一种热敏陶瓷片、热敏电阻及其制备方法与流程

[0001]
本发明涉及一种热敏陶瓷片、热敏电阻及其制备方法。


背景技术：

[0002]
ntc热敏电阻器能检测特定位置和场所的温度，镍镉、镍氢以及锂离子电池中测量电池内部及外部环境的温度信息：将电池温度维持在一定的范围内，从而对电池起到保护作用；阻止因环境温度变化而引起的错误的工作状态；异常工作和外部电路引起电池过热，导致电池受损。
[0003]
充电过程中，电池充足电后，温度迅速上升，如果大电流充电，就会严重影响电池的寿命，甚至会损坏电池。电池温度迅速上升时，装在电池组内的ntc热敏电阻的阻值迅速减小，当电池温度达到规定的最高温度时，就可以利用好设定的程序终止充电，起到对电池的保护作用。
[0004]
不同的热敏材料具有不同的特性，不同的配方制得的各种热敏陶瓷片具有的零功率电阻值r25，材料常数b值、额定通电电流和耐冲击电流等性能各不相同。而目前应用在这种保护电路上的热敏电阻要求具有较低的r25电阻值，较高的材料常数，承受电流大、工作能力强、性能可靠和寿命长等特点。
[0005]
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。


技术实现要素：

[0006]
本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种热敏陶瓷片、热敏电阻及其制备方法，以制得电阻值r25较低，b值较高和强度较高的热敏电阻。
[0007]
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0008]
一种热敏陶瓷片，是由金属氧化物粉末采用固相合成法混合后经过高温烧结成的热敏陶瓷片，所述金属氧化物粉末包括如下组分，按照质量百分比计算：40％-47％的二氧化锰，50％-56％的四氧化三钴，2％-5％的氧化铜，以及1％-4％的二氧化钛。
[0009]
进一步地：
[0010]
二氧化钛的质量百分比为1％-2％。
[0011]
二氧化锰的质量百分比为42％-46％。
[0012]
四氧化三钴的质量百分比为50％-53％。
[0013]
氧化铜的质量百分比为2％-3％。
[0014]
一种热敏陶瓷片的制备方法，包括以下步骤：
[0015]
①
将质量百分比为：40％-47％的二氧化锰，50％-56％的四氧化三钴，2％-5％的氧化铜，以及1％-4％的二氧化钛通过固相合成法进行混合，得到初始粉末；
[0016]
②
将初始粉末在高温下进行煅烧，形成初步的尖晶石结构；
[0017]
③
将煅烧后得到的粉料制作成陶瓷片初始坯体；
[0018]
④
将得到的所述陶瓷片初始坯体进行烧结，得到所述热敏陶瓷片。
[0019]
进一步地，所述步骤
③
中，采用制浆、流延、叠层、切割的方法进行成型，制作成所述陶瓷片初始坯体。
[0020]
一种热敏电阻，包括所述的热敏陶瓷片和形成在所述热敏陶瓷片的两端的一对电极。
[0021]
进一步地，所述电极由银浆制成，所述银浆的银含量为60％-90％。
[0022]
一种热敏电阻的制备方法，包括以下步骤：
[0023]
使用所述热敏陶瓷片的制备方法制备热敏陶瓷片；
[0024]
在所述热敏陶瓷片的两边沾上银浆、烧结，形成与所述热敏陶瓷片牢固结合的银电极；
[0025]
在所述银电极上通过电镀形成镀层，制得所述热敏电阻。
[0026]
本发明具有如下有益效果：
[0027]
采用本发明金属氧化物粉末配方制得的热敏电阻具有低阻值，高b值的特点。本发明将二氧化锰、四氧化三钴、氧化铜以及二氧化钛通过固相合成法合成初始粉末，再经过煅烧形成初步的尖晶石结构，再制作成型为陶瓷片初始坯体，所得到的生坯，其中的粉末粒径分布较为均匀，材料均一性较好。由于将上述金属氧化物粉末经过固相法合成后的粒径较为均匀，有利于在烧结时晶粒的均匀生长。同时，本发明中添加了适当比例的二氧化钛，既能够获得低电阻值r25和高b值的热敏材料，在烧结时又能够避免出现晶粒过分生长，到最后晶粒生长过大，导致材料强度较差。因此，本发明相比目前的低电阻值r25、高b值材料在强度及材料稳定性上有明显提升。
附图说明
[0028]
图1为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
[0029]
以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0030]
本发明实施例提供一种热敏陶瓷片，是由金属氧化物粉末采用固相合成法混合后经过高温烧结成的热敏陶瓷片，所述金属氧化物粉末包括如下组分，按照质量百分比计算：40％-47％的二氧化锰，50％-56％的四氧化三钴，2％-5％的氧化铜，以及1％-4％的二氧化钛。
[0031]
本发明实施例还提供一种热敏陶瓷片的制备方法，包括以下步骤：
[0032]
①
将质量百分比为：40％-47％的二氧化锰，50％-56％的四氧化三钴，2％-5％的氧化铜，以及1％-4％的二氧化钛通过固相合成法进行混合，得到初始粉末；
[0033]
②
将初始粉末在高温下进行煅烧，形成初步的尖晶石结构；
[0034]
③
将煅烧后得到的粉料，采用制浆、流延、叠层、切割等工艺制作成陶瓷片初始坯体；
[0035]
④
将得到的所述陶瓷片初始坯体进行烧结，得到所述热敏陶瓷片。
[0036]
如图1所示，本发明实施例还提供一种热敏电阻，包括所述的热敏陶瓷片1和形成在所述热敏陶瓷片1的两端的一对电极2。较佳地，所述电极由银浆制成，所述银浆的银含量为60％-90％。电极2上具有通过电镀形成镀层3。
[0037]
本发明实施例还提供一种热敏电阻的制备方法，包括以下步骤：
[0038]
使用所述热敏陶瓷片的制备方法制备热敏陶瓷片；
[0039]
在所述热敏陶瓷片的两边沾上银浆、烧结，形成与所述热敏陶瓷片牢固结合的银电极；
[0040]
在所述银电极上通过电镀形成镀层，制得所述热敏电阻。
[0041]
在一些实施例中，首先制备热敏陶瓷片，制备时：
[0042]
①
按照质量百分比计算，首先将40％-47％的二氧化锰，50％-56％的四氧化三钴，2％-5％的氧化铜，以及1％-4％的二氧化钛用固相合成法进行混合。当二氧化锰的质量分数在40％-47％，四氧化三钴的质量分数在50％-56％，所制得的热敏材料具有较低的电阻值r25，以及较高的材料常数b值。同时在该材料体系中加入2％-5％的氧化铜：该材料体系的电阻值和b值均会进一步下降，但r25下降速度高于b值下降速度。最后再添加1％-4％的二氧化钛，当二氧化钛的添加量在该范围内，对制得的陶瓷片的电性能影响不大，但可使陶瓷片的微观结构更加稳定，提升陶瓷片的强度及稳定性。
[0043]
②
将用固相合成法混合后的金属氧化物粉末在高温下进行煅烧，使其中的金属氧化物进行初步反应，形成初步的尖晶石结构，优选的，所采用的煅烧温度为700-1000℃。
[0044]
③
将煅烧后的粉料经制浆、流延、叠层和切割等工艺制作成具有一定形状和尺寸的的生坯片。
[0045]
④
将生坯片经过高温烧结制得所述的热敏陶瓷片。
[0046]
制得如上所述的热敏陶瓷片后，添加银电极，镀层制得所述的热敏电阻，具体过程如下：
[0047]
⑤
在热敏陶瓷片的两端通过沾银的方式沾上银浆，再通过烧结形成与瓷体牢固结合的银电极。优选的所选用的银浆为银端浆，其中的银含量为60％-90％，其中烧结形成银电极的温度为550-750℃，从而使银电极的瓷体之间的结合较为紧密。
[0048]
⑥
将步骤
⑤
制得的热敏电阻半成品用电镀的方式在银电极的表面镀上镀层，现在因电极表面通过电镀形成镍层，再进行第二次电镀在镍层上镀上锡层，制得所述的热敏电阻。优选的，采用镍作为中间的介质材料，镍既可以与内部的银电极紧密结合，也可以与外层的锡层紧密结合，从而使银电极，镍层，锡层紧密结合，增加了热敏电阻在使用过程中的稳定性。
[0049]
制得的热敏电阻的结构如图1所示。
[0050]
本发明实施例中，按照上述配方用固相合成法将金属氧化物制备为初始粉末，再通过煅烧进一步对粉末进行加工，通过制浆、流延、叠层和切割等成型工艺成型，使得各金属氧化物能够在坯体中均匀分布，使得材料本身具有较好的均一性和分散性。从配方来说，采用的材料体系制得的热敏电阻具有较低的电阻值r25，较高的材料常数b值和较高的材料强度。本发明实施例通过成型工艺及配方改进两方面，确保了制得的热敏电阻具有较低的阻值r25，较高的材料常数b值和较高的材料强度。
[0051]
以下通过多个实施例验证本发明制得的热敏电阻的性能参数。
[0052]
实施例1
[0053]
①
将二氧化锰，四氧化三钴，氧化铜，二氧化钛按照质量百分比42％：53％：3％：2％用固相合成法进行混合。
[0054]
②
将混合后的粉料在800℃下进行煅烧，煅烧时间6h。
[0055]
③
将制得的粉料经制浆流延叠层切割形成长1.80mm，宽0.88mm，高0.88m的长方形坯体。
[0056]
④
将坯体在1150℃烧结形成热敏陶瓷片。
[0057]
⑤
将热敏陶瓷片长度方向的两个侧面用沾银的方式沾上含银量60％-90％的银端浆，然后在700℃下烧结20分钟形成银电极。
[0058]
⑥
用电镀的方式在银电极上镀上镍层和锡层，制得所述的热敏电阻。
[0059]
测试及对比结果：通过以上方法制备的热敏电阻，在25℃下的电阻值为3.5kω，b值为3900，所能承受的最大压力为20n，而市场上相同尺寸及电阻的产品，b值为3500，所能承受的最大压力为15n，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。
[0060]
实施例2
[0061]
①
将二氧化锰，四氧化三钴，氧化铜，二氧化钛按照质量百分比44％：51％：3％：2％用固相合成法进行混合。
[0062]
②
将混合后的粉料在800℃下进行煅烧，煅烧时间6h。
[0063]
③
将制得的粉料经制浆流延叠层切割形成长1.10mm，宽0.58mm，高0.58m的长方形坯体。
[0064]
④
将坯体在1150℃烧结形成热敏陶瓷片。
[0065]
⑤
将热敏陶瓷片长度方向的两个侧面用沾银的方式沾上含银量60％-90％的银端浆，然后在700℃下烧结20分钟形成银电极。
[0066]
⑥
用电镀的方式在银电极上镀上镍层和锡层，制得所述的热敏电阻。
[0067]
测试及对比结果：通过以上方法制备的热敏电阻，在25℃下的电阻值为8kω，b值为3970，所能承受的最大压力为9n，而市场上相同尺寸及电阻的产品，b值为3400，所能承受的最大压力为6n，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。
[0068]
实施例3
[0069]
①
将二氧化锰，四氧化三钴，氧化铜，二氧化钛按照质量百分比46％：50％：3％：1％用固相合成法进行混合。
[0070]
②
将混合后的粉料在800℃下进行煅烧，煅烧时间6h。
[0071]
③
将制得的粉料经制浆流延叠层切割形成长2.40mm，宽1.40mm，高0.88m的长方形坯体。
[0072]
④
将坯体在1150℃烧结形成热敏陶瓷片。
[0073]
⑤
将热敏陶瓷片长度方向的两个侧面用沾银的方式沾上含银量60％-90％的银端浆，然后在700℃下烧结20分钟形成银电极。
[0074]
⑥
用电镀的方式在银电极上镀上镍层和锡层，制得所述的热敏电阻。
[0075]
测试及对比结果：通过以上方法制备的热敏电阻，在25℃下的电阻值为5.1kω，b值为3820，所能承受的最大压力为30n，而市场上相同尺寸及电阻的产品，b值为3400，所能承受的最大压力为22n，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。
[0076]
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
[0077]
以上内容是结合具体/优选的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，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

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