[发明专利]一种限流开关型无铅PTC陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体材料，特别涉及一种符合无铅、高升阻比、较大电阻温度系数、具有正温度系数（PTC）的热敏电阻陶瓷材料的制备方法。

背景技术

BaTiO₃基正温度系数电阻（positive temperature coefficient resistance，简称PTCR）陶瓷材料是一种铁电半导体材料，是近年来发展迅速的新型电子材料之一。由于PTCR陶瓷材料具有温敏、限流、延时等自动“开关”功能，已广泛的应用于电子通讯、航空航天、汽车工业、家用电器等各个领域。

然而，当前的可实用化的压电和铁电材料主要是以Pb作为居里点的移动剂，以Pb置换Ba的晶格位置来实现的。此类产品由于其良好的稳定性、可重复性和较高的居里点得到了广泛的应用。但是含Pb氧化物不可避免的因为各种原因流入生活环境和自然环境，从而对人体和自然环境造成危害。由于当前各国对环保要求的不断提高，PTCR材料的无铅化已经成为一种必然趋势。环境友好型的PTCR热敏陶瓷材料具有深远的社会意义和经济意义。

另一方面，目前的无铅PTC材料的研究，多集中于高温发热电子元器件。但是应用PTC材料随温度上升而引起的电阻急剧增加的性能，作为热敏开关或者电路保护器的研究尚且很少。目前各国研究人员研究最多的无铅系统是含铋化合物对BT掺杂改性的PTC材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种限流开关型无铅PTC陶瓷材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种限流开关型无铅PTC陶瓷材料，该陶瓷材料包括以下组分：

Ba_1-x-yCa_y(K_0.5Bi_0.5)_xTiO₃+zYb₂O₃+nM

，其中0.05≤x≤0.3，0.05≤y≤0.13，0.005≤z≤0.04，0.001≤n≤0.005，M为半导化元素的氧化物。

上述限流开关型无铅PTC陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

1）首先将K₂CO₃、Bi₂O₃以及TiO₂按照K₂CO₃:Bi₂O₃:TiO₂=1:1:4的摩尔比混合得混合物A，然后将BaCO₃以及TiO₂按照1:1的摩尔比混合得混合物B，向混合物A以及混合物B中加入去离子水后分别在350-500r/min的转速下球磨4h，球磨后在80-100℃下烘干；

2）经过步骤1）后，将混合物A在900-950℃下保温2-3h合成K_0.5Bi_0.5TiO₃粉体，将混合物B在1100-1150℃下保温2-3h合成BaTiO₃粉体；

3）将K_0.5Bi_0.5TiO₃粉体、BaTiO₃粉体、CaCO₃、Yb₂O₃和M按照下面的配方进行配料得混合物C：

Ba_1-x-yCa_y(K_0.5Bi_0.5)_xTiO₃+zYb₂O₃+nM

，其中0.05≤x≤0.3，0.05≤y≤0.10，0.005≤≤0.04，0.001≤n≤0.005，M为半导化元素的氧化物，向混合物C中加入去离子水后在350-500r/min的转速下球磨4h，球磨后在80-100℃下烘干，然后造粒、成型得胚体；

4）将胚体在箱式炉中进行烧结，烧结时，从室温以3℃/min的速率升温到500℃后保温0.5h，然后再以3℃/min的速率升温到1250-1320℃后保温1-3h，再以3℃/min的速率冷却到室温，即得到限流开关型无铅PTC陶瓷材料。

所述M为含有三价或者五价稀土微量半导化元素的氧化物中的一种或者几种的混合物。