V₂O₃复合限流元件的制备方法

专利名称：V₂O₃复合限流元件的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种限流元件的制备方法，特别涉及一种V2O3复合限流元件的制备方法。
背景技术：
长期以来，掺杂BaTiO3陶瓷一直是人们所熟悉的典型PTC材料，施主掺杂BaTiO3陶瓷在居里点附近电阻增加IO3-IO7倍，显示出显著的PTC特性。BaTiO3PTC热敏陶瓷元件在电子设备、家用电器等方面获得了极为广泛的应用，但由于其PTC待性来源于陶瓷晶界效应，不可避免地受电压和频率的影响，同时在掺杂BaTiO3陶瓷中难以获得很低的常温电阻率(〈3 Q _)和较大的通流能力(> 3A )，因而材料在高电压和大 电流条件下的应用受到限制。让设计人员无法做出更多更好的选择，阻碍了电子工业的进步。因此，急需提供一种高电压和大电流的V2O3复合限流元件的制备方法。

发明内容
本发明的目的是提供一种高电压和大电流的V2O3复合限流元件的制备方法。本发明需要解决的技术问题是克服PTC陶瓷限流元件存在不易低阻化，易分层；V2O3限流元件存在易碎裂，寿命短，以及高分子PTC元件存在恢复特性差，寿命短等问题。本发明技术解决方案为在V2O3陶瓷粉末中添加聚四氟乙烯乳液，以V2O3陶瓷粉末为基材，在其中添加聚四氟乙烯作为粘接材料，经混合器造粒后，直接将混合料加入模具，放入压机预压成型制成毛坯，然后将毛坯放入烧结炉内烧结，冷却后可利用电镀或溅射方式在瓷坯两端形成金属电极。利用本发明方法能制备出各种规格的超小型，大电流的限流元件。可以满足下述技术指标1)尺寸彡￠5. 0、2)常温电阻率彡5Q. cm、3)寿命>1000次。本发明的基本构思是掺杂V2O3陶瓷是一种新型PTC材料.同BaTiO3陶瓷相比，其PTC效应来源于体内温度诱发的M-I相变，这种体效应不受电压和频率的影响，而且该材料具有低的常温电阻率(1-103 Q ^cm)和大的通流能力，与BaTi03等PTC材料比较，它们具有如下几个优点(I )临界温度(CTR )范围窄小，开关性能特好(2 )室温电阻率为10-3-10-5 Q. cm，比BaTi03低一个数量级，特别适用于大电流强度场合应用(3 )材料电压/频率没有相关性，应用范围广；(4 )材料热敏性由体效应引起，而BaTi03 PTC材料由边晶界引起，V2O3材料的特殊性质可使元件微型化。因此，可利用材料相变时电阻率、磁化率的突变而广泛应用于无接触点热电开关，热动继电器，温度探测器，智能加热器，大电流限流元件等。但是V2O3陶瓷与BaTi03材料热敏机理不同，V2O3材料属于体效应材料，M-I相变等热过程中各晶粒产生非均匀性形变，而陶瓷材料本身又缺乏足够的塑性形变机制补偿这种非均匀形变.相变时晶胞体积变化达1-1. 3 %。因此使用和制备过程中产生的应力十分巨大，微米晶粒级陶瓷材料容易产生微裂缝，造成电性能稳定性差，使用寿命短的致命缺陷，细化陶瓷晶粒、增加晶界减少应力、提高材料韧性是解决问题的有效途径。有机PTC主要由高分子聚合物掺入碳粉经挤压成形。碳粉形成碳链导电，受热时聚合物膨胀，碳链断裂形成高阻。有机PTC的主要优点有常温零功率电阻可以作得较小，适于串联在电流较大的功率电路内作过流保护、温度保险丝用，阻值突变速度快，热容小，恢复时间短。但其最大的缺点是受有机聚合物材质及构造机理所决定，每次经过流冲击后，阻值变大，不能恢复到原值，且当高压大电流脉冲冲击时，外包封易炸裂。存在恢复特性差，寿命短等问题。聚四氟乙烯(F4，PTFE)具有一系列优良的使用性能耐高温一长期使用温度200t^26(rC，耐低温一在_100°C时仍柔软；耐腐蚀一能耐王水和一切有机溶剂；耐气候一塑料中最佳的老化寿命；高润滑一具有塑料中最小的摩擦系数(0. 04);不粘性一具有固体材料中最小的表面张力而不粘附任何物质；无毒害一具有生理惰性；优异的电气性能，是理想的C级绝缘材料，报纸厚的一层就能阻挡1500V的高压；比冰还要光滑。聚四氟乙烯材料，广泛应用在国防军工、原子能、石油、无线电、电力机械、化学工业等重要部门。产品聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、车削板材。聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文缩写为PTFE。结构式为。20世纪30年代末期发现，40年代投入工业生产。性质聚四氟乙烯相对分子质量 较大，低的为数十万，高的达一千万以上，一般为数百万(聚合度在104数量级，而聚乙烯仅在103)。一般结晶度为90 95%，熔融温度为327°C 342°C。聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。温度低于19°C时，形成13/6螺旋；在19°C发生相变，分子稍微解开，形成15/7螺旋。聚四氟乙烯(PTFE )合成分为悬浮聚合和分散聚合，具体聚合方法的选择取决于制品的用途和成型工艺。悬浮聚合的PTFE树脂一般用于模压制品，填料制品的混合采用干法混合。乳液树脂通常用冷挤(压)后再烧结的工艺加工。具体来说，本发明的V2O3复合限流元件的制备方法，其特征是按照以下步骤制备
a、以V2O3陶瓷粉末为基材，在其中添加聚四氟乙烯乳液，经混和器进行干法混合，造粒；b、直接将造粒后的粉料加入模具，放入压机预压成型制成毛坯；c、然后将毛坯放入烧结炉内烧结；形成复合限流元件芯片；d、冷却后可利用电镀或溅射方式在芯片两端形成金属电极。本发明所述的V2O3复合限流元件的制备方法，在步骤a中V2O3陶瓷粉末和聚四氟乙烯乳液这两种原料的重量配比为V2O3陶瓷粉末70-90份，聚四氟乙烯乳液10-30份。本发明所述的V2O3复合限流元件的制备方法，在步骤b中预成型的压强控制在20_60MPa / cm2 。本发明所述的V2O3复合限流元件的制备方法，在步骤c中烧结温度控制在340 0C -390 0C。与前述现有同类产品相比，本发明的V2O3复合限流元件的制备方法解决了己有PTC陶瓷限流元件存在不易低阻化，易分层；V203限流元件存在易碎裂，寿命短，以及高分子PTC元件存在恢复特性差，寿命短等问题。利用本制造方法能制备出各种规格的超小型，大电流的限流元件。本发明的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。
具体实施方式
实施例I :本实施例中的V2O3复合限流元件的制备方法，其特征是按照以下步骤制备a、以V2O3陶瓷粉末为基材，在其中添加聚四氟乙烯乳液，经混和器进行干法混合，造粒；b、直接将造粒后的粉料加入模具，放入压机预压成型制成毛坯；c、然后将毛坯放入烧结炉内烧结；形成复合限流元件芯片；d、冷却后可利用电镀或溅射方式在芯片两端形成金属电极。本实施中在70gV203陶瓷粉末中添加30g悬浮聚四氟乙烯树脂，加入混合器内充分混和均匀，把混合料加入模具内模压成型，成型压强为28±4MPa / cm2，出模后放入烧结炉内烧结，烧结温度为370±20°C，冷却后出炉，两端涂In-Ga电极测得的体积电阻率为I. 53 Q. Cm0将上述制得冷却后的电阻坯体利用电镀或溅射方式在瓷坯两端形成金属电极。然后在断续寿命试验台上进行大电流冲击寿命试验。试验条件为电压9V，电流12A ;通断 时间开60s、关240s;测量条件:25°〇下、在0、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次测量一次室温电阻值，判定标准为电阻变化率〈20% ;测试结果见表I。实施例2 :本实施例与实施例I相似，所不同的是在80gV203陶瓷粉末中添加20g悬浮聚四氟乙烯树脂，加入混合器内充分混和均匀，把混合料加入模具内模压成型，成型压强为28±4MPa / cm2，出模后放入烧结炉内烧结，烧结温度为370±20°C，冷却后出炉，两端涂In-Ga电极测得的体积电阻率为I. 53Q. cm。将上述制得冷却后的电阻坯体利用电镀或溅射方式在瓷坯两端形成金属电极。然后在断续寿命试验台上进行大电流冲击寿命试验。试验条件为电压9V，电流12A ;通断时间开60s、关240s;测量条件25°C下、在O、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次测量一次室温电阻值，判定标准为电阻变化率〈20% ；测试结果见表I。实施例3 :本实施例与实施例I相似，所不同的是在90gV203陶瓷粉末中添加IOg悬浮聚四氟乙烯树脂，加入混合器内充分混和均匀，把混合料加入模具内模压成型，成型压强为28±4MPa / cm2，出模后放入烧结炉内烧结，烧结温度为370±20°C，冷却后出炉，两端涂In-Ga电极测得的体积电阻率为I. 53Q. cm。将上述制得冷却后的电阻坯体利用电镀或溅射方式在瓷坯两端形成金属电极。然后在断续寿命试验台上进行大电流冲击寿命试验。试验条件为电压9V，电流12A ;通断时间开60s、关240s;测量条件25°C下、在O、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次测量一次室温电阻值，判定标准为电阻变化率〈20% ；测试结果见表I。比较例I :本比较例与实施例I相似，所不同的是在95gV203陶瓷粉末中添加5g悬浮聚四氟乙烯树脂，加入混合器内充分混和均匀，把混合料加入模具内模压成型，成型压强为28±4MPa / cm2，出模后放入烧结炉内烧结，烧结温度为370±20°C，冷却后出炉，两端涂In-Ga电极测得的体积电阻率为I. 53 Q . cm。将上述制得冷却后的电阻坯体利用电镀或溅射方式在瓷坯两端形成金属电极。然后在断续寿命试验台上进行大电流冲击寿命试验。试验条件为电压9V，电流12A;通断时间开60s、关240s;测量条件25°C下、在O、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次测量一次室温电阻值，判定标准为电阻变化率〈20% ;测试结果见表I。比较例2 :本比较例与实施例相似，所不同的是在65gV203陶瓷粉末中添加35g悬浮聚四氟乙烯树脂，加入混合器内充分混和均匀，把混合料加入模具内模压成型，成型压强为28±4MPa / cm2，出模后放入烧结炉内烧结，烧结温度为370±20°C，冷却后出炉，两端涂In-Ga电极测得的体积电阻率为I. 53 Q . cm。将上述制得冷却后的电阻坯体利用电镀或溅射方式在瓷坯两端形成金属电极。然后在断续寿命试验台上进行大电流冲击寿命试验。试验条件为电压9V，电流12A;通断时间开60s、关240s;测量条件25°C下、在O、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次测量一次室温电阻值，判定标准为电阻变化率〈20% ;测试结果见表I。利用聚四氟乙烯乳液制备的V2O3复合限流元件性能一览表
权利要求
1.一种V2O3复合限流元件的制备方法，其特征是按照以下步骤制备 a、以V2O3陶瓷粉末为基材，在其中添加聚四氟乙烯乳液，经混和器进行干法混合，造粒; b、直接将造粒后的粉料加入模具，放入压机预压成型制成毛坯； c、然后将毛坯放入烧结炉内烧结；形成复合限流元件芯片； d、冷却后可利用电镀或溅射方式在芯片两端形成金属电极。
2.根据权利要求I所述的V2O3复合限流元件的制备方法，其特征是在步骤a中V2O3陶瓷粉末和聚四氟乙烯乳液这两种原料的重量配比为V2O3陶瓷粉末70-90份，聚四氟乙烯乳液10-30份。
3.根据权利要求I所述的V2O3复合限流元件的制备方法，其特征是在步骤b中预成型的压强控制在24-32MPa / cm2。
4.根据权利要求I所述的V2O3复合限流元件的制备方法，其特征是在步骤c中烧结温度控制在350°C -390°C。
全文摘要
本发明涉及一种V2O3复合限流元件的制备方法。该制备方法是按照以下步骤制备a、以V2O3陶瓷粉末为基材，在其中添加聚四氟乙烯乳液，经混和器进行干法混合，造粒；b、直接将造粒后的粉料加入模具，放入压机预压成型制成毛坯；c、然后将毛坯放入烧结炉内烧结；形成复合限流元件芯片；d、冷却后可利用电镀或溅射方式在芯片两端形成金属电极。本发明的V2O3复合限流元件的制备方法解决了己有PTC陶瓷限流元件存在不易低阻化，易分层；V2O3限流元件存在易碎裂，寿命短，以及高分子PTC元件存在恢复特性差，寿命短等问题。利用本制造方法能制备出各种规格的超小型，大电流的限流元件。
文档编号C04B35/495GK102682939SQ20121016355
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者杨敬义 申请人:成都顺康电子有限责任公司