CN101265086B - 一种片式正温度系数热敏陶瓷的水基流延成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种片式正温度系数热敏陶瓷的水基流延成型方法，具体为：1)将去离子水和分散剂加入到纳米BaTiO3基正温度系数热敏陶瓷粉体中，球磨混合3～5h，得到BaTiO3水浆料；2)在BaTiO3水浆料中加入粘结剂和增塑剂，球磨混合2～3小时，过筛，得到水基流延浆料；3)将水基流延浆料进行流延处理，将流延得到的湿膜干燥，得到陶瓷生坯；4)将陶瓷生坯切成方形样品，烧结，得到片式正温度系数热敏陶瓷。采用本发明得到的陶瓷生坯表面平整光滑、强度高、柔韧性好，可缠绕卷曲，得到的片式正温度系数热敏陶瓷可广泛应用于便携式移动电话、高清晰度彩电、汽车电子、混合集成电路等领域的过流过热保护。

Description

一种片式正温度系数热敏陶瓷的水基流延成型方法
技术领域
本发明涉及片式陶瓷材料技术领域，涉及一种片式正温度系数热敏陶瓷的绿色化成型方法。
背景技术
片式BaTiO3基正温度系数热敏材料(Positive Temperature Coefficient ofResistance简称PTCR)属于高性能陶瓷材料，高性能陶瓷的一个研究重点是提高陶瓷的可靠性(Reliability)，而陶瓷材料可靠性差是由陶瓷本身的脆性及由陶瓷的制备方法(如粉体的制备、成型方法、干燥过程及烧结过程)所决定的，其中，成型是陶瓷制备过程中重要的一环，在其中起着承上启下的作用，对提高陶瓷产品的性能具有极大的影响。这是由于在范德华吸引力作用下，陶瓷颗粒团聚无处不在，而团聚体的存在将直接影响成型坯体的均匀性及制品烧结过程中的变形、开裂和其它烧结行为。因此克服粉体的团聚，制备显微结构均匀的坯体，是高性能陶瓷对成型工艺的首要要求之一。与体式元件相比，由于片式PTCR的瓷体尺寸更小更薄，对坯体结构的均匀性要求更高，为此制备厚度满足要求、结构均匀且具有一定机械强度和致密度的坯片是片式PTCR实现多层化的重要环节。
流延成型是一种能够获得高质量、超薄型陶瓷基片的成型方法，所制备的陶瓷生坯膜，广泛用于MLCC、混合电路基片、微芯片封装等。成型过程如下：将含有陶瓷粉体、溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂且混合均匀的浆料置于料斗中，浆料经过料斗出浆口不断地向运动着的基带上流出，这样浆料在基带上延展开来，并随着基带向前运动，再经过干燥使溶剂挥发，形成膜状坯体。再根据需要可将膜切断、冲孔，也可在膜上作金属化处理。
目前国内外多采用以有机物作为溶剂的有机流延来制备陶瓷生坯。有机流延制备的陶瓷生坯结构均匀、强度高、柔韧性好，便于切割和加工，但由于在有机流延工艺中使用了大量有毒、易燃的有机溶剂(苯、甲苯、二乙苯等)，对环境污染严重且成本高。此外，由于其浆料中有机物含量较高，生坯密度低，排脂过程中坯体容易变形开裂。因此，近年来人们开始研究使用水作为溶剂的水基流延体系，该体系不仅可以实现绿色化生产，而且成本低廉，以水为溶剂的水基流延取代有机流延已经成为了不可逆转的趋势，崔学民等人在硅酸盐通报2004，2，pp40-43中报导了水基流延陶瓷生坯的技术方案，但其陶瓷生坯的柔韧性较差，容易出现裂纹缺陷，强度不高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种片式正温度系数热敏陶瓷的水基流延成型方法，利用该方法得到的陶瓷生坯表面平整光滑、强度高、柔韧性好，可缠绕卷曲，而且片式PTCR陶瓷晶粒细化。
一种片式正温度系数热敏陶瓷的水基流延成型方法，依次包括以下步骤：
1)将去离子水和分散剂加入到纳米BaTiO3基正温度系数热敏陶瓷粉体中，其中陶瓷粉体在混合物中的质量百分数为70～80％，分散剂质量为陶瓷粉体质量的1.5～3％，球磨混合3～5h，得到BaTiO3水浆料；
2)在BaTiO3水浆料中加入粘结剂和增塑剂，其中粘结剂质量为陶瓷粉体质量的7.0～9.5％，增塑剂质量为粘结剂质量的60～80％，球磨混合2～3小时，过筛，得到水基流延浆料；
3)将水基流延浆料进行流延处理，将流延得到的湿膜干燥，得到陶瓷生坯；
4)将陶瓷生坯切成方形样品，烧结，得到片式正温度系数热敏陶瓷。
作为本发明的改进，所述步骤4)的烧结温度为1240～1260℃，烧结时间为30～60min。
本发明具有如下技术效果：
1)以水为溶剂不仅减少了对环境及人体的危害，而且降低了生产成本。
2)BaTiO3基PTCR陶瓷的水基流延浆料具有剪切稀性，所得的陶瓷生坯表面平整光滑、强度高、柔韧性好，可缠绕卷曲。
3)由于PTCR元件利用的是BaTiO3多晶陶瓷的晶界效应，其PTC效应与两电极间所有晶界的数目直接相关，片式PTCR陶瓷的厚度仅几十微米，要提高其PTC效应、耐受电压和可靠性，必须使陶瓷细晶化，增加单层陶瓷瓷片内的晶界数。采用纳米级的BaTiO3基PTCR粉体，获得的粉体组分均匀、纯度高、粒径小、活性高，因此可有效降低陶瓷的烧成温度，使片式PTCR陶瓷晶粒细化。
4)具有设备简单、可连续操作、生产效率高、劳动强度小等优点，适合大规模生产。
附图说明
图1为本发明在1250℃烧成的片式PTCR陶瓷的电阻-温度特性曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
1)BaTiO3水浆料的制备
称取平均粒径约为40nm的BaTiO3基PTCR粉体50g，加入质量百分数为10％的聚甲基丙烯酸铵水溶液7.5g及去离子水13.9g，球磨混合3h。
2)BaTiO3基水基流延浆料的制备
在BaTiO3水浆料中，再加入质量百分数为10％的聚乙烯醇水溶液40g作为粘结剂、及2.4g丙三醇作为增塑剂，球磨混合3h，过250目筛后，得到BaTiO3基PTCR陶瓷的水基流延浆料。
3)纳米BaTiO3基PTCR陶瓷粉体水基流延生坯的制备
将浆料在流延设备上以1cm/s的速度流延，得到的湿膜在空气中干燥10h，得到陶瓷生坯。
4)片式PTCR陶瓷的烧成
将水基流延成型的陶瓷生坯切成小方块样品，在1250℃下烧结30min，得到片式PTCR陶瓷，陶瓷的平均晶粒尺寸为1～2μm。
5)电极烧渗
在1250℃下烧成的片式PTCR陶瓷的两面涂覆Al电极浆料，然后在640℃下烧渗，得到片式PTCR热敏电阻。测得样品的室温电阻率为435Ω.cm，样品的电阻-温度特性曲线如图1所示，其中升阻比为1.12×104，温度系数为9.96％.℃-1。
实施例2
1)BaTiO3水浆料的制备
称取平均粒径约为20nm的BaTiO3基PTCR粉体50g，加入质量百分数为15％的聚甲基丙烯酸铵水溶液10g及去离子水6.7g，球磨混合5h。
2)BaTiO3基水基流延浆料的制备
在BaTiO3水浆料中，再加入质量百分数为10％的聚乙烯醇水溶液47.5g作为粘结剂、及3.8g邻苯二甲酸二丁酯作为增塑剂，球磨混合2h，过250目筛后，得到BaTiO3基PTCR陶瓷的水基流延浆料。
3)纳米BaTiO3基PTCR陶瓷粉体水基流延生坯的制备
将浆料在流延设备上以1.7cm/s的速度流延，得到的湿膜在空气中干燥24h，得到陶瓷生坯。
4)片式PTC陶瓷的烧成
将水基流延成型的陶瓷生坯切成小方块样品，在1260℃下烧结60min，得到片式PTCR陶瓷，陶瓷的平均晶粒尺寸约为1μm。
5)电极烧渗
在片式PTCR陶瓷的两面涂覆Al电极浆料，然后在640℃下烧渗，得到片式PTCR热敏电阻。测得样品的室温电阻率为546Ω.cm，升阻比为3.35×104，温度系数为10.92％.℃-1。
实施例3
1)BaTiO3水浆料的制备
称取平均粒径为70nm的BaTiO3基PTCR粉体50g，加入质量百分数为20％的聚丙烯酸铵水溶液5g及去离子水11.7g，球磨混合4h。
2)BaTiO3基水基流延浆料的制备
在BaTiO3水浆料中，再加入质量百分数为55％的聚丙稀酸乙酯乳液7.3g作为粘结剂、及3.1g聚乙二醇作为增塑剂，球磨混合3h，过250目筛后，得到BaTiO3基PTCR陶瓷的水基流延浆料。
3)纳米BaTiO3基PTCR陶瓷粉体水基流延生坯的制备
将浆料在流延设备上以2cm/s的速度流延，得到的湿膜在空气中干燥20h，得到陶瓷生坯。
4)片式PTCR陶瓷的烧成
将水基流延成型的陶瓷生坯切成小方块样品，在1250℃下烧结30min，得到片式PTCR陶瓷，陶瓷的平均晶粒尺寸为1～2μm。
5)电极烧渗
在片式PTCR陶瓷的两面涂覆Al电极浆料，然后在640℃下烧渗，得到片式PTCR热敏电阻。测得样品的室温电阻率为445Ω.cm，升阻比为3.05×104，温度系数为10.78％.℃-1。
实施例4
1)BaTiO3水浆料的制备
称取平均粒径为90nm的BaTiO3基PTCR粉体50g，加入质量百分数为20％的聚丙烯酸铵水溶液2.5g及去离子水13.9g，球磨混合4h。
2)BaTiO3基水基流延浆料的制备
在BaTiO3水浆料中，再加入质量百分数为55％的聚丙稀酸乙酯乳液3.6g及质量百分数为10％的聚乙烯醇水溶液20g作为粘结剂、及3.1g聚乙二醇作为增塑剂，球磨混合3h，过250目筛后，得到BaTiO3基PTCR陶瓷的水基流延浆料。
3)纳米BaTiO3基PTCR陶瓷粉体水基流延生坯的制备
将浆料在流延设备上以1.5cm/s的速度流延，得到的湿膜在空气中干燥15h，得到陶瓷生坯。
4)片式PTCR陶瓷的烧成
将水基流延成型的陶瓷生坯切成小方块样品，在1240℃下烧结30min，得到片式PTCR陶瓷，陶瓷的平均晶粒尺寸约为1～2μm。
5)电极烧渗
在片式PTCR陶瓷的两面涂覆Al电极浆料，然后在640℃下烧渗，得到片式PTCR热敏电阻。测得样品的室温电阻率为348Ω.cm，升阻比为3.23×104，温度系数为11.08％.℃-1。

Claims (5)

1.一种片式正温度系数热敏陶瓷的水基流延成型方法，依次包括以下步骤：
1)将去离子水和分散剂加入到纳米BaTiO3基正温度系数热敏陶瓷粉体中，其中陶瓷粉体在混合物中的质量百分数为70～80％，分散剂质量为陶瓷粉体质量的1.5～3％，球磨混合3～5h，得到BaTiO3水浆料；
2)在BaTiO3水浆料中加入粘结剂和增塑剂，其中粘结剂质量为陶瓷粉体质量的7.0～9.5％，增塑剂质量为粘结剂质量的60～80％，球磨混合2～3小时，过筛，得到水基流延浆料；
3)将水基流延浆料进行流延处理，将流延得到的湿膜干燥，得到陶瓷生坯；
4)将陶瓷生坯切成方形样品，烧结，得到片式正温度系数热敏陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种片式正温度系数热敏陶瓷的水基流延成型方法，其特征在于，所述步骤4)的烧结温度为1240～1260℃，烧结时间为30～60min。
3.根据权利要求1所述的一种片式正温度系数热敏陶瓷的水基流延成型方法，其特征在于，所述分散剂采用聚甲基丙烯酸铵水溶液或聚丙烯酸铵水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种片式正温度系数热敏陶瓷的水基流延成型方法，其特征在于，所述粘结剂采用聚乙烯醇水溶液或聚丙烯酸乙酯乳液。 
5.根据权利要求1所述的一种片式正温度系数热敏陶瓷的水基流延成型方法，其特征在于，所述增塑剂采用丙三醇或邻苯二甲酸二丁酯或聚乙二醇。 
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