CN112408996A - 一种压敏电阻瓷片的烧结方法 - Google Patents

一种压敏电阻瓷片的烧结方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压敏电阻瓷片的烧结方法，包括以下步骤：（1）制备焙烧颗粒、（2）制备压敏电阻坯体、（3）制备焙烧柱、（4）制备匣钵基体垫料、（5）装载匣钵、（6）烧结压敏电阻。本发明利用与压敏电阻生坯体相同热膨胀系数的焙烧柱支撑高温下防变形的平行盖板，使得在烧结过程中，热收缩同步的情况下，平行盖板下表面与堆叠的压敏电阻生坯体上表面在烧结过程中形成并一直保持一个微小的作用力，阻止压敏电阻表面发生弯曲变形。所制备得的压敏电阻瓷片表面平整，不易变形，产出合格率达99.9%以上，本发明烧结方法工艺简单、易操作，适合大批量工业化生产。

Description

一种压敏电阻瓷片的烧结方法
技术领域
本发明涉及一种压敏电阻瓷片的烧结方法，属于电子元器件制造技术领域。
背景技术
压敏电阻是一种具有高非线性伏安特性的陶瓷元件。由于其具有的高非线性且又具有高能量吸收能力优异性能，被广泛应用到电力系统和电子电路的避雷器和稳压器上。随着电子信息技术的高速发展和压敏电阻的广泛应用，压敏电阻的型号也多种多样，圆饼状的直径或方饼型的边长有3毫米到80毫米不等，厚度有0.5毫米到几十毫米不等。但是对于厚度较薄，圆饼状的直径或方饼型的边长较大的压敏电阻，在烧结过程中很容易表面会发生变形，导致产出率低下，报废率增高，生产成本大幅度增加。一般情况下，1毫米厚度以下的压敏电阻在烧结过程中变形报废率达到10%以上，并且随着压敏电阻圆饼状的直径或方饼型的边长不断增大，报废率会成指数倍增加，对于这种薄型的或超薄型的压敏电阻烧结变形的问题一直是压敏电阻科技工作者研究的重要课题，并且一直以来也没有得到很好的解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种压敏电阻的烧结方法，解决在烧结过程中由于压敏电阻表面发生弯曲变形导致的高报废率，低产出率的技术难题。
为了解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种压敏电阻瓷片的烧结方法，包括以下步骤：
（1）制备焙烧颗粒：将制备压敏电阻瓷片的浆料经过喷雾造粒后形成粉体颗粒，取质量百分比为10%~20%的粉体颗粒排胶，剩余的粉体颗粒待用，排胶后装入匣钵中烧结，烧结完成后粉体颗粒变成瓷体颗粒，将所述瓷体颗粒破碎、过筛，即得到焙烧颗粒，待用；所述的焙烧颗粒的烧结最高温度为1050℃~1350℃，保温1~4小时后随炉自然降温；
（2）制备压敏电阻坯体：预留质量百分比为5%~10%的步骤（1）中的粉体颗粒备用，将步骤（1）中所有剩余的质量百分比为70%~85%的粉体颗粒在压机上干压成型，制成压敏电阻生坯体，然后将压敏电阻生坯体进行排胶后，即得到压敏电阻坯体；
（3）制备焙烧柱：取步骤（2）中预留的粉体颗粒在压机上干压成型，制成柱体状的焙烧柱生坯体，然后将焙烧柱生坯体与步骤（2）中的压敏电阻生坯体一同排胶后，即得到焙烧柱；
（4）制备匣钵基体垫料：取质量百分比为80%~90%的步骤（1）中制得的焙烧颗粒用于制备匣钵基体垫料，将焙烧颗粒平铺在匣钵容器内底部，用平板压平后，放置隧道炉烧结，烧结后匣钵容器内底部平铺的焙烧颗粒会结块，形成多孔的表面平整的匣钵基体垫料；然后将制备好的装有匣钵基体垫料的匣钵放置好，待用；所述制成匣钵基体垫料的烧结最高温度为1050℃~1350℃，保温1~4小时后随炉自然降温；
（5）装载匣钵：首先在装有匣钵基体垫料的匣钵内的4个角落分别放置1个焙烧柱；然后在匣钵基体垫料表面及4个焙烧柱之间的空间内平铺并堆叠多层压敏电阻坯体，压敏电阻坯体上下两端面须与匣钵基体垫料平面平行，且平铺的压敏电阻坯体之间紧凑式排列好；压敏电阻坯体多层堆叠时，两层压敏电阻坯体之间、压敏电阻坯体最上层表面以及焙烧柱的上表面需要随机撒一薄层制备匣钵基体垫料后剩余的焙烧颗粒；在压敏电阻胚体和焙烧柱上方盖上防变形盖板，然后将盖好防变形盖板后的多个匣钵依次堆叠好，在最上层匣钵盖上匣钵盖，即匣钵装载完成；
（6）烧结压敏电阻：将步骤（5）中装载好的匣钵放置隧道炉烧结，所述烧结最高温度为1050℃~1250℃，保温时间1~4小时，升温速率0.5~2.5℃/分钟，降温速率0.5~2.5℃/分钟，烧结完成后，即可以得到压敏电阻瓷片。
步骤（3）中制成柱体状的焙烧柱生坯体的坯体密度与步骤（2）中制得的压敏电阻生坯体的密度保持一致。
匣钵的装载过程中，压敏电阻坯体多层堆叠后的总高度比焙烧柱的高度低0.2~0.5毫米。
匣钵的装载过程中使用的防变形盖板需要使用耐1400℃以上高温，以及高温下防变形的材料制备而成。
所述防变形盖板为SiC陶瓷平板、Si3N4陶瓷平板。
制备焙烧颗粒的粉体颗粒烧结最高温度要与步骤（6）烧结压敏电阻的烧结最高温度要相同或不高于100℃，制备匣钵基体垫料烧结最高温度与烧结压敏电阻的烧结最高温度相同或不高于100℃。
干压成型压敏电阻生坯体为直径为3毫米~80毫米，厚度为0.5毫米~5毫米厚的圆饼型压敏电阻或边长为3毫米~80毫米，厚度为0.5毫米~5毫米厚带圆倒角的方饼型压敏电阻。
采取上述措施本发明具有以下优点：
（1）本发明通过巧妙的压敏电阻装载方式设计，利用与压敏电阻生坯体相同热膨胀系数的焙烧柱支撑高温下防变形的平行盖板，使得在烧结过程中，热收缩同步的情况下，平行盖板下表面与堆叠的压敏电阻生坯体上表面在烧结过程中形成并一直保持一个微小的作用力，阻止压敏电阻表面发生弯曲变形。
（2）本发明所制备的压敏电阻瓷片表面平整，不易变形，产出合格率达99.9%以上，本发明烧结方法工艺简单、易操作，适合大批量工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例中匣钵装载过程中单元组装结构示意图；
图2是本发明实施例中匣钵装载过程完成后单元结构示意图；
图3是本发明实施例中匣钵装载过程完成后单元结构G-G-G方向剖示图；
图4是本发明实施例中匣钵装载过程完成后单元结构G-G-G方向剖示图中A-1局部放大图；
图5是本发明实施例中匣钵装载过程完成后单元结构A-A-A方向剖示图。
上述附图中的工件序号是匣钵盖1，防变形盖板2，焙烧颗粒3，焙烧柱4，压敏电阻坯体5，匣钵基体垫料6，匣钵7。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步描述。
实施例1
一种压敏电阻瓷片的烧结方法，如图1~图5所示，包括以下具体步骤：
1. 按常规压敏电阻配方将1000千克原料制备的浆料经过喷雾造粒后形成粉体颗粒。取200千克粉体颗粒排胶后装入匣钵7中烧结，剩余的粉体颗粒储存待用，烧结完成后粉体颗粒变成瓷体颗粒，此时会有结块现象，然后将所述瓷体颗粒破碎、过60目筛，即得到焙烧颗粒，待用；所述制成焙烧颗粒的粉体颗粒的烧结温度为1050℃，保温4小时后随炉自然降温，所述排胶过程是在最高温度为550℃，保温4小时后随炉自然降温，升温速率为0.5℃/分钟；
2. 从步骤1中剩余800千克粉体颗粒中再取100千克粉体颗粒，预留备用，然后将剩余的700千克粉体颗粒在压机上干压成型，制成直径为25毫米，厚度为1毫米，密度为3.26~3.28克/立方厘米的压敏电阻生坯体，然后将压敏电阻生坯体进行排胶后，即得到压敏电阻坯体5；
3.取步骤2中预留的100千克粉体颗粒在压机上干压成型，制成直径为20毫米，厚度为22毫米，密度为3.26~3.28克/立方厘米的柱体状的焙烧柱生坯体，然后将焙烧柱生坯体与步骤2中的压敏电阻生坯体一同排胶后，即得到焙烧柱4；所述排胶的过程与步骤1中的排胶过程一致；
4. 取160千克步骤1中制得的焙烧颗粒3，在每个匣钵容器内底部平铺1千克焙烧颗粒3，用平板压平后，放置隧道炉烧结，烧结后匣钵7容器内底部平铺的焙烧颗粒3会结块，形成多孔的表面平整的匣钵基体垫料6，然后将上述制备好的装有匣钵基体垫料6的匣钵7放置好，待用；所述制成匣钵基体垫料6的烧结温度为1050℃，保温4小时后随炉自然降温；
5.依次将上述步骤4中装有匣钵基体垫料6的匣钵7内的4个角落分别各放置1个步骤3中所制备的焙烧柱4，然后将剩余的空间平铺并堆叠多层步骤2中的压敏电阻坯体5；所述匣钵7内平铺的步骤2中的压敏电阻坯体5两端面须与匣钵基体垫料6平面平行，且平铺的压敏电阻坯体5之间紧凑式排列好；所述匣钵7内步骤2中制得的压敏电阻坯体5多层堆叠时，上下层压敏电阻坯体5之间、堆叠压敏电阻坯体5最上层表面以及设置在匣钵7内4个角落的焙烧柱4的上表面随机撒一薄层制备匣钵基体垫料6后剩余的焙烧颗粒3，并且步骤2中的压敏电阻坯体5多层堆叠时堆叠的总高度必须比焙烧柱4的高度低0.2~0.5毫米，然后盖上Si3N4防变形盖板2；然后按照上述同样的方法，装载第二层、第三层匣钵7，装载完毕后，将装载后的匣钵7由下往上依次堆叠好，如图2所示，在最上层匣钵7上盖上匣钵盖1，即一个单元装载完成；
6. 重复步骤5，将步骤2中制得的所有的压敏电阻坯体5装载完成；
7. 将步骤5和步骤6中所有装载好的匣钵7单元放置隧道炉烧结，烧结完成后，即可以得到一种压敏电阻瓷体芯片。所述烧结最高温度为1050℃，保温时间4小时，升温速率2.5℃/分钟，降温速率2.5℃/分钟。
实施例2
一种压敏电阻瓷片的烧结方法，包括以下具体步骤：
1. 按压敏电阻配方将1000千克原料制备的浆料经过喷雾造粒后形成粉体颗粒。取100千克粉体颗粒排胶后装入匣钵7中烧结，剩余的粉体颗粒储存待用，烧结完成后粉体颗粒变成瓷体颗粒，此时会有结块现象，然后将所述瓷体颗粒破碎、过60目筛，即得到焙烧颗粒3，待用；所述制成焙烧颗粒3的粉体颗粒的烧结温度为1350℃，保温1小时后随炉自然降温，所述排胶过程是在最高温度为600℃，保温3小时后随炉自然降温，升温速率为0.5℃/分钟；
2. 从步骤1中剩余900千克粉体颗粒中再取50千克粉体颗粒，预留备用，然后将剩余的850千克粉体颗粒在压机上干压成型，制成边长为40毫米正方形，正方形四个角倒圆角半径为3毫米，厚度为1毫米，密度为3.26~3.28克/立方厘米的方饼型压敏电阻生坯体，然后将压敏电阻生坯体进行排胶后，即得到压敏电阻坯体5；
3. 取步骤2中预留的50千克粉体颗粒在压机上干压成型，制成直径为20毫米，厚度为22毫米，密度为3.26~3.28克/立方厘米的柱体状的焙烧柱生坯体，然后将焙烧柱生坯体与步骤2中的压敏电阻生坯体一同排胶后，即得到焙烧柱4；所述排胶的过程与步骤1中的排胶过程一致；
4. 取90千克步骤1中制得的焙烧颗粒3，在每个匣钵7容器内底部平铺1千克焙烧颗粒3，用平板压平后，放置隧道炉烧结，烧结后匣钵7容器内底部平铺的焙烧颗粒3会结块，形成多孔的表面平整的匣钵基体垫料6，然后将上述制备好的装有匣钵基体垫料6的匣钵7放置好，待用；所述制成匣钵基体垫料6的烧结温度为1350℃，保温1小时后随炉自然降温；
5. 依次将上述步骤4中装有匣钵基体垫料6的匣钵7内的4个角落分别各放置1个步骤3中所制备的焙烧柱4，然后将剩余的空间平铺并堆叠多层步骤2中的压敏电阻坯体5；所述匣钵7内平铺的步骤2中的压敏电阻坯体5两端面须与匣钵基体垫料6平面平行，且平铺的压敏电阻坯体5之间紧凑式排列好；所述匣钵7内步骤2中制得的压敏电阻坯体5多层堆叠时，上下层压敏电阻坯体5之间、堆叠压面电阻坯体5最上层表面以及设置在匣钵7内4个角落的焙烧柱4的上表面随机撒一薄层制备匣钵基体垫料6后剩余的焙烧颗粒3，并且步骤2中的压敏电阻坯体5多层堆叠时堆叠的总高度必须比焙烧柱4的高度低0.2~0.5毫米，然后盖上SiC防变形盖板2；然后按照上述同样的方法，依次装载下一个匣钵7，装载完毕后，将装载后的匣钵7由下往上依次堆叠好，每三个为一单元，在最上层匣钵7上盖上匣钵盖1，即一个单元装载完成；
6. 重复步骤5，将步骤2中制得的所有的压敏电阻坯体5装载完成；
7. 将步骤5和步骤6中所有装载好的匣钵单元放置隧道炉烧结，烧结完成后，即可以得到一种压敏电阻瓷体芯片。所述烧结最高温度为1250℃，保温时间1小时，升温速率0.5℃/分钟，降温速率0.5℃/分钟。
本发明实施例1和实施例2所制备的压敏电阻瓷片表面平整，不易变形，产出合格率达99.9%以上，本发明烧结方法工艺简单、易操作，适合大批量工业化生产。

Claims (7)

1.一种压敏电阻瓷片的烧结方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
（1）制备焙烧颗粒：将制备压敏电阻瓷片的浆料经过喷雾造粒后形成粉体颗粒，取质量百分比为10%~20%的粉体颗粒排胶，剩余的粉体颗粒待用，排胶后装入匣钵中烧结，烧结完成后粉体颗粒变成瓷体颗粒，将所述瓷体颗粒破碎、过筛，即得到焙烧颗粒（3），待用；所述的焙烧颗粒（3）的烧结最高温度为1050℃~1350℃，保温1~4小时后随炉自然降温；
（2）制备压敏电阻坯体：预留质量百分比为5%~10%的步骤（1）中的粉体颗粒备用，将步骤（1）中所有剩余的质量百分比为70%~85%的粉体颗粒在压机上干压成型，制成压敏电阻生坯体，然后将压敏电阻生坯体进行排胶后，即得到压敏电阻坯体（5）；
（3）制备焙烧柱：取步骤（2）中预留的粉体颗粒在压机上干压成型，制成柱体状的焙烧柱生坯体，然后将焙烧柱生坯体与步骤（2）中的压敏电阻生坯体一同排胶后，即得到焙烧柱（4）；
（4）制备匣钵基体垫料：取质量百分比为80%~90%的步骤（1）中制得的焙烧颗粒（3）用于制备匣钵基体垫料（6），将焙烧颗粒（3）平铺在匣钵（7）容器内底部，用平板压平后，放置隧道炉烧结，烧结后匣钵（7）容器内底部平铺的焙烧颗粒（3）会结块，形成多孔的表面平整的匣钵基体垫料（6）；然后将制备好的装有匣钵基体垫料（6）的匣钵（7）放置好，待用；所述制成匣钵基体垫料（6）的烧结最高温度为1050℃~1350℃，保温1~4小时后随炉自然降温；
（5）装载匣钵：首先在装有匣钵基体垫料（6）的匣钵（7）内的4个角落分别放置1个焙烧柱（4）；然后在匣钵基体垫料（6）表面及4个焙烧柱（4）之间的空间内平铺并堆叠多层压敏电阻坯体（5），压敏电阻坯体（5）上下两端面须与匣钵基体垫料（6）平面平行，且平铺的压敏电阻坯体（5）之间紧凑式排列好；压敏电阻坯体（5）多层堆叠时，两层压敏电阻坯体（5）之间、压敏电阻坯体（5）最上层表面以及焙烧柱（4）的上表面需要随机撒一薄层制备匣钵基体垫料（6）后剩余的焙烧颗粒（3）；在压敏电阻胚体（5）和焙烧柱（4）上方盖上防变形盖板（2），然后将盖好防变形盖板（2）后的多个匣钵（7）依次堆叠好，在最上层匣钵（7）盖上匣钵盖（1），即匣钵（7）装载完成；
（6）烧结压敏电阻：将步骤（5）中装载好的匣钵（7）放置隧道炉烧结，所述烧结最高温度为1050℃~1250℃，保温时间1~4小时，升温速率0.5~2.5℃/分钟，降温速率0.5~2.5℃/分钟，烧结完成后，即可以得到压敏电阻瓷片。
2.如权利要求1所述的一种压敏电阻瓷片的烧结方法，其特征在于：步骤（3）中制成柱体状的焙烧柱生坯体的坯体密度与步骤（2）中制得的压敏电阻生坯体的密度保持一致。
3.如权利要求2所述的一种压敏电阻瓷片的烧结方法，其特征在于：匣钵（7）的装载过程中，压敏电阻坯体（5）多层堆叠后的总高度比焙烧柱（4）的高度低0.2~0.5毫米。
4.如权利要求3所述的一种压敏电阻瓷片的烧结方法，其特征在于：匣钵（7）的装载过程中使用的防变形盖板（2）需要使用耐1400℃以上高温，以及高温下防变形的材料制备而成。
5.如权利要求4所述的一种压敏电阻瓷片的烧结方法，其特征在于：所述防变形盖板（2）为SiC陶瓷平板、Si3N4陶瓷平板。
6.如权利要求5所述的一种压敏电阻瓷片的烧结方法，其特征在于：制备焙烧颗粒的粉体颗粒烧结最高温度要与步骤（6）烧结压敏电阻的烧结最高温度要相同或不高于100℃，制备匣钵基体垫料烧（6）结最高温度与烧结压敏电阻的烧结最高温度相同或不高于100℃。
7.如权利要求6所述的一种压敏电阻瓷片的烧结方法，其特征在于：干压成型压敏电阻生坯体为直径为3毫米~80毫米，厚度为0.5毫米~5毫米厚的圆饼型压敏电阻或边长为3毫米~80毫米，厚度为0.5毫米~5毫米厚带圆倒角的方饼型压敏电阻。
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