多層疊片結構熱敏電阻器的製作方法
2023-10-31 03:26:22 2
專利名稱：多層疊片結構熱敏電阻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多層並聯疊片結構熱敏電阻器的材料成份和製備工藝。
自1951年荷蘭的Heywang首次發現BaTiO3中PTCR(正溫度係數電阻)效應以來，PTCR效應的開發與應用得到了迅速的發展。無論是工業電子設備，還是家用電器產品幾乎到處可見PTC元件。在BaTiO3系PTCR材料不斷完善的同時，也在開發新的體系的PTCR材料。目前以BaTiO3為基的PTCR陶瓷材料與器件的研究主要集中於降低室溫電阻，提高溫度係數和升阻比，及增大功率，提高穩定性等方面。通過改變成份及工藝條件降低電阻已近極限。例如日本專利特開昭58-6310，通過摻Fe，Ni類金屬粉未來降低室溫電阻，其室溫電阻可達10～15Ω。這種方法雖然能夠在某種程度上降低BaTiO3系PTC材料的室溫電阻，但它不可避免地要降低PTC效應，即溫度係數和升阻比。
本發明的目的是設計一種多層疊片結構的熱敏電阻器，改變疊片的材料成份及製備工藝，使熱敏電阻器的室溫電阻降低，使用電流提高，以滿足當今電子元件小型化的需要。
本發明的內容是多層疊片結構熱敏電阻器，由熱敏電阻片、內電極、端電極和焊腿組成，熱敏電阻片為單數片。熱敏電阻片之間間隔有內電極，二者相疊後在端部塗有端電極。焊腿與端電極相接。
熱敏電阻器的製備方法，由下列各步驟組成(1)以BaTiO3為主成份，添加0.11%-1.5%mol Pb(Li0.25Nb0.75)O3和0.1%-1.5% mol Li2CO3再加入0.04%-0.1%mol MnO作受主摻雜，最後加入0.5%-1.5%mol SiO2和0.5%-1.5%mol Bi2O3，將上述粉料球磨混合，製成PTC陶瓷粉料備用;
(2)將上述PTC粉料用燒制後切片或流延後乾燥的方法製成薄片;
(3)用30～50%wt的Pd和50～70%ut的Ag以及少量上述步驟(1)製得的PTC材料、少量Zn、Sn金屬粉一起混均，並加入適量有機溶劑，製成漿狀的電極材料;
(4)在上述步驟(2)製成的薄片二面塗上電極材料;
(5)以並聯方式將塗有電極材料的奇數片PTC薄片相疊，相疊後的整體兩端塗以電極材料，在1000℃～1350℃下燒成陶瓷熱敏電阻器。
另一種製備熱敏電阻器的方法由下列各步驟組成(1)取40～50%wt的聚合物與10～60%wt的導電粒子和以上所述的鈦酸鋇PTC粉料和CaCO3粉料相互混合後，在130℃～350℃下熱混合成PTCR複合材料。上述的聚合物為選自高密度聚乙烯、尼龍6、尼龍11、尼龍12中的任何一種，上述的導電粒子為選自V2O3、乙炔碳黑、天然石墨、Cu、Fe、Al的金屬粉末中的任何一種，導電粒子的粒度在0.1μm-50μm之間;
(2)將上述PTCR複合材料壓成或軋成片狀;
(3)將上述PTCR複合材料薄片在100～150℃下進行低溫熱處理4-6hr;
(4)在上述PTCR複合材料薄片二面粘貼金屬鋁箔作為電極;
(5)將上述粘貼有電極的奇數片薄片相疊，相疊後的整體兩端粘貼金屬鋁箔電極，在100～280℃下熱壓成複合材料多層疊片結構熱敏電阻器。
圖1是本發明設計的熱敏電阻器的電路原理圖。
圖2是熱敏電阻器的結構示意圖。
圖3是熱敏電阻器PTC性能實驗結果。
圖4是實施例的PTC性能實驗結果。
下面結合附圖，進一步詳細介紹本發明的內容。圖1和圖2中，1是電極，2是熱敏電阻片，3是端電極，4是焊腿。圖1(a)是熱敏電阻片和電極相互疊放的形式，圖中熱敏電阻片為5片。圖1(b)和圖1(c)為電路模型。以並聯方式疊片，器件總電阻R為每單片電阻Ri的1/N倍，即R＝ 1/(N) Ri，其中N為疊片層數。根據圖1(a)的結構特點，N為奇數層。疊片層數越多室溫電阻值越低。將具有上述結構的熱敏電阻器在一定溫度下製成後，外部用玻璃包封，形成完整的器件。
實施例1以共沉澱製備的純BaTiO3超細粉末為主成份，添加0.15%mol Pb(Li0.25Nb0.75)O3，1.0%mol LiCO3，1%mol TiO2及0.5%mol SiO2，0.167%mol AbO3和0.1%mol M2O2，將上述粉料球磨混合後，採用傳統陶瓷工藝即燒制後切片製備成PTC陶瓷體材，其中燒結溫度為1300℃。用內圓切工具機，將PTC瓷塊切成厚0.4mm的長方溥片備用。用配好的電極漿料按圖2塗於薄片上，然後進行1、3、5、7不同層數的疊片，再將其置於馬福爐內進行燒電極，溫度為800℃～1000℃，從而製成PTC陶瓷熱敏電阻器。其所得結果如圖3所示。
實施例2將30%wt的乙炔碳黑與高密度聚乙烯(HDPE6098)在140℃下熱混合成PTCR複合材料，同時加入1%wtCaCO3和2.5%wt鈦酸鋇陶瓷PTCR粉料。將此材料在110℃烘箱內進行恆溫熱處理4hr。此種熱處理工藝可以在原有PTC特性基礎上進一步降低室溫電阻率，而且升阻比不變或略有提高，因而有很大的實用性。得到的室溫電阻較低(143Ω)，且有一定升阻比的PTC複合材料如圖4所示。將準備好的PTC複合材料熱壓成片狀，在薄片二面粘貼上金屬鋁箔作為電極，然後疊成奇數片，在120℃下熱壓，使電極與PTCR複合材料成為歐姆接觸。得到室溫電阻為原PTCR材料室溫電阻1/N倍，升阻比不變的多層疊片結構熱敏電阻器。
實施例3將粒徑為50μm的不鏽鋼粉末按體積百分數20%Vol與Nylon-6(尼龍6)在300℃～350℃下進行熱混合，同時加入1%wtCaCO3，然後熱軋製成約0.5mm厚的PTC複合材料薄片。用金屬鋁箔作電極，將5片薄片按圖2所示結構進行疊片，在250℃下熱壓，使電極與PTC複合材料成為歐姆接觸，得到室溫電阻率為＜10Ω，升阻比為3～4數量級的多層疊片結構熱敏電阻器。
多層結構熱敏電阻器可在PTCR材料原有電阻基礎上有效降低室溫電阻，提高使用電流而實驗表明，同時PTCR特性中溫度係數和升阻比不受大的損失，如圖4所示。它的體積小，室溫電阻低的特點在電器的過熱，過流保護開關方面有廣泛應用前景。
權利要求
1.一種多層疊片結構熱敏電阻器，其特徵在於熱敏電阻器由熱敏電阻片、內電極、端電極和焊腿組成，所述的熱敏電阻片為奇數片，熱敏電阻片之間間隔有內電極，二者相疊後在其端部塗有端電極，所述的焊腿與端電極相接。
2.一種製備如權利要求1所述的熱敏電阻器的方法，其特徵在於該方法由下列各步驟組成(1)以BaTiO3為主成份，添加0.11%-1.5%mol Pb(Li0.25Nb0.75)O3和0.1%-1.5%mol Li2CO3再加入0.04%-0.1%mol MnO作受主摻雜，最後加入0.5%-1.5%mol SiO2和0.5%-1.5%mol Bi2O3，將上述粉料球磨混合，製成PTC陶瓷粉料備用;(2)將上述PTC粉料用燒制後切片或流延後乾燥的方法製成薄片;(3)有30～50%wt的Pd和50～70%wt的Ag以及少量上述步驟(1)製得的PTC材料、少量Zn、Sn金屬粉一起混均，並加入適量有機溶劑，製成漿狀的電極材料;(4)在上述步驟(2)製成的薄片二面塗上電極材-料;(5)以並聯方式將塗有電極材料的奇數片PTC薄片相疊，相疊後的整體兩端塗以電極材料，在1150℃～1350℃下燒成陶瓷熱敏電阻器。
3.一種製備如權利要求1所述的熱敏電阻器的方法，其特徵在於該方法由下列各步驟組成(1)取40～50%wt的聚合物與10～60%wt的導電粒子和少量如權利要求(2)所述的鈦酸鋇PTC粉料、少量CaCO3粉料相互混合後在130℃～350℃下熱混合成PTCR複合材料，所述的聚合物為選自高密度聚乙烯、尼龍6、尼龍11、尼龍12中的任何一種，所述的導電粒子為選自V2O3、乙炔碳黑、天然石墨和Cu、Fe、Al的金屬粉末中的任何一種，導電粒子的粒度在0.1μm-50μm之間;(2)將上述PTCR複合材料壓成或軋成片狀;(3)將上述PTCR複合材料薄片在100℃～150℃下進行低溫熱處理4-6hr;(4)在上述PTCR複合材料薄片二面粘貼金屬鋁箔作為電極;(5)將上述粘貼有電極的奇數片薄片相疊，相疊後的整體兩端粘貼金屬鋁箔電極，在100～280℃下熱壓成複合材料多層疊片結構熱敏電阻器。
全文摘要
本發明涉及一種多層並聯疊片結構熱敏電阻器的材料及製備工藝。熱敏電阻片的材料可以是以BaTiO
文檔編號H01C7/02GK1088709SQ93120338
公開日1994年6月29日 申請日期1993年12月4日 優先權日1993年12月4日
發明者周志剛, 王玲玲, 周和平, 王利臣, 吳嘉真 申請人:清華大學