[發(fā)明專利]鈮酸鉀基V型PTC材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410110312.8
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103922736A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 朱興文;王生偉;劉怡茵;張?zhí)鹛?/a>;朱欣然;沈思月;姜文中;周曉
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

????本發(fā)明涉及一種在氮氣氣氛下燒結的具有高電阻非線性系數(shù)的NTC-PTC（V型PTC）陶瓷材料的制備方法，屬于電子陶瓷材料制備工藝技術領域。?

背景技術

溫度敏感型半導體陶瓷可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻材料（PTCR）、負溫度系數(shù)熱敏電阻材料（NTC）和開關型溫度敏感材料（CTR）三大類。傳統(tǒng)的PTCR元件均為BaTiO₃基陶瓷，廣泛應用于定溫加熱、溫度傳感和補償、線路限流保護以及過熱保護等領域；NTC材料以過渡金屬氧化物組成的尖晶石結構材料為代表，在溫度補償、傳感等領域應用十分廣泛，其產量每年以數(shù)千億只計。V型PTC材料在轉變溫度前呈現(xiàn)較強的NTC效應，在轉變溫度以上表現(xiàn)為PTC效應，它集NTC和PTC效應于一身，其應用前景誘人，不僅可實現(xiàn)元器件的多功能化，還能使器件小型化。本發(fā)明旨在開發(fā)一種全新體系的V型PTC材料，使其既具有很高電阻非線性系數(shù)的PTC效應（非線性系數(shù)最高達到20%/℃以上），同時在轉變溫度以下還具有極好的NTC效應（在50℃范圍內，電阻可下降3個數(shù)量級以上）。通常，BaTiO₃基陶瓷PTCR元件在居里溫度前也表現(xiàn)出一定的NTC效應，但其NTC效應比較弱，在200℃范圍內，其電阻下降也只有3-7倍，達不到實用化的效果。本發(fā)明采用與BaTiO₃同屬鈣鈦礦型結構且與之有平行相變的鐵電體KNbO₃材料，添加適量Ba、Sr、Ca等為半導化劑，在氮氣氣氛下制備KNbO₃半導陶瓷，獲得V型PTCR材料。?

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有高的電阻非線性系數(shù)的NTC-PTC（V型PTC）的新材料體系。?

一種新材料體系的V型熱敏陶瓷（V-PTC）的制備方法，其特征具有以下的材料配比及制備工藝：?

a)??????按化學分子式K_(1-x)M_xNbO₃進行配料，其中x=0.001~0.30，M=Ca、Ba、Sr中的至少一種；另外加入1mol%~9mol%的Al₂O₃和1mol%~5mol%的GeO₂燒結助劑。

b)??????本發(fā)明實施過程的初始原材料選自分析純或試劑級的K₂CO₃、GeO₂、Nb₂O₅、BaCO₃、CaCO₃、SrCO₃、Al₂O₃或含有這些金屬元素的其它無機鹽微米級粉體。材料中所用的KNbO₃?為傳統(tǒng)的固相反應法制備，即按分子摩爾比?Nb₂O₅：K₂CO₃?=?1:1的比列稱取上述兩種原料的分析純；以氧化鋯球和酒精為介質，將上述的Nb₂O₅和K₂CO₃混合料在行星球磨機內球磨1~36小時，烘干后在700~950℃溫度下固相反應2~4個小時，獲得KNbO₃粉體。?

c)??????按照上述配方分子式的摩爾比例取含有各元素的氧化物或者無機鹽，精確稱量之后，以二氧化鋯球和酒精為介質，將上述原料在行星磨上以150~800轉/分的轉速球磨2~12小時；將烘干后的粉末加2~15wt％的PVA（聚乙烯醇，濃度3~18wt％）造粒，以5~15MPa的壓力壓制Φ10×2.0mm的圓片；?

d)?????將壓制好的圓片于300~700℃下保溫0.5~5小時排膠，冷卻后將圓片在氮氣保護氣氛下進行燒結，燒結溫度為1000~1200℃，并在該溫度下保溫10~120min，使其充分燒結和實現(xiàn)固相反應；燒結后的樣品經表面打磨光滑以后，于超聲波里沖洗5~60min，然后以Ag-Zn漿料涂敷使金屬化，最終獲得高電阻溫度系數(shù)的V型熱敏陶瓷樣品。

本發(fā)明PTCR熱敏陶瓷電阻材料的電性能可以實現(xiàn)以下參數(shù)要求：轉變溫度Tb：~20℃，最小電阻<10⁴Ω·cm，PTC升阻比Rmax/Rmin>10⁴，電阻溫度系數(shù)α>20%，在-50℃~Tb溫度范圍內電阻下降>10³（NTC效應）。?