[發明專利]高居里點無鉛PTC陶瓷電阻材料的制備方法

無效

• 申請號: 200810017336.3
• 申請日: 2008-01-18
• 公開（公告）號: CN101224979A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 蒲永平;王瑾菲
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/00;H01B3/12;H01C7/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 張震國

技術領域

本發明涉及一種陶瓷電阻材料的制備方法，具體涉及一種高居里點無鉛PTC陶瓷電阻材料的制備方法。

背景技術

PTCR(Positive?Temperature?Coefficient?Resistivity正溫度系數電阻)陶瓷材料已被廣泛應用于定溫發熱、彩電及彩色顯示器的消磁、用作電路的溫度補償元件、異步電機的啟動、照明燈具的延時啟動、電機的過流過熱保護、通訊電路過流保護等方面。另外，作為自控溫發熱體，尤其是高居里點(T_C)大功率的PTCR發熱體，在家電方面的需求量將以每年27％的速度增長。

目前國內外對高T_C的PTC陶瓷的研究主要有三個系統：(Ba，Pb)TiO₃系統、PbTiO₃-TiO₂系統以及BaPbO₃系統，上述三個系統中對(Ba，Pb)TiO₃系PTC陶瓷的研究較為廣泛和深入。然而，迄今為止，絕大多數可實用化的壓電和鐵電材料仍然是含鉛的。其中氧化鉛的含量約占原材料總質量的70％，由于含鉛材料在制備過程中存在PbO的揮發，不僅造成陶瓷中的化學計量比的偏離，使得產品的一致性和重復性降低，而且PbO的揮發對人體產生危害。此外，含鉛材料的廢棄物的處理過程也會對環境造成很大的污染。因此，隨著“禁鉛令”的日益臨近，尋找和開發非鉛基環境友好的壓電、鐵電材料是一項很有意義的研究課題。至今，在國內外尚未發現無鉛含鉍的高居里點的PTC陶瓷材料研究成功的報道，只有日本幾所大學開展相關的研究工作，而我國還處于研制初期。

目前，提高以鈣鈦礦型晶體結構的鐵電、介電材料的居里問題主要通過摻雜氧化物，而除Pb之外，目前只有鉍Bi能提高居里溫度。隨著“禁鉛令”的實施以及自控溫的高居里點、大功率的PTC陶瓷發熱體在家電方面的需求量急劇增長，研究無鉛的功能材料成為迫在眉睫的任務。

發明內容

本發明的目的在于提供一種對環境無鉛污染，高居里溫度，室溫為半導的具有PTC效應的高居里點無鉛陶瓷電阻材料的制備方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：首先按質量份數將26.2份的Na₂CO₃、116.5份的Bi₂O₃和79.9份的TiO₂混合得到混合物A；再按質量份數將79.9份的TiO₂和197.4份的BaCO₃混合得到混合物B，然后分別將混合物A、混合物B加入去離子水中球磨3-5小時，過濾后將球磨的粉料在80-100℃烘干；然后將烘干后的混合物A在800-850℃保溫1-2小時合成Na_0.5Bi_0.5TiO₃粉體，將烘干后的混合物B在1280-1350℃保溫1-2h合成BaTiO₃粉體；將合成的Na_0.5Bi_0.5TiO₃粉體、BaTiO₃粉體、半導化元素Ln和TiO₂按照(Na_0.5Bi_0.5)_x(Ba_1-x-z)TiO₃+zLn+2mol％TiO₂，其中0＜x＜0.01，0＜z＜1.0配比后球磨、干燥、造粒、成型坯體；將成型的坯體在還原氣氛下燒結，在管式氣氛爐中通氫氣，保證爐膛內的負壓還原氣氛，從室溫以150℃/h的升溫速率升到780℃/h，保溫1h，然后再以300-480℃的升溫速率升到1280-1350℃，保溫2h，再以爐溫200-300℃/h的降溫速率降到室溫，即得到半導化的陶瓷樣品；將半導性的陶瓷樣品在空氣中于400-680℃下再氧化1-2小時，使晶界得到氧化而形成晶界勢壘得到高居里點無鉛PTC陶瓷電阻材料。

本發明的Ln為三價或五價稀土微量半導化元素La、Nb、Y或Dy中的一種或一種以上的任意比例的混合物。

由于本發明以含鉍的無鉛鈦酸鉍鋇陶瓷為對象，通過調整各種工藝條件，制備出在室溫為半導的具有PTC效應的高居里點的無鉛陶瓷材料，高居里點溫度陶瓷材料將以往的用于提高居里溫度的鉛用其他元素替代，實現無鉛化，避免了電阻材料制造和使用中鉛對環境的污染、人體的傷害，響應了世界提倡的無鉛化，并且解決了無鉛高居里點陶瓷材料實現半導化的技術難題。