一种钛酸锶钡半导体陶瓷的制备方法
专利汇可以提供一种钛酸锶钡半导体陶瓷的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 钛 酸锶钡 半导体 陶瓷的制备方法，属于正 温度 系数(PTC)陶瓷材料的制备方法，针对现有制备方法存在的问题，低温 烧结 制备PTCR效应较好的陶瓷材料。本 发明 包括：(1)Y-BaTiO 3 粉体制备步骤；(2)玻璃烧结助剂制备步骤；(3)PTCR陶瓷制备步骤。本发明配方中添加了玻璃烧结助剂，玻璃烧结助剂中添加了Mn(NO 3 ) 2 溶液，使锰的加入更加容易，有效改善了析出损失和混合不均等问题，既降低材料的烧 结温 度又 增强材料 的PTC效应，制备的PTCR陶瓷具有较低的室温 电阻 率 ，较高的 升阻比 ，具有良好综合PTCR性能，且有利于叠层化，符合制作 热敏电阻 的要求。，下面是一种钛酸锶钡半导体陶瓷的制备方法专利的具体信息内容。
1.一种钛酸锶钡半导体陶瓷的制备方法，包括：
(1)Y-BaTiO3粉体制备步骤：
按摩尔比1mol(Ba1-aSra)TibO3+0.4～0.8mol％Y2O3，配置分析纯 BaCO3、SrCO3、TiO2、Y2O3粉料，用蒸馏水球磨4～6小时后，烘干、 粉碎、过筛，在1150～1250℃温度下烧结，保温2～3小时，得到钛酸 锶钡粉末；其中，a＝0.15～0.3，b＝1.00～1.02；
(2)玻璃烧结助剂制备步骤：
按摩尔比0.5mol BaCO3+1mol H3BO3+x mol％SiO2+y mol％ Mn(NO3)2，称取BaCO3、H3BO3、SiO2粉料和Mn(NO3)2溶液，用ZrO2 球球磨混料4～6小时，烘干、粉碎、过筛，然后将混合粉体装入刚玉 坩埚，以5℃/min的升温速率加热到1100～1150℃，保温10～60min后， 倒入水中淬冷，将得到的玻璃料再用ZrO2球球磨4～6小时，在80～100 ℃温度下烘干，粉碎后过筛，得到玻璃粉；其中，2≤x≤8，0≤y≤0.08；
(3)PTCR陶瓷制备步骤
将步骤(2)所得到的玻璃粉加入步骤(1)所得到的钛酸锶钡粉 末中，玻璃粉占混合后粉末的质量百分比为7～13％，球磨混合4～6 小时，在90～100℃温度下烘干，粉碎后过筛，加入浓度5％的PVA溶 液，溶液占粉末的质量百分比为8～13％，再经造粒、干压成型后，在 1050～1280℃温度下烧结2～3小时，制成钛酸锶钡半导体陶瓷。
技术领域
本发明属于正温度系数(PTC)陶瓷材料的制备方法，特别涉及 一种钛酸锶钡半导体陶瓷的制备方法。
背景技术
现有的正温度系数热敏电阻(PTCR)陶瓷材料主要是指BaTiO3 陶瓷，纯的BaTiO3陶瓷是绝缘体，而当其中掺杂微量稀土元素时， 陶瓷材料的电阻率会急剧下降到102Ω·cm，并且在120℃时具有正温 度系数效应，即PTC效应。PTCR陶瓷材料广泛用于过电流保护、温 度控制和马达启动等领域。
但目前一般是通过固相反应制备正温度系数热敏电阻(PTCR) 陶瓷材料，由于固相反应存在着组分分布不均匀，易受杂质污染，而 且烧结温度一般都高于1200℃，能耗高，使得在制作叠层时，陶瓷 层和电极间的共烧非常困难。因此，降低烧结温度对PTCR陶瓷的片 式应用显得非常关键，而添加助烧剂是一种常用的降低PTCR陶瓷烧 结温度的方法。
另外，为了提高材料的PTC效应，使升阻比达到104的水平，在 现有工艺中锰常作为一种受主杂质掺到PTC陶瓷材料中来提高材料 的PTCR性能。由于锰的扩散系数比较小，因此，要求在高温下烧结 陶瓷材料才能半导化；好的PTCR效应与材料的低温烧结形成了一种 矛盾。
发明内容
本发明的一种钛酸锶钡半导体陶瓷的制备方法，包括：
(1)Y-BaTiO3粉体制备步骤：
按摩尔比1mol(Ba1-aSra)TibO3+0.4～0.8mol％Y2O3，配置分析纯 BaCO3、SrCO3、TiO2、Y2O3粉料，用蒸馏水球磨4～6小时后，烘干、 粉碎、过筛，在1150～1250℃温度下烧结，保温2～3小时，得到钛 酸锶钡粉末；其中，a＝0.15～0.30，b＝1.00～1.02；
(2)玻璃烧结助剂制备步骤：
按摩尔比0.5mol BaCO3+1mol H3BO3+x mol％SiO2+y mol％ Mn(NO3)2，称取BaCO3、H3BO3、SiO2粉料和Mn(NO3)2溶液，用 ZrO2球球磨混料4～6小时，烘干、粉碎、过筛，然后将混合粉体装 入刚玉坩埚，以5℃/min的升温速率加热到1100～1150℃，保温10～ 60min后，倒入水中淬冷，将得到的玻璃料再用ZrO2球球磨4～6小 时，在80～100℃温度下烘干，粉碎后过筛，得到玻璃粉；其中，2 ≤x≤8，0≤y≤0.08；
(3)PTCR陶瓷制备步骤
将步骤(2)所得到的玻璃粉加入步骤(1)所得到的钛酸锶钡 粉末中，玻璃粉占混合后粉末的质量百分比为7～13％，球磨混合4～ 6小时，在90～100℃温度下烘干，粉碎后过筛，加入浓度5％的PVA 溶液，溶液占粉末的质量百分比为8～13％，再经造粒、干压成型后， 在1050～1280℃温度下烧结2～3小时，制成钛酸锶钡半导体陶瓷。
烧结后的钛酸锶钡半导体陶瓷材料进行磨片、清洗，清洗后的圆 片两面涂Al电极，进行烧结，制成PTCR元件，即可使用。
本发明为了降低烧结温度，配方中添加了少量的由BaCO3、 H3BO3、SiO2构成的玻璃烧结助剂；为了增强PTC效应，还在玻璃烧 结助剂中添加了Mn(NO3)2溶液，其含量不大于0.08mol％；选用 Mn(NO3)2溶液，使锰的加入更加容易，有效改善了析出损失和混合不 均等问题，既降低材料的烧结温度又增强材料的PTC效应。
本发明烧结温度低，制备的PTCR陶瓷具有较低的室温电阻率， 较高的升阻比，具有良好综合PTCR性能，且有利于叠层化，符合制 作热敏电阻的要求。
附图说明
图1为两种不同掺锰方式得到的钛酸锶钡半导体陶瓷材料电阻 温度特性曲线图；
图2为二次配料中单独掺锰得到的钛酸锶钡半导体陶瓷材料电 阻温度特性曲线图。
具体实施方式
实施例1
(1)Y-BaTiO3粉体制备步骤：
按摩尔比1mol(Ba0.75Sr0.25)Ti1.02O3+0.4mol％Y2O3+0.04mol％ Mn(NO3)2配置分纯BaCO3、SrCO3、TiO2、Y2O3粉料，用蒸馏水球 磨4小时后，烘干、粉碎、过筛，在1200℃温度下烧结，保温3小 时，得到钛酸锶钡粉末；
(2)玻璃烧结助剂制备步骤：
按摩尔比0.5mol BaCO3+1mol H3BO3+2mol％SiO2，称取 BaCO3、H3BO3、SiO2粉料和Mn(NO3)2溶液，用ZrO2球球磨混料4 小时，烘干、粉碎、过筛，然后将混合粉体装入刚玉坩埚，以5℃/min 的升温速率加热到1100℃，保温60min后，倒入水中淬冷，将得到 的玻璃料再用ZrO2球球磨4小时，在80℃温度下烘干，粉碎后过筛， 得到玻璃粉；
(3)PTCR陶瓷制备步骤
将步骤(2)所得到的玻璃粉加入步骤(1)所得到的钛酸锶钡 粉末中，玻璃粉占混合后粉末的质量百分比为7％，球磨混合4小时， 在90℃温度下烘干，粉碎后过筛，加入浓度5％的PVA溶液，溶液 占粉末的质量百分比为8％，再经造粒、干压成型后，在1050℃温度 下烧结3小时，制成钛酸锶钡半导体陶瓷。
实施例2
(1)Y-BaTiO3粉体制备步骤：
按摩尔比1mol(Ba0.75Sr0.25)Ti1.02O3+0.6mol％Y2O3配置分析纯 BaCO3、SrCO3、TiO2、Y2O3粉料，用蒸馏水球磨5小时后，烘干、 粉碎、过筛，在1150℃温度下烧结，保温3小时，得到钛酸锶钡粉 末；
(2)玻璃烧结助剂制备步骤：
按摩尔比0.5mol BaCO3+1mol H3BO3+5mol％SiO2+0.06mol％ Mn(NO3)2，称取BaCO3、H3BO3、SiO2粉料和Mn(NO3)2溶液，用ZrO2 球球磨混料5小时，烘干、粉碎、过筛，然后将混合粉体装入刚玉坩 埚，以5℃/min的升温速率加热到1150℃，保温30min后，倒入水中 淬冷，将得到的玻璃料再用ZrO2球球磨4小时，在80℃温度下烘干， 粉碎后过筛，得到玻璃粉；
(3)PTCR陶瓷制备步骤
将步骤(2)所得到的玻璃粉加入步骤(1)所得到的钛酸锶钡 粉末中，玻璃粉占混合后粉末的质量百分比为10％，球磨混合5小 时，在90℃温度下烘干，粉碎后过筛，加入浓度5％的PVA溶液， 溶液占粉末的质量百分比为10％，再经造粒、干压成型后，在1050 ℃温度下烧结3小时，制成钛酸锶钡半导体陶瓷。
将烧结后的试样磨片、清洗、涂铝电极、烧电极。所获样品性能 参数：室温电阻率≤100Ω·cm；升阻比≥1.0+4E。
实施例3
(1)Y-BaTiO3粉体制备步骤：
按摩尔比1mol(Ba0.70Sr0.30)Ti1.01O3+0.8mol％Y2O3配置分析纯 BaCO3、SrCO3、TiO2、Y2O3粉料，用蒸馏水球磨6小时后，烘干、 粉碎、过筛，在1250℃温度下烧结，保温2小时，得到钛酸锶钡粉 末；
(2)玻璃烧结助剂制备步骤：
按摩尔比0.5mol BaCO3+1mol H3BO3+8mol％SiO2，称取 BaCO3、H3BO3、SiO2粉料和Mn(NO3)2溶液，用ZrO2球球磨混料6 小时，烘干、粉碎、过筛，然后将混合粉体装入刚玉坩埚，以5℃/min 的升温速率加热到1150℃，保温10min后，倒入水中淬冷，将得到 的玻璃料再用ZrO2球球磨6小时，在100℃温度下烘干，粉碎后过筛， 得到玻璃粉；
(3)PTCR陶瓷制备步骤
将步骤(2)所得到的玻璃粉加入步骤(1)所得到的钛酸锶钡 粉末中，玻璃粉占混合后粉末的质量百分比为13％，再按配比加入 0.06mol％Mn(NO3)2溶液后球磨混合6小时，在100℃温度下烘干， 粉碎后过筛，加入浓度5％的PVA溶液，溶液占粉末的质量百分比为 13％，再经造粒、干压成型后，分别在1050℃温度下烧结3小时、 在1280℃温度下烧结2小时，制成两种钛酸锶钡半导体陶瓷。
将实施例1、实施例2、实施例3所得的陶瓷试样磨片、清洗、 涂铝电极、烧电极，分别得到陶瓷片样品1、样品2和样品3、样品 4；对样品1、样品2进行阻温曲线的测试，其结果如图1所示，图 中，样品1为黑色方块连接的曲线；样品2为黑色菱形连接的曲线。 对样品3、样品4进行阻温曲线的测试，其结果如图2所示，黑色方 块连接的曲线为在1050℃温度下烧结3小时得到的样品3的曲线； 椭圆形块连接的曲线为在1280℃温度下烧结2小时得到的样品4的 曲线。图1、图2中，横轴为温度(摄氏)，纵轴为电阻率ρ取对数。
可以看出，本发明中，将锰添加到玻璃中共烧后，在1050℃保 温3小时烧结，其升阻比可达1.47×104，而用传统的添加方式中，锰 作为受主，在1050℃保温3小时烧结，其升阻比为3.16×103，而锰在 二次配料中单独加入则在1050℃烧结时不能半导化。
实施例4
(1)Y-BaTiO3粉体制备步骤：
按摩尔比1mol(Ba0.75Sr0.25)Ti1.02O3+0.6mol％Y2O3配置分析纯 BaCO3、SrCO3、TiO2、Y2O3粉料，用蒸馏水球磨5小时后，烘干、 粉碎、过筛，在1150℃温度下烧结，保温3小时，得到钛酸锶钡粉 末；
(2)玻璃烧结助剂制备步骤：
按摩尔比0.5mol BaCO3+1mol H3BO3+5mol％SiO2+y mol％ Mn(NO3)2，称取BaCO3、H3BO3、SiO2粉料和Mn(NO3)2溶液，用ZrO2 球球磨混料5小时，烘干、粉碎、过筛，然后将混合粉体装入刚玉坩 埚，以5℃/min的升温速率加热到1150℃，保温10min后，倒入水中 淬冷，将得到的玻璃料再用ZrO2球球磨6小时，在90℃温度下烘干， 粉碎后过筛，得到玻璃粉；其中，4个实施例的y值分别为0.02、0.04、 0.06、0.08；其它参数相同；
(3)PTCR陶瓷制备步骤
将步骤(2)所得到的玻璃粉加入步骤(1)所得到的钛酸锶钡 粉末中，玻璃粉占混合后粉末的质量百分比为10％，球磨混合5小 时，在90℃温度下烘干，粉碎后过筛，加入浓度5％的PVA溶液， 溶液占粉末的质量百分比为10％，再经造粒、干压成型后，在1150 ℃温度下烧结3小时，制成钛酸锶钡半导体陶瓷。
将烧结后的试样磨片、清洗、涂铝电极、烧电极。所获样品性能 参数见表2。
表2
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