一种具有耐高压性能的新型环保ptc热敏电阻
阅读说明：本技术 一种具有耐高压性能的新型环保ptc热敏电阻 (Novel environment-friendly PTC thermistor with high-voltage resistance ) 是由 漆光智 金德才 吴家慧 王峰 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种新型环保PTC热敏电阻瓷体,所述PTC热敏电阻瓷体的配方组成按照质量百分比包括：BaCO-3：55～70％,SrCO-3：3～15％,TiO-2：27～40％,CaCO-3：0.5～2％,Tc-2O-5：0.05～0.20％,Pm-2O-3：0.001～0.003％,MnO-2：0.1～0.4％,LiCO-3：0.06～0.30％,SiO-2:0.06～0.3％,BN:0.1～0.3％。本发明通过Tc-2O-5和Pm-2O-3双施主掺杂,在最大程度上提高减小晶粒的尺寸的效果,达到提高PTC陶瓷的耐电压性能的目的。(The invention provides a novel environment-friendly PTC thermistor ceramic body, which comprises the following components in percentage by mass: BaCO 3 ：55～70％，SrCO 3 ：3～15％，TiO 2 ：27～40％，CaCO 3 ：0.5～2％，Tc 2 O 5 ：0.05～0.20％，Pm 2 O 3 ：0.001～0.003％，MnO 2 ：0.1～0.4％，LiCO 3 ：0.06～0.30％，SiO 2 0.06-0.3% and 0.1-0.3% BN. The present invention passes Tc 2 O 5 Pm and 2 O 3 the double-donor doping improves the effect of reducing the size of crystal grains to the maximum extent, and achieves the purpose of improving the voltage resistance of the PTC ceramic.)
技术领域
本发明涉及无机非金属材料技术领域，特指一种具有耐高压性的新型环保PTC热敏电阻。
背景技术
PTC热敏电阻是一种半导体化的具有正的温度系数(PositiveTemperatureCoefficient)的电子陶瓷材料，具有这种特性的智能电子陶瓷元件集发热与温控于一体，具有自动控温、安全节能、自动恢复、无触点动作、无明火、寿命长等特点；产品可用于发热元器件、温度控制、过流保护、过热保护和热感应等系统,广泛应用于汽车、电子、通讯、输变电工程、空调暖风机工程、低能耗安全型家用电器以及消磁、过流保护、过热保护等领域。
目前，最常用的PTC热敏电阻是BaTiO3基陶瓷材料，为了提高热敏陶瓷的工作性能，采用添加氧化铅或含铅化合物参杂来实现，而铅是一种具有毒性的重金属元素，在PTC热敏电阻的生产过程中，铅会造成对自然环境的污染并对人类的身体健康造成危害，世界各国已经严格控制含铅产品的使用，无铅环保PTC热敏电阻材料取代含铅产品将成为必然。同时，现有PTC热敏电阻的施主杂质一般采用Nb2O5或者Y2O3，用以形成PTC陶瓷的半导化，玻璃相一般采用TiO2、SiO2和BN，用以吸附内部的有害杂质，提高晶粒的半导化程度，还可以控制晶粒长大。采用上述常规添加的PTC热敏电阻对于控制其内部晶粒的生长能力偏弱，造成烧成后晶粒尺寸的不均匀，且偏大，当高电压加到PTC电极两端时，由于晶粒大小的不均匀，各晶粒承受的电压有较大差异，大晶粒承受的电压会比小晶粒大得多，使得大晶粒容易无法承受造成击穿，且较大晶粒尺寸及不均匀性也会使PTC的电压效应增大，也从另一方面降低了其击穿电压，耐电压性能差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种具有耐高压性的新型环保PTC热敏电阻。
实现本发明目的的技术方案是：
一种新型环保PTC热敏电阻瓷体，所述PTC热敏电阻瓷体的配方组成按照质量百分比包括：BaCO3：55～70％，SrCO3：3～15％，TiO2：27～40％，CaCO3：0.5～2％，Tc2O5：0.05～0.20％，Pm2O3：0.001～0.003％，MnO2：0.1～0.4％，LiCO3：0.06～0.30％，SiO2:0.06～0.3％，BN:0.1～0.3％。
可选地，所述Tc2O5的质量百分比为：0.1～0.15％。
可选地，所述BN的质量百分比为:0.1～0.2％
可选地，所述PTC热敏电子瓷体具有大于800V的耐压。
可选地，所述PTC热敏电子瓷体具有10μm以下的平均粒径。
一种新型环保PTC热敏电阻，包括本发明所提出的新型环保PTC热敏电阻瓷体。
一种新型环保PTC热敏电阻瓷体的制备方法，包括以下步骤：
按照质量百分比称取主成分及施主掺杂成分：BaCO3：55～70％，SrCO3：3～15％，TiO2：27～40％，CaCO3：0.5～2％，Tc2O5：0.05～0.20％，Pm2O3：0.001～0.003％；将所述主成分及施主掺杂成分混合成第一混合物，并球磨后烧结为主料；
按照质量百分比称取受主掺杂成分及玻璃相成分：MnO2：0.1～0.4％，LiCO3：0.06～0.30％，SiO2:0.06～0.3％，BN:0.1～0.3％；
将所述受主掺杂成分及玻璃相成分添加到所述主料中混合成第二混合物，并球磨后进行造粒；
将所述造粒后的第二混合物进行成型为PTC热敏电阻坯片；
烧结所述PTC热敏电阻坯片，形成PTC热敏电阻瓷体。
可选地，所述第一混合物的烧结温度为1000～1200℃。
可选地，所述第二混合物的烧结温度为1200～1400℃。
可选地，所述球磨时间为22-30小时。
本发明具有积极的效果：
本发明掺杂成分采用Tc2O5和Pm2O3复合添加，其中Tc5+的离子半径与Ti4+离子接近，可以取代Ti4+位充当施主，而Pm3+的离子半径与Ba2+相近，可以取代Ba2+位充当施主杂质，Tc5 +及Pm3+的抑制晶粒长大的效果明显，优于传统一些掺杂离子，比如：Nb5+、Y3+、Sb5+等，且采用复合掺杂可以在最大程度上提高减小晶粒的尺寸的效果，达到提高PTC陶瓷的耐电压性能的目的。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
实施例1
本实施例具有耐高压性的新型环保PTC热敏电阻及其制备方法，
步骤一，主成分及施主掺杂成分按照如下质量百分比称取：BaCO3：55％，SrCO3：7.5％，TiO2：35％，CaCO3：1.5％，Tc2O5：0.1％，Pm2O3：0.003％，混合成第一混合物，球磨22小时后出料压滤，在1100℃下烧结作为主料。
本实施例施主掺杂成分采用Tc2O5和Pm2O3复合添加，其中Tc5+的离子半径与Ti4+离子接近，可以取代Ti4+位充当施主，而Pm3+的离子半径与Ba2+相近，可以取代Ba2+位充当施主杂质，Tc5+及Pm3+的抑制晶粒长大的效果明显，优于传统一些掺杂离子，比如：Nb5+、Y3+、Sb5+等，且采用复合掺杂可以在最大程度上提高减小晶粒的尺寸的效果，达到提高PTC陶瓷的耐电压性能的目的。
步骤二：按照如下质量百分比添加受主及玻璃相成分，其中受主选择MnO2：0.3％，玻璃相：Li2CO3：0.2％、SiO2：0.2％、BN：0.2％，充分混合，添加到步骤一的第一混合物主料中混合成第二混合物，球磨22小时后进行造粒，造粒可以选择本领域常用的造粒方法，比如喷雾造粒或者人工造粒，造粒后的粉料进行干压成型，在1250℃下烧结成PTC热敏电阻瓷体；
步骤三：对步骤二制得的PTC热敏电阻瓷体进行后工序加工，如：被电极、焊锡、涂封、测试最终制得成品，产品尺寸为Φ8mm×2mm。
实施例2
本实施例提供一种新型环保具有耐高压性的PTC热敏电阻及其制备方法，
步骤一，其主成分及施主掺杂成分的质量百分比如下：BaCO3：68％，SrCO3：3.5％，TiO2：27.5％，CaCO3：0.5％，Tc2O5：0.1％，Pm2O3：0.002％，混合成第一混合物，球磨25小时后出料压滤，在1150℃下烧结作为主料。
步骤二：本实施例主成分及施主掺杂成分中还添加有以下质量百分比的受主掺杂成分及玻璃相成分：MnO2：0.1％，Li2CO3：0.1％，SiO2：0.1％，BN：0.1％，充分混合，添加到步骤一的第一混合物主料中混合成第二混合物，球磨25小时后进行造粒，造粒后的粉料进行干压成型，在1300℃下烧结成PTC热敏电阻瓷体；
步骤三：对步骤二制得的PTC热敏电阻瓷体进行后工序加工，如：被电极、焊锡、涂封、测试最终制得成品，产品尺寸为Φ8mm×2mm。
实施例3
本实施例提供一种新型环保具有耐高压性的PTC陶瓷及其制备方法，
步骤一，其主成分及施主掺杂成分的质量百分比如下：BaCO3：56％，SrCO3：14％，TiO2：29％，CaCO3：0.5％，Tc2O：0.15％，Pm2O：0.001％，混合成混合物A，球磨30小时后出料压滤，在1180℃下烧结作为主料。
步骤二：本实施例主成分及施主掺杂成分中还添加有以下重量百分比的受主掺杂成分及玻璃相成分：MnO2：0.1％，Li2CO3：0.07％，SiO2：0.08％，BN：0.1％，充分混合，添加到步骤一的A主料中混合成混合物B，球磨30小时后进行造粒，造粒后的粉料进行干压成型，在1320℃下烧结成PTC陶瓷；
步骤三：对步骤二制得的PTC瓷片进一步加工，如：被电极、焊锡、涂封、测试最终制得成品，产品尺寸为Φ8mm×2mm。
比较例1
本比较例是现有PTC热敏电阻及其制备方法，
步骤一，其主成分及施主掺杂成分的质量百分比如下：BaCO3：56％，SrCO3：14％，TiO2：29％，CaCO3：0.5％，Y2O3：0.15％，混合成混合物A，球磨30小时后出料压滤，在1180℃下烧结作为主料。
步骤二：本比较例主成分及施主掺杂成分中还添加有以下重量百分比的受主掺杂成分及玻璃相成分：MnO2：0.1％，Li2CO3：0.07％，SiO2：0.08％，BN：0.1％，充分混合，添加到步骤一的A主料中混合成混合物B，球磨30小时后进行造粒，造粒后的粉料进行干压成型，在1320℃下烧结成PTC陶瓷；
步骤三：对步骤二制得的PTC瓷片进行进一步加工，如：被电极、焊锡、涂封、测试最终制得成品，产品尺寸为Φ8mm×2mm。
用扫描电子显微镜(SEM)给PTC热敏电阻瓷体切片照相得到平均颗粒直径。
采用50V/分钟的加压速度给实施例和比较例制得的产品样品测试破坏电压值。平均粒径及破坏电子值见表1。
表1
实例号
平均晶粒直径(μm)
室温下电阻率(Ωcm)
破坏电压值(V)
实施例1
5
350
950
实施例2
7
250
850
实施例3
6
300
900
比较例1
12
200
500
由测试结果可知，本发明所提出的PTC陶瓷配方具有更细的粒径，更高的室温电阻率和更高的耐压值。本发明的PTC电阻具有800V以上的耐压值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
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