CN1412789A - 大功率热敏陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大功率热敏陶瓷(PTC)材料及其制备方法，该材料的主要组成为V2O3、掺杂氧化物和烧结助剂，将上述组成范围内的各种成份混合后采用陶瓷加工技术制备大功率热敏陶瓷材料。实用性能测试证明，本发明的PTC材料常温电阻率为1×10－3Ω·cm，转变温度为100℃，电阻温度系数约为6％/℃，升阻比为400，额定电流密度为1A/mm2，响应时间为1s。本发明制法简单，成本较低。本发明可应用在大型仪器、设备、电力等系统，特别是在工业电子设备以及电力网络等高压、大电流的大功率场合具有较广泛的实用性。

Description

大功率热敏陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种大功率热敏陶瓷(PTC)材料及其制备方法，属半导体材料领域。
背景技术
长期以来，掺杂的BaTiO3系陶瓷一直作为PTC热敏电阻的典型材料，但BaTiO3系PTC陶瓷在常温下具有1Ω·cm或更高的电阻率，通流能力＜0.1A/mm2，而且其陶瓷的PTC性能来源于材料的晶界效应，其阻温特性不可避免地受到电压和频率的影响，从而使这类材料的应用受到了一定的限制。掺杂V2O3系PTC陶瓷的常温电阻率～10-3Ω·cm，其PTC性能来源于V2O3系材料的体效应，不受频率和电压的影响，特别适应大电流条件下作为过流保护元件使用。八十年代以来，V2O3系PTC热敏电阻材料的研制和开发在国内外引起了广泛的注意。目前只有美国出现了少量的V2O3系大电流过流保护热敏材料，价格昂贵，日本等其它国家还处于研制和试用阶段。国内V2O3系PTC材料的研究仅从八十年代末才开始，关于V2O3系PTC材料作为大电流过流保护材料的实用性研究还不多见。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种性能优良、且制造成本较低的大功率热敏陶瓷(PTC)材料及其制备方法。
本发明提供的技术方案是：一种大功率热敏陶瓷材料，它是由99～99.75wt％V2O3和0.25～1wt％掺杂剂组成的百分数之和100％组合物，与该组合物总量8～20wt％的外加烧结助剂混合后，采用陶瓷加工技术制备的大功率热敏陶瓷材料。
所述的0.25～1wt％掺杂剂由0.25～1wt％Cr2O3和/或0.25～1wt％Al2O3组成，外加8～20wt％烧结助剂为弥散金属氧化铁。
所述的大功率热敏陶瓷材料的制备方法，是将V2O3、Cr2O3、Al2O3和Fe2O3按设计的比例配料，进行混合，碾磨、干燥，然后加入PVC粘结剂在20MPa压力下压片，再在高温下固相合成制得大功率热敏陶瓷材料。
所述的固相合成条件是：温度为1500℃，保温4小时，氢气气氛保护。
本发明的大功率热敏陶瓷材料在制备电阻材料的应用，其特征在于将该材料表面进行处理后，在其表面涂覆Ag-Zn-Ti电极浆料，进行常规热处理，得到V2O3系热敏陶瓷电阻元件。
实用性能测试证明，本发明的PTC材料常温电阻率为1×10-3Ω·cm，转变温度为100℃，电阻温度系数约为6％/℃，升阻比为400，额定电流密度为1A/mm2，响应时间为1s。
本发明所用原料均为普通原料、制法简单，因而本发明的制造成本较低。
本发明的大功率热敏陶瓷材料的阻一温特性、动态电流一电压特性等实用性能均较好，可作为限流材料应用在大型仪器、设备、电力等系统，特别是在工业电子设备以及电力网络等高压、大电流的大功率场合具有较广泛的实用性。
具体实施方式
实施例1：将V2O3粉末原料与Al2O3、Cr2O3和Fe2O3按99.5％V2O3、0.25％Cr2O3、0.25％Al2O3外加上述三成份总和的10wt％Fe的组成配方，湿法球磨24h，料∶球∶水的比例为1.2.1.5，浆料在80～120℃干燥，研细，加入PVC粘结剂在20MPa压力下压片，将其放入刚玉坩埚中，并放入V2O3原料掩埋样品，然后置于高温炉中在氢气气氛保护和1500℃温度下烧结4小时。
对烧结PTC材料表面进行处理，在其表面涂覆Ag-Zn-Ti电极浆料进行热处理，得到了V2O3系热敏陶瓷电阻元件。
本发明的PTC材料常温电阻率为1.1×10-3Ω·cm，转变温度为99℃，电阻温度系数约为6％/℃，升阻比为400，额定电流密度为1A/mm2，响应时间为1s。
实施例2～实施例5：
实施例     配    比
实施例2  99.50％ V2O3+0.25％ Cr2O3+0.25％ Al2O3，外加前三个成份重量总和8wt％Fe
实施例3  99.00％ V2O3+0.5％  Cr2O3+0.5％  Al2O3，外加前三个成份重量总和10wt％Fe
实施例4  99.40％ V2O3+0.3％  Cr2O3+0.3％  Al2O3，外加前三个成份重量总和12wt％Fe
实施例5  99.70％ V2O3+0.15％ Cr2O3+0.15％ Al2O3，外加前三个成份重量总和20wt％Fe
按上述配比参照实施例1的方法即可获得对应的大功率热敏陶瓷(PTC)材料。

Claims (6)

1、一种大功率热敏陶瓷材料，其特征在于它是由99～99.75wt％V2O3和0.25～1wt％掺杂剂组成的百分数之和100％组合物，与该组合物总量8～20wt％的外加烧结助剂混合后，采用陶瓷加工技术制备的大功率热敏陶瓷材料。
2、如权利要求1所述的大功率热敏陶瓷材料，其特征在于所述的0.25～1wt％掺杂剂由0.25～1wt％Cr2O3和/或0.25～1wt％Al2O3组成。
3、如权利要求1所述的大功率热敏陶瓷材料，其特征在于所述的外加8～20wt％烧结助剂为弥散金属氧化铁。
4、权利要求1所述的大功率热敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于是将V2O3、Cr2O3、Al2O3和Fe2O3按设计的比例配料，进行混合，碾磨、干燥，然后加入PVC粘结剂在20MPa压力下压片，在高温下固相合成制得大功率热敏陶瓷材料。
5、如权利要求4所述的大功率热敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于固相合成条件是温度为1500℃，保温4小时，氢气气氛保护。
6、权利要求1所述的大功率热敏陶瓷材料在制备电阻材料过程中，其特征在于将该材料表面进行处理后，在其表面涂覆Ag-Zn-Ti电极浆料，进行常规热处理，得到V2O3系热敏陶瓷电阻材料。
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