PTC磨片废浆料的回收再利用的工艺研究

王智源 濮义达

摘  要  本文通过采用传统PTC工艺路线和实验方法，研究解决生产过程中废浆料回收利用的相关问题，通过调整二次配料小料加入量和废浆料使用比例，大大降低了废浆料处理成本。

关键词  PTC陶瓷;废浆料;回收利用

0  前  言

PTC陶瓷是一种铁电半导体材料，是近年来发展迅速的新型电子材料之一，有温敏、直控、节能、无明火和安全等优点，以及其特有的热敏、限流、延时等自动“开关”功能，已广泛应用于电子通讯、航空航天、汽车工业、家用电器等各个领域。

为了满足用户对基片的尺寸要求，烧成后的PTC陶瓷基片都需要经过磨削处理，工厂的磨削过程会产生大量废浆料，由于PTC陶瓷基片生产过程中使用一些重金属原料，所以其废浆料中会含有大量重金属，对环境会造成大量污染，为减少环境污染，实施绿色生产，需对这些废浆料进行处理。目前对于废浆料的处理主要有两种方法：一种是物理方法，另一种是化学方法。这两种方法中，化学方法需要使用各种化学物质来处理废浆料，用量大，需购置大量设备，消耗大量化学原料，成本高，易产生二次污染，不适用于大规模处理;而物理方法则主要通过物理沉降的形式将废浆料沉降为固体，其成本较化学方法较低廉，无需购买大量设备，适合大规模处理，且沉降后的废料为固体，可以将其重返回生产流程进行回收利用，在保护环境的基础上还可以产生一定的经济效应。但物理方法的关键就在于如何让回收的废浆料成为可用的原料。

本文通过分析完善技术配方，使通过物理沉降成为固体的废浆料能部分替代已有原料，探索一条废浆料回收处理的新方法。

1  试  验

1.1试验技术原理

PTC陶瓷的制备目前是通过在BaTiO3固溶体中掺入少量施主杂质（如La、Nb等）使之形成半导性，而废浆料本身是由生产过程中产生的，其本身就含有生产所必需的各类化学物质且具有一定的半导性，所以能够将其直接与生产原料直接混合进行再利用，但由于PTC陶瓷的半导化是施主掺杂半导化，且施主杂质加入量的多少影响材料的半导性和阻值大小，废浆料本身的施主杂质含量已发生改变，若直接与生产原料混合會影响产品性能，因此需在二次配料时进行小料加入量的调节来进行产品性能调节以满足大规模生产的需求。

1.2试验方法

现有的PTC陶瓷基片生产流程依次为原料→一次配料→混料球磨→脱水干燥→预烧→二次配料→混料球磨→造粒→干压成型→烧成→加工磨片→上电极→检测。而PTC生产中废浆料是由加工磨片工序中产生的，其本身就含有Pb、Ba、Ti等元素，且经沉降后本身已为泥状固体，故本实验选择在二次配料这一阶段进行实验。

实验分为两部分：（1）二次配料小料加入量的确定;（2）确定合适的废浆料加入比例。每一部分实验均按照传统PTC工艺路线和实验方法进行操作，在实验中需加入相应质量的T288预烧料，相应比重回收的废浆料和二次配料时的小料（SiO2、Bi2O3、MnO2 、BN），经精确称量后放入球磨罐内，在球磨机上球磨20 h，球磨完成后用烘箱烘干，烘干后在研钵中加入胶水手工研磨造粒，造粒完成后用压机干压成型，成型完成后放入窑炉烧成得到实验产品，对其分别使用电阻表和耐压机检测其电阻和耐压性能。

2  结果与分析

2.1二次配料小料加入量的确定

按下表分别取相应质量的T288预烧料、相应比重回收的废浆料和小料，按上述实验步骤得到实验产品，并对其进行电学性能检测，其预烧料、废浆料、小料的加入量如表1所示，其电学性能如表2所示。

由表1、表2数据可得知，随着二次料中SiO2和MnO2的增加，产品的电阻和耐压均在增加，数据显示当废浆料加入比例为8%时，二次料中SiO2加入量为0.3%（2.4 g）、MnO2为0.02%（0.16 g）时，其电阻为0.2～0.3 kΩ，耐压强度为500 V，其电阻和耐压值都偏小，而当二次料中SiO2加入量为0.35%（2.8 g）、MnO2 为0.03%（0.24 g）时，其电阻为0.23～1.27 kΩ，耐压强度为650 V，可见其电阻的最大值为1.27 kΩ，耐压值为650 V，已满足实验的最低要求，如若继续增加二次料中SiO2和MnO2的加入量，虽然也能满足实验要求，但会增加成本，故选择二次料加入量为SiO2为0.35%（2.8 g）、Bi2O3为0.02%（0.16 g）、MnO2为0.03%（0.24 g）、BN为0.12%（0.96 g）。

可以发现随着废浆料加入比重的增加，产品的电阻也在增加，所以第二部分实验将以该二次配料小料加入量为基础，探究出其最大的废浆料加入比例，以便更多地回收利用废浆料，并且使得产品的电学性能更大限度地达到技术要求。

2.2确定合适的废浆料加入比例

按下表取相对应量的T288预烧料、废浆料和小料，同样按上述实验步骤得到实验产品并对其进行电学性能检测，其预烧料、废浆料、小料加入量如表3所示，其电子性能如表4所示。

由表3和表4所示，在小料加入量基本固定的情况下，随着废浆料加入比例为14%、16%、18%、20%时，其电阻分别为2.00～2.23 kΩ、2.77～3.81 kΩ、6～7 kΩ、>100 kΩ，耐压值分别为650 V、700 V、650 V等，可见随着废浆料加入比例的逐步增加，其成品的电阻也会增加，而耐压也会随之增加，当废浆料加入比例为18%时，电阻就已达到6～7 kΩ，而废浆料加入比例为20%时，其电阻大于100 kΩ，这样的产品是不能满足客户需求的，而当废浆料加入比例分别为14%、16%时，其电阻为2.00～2.23 kΩ、2.77～3.81 kΩ，耐压值分别为650 V、700 V，这两个加入比例虽然都能满足客户需求，但当废浆料加入比例为16%时，其电阻在满足生产上的技术要求的同时，其耐压值更高，所以从实验结果可知当废浆料加入比例为16%，其烧成出的产品能够更好地满足生产需求。

3  结  论

（1）本实验采用传统PTC工艺路线和实验方法，验证了通过选择合理的废浆料使用率，合适的二次配料小料加入比例，可以在生产过程中回收使用废浆料，并提高了该类产品的电学性能，同时降低了废浆料处理成本，减少直接经济损失。

（2）当废浆料加入量越多，二次料加入不变的情况下，产品的电阻和耐压值会不断增加，如果不进行控制，加入过多极易造成产品不符合要求，从而造成损失。

参 考 文 献

[1]周东祥，龚树萍.PTC材料及应用[M].武汉：华中理工大学出版社.1989.

[2]祝柄和，姚尧，赵梅瑜，等.PTC陶瓷制造工艺与性质[M].上海：上海大学出版社.2001.