[發明專利]一種高居里點低電阻率無鉛PTCR陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201010123229.6
• 申請日: 2010-03-15
• 公開（公告）號: CN101830698A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 周東祥;龔樹萍;趙俊;邱傳貢
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;佛山市南海蜂窩電子制品有限公司
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/624
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

1.一種高居里點低電阻率無鉛PTCR陶瓷材料，其特征在于，該材料的組成為式①，式中：x＝0.1～0.5；y＝0.1～0.3；z＝0.001～0.01；j＝0.1～0.2；k＝0.01～0.05；w＝0.0001～0.001，成分中Ln為Sm、Nd、Y和La任一種或二種元素；Cn為Ca和Sr中的至少一種元素；

[Bi_0.5(Na_1-xK_x)_0.5]_y[Ba_1-y-z-j]TiO₃+zLn³⁺+jCn²⁺+k?Si²⁺+wMn(NO₃)₂???①。

2.一種權利要求1所述的高居里點低電阻率無鉛PTCR陶瓷材料的制備方法，其特征是，該制備方法包括下述步驟：

(1)配制溶液

采用純度大于等于99.8％的含上述金屬元素的金屬氧化物、碳酸鹽類、金屬醇鹽類、或溶于水的堿或者鹽類作為初始原料，分別制備含Bi、Na、K、Ba、Ti、Ln、Cn、Si、Mn離子的溶液，按式①中給出的摩爾比例配制混合溶液：

(2)制備凝膠

按上述混合溶液∶有機單體∶交連劑＝100ml∶(6～20)g∶(0.5～8)g的比例，在溶液中加入有機單體和交連劑，攪拌至有機單體及交連劑溶解，再加入引發劑和催化劑，在引發劑和催化劑的作用下，溶液中的有機單體和交連劑交聯聚合得到凝膠；

所述有機單體為丙烯酰胺；交連劑為N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺；引發劑為過硫酸銨或過氧化氫；催化劑為N，N，N’，N’-四甲基乙二胺；

所述引發劑和催化劑按溶液∶引發劑∶催化劑＝100ml∶(60～80)mg∶(1～2)ml的比例加入；

(3)制備粉體

將所得凝膠在700-800℃煅燒1～3小時，得到摻雜的BaTiO₃基無鉛PTCR陶瓷粉體；

(4)燒制陶瓷

將所得粉體加入造粒、干壓成型后在高溫1200℃～1300℃下燒結1～2小時，即得到無鉛高居里溫度PTCR陶瓷熱敏陶瓷。

3.根據權利要求2所述的一種高居里點低電阻率無鉛PTC陶瓷材料，其特征是，步驟(1)中，相關金屬氧化物為Bi₂O₃、Sm₂O₃、Nd₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃；碳酸鹽類為BaCO₃、CaCO₃、SrCO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃；金屬醇鹽類為Si(OC₂H₅)₄和Ti(OC₄H₉)₄。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：在步驟(1)中，按Bi₂O₃∶硝酸＝1∶(6～8)的摩爾比，稱量Bi₂O₃與硝酸，在硝酸中加入去離子水稀釋，再將稀釋后的溶液與Bi₂O₃混合，加熱至80℃，攪拌，反應完成后，得到含有Bi³⁺的溶液，并加氨水至pH為7～8；

Na₂CO₃、K₂CO₃分別加入去離子水配成水溶液；

按BaCO₃∶檸檬酸＝1∶(3～6)的摩爾比，稱量碳酸鋇BaCO₃與檸檬酸。首先在檸檬酸中加入去離子水，配制成檸檬酸溶液，再將檸檬酸溶液與BaCO₃混合，反應完成后，得到含有Ba²⁺的溶液，并加氨水至pH為7；

按鈦酸丁酯Ti(OC₄H₉)₄∶檸檬酸＝1∶(1～1.2)的重量比，稱量鈦酸丁酯Ti(OC₄H₉)₄與檸檬酸，在檸檬酸中加入去離子水，配制成檸檬酸溶液，并用氨水調節pH值為6～7，將所得溶液與鈦酸丁酯Ti(OC₄H₉)₄混合，加熱至80℃～85℃，攪拌后靜置，得到含有Ti⁴⁺的溶液，并加氨水至pH為7～8；

Ln離子溶液的配制，將Ln₂O₃(Sm₂O₃、Nd₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃)按Ln₂O₃∶硝酸＝1∶(6～8)的摩爾比，稱量Ln₂O₃(Sm₂O₃、Nd₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃)與硝酸，在硝酸中加入去離子水稀釋，再將稀釋后的溶液與Ln₂O₃(Sm₂O₃、Nd₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃)混合，加熱至80℃～85℃，攪拌，反應完成后，得到含有Ln³⁺(Sm³⁺、Nd³⁺、Y³⁺、La³⁺)的溶液，并加氨水至pH為7～8；

Cn離子溶液的配制，按CnCO₃(CaCO₃、SrCO₃)∶檸檬酸＝1∶(3～6)的摩爾比，稱量碳酸鋇CnCO₃(CaCO₃、SrCO₃)與檸檬酸。首先在檸檬酸中加入去離子水，配制成檸檬酸溶液，再將檸檬酸溶液與CnCO₃(CaCO₃、SrCO₃)混合，反應完成后，得到含有Cn²⁺(Ca²⁺、Sr²⁺)的溶液，并加氨水至pH為7；

按正硅酸乙酯Si(OC₂H₅)₄∶檸檬酸＝1∶(1～1.2)的摩爾比，稱量正硅酸乙酯Si(OC₂H₅)₄與檸檬酸，在檸檬酸中加入去離子水，配制成檸檬酸溶液，再將檸檬酸溶液與正硅酸乙酯Si(OC₂H₅)₄混合，攪拌，反應完成后，得到含有Si²⁺的溶液；

Mn(NO₃)₂加入去離子水配成水溶液。