专利名称：一种叠层片式ptc热敏电阻器的制备方法
技术领域：
本发明属于陶瓷材料科学技术领域，具体涉及一种叠层片式PTC热敏电阻器的制备方法。
另外，叠层片式PTC热敏电阻器的制备还可采用高温烧成低温粘合一一先烧成后叠层的方法。日本专利特开平10-12404公布，采用异丙醇和丁酮为溶剂的注浆成型方法，制备BaTiO3片式生坯，烧成后制备叠层片式PTC热敏电阻器。由于PTC元件性能与两电极间所有晶界的数目直接相关，这就决定了片式PTC元件的厚度不能太薄，一般在亚微米级，而片式生坯在烧成中容易起翘变形，陶瓷片的平整度很难保证，且烧成后的PTC陶瓷片比较脆、容易碎，机械强度较低，在叠层时不易对其施加压力。因而，用先烧成后叠层方法制备叠层片式PTC热敏电阻器时，在平整度不高的情形下很难保证电极与陶瓷片之间能形成良好的接触。
发明内容
本发明的目的在于提供一种叠层片式PTC热敏电阻器的制备方法，该方法避免了片式元件先烧后叠时产生的瓷片平整度问题，以及瓷片与电极的欧姆接触问题，同时也避免了一体共烧时高温下内电极的熔化和氧化，以及电极面积大、易短路、可靠性低的缺点。为实现上述发明目的，本发明的一种叠层片式PTC热敏电阻器的制备方法，依次包括以下步骤(1)制备超细BaTiO3基PTC粉末；(2)制备BaTiO3基半导瓷水浆料将制得的BaTiO3基PTC粉末中加入水、有机单体、交连剂和分散剂，分散剂的加入量占BaTiO3基PTC粉末的0.3-0.5wt％，水、有机单体和交连剂之间的重量比为100∶10-30∶0.05-1，浆料中BaTiOa3基PTC粉末的体积百分比为40-50vol％；然后球磨混合，即得到均匀、稳定、高固相含量的BaTiO3基半导瓷水浆料；(3)采用凝胶注模成型方法制备均匀致密的棒状PTC陶瓷坯体在制备好的浆料中加入单体聚合引发剂，搅拌均匀后，将浆料浇注进设计好的棒状中空模具中，完成聚合反应形成凝胶，经固化成型，得到均匀、致密的棒状PTC陶瓷坯体；(4)棒状PTC陶瓷的烧成将成型的坯体在高温下烧结得到棒状PTC陶瓷；(5)瓷片切割将所得棒状PTC陶瓷切割成厚度为0.3-0.5mm的PTC片式元件；(6)叠层及电极烧渗在所得片式元件上制备内电极，并使用玻璃绝缘浆料形成叠合体内、外电极间的绝缘层，叠层后进行电极烧渗，随后在叠层体的两端涂覆外电极，烧渗，形成叠层片式PTC热敏电阻器。
本发明具有如下优点1)采用“烧成——切割——叠层”的工艺路线，切割所得的瓷片平整度好，避免了片式元件先烧后叠时产生的瓷片平整度问题，以及瓷片与电极的欧姆接触问题，同时也避免了一体共烧时高温下内电极的熔化和氧化，以及电极面积大、易短路、可靠性低的缺点。
2)采用高分子网络法和液相包裹方法相结合的湿化学方法制备多组分的BaTiO3半导瓷PTC粉末，获得的粉体组分均匀、颗粒超细且近球形，因而制备出的BaTiO3半导瓷水浆料均匀、固相含量高。
3)采用凝胶注模成型方法制备棒状PTC元件坯体，操作简单、污染小，易于实现。所得的PTC陶瓷坯体和烧结体均匀、致密，利于棒状PTC陶瓷的切割。
4)高温下烧成的PTC瓷片具有高PTC效应和高抗电强度，所以制得的叠层片式PTC热敏电阻器具有高PTC效应(升阻比大于5个数量级)。
1a-1e片式PTC陶瓷2a-2d内电极3a-3d玻璃绝缘层 4a，4b外电极按上式的比例将Al(NO3)3、Si(C2H5O)4及Mn(NO)3三种物质的溶液混合后，滴加乙醇至油状物完全溶解，再加一定量的蒸馏水至一定体积，将掺杂的BaTiO3超细粉末加入到上述三组分溶液中，通过搅拌和超声分散制得稳定的悬浮液，悬浮液经喷雾干燥后，获得包裹了上述三种组分的粉末，再经600℃、1h处理去除剩余的有机物，得到BaTiO3基PTC粉体。(2)固相含量BaTiO3基半导瓷水浆料的制备取制得的BaTiO3基PTC粉体40g，加入7ml水、1.2ml浓度为10wt％的聚甲基丙烯酸溶液、及丙烯酰胺1.2g和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.01g，球磨混合4小时，制备得到固相含量约为43vol％BaTiO3基半导瓷水浆料。(3)凝胶注模成型、烧结在制备好的浆料中加入过硫酸铵和N，N，N’，N’-四甲基乙二胺，搅拌均匀后，将浆料浇注进设计好的柱形中空模具中，在室温、真空条件下完成聚合反应形成凝胶，经1h固化成型，得到尺寸为15mm×10mm×80mm的棒状PTC坯体，随后在1320℃烧成1h，得到棒状PTC陶瓷，如
图1所示。(4)瓷片切割、叠层及电极烧渗将棒状PTC陶瓷切割成多个厚为0.3mm的片式元件，然后分别印刷上用作内电极的Ag-Zn导电浆料及玻璃绝缘浆料，将印有上述浆料的各叠层单片按照图2所示叠合起来，在600℃下处理10分钟，得到如图3所示的叠层体。随后，在叠层体两端上外电极。外电极是先烧渗Ag电极，然后电镀Ni电极，外面再电镀焊料层，构成三层端头电极。最后形成如图4中所示的叠层片式PTC热敏电阻器。
该叠层片式PTC热敏电阻器为5层，尺寸为11mm×6mm×1.9mm，其室温阻值为2.1Ω，电阻温度系数为17.5％/℃，升阻比为2.22E+5。
该叠层片式PTC热敏电阻器为5层，尺寸为11mm×6mm×2.8mm，其室温阻值为2.5Ω，电阻温度系数为18.7％/℃，升阻比为1.44E+5。
该叠层片式PTC热敏电阻器为5层，尺寸为11mm×6mm×3.0mm，其室温阻值为2.7Ω，电阻温度系数为16.9％/℃，升阻比为1.85E+5。
该叠层片式PTC热敏电阻器为7层，尺寸为11mm×6mm×3.5mm，其室温阻值为2.0Ω，电阻温度系数为15.7％/℃，升阻比为1.08E+5。实施例5采用例1相同的步骤制作叠层片式PTC热敏电阻器。相应参数分别如下取实施例1中制得的BaTiO3基PTC粉体40g，加入6ml水、1.5ml浓度为10wt％的聚甲基丙烯酸溶液、及1.5g甲基丙烯酰胺和0.03g N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，球磨混合10小时，制备得到固相含量约为45vol％BaTiO3基半导瓷水浆料。在过硫酸铵和N，N，N，’N’-四甲基乙二胺的作用下，浆料完成聚合反应形成凝胶，经37min固化成型，在1330℃烧成50min，得到棒状PTC陶瓷，将棒状PTC陶瓷切割成厚0.4mm的片式元件。叠层、电极烧渗后得到叠层片式PTC热敏电阻器。
该叠层片式PTC热敏电阻器为10层，尺寸为11mm×6mm×4.8mm，其室温阻值为1.2Ω，电阻温度系数为16.7％/℃，升阻比为2.12E+5。
该叠层片式PTC热敏电阻器为10层，尺寸为11mm×6mm×4.5mm，其室温阻值为1.0Ω，电阻温度系数为19.9％/℃，升阻比为2.33E+5。
该叠层片式PTC热敏电阻器为8层，尺寸为11mm×6mm×3.7mm，其室温阻值为1.5Ω，电阻温度系数为18.6％/℃，升阻比为2.56E+5。
权利要求
1.一种叠层片式PTC热敏电阻器的制备方法，依次包括以下步骤(1)制备超细BaTiO3基PTC粉末；(2)制备BaTiO3基半导瓷水浆料将制得的BaTiO3基PTC粉末中加入水、有机单体、交连剂和分散剂，分散剂的加入量占BaTiO3基PTC粉末的0.3-0.5wt％，水、有机单体和交连剂之间的重量比为100∶10-20∶0.05-1，浆料中BaTiO3基PTC粉末的体积百分比为40-50vol％；然后球磨混合，即得到均匀、稳定、高固相含量的BaTiO3基半导瓷水浆料；(3)采用凝胶注模成型方法制备均匀致密的棒状PTC陶瓷坯体在制备好的浆料中加入单体聚合引发剂，搅拌均匀后，将浆料浇注进设计好的棒状中空模具中，完成聚合反应形成凝胶，经固化成型，得到均匀、致密的棒状PTC陶瓷坯体；(4)棒状PTC陶瓷的烧成将成型的坯体在高温下烧结得到棒状PTC陶瓷；(5)瓷片切割将所得棒状PTC陶瓷切割成厚度为0.3-0.5mm的PTC片式元件；(6)叠层及电极烧渗在所得片式元件上制备内电极，并使用玻璃绝缘浆料形成叠合体内、外电极间的绝缘层，叠层后进行电极烧渗，随后在叠层体的两端涂覆外电极，烧渗，形成叠层片式PTC热敏电阻器。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)采用高分子网络法和液相包裹方法相结合的湿化学方法制备超细BaTiO3基PTC粉末。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中有机单体可以是丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺，交连剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺等，分散剂可以是聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中，在制备好的浆料中加入催化剂，在室温、真空条件下完成聚合反应形成凝胶。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中，在制备好的浆料中加入催化剂，在室温、真空条件下完成聚合反应形成凝胶。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中引发剂可以是过硫酸铵、过氧化氢，催化剂为N，N，N’，N’-四甲基乙二胺。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中引发剂可以是过硫酸铵、过氧化氢，催化剂为N，N，N’，N’-四甲基乙二胺。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中烧结温度为1320-1350℃。
全文摘要
本发明公开了一种叠层片式PTC热敏电阻器的制备方法，步骤为(1)制备超细BaTiO
文档编号H01C7/02GK1479325SQ0312823
公开日2004年3月3日 申请日期2003年6月26日 优先权日2003年6月26日
发明者周东祥, 胡云香, 郑志平, 龚树萍 申请人:华中科技大学