[發(fā)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

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• 申請日: 2010-03-15
• 公開（公告）號: CN101830698A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)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

技術領域

本發(fā)明屬于功能陶瓷材料技術領域，具體涉及一種BaTiO₃基高居里點低電阻率無鉛PTCR陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

PTCR一般是指具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻材料或元器件。典型的PTCR材料是以鈦酸鋇為基的半導體陶瓷材料，其特點是當環(huán)境溫度上升到某一點溫度時(居里點或稱開關溫度點)其電阻值將猛增幾個數(shù)量級。用這種材料作為發(fā)熱體其發(fā)熱功率幾乎不隨外加電壓的變化而變化，因而有自動恒溫的功能。同時因其具有元件結構簡單、成本低廉、節(jié)約能源、無明火及安全可靠等一系列優(yōu)點而廣泛應用于工業(yè)和軍用電子設備，以及家用電器等領域。

目前國內外應用的高溫PTCR材料大都是含鉛的鈦酸鋇基半導體陶瓷材料，是以鈦酸鉛作為移動劑實現(xiàn)居里點向高溫的移動。而鉛離子的毒害性是眾所周知的，含鉛PTCR陶瓷從制備、使用到回收都存在鉛危害。這是因為鉛是一種強烈神經(jīng)毒性的重金屬元素，是當今諸多危害人體健康的有害元素之一。鉛進入人體后，通過血液侵入大腦神經(jīng)組織，使營養(yǎng)物質和氧氣供應不足，造成腦組織損傷，嚴重者可能導致終身殘廢。目前世界各國已開始禁止或嚴格控制鉛的使用。為此，開發(fā)鈦酸鋇基無鉛高溫PTCR材料已成為國內外的研究熱點。

制備鈦酸鋇基無鉛高溫PTCR材料，其居里點的移動通常采用(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃作為移動劑。例如中國發(fā)明專利，公開號CN10128473A，公開了一種無鉛高居里點PTCR材料，其主要成分組成為：(Bi_0.5Na_0.5)_x(Ba_1-x)TiO₃(主分子式)，其中x＝0.01～0.10，配方中另含有微量半導化元素等。其制造工藝是：先分別合成(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃和BaTiO₃，而后再按主分子式的配比，同時加入微量半導化元素進行合成，所得材料電阻率為1000Ωcm左右，升阻比(最大電阻與最小電阻之比)≥3個數(shù)量級。再如中國發(fā)明專利，公開號CN?101284731A，也公開了一種無鉛高居里點PTCR材料及其制備方法，其主晶相組成同樣為：(Bi_0.5Na_0.5)x(Ba_1-x)TiO₃(主分子式)，其中x＝0～0.5，同樣配方中也另含有La、Ca、Sr等微量元素等。制備工藝采用一次合成的方法。所得材料電阻率為800Ωcm，升阻比為2～4個數(shù)量級。上述材料的電阻率較高、升阻比偏小，整體PTC效應欠佳，滿足不了低電壓應用場合(例如汽車空調等低壓電器)的技術要求。

在制備工藝方面一般均采用傳統(tǒng)的固相燒結方法(包括上述CN10128473A、CN?101284731A等中國發(fā)明專利)，在初期的混料中，一般都采用去離子水作為介質進行濕法球磨，由于鈉鹽屬水溶性鹽類，在球磨過程中很容易造成鈉離子流失，導致材料化學配比偏離。同時由于合成溫度較高(1000℃左右)，使Bi元素極其容易揮發(fā)，同樣會導致材料化學配比偏離。對于鈣鈦礦(ABO₃)結構的(Bi_0.5Na_0.5)_x(Ba_1-x)TiO₃材料，由于鈉離子的流失和Bi元素的揮發(fā)，必將產(chǎn)生大量的A位離子空位，其結果將形成高濃度的受主雜質，影響材料的半導體化，難以得到低電阻率的PTC材料。因此，必須開發(fā)新的材料體系或新的工藝方法，充分降低材料電阻率，以滿足不同領域的應用要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種高居里點低電阻率無鉛PTCR陶瓷材料，該陶瓷材料具有高居里點、低電阻率的特點；本發(fā)明還提供的該陶瓷材料的制備方法。

本發(fā)明提供的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；