[发明专利]汽车冷起动用正温度系数材料及元件的制备方法

说明书

本发明属于无机功能材料及其元件的制备方法。

正温度系数（PTC）材料是一类以BaTiO₃为基的半导体陶瓷，它是通过在BaTiO₃及其以BaTiO₃为基的固溶体内掺入一定量施主杂质，在氧化气氛中烧结而成的材料。室温下，它显现出n型半导体特征。随着温度的升高，在某一特定的温度（材料的居里温度或相变转变温度）以上，电阻率急剧增加，其幅度可达几个数量级，这就是所谓的PTC效应。利用这种材料的电阻率随温度变化特性，可以制成温度传感器，延迟器件和自控发热元件，在电子仪表、汽车工业、化学化工、医疗卫生、工业自动化以及家用电器方面均可有广泛的应用。

汽车冷起动用的PTC材料是基于汽车在寒冷的气候下，存在着起动困难，以及冷态时汽油未经预热进入汽化室还会产生汽油燃烧不完全，造成燃料浪费、排污严重以及机器另件磨损增加等问题。为解决这一系列问题，国外开发了多种冷起器，其中用PTC材料作为加热元件的歧管加热器已被汽车行业看作是最有前途的冷起动器件。国内引进的上海桑塔纳轿车、北京吉普213均装备有这一器件。遗憾的是无论国内外文献发表的PTC材料在汽车上应用，或者引进生产线的资料中，仅仅较多地叙述冷起动加热器的结构，各组成部分间的特点而对其材料的化学组成和制备工艺只字不提（例如，U.S.P  4419564）。而PTC材料的有关资料，例如R.N.Basu等人“Grain，Bondary    Resistance    in    Semicondncting    Barium    titanate”（IEEE    Vol    No    p.685，1986）和K.Kuwabara等人“preparation    of    high-curie-point    Barium-Lead-Titanate    and    their    PTCR    Characteristics”（Amer，Ceram，Soc，Bull，64（10）1194-98，1985）均较多地讨论材料科学所涉及的规律性内容，而对汽车冷起动的专用材料和元件的制造方法报导甚少。

本发明的目的在于提供汽车冷起动用PTC材料和元件的制造方法，以期替代上海引进的桑塔纳轿车和北京213吉普生产线用的冷起器发热元件并改善现有国产汽车的冷起动性能。

具体地说，本发明的目的是通过下述几方面实现的：

（1）提出了一整套制备工艺，依此可制造出居里温度为180℃，室温电阻率为20～70Ω·cm，且在居里温度附近突变达10³～10⁴PTC材料;

（2）用本发明提供的PTC材料制成的PTC元件;外形尺寸Φ21X1mm，二主面施以欧姆接触电极后，其室温电阻（25℃）为0.8-2.0Ω，能满足汽车冷起器的要求;

本发明是通过图1所示的工艺流程制备PTC材料以及PTC元件的，图中1到5分别为合成添加有一定量施主杂质的BaTiO₃基料工艺过程，分别为配料（称量）、球磨混合、烘干过筛、压块以及一定温度下合成。

图中1′到5′为合成加有一定量施主杂质的PbTiO₃基料工艺过程，分别为配料（称量）、球磨混合、烘干过筛、压块以及一定温度下合成。

6为称量配比PTC粉料工艺，将含有一定量施主杂质的PbTiO₃和含有一定量施主杂质的BaTiO₃粉料按14∶0.86克分子比混合，并添加Al₂O₃、SiO₂、BaCO₃、TiO₂中至少二种杂质以及MnCl₂·4H₂O。

7为球磨混合粉碎;8为烘干并加入粘结剂;9为预压后再粉碎;10为一定压力下成型;11排除粘结剂;12一定温度下烧成;13加工成所需外形尺寸;14化学镀镍;15烧渗低温银浆;16测试性能。

具体叙述如下：

（1）主原料 BaCO₃化学纯（含量≥99%）

Pb₃O₄工业纯（PbO含量≥97.0%）

TiO₂工业纯（搪瓷级、含量≥99%）

（2）施主杂质：Nb₂O₅化学纯（含量≥99%）