[发明专利]一种高居里点无铅PTC陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体材料，特别涉及一种符合无铅、低阻的K_0.5Bi_0.5TiO₃（KBT）高浓度掺杂BaTiO₃（BT）高居里点无铅PTC热敏电阻陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

BaTiO₃基正温度系数电阻（positive temperature coefficient resistance，简称PTCR）陶瓷材料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PTCR陶瓷材料具有温敏、限流、延时等自动“开关”功能，已广泛的应用于电子通讯、航空航天、汽车工业、家用电器等各个领域。

然而，当前的可实用化的压电和铁电材料主要是以Pb作为居里点的移动剂，以Pb置换Ba的晶格位置来实现的。此类产品由于其良好的稳定性、可重复性和较高的居里点得到了广泛的应用。但是含Pb氧化物不可避免的因为各种原因流入生活环境和自然环境，从而对人体和自然环境造成危害。由于当前各国对环保要求的不断提高，PTCR材料的无铅化已经成为一种必然趋势。环境友好型的PTCR热敏陶瓷材料具有深远的社会意义和经济意义。

目前各国研究人员研究最多的系统之一是BT-KBT，但多集中于KBT（K_0.5Bi_0.5TiO₃）对BT（BaTiO₃）的低浓度掺杂（一般不超过5%）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高居里点无铅PTC陶瓷材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

一种高居里点无铅PTC陶瓷材料，该陶瓷材料包括以下组分：

Ba_1-x(K_0.5Bi_0.5)_xTiO₃

，其中0.05≤x≤0.3。

上述高居里点无铅PTC陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

1）首先将K₂CO₃、Bi₂O₃以及TiO₂按照K₂CO₃:Bi₂O₃:TiO₂=1:1:4的摩尔比混合得混合物A，然后将BaCO₃以及TiO₂按照1:1的摩尔比混合得混合物B，向混合物A以及混合物B中加入去离子水后分别在350-500r/min的转速下球磨4h，球磨后在80-100℃下烘干；

2）经过步骤1）后，将混合物A在900-950℃下保温2-3h合成K_0.5Bi_0.5TiO₃粉体，将混合物B在1100-1150℃下保温2-3h合成BaTiO₃粉体；

3）将K_0.5Bi_0.5TiO₃粉体、BaTiO₃粉体和M按照下面的配方进行配料得混合物C：

Ba_1-x(K_0.5Bi_0.5)_xTiO₃+yM

，其中0.05≤x≤0.3，0≤y≤0.05，y取0时，烧结温度会较高，M为作为助烧剂、玻璃相和增强材料温度系数的微量化合物添加物，向混合物C中加入去离子水后在350-500r/min的转速下球磨4h，球磨后在80-100℃下烘干，然后造粒、成型得胚体；

4）将胚体在通入氩气的气氛炉中于1300℃保温2h，得到半导化的陶瓷样品；

5）将半导化的陶瓷样品在混合有微量氧气的氩气中、800-1100℃下保温1-2h，得到高居里点无铅PTC陶瓷材料。

所述M为含Si、Al、Ti或者Mn的氧化物中的一种或者几种的混合物。

所述混合有微量氧气的氩气中氧气的体积分数为0.5-4%。