專利名稱：多層疊片結(jié)構(gòu)熱敏電阻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多層并聯(lián)疊片結(jié)構(gòu)熱敏電阻器的材料成份和制備工藝。
自1951年荷蘭的Heywang首次發(fā)現(xiàn)BaTiO3中PTCR(正溫度系數(shù)電阻)效應(yīng)以來，PTCR效應(yīng)的開發(fā)與應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。無論是工業(yè)電子設(shè)備，還是家用電器產(chǎn)品幾乎到處可見PTC元件。在BaTiO3系PTCR材料不斷完善的同時，也在開發(fā)新的體系的PTCR材料。目前以BaTiO3為基的PTCR陶瓷材料與器件的研究主要集中于降低室溫電阻，提高溫度系數(shù)和升阻比，及增大功率，提高穩(wěn)定性等方面。通過改變成份及工藝條件降低電阻已近極限。例如日本專利特開昭58-6310，通過摻Fe，Ni類金屬粉未來降低室溫電阻，其室溫電阻可達10～15Ω。這種方法雖然能夠在某種程度上降低BaTiO3系PTC材料的室溫電阻，但它不可避免地要降低PTC效應(yīng)，即溫度系數(shù)和升阻比。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種多層疊片結(jié)構(gòu)的熱敏電阻器，改變疊片的材料成份及制備工藝，使熱敏電阻器的室溫電阻降低，使用電流提高，以滿足當今電子元件小型化的需要。
本發(fā)明的內(nèi)容是多層疊片結(jié)構(gòu)熱敏電阻器，由熱敏電阻片、內(nèi)電極、端電極和焊腿組成，熱敏電阻片為單數(shù)片。熱敏電阻片之間間隔有內(nèi)電極，二者相疊后在端部涂有端電極。焊腿與端電極相接。
熱敏電阻器的制備方法，由下列各步驟組成(1)以BaTiO3為主成份，添加0.11%-1.5%mol Pb(Li0.25Nb0.75)O3和0.1%-1.5% mol Li2CO3再加入0.04%-0.1%mol MnO作受主摻雜，最后加入0.5%-1.5%mol SiO2和0.5%-1.5%mol Bi2O3，將上述粉料球磨混合，制成PTC陶瓷粉料備用;
(2)將上述PTC粉料用燒制后切片或流延后干燥的方法制成薄片;
(3)用30～50%wt的Pd和50～70%ut的Ag以及少量上述步驟(1)制得的PTC材料、少量Zn、Sn金屬粉一起混均，并加入適量有機溶劑，制成漿狀的電極材料;
(4)在上述步驟(2)制成的薄片二面涂上電極材料;
(5)以并聯(lián)方式將涂有電極材料的奇數(shù)片PTC薄片相疊，相疊后的整體兩端涂以電極材料，在1000℃～1350℃下燒成陶瓷熱敏電阻器。
另一種制備熱敏電阻器的方法由下列各步驟組成(1)取40～50%wt的聚合物與10～60%wt的導(dǎo)電粒子和以上所述的鈦酸鋇PTC粉料和CaCO3粉料相互混合后，在130℃～350℃下熱混合成PTCR復(fù)合材料。上述的聚合物為選自高密度聚乙烯、尼龍6、尼龍11、尼龍12中的任何一種，上述的導(dǎo)電粒子為選自V2O3、乙炔碳黑、天然石墨、Cu、Fe、Al的金屬粉末中的任何一種，導(dǎo)電粒子的粒度在0.1μm-50μm之間;
(2)將上述PTCR復(fù)合材料壓成或軋成片狀;
(3)將上述PTCR復(fù)合材料薄片在100～150℃下進行低溫熱處理4-6hr;
(4)在上述PTCR復(fù)合材料薄片二面粘貼金屬鋁箔作為電極;
(5)將上述粘貼有電極的奇數(shù)片薄片相疊，相疊后的整體兩端粘貼金屬鋁箔電極，在100～280℃下熱壓成復(fù)合材料多層疊片結(jié)構(gòu)熱敏電阻器。


圖1是本發(fā)明設(shè)計的熱敏電阻器的電路原理圖。
圖2是熱敏電阻器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是熱敏電阻器PTC性能實驗結(jié)果。
圖4是實施例的PTC性能實驗結(jié)果。
下面結(jié)合附圖，進一步詳細介紹本發(fā)明的內(nèi)容。圖1和圖2中，1是電極，2是熱敏電阻片，3是端電極，4是焊腿。圖1(a)是熱敏電阻片和電極相互疊放的形式，圖中熱敏電阻片為5片。圖1(b)和圖1(c)為電路模型。以并聯(lián)方式疊片，器件總電阻R為每單片電阻Ri的1/N倍，即R＝ 1/(N) Ri，其中N為疊片層數(shù)。根據(jù)圖1(a)的結(jié)構(gòu)特點，N為奇數(shù)層。疊片層數(shù)越多室溫電阻值越低。將具有上述結(jié)構(gòu)的熱敏電阻器在一定溫度下制成后，外部用玻璃包封，形成完整的器件。
實施例1以共沉淀制備的純BaTiO3超細粉末為主成份，添加0.15%mol Pb(Li0.25Nb0.75)O3，1.0%mol LiCO3，1%mol TiO2及0.5%mol SiO2，0.167%mol AbO3和0.1%mol M2O2，將上述粉料球磨混合后，采用傳統(tǒng)陶瓷工藝即燒制后切片制備成PTC陶瓷體材，其中燒結(jié)溫度為1300℃。用內(nèi)圓切機床，將PTC瓷塊切成厚0.4mm的長方溥片備用。用配好的電極漿料按圖2涂于薄片上，然后進行1、3、5、7不同層數(shù)的疊片，再將其置于馬福爐內(nèi)進行燒電極，溫度為800℃～1000℃，從而制成PTC陶瓷熱敏電阻器。其所得結(jié)果如圖3所示。
實施例2將30%wt的乙炔碳黑與高密度聚乙烯(HDPE6098)在140℃下熱混合成PTCR復(fù)合材料，同時加入1%wtCaCO3和2.5%wt鈦酸鋇陶瓷PTCR粉料。將此材料在110℃烘箱內(nèi)進行恒溫熱處理4hr。此種熱處理工藝可以在原有PTC特性基礎(chǔ)上進一步降低室溫電阻率，而且升阻比不變或略有提高，因而有很大的實用性。得到的室溫電阻較低(143Ω)，且有一定升阻比的PTC復(fù)合材料如圖4所示。將準備好的PTC復(fù)合材料熱壓成片狀，在薄片二面粘貼上金屬鋁箔作為電極，然后疊成奇數(shù)片，在120℃下熱壓，使電極與PTCR復(fù)合材料成為歐姆接觸。得到室溫電阻為原PTCR材料室溫電阻1/N倍，升阻比不變的多層疊片結(jié)構(gòu)熱敏電阻器。
實施例3將粒徑為50μm的不銹鋼粉末按體積百分數(shù)20%Vol與Nylon-6(尼龍6)在300℃～350℃下進行熱混合，同時加入1%wtCaCO3，然后熱軋制成約0.5mm厚的PTC復(fù)合材料薄片。用金屬鋁箔作電極，將5片薄片按圖2所示結(jié)構(gòu)進行疊片，在250℃下熱壓，使電極與PTC復(fù)合材料成為歐姆接觸，得到室溫電阻率為＜10Ω，升阻比為3～4數(shù)量級的多層疊片結(jié)構(gòu)熱敏電阻器。
多層結(jié)構(gòu)熱敏電阻器可在PTCR材料原有電阻基礎(chǔ)上有效降低室溫電阻，提高使用電流而實驗表明，同時PTCR特性中溫度系數(shù)和升阻比不受大的損失，如圖4所示。它的體積小，室溫電阻低的特點在電器的過熱，過流保護開關(guān)方面有廣泛應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種多層疊片結(jié)構(gòu)熱敏電阻器，其特征在于熱敏電阻器由熱敏電阻片、內(nèi)電極、端電極和焊腿組成，所述的熱敏電阻片為奇數(shù)片，熱敏電阻片之間間隔有內(nèi)電極，二者相疊后在其端部涂有端電極，所述的焊腿與端電極相接。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的熱敏電阻器的方法，其特征在于該方法由下列各步驟組成(1)以BaTiO3為主成份，添加0.11%-1.5%mol Pb(Li0.25Nb0.75)O3和0.1%-1.5%mol Li2CO3再加入0.04%-0.1%mol MnO作受主摻雜，最后加入0.5%-1.5%mol SiO2和0.5%-1.5%mol Bi2O3，將上述粉料球磨混合，制成PTC陶瓷粉料備用;(2)將上述PTC粉料用燒制后切片或流延后干燥的方法制成薄片;(3)有30～50%wt的Pd和50～70%wt的Ag以及少量上述步驟(1)制得的PTC材料、少量Zn、Sn金屬粉一起混均，并加入適量有機溶劑，制成漿狀的電極材料;(4)在上述步驟(2)制成的薄片二面涂上電極材-料;(5)以并聯(lián)方式將涂有電極材料的奇數(shù)片PTC薄片相疊，相疊后的整體兩端涂以電極材料，在1150℃～1350℃下燒成陶瓷熱敏電阻器。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的熱敏電阻器的方法，其特征在于該方法由下列各步驟組成(1)取40～50%wt的聚合物與10～60%wt的導(dǎo)電粒子和少量如權(quán)利要求(2)所述的鈦酸鋇PTC粉料、少量CaCO3粉料相互混合后在130℃～350℃下熱混合成PTCR復(fù)合材料，所述的聚合物為選自高密度聚乙烯、尼龍6、尼龍11、尼龍12中的任何一種，所述的導(dǎo)電粒子為選自V2O3、乙炔碳黑、天然石墨和Cu、Fe、Al的金屬粉末中的任何一種，導(dǎo)電粒子的粒度在0.1μm-50μm之間;(2)將上述PTCR復(fù)合材料壓成或軋成片狀;(3)將上述PTCR復(fù)合材料薄片在100℃～150℃下進行低溫熱處理4-6hr;(4)在上述PTCR復(fù)合材料薄片二面粘貼金屬鋁箔作為電極;(5)將上述粘貼有電極的奇數(shù)片薄片相疊，相疊后的整體兩端粘貼金屬鋁箔電極，在100～280℃下熱壓成復(fù)合材料多層疊片結(jié)構(gòu)熱敏電阻器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多層并聯(lián)疊片結(jié)構(gòu)熱敏電阻器的材料及制備工藝。熱敏電阻片的材料可以是以BaTiO
文檔編號H01C7/02GK1088709SQ93120338
公開日1994年6月29日 申請日期1993年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月4日
發(fā)明者周志剛, 王玲玲, 周和平, 王利臣, 吳嘉真 申請人:清華大學