CN101188155B - Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻及制备方法 - Google Patents

Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻及制备方法，属电子陶瓷技术。该热敏电阻由主材料、辅助材料、烧结助剂熔制料及镍组成，主材料摩尔组成为：TiO2∶(BaCO3+SrCO3)为1∶1；辅助材料成分为：Sb2O3、Nb2O5、MnO2、Al2O3、SiO2和TiO2；烧结助剂熔制料成分为：PbO、B2O3、ZnO和SiO2。其制备过程包括，按摩尔配方称料混合，混合料加水球磨，经烘干、保温制得预合成料，预合成料再加原料后加水球磨，经烘干、造粒成片、焙烧制得热敏电阻。本发明的优点是，采用的原料和工艺条件容易实现，制得的Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻具有较高的升阻比。

Description

Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻及制备方法
技术领域
本发明涉及一种Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻及制备方法，属电子陶瓷技术。
背景技术
众多学者对BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻陶瓷烧结助剂进行了广泛研究，如LiF、AST(Al2O3、SiO2和TiO2)、SiO2等，对Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻复合陶瓷材料来说，上述烧结助剂一个显著的缺点就是对金属Ni的保护能力有限(唐小锋，陈海龙，PTCR陶瓷材料的超低温烧结，无机材料学报，2000.15(4).697-703)。通常Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻陶瓷经还原气氛烧结以后，还需要进行氧化处理以获得一定的PTC效应，工艺复杂且氧化处理必定增大材料的室温电阻率(李晓雷，Ni/PTC陶瓷复合材料的制备和性能，材料研究学报，18(6)654(2004)；王华涛，曲远方，Ni/陶瓷复合PTC材料的研究，硅酸盐通报，23(2)，73(2004))。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻及制备方法，该Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻的升阻比较高，其制备方法过程简单。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻，其特征在于，该Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻由主材料、辅助材料、烧结助剂熔制料及镍组成，其中主材料摩尔组成为：
TiO2∶(BaCO3+SrCO3)为1∶1；
其中BaCO3、SrCO3的摩尔分数为：
BaCO3：0.62～1，
SrCO3：0.00～0.38，
且BaCO3、SrCO3的摩尔分数之和为1；
辅助材料摩尔组成为：
Sb2O3：0.0004～0.0008，
Nb2O5：0.0010～0.0015，
MnO2：0.0002～0.0005，
Al2O3：0～0.0178，
SiO2：0～0.005，
TiO2：0.01；
烧结助剂熔制料质量组成为：
PbO：60～75％，
B2O3：10～14％，
ZnO：8～15％，
SiO2：5～12％；
上述四种列成分的质量百分数之和为100％；
烧结助剂熔制料的加入量为主材料和辅助材总质量的0～6％；
镍的加入量为主材料和辅助材总质量的0～25％。
上述的Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻制备方法，其特征在于包括以下过程：
按BaCO3与SrCO3、TiO2摩尔比为0.62～1∶0.00～0.38∶1计，在千分之一天平上称取BaCO3、SrCO3和TiO2摩尔质量，按Sb2O3和Nb2O5摩尔比为0.0004～0.0008∶0.0010～0.0015计，在万分之一天平上称取Sb2O3和Nb2O5摩尔质量，将所称取的料混合，按照(质量比)配料∶磨球∶去离子水＝1∶1∶2将配料球磨混合4～24小时。将混磨后的料浆置于烘箱中经110～140℃烘干。烘干料经1000～1100℃预合成2小时，然后在预合成料中加入按摩尔比0.0002～0.0005∶0.01∶0～0.0178∶0～0.005的MnO2、TiO2、Al2O3、SiO2摩尔质量的配方料，再按上述主材料和辅助材料总配料质量的0～6％加入按质量组成的：PbO：60～75％，B2O3：10～14％，ZnO：8～15％，SiO2：5～12％；的烧结助剂熔制料，以配料∶磨球∶去离子水＝1∶1∶1.5(质量比)，将该二次配料球磨混合6～24小时。球磨料置于烘箱中经1 10～140℃条件下烘干。按按上述主材料和辅助材料总配料质量的质量百分比为0～25％加Ni粉，配料经干法混合1～4小时，然后加入5wt％的5％聚乙烯醇水溶液粘合剂与将上述混合料再混合均匀后过40目筛造粒。采取100～400MPa压强将造粒料干压成型为需要几何尺寸的样片。成型后的试样放在有二氧化锆为垫料的氧化铝垫板上，成型片与片间用二氧化锆粉隔开，再用氧化铝坩埚扣住并在里面不与试样接触的地方放入石墨粉(烧成后仍有余量)，然后放入高温电阻炉中，在坩埚扣烧和石墨造成的局部还原气氛下，升温速度控制在300～400℃/h，在1150～1350℃条件下烧成0.2～4h，然后断电，试样随炉冷却。将烧成后的瓷片清除二氧化锆垫料，然后在其两平面上均匀涂敷欧姆接触金属浆料，在450～610℃条件下保温8～15min烧渗电极，制成Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻。
本发明的突出优点为：试样在坩埚中扣烧、在石墨粉制造的局部还原气氛和烧结助剂熔制料的共同作用下，金属Ni得到很好的保护，几乎没有被氧化，复合材料具备较低的室温电阻率，不必进行氧化热处理，Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻具有较高的升阻比。本发明采用的原料和工艺条件容易实现，复合材料性能的重复性好。
具体实施方式
按下摩尔配方进行配料：0.92 BaCO3、0.08SrCO3、1.001TiO2、0.0007Sb2O3、0.0008Nb2O5，按照(质量比)料∶球∶水＝1∶1∶2，以去离子水为介质将配料球磨混合4h，球磨料置于烘箱中经120℃烘干后，经1050℃保温预合成2小时。在上述合成料中再配入0.0003MnO2、0.0167Al2O3、0.004SiO2，再配入与上述配料质量相应质量百分比比为0.4％的烧结助剂熔制料，再按照(质量比)料∶球∶水＝1∶1∶1.5，以去离子水为介质将该配料球磨6h。球磨料在烘箱中经120℃干燥，然后加入(烧结助剂熔制料除外)质量比为15％的金属Ni粉，混合1h；再加入5wt％的5％聚乙烯醇水溶液混合均匀后过40目筛造粒，然后在350MPa压强下将造粒料干压成型为Φ10mm×2mm试样。成型后的试样放在有二氧化锆粉为垫料的氧化铝垫板上，成型片与片间用二氧化锆粉隔开，再用氧化铝坩埚扣住并在里面不与试样接触的地方放入石墨粉(烧成后仍有余量)，然后放入高温电阻炉中，在坩埚扣烧和石墨造成的局部还原气氛下，控制升温速度为350℃/h，在1320℃保温20min烧成，然后断电，试样随炉冷却。清除烧成瓷片上的二氧化锆垫料，然后在瓷片的两平面上均匀涂敷欧姆接触的银浆料，在500℃条件下保温10min烧渗银电极。制备的试样经性能测试，Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻陶瓷材料的室温电阻率为2.12Ω.cm，升阻比为5.41×102。

Claims (2)

1.一种Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻，其特征在于，该Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻由主材料、辅助材料、烧结助剂熔制料及镍组成，其中主材料摩尔组成为：
TiO2∶(BaCO3+SrCO3)为1∶1；
其中BaCO3、SrCO3的摩尔分数为：
BaCO3：0.62～1，
SrCO3：0.00～0.38，
且BaCO3、SrCO3的摩尔分数之和为1；
辅助材料摩尔组成为：
Sb2O3：0.0004～0.0008，
Nb2O5：0.0010～0.0015，
MnO2：0.0002～0.0005，
Al2O3：0～0.0178，
SiO2：0～0.005，
TiO2：0.01；
烧结助剂熔制料质量组成为：
PbO：60～75％，
B2O3：10～14％，
ZnO：8～15％，
SiO2：5～12％；
上述四种列成分的质量百分数之和为100％；
烧结助剂熔制料的加入量为主材料和辅助材料总质量的0～6％；
镍的加入量为主材料和辅助材料总质量的0～25％。
2.一种制备权利要求1所述的Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻方法，其特征在于包括以下过程：
按BaCO3与SrCO3、TiO2摩尔比为0.62～1∶0.00～0.38∶1计，在千分之一天平上称取BaCO3、SrCO3和TiO2摩尔质量，按Sb2O3和Nb2O5摩尔比为0.0004～0.0008∶0.0010～0.0015计，在万分之一天平上称取Sb2O3和Nb2O5摩尔质量，将所称取的料混合，按照质量比，配料∶磨球∶去离子水＝1∶1∶2将配料球磨混合4～24小时，将混磨后的料浆置于烘箱中经110～140℃烘干，烘干料经1000～1100℃预合成2小时，然后在预合成料中加入按摩尔比0.0002～0.0005∶0.01∶0～0.0178∶0～0.005的MnO2、TiO2、Al2O3、SiO2摩尔质量的配方料，再按上述主材料和辅助材料总配料质量的0～6％加入按质量组成的：PbO：60～75％，B2O3：10～14％，ZnO：8～15％，SiO2：5～12％；的烧结助剂熔制料，按质量比以配料∶磨球∶去离子水＝1∶1∶1.5，将该二次配料球磨混合6～24小时，球磨料置于烘箱中经110～140℃条件下烘干，按按上述主材料和辅助材料总配料质量的质量百分比为0～25％加Ni粉，配料经干法混合1～4小时，然后加入5wt％的5％聚乙烯醇水溶液粘合剂与将上述混合料再混合均匀后过40目筛造粒；采取100～400MPa压强将造粒料干压成型为需要几何尺寸的样片，成型后的试样放在有二氧化锆为垫料的氧化铝垫板上，成型片与片间用二氧化锆粉隔开，再用氧化铝坩埚扣住并在里面不与试样接触的地方放入石墨粉，然后放入高温电阻炉中，在坩埚扣烧和石墨造成的局部还原气氛下，升温速度控制在300～400℃/h，在1150～1350℃条件下烧成0.2～4 h，然后断电，试样随炉冷却，将烧成后的瓷片清除二氧化锆垫料，然后在其两平面上均匀涂敷欧姆接触金属浆料，在450～610℃条件下保温8～15min烧渗电极，制成Ni/BaTiO3基复合正温度系数热敏电阻。
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