CN115925391B

CN115925391B - 一种大电容量功率型热敏材料及其制备方法

Info

Publication number: CN115925391B
Application number: CN202310006754.7A
Authority: CN
Inventors: 李本文; 刘倩; 朱金鸿; 李莉
Original assignee: Shandong Zhongxia Electronics Technology Co ltd
Current assignee: Shandong Zhongxia Electronics Technology Co ltd
Priority date: 2023-01-04
Filing date: 2023-01-04
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2043-01-04
Also published as: CN115925391A

Abstract

本发明公开一种大电容量功率型热敏材料及其制备方法。所述热敏材料的原料主要包括基质材料及其质量1～10％的添加剂。其中：所述基质材料包括以下重量份比的原料：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄＝30～70：10～30：8～20：1～10；所述添加剂包括以下重量份比的原料Al₂O₃：Nb₂O₅：Fe₂O₃：SiC＝(10～25)：(10～20)：(20～35)：(20～40)。本发明的热敏材料制备的热敏电阻具有大电容量特点，在同样的体积下，相对于现有的材质制备的热敏电阻的电容量得到明显提升。另外，本发明的热敏材料制备的热敏电阻还具有致密性好、稳定性高的特点，是一种性能优异的负温度系数热敏材料。

Description

一种大电容量功率型热敏材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及热敏材料技术领域，尤其涉及一种大电容量功率型热敏材料及其制备方法。

背景技术

背景技术中的下列内容仅指本发明人理解的与本发明有关的信息，旨在通过对与本发明相关的一些基础技术知识的说明而增加对本发明的理解，该信息并不必然已经构成被本领域一般技术人员所公知的知识。

功率型负温度系数热敏电阻在多种领域的多种设备中得到应用，例如：对于某个型号的功率型NTC热敏电阻来说，电压一定情况下允许接入的滤波电容的大小是有严格要求的。在电源等应用中，开机浪涌是因为电容充电产生的，因此通常用给定电压值下的允许接入的电容量来评估NTC热敏电阻承受浪涌电流的能力。

对于某一个具体的NTC热敏电阻来说，所能承受的最大能量已经确定。目前，功率型热敏电阻通常采用方法是以增大热敏电阻的体积提高电容量。所以热敏芯片越大，通过的电容量越大，如电容量1000μF的芯片直径20mm。然而，芯片体积增大，制造成本随之增大，且装载空间要增大。因此，如何在体积不变情况下，提高功率型热敏电阻的电容量，是目前功率型热敏电阻设计和制造的重要课题。

发明内容

针对上述的问题，本发明提供一种大电容量功率型热敏材料及其制备方法，该热敏材料能够在产品体积不变情况下有效增加功率型热敏电阻的电容量。为实现上述发明目的，本发明公开了以下技术方案：

第一方面，本发明公开一种大电容量功率型热敏材料，其原料主要包括基质材料及其质量1～10％的添加剂。其中：所述基质材料包括以下重量份比的原料：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄＝40～70：10～30：8～20：1～10；所述添加剂包括以下重量份比的原料：Al₂O₃：Nb₂O₅：Fe₂O₃：SiC＝(10～25)：(10～20)：(20～35)：(20～40)。

第二方面，本发明公开一种大电容量功率型热敏材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将所述添加剂的各原料按比例加入到所述基质材料中，然后在得到的混合物料中加入水进行研磨，完成后得到浆料，将该浆料烘干，得烘干料。

(2)在所述烘干料中加入粘合剂混合均匀后造粒，将得到的坯体进行烧结，即得热敏材料。

进一步地，步骤(1)中，所述混合物料和水的重量份比为1：1.1～1.3。

进一步地，步骤(1)中，所述研磨时间为18～24小时。可选地，加入研磨球进行所述研磨，所述混合物料、水、研磨球的重量份比为1：1.1～1.3：1.4～1.8，

进一步地，步骤(1)中，所述烘干的温度为100～150℃，时间为6～10h。

进一步地，步骤(2)中，所述粘合剂的添加比例为基质材料质量的20～30％，以便于将所述基质材料和添加剂中的各物料粘合在一起。

进一步地，步骤(2)中，所述粘合剂包括聚乙烯醇水溶液、羧甲基纤维素水溶液等中的至少一种。可选地，所述聚乙烯醇水溶液、羧甲基纤维素水溶液的质量分数在10～20％之间可调。

进一步地，步骤(2)中，所述造粒的到的产物粒径为200～300目，也可以根据需要选择适合的粒径。

进一步地，步骤(2)中，所述烧结工艺为：将所述坯体在1000～1300℃保温2～6小时。优选地，先将温度升温至400～600℃度保温1～4小时，完成后继续升温至700～800℃度保温1～4小时，最后升温至1000～1300℃保温2～6小时，即得。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：

(1)本发明的热敏材料制备的热敏电阻具有大电容量特点，在同样的体积下，相对于现有的材质制备的热敏电阻的电容量得到了大幅度提升。其主要原因在于：本发明的这种添加剂能够使热敏电阻的晶粒尺寸变小，单位体积内的晶界数目增加，晶粒与晶粒之间紧密接触，电子在晶界处所需克服的势垒ΔEgb增大，单位体积内电性能增强，从而增加电容量。

(2)本发明的热敏材料制备的热敏电阻还具有致密性好、稳定性高的特点，是一种性能优异的负温度系数热敏材料。其主要原因在于：本发明的这种添加剂惨杂后使得到的热敏电阻气孔率减少，小晶粒分散在大晶粒之间可以提高陶瓷片的致密性。在空气氛围中冷却过程中由于在晶界处形成阳离子空位减少，此时阳离子与空位处于相对均匀分布状态，使热敏电阻趋向更加稳定的状态。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为本发明实施例1制备的热敏电阻的效果图。

图2为本发明实施例2制备的热敏电阻的效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。现根据说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明，本发明中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

实施例1

一种大电容量功率型热敏材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备以下重量份比的原料作为基质材料：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄＝60：15：10：10，备用。准备以下重量份比的原料作为添加剂原料：Al₂O₃：Nb₂O₅：Fe₂O₃：SiC＝18：15：30：37。

(2)将所述添加剂原料加入到基质材料中，且所述添加剂原料添加比例为基质材料质量的5％。然后在得到的混合料中加入水和氧化锆球研磨24小时，所述混合料、水、氧化锆球的质量比为1.0：1.0：1.5。研磨完成后分离去除所述氧化锆球，收集得到的浆料，将其在120℃烘干8小时得烘干料。

(3)在所述烘干料中加入其质量30％的聚乙烯醇溶液，该聚乙烯醇溶液的质量分数为10％。混合均匀后对得到的浆料进行造粒，将得到的颗粒物过200目筛，收集筛下物作为坯体。

(4)将所述坯体置于模具中压制成Ф12.2(mm)×1.8(mm)的圆片状坯片，压制密度为3.0g/cm³。

(5)将所述坯片置于陶瓷钵中，然后将其放在高温炉中进行烧结处理，烧结工艺为：以0.5℃/min的速率升温至500℃保温2小时，然后以0.8℃/min的速率升温至800℃保温2小时，最后以6℃/min的速率升温至1180℃保温3小时，然后随炉降温至室温出炉，即得热敏材料。

实施例2

一种大电容量功率型热敏材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备以下重量份比的原料作为基质材料：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄＝70：10：15：5，备用。准备以下重量份比的原料作为添加剂原料：Al₂O₃：Nb₂O₅：Fe₂O₃：SiC＝25：20：35：20。

(2)将所述添加剂原料加入到基质材料中，且所述添加剂原料添加比例为基质材料质量的1.0％。然后在得到的混合料中加入水和氧化锆球研磨20小时，所述混合料、水、氧化锆球的质量比为1.0：1.3：1.8。研磨完成后分离去除所述氧化锆球，收集得到的浆料，将其在150℃烘干6小时得烘干料。

(3)在所述烘干料中加入其质量20％的聚乙烯醇溶液，该聚乙烯醇溶液的质量分数为20％。混合均匀后对得到的浆料进行造粒，将得到的颗粒物过300目筛，收集筛下物作为坯体。

(5)将所述坯片置于陶瓷钵中，然后将其放在高温炉中进行烧结处理，烧结工艺为：以0.5℃/min的速率升温至400℃保温4小时，然后以0.8℃/min的速率升温至700℃保温4小时，最后以6℃/min的速率升温至1300℃保温2小时，然后随炉降温至室温出炉，即得热敏材料。

实施例3

一种大电容量功率型热敏材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备以下重量份比的原料作为基质材料：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄＝40：30：20：10，备用。准备以下重量份比的原料作为添加剂原料：Al₂O₃：Nb₂O₅：Fe₂O₃：SiC＝10：20：30：40。

(2)将所述添加剂原料加入到基质材料中，且所述添加剂原料添加比例为基质材料质量的10％。然后在得到的混合料中加入水和氧化锆球研磨18小时，所述混合料、水、氧化锆球的质量比为1.0：1.2：1.4。研磨完成后分离去除所述氧化锆球，收集得到的浆料，将其在100℃烘干10小时得烘干料。

(3)在所述烘干料中加入其质量25％的聚乙烯醇溶液，该聚乙烯醇溶液的质量分数为15％。混合均匀后对得到的浆料进行造粒，将得到的颗粒物过200目筛，收集筛下物作为坯体。

(5)将所述坯片置于陶瓷钵中，然后将其放在高温炉中进行烧结处理，烧结工艺为：以0.5℃/min的速率升温至600℃保温1小时，然后以0.8℃/min的速率升温至800℃保温1小时，最后以6℃/min的速率升温至1000℃保温6小时，然后随炉降温至室温出炉，即得热敏材料。

实施例4

一种大电容量功率型热敏材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备以下重量份比的原料作为基质材料：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄＝50：20：20：10，备用。准备以下重量份比的原料作为添加剂原料：Al₂O₃：Nb₂O₅：Fe₂O₃：SiC＝20：10：30：40。

(2)将所述添加剂原料加入到基质材料中，且所述添加剂原料添加比例为基质材料质量的6％。然后在得到的混合料中加入水和氧化锆球研磨18小时，所述混合料、水、氧化锆球的质量比为1.0：1.2：1.6。研磨完成后分离去除所述氧化锆球，收集得到的浆料，将其在110℃烘干9小时得烘干料。

(3)在所述烘干料中加入其质量30％的聚乙烯醇溶液，该聚乙烯醇溶液的质量分数为15％。混合均匀后对得到的浆料进行造粒，将得到的颗粒物过200目筛，收集筛下物作为坯体。

(5)将所述坯片置于陶瓷钵中，然后将其放在高温炉中进行烧结处理，烧结工艺为：以0.5℃/min的速率升温至500℃保温2小时，然后以0.8℃/min的速率升温至800℃保温2小时，最后以6℃/min的速率升温至1050℃保温5小时，然后随炉降温至室温出炉，即得热敏材料。

实施例5

一种大电容量功率型热敏材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备以下重量份比的原料作为基质材料：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄＝45：30：20：5，备用。准备以下重量份比的原料作为添加剂原料：Al₂O₃：Nb₂O₅：Fe₂O₃：SiC＝25：20：20：37。

(2)将所述添加剂原料加入到基质材料中，且所述添加剂原料添加比例为基质材料质量的3％。然后在得到的混合料中加入水和氧化锆球研磨20小时，所述混合料、水、氧化锆球的质量比为1.0：1.3：1.8。研磨完成后分离去除所述氧化锆球，收集得到的浆料，将其在130℃烘干8小时得烘干料。

(3)在所述烘干料中加入其质量25％的羧甲基纤维素水溶液，该羧甲基纤维素水溶液的质量分数为20％。混合均匀后对得到的浆料进行造粒，将得到的颗粒物过200目筛，收集筛下物作为坯体。

(5)将所述坯片置于陶瓷钵中，然后将其放在高温炉中进行烧结处理，烧结工艺为：以0.5℃/min的速率升温至500℃保温2小时，然后以0.8℃/min的速率升温至800℃保温2小时，最后以6℃/min的速率升温至1200℃保温4小时，然后随炉降温至室温出炉，即得热敏材料。

实施例6

一种大电容量功率型热敏材料的制备方法，同实施例1，区别在于：所述热敏材料中仅由下述的基质材料组成：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄＝60：15：10：10，即所述基质材料中不掺入实施例1所述的添加剂。

实施例7

一种大电容量功率型热敏材料的制备方法，同实施例2，区别在于：(1)准备以下重量份比的原料作为基质材料：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄＝70：10：15：5，备用。准备以下重量份比的原料作为添加剂原料：Nb₂O₅：Fe₂O₃：SiC＝26：48：26。

实施例8

一种大电容量功率型热敏材料的制备方法，同实施例3，区别在于：(1)准备以下重量份比的原料作为基质材料：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄＝40：30：20：10，备用。准备以下重量份比的原料作为添加剂原料：Al₂O₃：Fe₂O₃：SiC＝12.5：37.5：50。

实施例9

一种大电容量功率型热敏材料的制备方法，同实施例4，区别在于：(1)准备以下重量份比的原料作为基质材料：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄＝50：20：20：10，备用。准备以下重量份比的原料作为添加剂原料：Al₂O₃：Nb₂O₅：SiC＝28：15：57。

实施例10

一种大电容量功率型热敏材料的制备方法，同实施例5，区别在于：(1)准备以下重量份比的原料作为基质材料：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄＝45：30：20：5，备用。准备以下重量份比的原料作为添加剂原料：Al₂O₃：Nb₂O₅：Fe₂O₃＝38：31：31。

将上述各实施例制备的热敏材料经过电极印刷、导线成型焊接(镀锡铜线经模具成型，自动夹片，焊接温度260℃，焊接时间5s)、包封和固化工序(焊接好的产品涂装硅树脂，经自然干燥之后在160℃加热1.5h进行固化处理)后制成热敏电阻(如图1、图2所示)，然后测试所述热敏电阻的电容量，结果如表1所示。可以看出实施例1～5制备的热敏电阻的电容量明显高于实施例6～10。

表1

实施例序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											电容量(μF)	563	541	579	536	554	228	337	312	344	323

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种大电容量功率型热敏材料，其特征在于，所述热敏材料的原料主要包括基质材料及其质量1~10%的添加剂；其中：

所述基质材料包括以下重量份比的原料：Mn₃O₄、NiO、CuO、Co₃O₄=30~70：10~30：8~20：1~10；

所述添加剂包括以下重量份比的原料：Al₂O₃：Nb₂O₅：Fe₂O₃：SiC=(10~25)：(10~20)：(20~35)：(20~40)。

2.权利要求1所述的大电容量功率型热敏材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将所述添加剂的各原料按比例加入到所述基质材料中，然后在得到的混合物料中加入水进行研磨，完成后得到浆料，将该浆料烘干，得烘干料；

（2）在所述烘干料中加入粘合剂混合均匀后造粒，过筛，压制成坯片，烧结后，即得热敏材料。

3.根据权利要求2所述的大电容量功率型热敏材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述混合物料和水的重量份比为1：1.1~1.3。

4.根据权利要求3所述的大电容量功率型热敏材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述研磨时间为18~24小时；加入研磨球进行所述研磨，所述混合物料、水、研磨球的重量份比为1：1.1~1.3：1.4~1.8。

5.根据权利要求2所述的大电容量功率型热敏材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述烘干的温度为100~150℃，时间为6~10h。

6.根据权利要求2所述的大电容量功率型热敏材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述粘合剂的添加比例为基质材料质量的20~30%。

7.根据权利要求2所述的大电容量功率型热敏材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述粘合剂包括聚乙烯醇水溶液、羧甲基纤维素水溶液中的至少一种；所述聚乙烯醇水溶液、羧甲基纤维素水溶液的质量分数为10~20%。

8.根据权利要求2所述的大电容量功率型热敏材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述烧结工艺为：将所述坯片在1000~1300℃保温2~6小时。

9.根据权利要求8所述的大电容量功率型热敏材料的制备方法，其特征在于，先将温度升温至400~600℃度保温1~4小时，完成后继续升温至700~800℃度保温1~4小时，最后升温至1000~1300℃保温2~6小时，即得。

10.根据权利要求1-9任一项所述的大电容量功率型热敏材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述造粒得到的产物粒径为200~300目。