RU2259335C2 - Blend for thermistor-destined semiconductor ceramic material and a method for preparing material therefrom - Google Patents
Blend for thermistor-destined semiconductor ceramic material and a method for preparing material therefrom Download PDFInfo
- Publication number
- RU2259335C2 RU2259335C2 RU2002126356/03A RU2002126356A RU2259335C2 RU 2259335 C2 RU2259335 C2 RU 2259335C2 RU 2002126356/03 A RU2002126356/03 A RU 2002126356/03A RU 2002126356 A RU2002126356 A RU 2002126356A RU 2259335 C2 RU2259335 C2 RU 2259335C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- barium
- mixture
- calcium
- titanate
- mixing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электронной техники, а именно к составам и способам получения полупроводниковых керамических материалов для нагревательных терморезисторов с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позисторов).The invention relates to the field of electronic engineering, namely to compositions and methods for producing semiconductor ceramic materials for heating thermistors with a positive temperature coefficient of resistance (posistors).
Известен состав керамического материала для изготовления терморезисторов, содержащий титанат бария, титанат стронция, титанат свинца, марганец, медь, двуокись кремния, один или несколько элементов из ряда редкоземельных элементов: ниобий, сурьму, висмут, вольфрам, торий (1).A known composition of ceramic material for the manufacture of thermistors containing barium titanate, strontium titanate, lead titanate, manganese, copper, silicon dioxide, one or more elements from a number of rare earth elements: niobium, antimony, bismuth, tungsten, thorium (1).
Известен также способ изготовления шихты полупроводникового керамического материала, включающий мокрое смешивание шихты в шаровой мельнице, обезвоживание, сушку, прокалку шихты при температуре 1100-1150°С, дробление, тонкий помол и смешивание спека с органической связкой, гранулирование, прессование изделий заданной формы (1).There is also a known method of manufacturing a mixture of semiconductor ceramic material, including wet mixing the mixture in a ball mill, dehydration, drying, calcining the mixture at a temperature of 1100-1150 ° C, crushing, fine grinding and mixing cake with an organic binder, granulating, pressing products of a given shape (1 )
Недостатками данного керамического материала и способа его получения являются: необходимость двойного обжига и измельчения шихты и материала после высокотемпературного синтеза, что увеличивает затраты при производстве; недостаточная воспроизводимость свойств, обусловленная введением добавок редкоземельных элементов и других добавок, обеспечивающих полупроводниковые свойства в виде оксидов, которые трудно равномерно распределить по объему шихты смешиванием в шаровых и других мельницах. Введение добавки титаната стронция в позисторные материалы с повышенной температурой переключения требует увеличения содержания титаната свинца, так как титанат стронция снижает температуру Кюри титаната бария. Высокое содержание титаната свинца и повышенная температура обжига осложняют обжиг изделий из-за высокой летучести окиси свинца, что отрицательно влияет на достижение требуемой температуры переключения готовых терморезисторов.The disadvantages of this ceramic material and its production method are: the need for double firing and grinding of the mixture and material after high-temperature synthesis, which increases production costs; lack of reproducibility of properties due to the introduction of additives of rare-earth elements and other additives that provide semiconductor properties in the form of oxides, which are difficult to evenly distribute throughout the charge by mixing in ball and other mills. The introduction of an addition of strontium titanate in posistor materials with a high switching temperature requires an increase in the content of lead titanate, since strontium titanate reduces the Curie temperature of barium titanate. A high content of lead titanate and an increased firing temperature complicate the firing of products due to the high volatility of lead oxide, which negatively affects the achievement of the required switching temperature of the finished thermistors.
Наиболее близким к заявляемому является состав шихты материала для терморезисторов с повышенной температурой переключения, содержащий титанат бария, титанат свинца, титанат кальция, двуокись кремния, двуокись марганца, окись алюминия и редкоземельные элементы (2).Closest to the claimed is the composition of the charge material for thermistors with a high switching temperature, containing barium titanate, lead titanate, calcium titanate, silicon dioxide, manganese dioxide, aluminum oxide and rare earth elements (2).
Данный состав шихты имеет ряд недостатков: повышенные затраты на изготовление из-за двухстадийного помола и обжига; разброс свойств, обусловленный неравномерным распределением оксидов редкоземельных элементов и марганца по объему шихты; частичным улетучиванием окиси свинца в процессе предварительного и окончательного обжига.This composition of the charge has several disadvantages: increased manufacturing costs due to two-stage grinding and firing; the dispersion of properties due to the uneven distribution of oxides of rare-earth elements and manganese over the volume of the charge; partial volatilization of lead oxide during preliminary and final firing.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ приготовления шихты керамического материала для терморезисторов, основанный на использовании готовых спеков титаната бария, титаната кальция, титаната свинца, получаемых прокалкой соответствующих титанилоксалатов бария при температуре 800-900°С. Синтезированные спеки смешивают в шаровой мельнице в водной среде с оксидами редкоземельных элементов, марганцем, двуокисью кремния, окисью алюминия с последующим обезвоживанием, сушкой и формированием заготовок (3).The closest in technical essence to the invention is a method of preparing a mixture of ceramic material for thermistors, based on the use of finished cakes of barium titanate, calcium titanate, lead titanate, obtained by calcining the corresponding barium titanyl oxalates at a temperature of 800-900 ° C. The synthesized specs are mixed in a ball mill in an aqueous medium with rare-earth oxides, manganese, silicon dioxide, aluminum oxide, followed by dehydration, drying, and the formation of preforms (3).
Недостатком известного способа является очень низкая температура синтеза титаната бария, не обеспечивающая требуемой микроструктуры позисторной керамики, а также устойчивости титаната бария к выщелачиванию окиси бария при помоле в водной среде. Применение предварительно синтезированного спека титаната свинца не обеспечивает требуемого уровня электрофизических свойств терморезисторов и их повторяемости из-за повышенных потерь окиси свинца при обжиге.The disadvantage of this method is the very low temperature for the synthesis of barium titanate, which does not provide the required microstructure of posistor ceramics, as well as the resistance of barium titanate to leaching of barium oxide when grinding in an aqueous medium. The use of pre-synthesized lead titanate cake does not provide the required level of electrophysical properties of thermistors and their repeatability due to increased losses of lead oxide during firing.
Решаемая задача - разработка состава шихты полупроводникового керамического материала и способа его получения с целью повышения технических характеристик, выхода годных и снижения себестоимости изготовления терморезисторов за счет повышения однородности шихты, уменьшения потерь окиси свинца при обжиге, улучшения микроструктуры керамики.The problem to be solved is the development of the composition of the charge of a semiconductor ceramic material and the method for its production in order to increase technical characteristics, yield and reduce the cost of manufacturing thermistors by increasing the uniformity of the charge, reducing the loss of lead oxide during firing, and improving the microstructure of ceramics.
Задача решена тем, что шихта полупроводникового керамического материала для терморезисторов, включающая титанат бария, титанат кальция, двуокись кремния, дополнительно содержит окись свинца, двуокись титана, а в качестве соединений иттрия и марганца включены иттрий треххлористый шестиводный и марганец сернокислый пятиводный при следующем соотношении компонентов, мас.%:The problem is solved in that the mixture of semiconductor ceramic material for thermistors, including barium titanate, calcium titanate, silicon dioxide, additionally contains lead oxide, titanium dioxide, and yttrium trichloride hexahydrate and manganese sulfate pentahydrate are included in the following ratio of components, wt.%:
А в способе получения шихты, включающем предварительное приготовление титаната бария прокалкой титанилоксалата бария, предварительное приготовление титаната кальция, смешивание компонентов шихты в среде водного раствора карбоната или бикарбоната аммония в шаровой мельнице мелющими шарами из полимерного материала, последующее обезвоживание, сушку, формирование заготовок, технический результат обеспечивается тем, что прокалка титанилоксалата бария производится при температуре, 1130÷1180°С, титанат кальция получают прокалкой смеси углекислого кальция и двуокиси титана при температуре 1000÷1080°С, при этом смешиванию компонентов в водной среде предшествует предварительное смешивание и помол сухим способом титанатов бария, кальция, оксида свинца, диоксида титана и диоксида кремния в вибрационной или шаровой мельнице мелющими телами на основе двуокиси циркония до размера частиц менее 1,2 мкм.And in the method for producing a mixture, including preliminary preparation of barium titanate by calcining barium titanyl oxalate, preliminary preparation of calcium titanate, mixing of the components of the mixture in an aqueous solution of ammonium carbonate or bicarbonate in a ball mill with grinding balls of polymer material, subsequent dehydration, drying, forming blanks, technical result provided that the barium titanyl oxalate is calcined at a temperature of 1130 ÷ 1180 ° C, calcium titanate is obtained by calcining a mixture of coal acid calcium and titanium dioxide at a temperature of 1000 ÷ 1080 ° C, while mixing the components in an aqueous medium is preceded by preliminary mixing and dry grinding of barium titanates, calcium, lead oxide, titanium dioxide and silicon dioxide in a vibration or ball mill with grinding media based on dioxide zirconium to a particle size of less than 1.2 microns.
Возможность осуществления изобретения подтверждается нижеприведенными сведениями, относящимися к составу и способу приготовления шихты керамического материала, результатами экспериментальной проверки и достигаемому техническому эффекту.The possibility of carrying out the invention is confirmed by the following information relating to the composition and method of preparation of the mixture of ceramic material, the results of experimental verification and the achieved technical effect.
Предварительно получают спек титаната бария BaTiO3 прокалкой титанилоксалата бария BaTiO(C2O4)2·4Н2O при температуре 1130÷1180 С и спек титаната кальция прокалкой шихты СаСО3+TiO3 при температуре 1000÷1080°С. Спеки BaTiO3 и CaTiO3, оксид свинца PbO, диоксид титана TiO2 и диоксид кремния SiO2 смешивают и измельчают сухим способом в вибромельнице с капролоновой футеровкой и мелющими телами из диоксида циркония повышенной износостойкости. Помол осуществляют до среднего размера частиц 0,5-1,2 мкм. В полученную смесь добавляют YCl3·H2O, MnSO4·5H2O и производят перемешивание в течение 8-20 часов в шаровой мельнице с капролоновым покрытием капролоновыми мелющими шарами в водной среде, содержащей карбонат или бикарбонат аммония. При смешивании компонентов керамической шихты производят загрузку материала, мелющих тел, водной среды в соотношении 1: (1,7÷2,4): (0,6÷1). Полученную суспензию шихты обезвоживают фильтрацией и сушат при температуре 120÷160°С до остаточной влажности не более 0,5%, смешивают со связкой на основе водного раствора поливинилового спирта, гранулируют путем протирки через капронувую сетку с размером ячейки 300÷400 мкм и прессуют дисковые или прямоугольные заготовки при удельном давлении 1000÷1500 кг/см2. Полученные заготовки обжигают при температуре 1280÷1300°С. Диоксид кремния допускается вводить на стадии смешивания в водной среде.Preliminarily, BaTiO 3 barium titanate sintered by calcining barium titanyl oxalate BaTiO (C 2 O 4 ) 2 · 4Н 2 O at a temperature of 1130 ÷ 1180 C and calcium titanate sintered by calcining a CaCO 3 + TiO 3 mixture at a temperature of 1000 ÷ 1080 ° С. The specs BaTiO 3 and CaTiO 3 , lead oxide PbO, titanium dioxide TiO 2 and silicon dioxide SiO 2 are mixed and ground by a dry method in a vibratory mill with caprolon lining and grinding bodies made of zirconia with increased wear resistance. The grinding is carried out to an average particle size of 0.5-1.2 microns. YCl 3 · H 2 O, MnSO 4 · 5H 2 O are added to the resulting mixture and stirring is carried out for 8-20 hours in a caprolon-coated ball mill with caprolone grinding balls in an aqueous medium containing ammonium carbonate or bicarbonate. When mixing the components of the ceramic mixture, the material, grinding media, and aqueous medium are loaded in the ratio 1: (1.7 ÷ 2.4): (0.6 ÷ 1). The resulting suspension of the charge is dehydrated by filtration and dried at a temperature of 120 ÷ 160 ° C to a residual moisture content of not more than 0.5%, mixed with a binder based on an aqueous solution of polyvinyl alcohol, granulated by rubbing through a nylon mesh with a mesh size of 300 ÷ 400 μm and pressed disc or rectangular blanks with a specific pressure of 1000 ÷ 1500 kg / cm 2 . The obtained preforms are fired at a temperature of 1280 ÷ 1300 ° C. Silicon dioxide may be introduced at the mixing stage in an aqueous medium.
Конкретными примерами шихты, иллюстрирующими изобретение, являются следующие ее оптимальные составы, мас.%:Specific examples of the mixture illustrating the invention are its following optimal compositions, wt.%:
Свойства керамического материала и характеристики изделий на основе предлагаемого состава шихты и способа ее изготовления подтверждаются результатами экспериментальной проверки, данные которой приведены в таблице 1.The properties of the ceramic material and the characteristics of the products based on the proposed composition of the mixture and the method of its manufacture are confirmed by the results of experimental verification, the data of which are shown in table 1.
Как видно из таблицы 1, заявляемая шихта и способ изготовления керамического материала из нее обеспечивает по сравнению с прототипами более высокие значения электропрочности, более оптимальные значения температурного коэффициента сопротивления (при относительно низкой температуре переключения более высокие, при повышенной - более низкие), снижение температуры спекания на 50-60°С, сокращение времени выдержки при максимальной температуре в 4-6 раз, снижение энергоемкости техпроцесса в 1,5-2 раза, повышение выхода годных на 13-17%.As can be seen from table 1, the inventive mixture and a method of manufacturing a ceramic material from it provides, in comparison with the prototypes, higher values of electric strength, more optimal values of the temperature coefficient of resistance (at a relatively low switching temperature higher, at an elevated - lower), lower sintering temperature by 50-60 ° С, reduction of the exposure time at the maximum temperature by 4-6 times, reduction of the energy intensity of the process by 1.5-2 times, increase in yield by 13-17%.
Оптимальность предлагаемого состава шихты подтверждается тем, что выход содержания CaTiO3 и MnSO4·5Н2О за нижний предел заявляемой области приводит к снижению электропрочности и положительного температурного коэффициента сопротивления (ПТКС), а повышение - к росту удельного сопротивления и снижению выхода годных по данному параметру. Выход содержания SiO2 за нижний предел способствует ухудшению воспроизводимости электрических характеристик, повышению удельного сопротивления и снижению выхода годных. При выходе содержания SiO2 за верхний предел наблюдается снижение ПТКС и электронной прочности. Уменьшение или повышение концентрации YCl3·6Н2O по сравнению с заявляемыми пределами приводит к разному повышению удельного сопротивления и снижению выхода годных. Выход содеожания PbO за нижний предел патентуемой области при сохранении оптимального соотношения PbO и TiO3 приводит к понижению температуры переключения (температуры нагрева), а выход за верхний предел приводит к повышению удельного сопротивления и снижению электрической прочности.The optimality of the proposed composition of the mixture is confirmed by the fact that the output of CaTiO 3 and MnSO 4 · 5Н 2 О beyond the lower limit of the claimed area leads to a decrease in electrical strength and a positive temperature coefficient of resistance (PTKS), and an increase leads to an increase in resistivity and a decrease in yield for this parameter. The output of the SiO 2 content beyond the lower limit contributes to the deterioration of the reproducibility of electrical characteristics, increase the resistivity and reduce yield. When the SiO 2 content exceeds the upper limit, a decrease in PTC and electronic strength is observed. A decrease or increase in the concentration of YCl 3 · 6H 2 O compared with the claimed limits leads to different increases in resistivity and lower yield. The output of PbO content beyond the lower limit of the patented area while maintaining the optimal ratio of PbO and TiO 3 leads to a decrease in the switching temperature (heating temperature), and going beyond the upper limit leads to an increase in resistivity and lower dielectric strength.
Практическое применение материала и способа позволяет повысить эксплуатационные свойства и надежность терморезисторов при снижении энергетических и материальных затрат на их изготовление.The practical application of the material and method allows to increase the operational properties and reliability of thermistors while reducing energy and material costs for their manufacture.
Источники информацииSources of information
1. Патент США №4483933, МПК Н 01 С 7/10, 1984.1. US patent No. 4483933, IPC H 01 With 7/10, 1984.
2. Патент США №5815063, МПК H 01 С 7/10, 1998, прототип.2. US patent No. 5815063, IPC H 01 C 7/10, 1998, prototype.
3. Патент США №5219811, МПК С 04 В 35/46, 1993, прототип.3. US Patent No. 5219811, IPC C 04 B 35/46, 1993, prototype.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002126356/03A RU2259335C2 (en) | 2002-10-02 | 2002-10-02 | Blend for thermistor-destined semiconductor ceramic material and a method for preparing material therefrom |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BYA20020629 | 2002-07-16 | ||
| RU2002126356/03A RU2259335C2 (en) | 2002-10-02 | 2002-10-02 | Blend for thermistor-destined semiconductor ceramic material and a method for preparing material therefrom |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002126356A RU2002126356A (en) | 2004-04-20 |
| RU2259335C2 true RU2259335C2 (en) | 2005-08-27 |
Family
ID=35846847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002126356/03A RU2259335C2 (en) | 2002-10-02 | 2002-10-02 | Blend for thermistor-destined semiconductor ceramic material and a method for preparing material therefrom |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2259335C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1752197A3 (en) * | 1990-06-07 | 1992-07-30 | Ситебское Производственное Отделение "Монолит" (Su) | Ceramic material for high-frequency capacitors and method of it manufacturing |
| US5219811A (en) * | 1989-08-31 | 1993-06-15 | Central Glass Company, Limited | Powder composition for sintering into modified barium titanate semiconductive ceramic |
| RU2012085C1 (en) * | 1991-02-07 | 1994-04-30 | Витебское производственное объединение "Монолит" | Manufacturing technique for segmentoceramic materials of capacitors |
| EP0823718A2 (en) * | 1996-07-31 | 1998-02-11 | Philips Patentverwaltung GmbH | Device with capacitor |
| US5815063A (en) * | 1993-09-06 | 1998-09-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Positive temperature coefficient thermistor and fabrication method thereof |
-
2002
- 2002-10-02 RU RU2002126356/03A patent/RU2259335C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5219811A (en) * | 1989-08-31 | 1993-06-15 | Central Glass Company, Limited | Powder composition for sintering into modified barium titanate semiconductive ceramic |
| SU1752197A3 (en) * | 1990-06-07 | 1992-07-30 | Ситебское Производственное Отделение "Монолит" (Su) | Ceramic material for high-frequency capacitors and method of it manufacturing |
| RU2012085C1 (en) * | 1991-02-07 | 1994-04-30 | Витебское производственное объединение "Монолит" | Manufacturing technique for segmentoceramic materials of capacitors |
| US5815063A (en) * | 1993-09-06 | 1998-09-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Positive temperature coefficient thermistor and fabrication method thereof |
| EP0823718A2 (en) * | 1996-07-31 | 1998-02-11 | Philips Patentverwaltung GmbH | Device with capacitor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109180178A (en) | A kind of barium-strontium titanate-based unleaded relaxation ferroelectric ceramic of high energy storage density and preparation method thereof | |
| CN1337358A (en) | Method for preparing bartum titanate-base powder through oxalate process | |
| CN111233470B (en) | A kind of antiferroelectric ceramic material with excellent charge-discharge performance and preparation method thereof | |
| CN116425543B (en) | B-site high entropy ceramics with high energy storage and charge-discharge performance as dielectric materials and preparation method | |
| CN108530069A (en) | A kind of preparation method for the ion modification titanium dioxide ceramic material that high-k has both with low-dielectric loss | |
| CN107244912B (en) | A new type of BCZT-based energy storage ceramic material and its preparation method and application | |
| CN102515754A (en) | Barium zirconate titanate-barium calciate titanate (BZT-BCT) ceramic modified by doping of lanthanum oxide and preparation method for same | |
| CN117285354B (en) | Silver niobate-based relaxation type ternary solid solution ceramic material with high energy storage characteristic and preparation method thereof | |
| US6472339B2 (en) | Barium titanate semiconductive ceramic | |
| CN108069711A (en) | A kind of Nb2O5Adulterate 0.95MgTiO3-0.05CaTiO3Ceramics | |
| KR100360118B1 (en) | A Method for Preparing Barium Titanate Powder by Oxalate Synthesis | |
| CN116534893A (en) | Solid phase synthesis method of calcium doped barium titanate powder | |
| RU2259335C2 (en) | Blend for thermistor-destined semiconductor ceramic material and a method for preparing material therefrom | |
| CN101792312A (en) | SrTiO3 ceramic dielectric material and preparation method of capacitor thereof | |
| JP3154513B2 (en) | Spherical barium titanate-based semiconductor ceramic material powder and method for producing the same | |
| CN115536387B (en) | A high-entropy relaxation ferroelectric ceramic material with high energy storage density and its preparation method | |
| CN116854463B (en) | Lu doped strontium titanate-based giant dielectric ceramic material and preparation method thereof | |
| CN115403372B (en) | Bismuth sodium titanate-based composite ceramics with high energy storage properties and its preparation method and application | |
| CN116453859A (en) | Perovskite-type high-entropy oxide ceramics for energy storage capacitors and preparation method thereof | |
| CN101423386A (en) | Ni doped (Ba,Sr)TiO3 base ceramic dielectric material and preparation method thereof | |
| JP2004507433A (en) | Method for producing a ceramic body of silver niobium tantalate | |
| CN120097723B (en) | Perovskite structure material capable of being used for MLCC and preparation method thereof | |
| CN112062559A (en) | Antiferroelectric ceramic material and low-temperature sintering method thereof | |
| RU2023706C1 (en) | Ceramic material used for manufacture of predominantly low-frequency capacitors and process for producing same | |
| RU2012085C1 (en) | Manufacturing technique for segmentoceramic materials of capacitors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061003 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20080220 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120815 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131003 |