專利名稱：一種片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷的水基流延成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及片式陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種片式正溫度系數(shù)熱敏陶 瓷的綠色化成型方法。
背景技術(shù)：
片式BaTi03基正溫度系數(shù)熱敏材料(Positive Temperature Coefficient of Resistance簡稱PTCR)屬于高性能陶瓷材料，高性能陶瓷的一個(gè)研究重點(diǎn) 是提高陶瓷的可靠性(Reliability),而陶瓷材料可靠性差是由陶瓷本身的脆 性及由陶瓷的制備方法(如粉體的制備、成型方法、干燥過程及燒結(jié)過程) 所決定的，其中，成型是陶瓷制備過程中重要的一環(huán)，在其中起著承上啟 下的作用，對提高陶瓷產(chǎn)品的性能具有極大的影響。這是由于在范德華吸 引力作用下，陶瓷顆粒團(tuán)聚無處不在，而團(tuán)聚體的存在將直接影響成型坯 體的均勻性及制品燒結(jié)過程中的變形、開裂和其它燒結(jié)行為。因此克服粉 體的團(tuán)聚，制備顯微結(jié)構(gòu)均勻的坯體，是高性能陶瓷對成型工藝的首要要 求之一。與體式元件相比，由于片式PTCR的瓷體尺寸更小更薄，對坯體 結(jié)構(gòu)的均勻性要求更高，為此制備厚度滿足要求、結(jié)構(gòu)均勻且具有一定機(jī) 械強(qiáng)度和致密度的坯片是片式PTCR實(shí)現(xiàn)多層化的重要環(huán)節(jié)。流延成型是一種能夠獲得高質(zhì)量、超薄型陶瓷基片的成型方法，所制 備的陶瓷生坯膜，廣泛用于MLCC、混合電路基片、微芯片封裝等。成型 過程如下將含有陶瓷粉體、溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑且混合均勻 的漿料置于料斗中，漿料經(jīng)過料斗出漿口不斷地向運(yùn)動著的基帶上流出， 這樣漿料在基帶上延展開來，并隨著基帶向前運(yùn)動，再經(jīng)過干燥使溶劑揮發(fā)，形成膜狀坯體。再根據(jù)需要可將膜切斷、沖孔，也可在膜上作金屬化 處理。目前國內(nèi)外多采用以有機(jī)物作為溶劑的有機(jī)流延來制備陶瓷生坯。有 機(jī)流延制備的陶瓷生坯結(jié)構(gòu)均勻、強(qiáng)度高、柔韌性好，便于切割和加工， 但由于在有機(jī)流延工藝中使用了大量有毒、易燃的有機(jī)溶劑(苯、甲苯、 二乙苯等)，對環(huán)境污染嚴(yán)重且成本高。此外，由于其漿料中有機(jī)物含量較 高，生坯密度低，排脂過程中坯體容易變形開裂。因此，近年來人們開始 研究使用水作為溶劑的水基流延體系，該體系不僅可以實(shí)現(xiàn)綠色化生產(chǎn)， 而且成本低廉，以水為溶劑的水基流延取代有機(jī)流延已經(jīng)成為了不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，崔學(xué)民等人在硅酸鹽通報(bào)2004， 2， pp40-43中報(bào)導(dǎo)了水基流延陶 瓷生坯的技術(shù)方案，但其陶瓷生坯的柔韌性較差，容易出現(xiàn)裂紋缺陷，強(qiáng) 度不高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷的水基流延成型 方法，利用該方法得到的陶瓷生坯表面平整光滑、強(qiáng)度高、柔韌性好，可 纏繞巻曲，而且片式PTCR陶瓷晶粒細(xì)化。一種片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷的水基流延成型方法，依次包括以下步1) 將去離子水和分散劑加入到納米BaTi03基正溫度系數(shù)熱敏陶瓷粉體中，其中陶瓷粉體在混合物中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為70 80%，分散劑質(zhì)量為 陶瓷粉體質(zhì)量的1.5 3%,球磨混合3 5h，得到BaTi03水漿料；2) 在BaTi03水漿料中加入粘結(jié)劑和增塑劑，其中粘結(jié)劑質(zhì)量為陶瓷粉體質(zhì)量的7.0 9.5%，增塑劑質(zhì)量為粘結(jié)劑質(zhì)量的60 80%，球磨混合2 3小時(shí)，過篩，得到水基流延漿料；3) 將水基流延漿料進(jìn)行流延處理，將流延得到的濕膜干燥，得到陶瓷生坯；4) 將陶瓷生坯切成方形樣品，燒結(jié)，得到片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述步驟4)的燒結(jié)溫度為1240 1260°C，燒結(jié) 時(shí)間為30 60min。本發(fā)明具有如下技術(shù)效果-1) 以水為溶劑不僅減少了對環(huán)境及人體的危害，而且降低了生產(chǎn)成本。2) BaTi03基PTCR陶瓷的水基流延漿料具有剪切稀性，所得的陶瓷生 坯表面平整光滑、強(qiáng)度高、柔韌性好，可纏繞巻曲。3) 由于PTCR元件利用的是BaTi03多晶陶瓷的晶界效應(yīng)，其PTC效應(yīng) 與兩電極間所有晶界的數(shù)目直接相關(guān)，片式PTCR陶瓷的厚度僅幾十微米， 要提fe其PTC效應(yīng)、耐受電壓和可靠性，必須使陶瓷細(xì)晶化，增加單層陶 瓷瓷片內(nèi)的晶界數(shù)。采用納米級的BaTi03基PTCR粉體，獲得的粉體組分 均勻、純度高、粒徑小、活性高，因此可有效降低陶瓷的燒成溫度，使片 式PTCR陶瓷晶粒細(xì)化。4) 具有設(shè)備簡單、可連續(xù)操作、生產(chǎn)效率高、勞動強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)，適 合大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明在125(TC燒成的片式PTCR陶瓷的電阻-溫度特性曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例l1) BaTi03水漿料的制備稱取平均粒徑約為40nrn的BaTi03基PTCR粉體50g，加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 為10。/。的聚甲基丙烯酸銨水溶液7.5g及去離子水13.9g，球磨混合3h。2) BaTi03基水基流延漿料的制備在BaTi03水漿料中，再加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%的聚乙烯醇水溶液40g 作為粘結(jié)劑、及2.4g丙三醇作為增塑劑，球磨混合3h，過250目篩后，得 到BaTi03基PTCR陶瓷的水基流延漿料。3) 納米BaTi03基PTCR陶瓷粉體水基流延生坯的制備將漿料在流延設(shè)備上以lcm/s的速度流延，得到的濕膜在空氣中干燥 10h，得到陶瓷生坯。4) 片式PTCR陶瓷的燒成將水基流延成型的陶瓷生坯切成小方塊樣品，在1250°C下燒結(jié)30min， 得到片式PTCR陶瓷，陶瓷的平均晶粒尺寸為1 2pm。5) 電極燒滲在125(TC下燒成的片式PTCR陶瓷的兩面涂覆Al電極漿料，然后在 64(TC下燒滲，得到片式PTCR熱敏電阻。測得樣品的室溫電阻率為 435Qxm，樣品的電阻-溫度特性曲線如圖1所示，其中升阻比為U2xl04， 溫度系數(shù)為9.96。/0.。C1。實(shí)施例21) BaTiCb水漿料的制備稱取平均粒徑約為20nm的BaTi03基PTCR粉體50g，加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%的聚甲基丙烯酸銨水溶液10g及去離子水6.7g，球磨混合5h。2) BaTi03基水基流延漿料的制備在BaTi03水漿料中，再加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10。/。的聚乙烯醇水溶液47.5g作為粘結(jié)劑、及3.8g鄰苯二甲酸二丁酯作為增塑劑，球磨混合2h，過250 目篩后，得到BaTi03基PTCR陶瓷的水基流延漿料。3) 納米BaTi03基PTCR陶瓷粉體水基流延生坯的制備將槳料在流延設(shè)備上以1.7cm/s的速度流延，得到的濕膜在空氣中干燥 24h，得到陶瓷生坯。4) 片式PTC陶瓷的燒成將水基流延成型的陶瓷生坯切成小方塊樣品，在126(TC下燒結(jié)60min， 得到片式PTCR陶瓷，陶瓷的平均晶粒尺寸約為lpm。5) 電極燒滲在片式PTCR陶瓷的兩面涂覆Al電極漿料，然后在64(TC下燒滲，得 到片式PTCR熱敏電阻。測得樣品的室溫電阻率為546Qxm，升阻比為 3.35x104，溫度系數(shù)為10.92。/。.。Cr1。實(shí)施例31) BaTi03水漿料的制備稱取平均粒徑為70nm的BaTi03基PTCR粉體50g，加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 20%的聚丙烯酸銨水溶液5g及去離子水11.7g，球磨混合4h。2) BaTi03基水基流延漿料的制備在BaTi03水漿料中，再加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為55%的聚丙稀酸乙酯乳液7.3g 作為粘結(jié)劑、及3.1g聚乙二醇作為增塑劑，球磨混合3h，過250目篩后， 得到BaTi03基PTCR陶瓷的水基流延漿料。3) 納米BaTK)3基PTCR陶瓷粉體水基流延生坯的制備將漿料在流延設(shè)備上以2cm/s的速度流延，得到的濕膜在空氣中干燥 20h，得到陶瓷生坯。4) 片式PTCR陶瓷的燒成將水基流延成型的陶瓷生坯切成小方塊樣品，在125(TC下燒結(jié)30min，得到片式PTCR陶瓷，陶瓷的平均晶粒尺寸為l~2pm。 5)電極燒滲在片式PTCR陶瓷的兩面涂覆Al電極漿料，然后在640。C下燒滲，得 到片式PTCR熱敏電阻。測得樣品的室溫電阻率為445Q，cm，升阻比為 3.05x104,溫度系數(shù)為10.78。/。.。CT1。實(shí)施例41) BaTi03水漿料的制備稱取平均粒徑為90nm的BaTi03基PTCR粉體50g，加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 20%的聚丙烯酸銨水溶液2.5g及去離子水13.9g，球磨混合4h。2) BaTi03基水基流延漿料的制備在BaTi03水漿料中，再加入質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為55%的聚丙稀酸乙酯乳液3.6g 及質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10。/。的聚乙烯醇水溶液20g作為粘結(jié)劑、及3.1g聚乙二醇 作為增塑劑，球磨混合3h，過250目篩后，得到BaTK)3基PTCR陶瓷的水 基流延漿料。3) 納米BaTi03基PTCR陶瓷粉體水基流延生坯的制備將漿料在流延設(shè)備上以1.5cm/s的速度流延，得到的濕膜在空氣中干燥 15h，得到陶瓷生坯。4) 片式PTCR陶瓷的燒成將水基流延成型的陶瓷生坯切成小方塊樣品，在124(TC下燒結(jié)30min， 得到片式PTCR陶瓷，陶瓷的平均晶粒尺寸約為l~2pm。5) 電極燒滲在片式PTCR陶瓷的兩面涂覆Al電極漿料，然后在640。C下燒滲，得 到片式PTCR熱敏電阻。測得樣品的室溫電阻率為348acm，升阻比為 3.23x104，溫度系數(shù)為11.08%.°C"。
權(quán)利要求
1、一種片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷的水基流延成型方法，依次包括以下步驟1)將去離子水和分散劑加入到納米BaTiO3基正溫度系數(shù)熱敏陶瓷粉體中，其中陶瓷粉體在混合物中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為70～80％，分散劑質(zhì)量為陶瓷粉體質(zhì)量的1.5～3％，球磨混合3～5h，得到BaTiO3水漿料；2)在BaTiO3水漿料中加入粘結(jié)劑和增塑劑，其中粘結(jié)劑質(zhì)量為陶瓷粉體質(zhì)量的7.0～9.5％，增塑劑質(zhì)量為粘結(jié)劑質(zhì)量的60～80％，球磨混合2～3小時(shí)，過篩，得到水基流延漿料；3)將水基流延漿料進(jìn)行流延處理，將流延得到的濕膜干燥，得到陶瓷生坯；4)將陶瓷生坯切成方形樣品，燒結(jié)，得到片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷的水基流延 成型方法，其特征在于，所述步驟4)的燒結(jié)溫度為1240 1260°C，燒結(jié) 時(shí)間為30 60min。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷的水基流延 成型方法，其特征在于，所述分散劑采用聚甲基丙烯酸銨水溶液或聚丙烯 酸銨水溶液。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷的水基流延 成型方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑采用聚乙烯醇水溶液或聚丙稀酸乙酯 乳液。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷的水基流延 成型方法，其特征在于，所述增塑劑采用丙三醇或鄰苯二甲酸二丁酯或聚 乙二醇。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷的水基流延成型方法，具體為1)將去離子水和分散劑加入到納米BaTiO₃基正溫度系數(shù)熱敏陶瓷粉體中，球磨混合3～5h，得到BaTiO₃水漿料；2)在BaTiO₃水漿料中加入粘結(jié)劑和增塑劑，球磨混合2～3小時(shí)，過篩，得到水基流延漿料；3)將水基流延漿料進(jìn)行流延處理，將流延得到的濕膜干燥，得到陶瓷生坯；4)將陶瓷生坯切成方形樣品，燒結(jié)，得到片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷。采用本發(fā)明得到的陶瓷生坯表面平整光滑、強(qiáng)度高、柔韌性好，可纏繞卷曲，得到的片式正溫度系數(shù)熱敏陶瓷可廣泛應(yīng)用于便攜式移動電話、高清晰度彩電、汽車電子、混合集成電路等領(lǐng)域的過流過熱保護(hù)。
文檔編號C04B35/462GK101265086SQ200810047300
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者傅邱云, 歡 劉, 周東祥, 胡云香, 俊 趙, 鄭志平, 龔樹萍 申請人:華中科技大學(xué)