CN103265284B - 一种耐高压ptc陶瓷及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐高压PTC陶瓷及其制备方法，其主成分及施主掺杂成分的重量百分比如下：BaCO₃：36～42%，Pb₃O₄：28～33%，TiO₂：26～29%，CaCO₃：0.6～1.8%，Sb₂O₅：0.05～0.13%，Nd₂O₃：0.001～0.003%。本发明施主掺杂成分采用Sb₂O₅和Nd₂O₃复合添加，其中Sb⁵⁺的离子半径与钛离子接近，可以取代Ti⁴⁺位充当施主，而Nd³⁺的离子半径与Ba²⁺相近，可以取代Ba²⁺位充当施主杂质，Sb⁵⁺及Nd³⁺的抑制晶粒长大的效果远优于传统的Nb⁵⁺或者Y³⁺，且采用双组分复合掺杂可以在最大程度上减小晶粒的尺寸以提高PTC陶瓷的耐电压性能。

Description

一种耐高压PTC陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐高压PTC陶瓷及其制备方法。

背景技术

PTC陶瓷是一种电子陶瓷，在常温下是半导体，其电阻随温度的升高急剧升高，呈正温度系数关系（即PTC效应）。现有PTC陶瓷的施主杂质一般采用Nb₂O₅或者Y₂O₃，用以形成PTC陶瓷的半导化，玻璃相一般采用TiO₂、SiO₂和BN，用以吸附内部的有害杂质，提高晶粒的半导化程度，还可以控制晶粒长大。采用上述常规添加的PTC陶瓷对于控制其内部晶粒的生长能力偏弱，造成烧成后晶粒尺寸的不均匀，且偏大，当高电压加到PTC电极两端时，由于晶粒大小的不均匀，各晶粒承受的电压有较大差异，大晶粒承受的电压会比小晶粒大得多，使得大晶粒容易无法承受造成击穿，且较大晶粒尺寸及不均匀性也会使PTC的电压效应增大，也从另一方面降低了其击穿电压，耐电压性能差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种耐高压PTC陶瓷及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种耐高压PTC陶瓷，其主成分及施主掺杂成分的重量百分比如下：BaCO₃ ：36～42%，Pb₃O₄：28～33%，TiO₂：26～29%，CaCO₃：0.6～1.8%，Sb₂O₅：0.05～0.13%，Nd₂O₃：0.001～0.003%。

进一步的，所述主成分及施主掺杂成分中还添加有以下重量百分比的受主掺杂成分及玻璃相成分：MnO₂:0.01～0.04%，LiCO₃:0.02 ～0.05%，SiC: 0.03～0.1%，BN: 0.1～0.3%。

进一步的，一种耐高压PTC陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照重量百分比，将36～42%的BaCO₃ 、28～33%的Pb₃O₄、26～29%的TiO₂、0.6～1.8%的CaCO₃、0.05～0.13%的Sb₂O₅、0.001～0.003%的Nd₂O₃混合成混合物A，球磨后出料压滤，在1100～1180℃下预烧成主料；

步骤二：按照重量百分比，将0.01～0.04%的MnO₂、0.02 ～0.05%的LiCO₃、0.03～0.1%的SiC、0.1～0.3%的BN添加到步骤一的主料中混合成混合物B，球磨后进行喷雾造粒，造粒后的粉料进行干压成型，在1220～1350℃下烧结成PTC陶瓷。

进一步的，所述步骤一和步骤二中的球磨时间为24～26小时。

进一步的，还包括下述步骤：

步骤三：将所述步骤二中得到的PTC陶瓷进行磨削、清洗、上电极后打耐压和阻值分选。

进一步的，所述步骤三中的上电极为喷铝、丝网印刷铝或丝网印刷银。

本发明具有积极的效果：施主杂质采用Sb₂O₅和Nd₂O₃复合添加，其中Sb⁵⁺的离子半径与钛离子接近，可以取代Ti⁴⁺位充当施主，而Nd³⁺的离子半径与Ba²⁺相近，可以取代Ba²⁺位充当施主杂质，Sb⁵⁺及Nd³⁺的抑制晶粒长大的效果远优于传统的Nb⁵⁺或者Y³⁺，且采用双组分复合掺杂可以在最大程度上减小晶粒的尺寸以提高PTC陶瓷的耐电压性能。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种耐高压PTC陶瓷，其主成分及施主掺杂成分的重量百分比如下：BaCO₃ ： 42%，Pb₃O₄：31.189%，TiO₂：26%，CaCO₃：0.6%，Sb₂O₅：0.05%，Nd₂O₃：0.001%。

本实施例施主掺杂成分采用Sb₂O₅和Nd₂O₃复合添加，其中Sb⁵⁺的离子半径与钛离子接近，可以取代Ti⁴⁺位充当施主，而Nd³⁺的离子半径与Ba²⁺相近，可以取代Ba²⁺位充当施主杂质，Sb⁵⁺及Nd³⁺的抑制晶粒长大的效果远优于传统的Nb⁵⁺或者Y³⁺，且采用双组分复合掺杂可以在最大程度上减小晶粒的尺寸。

本实施例主成分及施主掺杂成分中还添加有以下重量百分比的受主掺杂成分及玻璃相成分：MnO₂:0.01%，LiCO₃:0.02%，SiC: 0.03%，BN: 0.1%。

其中，玻璃相成分采用了特殊的SiC取代了原先玻璃相中的SiO₂，玻璃相成分的主要作用有两点：

 A 、吸附有害杂质，提高晶粒半导化程度，在原材料和工艺中不可避免会带入一些有害杂质，由于杂质进入液相中所需激活能比进入晶格格点上小，而玻璃相在高温下形成液相，故能将杂质吸附在晶界中；

B、玻璃相在高温下形成液相，流动性好，可对晶粒润湿与包裹，晶界移动必须克服附加势垒，从而抑制了晶粒的异常长大，使得晶粒细小而均匀。SiC比SiO₂明显的对晶粒的生长有抑制作用，从而使得PTC陶瓷的耐电压性能大大提高。

本实施例还提供一种耐高压PTC陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照重量百分比，将42%的BaCO₃ 、31.189%的Pb₃O₄、26%的TiO₂、0.6%的CaCO₃、0.05%的Sb₂O₅、0.001%的Nd₂O₃混合成混合物A，球磨24小时后出料压滤，在1100℃下预烧成主料；

步骤二：按照重量百分比，将0.01%的MnO₂、0.02 %的LiCO₃、0.03%的SiC、0.1%的BN添加到步骤一的主料中混合成混合物B，球磨24小时后进行喷雾造粒，造粒后的粉料进行干压成型，在1350℃下烧结成PTC陶瓷；

步骤三：将所述步骤二中得到的PTC陶瓷进行磨削、清洗、上电极后打耐压和阻值分选，其中，上电极为喷铝。

实施例2

其余与实施例1相同，不同之处在于，本实施例提供的一种耐高压PTC陶瓷，其主成分及施主掺杂成分的重量百分比如下：BaCO₃ ：36%，Pb₃O₄： 33%，TiO₂：28.577%，CaCO₃： 1.8%，Sb₂O₅： 0.13%，Nd₂O₃： 0.003%。

其中还添加有以下重量百分比的受主掺杂成分及玻璃相成分：MnO₂: 0.04%，LiCO₃: 0.05%，SiC: 0.1%，BN: 0.3%。

本实施例还提供一种耐高压PTC陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照重量百分比，将36%的BaCO₃ 、33%的Pb₃O₄、28.577%的TiO₂、1.8%的CaCO₃、0.13%的Sb₂O₅、0.003%的Nd₂O₃混合成混合物A，球磨26小时后出料压滤，在1180℃下预烧成主料；

步骤二：按照重量百分比，将0.014%的MnO₂、0.025 %的LiCO₃、0.031%的SiC、0.3%的BN添加到步骤一的主料中混合成混合物B，球磨26小时后进行喷雾造粒，造粒后的粉料进行干压成型，在1220℃下烧结成PTC陶瓷。

步骤三：将所述步骤二中得到的PTC陶瓷进行磨削、清洗、上电极后打耐压和阻值分选，其中，上电极为丝网印刷铝。

实施例3

其余与实施例1或2相同，不同之处在于，本实施例提供的一种耐高压PTC陶瓷，其主成分及施主掺杂成分的重量百分比如下：BaCO₃ ：41.684 %，Pb₃O₄：28%，TiO₂： 29%，CaCO₃：1%，Sb₂O₅：0.1%，Nd₂O₃：0.002%。

其中还添加有以下重量百分比的受主掺杂成分及玻璃相成分：MnO₂:0.03%，LiCO₃:0.03%，SiC: 0.08%，BN: 0.2%。

本实施例还提供一种耐高压PTC陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照重量百分比，将41.684%的BaCO₃ 、28%的Pb₃O₄、29%的TiO₂、1%的CaCO₃、0.1%的Sb₂O₅、0.002%的Nd₂O₃混合成混合物A，球磨25小时后出料压滤，在1140℃下预烧成主料；

步骤二：按照重量百分比，将0.03%的MnO₂、0.03 %的LiCO₃、0.08%的SiC、0.2%的BN添加到步骤一的主料中混合成混合物B，球磨25小时后进行喷雾造粒，造粒后的粉料进行干压成型，在1300℃下烧结成PTC陶瓷。

步骤三：将所述步骤二中得到的PTC陶瓷进行磨削、清洗、上电极后打耐压和阻值分选，其中，上电极为丝网印刷银。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种耐高压PTC陶瓷，其特征在于，其主成分及施主掺杂成分的重量百分比如下：BaCO₃ ：36～42%，Pb₃O₄：28～33%，TiO₂：26～29%，CaCO₃：0.6～1.8%，Sb₂O₅：0.05～0.13%，Nd₂O₃：0.001～0.003%；

还添加有以下重量百分比的受主掺杂成分及玻璃相成分：MnO₂:0.01～0.04%; LiCO₃:0.02 ～0.05%，SiC:0.03～0.1%，BN:0.1～0.3%。

2.一种如权利要求1所述的耐高压PTC陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按照重量百分比，将36～42%的BaCO₃ 、28～33%的Pb₃O₄、26～29%的TiO₂、0.6～1.8%的CaCO₃、0.05～0.13%的Sb₂O₅、0.001～0.003%的Nd₂O₃混合成混合物A，球磨后出料压滤，在1100～1180℃下预烧成主料；

步骤二：按照重量百分比，将0.01～0.04%的MnO₂、0.02 ～0.05%的LiCO₃、0.03～0.1%的SiC、0.1～0.3%的BN添加到步骤一的主料中混合成混合物B，球磨后进行喷雾造粒，造粒后的粉料进行干压成型，在1220～1350℃下烧结成PTC陶瓷。

3.根据权利要求2所述的耐高压PTC陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二中的球磨时间为24～26小时。

4.根据权利要求2所述的耐高压PTC陶瓷的制备方法，其特征在于，还包括下述步骤：

步骤三：将所述步骤二中得到的PTC陶瓷进行磨削、清洗、上电极后打耐压和阻值分选。

5.根据权利要求4所述的耐高压PTC陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的上电极为喷铝、丝网印刷铝或丝网印刷银。