[发明专利]高居里温度无铅正温度系数热敏电阻陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在大气气氛下烧结的高居里温度无铅正温度系数热敏电阻(PTCR)陶瓷的制备方法，属陶瓷压电材料制备工艺技术领域。

背景技术

铁电BaTiO₃的居里温度Tc为120℃，PTCR材料的Tc可通过SrTiO₃或PbTiO₃与BaTiO₃固溶来调节。目前广泛使用的高居里点PTCR陶瓷均采用BaTiO₃—PbTiO₃体系，Tc越高，材料中的铅含量越多。用量最大的空调加热用PTCR元件，居里温度在250℃左右，元件中PbO的含量超过30wt％。从环保的角度看，Pb对人体和环境有害。因此，研究开发非铅系PTCR材料对国民经济及社会发展有着重要意义。

PTCR材料的无铅化研究始于上世纪80年代末，以铁电(Na，Bi)TiO₃(简称BNT)与BaTiO₃固溶，获得(Ba，Bi，Na)TiO₃系高温PTCR材料。NBT是一种具有复合钙钛矿结构的驰豫型铁电体，其居里温度为320℃，作为无铅压电材料而倍受关注。研究表明，用NBT取代PbTiO₃来制备PTCR材料时，当NBT固溶量为1.5mol％时，材料的居里温度可达到150℃。随(Na，Bi)TiO₃固溶量的增加，材料的室温电阻率急剧上升至绝缘。而在非氧化气氛如N₂或在还原气氛下烧结，即使BNT含量达30mol％，PTCR材料的电阻率仍可达到实用化要求。但需要气氛保护的烧结制造方法增加了工艺成本。本发明将在BNT—BaTiO₃二元系PTCR材料的基础上高含量引入第三元——CaTiO₃，以抑制BNT中游离Na⁺和Bi³⁺离子对PTC效应的毒害作用，改善大气氛下烧结的陶瓷材料的性能。

PTCR为英文Positive Temperature Coefficient of Resistance的缩写，其中文译名为正温度系数热敏电阻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在大气气氛下烧结的高居里温度(Tc>130℃)无铅PTCR陶瓷的制备方法。

一种高居里温度无铅正温度系数热敏电阻陶瓷的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：

a.按分子摩尔比Bi₂O₃：Na₂O：TiO₂＝0.5：0.5：1.0和CaCO₃：TiO2＝1.0：1.0的比例称取上述分析纯的原料；CaCO₃的纯度按其重量百分比计为97～99％；Bi₂O₃、Na₂O和TiO₂的纯度为99.5～99.89％；

b.以玛瑙球和酒精为介质，按料：球、酒精＝1：2.5：1.5的重量比例将上述的Bi₂O₃、Na₂O、TiO₂混合料球磨24～48小时，烘干后在920～980℃温度下固相反应1～4小时，获得(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃粉体；同样方法，将上述CaCO₃和TiO₂混合料球磨24～48小时，烘干后在1150～1210℃温度下固相反应1～4小时，获得CaTiO₃粉体；此外，准备好现有的市售的BaTiO₃原料，其纯度为99.9％；