CN113402986A - Ptc材料的制备方法及ptc材料 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提出一种PTC材料的制备方法及PTC材料。PTC材料的制备方法包括获得包含钛酸钡及第一掺杂元素、第二掺杂元素的第一混合物粉体；第一掺杂元素的质量分数为钛酸钡质量分数的0.1‰~10‰，第二掺杂元素的质量分数不大于钛酸钡质量分数的20%；将获得的第一混合物粉体在还原环境中烧结；将烧结的混合物粉碎成第二混合物粉体，并均匀分散至成膜剂溶液中；将含有成膜剂的混合液刷涂在基材上烘干，以获得PTC材料。本发明制备的PTC材料在居里温度附近电阻率变化明显，当温度升高一定数值后电阻迅速增大实现断电，防止温度过高，而且不依靠有机成膜材料的结构变化实现电阻率变化，提高发热材料的使用寿命。

Description

PTC材料的制备方法及PTC材料
技术领域
本发明涉及采暖建材技术领域，尤其涉及一种PTC材料的制备方法及PTC材料。
背景技术
目前最为常见的采暖用PTC（Positive Temperature Coefficient，正的温度系数，泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件）材料通常为石墨烯碳浆，其电阻率随温度升高而增大的原理为导电碳粉通过成膜材料的热胀冷缩实现联通或断开，但成膜材料为有机材料，频繁地形变会导致疲劳，因此存在使用寿命短和电学性质不稳定的问题。钛酸钡的居里点为130℃，在温度高于130℃后电阻率会随温度升高而迅速增大，也因此无法在采暖中应用。常见的钛酸钡半导体陶瓷均为烧结成形工艺，形成的发热层为不可弯折的硬壳，应用范围有限，并且在厚度较薄时易破碎。
发明内容
本发明实施例提供一种PTC材料的制备方法及PTC材料以解决现有技术中出现的一个或者多个技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种PTC材料的制备方法，包括：
获得包含钛酸钡及第一掺杂元素、第二掺杂元素的第一混合物粉体；其中，第一掺杂元素的质量分数为钛酸钡质量分数的0.1‰~10‰，所述第二掺杂元素的质量分数不大于钛酸钡质量分数的20%；
将获得的第一混合物粉体在还原环境中烧结；
将烧结的混合物粉碎成第二混合物粉体，并均匀分散至成膜剂溶液中；
将含有成膜剂的混合液刷涂在基材上烘干，以获得PTC材料。
一种较佳实施方式中，所述获得包含钛酸钡及第一掺杂元素、第二掺杂元素的第一混合物粉体的方法包括研磨、沉淀和气相沉积中的一种或多种方法；
所述将获得的第一混合物粉体在还原环境中烧结的步骤中，所述烧结温度包括800℃~1500℃，所述烧结的时间包括10h~24h。
一种较佳实施方式中，在所述将烧结的混合物粉碎成第二混合物粉体，并均匀分散至成膜剂溶液中的步骤中，所述第二混合物粉体与所述成膜剂的质量分数比包括30%~60%。
一种较佳实施方式中，所述成膜剂为液态有机高分子化合物或高分子化合物的水溶液。
一种较佳实施方式中，所述烘干的温度为80℃~170℃。
一种较佳实施方式中，所述第一混合物粉体和第二混合物粉体的粒径小于10微米。
第二方面，本发明实施例提供了一种PTC材料，包括：
钛酸钡；
第一掺杂元素，所述第一掺杂元素的质量分数为钛酸钡质量分数的0.1‰~10‰，所述第一掺杂元素包括用于改变所述PTC材料的常温电阻率的金属元素；
第二掺杂元素，所述第二掺杂元素的质量分数不大于钛酸钡质量分数的20%，第二掺杂元素包括用于改变所述PTC材料的居里点的金属元素，且居里点变化量与第二掺杂元素的质量分数成正比。
一种较佳实施方式中，所述第一掺杂元素包括钇、锑、镧、铌、钽中的一种或多种。
一种较佳实施方式中，所述第二掺杂元素包括铅、锶、锆、锡中的一种或多种。
一种较佳实施方式中，所述钛酸钡、第一掺杂元素的化合物和第二掺杂元素的化合物的粒径小于10微米。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
1、本发明PTC材料电阻率变化明显，当温度升高到一定数值后电阻迅速增大，实现断电，防止温度持续升高，发生危险。
2、本发明PTC材料不依靠有机成膜材料的结构变化实现电阻率变化，大幅提高发热材料的使用寿命。
3、本发明PTC材料成膜剂为水溶性，生产加工过程中污染小。
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。
图1示出根据本发明实施例PTC材料制备方法的流程图；
图2示出根据本发明实施例PTC材料的电阻率第一种变化曲线；
图3示出根据本发明实施例PTC材料的电阻率第二种变化曲线；
图4示出根据本发明实施例PTC材料的电阻率第三种变化曲线；
图5示出根据本发明实施例PTC材料的电阻率第四种变化曲线；
图6示出根据本发明实施例PTC材料的电阻率第五种变化曲线。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
图1示出根据本发明实施例PTC材料的电阻率第一种变化曲线。
本发明实施例还提供一种PTC材料的制备方法。该制备方法包括：
S110：获得包含钛酸钡及第一掺杂元素、第二掺杂元素的第一混合物粉体；其中，第一掺杂元素的质量分数为钛酸钡质量分数的0.1‰~10‰，所述第二掺杂元素的质量分数不大于钛酸钡质量分数的20%。
S120：将获得的第一混合物粉体在还原环境中烧结。
S130：将烧结的混合物粉碎成第二混合物粉体，并均匀分散至成膜剂溶液中。
S140：将含有成膜剂的混合液刷涂在基材上烘干，以获得PTC材料。
本发明实施例制备的PTC材料电阻率变化明显，当温度升高到一定数值后电阻迅速增大，实现断电，防止温度持续升高，发生危险，而且不依靠有机成膜材料的结构变化实现电阻率变化，大幅提高发热材料的使用寿命。
在一种具体实施例中，所述获得包含钛酸钡及第一掺杂元素、第二掺杂元素的第一混合物粉体的方法包括研磨、沉淀和气相沉积中的一种或多种方法；
所述将获得的第一混合物粉体在还原环境中烧结的步骤中，所述烧结温度包括800℃~1500℃，所述烧结的时间包括10h~24h。
在一种具体实施例中，在所述将烧结的混合物粉碎成第二混合物粉体，并均匀分散至成膜剂溶液中的步骤中，所述第二混合物粉体与所述成膜剂的质量分数比包括30%~60%，这样在与成膜剂混合后制备的PTC材料具有更好的电阻率变化量。
在一种具体实施例中，所述成膜剂为液态有机高分子化合物或高分子化合物的水溶液，成膜剂为水溶性，生产加工过程中污染小。
在一种具体实施例中，所述烘干的温度为80℃~170℃，这样制备的PTC材料不会皲裂。
在一种具体实施例中，所述第一混合物粉体和所述第二混合物粉体的粒径小于10微米，这样混合物的混合程度更加均匀。
本发明上述依照实施例制备的PTC材料电阻率变化明显，当温度升高到一定数值后电阻迅速增大，实现断电，防止温度持续升高，发生危险，而且不依靠有机成膜材料的结构变化实现电阻率变化，大幅提高发热材料的使用寿命。
本发明实施例提供一种PTC材料。该PTC材料包括钛酸钡、第一掺杂元素和第二掺杂元素。
所述第一掺杂元素的质量分数为钛酸钡质量分数的0.1‰~10‰，所述第一掺杂元素包括用于改变所述PTC材料的常温电阻率的金属元素。
所述第二掺杂元素的质量分数不大于钛酸钡质量分数的20%，第二掺杂元素包括用于改变PTC材料的居里点的金属元素，且居里点变化量与第二掺杂元素的质量分数成正比。
本发明PTC材料电阻率变化明显，当温度升高到一定数值后电阻迅速增大，实现断电，防止温度持续升高，发生危险，而且不依靠有机成膜材料的结构变化实现电阻率变化，大幅提高发热材料的使用寿命。
进一步地，所述第一掺杂元素包括钇、锑、镧、铌、钽中的一种或多种。
进一步地，所述第二掺杂元素包括铅、锶、锆、锡中的一种或多种。
在一种具体实施例中，所述第一掺杂元素包括三氧化二钇，所述第二掺杂元素包括氧化锶；其中，三氧化二钇的质量分数为2‰，氧化锶的质量分数为20%，余量为钛酸钡；参见图2所示，本实施例中PTC材料在60℃至100℃之间电阻率迅速增大，从而增加电阻值，以减小电流，达到断电效果。
在一种具体实施例中，所述第一掺杂元素包括五氧化二钽，所述第二掺杂元素包括锡酸钡；其中，五氧化二钽的质量分数为2‰，锡酸钡的质量分数为5%，余量为钛酸钡；参见图3所示，本实施例中PTC材料在90℃至120℃之间电阻率迅速增大，从而增加电阻值，以减小电流，达到断电效果。
在一种具体实施例中，所述第一掺杂元素包括三氧化二镧，所述第二掺杂元素包括二氧化锆；其中，三氧化二镧的质量分数为1‰，二氧化锆的质量分数为15%，余量为钛酸钡；参见图4所示，本实施例中PTC材料在40℃至100℃之间电阻率迅速增大，从而增加电阻值，以减小电流，达到断电效果。
在一种具体实施例中，所述第一掺杂元素包括五氧化二铌，所述第二掺杂元素包括二氧化锡；其中，五氧化二铌的质量分数为1‰，二氧化锡的质量分数为11%，余量为钛酸钡；参见图5所示，本实施例中PTC材料在30℃至80℃之间电阻率迅速增大，从而增加电阻值，以减小电流，达到断电效果。
在一种具体实施例中，所述第一掺杂元素包括三氧化二锑，所述第二掺杂元素包括钛酸锆；其中，三氧化二锑的质量分数为3‰，钛酸锆的质量分数为8%，余量为钛酸钡；参见图6所示，本实施例中PTC材料在75℃至120℃之间电阻率迅速增大，从而增加电阻值，以减小电流，达到断电效果。
在一种具体实施例中，所述钛酸钡、第一掺杂元素的化合物和第二掺杂元素的化合物的粒径小于10微米。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种PTC材料的制备方法，其特征在于，包括：
获得包含钛酸钡及第一掺杂元素、第二掺杂元素的第一混合物粉体；其中，第一掺杂元素的质量分数为钛酸钡质量分数的0.1‰~10‰，所述第二掺杂元素的质量分数不大于钛酸钡质量分数的20%；
将获得的第一混合物粉体在还原环境中烧结；
将烧结的混合物粉碎成第二混合物粉体，并均匀分散至成膜剂溶液中；
将含有成膜剂的混合液刷涂在基材上烘干，以获得PTC材料。
2.如权利要求1所述的PTC材料的制备方法，其特征在于，所述获得包含钛酸钡及第一掺杂元素、第二掺杂元素的第一混合物粉体的方法包括研磨、沉淀和气相沉积中的一种或多种方法；
所述将获得的第一混合物粉体在还原环境中烧结的步骤中，所述烧结温度包括800℃~1500℃，所述烧结的时间包括10h~24h。
3.如权利要求1所述的PTC材料的制备方法，其特征在于，在所述将烧结的混合物粉碎成第二混合物粉体，并均匀分散至成膜剂溶液中的步骤中，所述第二混合物粉体与所述成膜剂的质量分数比包括30%~60%。
4.如权利要求3所述的PTC材料的制备方法，其特征在于，所述成膜剂包括液态有机高分子化合物或高分子化合物的水溶液。
5.如权利要求4所述的PTC材料的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为80℃~170℃。
6.如权利要求3所述的PTC材料的制备方法，其特征在于，所述第一混合物粉体和第二混合物粉体的粒径小于10微米。
7.一种PTC材料，其特征在于，包括：
钛酸钡；
第一掺杂元素，所述第一掺杂元素的质量分数为钛酸钡质量分数的0.1‰~10‰，所述第一掺杂元素包括用于改变所述PTC材料的常温电阻率的金属元素；
第二掺杂元素，所述第二掺杂元素的质量分数不大于钛酸钡质量分数的20%，第二掺杂元素包括用于改变所述PTC材料的居里点的金属元素，且居里点变化量与第二掺杂元素的质量分数成正比。
8.如权利要求7所述的PTC材料，其特征在于，所述第一掺杂元素包括钇、锑、镧、铌、钽中的一种或多种。
9.如权利要求7或8所述的PTC材料，其特征在于，所述第二掺杂元素包括铅、锶、锆、锡中的一种或多种。
10.如权利要求9所述的PTC材料，其特征在于，所述钛酸钡、第一掺杂元素的化合物和第二掺杂元素的化合物的粒径小于10微米。
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