CN102509601B - 一种钛酸钡ptc陶瓷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛酸钡PTC陶瓷的制备方法，①将下述化合物按摩尔组分比混合：BaCO3 99～101，TiO2 100，Y2O3 0.1～0.5，SiO2 0～0.01；②进行高能超细球磨，获得粒径500nm以下的粉体混合物；③将所得浆料进行烘干、预烧处理，合成均匀微量掺杂的钛酸钡粉体；④将所得粉体配制成流延浆料，流延出生坯膜片；⑤层压并印刷Ni内电极，制作成叠层片式结构；⑥切割成含有内电极的器件；⑦在还原气氛中烧结，然后在空气中进行再氧化，获得所需的叠层片式陶瓷电阻。本发明所制备的半导体陶瓷的瓷体晶粒大小可以达到2.0μm以下，室温电阻率在1～200Ω.cm之间，叠层器件升阻比达103以上。
Description
技术领域
本发明属于电子陶瓷元件制备技术领域，具体涉及一种钛酸钡PTC陶瓷的制备方法，尤其是叠层PTC热敏电阻器中所用的微量均匀掺杂钛酸钡PTC陶瓷的制备方法。
背景技术
目前，随着电子元件向微型化发展，叠层片式PTC(正温度系数)热敏电阻器得到了广泛的研究。为避免内电极与坯体共烧时被氧化，叠层片式PTC热敏电阻器需要采用还原再氧化工艺制备，即在还原气氛中共烧，然后再在空气中较低温度下氧化以产生PTC效应。在制作叠层器件的过程中，如何保持材料的低电阻率和高升阻比成了重点要研究的问题。由于叠层片式PTC热敏电阻陶瓷材料需采用微量掺杂，掺杂元素摩尔含量在千分之几，而所采用的还原再氧化工艺在还原气氛中烧结时会产生大量的氧空位，从而抑制了施主杂质进入晶粒格点过程，致使采用传统固相法在微量掺杂的情况下难以制备出性能优良的叠层片式PTC热敏电阻。
本发明从烧结工艺对材料的电性能影响的角度出发，目的在于通过改进工艺过程找到一种采用传统固相法的条件下实现微量掺杂，提高叠层片式BaTiO3基半导瓷PTC热敏性能的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛酸钡PTC陶瓷的制备方法，该方法制备的PTC陶瓷和片式叠层器件具有再氧化温度低、晶粒均匀细小、室温电阻率小和PTC效应大的特点。
本发明提供的一种钛酸钡PTC陶瓷的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将碳酸钡、二氧化钛、氧化钇、二氧化硅按下述化合物摩尔组分比混合；
BaCO3 99～101，TiO2 100，Y2O3 0.1～0.5，SiO2 0.0～0.01；
(2)将获得的钛酸钡粉体进行高能超细球磨，高能超细球磨采用直径为1～6mm的小球，最终获得粒径大小为500nm以下的粉体混合物；
(3)将所得粉体混合物进行烘干、预烧处理，合成均匀微量掺杂的钛酸钡粉体；
(4)将所得粉体配制成流延浆料，流延出生坯膜片；
(5)层压并印刷Ni内电极，制作成叠层片式结构；
(6)切割成含有内电极的器件；
(7)在还原气氛中烧结，然后在空气中进行再氧化，获得所需的叠层片式陶瓷电阻。
本发明具有以下优点：
(1)采用传统的固相烧结方法，与传统的生产工艺兼容，并结合了流延工艺制作片式PTCR元件。
(2)本发明采用高能超细球磨的方法，对预烧前的粉体原料进行球磨，获得≤500nm的超细粒径，保证了预烧后获得的PTC粉体已实现微量均匀掺杂。
(3)通过微量施主掺杂改性，得到了低电阻率高升阻比的钛酸钡基细晶半导体陶瓷。
(4)采用较高的预烧温度和较低的烧结温度，制备出的陶瓷粒径细小均匀，易于在较低的温度下再氧化。
总之，本发明方法所制备的钛酸钡基半导体陶瓷的瓷体晶粒大小可以达到2.0μm以下，室温电阻率在1～200Ω.cm之间，叠层器件升阻比达103以上。
附图说明
图1为叠层片式热敏电阻结构图，图中，1表示内电极，2表示外电极，3表示瓷体；
图2为样品阻温测试曲线。
具体实施方式
下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。
实施例1
(1)将碳酸钡、二氧化钛、氧化钇、二氧化硅按下述化合物摩尔组分比混合；
BaCO3 99，TiO2 100，Y2O3 0.5；
(2)将获得的混合粉料、去离子水按照1.0∶2.0的质量比例混合，进行高能超细球磨。采用直径为1～6mm的ZrO2小球、转速为1400rpm、球磨时间为1小时，然后烘干，并在空气中1180℃预烧2小时；
(3)将制得的陶瓷粉配制成流延浆料，并将浆料用流延机流出膜片，厚度调为50um；
(4)用热压机将两层厚度为70um的生粉膜压在载板上，然后用层压机与印刷机交替制作叠层片式坯片，切割得到1206规格的分立生坯片；
(5)在还原气氛中以1200℃烧结，然后在空气中以780℃进行再氧化，获得所需的陶瓷电阻样品。
制得的陶瓷样品平均室温电阻约3Ω，升阻比数量级为2.62。
实施例2
(1)将碳酸钡、二氧化钛、氧化钇、二氧化硅按下述化合物摩尔组分比混合；
BaCO3 100，TiO2 100，Y2O3 0.3，SiO2 0.005；；
(2)将获得的混合粉料、去离子水按照1.0∶2.0的质量比例混合，进行高能超细球磨。采用直径为1～6mm的ZrO2小球、过滤浆料、转速为2000rpm、球磨时间为1.5小时，然后烘干，并在空气中1160℃预烧1小时；
(3)将制得的陶瓷粉配制成流延浆料，并将浆料用流延机流出膜片，厚度调为50um；
(4)用热压机将两层厚度为70um的生粉膜压在载板上，然后用层压机与印刷机交替制作叠层片式坯片，切割得到1206规格的分立生坯片；
(5)在还原气氛中以1170℃烧结，然后在空气中以700℃进行再氧化，获得所需的陶瓷电阻样品。
制得的陶瓷样品平均室温电阻约0.5Ω，升阻比数量级为3.2，测得阻温曲线如图2所示。
实施例3
(1)将碳酸钡、二氧化钛、氧化钇、二氧化硅按下述化合物摩尔组分比混合；
BaCO3 101，TiO2 100，Y2O3 0.1，SiO2 0.01；
(2)将获得的混合粉料、去离子水按照1.0∶2.0的质量比例混合，进行高能超细球磨。采用直径为1～6mm的ZrO2小球、转速为2400rpm、球磨时间为1小时，然后烘干，并在空气中1150℃预烧2小时；
(3)将制得的陶瓷粉配制成流延浆料，并将浆料用流延机流出膜片，厚度调为45um；
(4)用热压机将两层厚度为70um的生粉膜压在载板上，然后用层压机与印刷机交替制作叠层片式坯片，切割得到1206规格的分立生坯片；
(5)在还原气氛中以1150℃烧结，然后在空气中以700℃进行再氧化，获得所需的陶瓷电阻样品。
制得的陶瓷样品平均室温电阻约1.5Ω，升阻比数量级为2.83。
上述方法中，高能超细球磨的转速一般可以在1400～2400rpm、球磨时间为1～3小时，用流延机流延出厚度通常为45um～70um；烧结温度通常为1100～1250℃，再氧化温度通常为500℃～900℃。
以上所述为本发明的部分实施例而已，但本发明不应该局限于上述实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (1)
1.一种钛酸钡PTC陶瓷的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将碳酸钡、二氧化钛、氧化钇、二氧化硅按下述化合物摩尔组分比混合；
BaCO399～101，TiO2100，Y2O30.1～0.5，SiO20～0.01；
（2）将获得的钛酸钡粉体进行高能超细球磨，转速为1400～2400rpm、球磨时间为1～3小时，高能超细球磨采用直径为1～6mm的球，获得粒径大小为500nm以下的粉体混合物；
（3）将所得粉体混合物进行烘干、预烧处理，合成均匀微量掺杂的钛酸钡粉体；
（4）将所得粉体配制成流延浆料，流延出厚度为45um～70um生坯膜片；
（5）层压并印刷Ni内电极，制作成叠层片式结构；
（6）切割成含有内电极的器件；
（7）在还原气氛中烧结，然后在空气中进行再氧化，获得所需的叠层片式陶瓷电阻；烧结温度为1100～1250℃，再氧化温度通常为500℃～900℃；
通过上述步骤制备的钛酸钡基半导体陶瓷的瓷体晶粒大小达到2.0μm以下，室温电阻率在1～200Ω.cm之间，叠层器件升阻比达103以上。
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