專利名稱：V₂O₃復(fù)合限流元件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種限流元件的制備方法，特別涉及一種V2O3復(fù)合限流元件的制備方法。
背景技術(shù)：
長期以來，摻雜BaTiO3陶瓷一直是人們所熟悉的典型PTC材料，施主摻雜BaTiO3陶瓷在居里點附近電阻增加IO3-IO7倍，顯示出顯著的PTC特性。BaTiO3PTC熱敏陶瓷元件在電子設(shè)備、家用電器等方面獲得了極為廣泛的應(yīng)用，但由于其PTC待性來源于陶瓷晶界效應(yīng)，不可避免地受電壓和頻率的影響，同時在摻雜BaTiO3陶瓷中難以獲得很低的常溫電阻率(〈3 Q _)和較大的通流能力(> 3A )，因而材料在高電壓和大 電流條件下的應(yīng)用受到限制。讓設(shè)計人員無法做出更多更好的選擇，阻礙了電子工業(yè)的進步。因此，急需提供一種高電壓和大電流的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高電壓和大電流的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法。本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是克服PTC陶瓷限流元件存在不易低阻化，易分層；V2O3限流元件存在易碎裂，壽命短，以及高分子PTC元件存在恢復(fù)特性差，壽命短等問題。本發(fā)明技術(shù)解決方案為在V2O3陶瓷粉末中添加聚四氟乙烯乳液，以V2O3陶瓷粉末為基材，在其中添加聚四氟乙烯作為粘接材料，經(jīng)混合器造粒后，直接將混合料加入模具，放入壓機預(yù)壓成型制成毛坯，然后將毛坯放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，冷卻后可利用電鍍或濺射方式在瓷坯兩端形成金屬電極。利用本發(fā)明方法能制備出各種規(guī)格的超小型，大電流的限流元件?？梢詽M足下述技術(shù)指標1)尺寸彡￠5. 0、2)常溫電阻率彡5Q. cm、3)壽命>1000次。本發(fā)明的基本構(gòu)思是摻雜V2O3陶瓷是一種新型PTC材料.同BaTiO3陶瓷相比，其PTC效應(yīng)來源于體內(nèi)溫度誘發(fā)的M-I相變，這種體效應(yīng)不受電壓和頻率的影響，而且該材料具有低的常溫電阻率(1-103 Q ^cm)和大的通流能力，與BaTi03等PTC材料比較，它們具有如下幾個優(yōu)點(I )臨界溫度(CTR )范圍窄小，開關(guān)性能特好(2 )室溫電阻率為10-3-10-5 Q. cm，比BaTi03低一個數(shù)量級，特別適用于大電流強度場合應(yīng)用(3 )材料電壓/頻率沒有相關(guān)性，應(yīng)用范圍廣；(4 )材料熱敏性由體效應(yīng)引起，而BaTi03 PTC材料由邊晶界引起，V2O3材料的特殊性質(zhì)可使元件微型化。因此，可利用材料相變時電阻率、磁化率的突變而廣泛應(yīng)用于無接觸點熱電開關(guān)，熱動繼電器，溫度探測器，智能加熱器，大電流限流元件等。但是V2O3陶瓷與BaTi03材料熱敏機理不同，V2O3材料屬于體效應(yīng)材料，M-I相變等熱過程中各晶粒產(chǎn)生非均勻性形變，而陶瓷材料本身又缺乏足夠的塑性形變機制補償這種非均勻形變.相變時晶胞體積變化達1-1. 3 %。因此使用和制備過程中產(chǎn)生的應(yīng)力十分巨大，微米晶粒級陶瓷材料容易產(chǎn)生微裂縫，造成電性能穩(wěn)定性差，使用壽命短的致命缺陷，細化陶瓷晶粒、增加晶界減少應(yīng)力、提高材料韌性是解決問題的有效途徑。有機PTC主要由高分子聚合物摻入碳粉經(jīng)擠壓成形。碳粉形成碳鏈導(dǎo)電，受熱時聚合物膨脹，碳鏈斷裂形成高阻。有機PTC的主要優(yōu)點有常溫零功率電阻可以作得較小，適于串聯(lián)在電流較大的功率電路內(nèi)作過流保護、溫度保險絲用，阻值突變速度快，熱容小，恢復(fù)時間短。但其最大的缺點是受有機聚合物材質(zhì)及構(gòu)造機理所決定，每次經(jīng)過流沖擊后，阻值變大，不能恢復(fù)到原值，且當高壓大電流脈沖沖擊時，外包封易炸裂。存在恢復(fù)特性差，壽命短等問題。聚四氟乙烯(F4，PTFE)具有一系列優(yōu)良的使用性能耐高溫一長期使用溫度200t^26(rC，耐低溫一在_100°C時仍柔軟；耐腐蝕一能耐王水和一切有機溶劑；耐氣候一塑料中最佳的老化壽命；高潤滑一具有塑料中最小的摩擦系數(shù)(0. 04);不粘性一具有固體材料中最小的表面張力而不粘附任何物質(zhì)；無毒害一具有生理惰性；優(yōu)異的電氣性能，是理想的C級絕緣材料，報紙厚的一層就能阻擋1500V的高壓；比冰還要光滑。聚四氟乙烯材料，廣泛應(yīng)用在國防軍工、原子能、石油、無線電、電力機械、化學(xué)工業(yè)等重要部門。產(chǎn)品聚四氟四乙烯棒材、管料、板材、車削板材。聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。英文縮寫為PTFE。結(jié)構(gòu)式為。20世紀30年代末期發(fā)現(xiàn)，40年代投入工業(yè)生產(chǎn)。性質(zhì)聚四氟乙烯相對分子質(zhì)量 較大，低的為數(shù)十萬，高的達一千萬以上，一般為數(shù)百萬(聚合度在104數(shù)量級，而聚乙烯僅在103)。一般結(jié)晶度為90 95%，熔融溫度為327°C 342°C。聚四氟乙烯分子中CF2單元按鋸齒形狀排列，由于氟原子半徑較氫稍大，所以相鄰的CF2單元不能完全按反式交叉取向，而是形成一個螺旋狀的扭曲鏈，氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈的表面。這種分子結(jié)構(gòu)解釋了聚四氟乙烯的各種性能。溫度低于19°C時，形成13/6螺旋；在19°C發(fā)生相變，分子稍微解開，形成15/7螺旋。聚四氟乙烯(PTFE )合成分為懸浮聚合和分散聚合，具體聚合方法的選擇取決于制品的用途和成型工藝。懸浮聚合的PTFE樹脂一般用于模壓制品，填料制品的混合采用干法混合。乳液樹脂通常用冷擠(壓)后再燒結(jié)的工藝加工。具體來說，本發(fā)明的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，其特征是按照以下步驟制備
a、以V2O3陶瓷粉末為基材，在其中添加聚四氟乙烯乳液，經(jīng)混和器進行干法混合，造粒；b、直接將造粒后的粉料加入模具，放入壓機預(yù)壓成型制成毛坯；c、然后將毛坯放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)；形成復(fù)合限流元件芯片；d、冷卻后可利用電鍍或濺射方式在芯片兩端形成金屬電極。本發(fā)明所述的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，在步驟a中V2O3陶瓷粉末和聚四氟乙烯乳液這兩種原料的重量配比為V2O3陶瓷粉末70-90份，聚四氟乙烯乳液10-30份。本發(fā)明所述的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，在步驟b中預(yù)成型的壓強控制在20_60MPa / cm2 。本發(fā)明所述的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，在步驟c中燒結(jié)溫度控制在340 0C -390 0C。與前述現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比，本發(fā)明的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法解決了己有PTC陶瓷限流元件存在不易低阻化，易分層；V203限流元件存在易碎裂，壽命短，以及高分子PTC元件存在恢復(fù)特性差，壽命短等問題。利用本制造方法能制備出各種規(guī)格的超小型，大電流的限流元件。本發(fā)明的內(nèi)容結(jié)合以下實施例作更進一步的說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅限于實施例中所涉及的內(nèi)容。
具體實施方式
實施例I :本實施例中的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，其特征是按照以下步驟制備a、以V2O3陶瓷粉末為基材，在其中添加聚四氟乙烯乳液，經(jīng)混和器進行干法混合，造粒；b、直接將造粒后的粉料加入模具，放入壓機預(yù)壓成型制成毛坯；c、然后將毛坯放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)；形成復(fù)合限流元件芯片；d、冷卻后可利用電鍍或濺射方式在芯片兩端形成金屬電極。本實施中在70gV203陶瓷粉末中添加30g懸浮聚四氟乙烯樹脂，加入混合器內(nèi)充分混和均勻，把混合料加入模具內(nèi)模壓成型，成型壓強為28±4MPa / cm2，出模后放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為370±20°C，冷卻后出爐，兩端涂In-Ga電極測得的體積電阻率為I. 53 Q. Cm0將上述制得冷卻后的電阻坯體利用電鍍或濺射方式在瓷坯兩端形成金屬電極。然后在斷續(xù)壽命試驗臺上進行大電流沖擊壽命試驗。試驗條件為電壓9V，電流12A ;通斷 時間開60s、關(guān)240s;測量條件:25°〇下、在0、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次測量一次室溫電阻值，判定標準為電阻變化率〈20% ;測試結(jié)果見表I。實施例2 :本實施例與實施例I相似，所不同的是在80gV203陶瓷粉末中添加20g懸浮聚四氟乙烯樹脂，加入混合器內(nèi)充分混和均勻，把混合料加入模具內(nèi)模壓成型，成型壓強為28±4MPa / cm2，出模后放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為370±20°C，冷卻后出爐，兩端涂In-Ga電極測得的體積電阻率為I. 53Q. cm。將上述制得冷卻后的電阻坯體利用電鍍或濺射方式在瓷坯兩端形成金屬電極。然后在斷續(xù)壽命試驗臺上進行大電流沖擊壽命試驗。試驗條件為電壓9V，電流12A ;通斷時間開60s、關(guān)240s;測量條件25°C下、在O、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次測量一次室溫電阻值，判定標準為電阻變化率〈20% ；測試結(jié)果見表I。實施例3 :本實施例與實施例I相似，所不同的是在90gV203陶瓷粉末中添加IOg懸浮聚四氟乙烯樹脂，加入混合器內(nèi)充分混和均勻，把混合料加入模具內(nèi)模壓成型，成型壓強為28±4MPa / cm2，出模后放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為370±20°C，冷卻后出爐，兩端涂In-Ga電極測得的體積電阻率為I. 53Q. cm。將上述制得冷卻后的電阻坯體利用電鍍或濺射方式在瓷坯兩端形成金屬電極。然后在斷續(xù)壽命試驗臺上進行大電流沖擊壽命試驗。試驗條件為電壓9V，電流12A ;通斷時間開60s、關(guān)240s;測量條件25°C下、在O、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次測量一次室溫電阻值，判定標準為電阻變化率〈20% ；測試結(jié)果見表I。比較例I :本比較例與實施例I相似，所不同的是在95gV203陶瓷粉末中添加5g懸浮聚四氟乙烯樹脂，加入混合器內(nèi)充分混和均勻，把混合料加入模具內(nèi)模壓成型，成型壓強為28±4MPa / cm2，出模后放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為370±20°C，冷卻后出爐，兩端涂In-Ga電極測得的體積電阻率為I. 53 Q . cm。將上述制得冷卻后的電阻坯體利用電鍍或濺射方式在瓷坯兩端形成金屬電極。然后在斷續(xù)壽命試驗臺上進行大電流沖擊壽命試驗。試驗條件為電壓9V，電流12A;通斷時間開60s、關(guān)240s;測量條件25°C下、在O、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次測量一次室溫電阻值，判定標準為電阻變化率〈20% ;測試結(jié)果見表I。比較例2 :本比較例與實施例相似，所不同的是在65gV203陶瓷粉末中添加35g懸浮聚四氟乙烯樹脂，加入混合器內(nèi)充分混和均勻，把混合料加入模具內(nèi)模壓成型，成型壓強為28±4MPa / cm2，出模后放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為370±20°C，冷卻后出爐，兩端涂In-Ga電極測得的體積電阻率為I. 53 Q . cm。將上述制得冷卻后的電阻坯體利用電鍍或濺射方式在瓷坯兩端形成金屬電極。然后在斷續(xù)壽命試驗臺上進行大電流沖擊壽命試驗。試驗條件為電壓9V，電流12A;通斷時間開60s、關(guān)240s;測量條件25°C下、在O、10、50、100，以后直至1000次，每隔100次測量一次室溫電阻值，判定標準為電阻變化率〈20% ;測試結(jié)果見表I。利用聚四氟乙烯乳液制備的V2O3復(fù)合限流元件性能一覽表
權(quán)利要求
1.一種V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，其特征是按照以下步驟制備 a、以V2O3陶瓷粉末為基材，在其中添加聚四氟乙烯乳液，經(jīng)混和器進行干法混合，造粒; b、直接將造粒后的粉料加入模具，放入壓機預(yù)壓成型制成毛坯； c、然后將毛坯放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)；形成復(fù)合限流元件芯片； d、冷卻后可利用電鍍或濺射方式在芯片兩端形成金屬電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，其特征是在步驟a中V2O3陶瓷粉末和聚四氟乙烯乳液這兩種原料的重量配比為V2O3陶瓷粉末70-90份，聚四氟乙烯乳液10-30份。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，其特征是在步驟b中預(yù)成型的壓強控制在24-32MPa / cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法，其特征是在步驟c中燒結(jié)溫度控制在350°C -390°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種V2O3復(fù)合限流元件的制備方法。該制備方法是按照以下步驟制備a、以V2O3陶瓷粉末為基材，在其中添加聚四氟乙烯乳液，經(jīng)混和器進行干法混合，造粒；b、直接將造粒后的粉料加入模具，放入壓機預(yù)壓成型制成毛坯；c、然后將毛坯放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)；形成復(fù)合限流元件芯片；d、冷卻后可利用電鍍或濺射方式在芯片兩端形成金屬電極。本發(fā)明的V2O3復(fù)合限流元件的制備方法解決了己有PTC陶瓷限流元件存在不易低阻化，易分層；V2O3限流元件存在易碎裂，壽命短，以及高分子PTC元件存在恢復(fù)特性差，壽命短等問題。利用本制造方法能制備出各種規(guī)格的超小型，大電流的限流元件。
文檔編號C04B35/495GK102682939SQ20121016355
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者楊敬義 申請人:成都順康電子有限責任公司