一種疊層片式鈦酸鋇ptc陶瓷的製備方法
2023-09-13 15:55:05 5
專利名稱：一種疊層片式鈦酸鋇ptc陶瓷的製備方法
技術領域：
本發明屬於電子陶瓷元件製備技術領域，具體涉及一種疊層片式鈦酸鋇PTC陶瓷的製備方法，該方法可以控制多孔鈦酸鋇PTC陶瓷的密度，所製備的陶瓷材料尤其適用於疊層PTC熱敏電阻器。
背景技術：
目前，隨著電子元件向微型化發展，疊層片式PTC熱敏電阻器得到了廣泛的研究。 在製作疊層器件的過程中，如何保持材料的低電阻率和高升阻比成了重點要研究的問題。 在配方固定的情況下，密度對材料的電性能起著決定性的影響，密度不僅影響著再氧化過程中PTC效應的產生和大小，而且在疊層片式元件的製備過程中對內電極在瓷體中的擴散起著決定性的作用，由此可見，找到一種控制瓷體密度的方法在多層片式PTC熱敏電阻器的製備過程中是一項很有意義的工作。1994年，In-Chyuan Ho通過在施主摻雜的BaTiO3 粉末中加入BN，在1160°C的燒結溫度下得到相對密度為91%以上的瓷片，其PTC效應可以達到4個數量級，但由於在空氣中燒結，晶粒較大，在7um以上。專利文獻US6984355B2通過固相法製備出結構為8層的多層片式PTC器件，並指出當BaTiO3基半導瓷的瓷體密度為 85% 90%時，器件的性能較佳，室溫電阻值為0. 15Ω 0. 11Ω，Ρ 效應為3. 0 3. 5個數量級，但其對密度和電性能之間的關係以及如何控制瓷體密度，沒有給出相關介紹。本發明從燒結工藝對材料的電性能影響的角度出發，目的在於通過改進工藝過程找到一種控制 BaTiO3基半導瓷瓷體密度的方法。
發明內容
本發明的目的在於提供一種疊層片式鈦酸鋇PTC陶瓷的製備方法，該方法製備的 PTC陶瓷和片式疊層器件具有再氧化溫度低、晶粒均勻細小、室溫電阻率小和PTC效應大的特點。本發明提供的一種疊層片式鈦酸鋇PTC陶瓷的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)將碳酸鋇、二氧化鈦、氧化釔、二氧化矽按下述化合物摩爾組分比混合；BaCO3 99 101，TiO2 :100，Y2O3 0. 1 0. 5，SiO2 0 0. 02 ；(2)球磨混合3 5小時後，將所得漿料進行烘乾、預燒處理，合成得到摻雜改性的鈦酸鋇粉體；(3)將獲得的鈦酸鋇粉體進行高能超細球磨，獲得粒徑大小為500nm以下的鈦酸鋇基PTC粉體；(4)將鈦酸鋇基PTC粉體配成流延漿料，流延出厚度為45um 70um的生坯膜片；(5)用層壓並印刷Ni內電極，製作成疊層片式結構；(6)切割成含有內電極的生坯片；(7)在還原氣氛中以1180 1240°C燒結，然後在空氣中以650°C 850°C進行再氧化，獲得所需的疊層片式陶瓷電阻。作為上述技術方案的改進，步驟(3)中，高能超細球磨採用直徑為1 6mm的小球，球磨時間為1 3小時。本發明方法通過改進位備材料的工藝過程來實現對BaTiO3基半導瓷瓷體密度的控制。具體而言，本發明具有以下優點(1)採用傳統的固相燒結方法，與傳統的生產工藝兼容，並結合了流延工藝製作片式PTCR元件。(2)相比於在空氣中燒結，在還原氣氛中燒結，在較低的溫度下就可以實現材料的半導化。採用還原氣氛下燒結和空氣中再氧化的工藝，不僅能有效地控制晶粒的大小，更適用於含有內電極的疊層PTCR元件的製備，保證器件的電性能。(3)本發明的材料配方中沒有加入澱粉之類的生孔劑，通過改變燒結溫度控制和燒結添加劑的含量控制材料的密度，製備出晶粒細小、空隙均勻的PTC材料。總之，本發明方法所製備的鈦酸鋇基半導體陶瓷的瓷體晶粒大小可以達到2. Ομπι 以下，密度可以控制在65% -98%之間，室溫電阻率在20-200 Ω . cm之間，疊層器件升阻比達3X102以上。
圖1為含有單對Ni電極的元件結構示意圖(1為燒滲的Ag-Zn電極，2為Ni內電極)。
具體實施例方式本發明提供的一種疊層片式鈦酸鋇PTC陶瓷的製備方法，具體包括以下步驟(1)將碳酸鋇、二氧化鈦、氧化釔、二氧化矽按下述化合物摩爾組分比混合；BaCO3 99 101，11 100, Y2O3 0. 1 0. 5，0 0. 02 ；(2)球磨混合後，將所得漿料進行烘乾、預燒處理，合成摻雜改性的鈦酸鋇粉體；(3)將獲得的鈦酸鋇粉體進行高能超細球磨，高能超細球磨採用直徑為1 6mm的小球，最終獲得粒徑大小為500nm以下的鈦酸鋇基PTC粉體；(4)將粉體配成流延漿料，用流延機流延出生坯膜片；(5)用熱壓機層壓並印刷Ni內電極，製作成疊層片式結構。(6)切割成固定尺寸的不含內電極的生坯片和含有多對內電極的器件。(7)在還原氣氛中以1180 1240°C燒結，然後在空氣中以650°C 850°C進行再氧化，獲得所需的疊層片式陶瓷電阻樣品。下面通過藉助實施例更加詳細地說明本發明，但以下實施例僅是說明性的，本發明的保護範圍並不受這些實施例的限制。實施例(1)將碳酸鋇、二氧化鈦、氧化釔、二氧化矽按化合物摩爾組分比混合，樣品1中 BaCO3 99, TiO2 IOOjY2O3 0. 5, SiO2 0. 01 ；樣品 2 中 BaCO3 IOLTiO2 IOOjY2O3 0.1， SiO2 0. 02 ；樣品 3 中 BaCO3 100，TiO2 100，Y2O3 0. 3 ；(2)將配得的粉料在行星式球磨機上球磨3 5小時，將球磨後的粉料烘乾，並在
4空氣中1100°C 1200°C預燒1 3小時。(3)將獲得的鈦酸鋇粉體進行高能超細球磨，高能超細球磨採用直徑為1 6mm的 ZrO2小球、球磨時間為1 3小時，然後烘乾；(4)將製得的陶瓷粉配成流延漿料。並將漿料用流延機流出膜片，厚度調為50 75um ；(5)用熱壓機將兩層厚度為70 90um的生粉膜壓在載板上，然後壓5層介質膜片作為保護層。採用片式元件絲網印刷機在膜片上印刷一層M電極，然後再壓10層介質膜， 再印刷一層電極，此時必須有一定的錯位，最後再壓5層介質膜作為保護層。切割得到尺寸 4. 72mmX2. 36mmX Imm的分立的含有單對Ni電極的小器件(如圖1所示)。，(6)在還原氣氛中以1180 1240°C燒結，然後分別在空氣中以650°C 850°C進行再氧化，獲得所需的陶瓷電阻樣品。其密度和電性能見表一。表一含有單對Ni電極的電阻元件的密度和電性能
權利要求
1.一種疊層片式鈦酸鋇PTC陶瓷的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)將碳酸鋇、二氧化鈦、氧化釔、二氧化矽按下述化合物摩爾組分比混合； BaCO3 99 101，TiA 100, Y2O3 0. 1 0. 5，SiO2 0 0. 02 ；(2)球磨混合後，將所得漿料進行烘乾、預燒處理，合成得到摻雜改性的鈦酸鋇粉體；(3)將獲得的鈦酸鋇粉體進行高能超細球磨，獲得粒徑大小為500nm以下的鈦酸鋇基 PTC粉體；(4)將鈦酸鋇基PTC粉體配成流延漿料，流延出生坯膜片；(5)層壓並印刷Ni內電極，製作成疊層片式結構；(6)切割成含有內電極的生坯片；(7)在還原氣氛中以1180 1240°C燒結，然後在空氣中以650°C 850°C進行再氧化， 獲得所需的疊層片式陶瓷電阻。
2.根據權利要求1所述的疊層片式鈦酸鋇PTC陶瓷的製備方法，其特徵在於，步驟(3) 中，高能超細球磨採用直徑為1 6mm的小球，球磨時間為1 3小時。
全文摘要
本發明公開的一種疊層片式鈦酸鋇PTC陶瓷的製備方法，①將下述化合物按摩爾組分比混合；BaCO3 99～101，TiO2 100，Y2O3 0.1～0.5，SiO2 0～0.02；②球磨混合3～5小時後，將所得漿料進行烘乾、預燒處理，得到鈦酸鋇粉體；③進行高能超細球磨，獲得粒徑500nm以下的粉體；④將粉體配成流延漿料，流延出45um～70um的生坯膜片；⑤層壓並印刷Ni內電極，製作成疊層片式結構；⑥切割成含有內電極的生坯片；⑦在還原氣氛中以1180～1240℃燒結，然後在空氣中以650℃～850℃進行再氧化，獲得所需的疊層片式陶瓷電阻。本發明所製備的半導體陶瓷的瓷體晶粒大小可以達到2.0μm以下，密度可以控制在65％-98％之間，室溫電阻率在20-200Ω.cm之間，疊層器件升阻比達3×102以上，居裡溫度在80℃～120℃。
文檔編號B32B18/00GK102503408SQ2011103082
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月12日 優先權日2011年10月12日
發明者傅邱雲, 周東祥, 胡云香, 鄭志平, 龔樹萍 申請人:華中科技大學