专利名称：负温度系数热敏陶瓷的微波烧结方法
技术领域：
本发明涉及一种负温度系数热敏陶瓷的微波烧结方法微波烧结对于陶瓷的制备近年来取得了很多的进展并日益受到重视。由于其具有快速、灵敏、节能、高效和功能剪裁等常规方法所不具备的多种优点，它在陶瓷烧结制备上的应用前景相当广阔。微波加热与常规加热的区别在于微波直接与物体内部原子或分子产生耦合吸收微波能，从而达到使物体自身加热，不需通过热传导来使物体升温。这样微波能量得到有效的利用，降低能耗，也使物体的升降温控制迅速灵敏，可以实现对样品的快速加热和降温。同时由于介电常数的差异，不同的原子或分子对微波能的吸收各不相同，可以实现对样品的不同组分的选择性加热，达到功能剪裁的目的。另外由于微波加热的独特性，产生一种称之为“微波效应”的现象，如加强原子扩散、降低活化能等。目前国内和国外都有用微波成功烧结功能陶瓷的报道，但还主要局限于制备高强度、韧性和硬度的结构陶瓷，如Al2O3、Si3N4、SiC等，在电子陶瓷，尤其是热敏陶瓷方面的应用还较少。微波用于电子陶瓷的烧结为电子陶瓷制备提供了新的途径和方法。
本发明在经过多年的研究及大量的实验，研制出一种负温度系数热敏陶瓷的微波烧结方法，该方法利用微波烧结NTC热敏陶瓷以及结合中国专利ZL971172560的技术，制备具有较小晶粒尺寸和气孔小、分布均匀的NTC热敏陶瓷；并利用微波烧结降低烧结成瓷温度，降低烧结时间和节省能源。
本发明目的在于，研制的负温度系数热敏陶瓷的微波烧结方法，首先分别配制二元系或三元系或四元系氧化物的负温度系数热敏材料；用常规的共沉淀法制备负温度系数热敏粉体生坯；将生坯放入带有Al2O3纤维保温体、Al2O3刚玉保温体、NiCrAl合金管屏蔽微波的双铂铑热电偶保温体中，再将保温体整体放入2.45GHz多模式反应腔微波烧结装置内，在低于2.5KW的功率下进行烧结即可。该方法具有节能省时，大幅度缩短了工艺生产周期，提高了负温度系数元件的生产效率。
本发明所述的负温度系数热敏陶瓷的微波烧结方法按下列步骤进行a、首先分别配制二元系或三元系或四元系氧化物的负温度系数热敏材料；b、将配制好的氧化物负温度系数热敏材料用常规的共沉淀法制备负温度系数热敏材料粉体生坯；c、将生坯放入保温体(3)中，然后将(1)Al2O3纤维保温体、(2)Al2O3刚玉保温体、(3)保温体、(4)生坯、(5)NiCrAl合金管屏蔽微波的双铂铑热电偶整体放入2.45GHz多模式反应腔微波烧结装置内，在低于2.5KW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℃±50℃，恒温30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φ50负温度系数热敏电阻陶瓷。
d、在烧结中，采用NiCrAl合金管屏蔽微波热电偶测温，计算机采集温度数值；其中二元系氧化物的负温度系数热敏材料为锰-镍；三元系氧化物的负温度系数热敏材料为钴-锰-镍或锰-镍-铁或钴-锰-铜或锰-镍-镁或锰-镍-铝；四元系氧化物的负温度系数热敏材料为锰-镍-镁-铝或钴-锰-铜-铁或钴-锰-镍-铝；在步骤c中可以通过调节升温速率来调节材料常数B值。
本发明所述的负温度系数热敏陶瓷的微波烧结方法，该方法具有以下特点1)、将常规烧结工艺的36小时缩短到微波烧结工艺的4小时，由于微波烧结是整体加热，材料的均匀性和一致性得到了提高，阻值和B值的一致性很好。该工艺具有节能省时的优势，并大幅缩短了工艺生产周期，从而提高NTC元件的生产效率。
2)、NTC元件阻值在1％以内的成品率由常规烧结工艺的15％-45％提高到微波烧结工艺的50％-60％；阻值在2％以内的由常规烧结工艺的60％-75％提高到微波烧结工艺的80％-85％，提高了NTC元件的高精度元件成品率，从而提高了生产效益。
3)、材料参数B值在不改变恒温温度及时间的前提下可通过调节升温速率进行2％范围内的调节，这是常规烧结工艺无法实现的。
参见附1为本发明样品的放置及保温体结构示意中(1)为带上下盖板的圆筒状Al2O3纤维保温体；(2)为带上下盖板的圆筒状Al2O3刚玉保温体；(3)为中国专利ZL97117256.0 MgAl2O4-LaCrO3保温体；(4)为被烧结的NTC热敏材料生坯样品；(5)为采用NiCrAl合金管屏蔽微波的双铂铑热电偶。
实施例1a、首先分别配制二元系锰-镍氧化物的负温度系数热敏材料；b、将配制好的锰-镍氧化物负温度系数热敏材料用常规的共沉淀法制备负温度系数热敏粉体生坯；c、将生坯放入保温体(3)中，然后将(1)Al2O3纤维保温体、(2)Al2O3刚玉保温体、(3)保温体、(4)生坯、(5)NiCrAl合金管屏蔽微波的双铂铑热电偶整体放入2.45GHz多模式反应腔微波烧结装置内，在室温至600℃温区加微波功率为0.8KW，升温速率为6℃/min，在600-1150℃温区升温速率为10℃/min，在1150℃，恒温30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块体负温度系数热敏电阻陶瓷，成瓷密度为5.26g/cm3，材料常数B值为3560±O.3％且一致性良好的热敏陶瓷材料。制成的NTC热敏电阻元件阻值在1％以内的元件成品率由常规烧结工艺的45％提高到微波烧结工艺的60％.
d、在烧结中，采用NiCrAl合金管屏蔽微波热电偶测温，计算机采集温度数值。
实施例2a、首先分别配制三元系钴-锰-镍或锰-镍-铁或钴-锰-铜或锰-镍-镁或锰-镍-铝氧化物的负温度系数热敏材料；b、将配制好的三元系氧化物负温度系数热敏材料用常规的共沉淀法制备负温度系数热敏粉体生坯；c、将生坯放入保温体(3)中，然后将(1)Al2O3纤维保温体、(2)Al2O3刚玉保温体、(3)保温体、(4)生坯、(5)NiCrAl合金管屏蔽微波的双铂铑热电偶整体放入2.45GHz多模式反应腔微波烧结装置内，在室温至600℃温区加微波功率为1.0KW，升温速率为10℃/min，在600-1150℃温区加微波功率1.5-2.2KW，升温速率为15℃/min，在1150℃恒温30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块体负温度系数热敏电阻陶瓷，成瓷密度为4.99-5.32g/cm3，材料常数B值为3250-3650±0.3％且一致性良好的热敏陶瓷材料。制成的NTC热敏电阻元件阻值在1％以内的元件成品率由常规烧结工艺的15％提高到微波烧结工艺的50％.
d、在烧结中，采用NiCrAl合金管屏蔽微波热电偶测温，计算机采集温度数值。
实施例3a、首先分别配制四元系锰-镍-镁-铝或钴-锰-铜-铁或钴-锰-镍-铝氧化物的负温度系数热敏材料；b、将配制好的四元系氧化物负温度系数热敏材料用常规的共沉淀法制备负温度系数热敏粉体生坯；c、将生坯放入保温体(3)中，然后将(1)Al2O3纤维保温体、(2)Al2O3刚玉保温体、(3)保温体、(4)生坯、(5)NiCrAl合金管屏蔽微波的双铂铑热电偶整体放入2.45GHz多模式反应腔微波烧结装置内，在室温至600℃温区加微波功率为1.0KW，升温速率为10℃/min，在600-1150℃温区加微波功率1.5-2.2KW，升温速率为15℃/min，在1150℃恒温30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块体负温度系数热敏电阻陶瓷，成瓷密度为5.0-5.40g/cm3，材料常数B值为3450-3850±0.3％且一致性良好的热敏陶瓷。制成的NTC热敏电阻元件阻值在1％以内的元件成品率由常规烧结工艺的25％提高到微波烧结工艺的60％。
d、在烧结中，采用NiCrAl合金管屏蔽微波热电偶测温，计算机采集温度数值。
权利要求
1.一种负温度系数热敏陶瓷的微波烧结方法，其特征在于按下列步骤进行a、首先分别配制二元系或三元系或四元系氧化物的负温度系数热敏材料；b、将配制好的氧化物负温度系数热敏材料用常规的共沉淀法制备负温度系数热敏材料粉体生坯；c、将生坯放入保温体(3)中，然后将(1)Al2O3纤维保温体、(2)Al2O3刚玉保温体、(3)保温体、(4)生坯、(5)NiCrAl合金管屏蔽微波的双铂铑热电偶整体放入2.45GHz多模式反应腔微波烧结装置内，在低于2.5KW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℃±50℃，恒温30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φ50负温度系数热敏电阻陶瓷。d、在烧结中，采用NiCrAl合金管屏蔽微波热电偶测温，计算机采集温度数值；
2.根据权利要求1所述的负温度系数热敏陶瓷的微波烧结方法，其特征在于二元系氧化物的负温度系数热敏材料为锰-镍；三元系氧化物的负温度系数热敏材料为钴-锰-镍或锰-镍-铁或钴-锰-铜或锰-镍-镁或锰-镍-铝；四元系氧化物的负温度系数热敏材料为锰-镍-镁-铝或钴-锰-铜-铁或钴-锰-镍-铝；
3.根据权利要求1所述的负温度系数热敏陶瓷的微波烧结方法，其特征在于在步骤c中可以通过调节升温速率来调节材料常数B值。
全文摘要
本发明涉及一种负温度系数热敏电阻陶瓷的微波烧结方法,首先分别配制二元系或三元系或四元系氧化物的负温度系数热敏材料;用常规的共沉淀法制备粉体生坯;将生坯放入保温体中,再将保温体整体放入多模式反应腔微波烧结装置内,在低于2.5KW的功率下进行烧结即可。经该方法烧结的热敏电阻陶瓷晶粒细小、致密。并大幅度提高了高精度热敏电阻元件的成品率。将常规烧结工艺的36小时缩短到微波烧结工艺的4小时,提高了负温度系数元件的生产效率。
文档编号C04B35/01GK1357512SQ01124430
公开日2002年7月10日 申请日期2001年7月27日 优先权日2001年7月27日
发明者常爱民, 庄建文, 杨文 , 韩英 申请人:中国科学院新疆物理研究所