專利名稱：一種添加物及其降低無(wú)鉛ptc熱敏陶瓷燒結(jié)溫度的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特指一種添加物及其降低無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷燒結(jié)溫度的應(yīng)用；采用特殊的添加物L(fēng)iBiO2+ BN + Li2O-B2O3-SiO2玻璃粉來(lái)降低鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷的燒結(jié)溫度，得到于90(T92(TC下低溫?zé)Y(jié)的鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷電阻材料；采用本發(fā)明的添加物制備的高居里點(diǎn)PTC 熱敏陶瓷材料不僅不含鉛而且燒結(jié)溫度低，避免了熱敏陶瓷電阻元器件制造和使用過(guò)程中鉛對(duì)環(huán)境與人體的危害，同時(shí)降低制造成本。
背景技術(shù)：
PTC陶瓷是一種半導(dǎo)體化的具有正的溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient)的電子陶瓷材料；具有這種特性的智能電子陶瓷元件集發(fā)熱與溫控于一體， 具有自動(dòng)控溫、安全節(jié)能、自動(dòng)恢復(fù)、無(wú)觸點(diǎn)動(dòng)作、無(wú)明火、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)；產(chǎn)品可用于發(fā)熱元器件、溫度控制、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和熱感應(yīng)等系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、通訊、輸變電工程、空調(diào)暖風(fēng)機(jī)工程、低能耗安全型家用電器以及消磁、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等領(lǐng)域。最常用的PTC熱敏陶瓷是BaTiO3基陶瓷材料，其居里溫度是120°C;為了提高熱敏陶瓷的工作溫度，均以添加氧化鉛或含鉛化合物為居里點(diǎn)移動(dòng)劑、以Pb置換Ba的晶格位置來(lái)實(shí)現(xiàn)，此類產(chǎn)品為含鉛量較高的(Ba，Pb) TiO3體系；鉛是一種具有毒性的重金屬元素，在 (Ba, Pb) TiO3基熱敏陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程中，鉛會(huì)造成對(duì)自然環(huán)境的污染并對(duì)人類的身體健康造成危害，世界各國(guó)已經(jīng)嚴(yán)格控制含鉛產(chǎn)品的使用；目前，我國(guó)PTC熱敏陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正面臨著嚴(yán)重的考驗(yàn)和挑戰(zhàn)，無(wú)鉛環(huán)保PTC熱敏陶瓷材料的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成了一個(gè)迫在眉睫的課題，無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷材料取代含鉛產(chǎn)品將成為必然。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多科研人員以及生產(chǎn)工作者已經(jīng)著手高居里點(diǎn)(大于120°C)的無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷材料的開(kāi)發(fā)與研究工作。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN101013618A和CN101188156A說(shuō)明了成分體系為(Naa5Bia5) BaTiO3基PTC熱敏陶瓷材料,通過(guò)添加半導(dǎo)化元素和少量Sr或Ca為Ba位置換元素,并添加一定量的錳元素，此發(fā)明能實(shí)現(xiàn)居里點(diǎn)高于120°C的熱敏陶瓷，但燒結(jié)溫度較高，未加入低溫?zé)Y(jié)劑，配方不同于本專利。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN101224979A說(shuō)明了(Naa5Bia 5) BaTiO3基PTC熱敏陶瓷材料，獲得高居里點(diǎn)熱敏陶瓷，但是采用兩步法來(lái)制備，先還原再氧化，比較麻煩，而且燒結(jié)溫度較高，燒結(jié)溫度達(dá)到1300°C以上。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN101412625A說(shuō)明了成分體系為(Bi1Z2K1Z2)TimCexDyO3基高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷材料，雖然燒結(jié)溫度較低，但沒(méi)有公開(kāi)降低燒結(jié)溫度的添加物，而且制備工藝復(fù)雜，配方不同于本專利
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供降低鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷的高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷燒結(jié)溫度的添加物及其加入量。所述的鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷的組份為(l-x)BaTi03+xBiQ. 5Na0 5Ti03+0 . 05-0 . 6mol%Y203+0. 05-0. 5 mo I %Nb205, x=0. 2-0. 6 mol。本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的
以鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷的組份重量為基準(zhǔn)，按質(zhì)量百分比計(jì)算，添加物的量為組份的I 6%，添加物的組份按質(zhì)量百分比計(jì)算LiBi0244 65%，BN 7 20%，Li2O-B2O3- SiO2 玻璃粉 25 45%。
本發(fā)明采用常規(guī)的PTC熱敏陶瓷的制備工藝，即首先采用PTC熱敏陶瓷的化學(xué)原料用固相法合成 BaTiO3-Bia5Naa5TiO3-Y2O3-Nb2Op LiBiO2, Li2O-B2O3- SiO2 玻璃粉，然后按配方配料，將配合料球磨粉碎混合，進(jìn)行烘干后，加入粘合劑造粒，再壓制成生坯片，然后排膠和燒結(jié)，經(jīng)保溫并自然冷卻后，獲得PTC熱敏陶瓷，然后上電極測(cè)性能即可。上述降低鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷燒結(jié)溫度的添加物及其加入量最好采用下列二種方案(質(zhì)量百分比):
(I)添加物的量為基本配方體系的2 5%，添加物中(質(zhì)量)LiBi0246 63%，BN 9 18%， Li2O-B2O3- SiO2 玻璃粉 27 43%。(2)添加物的量為基本配方體系的3 4%，添加物中(質(zhì)量):LiBi0247飛0%，BN 12 16%，Li2O-B2O3- SiO2 玻璃粉 28 40%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
I、利用本專利的添加物獲得的鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷是低溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為90(T920°C，這樣能大大降低PTC熱敏陶瓷的成本。2、本專利的鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷組分中不含鉛，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。3、利用本專利的添加物獲得的鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷居里溫度高，可以達(dá)到200°C以上；升阻比高，lg(Rmax/Rmin)可以達(dá)到4. O以上；α系數(shù)大，可以達(dá)到20%/V左右。4、利用本專利的添加物獲得的鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷采用常規(guī)的固相法PTC熱敏陶瓷制備工藝即可進(jìn)行制備，易于生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。以BaTiO3-Bitl 5Natl 5TiO3-Y2O3-Nb2O5 為基本配方體系，(1_χ) BaTiOs+xBi0 5Na0 5Ti03+0 . 05-0 . 6 mol %Υ203+0. 05-0. 5 mol % Nb2O5, χ=0. 2-0. 6 ;外加一定量的降低燒結(jié)溫度的添加物等，基本配方體系為IOOg。表I給出本發(fā)明的二組實(shí)施例6個(gè)配方，二組實(shí)施例6個(gè)配方的主要原料采用PTC 熱敏陶瓷用原料，在制備時(shí)首先采用常規(guī)的化學(xué)原料用固相法分別合成BaTiO3-Bia5Naa5T i03-Y203_Nb205、LiBi02、Li2O-B2O3- SiO2玻璃粉，然后按配方配料，將配好的料用蒸餾水或去離子水采用行星球磨機(jī)球磨混合，料球水的質(zhì)量比=1:3: (O. 6^1. O),球磨4 8小時(shí)后， 烘干得干粉料，在干粉料中加入占其重量8 10%的濃度為10%的聚乙烯醇溶液，進(jìn)行造粒，混研后過(guò)40目篩，再在2(T30Mpa壓力下進(jìn)行干壓成生坯片，然后在溫度為90(T920°C下保溫廣4小時(shí)進(jìn)行排膠和燒結(jié)，再在78(T80(TC下保溫15分鐘進(jìn)行燒銀，形成銀電極(實(shí)際生產(chǎn)可以選用其它電極材料(如鋁電極等)，再焊引線，進(jìn)行包封，即得鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷電阻器，測(cè)試元件的室溫電阻和電阻-溫度特性。上述各配方試樣的性能列于表3。表3 中實(shí)施例 1-2 的基本配方體系為 O. 8BaTi03+0. 2Bi0.5Na0 5Ti03+0. Imol %Y203+ O. 5mol % Nb2O5。表3 中實(shí)施例 3-4 的基本配方體系為 O. 6BaTi03+0. 4Bi0.5Na0 5Ti03+0. 6mol %Y203+ O. Imol % Nb2O5。表3 中實(shí)施例 5-6 的基本配方體系為 O. 4BaTi03+0. 6Bi0.5Na0 5Ti03+0. 3mol %Y203+ O. 3mol % Nb2O5。
從表2可以看出所制備的PTC熱敏陶瓷居里溫度高，可以達(dá)到200°C以上；升阻比聞，Ig (Rmax/Rmin)可以達(dá)到4. O以上；Ct系數(shù)大,可以達(dá)到20%/°C左右。LiBiO2的制備過(guò)程如下將Bi2O3和Li2CO3以I : I的摩爾比例的料混合研磨混勻， 混合料放在剛玉坩堝內(nèi)在800°C至820°C下保溫30分鐘制備LiBiO2，冷卻后研磨直到可以過(guò)200目篩，留以備用。
Li2O-B2O3- SiO2玻璃粉的制備過(guò)程如下將Li2CO3 =B2O3 =SiO2以I 3 0. 5的摩爾比例的料混合研磨混勻，混合料放在剛玉坩堝內(nèi)在810°C至840°C下保溫40分鐘，隨后倒入冷水中淬冷，干燥以后研磨直到可以過(guò)200目篩，留以備用。表I添加物的加入量及成份
I 鷹分添加《的量LiBiOjBNLi20^E20s^SiC% IPg#I 1363928 2 65710333 3 35.3.7404 3 95016345 4 34 165 6 I 5..+1491833
表2各配方試樣的性能
試樣室FAm升阻比mniKQ)(C)(.%/'€)IIJ19019 I4 32I S —^19519 44 93204204.043.020920.75.153 3210214 663 721319 54 權(quán)利要求
1.一種添加物，其特征在于所述添加物的組份按質(zhì)量百分比計(jì)算LiBi0244 65%，BN 7 20%，Li2O-B2O3- SiO2 玻璃粉 25 45%。
2.如權(quán)利要求I所述的一種添加物，其特征在于所述添加物的組份按質(zhì)量百分比計(jì)算LiBi0246 63%，BN 9 18%，Li2O-B2O3- SiO2 玻璃粉 27 43%。
3.如權(quán)利要求I所述的一種添加物，其特征在于所述添加物的組份按質(zhì)量百分比計(jì)算LiBi0247 60%，BN 12 16%，Li2O-B2O3- SiO2 玻璃粉 28 40%。
4.如權(quán)利要求I所述的一種添加物在降低無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷燒結(jié)溫度的應(yīng)用，其特征在于以鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷的組份重量為基準(zhǔn)，按質(zhì)量百分比計(jì)算，添加物的量為組份的I 6%，采用PTC熱敏陶瓷的化學(xué)原料用固相法合成BaTiO3-Bia5 Na0^TiO3-Y2O3-Nb2O5, LiBiO2, Li2O-B2O3- SiO2玻璃粉，然后按配方配料，將配合料球磨粉碎混合，進(jìn)行烘干后，加入粘合劑造粒，再壓制成生坯片，然后排膠和燒結(jié)，經(jīng)保溫并自然冷卻后，獲得PTC熱敏陶瓷。
5.如權(quán)利要求4所述的一種添加物在降低無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷燒結(jié)溫度的應(yīng)用，其特征在于所述鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷的組份為(1-x) BaTi03+xBi0.5Na0.5 Ti03+0 . 05-0 . 6mol%Y203+0. 05-0. 5 mo I %Nb205, x=0. 2-0. 6 mol。
6.如權(quán)利要求4所述的一種添加物在降低無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷燒結(jié)溫度的應(yīng)用，其特征在于按質(zhì)量百分比計(jì)算，添加物的量為組份的2 5%。
7.如權(quán)利要求4或6所述的一種添加物在降低無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷燒結(jié)溫度的應(yīng)用，其特征在于按質(zhì)量百分比計(jì)算，添加物的量為組份的3 4%。
8.如權(quán)利要求4所述的一種添加物在降低無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷燒結(jié)溫度的應(yīng)用，其特征在于所述LiBiO2的制備過(guò)程如下將Bi2O3和Li2CO3以I :1的摩爾比例的料混合研磨混勻，混合料放在剛玉坩堝內(nèi)在800°C至820°C下保溫30分鐘制備LiBiO2,冷卻后研磨直到可以過(guò)200目篩，留以備用。
9.如權(quán)利要求4所述的一種添加物在降低無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷燒結(jié)溫度的應(yīng)用，其特征在于所述Li2O-B2O3- SiO2玻璃粉的制備過(guò)程如下將Li2CO3 =B2O3 =SiO2以I 3 0. 5的摩爾比例的料混合研磨混勻，混合料放在剛玉坩堝內(nèi)在810°C至840°C下保溫40分鐘，隨后倒入冷水中淬冷，干燥以后研磨直到可以過(guò)200目篩，留以備用。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特指一種添加物及其降低無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷燒結(jié)溫度的應(yīng)用。所述添加物的組份按質(zhì)量百分比計(jì)算LiBiO244~65%，BN7~20%，Li2O-B2O3-SiO2玻璃粉25~45%。以鈦酸鉍鈉鈦酸鋇高居里點(diǎn)無(wú)鉛PTC熱敏陶瓷的組份重量為基準(zhǔn)，按質(zhì)量百分比計(jì)算，添加物的量為組份的1～6%，采用PTC熱敏陶瓷的化學(xué)原料用固相法合成BaTiO3-Bi0.5Na0.5TiO3-Y2O3-Nb2O5、LiBiO2,Li2O-B2O3-SiO2玻璃粉，然后按配方配料，將配合料球磨粉碎混合，進(jìn)行烘干后，加入粘合劑造粒，再壓制成生坯片，然后排膠和燒結(jié)，經(jīng)保溫并自然冷卻后，獲得PTC熱敏陶瓷。采用本發(fā)明的添加物制備的高居里點(diǎn)PTC熱敏陶瓷材料不僅不含鉛而且燒結(jié)溫度低，避免了熱敏陶瓷電阻元器件制造和使用過(guò)程中鉛對(duì)環(huán)境與人體的危害，同時(shí)降低制造成本。
文檔編號(hào)C04B35/63GK102584254SQ20121003449
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者漆光智, 高春華, 黃新友 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)