[发明专利]一种还原气氛烧结的BaTiO3基无铅PTC热敏电阻陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无铅PTC热敏电阻陶瓷材料领域，特别涉及一种还原气氛烧结的BaTiO₃基无铅PTC热敏电阻陶瓷材料及制备方法。

技术背景

目前商业用钛酸钡基PTC陶瓷都含有大量的铅，由于含铅陶瓷在制备过程中存在PbO的挥发，不仅造成生产过程中陶瓷制品化学计量比的偏离，使得产品的一致性和重复性降低；而且铅会污染环境和伤害人体。欧盟在2006年就通过《关于在电子电气设备中禁止使用含铅等某些有害物质指令》(ROHS指令)法规，严格禁止铅在电子陶瓷领域的使用。这就需要开发一种新型的环境友好型无铅PTC陶瓷材料来代替目前含铅PTC陶瓷材料。研究人员发现掺杂高居里点的K_0.5Bi_0.5TiO₃(KBT，T_c＝380℃)可以提高BaTiO₃基正温度系数热敏陶瓷的居里温度，为了尽可能高的提高T_c，选择进行高浓度的掺杂，但掺杂量超过3％时，样品在空气中烧结难以实现半导化，必须进行气氛半导化处理。一般，在还原气氛下处理后，会存在大量氧空位，而氧空位是BaTiO₃陶瓷中良好的电子载流子，故样品可以获得低的室温电阻率，但是几乎无PTC性能，为此，必须经过再氧化处理，通过氧回填形成晶界绝缘层和晶界势垒，获得PTC效应，制备方法比较复杂。

目前，CuO掺杂Ba_0.96(Bi_0.5K_0.5)_0.04TiO₃陶瓷材料还鲜有报道。鉴于此，有必要提供一种BaTiO₃基无铅PTC热敏电阻陶瓷材料及制备方法。

发明内容

本发明的目的在于是提供一种还原气氛烧结的BaTiO₃基无铅PTC热敏电阻陶瓷材料及其制备方法，制得的无铅PTC热敏电阻陶瓷材料，无需再氧化过程的处理，不但制备工艺简单，材料成本低，而且具有低的室温电阻率和大的电阻突跳。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种还原气氛烧结的BaTiO₃基无铅PTC热敏电阻陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：按照摩尔比1:1称取BaCO₃和TiO₂混合形成混合物A；按照摩尔比1:1:4称取Bi₂O₃、K₂CO₃和TiO₂混合形成混合物B；

步骤二：将混合物A与锆球石及去离子水，按照质量比为1:2:(2～2.5)混合后依次进行球磨、烘干、压块后，置于箱式炉中于1150～1250℃保温2～3小时，得到纯相的BaTiO₃粉体；将混合物B与锆球石及去离子水，按照质量比为1:2:(2～2.5)混合后依次进行球磨、烘干、压块后，置于箱式炉中于900～950℃保温3～4小时，得到纯相Bi_0.5K_0.5TiO₃粉体；

步骤三：以纯相BaTiO₃粉体、纯相Bi_0.5K_0.5TiO₃粉体和CuO粉体为原料，按照摩尔比0.96:0.04:(0.0005～0.0020)进行称量形成混合料；

步骤四：将混合料、锆球石及去离子水，按照质量比为1:2:(2～2.5)混合后依次进行球磨、烘干、造粒、过筛，形成造粒料；

步骤五：将造粒料在80～120MPa的压强下制成试样，然后，将试样在高温箱式炉中以3℃/min升温至600℃保温1h进行排胶处理，降到室温后置于以氧化锆为垫板的氧化铝瓷舟内，在管式气氛炉中通入氮气进行烧结，得到烧结好的试样；

步骤六：将烧结好的试样打磨、清洗，在试样两面均匀涂敷欧姆接触铝电极浆料，并于500～600℃下烧10～15min，制得BaTiO₃基无铅PTC热敏电阻陶瓷材料。

所述步骤二中混合物A与锆球石及去离子水，按照质量比为1:2:(2～2.5)混合后进行球磨，混合物B与锆球石及去离子水，按照质量比为1:2:(2～2.5)混合后进行球磨。

所述步骤二和步骤四中，球磨是在行星式球磨机中球磨3～4h。