一种陶瓷PTC热敏电阻材料的制备方法技术

一种陶瓷PTC热敏电阻材料的制备方法，其特征在于一次合成料的制备：BaCO3、Pb3O4、CaCO3、TiO2主原料与Nb2O5、Dy2O3双组分半导化剂混合，湿法球磨烘干后进行合成；二次配料：一次合成料与掺杂剂、烧结助剂等混合，采用添加Sb2O3与La2O3、Nd2O3、Sm2O3、Ho2O3、Er2O3中的一种或多种化合物组成作为居里峰展宽区调节剂，并辅以调整烧结助剂引入量、优化烧结工艺条件等，获得具有适中温度系数α和较大升阻比Rmax/Rmin的Tc220℃～Tc260℃高居里点陶瓷PTC材料。采用本发明专利技术获得的陶瓷PTC热敏电阻材料晶粒均匀，烧结致密，气孔率低，有较高的耐电压击穿能力和抗电阻老化能力。压击穿能力和抗电阻老化能力。压击穿能力和抗电阻老化能力。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷PTC热敏电阻材料的制备方法

：
[0001]本专利技术涉及一种陶瓷PTC热敏电阻材料的制备方法，它属于电子材料
，特别是陶瓷PTC热敏元件材料


技术介绍
：
[0002]在恒温加热应用方面，高温PTC产品已广泛使用于家用空调辅助加热器、汽车空调辅助加热器、热风取暖加热器等诸多领域，应用产品对PTC材料的性能要求在逐年提高，特别是空调辅助加热器在提高元件耐热电压性能以及解决元件电阻老化性能问题上尤为突出。对于施主掺杂的BaTiO3陶瓷，其阻温特性曲线在T＜Tc及T＞TRmax处为NTC效应，而在Tc以上呈正温度系数PTC效应，PTC效应主要和相变有关。一般认为，PTC热敏电阻材料的温度系数α越大越好，其实不然，产品应用场合不同，对阻温曲线的非线性要求也不相同，即Rmin/R
25
、温度系数α以及升阻比Rmax/Rmin是有差异的，同时也具体体现在PTC加热元件的电阻、冲击电流、表面温度、耐电压、电阻老化等性能上。PTC陶瓷元件的热击穿现象主要表现为：PTC元件的工作点越过阻温特性最高点Rmax，进入NTC阶段，如果此段曲线陡峭，会导致温度急剧上升而引起PTC片击穿。而PTC陶瓷元件的电阻老化，也主要体现在阻温曲线Rmax后段的NTC变化。对于电阻老化，目前最为突出的问题是长时间通电后，电阻增大很多，冲击电流消失，功率衰减严重，即影响了产品的使用。一般情况下，提高温度系数α，可以降低电阻老化率，但是温度系数α的提高会加快阻温曲线Rmax后段NTC的变化，使PTC元件存在耐电压击穿隐患。因此，有效可控调节Rmin/R
25
、温度系数α以及升阻比Rmax/Rmin大小，是目前陶瓷PTC技术急于要解决的问题。

技术实现思路
：
[0003]本专利技术的目的在于提供一种具有较高的耐电压击穿能力和抗电阻老化能力的陶瓷PTC热敏电阻材料的制备方法。
[0004]本专利技术的目的是这样实现的：
[0005]一种陶瓷PTC热敏电阻材料的制备方法，其特征在于它包括如下原材料和工艺步骤：
[0006]所述的原材料包括如下：
[0007]主原料：BaCO3、Pb3O4、CaCO3和TiO2；半导化元素：五价和三价的稀土微量元素；半导化剂：Nb2O5和Dy2O3；掺杂剂：MnO2；烧结助剂：Al2O3、SiO2和BN；居里峰展宽区调节剂为Sb2O3与La2O3、Nd2O3、Sm2O3、Ho2O3、Er2O3中的一种或多种化合物的组合；其它微量原料：ZnO；
[0008]其配料方法和工艺步骤如下：
[0009]A、一次合成料的制备
[0010]PTC陶瓷材料的居里点Tc：220℃～260℃，
[0011]材料组成：(Ba1‑
X
‑
Y
Pb
X
Ca
y
)Ti
z O3+aM1[0012]其中X＝0.27～0.35；Y＝0～0.05；Z＝1.00～1.03；a＝0.0011～0.0020；M1为半导
化剂；
[0013]其中，Pb3O4引入量：0.27mol～0.35mol，CaCO3加入量：0～0.05mol；BaCO3加入量：0.60mol～0.73mol；TiO2加入量：1.00mol～1.03mol；
[0014]半导化剂采用Nb2O5与Dy2O3双组分复合添加，其中：Nb2O5添加量：0.0010mol～0.0015mol；Dy2O3添加量：0.0001mol～0.0005mol；
[0015]BaCO3、Pb3O4、CaCO3、TiO2主原料与Nb2O5、Dy2O3双组分半导化剂一次配料混合；
[0016]一次配料按主原料、半导化剂、主原料的加料顺序依次将BaCO3、Pb3O4、CaCO3、Nb2O5、Dy2O3、TiO2加入球磨罐中，料：球：水＝1：1：(1.3～1.5)，球磨时间为22h
±
1h，湿法球磨后将料烘干；
[0017]然后合成，合成温度1100℃～1150℃，合成时间2h～3h，制成一次合成料；
[0018]B、二次配料的制备
[0019]材料组成：(Ba,Pb，Ca，Dy)(Ti，Nb)O3+bM2+cM3+dM4+eM5[0020]其中：b＝0.0004mol～0.0012mol、c＝0.015mol～0.055mol、d＝0.0004mol～0.0011mol、e＝0～0.005wt％、M2—掺杂剂、M3—烧结助剂、M4—居里峰展宽区调节剂、M5—其它微量原料；
[0021]将一次合成料与掺杂剂、烧结助剂、居里峰展宽区调节剂等配料混合，具体混合比例如下：
[0022]MnO2：0.0004mol～0.0012mol,Al2O3：0～0.03mol，SiO2：0.015mol～0.02mol，BN：0～0.005mol，Sb2O3：0.0003mol～0.0006mol，其它调节剂加入量：0.0001mol～0.0005mol，ZnO：0～0.005wt％；
[0023]二次配料按一次合成料、掺杂剂、烧结助剂、居里峰展宽区调节剂、其它微量原料、一次合成料的加料顺序依次加入球磨罐中，料：球：水＝1:1:0.8，球磨时间：22h
±
1h，经造粒、成型，制成坯片；C、烧结工艺
[0024]烧结工艺为先排胶，再补充合成，然后高温烧成，再充分氧化的工艺方法；
[0025]排胶：室温至600℃，升温速率为200℃/h，在600℃时保温30min～60min；
[0026]补充合成：600℃至1150℃，升温速率为300℃/h，在1150℃时保温0～30min；
[0027]高温烧成：1150℃至最高烧成温度1260℃～1300℃，取快速升温，升温速率为600℃/h～800℃/h，高温烧结保温30min～60min；
[0028]充分氧化：从烧成温度1260℃～1300℃，降温至1100℃取快速降温，至1100℃时保温0～30min；1100℃至室温自然降温，完成坯片烧结，再经磨片、洗片、电极制备成品。
[0029]在一次合成料的制备程序中，所述的Pb3O4可过量0～0.03mol。
[0030]在一次合成料的制备程序中，TiO2可过量0～0.03mol。
[0031]优选的原料配比和工艺步骤如下：
[0032]A、一次合成料的制备：
[0033]先将BaCO3、Pb3O4、CaCO3、TiO2主原料与双组分半导化剂Nb2O5和Dy2O3按照(Ba
0.70
Pb
0.27
Ca
0.03
)Ti
1.01
O3+0.0012Nb2O5+0.0003Dy2O3化学式中的摩尔比计算称重，加去离子水进行一次球磨，其中料：球：水＝1：1：1.5；湿法球磨22h后进行烘干合成,合成温度为1150℃，合成时间为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷PTC热敏电阻材料的制备方法，其特征在于它包括如下原材料和工艺步骤：所述的原材料包括如下：主原料：BaCO3、Pb3O4、CaCO3和TiO2；半导化元素：五价和三价的稀土微量元素；半导化剂：Nb2O5和Dy2O3；掺杂剂：MnO2；烧结助剂：Al2O3、SiO2和BN；居里峰展宽区调节剂为Sb2O3与La2O3、Nd2O3、Sm2O3、Ho2O3、Er2O3中的一种或多种化合物的组合；其它微量原料：ZnO；其配料方法和工艺步骤如下：A、一次合成料的制备PTC陶瓷材料的居里点Tc：220℃～260℃，材料组成：(Ba1‑
X
‑
Y
Pb
X
Ca
y
)Ti
z
O3+aM1其中X＝0.27～0.35；Y＝0～0.05；Z＝1.00～1.03；a＝0.0011～0.0020；M1为半导化剂；其中，Pb3O4引入量：0.27mol～0.35mol，CaCO3加入量：0～0.05mol；BaCO3加入量：0.60mol～0.73mol；TiO2加入量：1.00mol～1.03mol；半导化剂采用Nb2O5与Dy2O3双组分复合添加，其中：Nb2O5添加量：0.0010mol～0.0015mol；Dy2O3添加量：0.0001mol～0.0005mol；BaCO3、Pb3O4、CaCO3、TiO2主原料与Nb2O5、Dy2O3双组分半导化剂一次配料混合；一次配料按主原料、半导化剂、主原料的加料顺序依次将BaCO3、Pb3O4、CaCO3、Nb2O5、Dy2O3、TiO2加入球磨罐中，料：球：水＝1：1：(1.3～1.5)，球磨时间为22h
±
1h，湿法球磨后将料烘干；然后合成，合成温度1100℃～1150℃，合成时间2h～3h，制成一次合成料；B、二次配料的制备材料组成：(Ba,Pb，Ca，Dy)(Ti，Nb)O3+bM2+cM3+dM4+eM5其中：b＝0.0004mol～0.0012mol、c＝0.015mol～0.055mol、d＝0.0004mol～0.0011mol、e＝0～0.005wt％、M2—掺杂剂、M3—烧结助剂、M4—居里峰展宽区调节剂、M5—其它微量原料；将一次合成料与掺杂剂、烧结助剂、居里峰展宽区调节剂等配料混合，具体混合比例如下：MnO2：0.0004mol～0.0012mol,Al2O3：0～0.03mol，SiO2：0.015mol～0.02mol，BN：0～0.005mol，Sb2O3：0.0003mol～0.0006mol，其它调节剂加入量：0.0001mol～0.0005mol，ZnO：0～0.005wt％；二次配料按一次合成料、掺杂剂、烧结助剂、居里峰展宽区调节剂、其它微量原料、一次合成料的加料顺序依次加入球磨罐中，料：球：水＝1:1:0.8，球磨时间：22h
±
1h，经造粒、成型，制成坯片；C、烧结工艺烧结工艺为先排胶，再补充合成，然后高温烧成，再充分氧化的工艺方法；排胶：室温至600℃，升温速率为200℃/h，在600℃时保温30min～60min；补充合成：600℃至1150℃，升温速率为300℃/h，在1150℃时保温0～30min；高温烧成：1150℃至最高烧成温度1260℃～1300℃，取快速升温，升温速率为600℃/h～800℃/h，高温烧结保温30min～60min；充分氧化：从烧成温度1260℃～1300℃，降温至1100℃取快速降温，至1100℃时保温0～30min；1100℃至室温自然降温，完成坯片烧结，再经磨片、洗片、电极制备成品。
2.如权利要求1中所述的一种陶瓷PTC热敏电阻材料的制备方法，其特征在于在一次合成料的制备程序中，所述的Pb3O4可过量0～0.03mol。3.如权利要求1中所述的一种陶瓷PTC热敏电阻材料的制备方法，其特征在于在一次合成料的制备程序中，TiO2可过量0～0.03mol。4.如权利要求1中所述的一种陶瓷PTC热敏电阻材料的制备方法，其特征在于它包括如下的原料配比和工艺步骤：A、一次合成料的制备：先将BaCO3、Pb3O4、CaCO3、TiO2主原料与双组分半导化剂Nb2O5和Dy2O3按照(Ba
0.70
Pb
0.27
Ca
0.03
)Ti
1.01
O3+0.0012Nb2O5+0.0003Dy2O3化学式中的摩尔比计算称重，加去离子水进行一次球磨，其中料：球：水＝1：1：1.5；湿法球磨22h后进行烘干合成,合成温度为1150℃，合成时间为2.5h，即完成一次合成料的制备；B、二次配料制备：在上述一次合成料中，按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜天宇，郜天群，龙晓琴，曾金裕，
申请(专利权)人：深圳市金科特种材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：