CN114743746A - 一种ntc绝缘层材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种片式NTC绝缘层材料及其制备方法和应用，属于片式NTC用材料技术领域，所述NTC绝缘层材料包括以下质量百分含量的组分：50～75％Mn3O4、5～12％Bi2O3、2～10％SiO2、4～12％Al2O3、2～10％Fe2O3、3～12％ZnO、1～6％MgO。所述的绝缘层材料具有高电阻率，其能够与NTC陶瓷在低温下进行共烧，通过将两种材料采用交替印刷的方法可以制备出不含内电极，多种尺寸，多种阻值，相同B值的片式NTC热敏电阻器。
Description
技术领域
本发明涉及NTC用材料技术领域，具体涉及一种NTC绝缘层材料及其制备方法和应用。
背景技术
现有的片式NTC热敏电阻产品结构一般为带内电极多层结构、厚膜结构、单层结构，内电极多层结构NTC通过热敏陶瓷和贵金属内电极共烧技术实现。通过不同的内电极有效面积及层数，可以很方便的调整产品的电阻值，一个配方可以制作出多种阻值的产品，减少材料配方的研发。多层设计由于近年来Pd金价格成倍上涨，造成Pd/Ag内浆成本上升，而Mn、Co、Ni体系的NTC瓷粉烧结温度难以降低，无法减少Pd/Ag内浆中的Pd含量，势必造成多层设计的NTC成本上升，因此多层设计需考虑如果平衡成本、性能关系、共烧技术；同时热敏陶瓷体和金属电极之间存在离子迁移，产品可靠性受到限制。
厚膜结构的片式热敏电阻，这种片式热敏电阻是在氧化铝基板上，通过丝网印刷一层热敏陶瓷厚膜，然后在两端形成银电极。这种结构相对多层工艺简单，但产品精度差，无法满足行业对精度越来越高的要求。单层结构工艺简单、性能稳定，也是业内采用最多的生产工艺，但由于这种结构一般产品尺寸已固定，如0402、0603、0805，其电性主要是由热敏陶瓷体的材料特性决定的，因此单层的片式NTC热敏电阻需要一系列不同电特性热敏陶瓷材料，从而加大材料开发难度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种NTC绝缘层材料及其制备方法和应用，所述的NTC绝缘层材料可作为NTC热敏电阻器的底层、表面保护层以及中间绝缘层材料，其能够与NTC陶瓷在低温下进行共烧，生产出多种尺寸，多种阻值，相同B值的片式NTC热敏电阻器。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种NTC绝缘层材料，包括以下质量百分含量的组分：50～75％Mn3O4、5～12％Bi2O3、2～10％SiO2、4～12％Al2O3、2～10％Fe2O3、3～12％ZnO、1～6％MgO。
将上述各种原料按特定配比进行组合能够制备得到高电阻率的NTC绝缘层材料，且所述的NTC绝缘层材料中不含有如金、钯类的贵金属，能够有效的降低成本，所述的NTC绝缘层材料可作为NTC热敏电阻器的底层、表面保护层以及中间绝缘层材料。
所述的绝缘层材料具有高电阻率，其能够与NTC陶瓷在低温下进行共烧，通过将两种材料采用交替印刷的方法可以制备出不含内电极，多种尺寸，多种阻值，相同B值的片式NTC热敏电阻器。
只需要一种配方即可制备出不同尺寸、B值相同的片式NTC热敏电阻器。
作为本发明的优选实施方案，所述NTC绝缘层材料包括以下质量百分含量的组分：60～75％Mn3O4、5～8％Bi2O3、3～7％SiO2、5～10％Al2O3、2～6％Fe2O3、4～8％ZnO、1.5～5％MgO。
作为本发明的优选实施方案，所述NTC绝缘层材料包括以下质量百分含量的组分：72.6％Mn3O4、7.2％Bi2O3、6.1％SiO2、5.4％Al2O3、2.4％Fe2O3、4.6％ZnO、1.7％MgO。
作为本发明的优选实施方案，所述NTC绝缘层材料包括以下质量百分含量的组分：68.5％Mn3O4、6.5％Bi2O3、4.4％SiO2、6.5％Al2O3、5.1％Fe2O3、6.2％ZnO、2.8％MgO。
本发明还提供了一种NTC绝缘层材料的制备方法，包括以下步骤：
将Mn3O4、Bi2O3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、ZnO、MgO球磨混合均匀，过筛，得到混合粉末；
将混合粉末预烧，球磨，过筛，得到所述的NTC绝缘层材料。
作为本发明的优选实施方案，所述预烧温度为850～950℃。
本发明还提供了一种上述所述的绝缘层材料在NTC热敏电阻器中的应用。
本发明还提供了一种NTC热敏电阻器的制备方法，包括以下步骤：
将NTC绝缘层材料、PVB树脂、醋酸正丙脂、增塑剂、分散剂、无水乙醇混合均匀得到膜片浆料，并通过干法流延成高阻绝缘膜片；
将NTC绝缘层材料、有机载体、有机溶剂混合均匀，得到绝缘层浆料；
将NTC陶瓷粉末、有机载体、有机溶剂混合均匀，得到NTC功能层浆料；
根据设计的尺寸，以高阻绝缘膜片作为底层，在所述底层通过交替印刷的方法先后印刷绝缘层浆料、NTC功能层浆料，再加上高阻绝缘膜片作为保护层，得到巴块；
经过压制、切割、排胶、烧成、倒角、封端、烧端、电镀制成片式NTC热敏电阻器。
作为本发明的优选实施方案，所述NTC绝缘层材料、有机载体、有机溶剂质量比为(55～65)：(1～10)：(28～35)。
作为本发明的优选实施方案，所述烧成的温度为1180～1230℃。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种NTC绝缘层材料及其制备方法和应用，所述的绝缘层材料具有高电阻率，其能够与NTC陶瓷在低温下进行共烧，通过将两种材料采用交替印刷的方法可以制备出不含内电极，多种尺寸，多种阻值，相同B值的片式NTC热敏电阻器。
附图说明
图1为本发明所述的NTC热敏电阻器的结构示意图。
图中标记：1、底层；2、绝缘层；3、NTC功能层；4、保护层。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种NTC绝缘层材料，包括以下质量百分含量的组分：72.6％Mn3O4、7.2％Bi2O3、6.1％SiO2、5.4％Al2O3、2.4％Fe2O3、4.6％ZnO、1.7％MgO。
所述的NTC绝缘层材料的制备方法，包括以下步骤：
将Mn3O4、Bi2O3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、ZnO、MgO加入到行星式球磨机中，加入料体1.4倍质量的去离子水湿法球磨，球磨转速为320r/min，球磨时间为4h，球磨完成后放入150℃烘箱中烘干，过40筛，得到混合粉末；
将混合粉末在900℃下预烧2.5h，以320r/min转速球磨8h，干燥，得到所述的NTC绝缘层材料。
实施例2
一种NTC绝缘层材料，包括以下质量百分含量的组分：68.5％Mn3O4、6.5％Bi2O3、4.4％SiO2、6.5％Al2O3、5.1％Fe2O3、6.2％ZnO、2.8％MgO。
所述的NTC绝缘层材料的制备方法，包括以下步骤：
将Mn3O4、Bi2O3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、ZnO、MgO加入到行星式球磨机中，加入料体1.4倍质量的去离子水湿法球磨，球磨转速为320r/min，球磨时间为4h，球磨完成后放入150℃烘箱中烘干，过40筛，得到混合粉末；
将混合粉末在920℃下预烧2.5h，以320r/min转速球磨8h，干燥，得到所述的NTC绝缘层材料。
实施例3
一种NTC绝缘层材料，包括以下质量百分含量的组分：65.5％Mn3O4、4.3％Bi2O3、3.5％SiO2、9.5％Al2O3、5.7％Fe2O3、7.3％ZnO、4.2％MgO。
所述的NTC绝缘层材料的制备方法，包括以下步骤：
将Mn3O4、Bi2O3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、ZnO、MgO加入到行星式球磨机中，加入料体1.4倍质量的去离子水湿法球磨，球磨转速为320r/min，球磨时间为4h，球磨完成后放入150℃烘箱中烘干，过40筛，得到混合粉末；
将混合粉末在950℃下预烧2.5h，以320r/min转速球磨8h，干燥，得到所述的NTC绝缘层材料。
实施例4
一种NTC热敏电阻器的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照质量百分含量计，将54.2％实施例1所述的NTC绝缘层材料、5.5％PVB树脂、35.5％醋酸正丙脂、2.7％增塑剂、0.3％分散剂、3％无水乙醇混合均匀得到膜片浆料，并通过干法流延成高阻绝缘膜片，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯了，所述分散剂为聚乙二醇辛基苯基醚；
(2)按照质量百分含量计，将65.2％实施例1所述的NTC绝缘层材料、5.5％有机载体、32％有机溶剂混合均匀，得到绝缘层浆料，所述有机载体为乙基纤维素，所述有机溶剂按照质量百分含量计算，包括：55％丁松油醇、40％甲基卡必醇、2.3％流平剂、1.6％触变剂、1.1％消泡剂；
(3)按照质量百分含量计，将65.2％NTC陶瓷粉末、5.5％有机载体、32％有机溶剂混合均匀，得到NTC功能层浆料；所述有机载体为乙基纤维素，所述有机溶剂按照质量百分含量计算，包括：55％丁松油醇、40％甲基卡必醇、2.3％流平剂、1.6％触变剂、1.1％消泡剂；所述NTC陶瓷粉末为Mn-Co-Ni-Zn-Cu体系，所述Mn-Co-Ni-Zn体系按质量百分含量计，包括55.46％Mn3O4、38.5％Co3O4、4.13％Ni2O3、0.5％ZnO、1.41％CuO，电阻率为180Ω/cm2，B值为3380；
(4)设计0402、0603、0805三种尺寸阻值为10KΩ，B值为3380的片式NTC热敏电阻器，分别使用0402、0603、0805丝网，按设计先用高阻绝缘膜片作底层1，通过交替印刷方法分别印上NTC功能层浆料和绝缘层浆料，分别形成NTC功能层3和绝缘层2，再加上高阻绝缘膜片作为保护层4，得到巴块，其产品内部结构如附图1所示；
(5)将巴块经过压制，按照0402、0603、0805的尺寸分别进行切割成NTC生坯，在480℃下保温8h进行排胶，在1180℃下保温5h条件下烧成，倒角，封端，烧端，电镀制成NTC热敏电阻器。
将以上制的NTC热敏电阻器与对比例1：Mn-Co-Ni-Zn-Cu体系，电阻率分为180Ω/cm2、330Ω/cm2、450Ω/cm2，B值为3380的三种材料，用单层结构所制的0402、0603、0805阻值为10KΩ，B值为3380的NTC热敏电阻器进行对比。
实施例5
一种NTC热敏电阻器的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照质量百分含量计，将54.2％实施例2所述的NTC绝缘层材料、5.5％PVB树脂、35.5％醋酸正丙脂、2.7％增塑剂、0.3％分散剂、3％无水乙醇混合均匀得到膜片浆料，并通过干法流延成高阻绝缘膜片，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯了，所述分散剂为聚乙二醇辛基苯基醚；
(2)按照质量百分含量计，将65.2％实施例2所述的NTC绝缘层材料、5.5％有机载体、32％有机溶剂混合均匀，得到绝缘层浆料，所述有机载体为乙基纤维素，所述有机溶剂按照质量百分含量计算，包括：55％丁松油醇、40％甲基卡必醇、2.3％流平剂、1.6％触变剂、1.1％消泡剂；
(3)按照质量百分含量计，将65.2％NTC陶瓷粉末、5.5％有机载体、32％有机溶剂混合均匀，得到NTC功能层浆料；所述有机载体为乙基纤维素，所述有机溶剂按照质量百分含量计算，包括：55％丁松油醇、40％甲基卡必醇、2.3％流平剂、1.6％触变剂、1.1％消泡剂；所述NTC陶瓷粉末为Mn-Co-Ni-Fe体系，所述Mn-Co-Ni-Fe体系按质量百分含量计，包括48.23％Mn3O4、39.85％Co3O4、9.42％Ni2O3、2.5％Fe2O3，电阻率为180Ω/cm2，B值为3950；
(4)设计0402、0603、0805三种尺寸阻值为10KΩ，B值为3950的片式NTC热敏电阻器，分别使用0402、0603、0805丝网，按设计先用高阻绝缘膜片作底层1，通过交替印刷方法分别印上NTC功能层浆料和绝缘层浆料，分别形成NTC功能层3和绝缘层2，再加上高阻绝缘膜片作为保护层4，得到巴块，其产品内部结构如附图1所示；
(5)将巴块经过压制，按照0402、0603、0805的尺寸分别进行切割成NTC生坯，在480℃下保温8h进行排胶，在1200℃下保温5h条件下烧成，倒角，封端，烧端，电镀制成NTC热敏电阻器。
将以上制的NTC热敏电阻器与对比例2：Mn-Co-Ni-Fe体系，电阻率分为180Ω/cm2、330Ω/cm2、450Ω/cm2，B值为3950的三种材料，用单层结构所制的0402、0603、0805阻值为10KΩ，B值为3950的片式NTC热敏电阻器进行对比。
实施例6
一种NTC热敏电阻器的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照质量百分含量计，将54.2％实施例3所述的NTC绝缘层材料、5.5％PVB树脂、35.5％醋酸正丙脂、2.7％增塑剂、0.3％分散剂、3％无水乙醇混合均匀得到膜片浆料，并通过干法流延成高阻绝缘膜片，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯了，所述分散剂为聚乙二醇辛基苯基醚；
(2)按照质量百分含量计，将65.2％实施例3所述的NTC绝缘层材料、5.5％有机载体、32％有机溶剂混合均匀，得到绝缘层浆料，所述有机载体为乙基纤维素，所述有机溶剂按照质量百分含量计算，包括：55％丁松油醇、40％甲基卡必醇、2.3％流平剂、1.6％触变剂、1.1％消泡剂；
(3)按照质量百分含量计，将65.2％NTC陶瓷粉末、5.5％有机载体、32％有机溶剂混合均匀，得到NTC功能层浆料；所述有机载体为乙基纤维素，所述有机溶剂按照质量百分含量计算，包括：55％丁松油醇、40％甲基卡必醇、2.3％流平剂、1.6％触变剂、1.1％消泡剂；所述NTC陶瓷粉末为Mn-Co-Ni-Al体系，所述Mn-Co-Ni-Al体系按质量百分含量计，包括47.5％Co3O4、35.5％Mn3O4、10.3％Ni2O3、6.7％Al2O3，电阻率为4500Ω/cm2，B值为4250；
(4)设计0402、0603、0805三种尺寸阻值为10KΩ，B值为4250的片式NTC热敏电阻器，分别使用0402、0603、0805丝网，按设计先用高阻绝缘膜片作底层1，通过交替印刷方法分别印上NTC功能层浆料和绝缘层浆料，分别形成NTC功能层3和绝缘层2，再加上高阻绝缘膜片作为保护层4，得到巴块，其产品内部结构如附图1所示；
(5)将巴块经过压制，按照0402、0603、0805的尺寸分别进行切割成NTC生坯，在480℃下保温8h进行排胶，在1230℃下保温5h条件下烧成，倒角，封端，烧端，电镀制成NTC热敏电阻器。
将以上制的NTC热敏电阻器与对比例3：Mn-Co-Ni-Al体系，电阻率分为1800Ω/cm2、3300Ω/cm2、4500Ω/cm2，B值为4250的三种材料，用单层结构所制的0402、0603、0805阻值为100KΩ，B值为4250的片式NTC热敏电阻器进行对比。
实验例
表1为各个实施例、对比例制备的热敏电阻器性能测试数据：
从表1中可看出，本发明一种配方可以生产出具有相同性能的三种尺寸NTC热敏电阻器，而对比例需要3中不同电阻率配方才能生产出相同性能的三种尺寸NTC热敏电阻器。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种NTC绝缘层材料，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：50～75％Mn3O4、5～12％Bi2O3、2～10％SiO2、4～12％Al2O3、2～10％Fe2O3、3～12％ZnO、1～6％MgO。
2.根据权利要求1所述的NTC绝缘层材料，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：60～75％Mn3O4、5～8％Bi2O3、3～7％SiO2、5～10％Al2O3、2～6％Fe2O3、4～8％ZnO、1.5～5％MgO。
3.根据权利要求1所述的NTC绝缘层材料，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：72.6％Mn3O4、7.2％Bi2O3、6.1％SiO2、5.4％Al2O3、2.4％Fe2O3、4.6％ZnO、1.7％MgO。
4.根据权利要求1所述的NTC绝缘层材料，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：68.5％Mn3O4、6.5％Bi2O3、4.4％SiO2、6.5％Al2O3、5.1％Fe2O3、6.2％ZnO、2.8％MgO。
5.权利要求1～4任一所述的NTC绝缘层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将Mn3O4、Bi2O3、SiO2、Al2O3、Fe2O3、ZnO、MgO球磨混合均匀，过筛，得到混合粉末；
将混合粉末预烧，球磨，过筛，得到所述的NTC绝缘层材料。
6.根据权利要求5所述的NTC绝缘层材料的制备方法，其特征在于，所述预烧温度为850～950℃。
7.权利要求6所述的绝缘层材料在NTC热敏电阻器中的应用。
8.权利要求7所述的NTC热敏电阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将NTC绝缘层材料、PVB树脂、醋酸正丙脂、增塑剂、分散剂、无水乙醇混合均匀得到膜片浆料，并通过干法流延成高阻绝缘膜片；
将NTC绝缘层材料、有机载体、有机溶剂混合均匀，得到绝缘层浆料；
将NTC陶瓷粉末、有机载体、有机溶剂混合均匀，得到NTC功能层浆料；
根据设计的尺寸，以高阻绝缘膜片作为底层，在所述底层通过交替印刷的方法先后印刷绝缘层浆料、NTC功能层浆料，再加上高阻绝缘膜片作为保护层，得到巴块；
经过压制、切割、排胶、烧成、倒角、封端、烧端、电镀制成NTC热敏电阻器。
9.根据权利要求8所述的NTC热敏电阻器的制备方法，其特征在于，所述NTC绝缘层材料、有机载体、有机溶剂质量比为(55～65)：(1～10)：(28～35)。
10.根据权利要求8所述的NTC热敏电阻器的制备方法，其特征在于，所述烧成的温度为1180～1230℃。
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