一种纳米晶钛酸钡热敏陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米晶钛酸钡热敏陶瓷及其制备方法，属于电子陶瓷元件领域，方法包括：将纳米钛酸钡热敏粉体、施主粉体和受主粉体执行混合；对混合得到的原料粉体进行压片获得待烧结坯体；对待烧结坯体执行等离子放电烧结，先在800℃～1100℃保温0.5min～10min，同时施加10～50MPa压力，接着将温度调节至400℃～600℃并保温5min～20min，同时逐渐将施加的压力降低到0.1～0.5MPa，使得钛酸钡陶瓷成型；在600℃～900℃温度范围内，对钛酸钡成型陶瓷执行再氧化。本发明专利技术制得的纳米晶热敏陶瓷平均晶粒在50nm～700nm内调控，致密度在70％～95％内调控，升阻比在3个数量级以上。

Nanocrystalline Barium titanate thermosensitive ceramic and preparation method thereof

The invention discloses a Nanocrystalline Barium titanate thermosensitive ceramic and its preparation method, which belongs to the field of electronic ceramic components. The method comprises the following steps: mixing the nanometer barium titanate thermosensitive powder, the donor powder and the main powder, and pressing the raw material powder obtained by the mixture to obtain the pending body; and treating the plasma with the sintered body to perform the plasma. The discharge sintering was first kept at 800 ~ 1100 C for 0.5min ~ 10min, and the pressure of 10 ~ 50MPa was applied at the same time. Then the temperature was adjusted to 400 ~ 600 and 5min to 20min, and the pressure was reduced to 0.1 ~ 0.5MPa, and barium titanate ceramics was formed. Barium titanate formed ceramics at 600 to 900 C Reoxidation is performed. The average grain size of the nanocrystalline thermosensitive ceramics is controlled within 50nm ~ 700nm, and the density is controlled within 70% to 95%, and the lift drag ratio is 3 orders of magnitude.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米晶钛酸钡热敏陶瓷及其制备方法
本专利技术属于电子陶瓷元件制备领域，更具体地，涉及一种低温烧结制备纳米晶钛酸钡基热敏陶瓷的方法及纳米晶钛酸钡热敏陶瓷。
技术介绍
在电子电路、电子机器中，钛酸钡基正温度系数陶瓷热敏电阻用于对集成电路，电池电路和可穿戴设备等进行过热过电流保护，其广泛应用于移动通信、手机、家电、计算机、航空航天等领域。随着电子电路和电器迅速向小型化、集成化和可穿戴化发展，要求常规保护元件热敏电阻也要实现微型化，片式化。同时，为了适应表面贴装技术的要求，满足大规模自动化生产的需要，热敏电阻也要像电阻、电容、电感等无源分立元件一样实现片式化，并可以采用标准的片式元件外形尺寸进行封装。钛酸钡基热敏陶瓷作为一种传统的n型半导体陶瓷，其晶粒尺寸很难降低到1μm以下。传统空气烧结工艺下，晶粒尺寸在1μm到10μm。后来，通过还原再氧化工艺，晶粒尺寸可以做到1μm到1.5μm。此外，传统钛酸钡基热敏陶瓷采用压片成型和空气中一次烧成的制备工艺，烧结温度在1300度以上，烧结温度过高。而改进后的还原再氧化工艺制备，烧结温度也在1100度以上。因此空气烧结和还原再氧化烧结，烧结温度高，成瓷的晶粒尺寸在微米级别，不利于钛酸钡基热敏陶瓷的进一步微型化，限制了其应用领域。
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纳米晶钛酸钡热敏陶瓷及其制备方法，由此解决目前采用空气烧结和还原再氧化烧结制备钛酸钡基热敏陶瓷存在的烧结温度高，成瓷的晶粒尺寸较大，不利于钛酸钡基热敏陶瓷的进一步微型化等的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种纳米晶钛酸钡热敏陶瓷的制备方法，包括：将纳米钛酸钡热敏粉体、施主粉体以及受主粉体进行混合，获得混合均匀的原料粉体，并将所述原料粉体进行压片，获得待烧结坯体；对所述待烧结坯体执行等离子放电烧结，获得钛酸钡成型陶瓷；对所述钛酸钡成型陶瓷进行保温，并在保温的同时进行再氧化得到纳米晶钛酸钡热敏陶瓷。优选地，所述对所述待烧结坯体执行等离子放电烧结，获得钛酸钡成型陶瓷，包括：将所述待烧结坯体在800℃～1100℃进行第一次保温0.5min～10min，并在第一次保温的同时施加10MPa～50MPa压力，接着将温度调节至400℃～600℃并进行第二次保温5min～20min，并在第二次保温的同时逐渐将施加的压力降低到0.1MPa～0.5MPa，使得钛酸钡陶瓷成型。优选地，所述纳米钛酸钡热敏粉体的粒径为10nm～400nm。通过本专利技术构思，采用纳米级的钛酸钡热敏粉体，然后通过等离子放电烧结和再氧化工艺相结合的方法，能较好控制晶粒尺寸，得到晶粒细小均匀的致密陶瓷，其平均晶粒范围为100nm～700nm，最后在氧气气氛或者空气气氛下，进行氧化处理，使钛酸钡纳米晶陶瓷的晶界充分氧化，从而获得PTC性能较为优良的钛酸钡热敏陶瓷。优选地，所述待烧结坯体的厚度为0.05cm～5cm。在本专利技术中，片式生坯的厚度为0.05cm～5cm是一种优选参数，该厚度范围的片式生坯会保证烧结后的热敏陶瓷具有较好的机械强度，并能保证其能承受一定的耐压值。优选地，所述对所述钛酸钡成型陶瓷进行保温的温度范围为：600℃～900℃。优选地，所述再氧化的时间为0.5h～6h。在本专利技术中，对钛酸钡成型陶瓷进行保温的温度范围在600℃～900℃温度范围内，在空气或氧气气氛下，对成型陶瓷保温0.5h～6h，获得纳米晶钛酸钡热敏陶瓷的电性能较好，保温时间太短，再氧化不充分，保温时间太长，没有实际意义，浪费能源。优选地，所述纳米钛酸钡热敏粉体的粒径为30nm～100nm。在本专利技术中，纳米钛酸钡热敏粉体的粒径为30nm时候，工艺过程和成本容易控制，制备获得的钛酸钡热敏陶瓷的综合性能较好。优选地，所述施主粉体为La2O3或者Nb2O5，所述受主粉体为Mn(NO3)2。优选地，所述将纳米钛酸钡热敏粉体、施主粉体以及受主粉体进行混合，获得混合均匀的原料粉体，包括：将所述纳米钛酸钡热敏粉体、所述施主粉体以及所述受主粉体加入去离子水中混合，接着依次执行球磨、干燥和过筛处理，从而获得混合均匀的原料粉体。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于上述任意一项所述的纳米晶钛酸钡热敏陶瓷的制备方法制备的纳米晶钛酸钡热敏陶瓷，所述纳米晶钛酸钡热敏陶瓷的平均晶粒大小为100nm～700nm。优选地，所述纳米晶钛酸钡热敏陶瓷的陶瓷致密度控制在70％～95％范围内，升阻比在3个数量级以上。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：本专利技术采用纳米钛酸钡热敏粉体，等离子烧结结合再氧化工艺制备获得纳米晶钛酸钡热敏陶瓷，首先采用纳米级的钛酸钡热敏粉体作为初始原料，该成分具有组分均匀、粒径小、活性高的优点，有利于降低烧结温度和制备纳米晶陶瓷，然后对待烧结坯体执行等离子放电烧结，先在800℃～1100℃保温0.5min～10min，同时施加10～50MPa压力，接着将温度调节至400℃～600℃并保温5min～20min，同时逐渐将施加的压力缓慢降低到0.1～0.5MPa，使得钛酸钡陶瓷成型；通过调控等离子放电烧结温度和时间参数可以精确控制晶粒大小和致密度大小，最后再在600℃～900℃空气或氧气中进行再氧化，制备出的钛酸钡晶粒尺寸可以控制在100nm～700nm，陶瓷致密度可以控制在70％～95％内，升阻比在3个数量级以上，室温电阻率可以达到50Ω·cm以下，并且机械性能良好，同时电性能满足使用要求。本专利技术方法简单易行、成本低廉、烧结温度较低，成瓷晶粒尺寸细小，节约能源、易于大规模推广应用。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种制备纳米晶钛酸钡热敏陶瓷方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的另一种制备纳米晶钛酸钡热敏陶瓷方法的流程示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种制备获得的纳米晶钛酸钡热敏陶瓷的扫描电镜图。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制备纳米晶钛酸钡热敏陶瓷的方法及纳米晶钛酸钡热敏陶瓷，采用纳米钛酸钡热敏陶瓷粉体压片成生坯，然后通过等离子放电烧结和再氧化工艺相结合的方法制得钛酸钡纳米晶热敏陶瓷，本专利技术的制备方法制备的钛酸钡热敏陶瓷晶粒尺寸细小、分布均匀、室温电阻率低、具有较大的升阻比。如图1所示为本专利技术实施例提供的一种制备纳米晶钛酸钡热敏陶瓷方法的流程示意图，在图1所示的方法中，包括以下步骤：S1：将纳米钛酸钡热敏粉体、施主粉体以及受主粉体进行混合，获得混合均匀的原料粉体，并将原料粉体进行压片，获得待烧结坯体；其中，纳米钛酸钡热敏粉体的粒径为10nm～400nm，优选为30nm～100nm，进一步还可优选为30nm～60nm。其中，该纳米钛酸钡热敏粉体可以为BaTiO3其中，施主粉体可以为La2O3或者Nb2O5，受主粉体可以为Mn(NO3)2。其中，可以通过将纳米钛酸钡热敏粉体、施主粉体以及受主粉体加入去离子水中混合，接着依次执行球磨、干燥和过筛处理，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米晶钛酸钡热敏陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：将纳米钛酸钡热敏粉体、施主粉体以及受主粉体进行混合，获得混合均匀的原料粉体，并将所述原料粉体进行压片，获得待烧结坯体；对所述待烧结坯体执行等离子放电烧结，获得钛酸钡成型陶瓷；对所述钛酸钡成型陶瓷进行保温，并在保温的同时进行再氧化得到纳米晶钛酸钡热敏陶瓷。

【技术特征摘要】
1.一种纳米晶钛酸钡热敏陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：将纳米钛酸钡热敏粉体、施主粉体以及受主粉体进行混合，获得混合均匀的原料粉体，并将所述原料粉体进行压片，获得待烧结坯体；对所述待烧结坯体执行等离子放电烧结，获得钛酸钡成型陶瓷；对所述钛酸钡成型陶瓷进行保温，并在保温的同时进行再氧化得到纳米晶钛酸钡热敏陶瓷。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述待烧结坯体执行等离子放电烧结，获得钛酸钡成型陶瓷，包括：将所述待烧结坯体在800℃～1100℃进行第一次保温0.5min～10min，并在第一次保温的同时施加10MPa～50MPa压力，接着将温度调节至400℃～600℃并进行第二次保温5min～20min，并在第二次保温的同时逐渐将施加的压力降低到0.1MPa～0.5MPa，使得钛酸钡陶瓷成型。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米钛酸钡热敏粉体的粒径为10nm～400nm。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述待烧结坯体的厚度为0.05cm～5cm。5.根据权利要求1至4任意一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅邱云，高超，周东祥，郑志平，罗为，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42