一种高居里温度ptc热敏陶瓷材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指高居里温度PTC热敏陶瓷的配方组 成；采用特殊的配方组成，得到高居里温度高性能PTC热敏陶瓷材料，而且烧结温度为 1050~1100°C ;采用本发明的的高居里温度PTC热敏陶瓷材料不仅烧结温度低而且居里温 度高，同时热敏性能好，抑制了高居里温度PTC热敏陶瓷制造过程中铅的挥发，符合环保要 求，同时降低制造成本。
【背景技术】
[0002] PTC陶瓷是一种半导体化的具有正的温度系数（Positive Temperature Coefficient，简称：PTC)的电子陶瓷材料；具有这种特性的智能电子陶瓷元件集发热与温 控于一体，具有自动控温、安全节能、自动恢复、无触点动作、无明火、寿命长等特点；产品可 用于发热元器件、温度控制、过流保护、过热保护和热感应等系统，广泛应用于汽车、电子、 通讯、输变电工程、空调暖风机工程、低能耗安全型家用电器以及消磁、过流保护、过热保护 等领域。
[0003] 最常用的PTC热敏陶瓷是BaTi03基陶瓷材料，其居里温度是120°C;为了提高热敏 陶瓷的工作温度，均以添加氧化铅或含铅化合物为居里温度移动剂、以Pb置换Ba的晶格位 置来实现，此类产品为含铅量较高的（Ba，Pb)Ti0 3体系；铅是一种具有毒性的重金属元素， 在（Ba，Pb) Ti03基热敏陶瓷的生产过程中，铅会造成对自然环境的污染并对人类的身体健 康造成危害；开发无铅高居里点PTC热敏陶瓷是消除铅污染的一个途径，但是无铅高居里 点PTC热敏陶瓷的性能不太理想，难以满足应用，而且制备工艺复杂，成本高，现有的PTC热 敏陶瓷的烧结温度高，为1300°C以上，如果降低高居里温度PTC热敏陶瓷的烧结温度，就会 抑制氧化铅的挥发，也是消除铅污染的另一个有效的途径；目前，我国PTC热敏陶瓷产业的 发展正面临着严重的考验和挑战，低烧结温度的高居里温度PTC热敏陶瓷材料的开发已 经成了一个迫在眉睫的课题。
[0004] 近年来，国内外许多科研人员以及生产工作者已经着手低温烧结高居里温度(居 里温度大于120°c)的PTC热敏陶瓷材料的开发与研宄工作，有的PTC热敏陶瓷材料的居里 温度高，但是综合热敏性能不太好；有的PTC热敏陶瓷材料的居里温度太低，这两种情况都 无法满足实际的应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种高居里温度PTC热敏陶瓷配方组成。
[0006] 所述的高居里温度PTC热敏陶瓷，其配方组份按照摩尔百分比计算为： Ba0. 398Pb0 6La0 002Ti03 92~99%，BN 0? 1~4. 0%，Bi203 0? 01~2. 8%，MnC03 0? 01~1. 5%，CaTiSi05 0. 5-2%, Si02 0 ? 01~2. 5%，LaCrZrSi07 0? 02~1. 5% ;其中 Bao.-Pb。』Laa(l(l2Ti03、CaTiSi05、 LaCrZrSi0 7分别采用常规化学原料以固相法合成。
[0007] 本发明的目的是这样来实现的： 本发明采用常规的PTC热敏陶瓷的制备工艺，即首先采用采用常规的化学原料用固相 法合成BaQ. 398PbQ.6 La_2Ti03、CaTiSi05、LaCrZrSi07，然后按配方配料，将配合料球磨粉碎 混合，进行烘干后，加入粘合剂造粒，再压制成生坯片，然后排胶和烧结，经保温并自然冷却 后，获得PTC热敏陶瓷，然后上电极，测试性能即可。
[0008] 上述高居里温度PTC热敏陶瓷的配方组成最好采用下列二种方案(摩尔百分比）： (l)Ba〇. sgsPbo.e La〇.〇02Ti03 94-98%, BN 0. 1~3. 0%,Bi203 0. 01~2. 5%,MnC03 0. 01~1. 5%, CaTiSi05 0? 8~2%, Si02 0 ? 01~1. 8%，LaCrZrSi07 0? 02~1. 5% ;其中 Baa 398Pba6 Laa(l(l2Ti03， CaTiSi05, 1^〇26107采用化学原料以固相法合成。
[0009] (2) Ba0 398Pb0 6 La0 002Ti03 95~98%，BN 0? 1~2. 5%，Bi203 0? 01~2. 0%，MnC03 0? 01~1. 3%，CaTiSi05 1. 0~1. 5%，Si02 0? 01~1. 5%，LaCrZrSi07 0? 02~1. 5% ;其中 Ba。. 398PbQ. 6LaQ. QQ2Ti03、CaTi Si05、LaCrZrSi07采用常规化学原料以固相法合成。
[0010] 本发明与现有技术相比，具有如下优点： 1、本专利的高居里温度PTC热敏陶瓷的烧结温度低，烧结温度为1050~1100°C，这样能 大大降低高居里温度PTC热敏陶瓷的成本，抑制铅的挥发，对环境无污染。
[0011] 2、本专利的高居里温度PTC热敏陶瓷居里温度高，可以达到350°C ;室温电阻率 低；升阻比高，lg(R_/Rmin)可以达到4. 0以上；电阻温度系数（a )大，可以达到23%/°C左 右。
[0012] 3、本专利的高居里温度PTC热敏陶瓷采用常规的固相法PTC热敏陶瓷制备工 艺即可进行制备，易于生产。
【具体实施方式】
[0013] 现在结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0014]本专利的配方如下（摩尔百分比）Aaa^PbwLaaiTiOs 92~99%，BN 0? 1~4. 0%， Bi203 0. 01-2. 8%, MnC03 0. 01~1. 5%, CaTiSi05 0. 5-2%, Si02 0. 01~2. 5%, LaCrZrSi07 0? 02~1. 5%，其中 BaQ.398PbQ.6 La _2Ti03, CaTiSi05, LaCrZrSi07采用常规的化学原料以固相 法合成。
[0015] 8&(139#13(|.61^ (|.(|(121103的制备过程如下：将8&0)3、？13〇、1^203和1102以0.398:0.6: 〇. 〇01 : i的摩尔比例的料混合研磨混勾，混合料放在刚玉坩埚内在iKKTC ~1150°C下保温 120分钟制备BaQ.398Pba6 1^_21103，冷却后研磨直到可以过200目筛，备用。
[0016] CaTiSiOjA制备过程如下：将常规的化学原料CaC03、Ti0 2、5102按1 :1 :1摩尔 比配料，研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚内于1200~1250°C保温120分钟，固相反应合成 CaTiSi0 5，冷却后研磨过200目筛，备用。 LaCrZrSi07的制备过程如下：将 La 203、Cr203、ZrOjP Si02& 1/2 :1/2 : 1 :1 的摩尔 比例的料混合研磨混匀，混合料放在刚玉坩埚内在1200°C ~1250°C下保温120分钟制备 LaCrZrSi07，冷却后研磨过200目筛，备用。
[0017] 表1给出本发明的二组实施例6个配方，二组实施例6个配方的主要原料采用PTC 热敏陶瓷用原料，在制备时首先采用常规的化学原料用固相法合成Bac^PbwlA^TiCV CaTiSi0 5、LaCrZrSi07，然后按配方配料，将配好的料用蒸馏水或去离子水采用行星球磨机 球磨混合，料：球：水的质量比=1:3:0. 6~1. 0,球磨4~8小时后，烘干得干粉料，在干粉料 中加入占其重量8~10%的浓度为lOwt. %的聚乙烯醇溶液，进行造粒，混研后过40目筛，再 在20~30Mpa压力下进行干压成生坯片，然后在温度为1050~1100°C下保温1~3小时进行排 胶和烧结，再在520~550°C下保温10分钟进行烧银，形成银电极；实际生产也可以选用其它 电极材料，如铝电极等，再焊引线，进行包封，即得到高居里温度PTC热敏陶瓷电阻器，测试 元件的室温电阻和电阻-温度特性，得到室温电阻率、居里温度、电阻温度系数（a )和升阻 比（lgOCyR^J )，上述各配方试样的性能列于表2。
[0018] 从表2可以看出，所制备的高居里温度PTC热敏陶瓷居里温度高，可以达到 345~355°C ;室温电阻率低，为91.8~100. 1D ? cm;升阻比（lg(Rmax/Rmin))高，可以达到4. 3 以上，为4. 3~5. 1 ;电阻温度系数（a )大，可以达到22. 3~24%/°C。
[0019] 表1本发明的实施例共6个试样的配方
【主权项】
1. 一种高居里温度PTC热敏陶瓷材料，其特征在于：其配方组份按照摩尔百分比计 算为：Ba0.398Pb0 6La0.0(l2Ti03 92~99%，BN0? 1~4. 0%，Bi2O3 0? 01~2. 8%，MnCO3 0? 01~1. 5%， CaTiSiO5 0? 5~2%,SiO2 0? 01~2. 5%，LaCrZrSiO7 0? 02~1. 5% ;其中Ba0 398Pb0 6La〇.〇〇2Ti03、 CaTiSi05、LaCrZrSiOAv^lj采用常规化学原料以固相法合成。
2. 根据权利要求1所述的一种高居里温度PTC热敏陶瓷材料，其特征在于：其配 方组份按照摩尔百分比计算为：Baa398PbQ.6Laatltl2TiO3 94~98%，BN0. 1~3. 0%，Bi2O3 0? 01~2. 5%，MnCO3 0? 01~1. 5%，CaTiSiO5 0? 8~2%，SiO2 0? 01~1. 8%，LaCrZrSiO7 0? 02~1. 5%。
3. 根据权利要求1所述的一种高居里温度PTC热敏陶瓷材料，其特征在于：其配方组 份按照摩尔百分比计算为：Batl. 398Pba6Laatltl2TiO3 95~98%，BN0.1~2. 5%，Bi2O3 0.01~2.0%， MnCO3 0. 01-1. 3%,CaTiSiO5 1. 0-1. 5%,SiO2 0. 01-1. 5%,LaCrZrSiO7 0. 02-1. 5%〇
4. 根据权利要求1所述的一种高居里温度PTC热敏陶瓷材料，其特征在于Baa 398PbQ.6LaQ.QQ2Ti03的制备过程如下：将BaCO3、Pb0、La203和打02以 0? 398 :0? 6 :0? 001 :1 的摩 尔比例的料混合研磨混匀，混合料放在刚玉坩埚内在ll〇〇°C~1150°C下保温120分钟制备 Baa398Pba6LaCltltl2TiO3，冷却后研磨直到可以过200目筛，备用。
5. 根据权利要求1所述的一种高居里温度PTC热敏陶瓷材料，其特征在于CaTiSiO5的 制备过程如下：将常规的化学原料CaC03、Ti02、5102按1 :1 :1摩尔比配料，研磨混合均匀 后放入氧化铝坩埚内于1200~1250°C保温120分钟，固相反应合成CaTiSiO5，冷却后研磨过 200目筛，备用。
6. 根据权利要求1所述的一种高居里温度PTC热敏陶瓷材料，其特征在于LaCrZrSiO7 的制备过程如下：将La203、Cr203、ZrC^PSiO2以1/2 :1/2 : 1 :1的摩尔比例的料混合研磨 混匀，混合料放在刚玉坩埚内在1200°C~1250°C下保温120分钟制备LaCrZrSiO7，冷却后研 磨过200目筛，备用。
7. 根据权利要求1所述的一种高居里温度PTC热敏陶瓷材料，其特征在于制备方法如 下：首先采用常规的化学原料用固相法合成Baa ^Pba6Laac1c12TiOrCaTiSiOpLaCrZrSiO7，然 后按配方配料，将配好的料用蒸馏水或去离子水采用行星球磨机球磨混合，料：球：水的质 量比=1:3:0. 6~1. 0，球磨4~8小时后，烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量8~10%的 浓度为IOwt. %的聚乙烯醇溶液，进行造粒，混研后过40目筛，再在20~30Mpa压力下进行干 压成生坯片，然后在温度为1050~1100°C下保温1~3小时进行排胶和烧结，再在520~550°C 下保温10分钟进行烧银，形成银电极；再焊引线，进行包封，即得到高居里温度PTC热敏陶 瓷电阻器。
8. 根据权利要求1所述的一种高居里温度PTC热敏陶瓷材料，其特征在于：所 制备的高居里温度PTC热敏陶瓷居里温度高，达到345~355°C;室温电阻率低，为 91.8~100.1〇,〇11;升阻比（18〇?_ ￡/1^))高，达到4.3以上，为4.3~5.1;电阻温度系数 (a)大，达到 22. 3~24%/°C。
【专利摘要】本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指一种高居里温度PTC热敏陶瓷材料，其特征在于其配方组份按照摩尔百分比计算为：Ba0.398Pb0.6La0.002TiO3 92~99%，BN 0.1~4.0%，Bi2O3 0.01~2.8%，MnCO3 0.01~1.5%，CaTiSiO5 0.5~2%,SiO2 0.01~2.5%，LaCrZrSiO7 0.02~1.5%；其中Ba0.398Pb0.6La0.002TiO3、CaTiSiO5、LaCrZrSiO7分别采用常规化学原料以固相法合成。本发明的高居里温度PTC热敏陶瓷材料不仅烧结温度低、居里温度高而且PTC热敏性能好。
【IPC分类】C04B35-472, C04B35-622
【公开号】CN104844196
【申请号】CN201510167870
【发明人】黄新友, 高春华, 漆光智, 李军
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月10日