CN1587208A - 大尺寸负温度系数热敏陶瓷的微波烧结工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大尺寸锰－镍－铁氧化物负温的系数热敏陶瓷的微波烧结工艺，该工艺实现了Φ90mm的大尺寸锰－镍－铁氧化物负温度系数热敏电阻陶瓷的均匀无开裂微波烧结。它采用氧化物混合球磨法制备锰－镍－铁氧化物负温的系数热敏材料粉体生坯，与共沉淀法制备的粉体生坯相比，大大降低了元件的生产成本。烧结时间缩短了80％，节约能源，生产效率显著提高。经本发明方法烧结的锰－镍－铁氧化物负温度系数热敏陶瓷均匀、致密，制备的高精度负温度系数热敏电阻元件阻值在1％以内的成品率达到25％～45％，在2％以内的成品率达到45％～60％。
Description
技术领域
本发明涉及一种大尺寸锰-镍-铁氧化物(MnNiFeO)负温度系数(NTC)热敏陶瓷的微波烧结工艺。
背景技术
目前国内外利用微波烧结大尺寸电子陶瓷的报道很少，尤其是国内在大尺寸热敏陶瓷方面的应用还未见报道。本发明采用新的大尺寸氧化物电子陶瓷微波烧结专用保温体，首次成功地对大尺寸锰-镍-铁氧化物(MnNiFeO)负温度系数(NTC)Φ90mm热敏陶瓷进行了无开裂微波烧结，成瓷良好，解决了氧化物混合法制备的NTC生坯常规烧结无法成瓷的困难。NTC热敏陶瓷生产工艺目前均采用常规烧结，常规烧结工艺费时(36小时)、生坯直径Φ50mm，如将生坯直径增大所得热敏元件的径向分布一致性差，成品率下降。另外，NTC热敏粉体一般由共沉淀法制备而来，其成本较氧化物混合球磨法高，但常规烧结大尺寸样品所需温度很高，常用的烧结炉无法进行有效烧结，高温烧结炉的制造费用很高，能耗大。而且，常规烧结方法由于是通过热传导由外向内对生坯进行加热，生坯尺寸过大造成了对样品的梯度式加热，内外温度梯度造成样品开裂及成瓷很不均匀。
本发明以中国专利ZL97117256.0和ZL01124430.5为基础，针对大尺寸生坯烧结的要求，对保温体系和烧结工艺进行了重新设计与改进。由于微波炉腔体容积有限，将专利ZL97117256.0的三层保温体系，革新改造为两层，即去掉了中间的Al2O3刚玉保温体，将外层的Al2O3纤维保温体高度降低。为了适应大尺寸样品微波烧结的吸波特点，并考虑到大型保温体的机械强度问题，重新设计了内层的MgAl2O4-LaCrO3型保温体的尺寸与材料配比。在原有的小型MgAl2O4-LaCrO3型保温体(Φ95mm)的设计基础上，设计制造了大型MgAl2O4-LaCrO3型保温体(Φ150mm)。经过实验的检验，制造出的保温体及保温体系有良好的辅助升温、保温的效果，适用于大尺寸NTC热敏陶瓷。
发明内容
本发明目的在于，研制的大尺寸锰-镍-铁氧化物负温度系数(NTC)热敏陶瓷的微波烧结工艺，实现了Φ90mm的大尺寸锰-镍-铁氧化物(MnNiFeO)负温度系数(NTC)热敏电阻陶瓷的均匀无开裂微波烧结。它采用氧化物混合球磨法制备锰-镍-铁氧化物负温的系数热敏材料粉体生坯，与共沉淀法制备的粉体生坯相比，大大降低了元件的生产成本。烧结时间缩短了80％，节约能源，生产效率显著提高。经本发明方法烧结的锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏陶瓷均匀、致密，制备的高精度负温度系数热敏电阻元件阻值在1％以内的成品率达到25％～45％，在2％以内的成品率达到45％～60％。
本发明所述的大尺寸锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏陶瓷的微波烧结工艺按下列步骤进行：
a、首先配制锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏材料；
选用市售分析纯摩尔比百分比：氧化锰30-50％，氧化镍15-25％，氧化铁35-45％作为原材料；
b、将配制好的锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏原材料用氧化物混合球磨法研磨3-4小时，在500-700℃预烧1-2h，再研磨3-4小时将粉体材料磨细；将粉体压制成Φ90mm的柱体后进行冷等静压，压强为2.0～3.5L/cm2，即可得到粉体生坯；
c、将生坯放入保温体2中，然后将Al2O3纤维保温体1、大型MgAl2O4-LaCrO3型保温体2、生坯3、NiCrAl合金管屏蔽微波双铂铑热电偶4整体放入2.45GHz多模式反应腔微波烧结装置内，在低于3.5Kw的功率下进行烧结；烧结流程为，升温程序为5～15℃/min可调，升到1150℃-1250℃，恒温25-40分钟，降温阶段在950℃-1000℃时，恒温5-10分钟，然后8℃-10℃/min降温至700℃关闭微波源自然冷却，即得无开裂均匀致密的大尺寸Φ90mm的锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏陶瓷；
d、在烧结中，采用NiCrAl合金管屏蔽微波双铂铑热电偶测温，计算机采集温度数值。
在步骤c中可以通过调节升温速率来调节材料常数B值。
本发明所述的大尺寸锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏陶瓷的微波烧结工艺，该工艺具有以下特点：
1)、实现了氧化物混合法制备的大尺寸锰-镍-铁氧化物(MnNiFeO)负温度系数(NTC)Φ90mm热敏材料粉体生坯的无开裂均匀微波烧结，解决了常规烧结法材料成瓷困难且均匀性和一致性差的难题，提高了元件产量。由于微波烧结是整体加热，微波穿透样品使之自身加热，所以可以将大的生坯烧透，保证了材料的均匀性和一致性，热敏电阻元件的阻值和B值一致性很好。采用氧化物混合球磨法制备锰-镍-铁氧化物(MnNiFeO)负温度系数(NTC)热敏材料粉体，大大降低了生产成本，提高了负温度系数(NTC)热敏电阻元件的经济效益。
2)、将常规烧结工艺的36小时缩短到微波烧结工艺的6小时，该工艺具有节能省时的优势，并大幅度缩短了工艺生产周期，从而提高NTC元件的生产效率。
3)、负温度系数(NTC)热敏电阻元件阻值在1％以内的成品率达到25％～45％，在2％以内的成品率达到45％～60％，实现了氧化物混合球磨法制备锰-镍-铁氧化物(MnNiFeO)负温度系数(NTC)热敏材料元件的高精度元件成品率，从而提高了生产效益。
附图说明
参见附图
图1为本发明样品的放置及保温体结构示意图
图中(1)为带上下盖板的圆筒状Al2O3纤维保温体；
(2)为中国专利ZL97117256.0基础上改造的大型MgAl2O4-LaCrO3型保温体(Φ150mm)；
(3)为被烧结的MnNiFeO型NTC热敏材料生坯样品；
(4)为采用NiCrAl合金管屏蔽微波的双铂铑热电偶。
图2为烧结曲线示意图
图中1为升温阶段；
2为高温阶段；
3为控制功率降温；
4为降温段恒温；
5自然降温。
具体实施方式
实施例1
a、首先配制锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏材料；
选用市售分析纯摩尔比百分比：氧化锰30％，氧化镍25％，氧化铁45％作为原材料；
b、将配制好的锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏原材料用氧化物混合球磨法研磨3小时，在500℃预烧1h，再研磨3小时将粉体材料磨细；将粉体压制成Φ90mm的柱体后进行冷等静压，压强为2.0L/cm2，即可得到粉体生坯；
c、将粉体生坯放入保温体2中，然后将Al2O3纤维保温体1、大型MgAl2O4-LaCrO3型保温体2、生坯3、NiCrAl合金管屏蔽微波双铂铑热电偶4整体放入2.45GHz多模式反应腔微波烧结装置内，在低于3.5Kw的功率下进行烧结；烧结流程为，升温程序为5℃/min可调，升到1150℃，恒温25分钟，降温阶段在950℃时，恒温5分钟，然后8℃/min降温至700℃关闭微波源自然冷却，即得无开裂均匀致密的大尺寸Φ90mm的锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏陶瓷，成瓷密度为5.02g/cm3，材料常数B值为3400±0.3％且一致性良好的热敏电阻陶瓷材料；
d、在烧结中，采用NiCrAl合金管屏蔽微波双铂铑热电偶测温，计算机采集温度数值。
在步骤c中可以通过调节升温速率来调节材料常数B值。
制成的NTC热敏电阻元件阻值在1％以内的成品率达到25％～45％，在2％以内的成品率达到45％～60％。
实施例2
a、首先配制锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏材料；
选用市售分析纯摩尔比百分比：氧化锰40％，氧化镍20％，氧化铁40％作为原材料；
b、将配制好的锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏原材料用氧化物混合球磨法研磨3.5小时，在600℃预烧1.5h，再研磨3.5小时将粉体材料磨细；将粉体压制成Φ90mm的柱体后进行冷等静压，压强为3.5L/cm2，即可得到粉体生坯；
c、将粉体生坯放入保温体2中，然后将Al2O3纤维保温体1、大型MgAl2O4-LaCrO3型保温体2、生坯3、NiCrAl合金管屏蔽微波双铂铑热电偶4整体放入2.45GHz多模式反应腔微波烧结装置内，在低于3.5Kw的功率下进行烧结；烧结流程为，升温程序为10℃/min可调，升到1200℃，恒温30分钟，降温阶段在980℃时，恒温8分钟，然后9℃/min降温至700℃关闭微波源自然冷却，即得无开裂均匀致密的大尺寸Φ90mm的锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏陶瓷，成瓷密度为5.02g/cm3，材料常数B值为3400±0.3％且一致性良好的热敏电阻陶瓷材料；
d、在烧结中，采用NiCrAl合金管屏蔽微波双铂铑热电偶测温，计算机采集温度数值。
在步骤c中可以通过调节升温速率来调节材料常数B值。
制成的NTC热敏电阻元件阻值在1％以内的成品率达到25％～45％，在2％以内的成品率达到45％～60％。
实施例3
a、首先配制锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏材料；
选用市售分析纯摩尔比百分比：氧化锰50％，氧化镍15％，氧化铁35％作为原材料；
b、将配制好的锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏原材料用氧化物混合球磨法研磨4小时，在700℃预烧2h，再研磨4小时将粉体材料磨细；将粉体压制成Φ90mm的柱体后进行冷等静压，压强为3.5L/cm2，即可得到粉体生坯；
c、将粉体生坯放入保温体2中，然后将Al2O3纤维保温体1、大型MgAl2O4-LaCrO3型保温体2、生坯3、NiCrAl合金管屏蔽微波双铂铑热电偶4整体放入2.45GHz多模式反应腔微波烧结装置内，在低于3.5Kw的功率下进行烧结；烧结流程为，升温程序为15℃/min可调，升到1250℃，恒温40分钟，降温阶段在1000℃时，恒温10分钟，然后10℃/min降温至700℃关闭微波源自然冷却，即得无开裂均匀致密的大尺寸Φ90mm的锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏陶瓷，成瓷密度为5.02g/cm3，材料常数B值为3400±0.3％且一致性良好的热敏电阻陶瓷材料；
d、在烧结中，采用NiCrAl合金管屏蔽微波双铂铑热电偶测温，计算机采集温度数值。
在步骤c中可以通过调节升温速率来调节材料常数B值。
制成的NTC热敏电阻元件阻值在1％以内的成品率达到25％～45％，在2％以内的成品率达到45％～60％。
Claims (1)
1、一种大尺寸负温度系数热敏陶瓷的微波烧结工艺，其特征在于该工艺按列步骤进行：
a、首先配制锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏材料；
选用市售分析纯摩尔比百分比：氧化锰30-50％，氧化镍15-25％，氧化铁35-45％作为原材料；
b、将配制好的锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏原材料用氧化物混合球磨法研磨3-4小时，在500-700℃预烧1-2h，再研磨3-4小时将粉体材料磨细；将粉体压制成Φ90mm的柱体后进行冷等静压，压强为2.0～3.5L/cm2，即可得到粉体生坯；
c、将粉体生坯放入保温体2中，然后将Al2O3纤维保温体1、大型MgAl2O4-LaCrO3型保温体2、生坯3、NiCrAl合金管屏蔽微波双铂铑热电偶4整体放入2.45GHz多模式反应腔微波烧结装置内，在低于3.5Kw的功率下进行烧结；烧结流程为，升温程序为5～15℃/min可调，升到1150℃-1250℃，恒温25-40分钟，降温阶段在950℃-1000℃时，恒温5-10分钟，然后8℃-10℃/min降温至700℃关闭微波源自然冷却，即得无开裂均匀致密的大尺寸Φ90mm的锰-镍-铁氧化物负温度系数热敏陶瓷；
d、在烧结中，采用NiCrAl合金管屏蔽微波双铂铑热电偶测温，计算机采集温度数值。
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