[发明专利]中低温烧结半导体陶瓷和制备方法

说明书

本发明涉及一种中低温烧结半导体陶瓷及其液相制备方法，属材料科学技术领域。

众所周知，传统的正温度系数陶瓷材料(以下简称PTC材料)主要是指BaTiO₃陶瓷，纯BaTiO₃是良好的绝缘体，而当在其中掺杂微量的稀土元素(如La、Nb、Sb、Ta等)时，元件的电阻率会降到10²Ω·cm以下，并且在120℃附近具有正温度系数(PTC)特性。传统的PTC材料还有(Ba，Pb)TiO₃、(Sr，Ba)TiO₃等体系。

传统工艺一般是通过固相反应法制备陶瓷材料。工艺步骤包括：称料—混料—预烧—粉碎(同时二次添加)—筛分—造粒—成型—烧结等。该传统工艺存在组分分布不均匀、易受杂质污染、再现性差等缺点，而且烧结温度一般都在1300℃以上，能耗高，不利于工艺控制。制备的材料其抗热冲击能力较差，耐压不易提高，因而限制了元件的实际应用。

近年新出现了一种(Sr，Pb)TiO₃陶瓷(参考日本公开特许公报昭63-280401)，这种材料的电阻—温度特性显示的是同时具有负温度系数(NTC)特性和正温度系数特性(PTC)的复合特性(呈V字形)，而不是典型的单一PTC特性，且烧结温度在1250℃左右，电阻率也很难降低至10³Ω·cm以下。

本发明的目的是制备一种中低温烧结半导体陶瓷，以(Sr，Pb)TiO₃陶瓷为基体材料，获得一种新型的PTC陶瓷材料，这种材料具有典型的PTC特性；改善传统PCT材料和工艺存在的上述问题，降低材料的烧结温度和电阻率，提高耐压强度和性能再现性。

本发明研制的中低温烧结半导体陶瓷特指含有SrO、PbO和TiO₂的(Sr，Pb)TiO₃基半导体陶瓷，其一般式为：

           (Sr_1-xPb_x)Ti_yO₃

其中    x＝0.1～0.9；  y＝0.8～1.2

配方主成分中含有Sr，Pb，Ti等金属元素，其总含量在85％～99.9mol％之间。

为了使(Sr，Pb)TiO₃材料半导化，配方中至少含有一种微量元素，如Y、La、Nd、Sb、Dy、Ce、Nb等，它们的含量在0.01～3mol％之间。

为了降低材料的烧结温度和增强PTC效应，配方中还添加有少量添加物，如AST(1/3Al₂O₃·3/4SiO₂·1/4TiO₂)、SiO₂、BaPbO₃、Si₃N₄、BN和Mn、Fe、Cu、Li等化合物中的一种或多种，总含量在0.1～12mol％之间。

工艺：