[发明专利]CeO2系PTCR热敏陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型半导体陶瓷材料及其制备方法，经半导化的材料具有正的电阻温度系数（PTCR）效应，是一种新型的无铅PTCR热敏陶瓷电阻材料，属陶瓷压电材料制备工艺技术领域。 

背景技术

PTCR陶瓷一般是指具有正的电阻温度系数（Positive Temperature Coefficient of Resistance）的热敏电阻材料或元器件。典型的PTCR材料是以钛酸钡为基的半导体陶瓷材料，其特点是当环境温度上升到某一点温度时（居里点或者开关温度点）其电阻值将猛增几个数量级。用这种材料作为发热体其发热功率几乎不随着外加电压的变化而变化，因而有自动恒温的功能。同时因其具有元件结构简单、成本低廉、节约能源、无明火及安全可靠等一系列优点而广泛用于工业和军用电子设备，以及家用电器等领域。 

最常见的PTCR热敏陶瓷元件是ABO₃型的BaTiO₃基材料。为改善陶瓷元件的工作温度，当前均以添加氧化铅或含铅的化合物作为提高居里点的温度移动剂，或者以钛酸锶为居里温度移动剂降低居里温度点，或者铅、锶共同作用作为居里温度点移动剂，此类热敏陶瓷为含铅量较高或者锶含量高，易于挥发，使陶瓷的稳定性下降。例如，中国发明专利ZL96106337.8号公开了一种方程式为（Sr_1-xPb_x）Ti_yO₃的PTC陶瓷材料体系，其中x=0.1~0.9，y=0.8~1.2；半导化元素含量为0.012~2mol%，此发明得到了综合性能较好的PTC热敏陶瓷电阻器。 

众所周知，重金属元素Pb对人体有毒害作用，对环境的影响尤甚。据估计，1克铅会导致1平方米的土壤污染，这种污染是长期性的，今后对废弃含铅PTC元件的处置将面临较大难题。因此，世界好多国家都已意识到这一问题，纷纷制定相关政策来限制甚至禁止含铅材料的使用。欧盟自2006年起已开始执行ROHS标准。虽然ROHS标准将含铅电子陶瓷如PTC陶瓷、压电陶瓷等设为特例，允许继续使用。此实属无奈之举，因为目前就技术而言尚无此类元件的替代品。因此，研究开发非铅系PTC材料对国民经济及社会发展有着重要意义。 

由此看出，虽然环境友好型的PTCR热敏陶瓷材料具有深远的社会意义和经济效益，但从发表的文献资料和专利来看，性能良好、具有正温度系数、升阻比高的热敏陶瓷温控材料的成果报道相当少。因此，开发无铅、性能稳定的PTCR热敏陶瓷材料已经成了一个十分重要的课题，具有重要的社会意义并将产生极大的经济效益。 

发明内容

本发明的目的是提供一种制造性能良好、具有正温度系数、升阻比高的PTCR热敏陶瓷电阻材料。 

本发明所制备的性能良好、具有正温度系数、升阻比高的PTCR热敏陶瓷电阻材料，其特征在于以下的材料配比组成及制备工艺： 

A.    该材料的主要成分是含有Na、K、Ce、Bi等金属元素，具体的材料配方为：CeO₂+aNa₂CO₃+bK₂CO₃+cD+dM+eBi₂O₃，其中，a, b=0.01~0.30；D为微量添加元素，是Nb、Sb、La等中的至少一种元素，其含量c= 0.0003~0.01；M为添加剂，可以是Al₂O₃、SiO₂，其含量d=0~0.03；Bi₂O₃为烧结助剂，含量e=0.10~0.80。