CN1088709A - 多层叠片结构热敏电阻器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层并联叠片结构热敏电阻器 的材料及制备工艺。热敏电阻片的材料可以是以 BaTiO₃为主成分，加入适量Pb(Li_0.25Nb_0.75)O₃、 Li₂CO₃和适量MnO作受主掺杂，最后加入SiO₂和 Bi₂O₃。将上述粉料磨细制成薄片，在薄片两面涂上 电极，然后将奇数片PTC薄片相叠，端部涂上电极， 最后在1150℃～1350℃下烧成热敏电阻器。也可以 用聚合物和导电粒子相混合后，热压成薄片，在该薄 片的二面粘贴金属铝箔作电极，整片复合PTC薄片 相叠后热压成热敏电阻器。

Description

本发明涉及一种多层并联叠片结构热敏电阻器的材料成份和制备工艺。

自1951年荷兰的Heywang首次发现BaTiO₃中PTCR（正温度系数电阻）效应以来，PTCR效应的开发与应用得到了迅速的发展。无论是工业电子设备，还是家用电器产品几乎到处可见PTC元件。在BaTiO₃系PTCR材料不断完善的同时，也在开发新的体系的PTCR材料。目前以BaTiO₃为基的PTCR陶瓷材料与器件的研究主要集中于降低室温电阻，提高温度系数和升阻比，及增大功率，提高稳定性等方面。通过改变成份及工艺条件降低电阻已近极限。例如日本专利特开昭58-6310，通过掺Fe，Ni类金属粉未来降低室温电阻，其室温电阻可达10～15Ω。这种方法虽然能够在某种程度上降低BaTiO₃系PTC材料的室温电阻，但它不可避免地要降低PTC效应，即温度系数和升阻比。

本发明的目的是设计一种多层叠片结构的热敏电阻器，改变叠片的材料成份及制备工艺，使热敏电阻器的室温电阻降低，使用电流提高，以满足当今电子元件小型化的需要。

本发明的内容是：

多层叠片结构热敏电阻器，由热敏电阻片、内电极、端电极和焊腿组成，热敏电阻片为单数片。热敏电阻片之间间隔有内电极，二者相叠后在端部涂有端电极。焊腿与端电极相接。

热敏电阻器的制备方法，由下列各步骤组成：

（1）以BaTiO₃为主成份，添加0.11%-1.5%mol Pb（Li_0.25Nb_0.75）O₃和0.1%-1.5% mol Li₂CO₃再加入0.04%-0.1%mol MnO作受主掺杂，最后加入0.5%-1.5%mol SiO₂和0.5%-1.5%mol Bi₂O₃，将上述粉料球磨混合，制成PTC陶瓷粉料备用;

（2）将上述PTC粉料用烧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以及少量上述步骤（1）制得的PTC材料、少量Zn、Sn金属粉一起混均，并加入适量有机溶剂，制成浆状的电极材料;

（4）在上述步骤（2）制成的薄片二面涂上电极材料;

（5）以并联方式将涂有电极材料的奇数片PTC薄片相叠，相叠后的整体两端涂以电极材料，在1000℃～1350℃下烧成陶瓷热敏电阻器。

另一种制备热敏电阻器的方法由下列各步骤组成：

（1）取40～50%wt的聚合物与10～60%wt的导电粒子和以上所述的钛酸钡PTC粉料和CaCO₃粉料相互混合后，在130℃～350℃下热混合成PTCR复合材料。上述的聚合物为选自高密度聚乙烯、尼龙6、尼龙11、尼龙12中的任何一种，上述的导电粒子为选自V₂O₃、乙炔碳黑、天然石墨、Cu、Fe、Al的金属粉末中的任何一种，导电粒子的粒度在0.1μm-50μm之间;

（2）将上述PTCR复合材料压成或轧成片状;

（3）将上述PTCR复合材料薄片在100～150℃下进行低温热处理4-6hr;

（4）在上述PTCR复合材料薄片二面粘贴金属铝箔作为电极;

（5）将上述粘贴有电极的奇数片薄片相叠，相叠后的整体两端粘贴金属铝箔电极，在100～280℃下热压成复合材料多层叠片结构热敏电阻器。

附图说明：

图1是本发明设计的热敏电阻器的电路原理图。

图2是热敏电阻器的结构示意图。

图3是热敏电阻器PTC性能实验结果。

图4是实施例的PTC性能实验结果。

下面结合附图，进一步详细介绍本发明的内容。图1和图2中，1是电极，2是热敏电阻片，3是端电极，4是焊腿。图1（a）是热敏电阻片和电极相互叠放的形式，图中热敏电阻片为5片。图1（b）和图1（c）为电路模型。以并联方式叠片，器件总电阻R为每单片电阻R_i的1/N倍，即R＝ 1/(N) Ri，其中N为叠片层数。根据图1（a）的结构特点，N为奇数层。叠片层数越多室温电阻值越低。将具有上述结构的热敏电阻器在一定温度下制成后，外部用玻璃包封，形成完整的器件。

实施例1

以共沉淀制备的纯BaTiO₃超细粉末为主成份，添加0.15%mol Pb（Li_0.25Nb_0.75）O₃，1.0%mol LiCO₃，1%mol TiO₂及0.5%mol SiO₂，0.167%mol AbO₃和0.1%mol M₂O₂，将上述粉料球磨混合后，采用传统陶瓷工艺即烧制后切片制备成PTC陶瓷体材，其中烧结温度为1300℃。用内圆切机床，将PTC瓷块切成厚0.4mm的长方溥片备用。用配好的电极浆料按图2涂于薄片上，然后进行1、3、5、7不同层数的叠片，再将其置于马福炉内进行烧电极，温度为800℃～1000℃，从而制成PTC陶瓷热敏电阻器。其所得结果如图3所示。

实施例2：

将30%wt的乙炔碳黑与高密度聚乙烯（HDPE6098）在140℃下热混合成PTCR复合材料，同时加入1%wtCaCO₃和2.5%wt钛酸钡陶瓷PTCR粉料。将此材料在110℃烘箱内进行恒温热处理4hr。此种热处理工艺可以在原有PTC特性基础上进一步降低室温电阻率，而且升阻比不变或略有提高，因而有很大的实用性。得到的室温电阻较低（143Ω），且有一定升阻比的PTC复合材料如图4所示。将准备好的PTC复合材料热压成片状，在薄片二面粘贴上金属铝箔作为电极，然后叠成奇数片，在120℃下热压，使电极与PTCR复合材料成为欧姆接触。得到室温电阻为原PTCR材料室温电阻1/N倍，升阻比不变的多层叠片结构热敏电阻器。

实施例3

将粒径为50μm的不锈钢粉末按体积百分数20%Vol与Nylon-6（尼龙6）在300℃～350℃下进行热混合，同时加入1%wtCaCO₃，然后热轧制成约0.5mm厚的PTC复合材料薄片。用金属铝箔作电极，将5片薄片按图2所示结构进行叠片，在250℃下热压，使电极与PTC复合材料成为欧姆接触，得到室温电阻率为＜10Ω，升阻比为3～4数量级的多层叠片结构热敏电阻器。

多层结构热敏电阻器可在PTCR材料原有电阻基础上有效降低室温电阻，提高使用电流而实验表明，同时PTCR特性中温度系数和升阻比不受大的损失，如图4所示。它的体积小，室温电阻低的特点在电器的过热，过流保护开关方面有广泛应用前景。

Claims (3)

1、一种多层叠片结构热敏电阻器，其特征在于热敏电阻器由热敏电阻片、内电极、端电极和焊腿组成，所述的热敏电阻片为奇数片，热敏电阻片之间间隔有内电极，二者相叠后在其端部涂有端电极，所述的焊腿与端电极相接。

2、一种制备如权利要求1所述的热敏电阻器的方法，其特征在于该方法由下列各步骤组成：

（1）以BaTiO₃为主成份，添加0.11%-1.5%mol Pb（Li_0.25Nb_0.75）O₃和0.1%-1.5%mol Li₂CO₃再加入0.04%-0.1%mol MnO作受主掺杂，最后加入0.5%-1.5%mol SiO₂和0.5%-1.5%mol Bi₂O₃，将上述粉料球磨混合，制成PTC陶瓷粉料备用;

（2）将上述PTC粉料用烧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以及少量上述步骤（1）制得的PTC材料、少量Zn、Sn金属粉一起混均，并加入适量有机溶剂，制成浆状的电极材料;

（4）在上述步骤（2）制成的薄片二面涂上电极材-料;

（5）以并联方式将涂有电极材料的奇数片PTC薄片相叠，相叠后的整体两端涂以电极材料，在1150℃～1350℃下烧成陶瓷热敏电阻器。

3、一种制备如权利要求1所述的热敏电阻器的方法，其特征在于该方法由下列各步骤组成：

（1）取40～50%wt的聚合物与10～60%wt的导电粒子和少量如权利要求（2）所述的钛酸钡PTC粉料、少量CaCO₃粉料相互混合后在130℃～350℃下热混合成PTCR复合材料，所述的聚合物为选自高密度聚乙烯、尼龙6、尼龙11、尼龙12中的任何一种，所述的导电粒子为选自V₂O₃、乙炔碳黑、天然石墨和Cu、Fe、Al的金属粉末中的任何一种，导电粒子的粒度在0.1μm-50μm之间;

（2）将上述PTCR复合材料压成或轧成片状;

（3）将上述PTCR复合材料薄片在100℃～150℃下进行低温热处理4-6hr;

（4）在上述PTCR复合材料薄片二面粘贴金属铝箔作为电极;

（5）将上述粘贴有电极的奇数片薄片相叠，相叠后的整体两端粘贴金属铝箔电极，在100～280℃下热压成复合材料多层叠片结构热敏电阻器。

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