol％M+bmol％N；其中，0.6≤x≤0.9，0.1≤y≤0.4，0.1≤a≤1，0≤b≤3，x+y≤1；M为Y2O3、Bi2O3、La2O3、Sm2O3、Nb2O5、Ta2O5和Sb2O5中的任意一种或至少两种的组合，N为MnO2、CuO、Fe2O3、ZrO2、Al2O3、SiO2、TiO2、BN和B2O3中的任意一种或至少两种的组合。M所占的摩尔百分比是以x(BaTiO3)-y(SrTiO3)-(1-x-y)(CaTiO3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PTCR陶瓷材料，其特征在于，所述PTCR陶瓷材料的组成通式为x(BaTiO3)‑y(SrTiO3)‑(1‑x‑y)(CaTiO3)+a mol％M+b mol％N；其中，0.6≤x≤0.9，0.1≤y≤0.4，0.1≤a≤1，0≤b≤3，x+y≤1；M为Y2O3、Bi2O3、La2O3、Sm2O3、Nb2O5、Ta2O5和Sb2O5中的任意一种或至少两种的组合，N为MnO2、CuO、Fe2O3、ZrO2、Al2O3、SiO2、TiO2、BN和B2O3中的任意一种或至少两种的组合。

【技术特征摘要】
1.一种PTCR陶瓷材料，其特征在于，所述PTCR陶瓷材料的组成通式为x(BaTiO3)-y(SrTiO3)-(1-x-y)(CaTiO3)+amol％M+bmol％N；其中，0.6≤x≤0.9，0.1≤y≤0.4，0.1≤a≤1，0≤b≤3，x+y≤1；M为Y2O3、Bi2O3、La2O3、Sm2O3、Nb2O5、Ta2O5和Sb2O5中的任意一种或至少两种的组合，N为MnO2、CuO、Fe2O3、ZrO2、Al2O3、SiO2、TiO2、BN和B2O3中的任意一种或至少两种的组合。2.根据权利要求1所述的PTCR陶瓷材料，其特征在于，所述x值为0.7≤x≤0.8；优选地，所述y值为0.2≤y≤0.3。3.根据权利要求1所述的PTCR陶瓷材料，其特征在于，所述a值为0.2≤a≤0.6；优选地，所述b值为1≤b≤2。4.根据权利要求1所述的PTCR陶瓷材料，其特征在于，所述M为Y2O3、La2O3或Nb2O5。5.根据权利要求1所述的PTCR陶瓷材料，其特征在于，所述N为MnO2、SiO2或B2O3。6.根据权利要求1所述的PTCR陶瓷材料，其特征在于，所述x值为0.7≤x≤0.8，y值为0.2≤y≤0.3，a值为0.2≤a≤0.6，b值为1≤b≤2；M为Y2O3、La2O3或Nb2O5，N为MnO2、SiO2或B2O3。7.权利要求1-6任一项所述的PTCR陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：配料、预合成、成型和烧结。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述配料包括按组成通式称取配方量的原料，原料为TiO2、CaCO3、SrCO3、BaCO3以及M和N，其中M为Y2O3、Bi2O3、La2O3、Sm2O3、Nb2O5、Ta2O5和Sb2O5中的任意一种或至少两种的组合，N为Mn...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷森林，石维，黄伟，张仁辉，张橘，王松，
申请(专利权)人：铜仁学院，
类型：发明
国别省市：贵州,52