專利名稱：：一種鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于正溫度系數(shù)(PTC)陶瓷材料的制備方法，特別涉及一種鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷的制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子元器件的小型化、多功能化、集成化及高可靠性已成為當(dāng)今電子技術(shù)發(fā)展的主流，尤其是現(xiàn)代表面安裝技術(shù)(SMT)，進(jìn)一步剌激了電子元件的片式化，其需求量和產(chǎn)量不斷增加，其中用量較大的元件之一就是片式陶瓷材料熱敏元件。現(xiàn)有的正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTCR)陶瓷材料主要是指BaTi03陶瓷，純的BaTi03陶瓷是絕緣體，而當(dāng)其中摻雜微量稀土元素時(shí)，陶瓷材料的電阻率會(huì)急劇下降到102n.cm，并且在12(TC時(shí)具有正溫度系數(shù)效應(yīng)，即PTC效應(yīng)。PTCR陶瓷材料廣泛用于過(guò)電流保護(hù)、溫度控制和馬達(dá)啟動(dòng)等領(lǐng)域。但目前一般是通過(guò)固相反應(yīng)制備正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTCR)陶瓷材料，由于固相反應(yīng)存在著組分分布不均勻，易受雜質(zhì)污染，而且燒結(jié)溫度一般都高于1200BC，能耗高，使得在制作疊層時(shí)，陶瓷層和電極間的共燒非常困難。因此，降低燒結(jié)溫度對(duì)PTCR陶瓷的片式應(yīng)用顯得非常關(guān)鍵，而添加助燒劑是一種常用的降低PTCR陶瓷燒結(jié)溫度的方法。另外，為了提高材料的PTC效應(yīng)，使升阻比達(dá)到104的水平，在現(xiàn)有工藝中錳常作為一種受主雜質(zhì)摻到PTC陶瓷材料中來(lái)提高材料的PTCR性能。由于錳的擴(kuò)散系數(shù)比較小，因此，要求在高溫下燒結(jié)3陶瓷材料才能半導(dǎo)化；好的PTCR效應(yīng)與材料的低溫?zé)Y(jié)形成了一種矛盾。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷的制備方法，針對(duì)現(xiàn)有制備方法存在的問(wèn)題，低溫?zé)Y(jié)制備PTCR效應(yīng)較好的陶瓷材料。本發(fā)明的一種鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷的制備方法，包括(1)Y-BaTi03粉體制備步驟按摩爾比lmol(Bai.aSra)Tib03+0.40.8mol%Y203，配置分析純BaC03、SrC03、Ti02、丫203粉料，用蒸餾水球磨46小時(shí)后，烘干、粉碎、過(guò)篩，在1150125(TC溫度下燒結(jié)，保溫23小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇粉末；其中，a=0.150.30，b=1.001.02;(2)玻璃燒結(jié)助劑制備步驟按摩爾比0.5molBaC03+1molH3B03+xmol°/。Si02+ymol%Mn(N03)2，稱取BaC03、H3B03、Si02粉料和Mn(N03)2溶液，用Zr02球球磨混料46小時(shí)，烘干、粉碎、過(guò)篩，然后將混合粉體裝入剛玉坩堝，以5°C/min的升溫速率加熱到11001150°C,保溫1060min后，倒入水中淬冷，將得到的玻璃料再用Zr02球球磨46小時(shí)，在8010(TC溫度下烘干，粉碎后過(guò)篩，得到玻璃粉其中，2《x《8，0《y《0.08;(3)PTCR陶瓷制備步驟將步驟(2)所得到的玻璃粉加入步驟(1)所得到的鈦酸鍶鋇粉末中，玻璃粉占混合后粉末的質(zhì)量百分比為713%,球磨混合46小時(shí)，在卯10(TC溫度下烘干，粉碎后過(guò)篩，加入濃度5M的PVA溶液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為813%，再經(jīng)造粒、干壓成型后，在1050128(TC溫度下燒結(jié)23小時(shí)，制成鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷。燒結(jié)后的鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷材料進(jìn)行磨片、清洗，清洗后的圓片兩面涂A1電極，進(jìn)行燒結(jié)，制成PTCR元件，即可使用。本發(fā)明為了降低燒結(jié)溫度，配方中添加了少量的由BaC03、H3B03、Si02構(gòu)成的玻璃燒結(jié)助劑；為了增強(qiáng)PTC效應(yīng)，還在玻璃燒結(jié)助劑中添加了Mn(N03)2溶液，其含量不大于0.08mol%;選用Mn(N03)2溶液，使錳的加入更加容易，有效改善了析出損失和混合不均等問(wèn)題，既降低材料的燒結(jié)溫度又增強(qiáng)材料的PTC效應(yīng)。本發(fā)明燒結(jié)溫度低，制備的PTCR陶瓷具有較低的室溫電阻率，較高的升阻比，具有良好綜合PTCR性能，且有利于疊層化，符合制作熱敏電阻的要求。圖1為兩種不同摻錳方式得到的鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷材料電阻溫度特性曲線圖2為二次配料中單獨(dú)摻錳得到的鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷材料電阻溫度特性曲線圖。具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體的實(shí)施例，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特點(diǎn)和效果實(shí)施例1(1)Y-BaTi03粉體制備步驟按摩爾比lmol(Ba0.75Sro.25)Ti1.()203+0.4mol%Y203+0.04mol%Mn(N03)2配置分析純BaC03、SrC03、Ti02、丫203粉料，用蒸餾水球磨4小時(shí)后，烘干、粉碎、過(guò)篩，在1200'C溫度下燒結(jié)，保溫3小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇粉末；(2)玻璃燒結(jié)助劑制備步驟按摩爾比0.5molBaC03+1molH3B03+2mol%Si02，稱取BaC03、H3B03、Si02粉料和Mn(N03)2溶液，用Zr02球球磨混料4小時(shí)，烘干、粉碎、過(guò)篩，然后將混合粉體裝入剛玉坩堝，以5-C/min的升溫速率加熱到IIO(TC，保溫60min后，倒入水中淬冷，將得到的玻璃料再用Zr02球球磨4小時(shí)，在8(TC溫度下烘干，粉碎后過(guò)篩，得到玻璃粉；(3)PTCR陶瓷制備步驟將步驟(2)所得到的玻璃粉加入步驟(1)所得到的鈦酸鍶鋇粉末中，玻璃粉占混合后粉末的質(zhì)量百分比為7%，球磨混合4小時(shí)，在9(TC溫度下烘干，粉碎后過(guò)篩，加入濃度5%的PVA溶液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為8%，再經(jīng)造粒、干壓成型后，在105(TC溫度下燒結(jié)3小時(shí)，制成鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷。實(shí)施例2(1)Y-BaTi03粉體制備步驟按摩爾比lmol(Ba^Sr^yriwOrH^molo/oYsCb配置分析純BaC03、SrC03、Ti02、￥203粉料，用蒸餾水球磨5小時(shí)后，烘干、粉碎、過(guò)篩，在115(TC溫度下燒結(jié)，保溫3小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇粉末；(2)玻璃燒結(jié)助劑制備步驟按摩爾比0.5molBaC03+1molH3B03+5mol°/。Si02+0.06mol%Mn(N03)2，稱取BaC03、H3B03、Si02粉料和Mn(N03)2溶液，用Zr02球球磨混料5小時(shí)，烘干、粉碎、過(guò)篩，然后將混合粉體裝入剛玉坩堝，以5。C/min的升溫速率加熱到1150°C，保溫30min后，倒入水中淬冷，將得到的玻璃料再用Zr02球球磨4小時(shí)，在8CTC溫度下烘干，粉碎后過(guò)篩，得到玻璃粉；(3)PTCR陶瓷制備步驟將步驟(2)所得到的玻璃粉加入步驟(1)所得到的鈦酸鍶鋇粉末中，玻璃粉占混合后粉末的質(zhì)量百分比為10%,球磨混合5小時(shí)，在9(TC溫度下烘干，粉碎后過(guò)篩，加入濃度5%的PVA溶液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為10%，再經(jīng)造粒、干壓成型后，在1050。C溫度下燒結(jié)3小時(shí)，制成鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷。將燒結(jié)后的試樣磨片、清洗、涂鋁電極、燒電極。所獲樣品性能參數(shù)室溫電阻率《100Q.cm;升阻比》1.0+4E。實(shí)施例3(1)Y-BaTi03粉體制備步驟按摩爾比lmol(Ba0.7oSr().3())Ti1.()103+0.8mol°/oY203配置分析純BaC03、SrC03、Ti02、丫203粉料，用蒸餾水球磨6小時(shí)后，烘干、粉碎、過(guò)篩，在1250。C溫度下燒結(jié)，保溫2小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇粉末；(2)玻璃燒結(jié)助劑制備步驟按摩爾比0.5molBaC03+1molH3B03+8mol%Si02，稱取BaC03、H3B03、Si02粉料和Mn(N03)2溶液，用Zr02球球磨混料6小時(shí)，烘千、粉碎、過(guò)篩，然后將混合粉體裝入剛玉坩堝，以5'C/min的升溫速率加熱到1150°C，保溫10min后，倒入水中淬冷，將得到的玻璃料再用Zr02球球磨6小時(shí),在10(TC溫度下烘干，粉碎后過(guò)篩，得到玻璃粉；(3)PTCR陶瓷制備步驟將步驟(2)所得到的玻璃粉加入步驟(1)所得到的鈦酸鍶鋇粉末中，玻璃粉占混合后粉末的質(zhì)量百分比為13%，再按配比加入0.06moin/。Mn(N03)2溶液后球磨混合6小時(shí)，在IO(TC溫度下烘干，粉碎后過(guò)篩，加入濃度5。/。的PVA溶液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為13%，再經(jīng)造粒、干壓成型后，分別在105(TC溫度下燒結(jié)3小時(shí)、在1280'C溫度下燒結(jié)2小時(shí)，制成兩種鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷。將實(shí)施例l、實(shí)施例2、實(shí)施例3所得的陶瓷試樣磨片、清洗、涂鋁電極、燒電極，分別得到陶瓷片樣品l、樣品2和樣品3、樣品4;對(duì)樣品1、樣品2進(jìn)行阻溫曲線的測(cè)試，其結(jié)果如圖1所示，圖中，樣品l為黑色方塊連接的曲線；樣品2為黑色菱形連接的曲線。對(duì)樣品3、樣品4進(jìn)行阻溫曲線的測(cè)試，其結(jié)果如圖2所示，黑色方塊連接的曲線為在105(TC溫度下燒結(jié)3小時(shí)得到的樣品3的曲線；橢圓形塊連接的曲線為在128(TC溫度下燒結(jié)2小時(shí)得到的樣品4的曲線。圖l、圖2中，橫軸為溫度(攝氏)，縱軸為電阻率P取對(duì)數(shù)?？梢钥闯觯景l(fā)明中，將錳添加到玻璃中共燒后，在105(TC保溫3小時(shí)燒結(jié)，其升阻比可達(dá)1.47xl04，而用傳統(tǒng)的添加方式中，錳作為受主，在105(TC保溫3小時(shí)燒結(jié)，其升阻比為3.16xl0而錳在二次配料中單獨(dú)加入則在105(TC燒結(jié)時(shí)不能半導(dǎo)化。實(shí)施例4(1)Y-BaTi03粉體制備步驟按摩爾比lmol(Bao.75Sro.25)Th.o203+0.6mol。/。Y203配置分析純BaC03、SrC03、Ti02、￥203粉料，用蒸餾水球磨5小時(shí)后，烘干、粉碎、過(guò)篩，在115(TC溫度下燒結(jié)，保溫3小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇粉末；(2)玻璃燒結(jié)助劑制備步驟-按摩爾比0.5molBaC03+1molH3B03+5mol%Si02+ymol%Mn(N03)2，稱取BaC03、H3B03、Si02粉料和Mn(N03)2溶液，用Zr02球球磨混料5小時(shí)，烘干、粉碎、過(guò)篩，然后將混合粉體裝入剛玉坩堝，以5。C/min的升溫速率加熱到1150°C，保溫10min后，倒入水中淬冷，將得到的玻璃料再用Zr02球球磨6小時(shí)，在9(TC溫度下烘干，粉碎后過(guò)篩，得到玻璃粉；其中，4個(gè)實(shí)施例的y值分別為0.02、0.04、0.06、0.08;其它參數(shù)相同；(3)PTCR陶瓷制備步驟將步驟(2)所得到的玻璃粉加入步驟(1)所得到的鈦酸鍶鋇粉末中，玻璃粉占混合后粉末的質(zhì)量百分比為10%,球磨混合5小時(shí)，在90。C溫度下烘干，粉碎后過(guò)篩，加入濃度5%的PVA溶液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為10%,再經(jīng)造粒、干壓成型后，在1150r溫度下燒結(jié)3小時(shí)，制成鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷。將燒結(jié)后的試樣磨片、清洗、涂鋁電極、燒電極。所獲樣品性能參數(shù)見(jiàn)表2。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷的制備方法，包括(1)Y-BaTiO3粉體制備步驟按摩爾比1mol(Ba1-aSra)TibO3+0.4～0.8mol％Y2O3，配置分析純BaCO3、SrCO3、TiO2、Y2O3粉料，用蒸餾水球磨4～6小時(shí)后，烘干、粉碎、過(guò)篩，在1150～1250℃溫度下燒結(jié)，保溫2～3小時(shí)，得到鈦酸鍶鋇粉末；其中，a＝0.15～0.3，b＝1.00～1.02；(2)玻璃燒結(jié)助劑制備步驟按摩爾比0.5molBaCO3+1molH3BO3+xmol％SiO2+ymol％Mn(NO3)2，稱取BaCO3、H3BO3、SiO2粉料和Mn(NO3)2溶液，用ZrO2球球磨混料4～6小時(shí)，烘干、粉碎、過(guò)篩，然后將混合粉體裝入剛玉坩堝，以5℃/min的升溫速率加熱到1100～1150℃，保溫10～60min后，倒入水中淬冷，將得到的玻璃料再用ZrO2球球磨4～6小時(shí)，在80～100℃溫度下烘干，粉碎后過(guò)篩，得到玻璃粉；其中，2≤x≤8，0≤y≤0.08；(3)PTCR陶瓷制備步驟將步驟(2)所得到的玻璃粉加入步驟(1)所得到的鈦酸鍶鋇粉末中，玻璃粉占混合后粉末的質(zhì)量百分比為7～13％，球磨混合4～6小時(shí)，在90～100℃溫度下烘干，粉碎后過(guò)篩，加入濃度5％的PVA溶液，溶液占粉末的質(zhì)量百分比為8～13％，再經(jīng)造粒、干壓成型后，在1050～1280℃溫度下燒結(jié)2～3小時(shí)，制成鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷。全文摘要一種鈦酸鍶鋇半導(dǎo)體陶瓷的制備方法，屬于正溫度系數(shù)(PTC)陶瓷材料的制備方法，針對(duì)現(xiàn)有制備方法存在的問(wèn)題，低溫?zé)Y(jié)制備PTCR效應(yīng)較好的陶瓷材料。本發(fā)明包括(1)Y-BaTiO₃粉體制備步驟；(2)玻璃燒結(jié)助劑制備步驟；(3)PTCR陶瓷制備步驟。本發(fā)明配方中添加了玻璃燒結(jié)助劑，玻璃燒結(jié)助劑中添加了Mn(NO₃)₂溶液，使錳的加入更加容易，有效改善了析出損失和混合不均等問(wèn)題，既降低材料的燒結(jié)溫度又增強(qiáng)材料的PTC效應(yīng)，制備的PTCR陶瓷具有較低的室溫電阻率，較高的升阻比，具有良好綜合PTCR性能，且有利于疊層化，符合制作熱敏電阻的要求。文檔編號(hào)C04B35/468GK101585709SQ20091006279公開(kāi)日2009年11月25日申請(qǐng)日期2009年6月18日優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日發(fā)明者姜?jiǎng)倭?孔明日,曾亦可,涂文芳,龔樹(shù)萍申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)