一种高居里点无铅PTC陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高居里点无铅PTC陶瓷材料及其制备方法。该材料的主要组成为：Ba1-x(K0.5Bi0.5)xTiO3，其中0.05≤x≤0.3。本发明专利技术提供的高居里点PTC陶瓷材料不含铅，避免了电阻元器件在制造和使用过程中对人体和环境产生危害。采用氧化再还原的工艺，实现了材料在不进行施主掺杂的情况下的半导化。并能通过对KBT掺杂量的控制，以实现不同居里点的PTC热敏材料的制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体材料，特别涉及一种符合无铅、低阻的Ka5Bia5TiO3 (KBT)高浓度掺杂BaTiO3 (BT)高居里点无铅PTC热敏电阻陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
BaTiO3 基正温度系数电阻(positive temperature coefficient resistance,简称PTCR)陶瓷材料是一种铁电半导体材料，是近年来发展迅速的新型电子材料之一。由于PTCR陶瓷材料具有温敏、限流、延时等自动“开关”功能，已广泛的应用于电子通讯、航空航天、汽车工业、家用电器等各个领域。然而，当前的可实用化的压电和铁电材料主要是以Pb作为居里点的移动剂，以Pb置换Ba的晶格位置来实现的。此类产品由于其良好的稳定性、可重复性和较高的居里点得到了广泛的应用。但是含Pb氧化物不可避免的因为各种原因流入生活环境和自然环境，从而对人体和自然环境造成危害。由于当前各国对环保要求的不断提高，PTCR材料的无铅化已经成为一种必然趋势。环境友好型的PTCR热敏陶瓷材料具有深远的社会意义和经济意义。目前各国研究人员研究最多的系统之一是BT-KBT，但多集中于KBT(Ka5Bia5TiO3)对BT (BaTiO3)的低浓度掺杂(一般不超过5%)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高居里点无铅PTC陶瓷材料及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案。一种高居里点无铅PTC陶瓷材料，该陶瓷材料包括以下组分Ba1-X(Ka5Bia5)JiO3，其中0. 05 彡 X 彡 0. 3。上述高居里点无铅PTC陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤I)首先将K2CO3' Bi2O3以及TiO2按照K2C03:Bi203:Ti02=l: 1:4的摩尔比混合得混合物A，然后将BaCO3以及TiO2按照I: I的摩尔比混合得混合物B，向混合物A以及混合物B中加入去离子水后分别在350-500r/min的转速下球磨4h，球磨后在80-100°C下烘干；2)经过步骤I)后，将混合物A在900-95(TC下保温2_3h合成Ka5Bia5TiO3粉体，将混合物B在1100-1150°C下保温2-3h合成BaTiO3粉体；3)将Ka5Bia5TiO3粉体、BaTiO3粉体和M按照下面的配方进行配料得混合物C Bah(Kci5Bitl5)xTiOJyM，其中0.05彡X彡0. 3，0彡y彡0. 05，y取0时，烧结温度会较高，M为作为助烧剂、玻璃相和增强材料温度系数的微量化合物添加物，向混合物C中加入去离子水后在350-500r/min的转速下球磨4h,球磨后在80_100°C下烘干,然后造粒、成型得胚体；4)将胚体在通入氩气的气氛炉中于1300°C保温2h，得到半导化的陶瓷样品；、5)将半导化的陶瓷样品在混合有微量氧气的氩气中、800-1100°C下保温l_2h，得到高居里点无铅PTC陶瓷材料。所述M为含Si、Al、Ti或者Mn的氧化物中的一种或者几种的混合物。所述混合有微量氧气的氩气中氧气的体积分数为0. 5-4%。本专利技术制备得到的高居里点无铅PTC陶瓷材料经电阻材料特性检测可以达到以下的参数要求Tc=150-230°C ；R25 ( 3. 5k Q ；lg(Rmax/Rmin)彡 3. 0。特性检测采用 In-Ga 合金作为电极，测得元器件的室温电阻和电阻-温度曲线。实际生产中可以选用其他电极材料(如铝电极、镍电极等)。本专利技术所述高居里点无铅PTC陶瓷材料的制备方法具有以下优点①采用传统固相法制备粉体，颗粒无团聚、填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单，反应条件容易控制。②通过KBT对BT的高浓度(59^30%)掺杂以实现居里点的提高。③样品在氩气气氛中进行烧结，在未进行施主掺杂的情况下实现样品的低阻化、半导化。④还原后的样品在Ar和O2的混合气体中，进行再氧化。通过控制混合气体中各组分的比例，施氧温度，施氧时间等条件，以控制材料的升阻比。⑤本专利技术制备的高居里点PTC陶瓷材料不含铅，避免了电阻元器件在制造和使用过程中对人体和环境产生危害。采用还原再氧化的工艺，实现了材料在不进行施主掺杂的情况下的半导化。并能通过对KBT掺杂量的控制，以实现不同居里点的PTC热敏材料的制备。⑥本专利技术所述高居里点无铅PTC陶瓷材料的制备方法能够获得高纯相组成、性能稳定、可靠性高的高居里点PTC热敏电阻，主成分的配方中KBT的掺杂范围广，实际应用过程中可以根据生产工艺进行相应的调整，灵活性大。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例II)首先将K2CO3' Bi2O3以及TiO2按照K2CO3 = Bi2O3 = TiO2=I: 1:4的摩尔比混合得混合物A，然后将BaCO3以及TiO2按照I: I的摩尔比混合得混合物B，向混合物A以及混合物B中加入去离子水后分别在400r/min的转速下球磨4h，球磨后过滤去除球石，然后在80°C下烘干；2)经过步骤I)后，将混合物A在925°C下保温2h合成Ka5Bia5TiO3粉体，将混合物B在1100°C下保温3h合成BaTiO3粉体；3)将 Ka5Bia5TiO3 粉体、BaTiO3 粉体和 SiO2 按照配方 Bah(Ka5Bia5)xTiOfySiO2 进行配料得到混合物C，其中x=0. 05,y=0. 05，向混合物C中加入一定量的去离子水后在400r/min的转速下球磨4h，球磨后过滤去除球石，然后在80°C下经过6小时烘干，烘干后加入一定量的PVA造粒、成型得胚体,胚体为圆片型，圆片的直径为12mm,厚度为3. 5-4. Omm ；4)将胚体在通入氩气的气氛炉中于1300°C保温2h，得到半导化的陶瓷样品；5)将半导化的陶瓷样品在混合有微量氧气的氩气中(氧气的体积分数为2%)、900°C下保温Ih进行再氧化，以使晶界氧化而形成晶界势垒得到高居里点无铅PTC陶瓷材料；6)将无铅PTC陶瓷材料的两面磨平，涂以In-Ga合金作为电极；7)步骤6)后将得到PTC陶瓷材料进行电阻温度曲线测量，所得到的陶瓷材料的性、能Tc (居里点)=150°C ;R25=3.5kQ ;lg(Rmax/Rmin)=3.25。实施例2I)首先将 K2CO3' Bi2O3以及TiO2按照K2CO3 = Bi2O3 = TiO2=I: 1:4的摩尔比混合得混合物A，然后将BaCO3以及TiO2按照I: I的摩尔比混合得混合物B，向混合物A以及混合物B中加入去离子水后分别在350r/min的转速下球磨4h，球磨后过滤去除球石，然后在90°C下烘干；2)经过步骤I)后，将混合物A在930°C下保温3h合成Ka5Bia5TiO3粉体，将混合物B在1130°C下保温2h合成BaTiO3粉体；3)将 Ka5Bia5TiO3 粉体、BaTiO3 粉体和 SiO2 按照配方 Bah(Ka5Bia5)xTiOfySiO2 进行配料得到混合物C，其中x=0. 07,y=0. 05，向混合物C中加入一定量的去离子水后在350r/min的转速下球磨4h，球磨后过滤去除球石，然后在100°C下经过4小时烘干，烘干后加入一定量的PVA造粒、成型得胚体,胚体为圆片型，圆片的直径为12mm,厚度为3. 5-4. Omm ；4)将胚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高居里点无铅PTC陶瓷材料，其特征在于：该陶瓷材料包括以下组分：Ba1？x(K0.5Bi0.5)xTiO3，其中0.05≤x≤0.3。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲永平，袁启斌，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
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