CN104671746B

CN104671746B - 一种热敏电阻陶瓷片、热敏电阻及其制备方法

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Publication number: CN104671746B
Application number: CN201510073475.8A
Authority: CN
Inventors: 包汉青; 黄飞; 李登峰; 袁仲宁; 李瑞清
Original assignee: Shenzhen Sunlord Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Sunlord Electronics Co Ltd
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2018-03-27
Anticipated expiration: 2035-02-11
Also published as: CN104671746A

Abstract

本发明公开了一种热敏电阻陶瓷片、热敏电阻以及其制备方法。热敏电阻陶瓷片，由混合物粉末在50～500MPa的成型压力下采用冷等静压成型工艺成型后烧结而成；所述混合物粉末包括过渡金属氧化物粉末和稀土氧化物，所述过渡金属氧化物粉末包括如下含量的组分：按摩尔百分比计算，30％～70％的四氧化三钴Co₃O₄，20％～60％的二氧化锰MnO₂，5％～20％的氧化铜CuO；所述稀土氧化物为三氧化二钇Y₂O₃或氧化镧La₂O₃，所述稀土氧化物的质量为所述过渡金属氧化物粉末质量的1％～10％。将该热敏电阻陶瓷片与一对电极，一对引线和绝缘材料制得热敏电阻。制得的热敏电阻的B值、额定通电电流、耐冲击电容均较高。

Description

一种热敏电阻陶瓷片、热敏电阻及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及热敏电阻元件，特别是涉及一种热敏电阻陶瓷片、热敏电阻及其制备方法。

【背景技术】

电子电器设备，特别是带大功率AC-DC电源的电子设备，在其工作回路中常常串接一个或多个功率型NTC热敏电阻器元件，用于抑制电子设备开机时的浪涌电流，从而保护电子设备免遭破坏。NTC热敏电阻器元件一般由热敏电阻陶瓷片加上电极，涂覆绝缘材料后制成。热敏电阻陶瓷片一般由过渡金属氧化物粉末烧结而成。现有的过渡金属氧化物粉末的组分和含量有较多体系，较多配方。各种体系和配方下得到的陶瓷片，制得的热敏电阻的B值、额定通电电流、耐冲击电容等性能各不相同。高性能的功率型NTC热敏电阻则是人们追求的目标。高性能功率型NTC热敏电阻具有材料常数(B值)大、残余电阻小、承受电流大、工作能力强、性能可靠、寿命长等特点。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种热敏电阻陶瓷片、热敏电阻及其制备方法，制得的热敏电阻的B值、额定通电电流、耐冲击电容均较高。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种热敏电阻陶瓷片，由混合物粉末在50～500MPa的成型压力下采用冷等静压成型工艺成型后烧结而成；所述混合物粉末包括过渡金属氧化物粉末和稀土氧化物，所述过渡金属氧化物粉末包括如下含量的组分：按摩尔百分比计算，30％～70％的四氧化三钴Co₃O₄，20％～60％的二氧化锰MnO₂，5％～20％的氧化铜CuO；所述稀土氧化物为三氧化二钇Y₂O₃或氧化镧La₂O₃，所述稀土氧化物的质量为所述过渡金属氧化物粉末质量的1％～10％。

一种热敏电阻陶瓷片的制备方法，包括以下步骤：1)将四氧化三钴Co₃O₄，二氧化锰MnO₂和氧化铜CuO按照摩尔百分比为(30％～70％)：(20％～60％)：(5％～20％)进行混合，混合后煅烧，制得过渡金属氧化物粉末；2)在所述过渡金属氧化物粉末中加入稀土氧化物得到混合物粉末，所述稀土氧化物为三氧化二钇Y₂O₃或氧化镧La₂O₃，所述稀土氧化物的质量为所述过渡金属氧化物粉末质量的1％～10％；3)将混合物粉末在50～500MPa的成型压力，采用冷等静压成型工艺成型成设定尺寸的生坯片；4)将生坯片烧结后，制得所述热敏电阻陶瓷片。

一种热敏电阻，包括热敏电阻陶瓷片，一对电极，一对引线和绝缘材料，所述一对电极分别设置在所述热敏电阻陶瓷片的两侧面上，所述一对引线分别焊接在所述一对电极上，所述绝缘材料包覆在所述热敏电阻陶瓷片和电极***；所述热敏电阻陶瓷片为如上所述的热敏电阻陶瓷片。

一种热敏电阻的制备方法，包括以下步骤：制备如上所述的热敏电阻陶瓷片；在所述热敏电阻陶瓷片的两侧面上印刷电极浆料、烧结，在所述热敏电阻陶瓷片的两侧面上形成一对电极；将一对引线分别焊接在所述一对电极上；在所述热敏电阻陶瓷片和电极***涂覆一层绝缘材料，制得所述热敏电阻。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的热敏电阻陶瓷片，在过渡金属氧化物粉末的基础上添加适量的稀土氧化物，得到一定配方体系下的新混合物粉末，采用冷等静压成型，使得成型得到的生坯片中混合物粉末的分布较均匀，不会出现材料团聚，存在过分长大的晶粒结构，从而从配方和配方分布两方面确保制得的热敏电阻的B值、额定通电电流、耐冲击电容均较高。根据实验测试结果，上述方式制得的热敏电阻，比现有的同等尺寸的热敏电阻，B值高出500～600，额定通电电流高出1～7A，耐冲击电容高出70～2500μF。

【附图说明】

图1是本发明具体实施方式中的热敏电阻的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

本具体实施方式中，首先制备热敏电阻陶瓷片，制备时：

1)按摩尔百分比计算，将30％～70％的四氧化三钴Co₃O₄，20％～60％的二氧化锰MnO₂，5％～20％的氧化铜CuO进行混合，混合后煅烧，制得过渡金属氧化物粉末。优选地，四氧化三钴Co₃O₄的摩尔百分比为40-60％，二氧化锰MnO₂的摩尔百分比为30-50％。当四氧化三钴和二氧化锰的含量在上述范围时，可使后续制得陶瓷片制成的热敏电阻时，电阻率相对较低，且B值相对较高。

2)在过渡金属氧化物粉末中加入稀土氧化物得到混合物粉末。其中，稀土氧化物为三氧化二钇Y₂O₃或氧化镧La₂O₃，稀土氧化物的质量为过渡金属氧化物粉末质量的1％～10％。优选地，稀土氧化物的质量为过渡金属氧化物粉末质量的2％～5％。当稀土氧化物的添加量在该范围内时，对制得的陶瓷片的电性能的影响不大，但可使陶瓷片的抗电流冲击能力较好。

3)将混合物粉末，在50～500MPa的成型压力下，采用冷等静压成型工艺成型成设定尺寸的生坯片。优选地，冷等静压成型工艺的成型压力为：200～300MPa。

4)将生坯片烧结成热敏电阻陶瓷片。

制得热敏电阻陶瓷片后，添加电极、引线、绝缘材料后制得热敏电阻。具体过程如下：

5)在热敏电阻陶瓷片的两侧面上印刷电极浆料、烧结，在所述热敏电阻陶瓷片的两侧面上形成一对电极。优选地，电极采用银钯合金，其中钯的质量分数为1％～10％，优选为3％～6％，从而银钯浆电极材料的焊接性较好。

6)将一对引线分别焊接在一对电极上。引线的材料为纯铜、铜镀银或纯银，优选地为铜镀银材质。焊接时，优选采用含银焊锡从而提高电极与引线之间的导电性。其中银的含量在含银焊锡材料中占0.1％～5％。优选地，银的含量占3％～4％。当含银焊锡材料中的银含量在该范围内时，且电极采用银钯合金时，可以有效控制焊接时电极中的银材料迁移到焊锡材料中去，避免含银焊锡材料的使用影响了电极材料的导电性。

7)在热敏电阻陶瓷片和电极***涂覆一层绝缘材料，制得所述热敏电阻。

制得的热敏电阻的结构图如图1所示，图中，1表示热敏电阻陶瓷片，2表示电极，3表示引线，4表示焊锡材料，5表示绝缘材料层。

本具体实施方式中，按照一定配方制备金属氧化物粉末，并在此基础上添加适量的稀土氧化物，得到混合物粉末。将该混合物粉末采用冷等静压成型工艺成型，使得成型后的生坯片中混合物粉末的材料分布均匀，无材料团聚或者过分长大的晶粒结构，从而从配方和配方材料的分布两方面使制得的热敏电阻的B值、额定通电电流、耐冲击电容均较高。单纯配方的改进能提高制得的热敏电阻的B值，但本具体实施方式中从配方以及配方材料的分布两方面，以确保3个性能：B值、额定通电电流、耐冲击电容均较高。

如下，通过设置多个实施例，验证本具体实施方式中制得的热敏电阻的性能参数。

实施例1：

(1)将Co₃O₄、MnO₂、CuO粉末按照比例(摩尔百分比)50％：45％：5％进行混合，在800℃下煅烧6h。

(2)在混合好的过渡金属氧化物粉末中加入其5％质量比的Y₂O₃，混合均匀，得到混合物粉末。

(3)将步骤(2)制得的混合物粉末，在300Mpa压力下，利用冷等静压成型为直径为22mm，厚度为2mm的生胚片。

(4)将生胚片在1100℃下烧成热敏电阻陶瓷片。

(5)在热敏电阻陶瓷片的相对的两个面，通过丝网印刷含有5％(质量分数)钯的银钯合金的电极浆料，然后在800℃下烧结10分钟，形成银钯电极。

(6)用含银量为3.5％质量比的焊锡材料，将两条直径为1毫米的镀银引线分别焊接在相对的两个电极上。

(7)在热敏电阻上包覆一层硅树脂绝缘材料，制得负温度系数热敏电阻。

测试及对比结果：通过以上方法制备出的热敏电阻，25℃下的电阻值为5欧姆，热敏材料常数B值为3500，额定通电电流为15A，可耐受4700μF的冲击电容。而市面上的相同尺寸及电阻的产品，B值为3000，额定通电电流为8A，可耐受2200μF的冲击电容。通过对比，本实施例提供的热敏电阻的性能明显优于现有产品。

实施例2：本实施例与实施例1的不同之处在于：组分含量不同：将Co₃O₄、MnO₂、CuO粉末按照比例(摩尔百分比)50％：40％：10％进行混合形成过渡金属氧化物粉末。稀土氧化物添加的质量比不同。制备过程中成型的尺寸有所不同。

本实施例中具体制备过程如下：

(1)将Co₃O₄、MnO₂、CuO粉末按照比例(摩尔百分比)50％：40％：10％进行混合，在800℃下煅烧6h。

(2)在混合好的过渡金属氧化物粉末中加入其3％质量比的Y₂O₃，混合均匀。

(3)将步骤(2)制得的混合物粉末，在200Mpa压力下，利用冷等静压成型为直径为9.5mm，厚度为1.2mm的生胚片。

(4)将生胚片在1100℃下烧成热敏电阻陶瓷片。

(6)用含银量为3.5％质量比的焊锡材料，将两条直径为0.6毫米的镀银引线分别焊接在相对的两个电极上。

测试及对比结果：通过以上方法制备出的热敏电阻，25℃下的电阻值为5欧姆，热敏材料常数B值为3300，额定通电电流为4.5A，可耐受220μF的冲击电容。而市面上的相同尺寸及电阻的产品，B值为2800，额定通电电流为3A，可耐受150μF的冲击电容。通过对比，本实施例提供的热敏电阻的性能优于现有产品。

实施例3：本实施例与实施例1的不同之处在于：组分含量不同：将Co₃O₄、MnO₂、CuO粉末按照比例(摩尔百分比)50％：43％：7％进行混合形成过渡金属氧化物粉末。以及制备过程中成型的尺寸有所不同，本实施例中，步骤(3)中冷等静压成型尺寸为直径为14mm，厚度为1.3mm的生胚片。其余步骤均与实施例1中相同，在此不重复说明。

测试及对比结果：制得的热敏电阻，25℃下的电阻值为5欧姆，热敏材料常数B值为3400，额定通电电流为5A，可耐受1200μF的冲击电容。而市面上的相同尺寸及电阻的产品，B值为2800，额定通电电流为4A，可耐受800μF的冲击电容。通过对比，本实施例提供的热敏电阻的性能明显优于现有产品。

实施例4：本实施例与实施例1的不同之处在于：添加的稀土氧化物的种类和质量分数有所不同，本实施例中步骤(2)中，在混合好的过渡金属氧化物粉末中加入其3％质量比的氧化镧La₂O₃。其余步骤均与实施例1中相同，在此不重复说明。

测试及对比结果：制得的热敏电阻，25℃下的电阻值为5欧姆，热敏材料常数B值为3500，额定通电电流为15A，可耐受3300uF的冲击电容。而市面上的相同尺寸及电阻的产品，B值为3000，额定通电电流为8A，可耐受2200uF的冲击电容。通过对比，本实施例提供的热敏电阻性能略差于实施例1中的热敏电阻，但是同样优于现有产品。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种热敏电阻陶瓷片，其特征在于：由混合物粉末在50～500MPa的成型压力下采用冷等静压成型工艺成型后烧结而成；所述混合物粉末包括过渡金属氧化物粉末和稀土氧化物，所述过渡金属氧化物粉末由如下含量的组分组成：按摩尔百分比计算，30％～70％的四氧化三钴Co₃O₄，20％～60％的二氧化锰MnO₂，5％～20％的氧化铜CuO；所述稀土氧化物为三氧化二钇Y₂O₃或氧化镧La₂O₃，所述稀土氧化物的质量为所述过渡金属氧化物粉末质量的1％～10％。

2.根据权利要求1所述的热敏电阻陶瓷片，其特征在于：所述稀土氧化物的质量为所述过渡金属氧化物粉末质量的2％～5％。

3.根据权利要求1所述的热敏电阻陶瓷片，其特征在于：所述四氧化三钴Co₃O₄的摩尔百分比为40-60％，二氧化锰MnO₂的摩尔百分比为30-50％。

4.一种热敏电阻陶瓷片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将四氧化三钴Co₃O₄，二氧化锰MnO₂和氧化铜CuO按照摩尔百分比为(30％～70％)：(20％～60％)：(5％～20％)进行混合，混合后煅烧，制得由四氧化三钴Co₃O₄，二氧化锰MnO₂和氧化铜CuO组成的过渡金属氧化物粉末；2)在所述过渡金属氧化物粉末中加入稀土氧化物得到混合物粉末，所述稀土氧化物为三氧化二钇Y₂O₃或氧化镧La₂O₃，所述稀土氧化物的质量为所述过渡金属氧化物粉末质量的1％～10％；3)将混合物粉末在50～500MPa的成型压力，采用冷等静压成型工艺成型成设定尺寸的生坯片；4)将生坯片烧结后，制得所述热敏电阻陶瓷片。

5.根据权利要求4所述的热敏电阻陶瓷片的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述稀土氧化物的质量为所述过渡金属氧化物粉末质量的2％～5％。

6.根据权利要求4所述的热敏电阻陶瓷片的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，将混合物粉末在200～300MPa的成型压力，采用冷等静压成型工艺成型。

7.一种热敏电阻，包括热敏电阻陶瓷片，一对电极，一对引线和绝缘材料，所述一对电极分别设置在所述热敏电阻陶瓷片的两侧面上，所述一对引线分别焊接在所述一对电极上，所述绝缘材料包覆在所述热敏电阻陶瓷片和电极***；其特征在于：所述热敏电阻陶瓷片为权利要求1-3任一项所述的热敏电阻陶瓷片。

8.根据权利要求7所述的热敏电阻，其特征在于：所述电极的材料为银钯合金，其中钯的质量分数为1％～10％。

9.根据权利要求7所述的热敏电阻，其特征在于：所述引线的材料为纯铜、铜镀银或纯银。

10.一种热敏电阻的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：制备如权利要求1-3任一项所述的热敏电阻陶瓷片；在所述热敏电阻陶瓷片的两侧面上印刷电极浆料、烧结，在所述热敏电阻陶瓷片的两侧面上形成一对电极；将一对引线分别焊接在所述一对电极上；在所述热敏电阻陶瓷片和电极***涂覆一层绝缘材料，制得所述热敏电阻。