PTC 一次料四元系统对其电学性能的影响

2021-03-24王智源

江苏陶瓷 2021年1期

关键词：电学电阻配方

王智源

（江苏省陶瓷研究所有限公司，宜兴214221）

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，由于PTC 陶瓷有温敏、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。

目前，PTC 产品的一次料主要采用三元系统，主要加入Nb5+、La3+、Sb3+三种元素，其生产出的PTC 材料的电学性能虽能满足生产要求，但其耐压性能的余量不够，在使用过程中较容易发生碎裂，故需要一种新的方法来更好地提高产品的耐压性能。

目前提高产品的电学性能尤其是耐压性能的方法有以下几种：（1）采用高纯净度的原料，减少原料中杂质的含量，杂质越少，电学性能越好，但该方法成本高昂，无法用于大规模生产；（2）增加烧成窑的总烧成时间来使整个烧成条件更好地控制产品晶粒的异常长大，从而提高产品性能，但其控制量有限，只可小范围调整，不能更好地提高产品性能；（3）采用新的配方体系，在原有配方的基础上，通过采用新的配方来更有效地提高产品的耐压性能。

本文通过在现有三元配方体系的基础上研究出一种新的四元配方体系，从而探讨一次料的四元系统对其电学性能的影响，从而为今后的生产找到提高产品电学性能的好方法。

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，现阶段我公司生产高温PTC 陶瓷材料主要加入的是Nb5+、La3+、Sb3+三种施主杂质使其形成半导性。研究时我们在此基础上增加了氧化钕（Nd2O3）作为第四种施主杂质，因为其对PTC 材料半导化的范围要小于Y3+、Nb5+的半导化范围，在二次料不改变的前提下能更好地进行调整，来提高产品的耐压性能。

1.2 试验方法

PTC 陶瓷基片生产流程为：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。

本实验采用传统的PTC 陶瓷基片生产流程进行实验，在一次料阶段通过加入不同含量的Nb5+、La3+、Sb3+、Nd3+施主元素，经混料、球磨、预烧后加入二次料球磨、造粒、烧成后测量其电阻和耐压性能，并通过实验数据找出一次料四元系统对产品电学性能的影响，并得到最佳的加入比例。

实验样品采用制备居里温度T260 ℃PTC 电阻片的配方体系进行制备，在实验中需加入相应质量的Ba、Pb、Ca、Ti、Nb、La、Nd、Sb 等一次料元素，加水球磨20 h 后预烧，预烧后的预烧料加入相应质量的二次配料时的二次料（SiO2、Bi2O3、MnO2、BN），加水球磨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

按下表分别制备相应的T260 的主料、一次料、二次料，按上述实验步骤得到实验产品并对其进行电学性能检测，其主料、一次料、二次料的添加量分别如表1、表2、表3 所示，其电学性能如表4 所示，由上述表格数据得知：

（1）当La2O3的加入量为0.04%且不大于Nd2O3的加入量（即实验1、实验4、实验5）时，其产品的电阻和耐压性能随着Nd2O3加入量的增大而增大，但La2O3的加入量如大于Nd2O3的加入量时（即实验6），虽然烧成时间较长，其电阻较大，为6.32～8.79 kΩ，但其耐压性能比起实验4、实验5 没有有效地提升，只有303 V/mm。

（2）当La2O3的加入量为0.03%（即实验2、实验3）时，当Nd2O3的加入量高于La2O3的加入量时，虽然其烧成时间较短，但该产品的电阻和耐压性能均好于当Nd2O3的加入量高和La2O3的加入量相同时产品的电阻和耐压性能。

（3）当La2O3的加入量与Nd2O3的加入量相同（即实验1、实验3、实验7）时，在较短的烧成时间下，烧成时间随着加入量的增加，电阻和耐压强度逐步增强。