本发明涉及一种具有正温度系数(PTC)的热敏电阻中材料的制造方法,特别是一种制造多孔的PTC热敏电阻用的BaTiO3陶瓷材料的方法。 长久以来,采用添加受主剂Mn、Cr或Fe来提高PTCBaTiO3陶瓷材料的性能(PTC效应及其正温度系数值)。但用这种方法存在室温电阻率难以降低和稳定性不好的缺点。近几年来,国外采用草酸盐法制造多孔PTCBaTiO3陶瓷材料,在没有受主剂Mn、Cr或Fe的加入下,PTC效应可以增大到7至8个数量级。但这种方法要求的原材料为草酸钛酸钡,并且在热分解后所得BaTiO3的纯度要求高于99.95%,所以不适合在我国进行大规模的生产。
本发明的任务是提供一种新的制造多孔PTC热敏电阻材料的方法,选用石墨作造孔剂,加入到PTCBaTiO3陶瓷材料中,要求增强其PTC效应,降低其室温电阻率,具有很好的一致性。
本发明的任务是按以下方式完成的:将PTCBaTiO3陶瓷材料原有配方的各种原料充分混合后,进行预烧,合成基料;将合成基料粉碎后,与一定量的石墨混合后,球磨、成型和烧结,就能获得多孔PTCBaTiO3陶瓷材料。
本发明的方法就在于烧结中石墨地挥发,达到造孔的目的,改变其微观结构。石墨挥发产生的还原气氛,能有利于PTCBaTiO3陶瓷材料的半导化,降低其室温电阻率;石墨造孔产生的许多气孔,使得PTCBaTiO3陶瓷材料的晶界更有利于氧化,形成受主态,从而增强了PTC效应。所以对多种PTCBaTiO3陶瓷材料配方,采用本发明的石墨造孔后,都能提高原有性能。
本发明只采用一般的陶瓷工艺和设备,也不需对PTCBaTiO3陶瓷材料原有配方作任何修改,采用石墨造孔的方法,就可以获得具有低的室温电阻率并且PTC效应、一致性都优良的PTC热敏电阻材料。
本发明用以下具体实施例作进一步的说明:按照PTCBaTiO3陶瓷材料的原有配方合成PTCBaTiO3陶瓷基料,例如按摩尔比BaCO3∶TiO2=1∶1.01称取原料,添加其它改性添加剂如Nb2O5(0.05~0.20mol%)和AST(Al2O3+SiO2+TiO2,3~5mol%)充分混合,在1000~1100℃预烧1~2小时,合成PTCBaTiO3陶瓷基料。把这基料粉碎后,加入预先准备好的一定量的石墨粉混合均匀,球磨3~4小时。外加石墨0.5~5Wt%,粒度为0.1~5微米。然后用一般制备PTCBaTiO3陶瓷材料相同的条件加压成型。在1250~1350℃的温度下烧结0.5~2小时,就制得所需多孔PTC热敏电阻陶瓷材料。也采用通用方法加上电极,制得石墨造孔的多孔PTC热敏电阻。
以下结合附图对本发明作进一步描述:
图1为制备石墨造孔PTCBaTiO3热敏电阻的工艺流程图。
图2为石墨造孔PTCBaTiO3陶瓷材料的烧结工艺曲线图。
图3为石墨造孔PTCBaTiO3陶瓷材料显气孔率与外加石墨重量百分比的关系图。
图4为石墨造孔PTCBaTiO3陶瓷材料的室温电阻率ρ与外加石墨重量百分比的关系曲线图。
图5为不同外加石墨重量百分比下,石墨造孔PTCBaTiO3陶瓷材料logρ(ohm·cm)与温度T变化的特性曲线图。图中曲线O表示外加石墨重量百分比为OWt%,曲线1至5表示外加石墨重量百分比分别为:0.5;1.0;1.5;2.0;2.5Wt%。
图6为以上具体实施例中制得的各样品的室温电阻率值的分散情况图。
图7为以上具体实施例中制得的各样品的电阻率比值(最大电阻率与最小电阻率的比值,即ρmax/ρmin)的分散情况图。
参照图1,该图示出了以上具体实施例的工艺流程图。
图2示出了以上具体实施例的烧结工艺曲线图。
图3为显气孔率与外加石墨重量百分比的关系图,可以看出随石墨重量百分比的增加,显气孔率基本上线性地增加。
图4为室温电阻率ρ与外加石墨重量百分比的关系曲线图。可以看出外加石墨重量百分比比较低时(小于2Wt%),室温电阻率比较低;外加石墨重量百分比大于5Wt%时,随外加石墨重量百分比的增大,室温电阻率显著增大。
图5为不同外加石墨重量百分比下,石墨造孔的PTCBaTiO3陶瓷材料的电阻率ρ的对数随温度变化的特性曲线图。可以看出石墨造孔后,PTC效应(如曲线2、3、4)比没有石墨造孔的(曲线O)要高出1至2个数量级。可见石墨造孔对于提高PTC效应十分明显,而且室温电阻率低(如曲线2)。
图6为各样品的室温电阻率的分散情况图。可以看出75%样品的室温电阻率分布在30至400hm·cm范围内。
图7为各样品具有的最大电阻率(在高温工作区)与最小电阻率(在相对低温区)的比值的分散情况图。可以看出90%样品的电阻率的比值分布在1×105至2×105范围内。
PTCBaTiO3陶瓷材料在不采用石墨造孔前,材料的分散性很大,现今从图6、7可知,采用石墨造孔后,材料的分散性得到很大的改善。
如在以上具体实施例中,以施主添加剂La、Sb等取代Nb进行配方,采用石墨造孔,也能获得与以上一样性能优良的材料。