[發明專利]一種無鉛高居里溫度BaTiO3基正溫度系數熱敏陶瓷的制備方法

有效

• 申請號: 201710144733.6
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106866135B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 彭志堅;楊夢夢;王成彪;符秀麗
• 申請（專利權）人: 中國地質大學(北京)
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種無鉛高居里溫度BaTiO₃基正溫度系數熱敏陶瓷及其制備方法，屬于高技術功能陶瓷及其應用領域。所述陶瓷以四方鈣鈦礦BaTiO₃相為基質，以(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃為提高居里溫度的移峰劑，以稀土氧化物Ta₂O₅或Sm₂O₃降低室溫電阻率，并且添加過渡金屬氧化物MnO₂來提高升阻比；所述制備方法采用一鍋法制備這種無鉛BaTiO₃基熱敏陶瓷，并采用還原?再氧化的燒結方法來獲得熱敏特性優異的BaTiO₃基正溫度系數熱敏陶瓷；所述制備方法依次包括“稱量→混料→球磨→烘干→煅燒→研磨過篩→造粒→壓片→排膠→燒結→被電極”工藝方法和步驟。這種BaTiO₃基熱敏陶瓷的居里溫度高、升阻比高、室溫電阻率低，并且實現了無鉛化，特別適合用于發熱、過熱與過流保護、溫度監控與感應等器件。

技術領域

本發明涉及一種無鉛高居里溫度BaTiO₃基正溫度系數熱敏陶瓷及其制備方法，屬于高技術功能陶瓷及其應用領域。

背景技術

BaTiO₃基正溫度系數熱敏陶瓷材料的正溫度特性是由Heywang等人通過在鈦酸鋇中摻入少量高價稀土陽離子發現的(Heywang W,et al.Journal of America CeramicSociety,1964, 47(10):484-490)。與高膨脹陶瓷基復合正溫度系數熱敏材料、聚合物基復合正溫度系數熱敏陶瓷材料以及V₂O₃、BaPbO₃基正溫度系數熱敏陶瓷材料相比，BaTiO₃基正溫度系數熱敏陶瓷材料具有穩定性高、居里溫度以及室溫電阻率可控等優點。BaTiO₃基正溫度系數熱敏陶瓷材料隨溫度變化具有以下特征：陶瓷材料在低溫階段保持低電阻率，當基體溫度達到由鐵電相(四方相)向順電相(立方相)轉變的溫度時，電阻率會急劇增加，可由室溫時的10～10³Ω·cm 上升到10⁴-10⁷Ω·cm，該相轉變溫度即為居里溫度T_c；而且電阻率隨著材料溫度的升降能循環可逆變化。BaTiO₃基正溫度系數熱敏陶瓷材料不僅具有可控的居里溫度、室溫電阻率以及升阻比，而且能夠實現小型化，因此開發BaTiO₃基正溫度系數熱敏陶瓷材料既具有重要經濟價值，也具有戰略意義。

BaTiO₃基正溫度系數熱敏陶瓷材料具有制造方便、成本廉價、壽命長、安全節能等特點，常用于發熱、過熱與過流保護、溫度監控與感應等器件，已經得到了廣泛應用。但是，傳統的BaTiO₃基正溫度系數熱敏陶瓷材料居里溫度較低，難于滿足120℃以上溫度下的使用。為了進一步提高其居里溫度，降低其室溫電阻率，并提高其升阻比，有必要對傳統的BaTiO₃基正溫度系數熱敏陶瓷材料進一步進行改性研究。

但是，常見的使用溫度大于120℃的BaTiO₃基正溫度系數熱敏陶瓷材料中多為含鉛材料。眾所周知，含鉛陶瓷材料在制備過程中存在鉛元素易揮發的問題，這不僅會造成陶瓷的化學組成的偏離，使產品的一致性和重復性下降，而且鉛元素會污染環境和傷害人體。因此，歐盟在2006年就通過了《關于在電子電氣設備中禁止使用含鉛等某些有害物質的指令》 (ROHS指令)等法規，嚴格規范鉛在電子陶瓷中的使用；世界許多國家也有類似的規定。