CN103360051A - 一种热敏陶瓷材料和由其制得的ptc及ptc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，按摩尔百分比计其成分包括：81.2～83.2份BaCO3、2.5～4.5份SrCO3、3.2～5.8份PbO、101.5～102份TiO2、6.5～9.5份CaCO3、0.3～0.35份La2O5、0.06～0.08份Mn(NO3)2以及烧结液相助剂；还公开了采用该热敏陶瓷材料制得的PTC和制造该PTC的方法：将上述组分按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，且制成冰箱组件后平衡功率要比在常压下功率低1.0W左右，比现有产品耐更高电压、耐更大电流冲击。
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热敏电阻和制造该热敏电阻的方法。
背景技术
目前，电源设备(例如：冰箱)受意外大电流冲击的保护方式很多，但未见采用PTC过流保护的方式。由于PTC过流保护的特征，需要一款高可靠性，耗能低的热敏电阻器，用于保护电源设备不因意外大电流造成损坏，该产品的技术要求很高，保护性能既要高于传统保护的可靠性，又要具有极低的残余功率，为了满足这种性能要求，这种PCT必须符合以下参数条件：
1、热敏电阻片本身耐电压要高，对于传统规格的热敏电阻启动片来说(φ16.0*2.5mm，Tc110℃，常温阻值为50Ω±20％)，产品极限耐压应该在900V以上；
2、热敏电阻产品的抗大电流冲击能力要强，可以经受住270V，4A通1分钟断5分钟测试10000次试验；
3、平衡功率要低，在220V通电10分钟以后功率要降低到1.0w左右。
以上3个参数是对用于加热的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，家电产品(例如：冰箱)的安全可靠性会大大提升。
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，按摩尔百分比计其成分包括：81.2～83.2份BaCO3、2.5～4.5份SrCO3、3.2～5.8份PbO、101.5～102份TiO2、6.5～9.5份CaCO3、0.3～0.35份La2O5、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百分比计包括：83份BaCO3、4份SrCO3、5.8份PbO、101.5份TiO2、7.2份CaCO3、0.33份La2O5、0.07份Mn(NO3)2以及烧结液相助剂。
按摩尔百分比烧结液相助剂包括：2.8～3.5份Si2O3，2.3～2.6份Al2O3。
在本发明一个较佳实施例中，烧结液相助剂包括：3.0份Si2O3和2.5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、耐大电流的PTC，由热敏陶瓷材料制得。该热敏陶瓷材料，按摩尔百分比计其成分包括：81.2～83.2份BaCO3、2.5～4.5份SrCO3、3.2～5.8份PbO、101.5～102份TiO2、6.5～9.5份CaCO3、0.3～0.35份La2O5、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、表面加工。
所述的湿法球磨是将混合物按比例混合均匀，湿法球磨20～28小时，料∶球∶水的比例为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∶水的比例为1∶2∶1.5，浆料在130℃干燥；
所述的预烧结是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；
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∶水的比例为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∶水的比例为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φ19.2mm，厚度2.9mm，密度为3.3g/cm3的方片；
所述的烧结是在温度为1300℃～1320℃下，保温50～70分钟，1～2℃/分钟降温到800℃，然后自然降温到常温；
优选烧结温度为1310℃下，保温60分钟，1.5℃/分钟降温到800℃，然后自然降温到常温；
所述的表面加工合成热敏陶瓷材料是将烧结完成以后的热敏电阻片化学镀镍，然后印刷表层银浆，得到阻值约50Ω的成品。
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
按照摩尔百分比计，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81.2份BaCO3、2.5份SrCO3、3.2份PbO、101.5份TiO2、6.5份CaCO3；
施受主掺杂物包括0.3份La2O5、0.08份Mn(NO3)2；
烧结液相助剂包括2.8份Si2O3和2.3份Al2O3。
实施例2
按照摩尔百分比计，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83.2份BaCO3、4.5份SrCO3、5.8份PbO、102份TiO2、9.5份CaCO3；
施受主掺杂物包括0.35份La2O5、0.06份Mn(NO3)2；
烧结液相助剂包括3.5份Si2O3和2.6份Al2O3。
实施例3
按照摩尔百分比计，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83份BaCO3、4份SrCO3、5.8份PbO、101.5份TiO2、7.2份CaCO3；
施受主掺杂物包括0.33份La2O5、0.07份Mn(NO3)2；
烧结液相助剂包括3.0份Si2O3和2.5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的质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的质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φ19.2mm，厚度2.9mm，密度为3.3g/cm3的方片；
烧结：将方片在1300℃保温70分钟，然后以3℃/分钟的速率降温到800℃，再自然降温到常温；
表面加工：将烧结完成以后的热敏电阻片化学镀镍，然后印刷表层银浆，得到阻值约50Ω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的质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的质量比混合制得混合浆料，湿法球磨28小时；
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φ19.2mm，厚度2.9mm，密度为3.3g/cm3的方片；
烧结：将方片在1320℃保温50分钟，然后以2℃/分钟的速率降温到800℃，再自然降温到常温；
表面加工：将烧结完成以后的热敏电阻片化学镀镍，然后印刷表层银浆，得到阻值约50Ω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的质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120℃干燥后，1080℃预烧3小时；
二次湿法球磨：料、球、水以1∶2∶1.5的质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120℃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φ19.2mm，厚度2.9mm，密度为3.3g/cm3的方片；
烧结：将方片在1310℃保温60分钟，然后以2.5℃/分钟的速率降温到800℃，再自然降温到常温；
表面加工：将烧结完成以后的热敏电阻片化学镀镍，然后印刷表层银浆，得到阻值约50Ω的成品。
Claims (7)
1.一种热敏陶瓷材料，其特征在于：按摩尔百分比计其成分包括：81.2～83.2份BaCO3、2.5～4.5份SrCO3、3.2～5.8份PbO、101.5～102份TiO2、6.5～9.5份CaCO3、0.3～0.35份La2O5、0.06～0.08份Mn(NO3)2以及烧结液相助剂。
2.根据权利要求1所述的一种热敏陶瓷材料，其特征在于：按摩尔百分比计其成分包括：83份BaCO3、4份SrCO3、5.8份PbO、101.5份TiO2、7.2份CaCO3、0.33份La2O5、0.07份的Mn(NO3)2以及烧结液相助剂。
3.根据权利要求1或2所述的一种热敏陶瓷材料，其特征在于：所述烧结液相助剂按摩尔百分比计其成分包括：2.8～3.5份Si2O3和2.3～2.6份Al2O3。
4.根据权利要求3所述的一种热敏陶瓷材料，其特征在于：所述烧结液相助剂按摩尔百分比计其成分包括：3.0份Si2O3和2.5份Al2O3。
5.一种热敏电阻，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，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∶水的比例为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∶水的比例为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φ19.2mm，厚度2.9mm，密度为3.3g/cm3的方片；
e)烧结：在温度为1300℃～1320℃下，保温50～70分钟，2～3℃/分钟降温到800℃，然后自然降温到常温；
f)表面加工：将烧结完成以后的热敏电阻片化学镀镍，然后印刷表层银浆，得到阻值约50Ω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∶水的比例为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∶水的比例为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φ19.2mm，厚度2.9mm，密度为3.3g/cm3的方片；
e)烧结：在温度为1310℃下，保温60分钟，2.5℃/分钟降温到800℃，然后自然降温到常温；
f)表面加工：将烧结完成以后的热敏电阻片化学镀镍，然后印刷表层银浆，得到阻值约50Ω的成品。
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