專利名稱：V₂O₃復(fù)合限流元件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種限流元件的制備方法，特別涉及一種V2O3復(fù)合限流元件的制備方法。
背景技術(shù)：
長期以來，摻雜BaTiO3陶瓷一直是人們所熟悉的典型PTC材料，施主摻雜BaTiO3陶瓷在居里點(diǎn)附近電阻增加IO3-IO7倍，顯示出顯著的PTC特性。BaTiO3PTC熱敏陶瓷元件在電子設(shè)備、家用電器等方面獲得了極為廣泛的應(yīng)用，但由于其PTC待性來源于陶瓷晶界效應(yīng)，不可避免地受電壓和頻率的影響，同時(shí)在摻雜BaTiO3陶瓷中難以獲得很低的常溫電阻率(〈3 Q _)和較大的通流能力(> 3A )，因而材料在高電壓和大 電流條件下的應(yīng)用受到限制。讓設(shè)計(jì)人員無法做出更多更好的選擇，阻礙了電子工業(yè)的進(jìn)步。因此，急需提供一種高電壓和大電流的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高電壓和大電流的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法。本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是克服PTC陶瓷限流元件存在不易低阻化，易分層；V2O3限流元件存在易碎裂，壽命短，以及高分子PTC元件存在恢復(fù)特性差，壽命短等問題。本發(fā)明技術(shù)解決方案為在V2O3陶瓷粉末中添加聚四氟乙烯乳液，以V2O3陶瓷粉末為基材，在其中添加聚四氟乙烯作為粘接材料，經(jīng)混合器造粒后，直接將混合料加入模具，放入壓機(jī)預(yù)壓成型制成毛坯，然后將毛坯放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，冷卻后可利用電鍍或?yàn)R射方式在瓷坯兩端形成金屬電極。利用本發(fā)明方法能制備出各種規(guī)格的超小型，大電流的限流元件。可以滿足下述技術(shù)指標(biāo)1)尺寸彡￠5. 0、2)常溫電阻率彡5Q. cm、3)壽命>1000次。本發(fā)明的基本構(gòu)思是摻雜V2O3陶瓷是一種新型PTC材料.同BaTiO3陶瓷相比，其PTC效應(yīng)來源于體內(nèi)溫度誘發(fā)的M-I相變，這種體效應(yīng)不受電壓和頻率的影響，而且該材料具有低的常溫電阻率(1-103 Q ^cm)和大的通流能力，與BaTi03等PTC材料比較，它們具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)(I )臨界溫度(CTR )范圍窄小，開關(guān)性能特好(2 )室溫電阻率為10-3-10-5 Q. cm，比BaTi03低一個(gè)數(shù)量級，特別適用于大電流強(qiáng)度場合應(yīng)用(3 )材料電壓/頻率沒有相關(guān)性，應(yīng)用范圍廣；(4 )材料熱敏性由體效應(yīng)引起，而BaTi03 PTC材料由邊晶界引起，V2O3材料的特殊性質(zhì)可使元件微型化。因此，可利用材料相變時(shí)電阻率、磁化率的突變而廣泛應(yīng)用于無接觸點(diǎn)熱電開關(guān)，熱動(dòng)繼電器，溫度探測器，智能加熱器，大電流限流元件等。但是V2O3陶瓷與BaTi03材料熱敏機(jī)理不同，V2O3材料屬于體效應(yīng)材料，M-I相變等熱過程中各晶粒產(chǎn)生非均勻性形變，而陶瓷材料本身又缺乏足夠的塑性形變機(jī)制補(bǔ)償這種非均勻形變.相變時(shí)晶胞體積變化達(dá)1-1. 3 %。因此使用和制備過程中產(chǎn)生的應(yīng)力十分巨大，微米晶粒級陶瓷材料容易產(chǎn)生微裂縫，造成電性能穩(wěn)定性差，使用壽命短的致命缺陷，細(xì)化陶瓷晶粒、增加晶界減少應(yīng)力、提高材料韌性是解決問題的有效途徑。有機(jī)PTC主要由高分子聚合物摻入碳粉經(jīng)擠壓成形。碳粉形成碳鏈導(dǎo)電，受熱時(shí)聚合物膨脹，碳鏈斷裂形成高阻。有機(jī)PTC的主要優(yōu)點(diǎn)有常溫零功率電阻可以作得較小，適于串聯(lián)在電流較大的功率電路內(nèi)作過流保護(hù)、溫度保險(xiǎn)絲用，阻值突變速度快，熱容小，恢復(fù)時(shí)間短。但其最大的缺點(diǎn)是受有機(jī)聚合物材質(zhì)及構(gòu)造機(jī)理所決定，每次經(jīng)過流沖擊后，阻值變大，不能恢復(fù)到原值，且當(dāng)高壓大電流脈沖沖擊時(shí)，外包封易炸裂。存在恢復(fù)特性差，壽命短等問題。聚四氟乙烯(F4，PTFE)具有一系列優(yōu)良的使用性能耐高溫一長期使用溫度200t^26(rC，耐低溫一在_100°C時(shí)仍柔軟；耐腐蝕一能耐王水和一切有機(jī)溶劑；耐氣候一塑料中最佳的老化壽命；高潤滑一具有塑料中最小的摩擦系數(shù)(0. 04);不粘性一具有固體材料中最小的表面張力而不粘附任何物質(zhì)；無毒害一具有生理惰性；優(yōu)異的電氣性能，是理想的C級絕緣材料，報(bào)紙厚的一層就能阻擋1500V的高壓；比冰還要光滑。聚四氟乙烯材料，廣泛應(yīng)用在國防軍工、原子能、石油、無線電、電力機(jī)械、化學(xué)工業(yè)等重要部門。產(chǎn)品聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、車削板材。聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文縮寫為PTFE。結(jié)構(gòu)式為。20世紀(jì)30年代末期發(fā)現(xiàn)，40年代投入工業(yè)生產(chǎn)。性質(zhì)聚四氟乙烯相對分子質(zhì)量 較大，低的為數(shù)十萬，高的達(dá)一千萬以上，一般為數(shù)百萬(聚合度在104數(shù)量級，而聚乙烯僅在103)。一般結(jié)晶度為90 95%，熔融溫度為327°C 342°C。聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列，由于氟原子半徑較氫稍大，所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向，而是形成一個(gè)螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎覆蓋了整個(gè)高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚四氟乙烯的各種性能。溫度低于19°C時(shí)，形成13/6螺旋；在19°C發(fā)生相變，分子稍微解開，形成15/7螺旋。聚四氟乙烯(PTFE )合成分為懸浮聚合和分散聚合，具體聚合方法的選擇取決于制品的用途和成型工藝。懸浮聚合的PTFE樹脂一般用于模壓制品，填料制品的混合采用干法混合。乳液樹脂通常用冷擠(壓)后再燒結(jié)的工藝加工。具體來說，本發(fā)明的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，其特征是按照以下步驟制備
a、以V2O3陶瓷粉末為基材，在其中添加聚四氟乙烯乳液，經(jīng)混和器進(jìn)行干法混合，造粒；b、直接將造粒后的粉料加入模具，放入壓機(jī)預(yù)壓成型制成毛坯；c、然后將毛坯放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)；形成復(fù)合限流元件芯片；d、冷卻后可利用電鍍或?yàn)R射方式在芯片兩端形成金屬電極。本發(fā)明所述的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，在步驟a中V2O3陶瓷粉末和聚四氟乙烯乳液這兩種原料的重量配比為V2O3陶瓷粉末70-90份，聚四氟乙烯乳液10-30份。本發(fā)明所述的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，在步驟b中預(yù)成型的壓強(qiáng)控制在20_60MPa / cm2 。本發(fā)明所述的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，在步驟c中燒結(jié)溫度控制在340 0C -390 0C。與前述現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比，本發(fā)明的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法解決了己有PTC陶瓷限流元件存在不易低阻化，易分層；V203限流元件存在易碎裂，壽命短，以及高分子PTC元件存在恢復(fù)特性差，壽命短等問題。利用本制造方法能制備出各種規(guī)格的超小型，大電流的限流元件。本發(fā)明的內(nèi)容結(jié)合以下實(shí)施例作更進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅限于實(shí)施例中所涉及的內(nèi)容。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I :本實(shí)施例中的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，其特征是按照以下步驟制備a、以V2O3陶瓷粉末為基材，在其中添加聚四氟乙烯乳液，經(jīng)混和器進(jìn)行干法混合，造粒；b、直接將造粒后的粉料加入模具，放入壓機(jī)預(yù)壓成型制成毛坯；c、然后將毛坯放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)；形成復(fù)合限流元件芯片；d、冷卻后可利用電鍍或?yàn)R射方式在芯片兩端形成金屬電極。本實(shí)施中在70gV203陶瓷粉末中添加30g懸浮聚四氟乙烯樹脂，加入混合器內(nèi)充分混和均勻，把混合料加入模具內(nèi)模壓成型，成型壓強(qiáng)為28±4MPa / cm2，出模后放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為370±20°C，冷卻后出爐，兩端涂In-Ga電極測得的體積電阻率為I. 53 Q. Cm0將上述制得冷卻后的電阻坯體利用電鍍或?yàn)R射方式在瓷坯兩端形成金屬電極。然后在斷續(xù)壽命試驗(yàn)臺上進(jìn)行大電流沖擊壽命試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為電壓9V，電流12A ;通斷 時(shí)間開60s、關(guān)240s;測量條件:25°〇下、在0、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次測量一次室溫電阻值，判定標(biāo)準(zhǔn)為電阻變化率〈20% ;測試結(jié)果見表I。實(shí)施例2 :本實(shí)施例與實(shí)施例I相似，所不同的是在80gV203陶瓷粉末中添加20g懸浮聚四氟乙烯樹脂，加入混合器內(nèi)充分混和均勻，把混合料加入模具內(nèi)模壓成型，成型壓強(qiáng)為28±4MPa / cm2，出模后放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為370±20°C，冷卻后出爐，兩端涂In-Ga電極測得的體積電阻率為I. 53Q. cm。將上述制得冷卻后的電阻坯體利用電鍍或?yàn)R射方式在瓷坯兩端形成金屬電極。然后在斷續(xù)壽命試驗(yàn)臺上進(jìn)行大電流沖擊壽命試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為電壓9V，電流12A ;通斷時(shí)間開60s、關(guān)240s;測量條件25°C下、在O、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次測量一次室溫電阻值，判定標(biāo)準(zhǔn)為電阻變化率〈20% ；測試結(jié)果見表I。實(shí)施例3 :本實(shí)施例與實(shí)施例I相似，所不同的是在90gV203陶瓷粉末中添加IOg懸浮聚四氟乙烯樹脂，加入混合器內(nèi)充分混和均勻，把混合料加入模具內(nèi)模壓成型，成型壓強(qiáng)為28±4MPa / cm2，出模后放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為370±20°C，冷卻后出爐，兩端涂In-Ga電極測得的體積電阻率為I. 53Q. cm。將上述制得冷卻后的電阻坯體利用電鍍或?yàn)R射方式在瓷坯兩端形成金屬電極。然后在斷續(xù)壽命試驗(yàn)臺上進(jìn)行大電流沖擊壽命試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為電壓9V，電流12A ;通斷時(shí)間開60s、關(guān)240s;測量條件25°C下、在O、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次測量一次室溫電阻值，判定標(biāo)準(zhǔn)為電阻變化率〈20% ；測試結(jié)果見表I。比較例I :本比較例與實(shí)施例I相似，所不同的是在95gV203陶瓷粉末中添加5g懸浮聚四氟乙烯樹脂，加入混合器內(nèi)充分混和均勻，把混合料加入模具內(nèi)模壓成型，成型壓強(qiáng)為28±4MPa / cm2，出模后放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為370±20°C，冷卻后出爐，兩端涂In-Ga電極測得的體積電阻率為I. 53 Q . cm。將上述制得冷卻后的電阻坯體利用電鍍或?yàn)R射方式在瓷坯兩端形成金屬電極。然后在斷續(xù)壽命試驗(yàn)臺上進(jìn)行大電流沖擊壽命試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為電壓9V，電流12A;通斷時(shí)間開60s、關(guān)240s;測量條件25°C下、在O、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次測量一次室溫電阻值，判定標(biāo)準(zhǔn)為電阻變化率〈20% ;測試結(jié)果見表I。比較例2 :本比較例與實(shí)施例相似，所不同的是在65gV203陶瓷粉末中添加35g懸浮聚四氟乙烯樹脂，加入混合器內(nèi)充分混和均勻，把混合料加入模具內(nèi)模壓成型，成型壓強(qiáng)為28±4MPa / cm2，出模后放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為370±20°C，冷卻后出爐，兩端涂In-Ga電極測得的體積電阻率為I. 53 Q . cm。將上述制得冷卻后的電阻坯體利用電鍍或?yàn)R射方式在瓷坯兩端形成金屬電極。然后在斷續(xù)壽命試驗(yàn)臺上進(jìn)行大電流沖擊壽命試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為電壓9V，電流12A;通斷時(shí)間開60s、關(guān)240s;測量條件25°C下、在O、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次測量一次室溫電阻值，判定標(biāo)準(zhǔn)為電阻變化率〈20% ;測試結(jié)果見表I。利用聚四氟乙烯乳液制備的V2O3復(fù)合限流元件性能一覽表
權(quán)利要求
1.一種V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，其特征是按照以下步驟制備 a、以V2O3陶瓷粉末為基材，在其中添加聚四氟乙烯乳液，經(jīng)混和器進(jìn)行干法混合，造粒; b、直接將造粒后的粉料加入模具，放入壓機(jī)預(yù)壓成型制成毛坯； c、然后將毛坯放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)；形成復(fù)合限流元件芯片； d、冷卻后可利用電鍍或?yàn)R射方式在芯片兩端形成金屬電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，其特征是在步驟a中V2O3陶瓷粉末和聚四氟乙烯乳液這兩種原料的重量配比為V2O3陶瓷粉末70-90份，聚四氟乙烯乳液10-30份。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，其特征是在步驟b中預(yù)成型的壓強(qiáng)控制在24-32MPa / cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，其特征是在步驟c中燒結(jié)溫度控制在350°C -390°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種V2O3復(fù)合限流元件的制備方法。該制備方法是按照以下步驟制備a、以V2O3陶瓷粉末為基材，在其中添加聚四氟乙烯乳液，經(jīng)混和器進(jìn)行干法混合，造粒；b、直接將造粒后的粉料加入模具，放入壓機(jī)預(yù)壓成型制成毛坯；c、然后將毛坯放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)；形成復(fù)合限流元件芯片；d、冷卻后可利用電鍍或?yàn)R射方式在芯片兩端形成金屬電極。本發(fā)明的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法解決了己有PTC陶瓷限流元件存在不易低阻化，易分層；V2O3限流元件存在易碎裂，壽命短，以及高分子PTC元件存在恢復(fù)特性差，壽命短等問題。利用本制造方法能制備出各種規(guī)格的超小型，大電流的限流元件。
文檔編號C04B35/495GK102682939SQ20121016355
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者楊敬義 申請人:成都順康電子有限責(zé)任公司