一种高温度系数热敏材料的制备方法技术

本发明专利技术属于电子陶瓷元件制备技术领域，更具体地，涉及一种高温度系数热敏材料的制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种高温度系数热敏材料的制备方法


[0001]本专利技术属于电子陶瓷元件制备
，更具体地，涉及一种高温度系数热敏材料的制备方法
。

技术介绍

[0002]微电子技术不断地推动着各类电子元器件朝着集成化
、
小型化趋势发展
。
室温电阻率与温度系数是
BaTiO3基热敏陶瓷两个重要的电学参数，对以小型化
、
低阻化为目标的多层片式
BaTiO3基
PTCR
热敏元件而言，希望尽可能地降低室温电阻率，提高温度系数
。BaTiO3基
PTCR
热敏陶瓷固有室温电阻率难以显著降低，一般其室温电阻率在
10
Ω
·
cm
以上，同时受到器件尺寸限制，这导致传统块状的
BaTiO3基
PTCR
热敏陶瓷室温电阻很高从而阻碍其应用范围，如过流保护等
。
基于此，研究人员开发出了多层片式结构的
BaTiO3基
PTCR
热敏陶瓷，其主要由
Ni
内电极与膜状
BaTiO3基
PTCR
热敏陶瓷组成，多层片式
BaTiO3基
PTCR
热敏陶瓷具有尺寸小
、
室温电阻低等优点，在电子产品中常作为过流过热保护元件
。
[0003]为实现热敏陶瓷的低室温电阻，需要加入烧结助剂或者在较高的温度下烧结以制备具有较高致密度的样品r/>。
高致密度的陶瓷瓷体在空气中实施再氧化时氧气通过晶界传输的方式较为困难，难以获得适当的温度系数
。
为获得适用于工业生产要求的热敏陶瓷性能，通常热敏陶瓷的再氧化温度为
≥800℃。
而提高再氧化温度或时间将导致金属电极的氧化，使产品性能恶化
。
因此在使用还原再氧化法制备
BaTiO3基热敏陶瓷需要留有一定的孔隙率，这些孔隙可作为再氧化氧气传输的途径，促进晶界的氧化
。
[0004]目前相关研究主要通过如
CN103626489A
所述的溶胶凝胶法湿化学法制备施主掺杂纳米钛酸钡粉体，实现在较低温度下得到较高致密度，也可通过添加烧结助剂
SiO2，
BN
，
Al2O3等形成液相，促进粉体的重排和快速致密化
。
此外如
CN102531574A
所述的在流延成型过程中改变粘结剂含量调整素坯的固含量，但是上述方式均无法在高致密度和孔隙率之间达到适当的平衡
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高温度系数热敏材料的制备方法，以解决现有技术钛酸钡热敏陶瓷制备时无法在高致密度和孔隙率之间达到适当的平衡，而导致无法获得室温电阻率低
、
温度系数高的钛酸钡热敏陶瓷等的技术问题
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种高温度系数钛酸钡基热敏陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)
将施主掺杂的钛酸钡基粉体与碳酸钡粉末
、
二氧化硅粉末以及石墨烯混合，成型得到陶瓷素坯；热处理排除成型过程中引入的有机物，得到排胶后的素坯；
[0008](2)
将步骤
(1)
所述排胶后的素坯在惰性气氛或还原气氛中煅烧，得到陶瓷块体；
[0009](3)
将步骤
(2)
所述陶瓷块体在含氧气氛中进行再氧化，再氧化过程中石墨烯被氧化并排除形成二维孔隙，陶瓷晶界被再氧化形成势垒，得到高温度系数钛酸钡基热敏陶瓷
材料
。
[0010]优选地，步骤
(1)
所述碳酸钡粉末占所述施主掺杂的钛酸钡基粉体质量的
0.1
％
‑2％；所述二氧化硅粉末占所述施主掺杂的钛酸钡基粉体质量的
0.5
％
‑4％；所述石墨烯占所述施主掺杂的钛酸钡基粉体质量的
0.1
％
‑
10
％
。
[0011]优选地，步骤
(1)
所述热处理温度为
300℃
‑
500℃
，时间为
2h
‑
48h。
[0012]优选地，步骤
(1)
所述施主掺杂的钛酸钡基粉体，其施主元素为三价金属元素和五价金属元素中的一种或多种；所述施主掺杂为
A
位掺杂
、B
位掺杂或
A、B
位共掺杂
。
[0013]优选地，步骤
(1)
所述石墨烯为单层或多层，进一步优选为1～
10
层，横向尺寸为1～
10
μ
m。
[0014]优选地，步骤
(2)
所述煅烧为以
200℃/h
‑
500℃/h
的升温速度升至
950℃
‑
1400℃
，再保温
0.5h
‑
5h
，然后以
100℃/h
‑
400℃/h
的降温速度降至
800℃
，再随炉冷却至室温
。
[0015]优选地，步骤
(2)
所述煅烧采用的气氛为氮气，或氮气与氢气的混合气，进一步优选为氮气与氢气的混合气
。
[0016]优选地，步骤
(3)
所述再氧化具体为：以
60℃/h
‑
300℃/h
的升温速度升至
600℃
‑
900℃
，再保温
0.5h
‑
4h
，然后随炉冷却，即得到所述热敏陶瓷材料
。
[0017]总体而言，本专利技术提出以石墨烯作为牺牲模板加入施主掺杂钛酸钡基陶瓷基体中，以制备高相对密度
、
低再氧化温度
、
高温度系数的钛酸钡基热敏陶瓷
。
具体为在预烧后钛酸钡基粉体中加入石墨烯，均匀分散的石墨烯在还原烧结中得以保留，而于再氧化过程中被氧化并形成二维空隙，该空隙可作为氧气传输的途径以促进陶瓷晶粒的氧化，以在较低的再氧化温度下实现钛酸钡热敏陶瓷的高温度系数
。
通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0018](1)
本专利技术中相对于对照组
(
未加入石墨烯样品
)
，较低的石墨烯掺杂量在保证较低室温电阻前提下，即可实现再氧化温度的降低和升阻比以及温度系数的提高，且可根据具体需求具有较宽的石墨烯掺杂调控范围
。
[0019](2)
本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高温度系数钛酸钡基热敏陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
将施主掺杂的钛酸钡基粉体与碳酸钡粉末
、
二氧化硅粉末以及石墨烯混合，成型得到陶瓷素坯；热处理排除成型过程中引入的有机物，得到排胶后的素坯；
(2)
将步骤
(1)
所述排胶后的素坯在惰性气氛或还原气氛中煅烧，得到陶瓷块体；
(3)
将步骤
(2)
所述陶瓷块体在含氧气氛中进行再氧化，再氧化过程中石墨烯被氧化并排除形成二维孔隙，陶瓷晶界被再氧化形成势垒，得到高温度系数钛酸钡基热敏陶瓷材料
。2.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述碳酸钡粉末占所述施主掺杂的钛酸钡基粉体质量的
0.1
％
‑2％；所述二氧化硅粉末占所述施主掺杂的钛酸钡基粉体质量的
0.5
％
‑4％；所述石墨烯占所述施主掺杂的钛酸钡基粉体质量的
0.1
％
‑
10
％
。3.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述成型为干压成型
、
流延成型
、
轧膜成型
、
注凝成型或注浆成型
。4.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述热处理温度为
300℃
‑
500℃
，时间为
2h
‑
48h。5.
如权利要求1所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：董天文，傅邱云，张宁，董文，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：