[发明专利]V2O3复合限流元件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种限流元件的制备方法，特别涉及一种V₂O₃复合限流元件的制备方法。

背景技术

长期以来，掺杂 BaTiO₃陶瓷一直是人们所熟悉的典型 PTC 材料，施主掺杂 BaTiO₃陶瓷在居里点附近电阻增加10³-10⁷倍，显示出显著的 PTC 特性。 BaTiO₃PTC热敏陶瓷元件在电子设备、家用电器等方面获得了极为广泛的应用，但由于其 PTC 待性来源于陶瓷晶界效应，不可避免地受电压和频率的影响，同时在掺杂 BaTiO₃陶瓷中难以获得很低的常温电阻率（<3Ω·cm）和较大的通流能力（> 3A ) ，因而材料在高电压和大电流条件下的应用受到限制。让设计人员无法做出更多更好的选择，阻碍了电子工业的进步。因此，急需提供一种高电压和大电流的V₂O₃复合限流元件的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高电压和大电流的V₂O₃复合限流元件的制备方法。

本发明需要解决的技术问题是：克服PTC陶瓷限流元件存在不易低阻化，易分层；V₂O₃限流元件存在易碎裂，寿命短，以及高分子PTC元件存在恢复特性差，寿命短等问题。本发明技术解决方案为：在V₂O₃陶瓷粉末中添加聚四氟乙烯乳液，以V₂O₃陶瓷粉末为基材，在其中添加聚四氟乙烯作为粘接材料，经混合器造粒后，直接将混合料加入模具，放入压机预压成型制成毛坯，然后将毛坯放入烧结炉内烧结，冷却后可利用电镀或溅射方式在瓷坯两端形成金属电极。利用本发明方法能制备出各种规格的超小型，大电流的限流元件。可以满足下述技术指标：1）尺寸≤φ5.0、2）常温电阻率≤5Ω.cm、3）寿命>1000次。

本发明的基本构思是：掺杂V₂O₃陶瓷是一种新型PTC材料．同BaTiO₃陶瓷相比，其PTC效应来源于体内温度诱发的M-I相变，这种体效应不受电压和频率的影响，而且该材料具有低的常温电阻率（1-10³Ω·cm）和大的通流能力， 与 BaTiO3等 PTC 材料比较，它们具有如下几个优点： ( 1 ）临界温度（ CTR ）范围窄小，开关性能特好： ( 2 ）室温电阻率为10-3-10-5Ω.cm，比 BaTiO3 低一个数量级，特别适用于大电流强度场合应用： ( 3 ）材料电压／频率没有相关性，应用范围广； ( 4 ）材料热敏性由体效应引起，而 BaTiO3 PTC材料由边晶界引起，V₂O₃ 材料的特殊性质可使元件微型化。因此，可利用材料相变时电阻率、磁化率的突变而广泛应用于无接触点热电开关，热动继电器，温度探测器，智能加热器，大电流限流元件等。但是V₂O₃陶瓷与 BaTiO3 材料热敏机理不同，V₂O₃ 材料属于体效应材料， M-I相变等热过程中各晶粒产生非均匀性形变，而陶瓷材料本身又缺乏足够的塑性形变机制补偿这种非均匀形变．相变时晶胞体积变化达1-1.3 % 。因此使用和制备过程中产生的应力十分巨大，微米晶粒级陶瓷材料容易产生微裂缝，造成电性能稳定性差，使用寿命短的致命缺陷,细化陶瓷晶粒、增加晶界减少应力、提高材料韧性是解决问题的有效途径。有机PTC主要由高分子聚合物掺入碳粉经挤压成形。碳粉形成碳链导电，受热时聚合物膨胀，碳链断裂形成高阻。有机PTC的主要优点有：常温零功率电阻可以作得较小，适于串联在电流较大的功率电路内作过流保护、温度保险丝用，阻值突变速度快，热容小，恢复时间短。但其最大的缺点是：受有机聚合物材质及构造机理所决定，每次经过流冲击后，阻值变大，不能恢复到原值，且当高压大电流脉冲冲击时，外包封易炸裂。存在恢复特性差，寿命短等问题。聚四氟乙烯(F4，PTFE)具有一系列优良的使用性能：耐高温—长期使用温度200℃~260℃，耐低温—在-100℃时仍柔软；耐腐蚀—能耐王水和一切有机溶剂；耐气候—塑料中最佳的老化寿命；高润滑—具有塑料中最小的摩擦系数（0.04）；不粘性—具有固体材料中最小的表面张力而不粘附任何物质；无毒害—具有生理惰性；优异的电气性能，是理想的C级绝缘材料，报纸厚的一层就能阻挡1500V的高压；比冰还要光滑。聚四氟乙烯材料，广泛应用在国防军工、原子能、石油、无线电、电力机械、化学工业等重要部门。产品：聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、车削板材。聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文缩写为PTFE。结构式为。20世纪30年代末期发现，40年代投入工业生产。性质 聚四氟乙烯相对分子质量较大，低的为数十万，高的达一千万以上，一般为数百万（聚合度在104数量级，而聚乙烯仅在103）。一般结晶度为90～95%，熔融温度为327℃～342℃。聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。温度低于19℃时，形成13/6螺旋；在19℃发生相变，分子稍微解开，形成15/7螺旋。聚四氟乙烯（ PTFE ）合成分为悬浮聚合和分散聚合，具体聚合方法的选择取决于制品的用途和成型工艺。悬浮聚合的 PTFE 树脂一般用于模压制品，填料制品的混合采用干法混合。乳液树脂通常用冷挤（压）后再烧结的工艺加工。