CN116813325B

CN116813325B - 一种热敏陶瓷的生产工艺

Info

Publication number: CN116813325B
Application number: CN202310339079.XA
Authority: CN
Inventors: 曹军
Original assignee: Dongguan Kepengda Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Dongguan Kepengda Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2023-04-01
Filing date: 2023-04-01
Publication date: 2024-05-28
Anticipated expiration: 2043-04-01
Also published as: CN116813325A

Abstract

本申请涉及一种热敏陶瓷的生产工艺。包括以下制备步骤：1）：将热敏陶瓷原料分别静置，密封保存，得到待用配料；2）：分别称取待用配料，混合，得到混合料，将混合料与水，球磨，烘干，得到球磨料；3）：将球磨料过筛，预烧，得到预烧料；4）：将混合料与水，混合，球磨，得到二磨料；5）：将二磨料静压成型，烧结，得到陶瓷芯锭；6）：将陶瓷芯锭切割成陶瓷片,再将银浆涂布于陶瓷片的表面，固化，切割，得到热敏陶瓷：上述工艺中，通过两次的磨球使得热敏陶瓷的原料更细腻，且原料之间充分混合均匀，而通过预热处理，进一步提高其原料体系的相容性，提高制得的热敏陶瓷的致密性，使得热敏陶瓷获得较佳热敏效果。

Description

一种热敏陶瓷的生产工艺

技术领域

本申请涉及电子材料的领域，更具体地说，它涉及一种热敏陶瓷的生产工艺。

背景技术

热敏陶瓷是一种电阻率明显随温度变化的一类功能陶瓷。在工作温度范围内，零功率电阻随温度变化而变化的陶瓷材料。主要用于制作热敏电阻器、温度传感器、加热器以及限流元件等。

随着科技的发展，热敏陶瓷以其对温度敏感的特性越来越成为日常生活中件的必要组成部分。尤其是NTC、PTC热敏陶瓷以其特性在温度控制系统中作为开用温差在居里温度点的性质而实现器件预期的工作为主。

热敏陶瓷在生产过程中需要将各种氧化物经过混合、高温烧结后制得，但是目前的热敏陶瓷的任然存在致密性不高，导致热敏陶瓷的热敏效果降低。

发明内容

为了提高热敏陶瓷的热敏效果，本申请提供一种热敏陶瓷的生产工艺。

本申请提供的一种热敏陶瓷的生产工艺采用如下的技术方案：

一种热敏陶瓷的生产工艺，包括以下制备步骤：

1)：将热敏陶瓷原料分别静置6-9h，密封保存，得到待用配料；

2)：按照重量百分比计，分别称取待用配料，混合，得到混合料，将200-300份混合料与380-420份水，混合，球磨4-6h，烘干，得到球磨料；

3)：将球磨料过筛，在700-900℃下，预烧4-6h，得到预烧料；

4)：按照重量份计，将200-300份混合料与380-420份水，混合，球磨7-9h，得到二磨料；

5)：将二磨料静压成型，得到陶瓷胚，将陶瓷胚在温度1200-1300℃下，烧结5-7h，得到；

6)：将陶瓷芯锭切割成陶瓷片,再将银浆涂布于陶瓷片的表面，固化，固化温度为780-850℃，切割，得到热敏陶瓷。

上述的工艺操作生产效率高，且得到的热敏陶瓷的密实性较好，其热敏常数高达3950±3％。

通过将热敏陶瓷原料进行静置6-9h，再密封，使各热敏陶瓷原料都保持一样的状态，便于后续进行加工；当配料后，再将其与水进行磨球，使得热敏陶瓷原料体系中的各原料充分混合均匀。

将球磨料在700-900℃，进行预烧4-6h，能够使热敏陶瓷原料受热膨胀，便于后续进行磨球，再次进行研磨，有利于提高球磨料的细腻性，当二磨料静压时，二磨料能够充分充实模具，并在1200-1300℃下，烧结5-7h，得到陶瓷芯锭较高的陶瓷芯锭，而陶瓷芯锭经过切割、银浆涂布、780-850℃固化等工艺后，得到的热敏陶瓷具有较好的热敏效果。

优选的所述热敏陶瓷的原料由以下重量百分比的原料组成：

NiO：5-9％

Mn₃O₄：46-50％

Fe₂O₃：13-18％

Zn：23-27％

ZnO：1-8％。

优选的，所述2)的混合料由以下方法得到：按照重量百分比计，称取NiO、Mn3O4、Fe2O3、Zn、ZnO混合，得到混合料。

通过NiO、Mn₃O₄、Fe₂O₃、Zn、ZnO作为原料，得到半导体陶瓷芯锭具有较好的密实性，使制得的热敏陶瓷具有较好的热敏效果。

优选的，所述1)中的静置温度为23-27℃，相对湿度为27-35％。

在以上湿度和温度下，使静置的热敏陶瓷原料能够保持恒定的状态。

优选的，所述1)和2)中的球磨速率均为150-200r/min。

选用以上球磨速率使得热敏陶瓷的原料体系充分混合均匀，提高热敏陶瓷的密实性。

优选的，3)中的过筛的目数为100-800目。

选用以上目数范围，能够使热敏陶瓷的原料充分充实模具，形成结构密实的热敏陶瓷，进而提高热敏陶瓷的热敏效果。

优选的，所述陶瓷片的厚度为0.40-0.50mm。

优选的，5)中的银浆涂布厚度为50-100μm。

选用以上涂布厚度的范围的银浆，使得到的热敏陶瓷的热敏效果较好。

优选的，所述热敏陶瓷的原料由以下重量百分比的原料组成：

吸附复合物13-15％

NiO：5-9％

Mn₃O₄：36-40％

Fe₂O₃：10-15％

Zn：23-27％

ZnO：1-3％。

通过NiO、Mn₃O₄、Fe₂O₃、Zn、ZnO、吸附复合物作为原料，使获得的陶瓷芯锭结构密实，提高热敏陶瓷的热敏效果。

其中，加入的吸附复合物不仅对热敏感，而且还具有绝缘的效果和粘附性，当二磨料静压成型时，使各原料结合紧密，进而制得的陶瓷芯锭具有较好的密实性，提高热敏陶瓷的热敏效果。

优选的，所述吸附复合物由高岭土、LiCl·2Al(OH)3·nH2O、六方氮化硼、莫来石粉以重量份之比为3：(1.2-1.5)：(1.5-1.8)：(1.3-1.7)组成。

高岭土是一种粘性土，其晶体化学式为2SiO2·Al2O3·2H2O，六方氮化硼中氮和硼也组成六角网状层面，互相重叠，构成晶体，具有较好的绝缘性和导热性，因此对热敏感，六方氮化硼主要用于耐火材料、半导体固相掺杂源，因此当加入六方氮化硼能够提高热敏陶瓷的热敏效果。

莫来石的化学式为3A₂lO₃·2SiO₂，含有A₂lO₃和SiO₂，提高陶瓷的强度。

LiCl·2Al(OH)3·nH2O铝锂化合物中含有稀有金属Li，当在煅烧过程中，能改善热敏陶瓷的内部结构，使之变得更加致密，从而提高热敏陶瓷的热敏效果。

因此，通过莫来石、LiCl·2Al(OH)3·nH2O、高岭土、六方氮化硼进行复合得到的吸附复合物兼备较好的粘性、绝缘性、导热性、强度等，使得陶瓷芯锭的结构更紧密，得到的热敏陶瓷的导热效果较好。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、通过两次的磨球使得热敏陶瓷的原料更细腻，且原料之间充分混合均匀，而通过预热处理，进一步提高其原料体系的相容性，提高制得的热敏陶瓷的致密性，使得热敏陶瓷获得较佳热敏效果。

2、通过莫来石、LiCl·2Al(OH)3·nH2O、高岭土、六方氮化硼进行复合得到的吸附复合物兼备较好的粘性、绝缘性、导热性、强度等，使得陶瓷芯锭的结构更紧密，得到的热敏陶瓷的导热效果较好。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

实施例1

一种热敏陶瓷的生产工艺，包括以下步骤：

1)：将NiO、Mn₃O₄、Fe₂O₃、Zn、ZnO热敏陶瓷原料，分别在恒温恒湿下静置8h，静置温度为25℃，相对湿度为30％，再分别转移至药品盒中进行密封保存，得到待用的配料。

2)：按照重量百分比称取7.5％NiO、48.5％Mn₃O₄、16％Fe₂O₃、25％Zn、3％ZnO混合，得到混合料；将250g混合料与400g去离子水，放入球磨机中，进行球磨5h，球磨速率为180r/min，再放入50℃的烘箱进行烘干5h，得到球磨料。

3)：将2)得到的球磨料过300目筛，得到300目的球磨料，再将300目的球磨料防如钟罩炉中，加热至800℃，进行预烧5h，得到预烧料。

4)：称取250g3)得到的预烧料和400g去离子水，一并放入球磨机中，进行球磨8h，球磨速率为180r/min，得到二磨料。

5)：将二磨料放入模具中，采用20N的力下压模具，使其二磨料静压成型，得到陶瓷胚，将陶瓷胚放入钟罩炉内，在温度1250℃下，进行烧结6h，得到陶瓷芯锭。

6)：将陶瓷芯锭切割成0.45mm的陶瓷片,再将银浆涂布于陶瓷片的表面，涂布厚度为80μm，并在温度为800℃下，进行固化20s，使陶瓷片和银层紧密结合进行切割，得到热敏陶瓷。

实施例2

一种热敏陶瓷的生产工艺，包括以下步骤：

1)：将NiO、Mn₃O₄、Fe₂O₃、Zn、ZnO热敏陶瓷原料，分别在恒温恒湿下静置6h，静置温度为27℃，相对湿度为27％，再分别转移至药品盒中进行密封保存，得到待用的配料。

2)：按照重量百分比称取7.5％NiO、48.5％Mn₃O₄、16％Fe₂O₃、25％Zn、3％ZnO混合，得到混合料；将250g混合料与400g去离子水，放入球磨机中，进行球磨4h，球磨速率为200r/min，再放入50℃的烘箱进行烘干4h，得到球磨料。

3)：将2)得到的球磨料过100目筛，得到100目的球磨料，再将100目的球磨料防如钟罩炉中，加热至700℃，进行预烧4h，得到预烧料。

4)：称取250g3)得到的预烧料和400g去离子水，一并放入球磨机中，进行球磨7h，球磨速率为200r/min，得到二磨料；

5)：将二磨料放入模具中，采用20N的力下压模具，使其二磨料静压成型，得到陶瓷胚，将陶瓷胚放入钟罩炉内，在温度1200℃下，进行烧结7h，得到陶瓷芯锭。

6)：将陶瓷芯锭切割成0.40mm的陶瓷片,再将银浆涂布于陶瓷片的表面，涂布厚度为100μm，并在温度为780℃下，进行固化20s，使陶瓷片和银层紧密结合进行切割，得到热敏陶瓷。

实施例3

一种热敏陶瓷的生产工艺，包括以下步骤：

1)：将NiO、Mn₃O₄、Fe₂O₃、Zn、ZnO热敏陶瓷原料，分别在恒温恒湿下静置9h，静置温度为23℃，相对湿度为35％，再分别转移至药品盒中进行密封保存，得到待用的配料。

2)：按照重量百分比称取7.5％NiO、48.5％Mn₃O₄、16％Fe₂O₃、25％Zn、3％ZnO混合，得到混合料；将250g混合料与400g去离子水，放入球磨机中，进行球磨6h，球磨速率为150r/min，再放入50℃的烘箱进行烘干6h，得到球磨料。

3)：将2)得到的球磨料过500目筛，得到500目的球磨料，再将500目的球磨料防如钟罩炉中，加热至900℃，进行预烧6h，得到预烧料。

5)：将二磨料放入模具中，采用20N的力下压模具，使其二磨料静压成型，得到陶瓷胚，将陶瓷胚放入钟罩炉内，在温度1300℃下，进行烧结5h，得到陶瓷芯锭。

6)：将陶瓷芯锭切割成0.50mm的陶瓷片,再将银浆涂布于陶瓷片的表面，涂布厚度为100μm，并在温度为850℃下，进行固化20s，使陶瓷片和银层紧密结合进行切割，得到热敏陶瓷。

实施例4

实施例4与实施例1的不同之处在于：5％NiO、50％Mn₃O₄、13％Fe₂O₃、27％Zn、5％ZnO。

实施例5

实施例5与实施例1的不同之处在于：9％NiO、46％Mn₃O₄、18％Fe₂O₃、23％Zn、4％ZnO。

实施例6

实施例6与实施例1的不同之处在于，热敏陶瓷的原料组成不同，具体如以下步骤所示：

1)：将NiO、Mn₃O₄、Fe₂O₃、Zn、ZnO、高岭土、LiCl·2Al(OH)3·nH2O、六方氮化硼、莫来石粉的热敏陶瓷原料，分别在恒温恒湿下静置9h，静置温度为23℃，相对湿度为35％，再分别转移至药品盒中进行密封保存，得到待用的配料。

2)：以重量(g)之比为3：1.3：1.7：1.5称取高岭土、LiCl·2Al(OH)3·nH2O、六方氮化硼、莫来石粉混合均匀，得到吸附复合物；按照重量百分比称取7.5％NiO、38.5％Mn₃O₄、13％Fe₂O₃、25％Zn、2％ZnO、14％吸附复合物混合，得到混合料；将250g混合料与400g去离子水，放入球磨机中，进行球磨6h，球磨速率为150r/min，再放入50℃的烘箱进行烘干6h，得到球磨料。

实施例7

实施例7与实施例6的不同之处在于：吸附复合物的原料比例不同，具体地，以重量(g)之比为3：1.2：1.5：1.3称取高岭土、LiCl·2Al(OH)3·nH2O、六方氮化硼、莫来石粉混合均匀，得到吸附复合物。

实施例8

实施例8与实施例6的不同之处在于：吸附复合物的原料比例不同，具体地，以重量(g)之比为3：1.5：1.8：1.7称取高岭土、LiCl·2Al(OH)3·nH2O、六方氮化硼、莫来石粉混合均匀，得到吸附复合物。

对比例

对比例1

对比例1与实施例1的不同之处在于，没有3)，直接将球磨料再次进行磨球，具体步骤为：称取250g2)得到的磨球料和400g去离子水，一并放入球磨机中，进行球磨8h，球磨速率为180r/min，得到二磨料。

对比例2

对比例2与实施例2的不同之处在于，没有4)，直接将预烧料放入模具中进行静压成型，具体步骤为：称取3)得到的预烧料放入模具中，采用20N的力下压模具，使其预烧料静压成型，得到陶瓷胚，将陶瓷胚放入钟罩炉内，在温度1250℃下，进行烧结6h，得到陶瓷芯锭。

对比例3

对比例3与实施例1的不同之处在于：3)中的预烧时间为2h。

对比例4

对比例4与实施例1的不同之处在于：4)中的磨球时间为3h。

对比例5

对比例5与实施例4的不同之处在于：NiO的重量百分比为25％、Mn₃O₄的重量百分比为30％。

对比例6

对比例6与实施例4的不同之处在于：Zn等量替换成ZnO。

对比例7

对比例7与实施例4的不同之处在于：Mn₃O₄等量替换成Al₂O₃。

对比例8

对比例8与实施例8的不同之处在于：LiCl·2Al(OH)3·nH2O等量替换成高岭土。

对比例9

对比例9与实施例8的不同之处在于：六方氮化硼等量替换成高岭土。

实验测试

将实施例1-8和对比例1-9得到热敏陶瓷进行以下性能检测，具体如表1所示。

1.电阻率

参考国家标准GB/T 41606-2022进行检测电阻率，具体如表1所示。

2、B值

B值越大，电阻值的变化更大，更灵敏，参考国家标准GB T 7154.2-2003直热式阶跃型正温度系数热敏电阻器进行检测B值，具体数据如表1所示；

表1实施例1-8和对比例1-9的实验数据

结合实施例1和对比例1-2并结合表1可以看出，实施例1的B值均比对比例1-2的高，说明通过两次磨球或通过预热处理的热敏陶瓷具有较好的热敏效果。

结合实施例1和对比例3-4并结合表1可以看出，实施例1的B值均比对比例3-4的B值高，说明当预烧时间仅为2h或者磨球时间仅为3h时，得到热敏陶瓷的热敏效果降低，进而说明，采用本申请范围的预烧时间和研磨时间得到的热敏陶瓷各原料体系充分混合，且细腻，进而提高其热敏陶瓷的热敏性。

对比实施例4与对比例5，实施例4的B值比对比例5的B值高，说明采用本申请重量百分比范围内的NiO和Mn₃O₄进行混合，得到的热敏陶瓷具有较好的热敏感性。

对比实施例4和对比例6-7，对比例6-7的B值均比实施例4的B值低，说明当不加ZnO或者Mn₃O₄时，该热敏陶瓷的热敏效果降低，说明采用本申请原料的组成，使其热敏陶瓷获得较好的热敏感性。

对比实施例8和对比例8-9，对比例8-9的B值比实施例8的B值低，说明采用高岭土、LiCl·2Al(OH)3·nH2O、六方氮化硼、莫来石粉进行复合，从而制得的陶瓷芯锭具有较好的致密性，进而提高热敏陶瓷的热敏效果。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种热敏陶瓷的生产工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：

1）：将热敏陶瓷原料分别静置6-9h，密封保存，得到待用配料；

2）：按照重量百分比计，分别称取待用配料，混合，得到混合料，将200-300份混合料与380-420份水，混合，球磨4-6h，烘干，得到球磨料；

3）：将球磨料过筛，在700-900℃下，预烧4-6h，得到预烧料；

4）：按照重量份计，将200-300份预烧料与380-420份水，混合，球磨7-9h，得到二磨料；

5）：将二磨料静压成型，得到陶瓷坯，将陶瓷坯在温度1200-1300℃下，烧结5-7h，得到陶瓷芯锭；

6）：将陶瓷芯锭切割成陶瓷片,再将银浆涂布于陶瓷片的表面，固化，固化温度为780-850℃，切割，得到热敏陶瓷；

所述热敏陶瓷的原料由以下重量百分比的原料组成：

NiO：5-9%

Mn₃O₄：46-50%

Fe₂O₃：13-18%

Zn：23-27%

ZnO：1-8%；

所述1）中的静置温度为23-27℃，相对湿度为27-35%。

2.根据权利要求1所述的一种热敏陶瓷的生产工艺，其特征在于：所述2）中的球磨速率为150-200r/min。

3.根据权利要求1所述的一种热敏陶瓷的生产工艺，其特征在于：3）中的过筛的目数为100-800目。

4.根据权利要求1所述的一种热敏陶瓷的生产工艺，其特征在于：所述陶瓷片的厚度为0.40-0.50mm。

5.根据权利要求1所述的一种热敏陶瓷的生产工艺，其特征在于：6）中的银浆涂布厚度为50-100μm。

6.根据权利要求1所述的一种热敏陶瓷的生产工艺，其特征在于：所述热敏陶瓷的原料由以下重量百分比的原料组成：

吸附复合物13-15%

NiO：5-9%

Mn₃O₄：36-40%

Fe₂O₃：10-15%

Zn：23-27%

ZnO：1-3%。

7.根据权利要求6所述的一种热敏陶瓷的生产工艺，其特征在于：所述吸附复合物由高岭土、LiCl·2Al(OH)₃·nH₂O、六方氮化硼、莫来石粉以重量份之比为3：（1.2-1.5）：（1.5-1.8）：（1.3-1.7）组成。