CN101659545B - 铋酸钡系负温度系数半导体陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热敏电阻材料，具体涉及以BaBiO3为基础相的陶瓷材料及其制备方法。所述铋酸钡系负温度系数半导体陶瓷，其化学通式为(Ba1-xAx)(SbyBi1-y)O3，式中A为稀土金属元素，0＜x≤0.01，0＜y＜0.1。该半导体陶瓷可采用传统电子陶瓷制备工艺制备，具体包括配料，焙烧，造粒，压型，烧成和电极制备6个步骤。与现有技术相比，本发明铋酸钡系负温度系数半导体陶瓷制备工艺简单，导电性能良好，室温电阻率和温度系数可调，克服了现有负温度系数热敏电阻陶瓷材料室温电阻率大的不足，可实现室温电阻率为35Ω·cm，而温度系数B值为3147K的以BaBiO3为基础相的负温度系数热敏电阻半导体陶瓷。

Description

铋酸钡系负温度系数半导体陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及热敏电阻材料，具体涉及一种以BaBiO3为基础相的陶瓷材料；本发明还涉及这种材料的制备方法。
背景技术
负温度系数热敏电阻(简称NTCR，下同)在温度测量、抑制浪涌电流和温度补偿方面有广泛的应用。目前，大部分NTCR陶瓷材料均为尖晶石结构，而此结构的负温度系数(简称NTC，下同)陶瓷其室温电阻率一般较高，且阻值不好控制，针对于低压及小型化器件，要求NTCR材料的室温电阻率尽量低，但是目前的研究表明，降低材料的室温电阻率，就会带来温度系数的降低，恶化NTC特性。寻求将材料的室温电阻率和温度系数B分别调控，从而获得依据不同应用的NTC系列产品。因此发展新型NTC陶瓷具有很重要的意义。目前已很多专利报道了NTC材料的制备方法，但有关BaBiO3系NTCR陶瓷目前尚未见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种导电性能良好，室温电阻率和温度系数可调的以铋酸钡为基础相的负温度系数半导体陶瓷及其制备方法。
本发明的技术方案：
一种铋酸钡系负温度系数半导体陶瓷，其化学通式为(Ba1-xAx)(SbyBi1-y)O3，式中A为稀土金属元素，0＜x≤0.01，0＜y＜0.1。
其中A为选自Y、La、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Er和Yb中的任意一种。
本发明所述铋酸钡系负温度系数半导体陶瓷可采用传统电子陶瓷制备工艺制备，优选按以下方法制备：
1)配料：按照通式(Ba1-xAx)(SbyBi1-y)O3，把各种元素的摩尔比换算为相应化合物的质量比称取原料，按照球、料、水的质量比例为1∶1∶2的标准加入玛瑙球、所称原料和去离子水，球磨8小时后，干燥；
2)焙烧：将干燥后的物料在900℃下焙烧，保温4小时；
3)造粒：向焙烧所得的物料中加入浓度为2wt％的聚乙烯醇溶液，混合物烘干后再进行造粒，然后过60目筛；
4)压型：采用干压成型，成型压强200MPa，试样的直径18mm，厚度为1.5～3mm；
5)烧成：烧成温度为950～1050℃，保温时间为2～4小时；
6)电极制备：在产品上下表面用丝网印刷低温银电极浆料，烘干后，再升温至520℃，保温15分钟，空气中冷却。
与现有技术相比，本发明所述铋酸钡系负温度系数半导体陶瓷制备工艺简单，产品导电性能良好，室温电阻率和温度系数可调，克服了现有负温度系数热敏电阻陶瓷材料室温电阻率大的不足，可实现室温电阻率为35Ω·cm，而温度系数B值为3147K的以BaBiO3为基础相的负温度系数热敏电阻半导体陶瓷。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步描述，但本发明并不局限于这些实施例。
以下各实施例中所用原料均为分析纯原料。
实施例1
以Bi2O3、BaCO3、La2O3和Sb2O3为原料合成(Ba0.999La0.001)(Sb0.01Bi0.99)O3。
制备方法：
1)按照化学式(Ba0.999La0.001)(Sb0.01Bi0.99)O3进行配料，以球、料、水的质量比例为1∶1∶2的标准加入玛瑙球和去离子水，球磨8小时，干燥；
2)干燥所得物料在900℃下焙烧，保温4小时；
3)在焙烧所得物料中加入浓度为2wt％的聚乙烯醇溶液，混合物烘干后再进行造粒，然后过60目筛；
4)在200MPa下干压成型，样品的直径18mm，厚度为2mm；
5)将所得样品在970℃、保温2小时、空气气氛下烧结，随炉冷却；
6)将烧结后的陶瓷片双面用丝网印刷低温银电极浆料，烘干后，再升温至520℃，保温15分钟，空气中冷却，即得。
实施例2
以Bi2O3、BaCO3、La2O3和Sb2O3为原料合成(Ba0.998La0.002)(Sb0.05Bi0.95)O3。
制备方法：
按照化学式(Ba0.998La0.002)(Sb0.05Bi0.95)O3配料，烧结温度为1020℃，其它制备工艺步骤与实施例1相同。
实施例3
以Bi2O3、BaCO3、La2O3和Sb2O3为原料合成(Ba0.995La0.005)(Sb0.08Bi0.92)O3。
制备方法：
按照化学式(Ba0.995La0.005)(Sb0.08Bi0.92)O3配料，烧结温度为1040℃，其它制备工艺步骤与实施例1相同。
实施例4
以Bi2O3、BaCO3、Y2O3和Sb2O3为原料合成(Ba0.995Y0.005)(Sb0.05Bi0.95)O3。
制备方法：
按照化学式(Ba0.995Y0.005)(Sb0.05Bi0.95)O3配料，烧结温度为1000℃，其它制备工艺步骤与实施例1相同。
实施例5
以Bi2O3、BaCO3、Y2O3和Sb2O3为原料合成(Ba0.995Y0.005)(Sb0.03Bi0.97)O3。
制备方法：
按照化学式(Ba0.995Y0.005)(Sb0.03Bi0.97)O3配料，烧结温度为980℃，其它制备工艺步骤与实施例1相同。
实施例6
以Bi2O3、BaCO3、Nd2O3和Sb2O3为原料合成(Ba0.995Nd0.005)(Sb0.05Bi0.95)O3。
制备方法：
按照化学式(Ba0.995Nd0.005)(Sb0.05Bi0.95)O3配料，烧结温度为1000℃，其它制备工艺步骤与实施例1相同。
实施例7
以Bi2O3、BaCO3、Pr2O3和Sb2O3为原料合成(Ba0.995Pr0.005)(Sb0.05Bi0.95)O3。
制备方法：
按照化学式(Ba0.995Pr0.005)(Sb0.05Bi0.95)O3配料，烧结温度为1000℃，其它制备工艺步骤与实施例1相同。
实施例8
以Bi2O3、BaCO3、Dy2O3和Sb2O3为原料合成(Ba0.99Dy0.01)(Sb0.05Bi0.95)O3。
制备方法：
按照化学式(Ba0.99Dy0.01)(Sb0.05Bi0.95)O3配料，烧结温度为970℃，其它制备工艺步骤与实施例1相同。
实施例9
以Bi2O3、BaCO3、Sm2O3和Sb2O3为原料合成(Ba0.992Sm0.008)(Sb0.07Bi0.93)O3。
制备方法：
按照化学式(Ba0.992Sm0.008)(Sb0.07Bi0.93)O3配料，烧结温度为970℃，其它制备工艺步骤与实施例1相同。
实施例10
以Bi2O3、BaCO3、Er2O3和Sb2O3为原料合成(Ba0.99Er0.01)(Sb0.05Bi0.95)O3。
制备方法：
按照化学式(Ba0.99Er0.01)(Sb0.05Bi0.95)O3配料，烧结温度为970℃，其它制备工艺步骤与实施例1相同。
对上述实施例1～10所得的BaBiO3系NTCR材料的电性能检测结果详见下表。
  实施例   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
  室温电阻率/Ω·cm 77 35 95 235 119 287 313 476 368 357
  B值/k   2012   3147   3460   3230   2910   3194   3275   2769   3145   2921

Claims (3)

1.一种铋酸钡系负温度系数半导体陶瓷，其特征在于：化学通式为(Ba1-xAx)(SbyBi1-y)O3，式中A为稀土金属元素，0＜x≤0.01，0＜y＜0.1。
2.根据权利要求1所述的铋酸钡系负温度系数半导体陶瓷，其特征在于：所述稀土金属元素选自Y、La、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Er和Yb中的任意一种。
3.权利要求1或2所述铋酸钡系负温度系数半导体陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)配料：按照通式(Ba1-xAx)(SbyBi1-y)O3配料，以球、料、水的质量比例为1∶1∶2的标准加入玛瑙球、所称原料和去离子水，球磨8小时后，干燥；
2)焙烧：将干燥后的物料在900℃下焙烧，保温4小时；
3)造粒：向焙烧所得的物料加入浓度为2wt％的聚乙烯醇溶液，混合物烘干后再进行造粒，然后过60目筛；
4)压型：采用干压成型，成型压强200MPa，试样的直径18mm，厚度为1.5～3mm；
5)烧成：烧成温度为950～1050℃，保温时间为2～4小时；
6)电极制备：在产品上下表面用丝网印刷低温银电极浆料，烘干后，再升温至520℃，保温15分钟，空气中冷却。
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