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PTC陶瓷材料及提高PTC陶瓷材料居里点以下电阻温

作者:admin 发布时间:2019-08-28 11:36 浏览:

  该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于中国科学院上海硅酸盐研究所,未经中国科学院上海硅酸盐研究所许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服】

  本发明属于电子陶瓷材料制备技术领域,具体涉及一种PTC陶▽•●◆瓷材料、其制备方法以及提高PTC陶瓷材料居里点以下电阻温度稳定性的方法。

  PTC(Positive◇•■★▼ Temperature Coefficient,正温度系数)陶瓷材料是一种半导化的☆△◆▲■铁电陶瓷,其电阻会随着温度的升高先降低,然后在居里点以上因相变而呈现阶跃升高。PTC陶瓷材料可以用于恒温加热、过流保护、温度传感器、延时启•○▲-•■□●动等相关电子元件中,在家用电器和工业领域中有着非常广泛的应用。随着电器节能化和电子元件小型化的发展需求,在恒温加热的应用方面,受到电子元件对启动功率的限制以及低温到高温全温度段正常工作的要求,PTC陶瓷材料在居里点以下温度区间内的电阻温度稳定性问题显得比较突出。根据PTC陶瓷材料的电阻-温度特性,在居里温度以下的▲●…△温度范围内,PTC陶瓷的电阻-温度关系为负温度系数,即电阻随温度的升高而降低,而这一下降幅度对PTC陶瓷加□◁热元件的启动功率影响很大。为了降低PTC陶瓷加热元件的启动功率,通常采用提高PTC陶瓷加热材料的室温电阻这一方法,然而,当PTC陶瓷加热材料室温电阻提高到一定程度,虽然在室温下可以正常启动,但由于其低温下的电阻值比室温电阻值更大,PTC陶瓷加热元件的低温启动就会变得非常困难,极易造成低温工作失效,从而限制了PTC陶瓷加热元件从低温到高温全温度段的加热使用。因此,提高PTC陶瓷加热材料居里点以下的电阻温度稳定性对拓展PTC陶瓷材料应用温度范围和提升其工作可靠性有着非常重要▲=○▼的实用意义。

  在PTC陶瓷材料的研究方面,以往人们关注的焦点主要是无铅化高居里点的PTC陶瓷材料、PTC陶瓷材料的室温电阻低阻化、改善居里点附近电阻的突跳幅度(电阻温度系数)和高度,以及降低PTC陶瓷材料的烧结温度等,以适应各种应用需求,而关于如何提高P●TC陶瓷材料在居里点以下的温度区△▪▲□△间内电阻的温度稳定性的研究相对较少,在已有公开的专利申请中,还未见相关报道。

  本发明旨在克服现有PTC陶瓷材料在居里点以下随温度变化电阻稳定性差▼▲的缺陷,本发明提供了一种在居里点以下随温度变化电阻稳定的PTC陶瓷材料、其制备方法以及提高PTC陶瓷材料居里点以下电阻温度稳定性的方法。

  较△▪▲□△佳地,所述PTC陶瓷材料居里点以下具有较高的电阻温度稳定性,电阻温度系数为40~45%/℃。该材料的使用温度可以在-55-80℃的环境下正常工作,也不局限在居里点以下。

  1)按所述PTC组成的化学式称量BaCO3粉体、TiO2粉体、CaCO3粉◆■体、Y2O3粉体,均匀混合后在1100-1200℃保温,得到钛酸钡粉体;

  2)按所述PTC组成的化学式称量步骤1)制备的钛酸钡粉体、Al2O3粉体、SiO2粉体、MnCO3粉体,均匀混合后依次经过造粒、压片成型得到PTC陶瓷素坯;

  3)将步骤2)制备的PTC陶瓷素坯先在600-700℃排胶、再在1200-1400℃保温烧结,得到所述PTC陶瓷材料;

  所述方法也可以采用一次性混合制备,即按所述PTC组成的化学式称量BaCO3粉体、TiO2粉体、CaCO3粉体、Y2O3粉体、Al2O3粉体、SiO2粉体、MnCO3粉体,均匀混合后依次经过造粒、压片成型得到PTC陶瓷素坯,再将PTC陶瓷素坯依次在600-700℃排胶、在1200-1400℃保温烧结,得到所述PTC陶瓷材料。

  较佳地,步骤2)中,混合的方式包括高能球磨混合,球磨转速为2000转/分钟-4000转/分钟,球磨时间0.5-2小时,球磨后的粉体粒径为0.2-0.4μm。

  较佳地,步骤2)中,所述钛酸钡粉体、Al2O3粉体、SiO2粉体、MnCO3粉体在被球磨混合后、造粒之前,在50-100℃烘干。

  较佳地,步骤3)中,排胶过程▲★-●中,升温速率为1℃/分钟,排胶时间为10-60分钟。

  较佳地,步骤3)中,烧结过程中,升温速率为4-6℃/分钟,保温烧结时间为0.5-2小时。

  此外,本发明还提供了一种提高PTC陶瓷材料居▪•★里点以下电阻温度稳定性的方法,在高温固相烧结法制备PTC陶瓷材料的过程中,将原料粉体放入砂磨机中进行高能球磨,高能球磨的转速为2000转/分钟-4000转/分钟,球磨时间为0.5-2小时,其中,所述PTC陶瓷材料包括组成化学式为Ba1-x-yCaxYyTi1.01O3-aAl2O3-bSiO2-cMnCO3的PTC陶瓷材料,x=0.04~0.06,y=0.004-0.007,a=0.02~0.04,b=0.2~0.3,c=0.05-0.07。

  较佳地,高能球磨的球磨介质包括氧化◆●△▼●锆,原料粉体与球磨介质的质量比为(1~2):(2~3),球磨后的粉体粒径为0.2-0.4μm。

  通过对高能球磨的条件进行优化,可以获得在居里点以下的温度范围内具有较高电阻温度稳定性的PTC陶瓷加热材料,解决了PTC陶瓷加热材料因启动功率受限所导致的低温工作失效的问题,从而实现PTC陶瓷加热材料从低温到高温全温度段的正常工作。

  图1示出了本发明的一个实施方式中制备的PTC陶瓷材料与传统工艺制备的PTC陶瓷材料在居里点以下的电阻温度特性曲线。

  以下结合附图和•□▼◁▼下述实施方式进一步说明本发明,应理解,附图及下述实施方式仅用于▷•●说明本发明,而非限制本发明。

  本发明的目的在于,从PTC陶瓷材料的实际应用出发,提供一种提高PTC陶瓷加热材料在居里点以下的温度范围内电阻温度稳定性的制备方法。采用该方法制备的PTC陶瓷加热材料烧成后的晶粒均匀,在居里点以下的温度范围内具有较高的电阻温度稳定性,可在低温到高温全温度段的范围内工作。

  本发明提供了一种提高PTC陶瓷材料居里点以下电阻温度稳定性的方法,包括以下步骤:


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