CN102617134A - 热敏陶瓷材料和由其制得的加热用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：62～65.5份BaCO3、11～12份Pb3O4、1.5～2份CaCO3、101～102份TiO2、0.05～0.06份Y2O3、0.06～0.08份Nb2O5、0.05～0.06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加热用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、表面加工制成PTC；该PTC可耐950V高压，且制成空调组件后加220V电压不间断测试2000小时，功率衰减小于10％，比现有的同类产品耐更高电压，抗老化性能更好。
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加热用热敏电阻和制造该热敏电阻的方法。
背景技术
用于加热的PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数热敏电阻)具有恒温发热特性，其原理是PTC通电后自热升温使阻值进入跃变区，同时PTC表面温度将保持恒定值，该温度只与PTC的居里温度和外加电压有关，而与环境温度基本无关。阻值急剧上升的同时，电流迅速下降，导致PTC发热功率随之急剧下降，此时则几乎停止发热。一段时间后因散热，其温度低于额定值时，PTC热敏电阻阻值又将急剧下降，开始继续发热来维持该温度，也就是说，PTC的发热温度是一定的。
随着空调暖风机技术和热敏电阻器技术的发展，以及节能减排的社会需求，变频空调已经逐渐取代传统的电热丝加热空调。用于加热的PTC的这一恒温发热的特性，使它成为空调的重要组件。而为了满足空调工作的性能需求，这种PTC必须符合以下参数条件：
1、耐高电压：传统规格的用于加热的PTC片(32mm*12mm*2.45mm，表面温度Ts＝260℃，阻值1～3.5K Ω)耐压应该在850V以上。
2、抗老化性能好：传统规格的用于加热的PTC片，做成空调组件后，加220V电压不间断测试1000小时，功率衰减应小于10％。
以上2个参数是空调产业对用于加热的PTC的基本的性能标准，是由材料特性决定的。如果PTC性能在此标准上有所突破，相应地，空调产品的安全可靠性和节能环保性会大大提升。
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用于加热的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：62～65.5份BaCO3、11～12份Pb3O4、1.5～2份CaCO3、101～102份TiO2、0.05～0.06份Y2O3、0.06～0.08份Nb2O5、0.05～0.06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：63.7份BaCO3、11.5份Pb3O4、1.8份CaCO3、102份TiO2、0.05份Y2O3、0.06份Nb2O5、0.05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0.6～0.8份SiO2和0.8～1.2份Al2O3。
在本发明一个较佳实施例中，烧结液相助剂包括0.7份SiO2和1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：提供一种加热用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：62～65.5份BaCO3、11～12份Pb3O4、1.5～2份CaCO3、101～102份TiO2、0.05～0.06份Y2O3、0.06～0.08份Nb2O5、0.05～0.06份Mn(NO3)2以及烧结液相助剂。将BaCO3、Pb3O4、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、表面加工等步骤制得。
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1070～1090℃下，保温2.5～3.5小时；
优选在1080℃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37mm*13.8mm*3.1mm，密度为3.5g/cm3的方片；
所述的烧结是在温度为1260～1280℃下，保温20～40分钟，1.5～2.5℃/分钟降温到800℃，然后自然降温到室温；
优选烧结温度为1270℃，保温30分钟，2.0℃/分钟降温到800℃；
所述的表面加工合成热敏陶瓷材料是将烧结完成以后的PTC片进行平面厚度磨削，100～150℃烘干1.5～2.5小时，喷铝以后得到32mm*12mm*2.45mm，TS260℃，阻值1～3.5K Ω的空调加热片成品；
优选130℃烘干2小时。
本发明热敏陶瓷材料及由该热敏陶瓷材料制得的用于加热的PTC可耐950V高压，高于标准要求的耐850V高压；且制成空调组件后加220V电压不间断测试2000小时，功率衰减小于10％，远高于标准的加220V电压不间断测试1000小时，功率衰减小于10％。本发明的PTC比现有的同类产品耐更高电压，抗老化性能更好。
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62份BaCO3、12份Pb3O4、2份CaCO3和102份TiO2；
施受主掺杂物包括0.05份Y2O3、0.06份Nb2O5和0.05份Mn(NO3)2；
烧结液相助剂包括0.8份SiO2和0.8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65.5份BaCO3、11份Pb3O4、1.5份CaCO3和101份TiO2；
施受主掺杂物包括0.06份Y2O3、0.08份Nb2O5和0.06份Mn(NO3)2；
烧结液相助剂包括0.6份SiO2和1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63.7份BaCO3、11.5份Pb3O4、1.8份CaCO3和102份TiO2；
施受主掺杂物包括0.05份Y2O3、0.06份Nb2O5和0.05份Mn(NO3)2；
烧结液相助剂包括0.7份SiO2和1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，1070℃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37mm*13.8mm*3.1mm、密度3.5g/cm3的方片；
烧结：将方片在1260℃保温40分钟，然后以1.5℃/分钟的速率降温到800℃，再自然降温到室温；
表面加工：烧结完成后进行平面厚度磨削，100℃烘干2.5小时，然后喷铝，制成32mm*12mm*2.45mm，表面温度Ts＝260℃，阻值1～3.5K Ω产品。
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，1090℃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37mm*13.8mm*3.1mm、密度3.5g/cm3的方片；
烧结：将方片在1280℃保温20分钟，然后以2.5℃/分钟的速率降温到800℃，再自然降温到室温；
表面加工：烧结完成后进行平面厚度磨削，150℃烘干1.5小时，然后喷铝，制成32mm*12mm*2.45mm，表面温度Ts＝260℃，阻值1～3.5K Ω产品。
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，1080℃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37mm*13.8mm*3.1mm、密度3.5g/cm3的方片；
烧结：将方片在1270℃保温30分钟，然后以2℃/分钟的速率降温到800℃，再自然降温到室温；
表面加工：烧结完成后进行平面厚度磨削，130℃烘干2小时，然后喷铝，制成32mm*12mm*2.45mm，表面温度Ts＝260℃，阻值1～3.5K Ω产品。由该热敏陶瓷材料制得的用于加热的PTC制成的空调加热片成品，实际测试表明，该成品耐压可以达到950V，组装成空调器件以后进行220V干烧通电2000小时试验可以达到功率衰减小于10％的要求。
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：62～65.5份BaCO3、11～12份Pb3O4、1.5～2份CaCO3、101～102份TiO2、0.05～0.06份Y2O3、0.06～0.08份Nb2O5、0.05～0.06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：63.7份BaCO3、11.5份Pb3O4、1.8份CaCO3、102份TiO2、0.05份Y2O3、0.06份Nb2O5、0.05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0.6～0.8份SiO2和0.8～1.2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0.7份SiO2和1份Al2O3。
5.一种用于加热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1070～1090℃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37mm*13.8mm*3.1mm，密度为3.5g/cm3的方片；
e)烧结：在温度为1260～1280℃下，保温20～40分钟，1.5～2.5℃/分钟降温到800℃，然后自然降温到室温；
f)表面加工：将烧结完成以后的热敏电阻片进行平面厚度磨削，100～150℃烘干1.5～2.5小时，喷铝以后得到32mm*12mm*2.45mm，TS260℃，阻值1～3.5K Ω的空调加热片成品。
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1080℃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37mm*13.8mm*3.1mm，密度为3.5g/cm3的方片；
e)烧结：在温度为1270℃下，保温30分钟，2℃/分钟降温到800℃，然后自然降温到室温；
f)表面加工：将烧结完成以后的热敏电阻片进行平面厚度磨削，130℃烘干2小时，喷铝以后得到32mm*12mm*2.45mm，TS260℃，阻值1～3.5K Ω的空调加热片成品。
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