[发明专利]一种可低温烧结BiFeO3基高性能负温度系数热敏陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可低温烧结BiFeO₃基钙钛矿结构高性能负温度系数热敏陶瓷材料，属电子信息功能材料技术领域。

背景技术

热敏电阻是一类应用较为广泛的电子信息功能材料，表现为材料电阻率随环境温度的升高而指数线性减低，具有温度补偿、温度测量和抑制浪涌电流的作用，主要应用于如热水器、空调、办公用品和汽车电控等。在关于现有的负温度系数热敏（简称“NTC”）材料的研究中，主要集中于过渡金属氧化物构成的尖晶石材料，如Co、Mn、Ni、Cu、Fe、Al、Cr等过渡金属氧化物为基的半导体NTC陶瓷，以其大的电阻温度敏感系数、稳定的性能、合适的室温电阻率和宽广的使用温区而得到了较快的发展并已产业化。此外，也开发了一些诸如尖晶石、萤石、钙钛矿、金红石结构的热敏材料。但是，随着电子产品的集成化和模块化生产模式的不断扩展，这就要求材料在形成元器件过程中的热处理温度较低且能与Ag、Cu、Al等电极实现共烧。然而，对于尖晶石结构的热敏材料，烧结温度普遍在1200℃之上，加入玻璃助剂降低烧结温度则恶化材料的热敏特征和性能稳定性，因而开发一类烧结温度低于950℃、热敏性能仍然较好且性能稳定的热敏材料则显得很有必要。

众所周知，BiFeO₃是当前性能最好的铁电材料，也是居里温度较高且具有实用化前景的高居里点压电材料，因而在铁电、压电领域的研究较为集中。更为重要的是，把其烧成陶瓷体时烧结温度低于850℃，这也使其成为压电领域低温烧结的首选材料。然而，其具有大的漏电流特征阻碍了其在铁电、压电领域的进一步应用，但这一特征对于热敏材料的研究却是具有重要价值的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可低温烧结、热敏常数高、室温电阻率低于兆欧级、性能稳定的钙钛矿结构热敏陶瓷材料。

本发明为一种可低温烧结BiFeO₃基高性能负温度系数热敏陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）合成(1-x)BiFeO₃-xMeMO₃粉体：Me为Ba、Sr；M为Ti、Sn、Zr，及Sb与Sn的组合。先按(1-x)BiFeO₃-xMeMO₃化学计量比以MeCO₃：Bi₂O₃：Fe₂O₃：M的氧化物 = x：(1-x)/2：(1-x)/2：x摩尔比例混合，球磨过筛，烘干，在750~800℃保温2~4小时进行预烧，把所得预烧粉体进行二次球磨过筛，获得(1-x)BiFeO₃-xMeMO₃粉体，其中0.02≤x≤0.2；

（2）不掺入或掺入少量SiO₂：把（1）获得的(1-x)BiFeO₃-xMeMO₃粉体按照[(1-x)BiFeO₃-xMeMO₃]：SiO₂ = 100：y摩尔比例混合球磨，烘干得掺SiO₂的(1-x)BiFeO₃-xMeMO₃粉体，其中0≤y≤5；

（3）压制成型：把（2）获得的掺SiO₂的(1-x)BiFeO₃-xMeMO₃粉体加入5%聚乙烯醇（PVA）混合均匀，烘干，然后在成型机上压制成圆形坯体；

（4）热敏陶瓷坯体烧结：把所得坯体在850~950℃范围内保温2~4小时烧结成瓷，即得到掺SiO₂的(1-x)BiFeO₃-xMeMO₃热敏陶瓷材料。