专利名称：一种ato基ptc材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种ATO基PTC材料的制备方法，该方法制备的ATO材料能够应用于自控发热领域。该材料化学性质稳定，能够在强酸、强碱等恶劣化学环境下使用。
背景技术：
二氧化锡(SnO2)是一种禁带宽度为3. 6eV的η型半导体材料。由于其高电子迁移率(109. 56cm2/Vs)，高载流子浓度(1. 23 X 1019cm3)，高透光性，高折射率(1.9-2)以及高温化学稳定性等物理化学性质，掺杂和未掺杂的SnO2基透明薄膜已得到广泛应用，如用于防静电填料，透明导电涂层，紫外屏蔽膜，气敏元件，光电显示屏，太阳能电池，锂离子电池电极，压敏电阻等方面。
材料具有PTC (Positive Temperature Coe ff icient)效应，即材料的电阻值随着温度的升高而增加。一般大多数金属具有正温度系数，而陶瓷大多具有NTC(NegatiVe TemperatureCoefficient)效应，对于具有PTC效应的陶瓷，称为PTC陶瓷。由于陶瓷具有良好的耐高温性能和抗氧化性能，所以PTC陶瓷一般都用于制备自控发热体材料。根据这种材料所特有的电阻-温度、电流-电压以及电流-时间关系特性，在计算机、通讯设备、空调设备、电冰箱、美容设备、电器保护、电子玩具等方面都有广泛的应用。传统的PTC陶瓷主要以BaTiO3和PbTiO3基陶瓷为主，由于含铅材料在使用和生产过程中容易造成环境污染，目前，很多国家和地区已经严格限制含铅材料的使用。BaTiO3基陶瓷由于居里温度较低 (Tc 120°C )，一般只能应用在低温领域，而且BaTiO3陶瓷的烧结温度很高(> 1300°C )， 能耗较大。Sb掺杂的SnO2导电材料具有功率密度高、化学稳定性好、低污染等优点，目前已大量应用于洗脚盆加热管、小型饮水机加热管等领域，但由于ATO陶瓷具有NTC效应，给使用安全带来了一定隐患，因此，有必要开发ATO基PTC材料。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种ATO基PTC材料的制备方法，该方法原料易得、工艺简单，对设备要求不高，成本低，易于产业化，并且制备的ATO材料化学性质稳定，能够在强酸、强碱等恶劣化学环境下使用。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种ATO基PTC材料的制备方法， 其特征在于包括以下步骤
I)制备PS玻璃粉以磷酸氢二铵、氧化亚锡，或者以磷酸氢二铵、氯化亚锡为原料，原料中的P2O5和Sn的摩尔比为O. 2 O. 9，将原料混合均匀后在400 1000°C热处理 10 100分钟，将玻璃熔体淬火，研磨获得PS玻璃粉；
2)将锡源物质、锑源物质、掺杂剂，及采用PS玻璃粉的粘结剂，按照质量分数40 90%，1% 30%，0% 25%和5% 40%进行混合；
3)将上述混合后的粉体压制成型后，在300 1200°C热处理O. 5 48小时获得 ATO基PTC材料。
作为优选，所述锡源物质为二氧化锡、草酸亚锡、氯化亚锡的任意一种，或者它们任意组合的混合物。作为优选，所述锑源物质为三氧化二锑、三氯化锑或者它们任意组合的混合物。
作为优选，所述掺杂剂为二氧化铈、氧化钴或者它们任意组合的混合物。
作为优选，所述步骤I)的原料中的P2O5和Sn的摩尔比为O. 2 O. 4。
最后，所述步骤3)中的热处理温度为400 800°C，时间2小时。
与现有技术相比，本发明的优点在于原材料中不含有铅等严重污染环境的原料， 对环境勿扰较小；相对于BaTiO3陶瓷(烧结温度> 1300°C)以及传统的ATO陶瓷(烧结温度> 1400°C )而言，热处理温度显著降低，能耗下降；另外，作为一种新型的ATO材料，它具有SnO2基材料化学稳定性好的优点，可以应用于强酸、强碱等的化学环境恶劣的领域。本制备方法所采用的原料易得，流程少，工艺简单，对设备要求不高，成本低，易于产业化。
图1a-1c :产物的电镜照片；
图2a_2c :产物的X射线衍射图3a_3c :产物的电阻-温度曲线。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
以磷酸氢二铵和氧化亚锡为原料，P2O5和Sn的摩尔比为O. 3，将原料混合均匀后在 900°C热处理15分钟，然后通过水淬，将获得的玻璃渣进行粉碎，获得PS玻璃粉。称取I克的PS玻璃粉，5克的草酸亚锡，O. 2克的氯化亚锡，O. 5克的三氧化二锑，O.1克的二氧化铈， 将上述原料进行混合，压制成型，然后在600度热处理2小时，获得产物a，产物a的扫描电镜照片见图la，粉末X射线衍射图见图2a，产物的电阻-温度曲线3a。
实施例2
以磷酸氢二铵和氯化亚锡为原料，P2O5和Sn的摩尔比为O. 4，将原料混合均匀后在 600°C热处理15分钟，然后通过水淬，将获得的玻璃渣进行粉碎，获得PS玻璃粉。称取1. 5 克的PS玻璃粉，5克的二氧化锡，O. 5克的三氧化二锑，O. 3克的二氧化铈，将上述原料进行混合，压制成型，然后在500度热处理2小时，获得产物b，产物b的扫描电镜照片见图lb， 粉末X射线衍射图见图2b，产物的电阻-温度曲线3b。
实施例3
以磷酸氢二铵和氧化亚锡为原料，P2O5和Sn的摩尔比为O. 3，将原料混合均匀后在 900°C热处理15分钟，然后通过水淬，将获得的玻璃渣进行粉碎，获得PS玻璃粉。称取1. O 克的PS玻璃粉，5克的草酸亚锡，O. 4克的三氧化二锑，O. 25克的二氧化铈，O. 2克氧化钴， 将上述原料进行混合，压制成型，然后在500度热处理2小时，获得产物C，产物c的扫描电镜照片见图lc，粉末X射线衍射图见图2c，产物的电阻-温度曲线3c。
权利要求
1.一种ATO基PTC材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤 1)制备PS玻璃粉以磷酸氢二铵、氧化亚锡，或者以磷酸氢二铵、氯化亚锡为原料，原料中的P2O5和Sn的摩尔比为O. 2 O. 9，将原料混合均匀后在400 1000°C热处理10 100分钟，将玻璃熔体淬火，研磨获得PS玻璃粉； 2)将锡源物质、锑源物质、掺杂剂，及采用PS玻璃粉的粘结剂，按照质量分数40 90%，1% 30%，0% 25%和5% 40%进行混合； 3)将上述混合后的粉体压制成型后，在300 1200°C热处理O.5 48小时获得ATO基PTC材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述锡源物质为二氧化锡、草酸亚锡、氯化亚锡的任意一种，或者它们任意组合的混合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述锑源物质为三氧化二锑、三氯化锑或者它们任意组合的混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述掺杂剂为二氧化铈、氧化钴或者它们任意组合的混合物。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤I)的原料中的P2O5和Sn的摩尔比为O. 2 O. 4。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤3)中的热处理温度为400 800°C，时间2小时。
全文摘要
本发明涉及一种ATO基PTC材料的制备方法，以磷酸氢二铵、氧化亚锡，或磷酸氢二铵、氯化亚锡为原料制备PS玻璃粉，将PS玻璃粉与锡源物质、锑源物质、掺杂剂按照一质量分数5％～40％，40～90％，1％～30％和0％～25％进行混合，最后将混合后的粉末压制成型后，在300～1200℃处理0.5～48小时既得ATO基PTC材料。本制备方法所采用的原料不含有铅等严重污染环境的原料，对环境勿扰较小，且热处理温度显著降低，能耗下降，制得的ATO材料具有SnO2基材料化学稳定性好的优点。本发明原料易得，流程少，工艺简单，对设备要求不高，成本低，易于产业化，并在酸性、中性和碱性条件下均能够使用，适用面广。
文档编号C04B35/457GK103011801SQ201110288889
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者李志祥, 许高杰, 李勇, 蒋俊, 段雷 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所