[发明专利]半导体陶瓷组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于PTC热敏电阻、PTC加热器、PTC开关、温度检测器等、且具有正电阻温度的半导体陶瓷组合物及其制备方法。

背景技术

通常，作为显示出PTCR特性(正电阻温度系数：PositiveTemperature Coefficient of Resistivity)的材料，已经提出了将多种半导体掺杂物添加到BaTiO₃中的组合物。这些组合物的居里温度为约120℃。取决于用途，需要改变这些组合物的居里温度。

例如，已经提出了通过向BaTiO₃中添加SrTiO₃来改变居里温度。然而在这种情况下，所述居里温度仅在负方向上改变而不在正方向上改变。目前，已知仅有PbTiO₃作为用于在正方向上改变居里温度的添加材料。然而，由于PbTiO₃含有引起环境污染的元素，因此近年来需要不使用PbTiO₃的材料。

对于BaTiO₃半导体陶瓷，为了防止由Pb的替代所导致的电阻温度系数的降低、以及降低电压依赖性从而提高半导体陶瓷的生产率和可靠性的目的，已经提出了通过下述步骤来制备BaTiO₃半导体陶瓷的方法：将Nb、Ta和稀土元素中的一种或多种元素添加到结构式为Ba_1-2x(BiNa)_xTiO₃的组合物中，其中BaTiO₃(其中不使用PbTiO₃)的一部分Ba被Bi-Na替代，并且x被控制在0＜x≤0.15的范围内；在氮气中烧结所述组合物；以及此后使所述组合物在氧化气氛中进行热处理(参见专利文献1)。

专利文献1：JP-A-56-169301

发明内容

本发明所要解决的问题

专利文献1在实施例中公开了将所有成分(例如起始材料，包括BaCO₃、TiO₂、Bi₂O₃、Na₂O₃和PbO)在煅烧之前进行混合，然后进行煅烧、成形、烧结和热处理。

然而，在BaTiO₃的一部分Ba被Bi-Na替代的组合物中，当如专利文献1所述将所有成分在煅烧之前进行混合时，Bi可能在煅烧步骤中蒸发，从而引起Bi-Na的组成改变，进而促进了不同相的形成，并且可能引起室温电阻的增加和居里温度的波动。

可考虑在低温下进行煅烧以抑制Bi的蒸发。然而，尽管通过该方法可能抑制Bi的蒸发，但是不能形成完全固溶体并且不能获得需要的特性。

本发明的目的是提供一种不含Pb的半导体陶瓷组合物及其制备方法，该半导体陶瓷组合物能够在正方向上改变居里温度并且极大地降低室温电阻。

另外，本发明的另一个目的是提供一种BaTiO₃的一部分Ba被Bi-Na替代的半导体陶瓷组合物及其制备方法，该半导体陶瓷组合物能够在煅烧步骤中抑制Bi的蒸发、能够抑制Bi-Na的组成改变从而抑制不同相的形成、能够进一步降低室温电阻、以及能够抑制居里温度的波动。

解决问题的手段

为了达到上述目的，作为深入研究的结果，本发明人发现，在BaTiO₃的一部分Ba被Bi-Na替代的半导体陶瓷组合物的制备中，当单独制备Ba(TiM)O₃煅烧粉末(M为半导体掺杂物)和(BiNa)TiO₃煅烧粉末，并且将Ba(TiM)O₃粉末和(BiNa)TiO₃粉末分别在对其最合适的温度下进行煅烧(Ba(TiM)O₃粉末在相对高的温度下煅烧而(BiNa)TiO₃粉末在相对低的温度下煅烧)，可以抑制Ba(TiM)O₃煅烧粉末中的Bi的蒸发，以及可以防止Bi-Na的组成改变从而抑制不同相的形成；并且当将这些煅烧粉末混合、成形和烧结时，可以获得具有低的室温电阻并能够抑制居里温度的波动的半导体陶瓷组合物。