CN102617133A - 热敏陶瓷材料和由其制得的耐高电压热敏电阻及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热敏陶瓷材料，按摩尔份数计其成分包括：86.2～87.2份BaCO3、3.5～4.5份SrCO3、3.8～4.8份PbO、5.5～6.5份CaCO3、101～101.5份TiO2、0.1～0.15份Y2O3、0.03～0.04份Sb2O3、0.06～0.08份Mn(NO3)2以及烧结液相助剂；还公开了一种采用该热敏陶瓷材料制得的耐高电压PTC和制造该PTC的方法：将上述组分按照设计比例混合后经湿法球磨、预烧结、二次湿法球磨、造粒和压片、烧结、后加工制成PTC；该PTC可通过各项测试，能抵抗4kV，10/700uS雷击波，可应用在大型仪器、设备、电力等系统。
Description
技术领域
本发明属于半导体陶瓷材料领域，具体涉及一种热敏陶瓷材料，以及由该热敏陶瓷材料制得的耐高电压热敏电阻和制造该热敏电阻的方法。
背景技术
随着光纤通信技术的进步，需要一种耐高电压的PTC(PositiveTemperature Coefficient，正温度系数热敏电阻)用作电信语音线卡保护，其必须达到以下性能指标：
1、PTC本身能耐受4KV，10/700uS/40Ω冲击10次，间隔时间60S，PTC不能产生闪络跳火或者裂片；
2、4KV，10/700uS/40Ω冲击条件下，最大环路电流小于60Ap，即PTC的压敏效应下的等效电阻最小值Rmin约22Ω；
3、600VAC/600Ω/1S条件下的电力线感应测试5次，间隔时间60S；
4、常规265V AC电力线搭接测试；
5、以上提及的所有测试项目，在测试之后，PTC冷却1小时后的阻值变化率小于±15％，绝对误差小于2Ω；
6、PTC主要电气参数为：
a)R25常温电阻55±15％Ω
b)Vmax＞265VAC(直接加载)
c)直径8.0～8.8mm
d)厚度3.0～3.3mm
e)引出线脚间距5.00mm
目前市面的通信保护产品无法同时满足以上6种要求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种热敏陶瓷材料及由该热敏陶瓷材料制得的耐高电压的PTC。
本发明还提供了一种制造该PTC的方法。
本发明采用的一个技术方案是：一种热敏陶瓷材料，按摩尔份数计其成分包括：86.2～87.2份BaCO3、3.5～4.5份SrCO3、3.8～4.8份PbO、5.5～6.5份CaCO3、101～101.5份TiO2、0.1～0.15份Y2O3、0.03～0.04份Sb2O3、0.06～0.08份Mn(NO3)2以及烧结液相助剂。
在本发明一个较佳实施例中，热敏陶瓷材料的成分按摩尔份数计包括：86.2份BaCO3、3.5份SrCO3、4.8份PbO、5.5份CaCO3、101.5份TiO2、0.11份Y2O3、0.04份Sb2O3、0.07份Mn(NO3)2以及烧结液相助剂。
按摩尔份数烧结液相助剂包括1～2份SiO2和1.3～2份Al2O3。
在本发明一个较佳实施例中，烧结液相助剂包括1.1份SiO2和1.8份Al2O3。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种耐高电压PTC，由热敏陶瓷材料制得。该热敏陶瓷材料，按摩尔份数计其成分包括：86.2～87.2份BaCO3、3.5～4.5份SrCO3、3.8～4.8份PbO、5.5～6.5份CaCO3、101～101.5份TiO2、0.1～0.15份Y2O3、0.03～0.04份Sb2O3、0.06～0.08份Mn(NO3)2以及烧结液相助剂。将BaCO3、SrCO3、PbO、TiO2、CaCO3等主晶相成分以及施受主掺杂物和烧结液相助剂按照设计的比例配料混合后经湿法球磨、预烧结、二次湿法球磨、造粒和压片、烧结、后加工等步骤制得。
所述的湿法球磨是将上述混合物湿法球磨20～28小时，料∶球∶水的重量比为0.5～1.5∶1～3∶1～2，浆料在100～150℃干燥；
优选湿法球磨24小时，料∶球∶水的重量比为1∶2∶1.5，浆料在130℃下干燥；
所述的预烧结是将经上述湿法球磨后的混合物在温度为1090～1100℃下，保温2.5～3.5小时；
优选在1090℃下保温3小时；
所述的二次湿法球磨是将预烧结的混合物再次湿法球磨20～28小时，料∶球∶水的重量比为0.5～1.5∶1～3∶1～2，浆料在100～150℃干燥；
优选湿法球磨24小时，料∶球∶水的重量比为1∶2∶1.5，浆料在130℃下干燥；
所述的造粒和压片是加入PVA造粒，然后压制成φ10.32mm，厚度3.9mm，密度为3.3g/cm3造粒的圆片；
所述的烧结是在温度为1300～1320℃下，保温0.5～1.5小时，1.5～2℃/分钟降温到800℃，然后自然降温到室温；
优选烧结温度为1310℃，保温1小时，1.5℃/分钟降温到800℃；
所述的后加工是将烧结完成以后的PTC片印刷Ag-Zn电极，然后焊接包封，得到阻值约55Ω的成品。
本发明的热敏陶瓷材料制得的PTC产品可通过背景技术所述各项测试，能抵抗4KV，10/700uS雷击波，可应用在大型仪器、设备、电力等系统，特别是在电力网络这一类高压、大电流的场合，尤其适用于电信语音线卡保护。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1-3为热敏陶瓷材料组合物：
实施例1
按照摩尔份数计，将如下配比的主晶相成分、施受主掺杂物和烧结液相助剂混合：
主晶相成分包括86.2份BaCO3、3.5份SrCO3、4.8份PbO、5.5份CaCO3、101份TiO2；
施受主掺杂物包括0.1份Y2O3、0.03份Sb2O3、0.06份Mn(NO3)2；
烧结液相助剂包括1份SiO2和1.3份Al2O3。
实施例2
按照摩尔份数计，将如下配比的主晶相成分、施受主掺杂物和烧结液相助剂混合：
主晶相成分包括87.2份BaCO3、4.5份SrCO3、3.8份PbO、6.5份CaCO3、101.5份TiO2；
施受主掺杂物包括0.15份Y2O3、0.04份Sb2O3、0.08份Mn(NO3)2；
烧结液相助剂包括2份SiO2和2份Al2O3。
实施例3
按照摩尔份数计，将如下配比的主晶相成分、施受主掺杂物和烧结液相助剂混合：
主晶相成分包括86.2份BaCO3、3.5份SrCO3、4.8份PbO、5.5份CaCO3、101.5份TiO2；
施受主掺杂物包括0.11份Y2O3、0.04份Sb2O3、0.07份Mn(NO3)2；
烧结液相助剂包括1.1份SiO2和1.8份Al2O3。
实施例4-6为由该热敏陶瓷材料混合物制得的PTC和制造PTC的方法：
实施例4
将各成分按实施例1、实施例2或实施例3任一的比例配料，混合均匀。
湿法球磨：将混合后的原料、球、水以0.5∶1∶1的重量比混合制得混合浆料，湿法球磨20小时；
预烧结：将上述混合浆料在100℃干燥后，1090℃预烧3.5小时；
二次湿法球磨：料、球、水以0.5∶1∶1的重量比混合制得混合浆料，湿法球磨20小时；
造粒：将上述碾磨后的混合浆料在100℃干燥，然后加入粘结剂PVA(聚乙烯醇)造粒；
压片：将造粒颗粒压制成φ10.32mm，厚度3.9mm，密度为3.3g/cm3造粒的圆片；
烧结：将圆片在1300℃保温1.5小时，然后以1.5℃/分钟的速率降温到800℃，再自然降温到室温；
后加工：烧结完成后印刷Ag-Zn电极，然后焊接包封，得到阻值约55Ω的成品。
实施例5
将各成分按实施例1、实施例2或实施例3任一的比例配料，混合均匀。
湿法球磨：将混合后的原料、球、水以1.5∶3∶2的重量比混合制得混合浆料，湿法球磨28小时；
预烧结：将上述混合浆料在150℃干燥后，1100℃预烧2.5小时；
二次湿法球磨：料、球、水以1.5∶3∶2的重量比混合制得混合浆料，湿法球磨28小时；
造粒：将上述碾磨后的混合浆料在150℃干燥，然后加入粘结剂PVA(聚乙烯醇)造粒；
压片：将造粒颗粒压制成φ10.32mm，厚度3.9mm，密度为3.3g/cm3造粒的圆片；
烧结：将圆片在1320℃保温0.5小时，然后以2℃/分钟的速率降温到800℃，再自然降温到室温；
后加工：烧结完成后印刷Ag-Zn电极，然后焊接包封，得到阻值约55Ω的成品。
实施例6
将各成分按实施例3的比例配料，混合均匀。
湿法球磨：将混合后的原料、球、水以1∶2∶1.5的重量比混合制得混合浆料，湿法球磨24小时；
预烧结：将上述混合浆料在130℃干燥后，1090℃预烧3小时；
二次湿法球磨：料、球、水以1∶2∶1.5的重量比混合制得混合浆料，湿法球磨24小时；
造粒：将上述碾磨后的混合浆料在130℃干燥，然后加入粘结剂PVA(聚乙烯醇)造粒；
压片：将造粒颗粒压制成φ10.32mm，厚度3.9mm，密度为3.3g/cm3造粒的圆片；
烧结：将圆片在1310℃保温1小时，然后以1.5℃/分钟的速率降温到800℃，再自然降温到室温；
后加工：烧结完成后印刷Ag-Zn电极，然后焊接包封，得到阻值约55Ω的成品。
由该热敏陶瓷材料制得的耐高电压的PTC，可通过背景技术所述各项测试，能抵抗4KV，10/700uS雷击波，实用性能测试表明，根据本发明的热敏陶瓷材料制作的耐高电压PTC，常温电阻率为100Ω·cm，转变温度为120℃，电阻温度系数为20％/℃，升阻比为5x105，可以满足电信语音线卡保护的所有电性能要求。
Claims (7)
1.一种热敏陶瓷材料，其特征在于，按照摩尔份数计其包括以下组分：86.2～87.2份BaCO3、3.5～4.5份SrCO3、3.8～4.8份PbO、5.5～6.5份CaCO3、101～101.5份TiO2、0.1～0.15份Y2O3、0.03～0.04份Sb2O3、0.06～0.08份Mn(NO3)2以及烧结液相助剂。
2.根据权利要求1所述的陶瓷材料，其特征在于，按照摩尔份数计其包括以下组分：86.2份BaCO3、3.5份SrCO3、4.8份PbO、5.5份CaCO3、101.5份TiO2、0.11份Y2O3、0.04份Sb2O3、0.07份Mn(NO3)2以及烧结液相助剂。
3.根据权利要求1或者2所述的陶瓷材料，其特征在于：所述烧结液相助剂按摩尔份数计包括1～2份SiO2和1.3～2份Al2O3。
4.根据权利要求3所述的陶瓷材料，其特征在于：所述烧结液相助剂按摩尔份数计包括1.1份SiO2和1.8份Al2O3。
5.一种耐高电压的正温度系数热敏电阻，其特征在于：所述热敏电阻由权利要求1～4任一所述的热敏陶瓷材料制得。
6.一种制造权利要求5所述热敏电阻的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)湿法球磨：将混合物按比例混合均匀，湿法球磨20～28小时，料∶球∶水的重量比为0.5～1.5∶1～3∶1～2，浆料在100～150℃干燥；
b)预烧结：将湿法球磨后的混合物在温度为1090～1100℃下，保温2.5～3.5小时；
c)二次湿法球磨：将预烧结的混合物再次湿法球磨20～28小时，料∶球∶水的重量比为0.5～1.5∶1～3∶1～2，浆料在100～150℃干燥；
d)造粒和压片：加入PVA造粒，然后压制成φ10.32mm，厚度3.9mm，密度为3.3g/cm3造粒的圆片；
e)烧结：在温度为1300～1320℃下，保温0.5～1.5小时，1.5～2℃/分钟降温到800℃，然后自然降温到室温；
f)后加工：将烧结完成以后的PTC片印刷Ag-Zn电极，然后焊接包封，得到阻值约55Ω的成品。
7.按照权利要求6所述制造热敏电阻的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)湿法球磨：将混合物按比例混合均匀，湿法球磨24小时，料∶球∶水的重量比为1∶2∶1.5，浆料在130℃干燥；
b)预烧结：将湿法球磨后的混合物在温度为1090℃下，保温3小时；
c)二次湿法球磨：将预烧结的混合物再次湿法球磨24小时，料∶球∶水的重量比为1∶2∶1.5，浆料在130℃干燥；
d)造粒和压片：加入PVA造粒，然后压制成φ10.32mm，厚度3.9mm，密度为3.3g/cm3造粒的圆片；
e)烧结：在温度为1310℃下，保温1小时，1.5℃/分钟降温到800℃，然后自然降温到室温；
f)后加工：将烧结完成以后的PTC片印刷Ag-Zn电极，然后焊接包封，得到阻值约55Ω的成品。
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