CN103172368B - 一种ptc热敏电阻及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PTC热敏电阻，由主材料、辅助材料以及燃烧助剂组成，以1molTiO₂为基准，其中，主材料包括1molTiO₂、0.5molBaCO₃、0.176molCaCO₃和0.108molPb₃O₄；辅助材料包括0.005mol~0.006molNb₂O₅、0.004mol~0.005molY₂O₃和0.0001mol~0.0003molMn(NO₃)₂；燃烧助剂包括0.02mol~0.03molSiO₂、0.01molTiO₂和0.001mol~0.003molAl₂O₃。同时，本发明还提供了一种制备该PTC热敏电阻的方法。本发明提供的PTC热敏电阻，能够在保证较高居里点的同时承受较高的电压，可以满足现阶段对PTC热敏电阻高居里点高耐压能力的要求。

Description

一种PTC热敏电阻及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种PTC热敏电阻及其制备方法。

背景技术

PTC热敏电阻或称为正温度系数热敏电阻，其电阻值随着PTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性增加，温度越高，其电阻值也就越大。

现有的PTC热敏电阻，大部分是在居里点和高耐压之间择其一；也就是说，要么是为了达到高居里点的效果而降低了耐压能力，要么是有高耐压能力却只能保持较低的居里点。

比如现有的PTC热敏电阻，保证其居里温度在200摄氏度左右时，其耐压能力大都在600度左右，不能满足现阶段对高居里点同时高耐压能力的要求，电压过高，会损坏PTC热敏电阻，带来不良的后果。

发明内容

本发明为解决现有PTC热敏电阻在保证高居里点时耐压能力较低的问题，提供一种新的PTC热敏电阻，其耐压能力能达800V甚至1000V以上，满足现阶段对PTC热敏电阻高居里点、高耐压能力的要求。

一种PTC热敏电阻，由主材料、辅助材料以及燃烧助剂组成，以1mol 的TiO₂为基准，其中，主材料的摩尔组成为：

TiO₂：1.01 mol；

BaCO₃：0.5 mol；

CaCO₃：0.176 mol；

Pb₃O₄：0.108 mol；

辅助材料的摩尔组成为：

Nb₂O₅：0.005 mol ~0.006 mol，

Y₂O₃：0.004 mol ~0.005 mol，

Mn(NO₃)₂：0.0001 mol ~0.0003 mol。

燃烧助剂的摩尔组成为：

SiO₂：0.02 mol ~0.03 mol，

Al₂O₃：0.001 mol ~0.003 mol。

另外，本发明还提供了一种制备上述PTC热敏电阻的方法，包括以下步骤，

步骤1，按上述摩尔组成，称取相应量的BaCO₃ 、CaCO₃ 、Pb₃O₄ 、TiO₂ 、Nb₂O₅以及 Y₂O₃，将所称取的料混合，按照质量比，配料/磨球/去离子水=1/2/2进行一次球磨。

步骤2，将一次球磨后的粉料烘干，经过筛处理，得到粉体并预烧；

步骤3，向预烧后的粉体中加入上述摩尔组成的燃烧助剂和Mn(NO₃)₂ ，按照质量比，配料/磨球/去离子水=1/2/1进行二次球磨；

步骤4，将二次球磨后的粉体烘干，经过筛处理，得到粉体；

步骤5，在粉体中加入聚乙烯醇溶液，混合造粒；

步骤6，将得到的混合颗粒进行压片、烧结、退火得到PTC电阻片。

采用上述组成成分及制备方法制备而成的PTC热敏电阻，能够在保证较高居里点的同时承受较高的电压，可以满足现阶段对PTC热敏电阻高居里点高耐压能力的要求。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种PTC热敏电阻，其特征在于，该PTC热敏电阻由主材料、辅助材料及燃烧助剂组成，以1mol 的TiO₂为基准，其中，主材料的摩尔组成比为：

TiO₂：1.01 mol；

BaCO₃：0.5 mol；

CaCO₃：0.176 mol；

Pb₃O₄：0.108 mol；

辅助材料的摩尔组成为：

Nb₂O₅：0.005 mol ~0.006 mol，

Y₂O₃：0.004 mol ~0.005 mol，

Mn(NO₃)₂：0.0001 mol ~0.0003 mol;

燃烧助剂的摩尔组成为：

SiO₂：0.02 mol ~0.03 mol，

Al₂O₃：0.001 mol ~0.003 mol。

上述辅助材料中，Nb₂O₅的摩尔含量优选0.0055 mol；Y₂O₃的摩尔含量优选0.0045 mol；Mn(NO₃)₂的摩尔含量优选0.0002 mol。

一种制备权利要求1所述PTC热敏电阻的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，按上述PTC热敏电阻成分的摩尔组成，称取相应量的BaCO₃ 、CaCO₃ 、Pb₃O₄ 、TiO₂ 、Nb₂O₅以及 Y₂O₃，将所称取的料混合，按照质量比，配料/磨球/去离子水=1/2/2进行一次球磨。

本步骤中，需要根据上述的各材料间摩尔组成的比例，称取相应比例质量的BaCO₃ 、CaCO₃ 、Pb₃O₄ 、TiO₂ 、Nb₂O₅以及 Y₂O₃； 称取的TiO₂摩尔含量为1.01，其中，1mol作为主材料，另外0.01mol作为后期使用的燃烧助剂，也在此一并称取并加入到其中。

将称取的物料混合球磨，进行一次球磨，球磨时间为6~8小时；球磨使得各种粉体分散均匀，有利于预烧时均匀的发生化学反应。在球磨中，选取的球为玛瑙球，粒径为2mm左右。

步骤2，将一次球磨后的粉料烘干，经过筛处理，得到粉体并预烧。

在球磨后，因为烘干的过程中，一部分粉料会结块，所以需要在此过筛，滤除结块的粉料以及玛瑙球，得到符合条件的粉体。

本步骤中，可以对烘干后的粉料过100目筛处理，得到我们需要大小的粉体，原则上，筛子的目数越多越好，但是，根据具体的要求，做相应的可行化调整也是允许的，然后对符合大小要求的粉料进行预烧。

步骤3，向预烧后的粉体中加入上述摩尔组成的燃烧助剂和Mn(NO₃)₂ ，按照质量比，配料/磨球/去离子水=1/2/1进行二次球磨。

预烧后的粉体中加入烧结助剂和Mn(NO₃)₂的同时，添加碳酸铵，其目的是为了使硝酸锰形成固态，使得硝酸锰能较好的分散到粉体中去。碳酸铵的添加量一般要多于硝酸锰的添加量，在保证硝酸锰的固化的同时，碳酸铵高温下会分解，不会影响实验的结果。

本步骤中的球磨与上述步骤1中大致相同，不再重复叙述。

步骤4，将二次球磨后的粉体烘干，经过筛处理，得到粉体。

同样，本步骤中采用的也是过100目筛处理，也可以根据对粉体大小的要求确定该其他的过筛处理，在此也不做限定。

步骤5，在粉体中加入PVA（聚乙烯醇）溶液，混合造粒。

PVA为聚乙烯醇，即为，在粉体中加入聚乙烯醇溶液，这是一种高分子聚合材料，溶液很黏，类似于胶水，加入到粉体中，用来造粒。

这个PVA溶液的质量分数一般在6%~8%这个范围，加入的量为粉体质量的9%~11%。在这些可行的范围内，选择任意质量分数的PVA溶液都是可行的；同时，其加入量占粉体质量的百分比，在上述范围内，也是可调的。

造粒的过程中，为了保证粉体团聚体流动性能，选择粒径为40目~60目之间的粉体，这个区间的粉体团聚体流动性较好。

步骤6，将得到的混合颗粒进行压片、烧结、退火处理，得到PTC电阻片。

实施例1，

步骤1，称取41.2808g BaCO₃、7.3276g CaCO₃、31.0939g Pb₃O₄、33.7636g TiO₂、0.6117g Nb₂O₅以及 0.4252g Y₂O₃，将所称取的料混合，按照质量比，配料/磨球/去离子水=1/2/2将配料混合，进行一次球磨，球磨时间为7小时。

步骤2，将一次球磨后的粉料烘干，经过100目筛处理，得到粉体并预烧，预烧制度为：从0摄氏度升温至600摄氏度用时140分钟，并经过60分钟升温到965摄氏度，最后在965摄氏度的温度下保温60分钟。

步骤3，向预烧后的粉体中加入0.6033gSiO₂、0.0853gAl₂O₃以及0.0299g质量分数为50%的Mn(NO₃)₂ 溶液，按照质量比，配料/磨球/去离子水=1/2/2将配料混合进行二次球磨，时间为7小时；

步骤4，将二次球磨后的粉体烘干，经过100目筛处理，得到粉体；

步骤5，向粉体中加入质量为粉体质量9%的质量分数为6%的PVA溶液，造粒，并过筛得到粒径在40目~60目之间的粉体。

步骤6，压片，在模子里填入经造粒的粉体，压片成型，并经烧结、退火得到PTC电阻片。

烧结制度为：在120分钟内从0摄氏度升温到600摄氏度并保温120分钟，再用70分钟的时间升温至900摄氏度，35分钟后升温到1180摄氏度并保温30分钟，10分钟后温度升高到1260摄氏度并保温60分钟，再在45分钟内使温度变为1175摄氏度并保温60分钟，经100分钟后，降温到600摄氏度，然后停止。

退火制度为：110分钟内从0摄氏度升温到550摄氏度并保温30分钟，然后经过130分钟升温到1200摄氏度并保温80分钟，再在130分钟内使温度降至550摄氏度，停止。

实施例2（与实施例1相比），

步骤1中Nb₂O₅的量变为0.5561g，Y₂O₃的量变为0.3779g。

步骤3中SiO₂的量变为0.5025g，Al₂O₃的量变为0.0427g，质量分数为50%的Mn(NO₃)₂ 溶液的量变为0.0149g。

步骤5中向粉体中加入质量为粉体质量10%的质量分数为7%的PVA溶液。

实施例3（与实施例1相比），

步骤1中Nb₂O₅的量变为0.6673g，Y₂O₃的量变为0.4724g。

步骤3中SiO₂的量变为0.7538g，Al₂O₃的量变为0.1281g，质量分数为50%的Mn(NO₃)₂ 溶液的量变为0.0449g。

步骤5中向粉体中加入质量为粉体质量11%的质量分数为8%的PVA溶液。

实施例4（与实施例1相比），

步骤3中质量分数为50%的Mn(NO₃)₂ 溶液的量变为0.04485g。

经测试，四个实施例做出的PTC热敏电阻各参数为:

实施例	居里温度（℃）	耐压（V）
			1	205	1180
2	203	1050
			3	204	980
4	208	819

从上述测试结果可以看出，本发明提出的PTC热敏电阻，能在高居里温度（200摄氏度左右）的同时，达到较高的耐压能力（800伏以上），并且，在等同的条件下，Mn(NO₃)₂的摩尔含量优选0.0002 mol，效果会更好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PTC热敏电阻，其特征在于，该PTC热敏电阻由主材料、辅助材料及燃烧助剂组成；以1mol 的TiO₂为基准，主材料的摩尔组成为：

TiO₂：1mol，

BaCO₃：0.5mol，

CaCO₃：0.176mol，

Pb₃O₄：0.108mol；

辅助材料的摩尔组成为：

Nb₂O₅：0.005mol~0.006mol，

Y₂O₃：0.004mol~0.005mol，

Mn(NO₃)₂：0.0001 mol ~0.0003 mol;

燃烧助剂的摩尔组成为：

SiO₂：0.02 mol ~0.03 mol，

TiO₂：0.01mol,

Al₂O₃：0.001 mol ~0.003 mol；

所述PTC热敏电阻通过以下步骤制成：

步骤1，按上述摩尔组成，称取相应量的BaCO₃ 、CaCO₃ 、Pb₃O₄ 、TiO₂ 、Nb₂O₅以及 Y₂O₃，将所称取的料混合，按照质量比，配料/磨球/去离子水=1/2/2进行一次球磨；

步骤2，将一次球磨后的粉料烘干，经过筛处理，得到粉体并预烧；

步骤3，向预烧后的粉体中加入上述摩尔配比的燃烧助剂和Mn(NO₃)₂ ，按照质量比，配料/磨球/去离子水=1/2/1进行二次球磨；

步骤4，将二次球磨后的粉体烘干，经过筛处理，得到粉体；

步骤5，在粉体中加入聚乙烯醇溶液，混合造粒；

步骤6，将得到的混合颗粒进行压片、烧结、退火处理，得到PTC电阻片。

2.如权利要求1所述的PTC热敏电阻，其特征在于: 以1mol 的TiO₂为基准，主材料的摩尔组成为：

TiO₂：1mol，

BaCO₃：0.5mol，

CaCO₃：0.176mol，

Pb₃O₄：0.108mol；

辅助材料的摩尔组成为：

Nb₂O₅：0.0055mol，

Y₂O₃：0.0045mol，

Mn(NO₃)₂：0.0002 mol;

燃烧助剂的摩尔组成为：

SiO₂：0.0024 mol，

TiO₂：0.01mol，

Al₂O₃：0.002mol。

3.一种制备权利要求1所述PTC热敏电阻的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，按权利要求1所述的摩尔组成，称取相应量的BaCO₃ 、CaCO₃ 、Pb₃O₄ 、TiO₂ 、Nb₂O₅以及 Y₂O₃，将所称取的料混合，按照质量比，配料/磨球/去离子水=1/2/2进行一次球磨；

步骤2，将一次球磨后的粉料烘干，经过筛处理，得到粉体并预烧；

步骤3，向预烧后的粉体中加入权利要求1所述摩尔配比的燃烧助剂和Mn(NO₃)₂ ，按照质量比，配料/磨球/去离子水=1/2/1进行二次球磨；

步骤4，将二次球磨后的粉体烘干，经过筛处理，得到粉体；

步骤5，在粉体中加入聚乙烯醇溶液，混合造粒；

步骤6，将得到的混合颗粒进行压片、烧结、退火处理，得到PTC电阻片。

4.如权利要求3所述的PTC热敏电阻制备方法，其特征在于：步骤3中还加入有碳酸铵。

5.如权利要求4所述的PTC热敏电阻制备方法，其特征在于：加入的碳酸铵的摩尔量不小于硝酸锰的摩尔量。

6.如权利要求3所述的PTC热敏电阻制备方法，其特征在于：所述过筛处理为过100目筛。

7.如权利要求3所述的PTC热敏电阻制备方法，其特征在于：所述聚乙烯醇溶液的质量分数为6%~8%。

8.如权利要求3所述的PTC热敏电阻制备方法，其特征在于：加入的聚乙烯醇溶液的量为粉体质量的9%~11%。

9.如权利要求3所述的PTC热敏电阻制备方法，其特征在于：步骤5中造粒的粒径为40目~60目。

10.如权利要求3所述的PTC热敏电阻制备方法，其特征在于：所述一次球磨和二次球磨的时间为6~8小时。