[发明专利]一种降低KNbO3基PTCR材料烧结温度的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种在氮气气氛下低温烧结仍保持良好电性能的KNbO₃基PTCR陶瓷材料及其制备方法，属于电子陶瓷材料制备工艺技术领域。

背景技术

PTCR陶瓷一般是指具有正的电阻温度系数（Positive Temperature Coefficient of Resistance）的热敏电阻材料或元器件，其特点是当环境温度上升到某一点温度时（居里点或者开关温度点）其电阻值将猛增几个数量级，用这种材料作为发热体其发热功率几乎不随着外加电压的变化而变化，具有自动恒温功能。典型的PTCR材料是以钛酸钡为基的半导体陶瓷材料，但是钛酸钡基材料通常含铅，对环境与人体均有严重毒害，因此采用与BaTiO₃同属钙钛矿型结构且与之有平行相变的铁电体KNbO₃材料是更加绿色环保的选择。

在生产与科研中，为降低材料制备成本，常常需要降低陶瓷的烧结温度。本发明旨在开发一种低温下烧结仍保持良好电性能的KNbO₃基PTCR陶瓷材料。人们常用的Al₂O₃-SiO₂-TiO₂(AST)可降低室温电阻率、改善PTC效应，但对KNbO₃体系的材料，AST助烧剂并不适合，因为材料中的碱金属离子K⁺等会优先与SiO₂等形成低温玻璃，而导致主晶相化学计量比偏离。V₂O₅的熔点约689℃，且V离子易于变价，不仅可作为烧结助剂，还能在一定程度上作为受主掺（V³⁺），故本发明采用低熔点氧化物V₂O₅ 为添加剂，在氮气气氛下制备KNbO₃半导陶瓷，获得KNbO₃基PTCR陶瓷材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在氮气气氛下低温烧结仍保持良好电性能的KNbO₃基PTCR陶瓷材料体系。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种KNbO₃基PTCR陶瓷材料，该材料具体的配方为KNbO₃+xM+aBaCO₃+bAl₂O₃+cGeO₂, 其中, M为含有钒元素的氧化物或无机盐粉体, x=0~0.10, a=0~0.10；Al₂O₃和GeO₂为烧结助剂，其含量b,c = 0.0001~0.05。

上述的KNbO₃基PTCR陶瓷材料的制备方法，其特征在于具有以下的制备工艺步骤：

a.       将K₂CO₃、V₂O₅、Nb₂O₅、BaCO₃、Al₂O₃和GeO₂或含有这些金属元素的无机盐微米级粉体；材料中预合成的KNbO₃采用传统的固相反应法制备，即按分子摩尔比K₂CO₃: Nb₂O₅ = 1：1的比例称取上述两种原料的分析纯；以氧化锆球和酒精为介质，将上述的K₂CO₃、Nb₂O₅混合料在行星球磨机中球磨0.5~24小时，将混合的料置于50~150℃的烘箱中烘干，将烘干后的混合料放入氧化铝坩埚中按4~8℃每分钟的升温速率升温至800~1000℃，保温0.5~15小时，获得KNbO₃；