[发明专利]高居里温度无铅钛酸钡基PTCR陶瓷材料及制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子陶瓷，尤其涉及一种采用固相反应法法制备高居里温度BT-BaBiO₃-BNT体系PTCR陶瓷材料的方法。

背景技术

PTCR效应是在一个特定的温度上电阻的电阻率突然增加几个数量级。该效应在电子、机械、医疗卫生、农业、家用电器等各个领域有着极为广泛的应用。目前，商用PTCR元件大多采用掺杂钛酸钡基半导体陶瓷。钛酸钡基半导体陶瓷的PTCR效应是电阻在居里温度附近随着正方相到立方相的转变而突跳。但是，我们知道，纯BaTiO₃的居里温度是120℃,所以BaTiO₃基PTCR陶瓷的应用温度被限制在120℃以下。为了提高BaTiO₃基PTCR陶瓷材料的居里温度以及扩大它的应用温度范围，市场上基本都采用PbTiO₃加入到BaTiO₃中。但铅的毒性和挥发性使含铅PTCR材料在制造、生产、使用和回收整个过程中危害人类的身体健康及产生环境污染。随着各国对含铅材料使用的限制,人们一直试图研究出新的环保型无铅高居里温度(Tc>120℃)的PTCR材料。尽管很多文献已经指出(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃能够很大程度的提高BaTiO₃基PTCR陶瓷的居里温度，但是这仍远远达不到工业应用的要求。目前，研究者们都致力于提高BaTiO₃-(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃体系中(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃的含量以增加体系的居里温度。但是，研究表明，当(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃的含量超过2mol％时，用传统固相反应法制备的BaTiO₃-(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃陶瓷在空气中烧结很难半导化。为了让更高BNT含量的陶瓷获得PTC性能，BaTiO₃-(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃陶瓷烧结需要采用还原再氧化的工艺，此工艺操作复杂，要求控制精确，很难应用于大规模的工业生产。因此，制备在空气气氛中烧结的高居里温度无铅BaTiO₃基陶瓷材料仍然是一个亟待解决的问题。

发明内容

众所周知，纯的BaTiO₃陶瓷由于很宽的禁带宽度(3.1eV)而是绝缘体。三价离子如La³⁺、Sb³⁺、Y³⁺或者五价离子Nb⁵⁺、Ta⁵⁺用来分别取代Ba²⁺、Ti⁴⁺让它半导化。BaBiO₃作为一种施主，拥有两种不同价态的Bi离子(Bi³⁺和Bi⁵⁺)。BaBiO₃掺杂BaTiO₃体系中不仅能够降低体系的室温电阻率，也能提高体系的居里温度。采用BT-BaBiO₃-BNT体系能够制备出低室温电阻率，高居里温度的PTCR材料。针对现有技术，本发明的目的在于提供一种高居里温度无铅钛酸钡基PTCR陶瓷材料及其制备方法，制备过程中无铅的添加物，对环境友好，其制备方法过程简单,保证无铅PTCR材料工业化。