[发明专利]添加BaTiO3高电位热敏电阻材料的制备方法

说明书

本发明公开了添加BaTiO₃高电位热敏电阻材料的制备方法，通过该工艺获得的电阻材料在电化学性能上较市面上常见的同类材料有明显的提升，电阻率出现数量级的变化，同时能耗小，耐老化，具有比较稳定的性能。发明在BaTiO₃系列的陶瓷材料中引入微量稀土元素（独居石、磷钇石），可使其电阻率下降到10Ω·cm以下，成为良好的半导体陶瓷材料，随着温度的上升，材料的电阻率将出现几个数量级的变化。本发明获得的电阻材料在恒温加热、过流保护、延时启动等方面有较大的应用前景，例如各种取暖器、烘干机、变压器、电子镇流器等。

技术领域

本发明涉及电阻材料这一技术领域，特别涉及到添加BaTiO₃高电位热敏电阻材料的制备方法。

背景技术

PTC是一种半导体发热陶瓷，当外界温度降低，PTC的电阻值随之减小，发热量反而会相应增加。 说一种材料具有PTC (Positive Temperature Coefficient) 效应，即正温度系数效应，仅指此材料的电阻会随温度的升高而增加。如大多数金属材料都具有PTC效应。在这些材料中，PTC效应表现为电阻随温度增加而线性增加，这就是通常所说的线性PTC效应。钛酸钡（BaTiO₃）是一种具有钙钛矿结构（ABO3）的介电材料，由于具有铁电、压电、高介电常数和正温度系数效应等优异的电学性能，是高介电陶瓷电容器的主要原材料。并且钛酸钡系列的弛豫铁电陶瓷由于其极高的介电常数、相变温度和弛豫化的相变行为等优良特性，成为多层陶瓷电容器必不可少的介质材料。在BaTiO3系列的陶瓷材料中引入微量稀土元素，如La、Nb等，可使其电阻率下降到10Ω·cm以下，成为良好的半导体陶瓷材料。这种材料具有很大的正电阻温度系数，在居里温度以上几十度的温度范围内，其电阻率可以增大4-10个数量级，及产生PTC效应。但是在传统的PTC热敏电阻制备中往往不好掌握多晶BaTiO₃半导体材料的晶粒边界，对于多晶BaTiO₃半导体材料的电阻率的提高没有达到预期的数量级。根据海望模型，PTC效应的原因在于多晶BaTiO₃半导体材料的晶粒边界的形成。多晶BaTiO₃半导体材料晶体边界存在一个由受主表面态引起的势垒层，材料是电阻率是由晶粒体电阻和晶粒表面态势垒两部分组成，随着温度的上升，材料的电阻率将出现几个数量级的变化。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种添加BaTiO₃高电位热敏电阻材料的制备方法，本发明在优化生产工艺的基础上摸索出了多晶BaTiO₃半导体材料的晶粒边界的形成条件，尤其是在加入微量的稀土元素以后使得BaTiO₃半导体材料的电阻率转化效率得到大幅度的提高。在本发明中对于稀土元素的选择上以性能优先兼顾价格成本的原则选用了独居石和磷钇石这类稀土矿石原料，在保证BaTiO₃半导体材料的电阻率转化效率的同时是的整个材料的原料成本和成品造价大幅度的下降。

技术方案：为了实现上述目的，本发明公开了添加BaTiO₃高电位热敏电阻材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将独居石3-6份、磷钇石1-3份、BaTiO₃ 3-6份、Cr₂O₃ 2-4份、NiO 1-3份、Fe₃O₄ 1-3份、、Al₂O₃ 4-8份、SiO₂ 10-17份、尖晶石25-30份，置于球磨罐中，然后加入分散介质，进行球磨，烘干得到粉末混合物；

（2）将步骤（1）的粉末混合物中加入对甲苯磺酸甲酯1-4份、二苯基乙醇酸3-6份、偶联剂1-4份中进行熔融，在惰性气体保护的气氛中做高温烧结，然后自然冷却至室温；

（3）将步骤（2）的反应物加入到超声震荡器中打碎，过筛分选得到小颗粒产物；