[其他]高溫正溫度系數熱敏電阻半導體陶瓷材料的制造方法

在審

• 申請號: 101985000008454
• 申請日: 1985-11-23
• 公開（公告）號: CN85108454B
• 公開（公告）日: 1987-08-26
• 發明（設計）人: 劉梅冬;賈連娣;賴希偉;張緒禮;陳志雄;周方橋;莫以豪
• 申請（專利權）人: 華中工學院
• 代理公司: 華中工學院專利事務所
• 代理人: 陳志凌;鄭友德

一種居里溫度大于３１０℃的正溫度系數熱敏電阻半導體致密陶瓷材料，采用快速燒結技術，可有效地防止Ｐｂ揮發，控制晶粒長大，材料的室溫電阻率可小于１０³歐姆·厘米，電阻率比值可達到４個數量級。

本發明是一種高溫正溫度系數熱敏半導體陶瓷材料及其制造方法。

對于（Ba1-XPbx）TiO₃系列半導體陶瓷，要在1250℃以上的溫度燒結，才能使其固相反應完全。由于Pb的揮發溫度低（PbO的熔點是888℃），采用一般的配方與工藝就會使Pb揮發，陶瓷化學成分偏離，電性能差。為了防止Pb揮發，人們曾經在PbO保護氣氛或И₂氣氛下燒結，或在密封的鉑金坩堝中燒結，或采用過量Pb的辦法。但這些都得不到電性能優良的半導體陶瓷，而且工藝方法也不利于大批量生產。

日本峰崎-仁（特許公報昭53-31555）采用摻Иb防止鉛揮發的辦法，在使陶瓷致密化方面雖有一定效果，但由于在工藝上未采取有效措施，因此沒有獲得電阻率的最大值，也沒有得到完整的電阻率-溫度特性曲線。

本發明以（Ba₁-XPb_X）TiO₃為基，加入0.05～0.40mol%的Nb₂O₅、0.5～5mol%的SiO₂、0.1～1mol%的Al₂O₃、0.001～0.1mol%的Mn（MO₃）₂和1～5mol%的TiO₂，其中X＝40～70mol%，采用特殊的燒結工藝，即在大氣氣氛中快速燒結和短暫保溫：最高燒結溫度為1270～1350℃，燒結時間為2～20分鐘，升溫速率為100～600℃/分，降溫速率為10～100℃/分。這一方法除了可以更有效地防止Pb揮發，獲得致密的結構以外，同時還可控制晶粒不過份長大，保持在2～5微米的最佳尺寸范圍內。采用上述工藝方法制造的熱敏半導體陶瓷材料，居里溫度Tc≥310℃，室溫電阻率小于10³歐姆·厘米，電阻率比值的數量級可高達2.5～4。

在工藝制造過程中，首先將BaCO₃、Pb₃O₄、TiO₂粉末和適量的Nb₂O₃放入塑料罐中，加入一定量的蒸餾水、瑪瑙球混合30～50小時。在1000℃～1100℃的溫度下預燒1～3小時，然后加入適量的Al₂O₃、SiO₂和Mn（NO₃）₂，再次混合1～48小時，烘干。加入濃度為5%的聚乙稀醇溶液過篩造粒，干壓成φ15×3mm的圖片，再在1270～1350℃下燒結。最后，在燒成的樣品兩端面上制作電極，進行電學性能測量。

圖1給出（Ba1-_XPb_X）TiO₃系列半導體陶瓷材料當X取不同值時電阻率ρ隨溫度T變化的實驗曲線。曲線1、2、3、4、5、6分別表示X＝0、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7時的實驗結果。

表1給出五個實施例的材料的物理參數。

表1

采用本發明制造的鈦酸鋇鉛系半導體陶瓷材料，可用來制造恒溫發熱體和過熱過流保護元件，現已制造成功自動恒溫電烙鐵和小型暖風機。