[发明专利]PTC元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及PTC元件，其由具有正温度特性的导电性复合材料(以下称PTC复合材料)组成，所谓PTC(Positive TemperatureCoefficient)特性是指，当达到设定的温度(以下称开关温度)范围时，其电阻值将瞬时升高。

背景技术

迄今为止，PTC元件用于电器设备和电子设备以及二次电池等领域，当这些设备出现异常情况时，其作为电路中的保护性元件进行过载保护。

一般地，PTC元件由PTC复合材料以及形成于所述PTC复合材料上的电极组成，所述PTC复合材料是导电性粉末与晶体聚合物组分掺杂混合制得，且当达到开关温度时，其电阻值将瞬时升高。即，PTC复合材料将产生焦耳热(I²R)，其中，R为与材料有关的电阻值，I为通过前述电极流过元件的电流。如此，如果PTC复合材料中流动的电流相对高时，产生的热将使其电阻值增加。一般地，PTC元件可用作产生前述焦耳热的发热片材原料、电阻值增加的过载保护元件，以及类似物。

从形成电极的方法的角度来说，已有的PTC元件有以下三种。

第一，一种元件，其中，不锈钢、或镍以及类似物的金属镀层表面粘结于PTC复合材料表面，并且金属镀层作为电极。

第二，一种元件，其中，为了改善电极与PTC复合材料的粘合，金属镀层的表面进一步物理或化学地使之变粗糙，所述粗糙表面粘结于PTC复合材料的表面以制备电极。

第三，一种元件，其中，PTC复合材料直接金属镀敷制得电极。

但是，第一例子中的电极是金属镀层粘结于PTC复合材料表面制得的，在所述PTC复合材料表面与所述电极之间的接触电阻值变高，而且无法得到电阻性接触。因此，在第一个例子中的PTC复合材料中，由于电阻值于室温下变高，故难以采用PTC复合材料作为过载保护元件或其类似物。此外，由于所述PTC复合材料与所述电极之间粘结不够充分，当PTC元件重复操作时(接通电流)，电阻值将急剧升高。

而且，第二个例子中，金属镀层的表面进一步物理或化学地使之变粗糙，所述粗糙表面粘结于PTC复合材料的表面以制备电极，所述PTC复合材料表面与所述电极之间的接触电阻值低于前述第一个例子，并且二者之间的粘结较好，但仍不能获得良好的电阻性接触。结合第二个例子，也提出将分散于PTC复合材料中的导电性粉末的量增加到45体积百分数以上，以改善重复操作条件下PTC元件的稳定性以及降低其在室温下电阻值。但是，在这种情况下，不但难以将室温下的电阻值降低到特定值以下，而且也无法彻底阻止重复操作条件下电阻值升高。

进一步地，第三个例子中，PTC复合材料直接金属镀敷制得电极，所述PTC复合材料与所述镀层之间粘结不够充分，在所述PTC复合材料表面与所述镀层之间的接触电阻值变高。并且由于重复操作引起的电阻值升高是难以避免的。

第一到三个例子中的争议之处在于，当这些PTC元件重复操作时，由于PTC复合材料自身损伤引起室温下电阻值升高。对该问题的解释是一种假设，即当重复操作时，每一次操作产生的热冲击将破坏晶体聚合物组分。

另一方面，因为PTC复合材料为有机物质与无机物质的复合材料，同样存在一个问题，所述复合材料在储备及使用过程中易受环境湿度的影响，而且重复进行开关操作一段时间后其电阻值急剧变化。特别地，为了获得采用金属导电性填料的PTC复合材料具有优良导电性的元件，需要大量填充导电性填料。但是当大量填充无机导电性填料时，得到的复合材料在储备及使用时易受环境湿度的影响。并且，如上所述，由于在开关操作重复进行一段时间后，元件自身易于从电极上剥落，复合材料使用寿命较短(不能重复使用)。

因此，本发明的第一个目的是提供一种PTC元件及其制造方法，该PTC元件在重复操作条件下稳定性好，PTC复合材料与电极充分粘结，接触电阻值低。

本发明的第二个目的，在实现上述目的的PTC元件及其制造方法中，是提供一种PTC元件，其能有效地阻止PTC元件自身由于环境湿度的影响从电极上剥落下来，稳定性好，且能重复使用，十分可靠。

发明公开

为了实现上述第一个目的，在本发明的PTC元件及其制造方法中，35-60体积百分数的至少一种选自TiC、WC、W₂C、ZrC、VC、NbC、TaC、以及Mo₂C的材料作为所述导电性粉末状填料，其与晶体聚合物组分掺杂混合以形成成型复合材料，复合材料经加压密封并填埋的导电性材料部分暴露于所述成型复合材料的表面，并且通过在所述成型复合材料表面镀敷以形成电极。