鈦酸鋇基pc陶瓷材料的研究現(xiàn)狀

鈦酸鋇基pc陶瓷材料的研究現(xiàn)狀

純鈦酸鈉陶瓷是一個(gè)良好的絕緣體，室溫分辨率為1012c。hayaman等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向鈦酸鈉陶瓷材料中添加微粘土?xí)r，其室溫分辨率顯著降低，成為半陶瓷。當(dāng)溫度增加到tc-120c左右時(shí)，其阻力急劇增加，變化為5.8倍。這樣的現(xiàn)象被稱為ptc（環(huán)境效率的效應(yīng)）。在世界能源短缺的背景下，鈦酸鈉原材料的直觀性和滲透性，以及其獨(dú)特的熱敏性、低明火、安全和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。本文簡(jiǎn)要分析了ptc陶瓷材料的研究現(xiàn)狀。1ptc陶瓷材料20世紀(jì)50年代,人們首次發(fā)現(xiàn)了PTC效應(yīng).60年代初,由日本村田制作所最先開(kāi)始投入生產(chǎn)的PTC陶瓷材料,被用作溫補(bǔ)元件,水位檢測(cè),馬達(dá)過(guò)熱保護(hù),彩電消磁元件,恒溫發(fā)熱體元件等.70年代,PTC陶瓷材料的制造工藝和應(yīng)用得到了很大發(fā)展,研制出了蜂窩狀,口琴式的恒溫發(fā)熱體,單位面積的發(fā)熱功率大幅提高.如一塊面積為40mm2的PTC片的發(fā)熱功率由最初的幾瓦提高到幾百瓦.進(jìn)入80年代,又發(fā)展了多孔PTC陶瓷材料,研制成居里點(diǎn)超過(guò)400℃的高溫PTC陶瓷材料,開(kāi)辟了在石油液化加熱器,石油預(yù)熱器等方面的新用途.目前,在國(guó)外PTC陶瓷材料的應(yīng)用范圍已從家電擴(kuò)大到整容、醫(yī)療電子產(chǎn)品、汽車及辦公自動(dòng)化設(shè)備中.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的圓片元件發(fā)展到適于表面組裝的片式元件,多層結(jié)構(gòu)的PTC陶瓷材料等.我國(guó)對(duì)PTC陶瓷材料的研究始于20世紀(jì)60年代初期,最早的PTC陶瓷材料被用于電子線路中作為溫補(bǔ)元件.80年代以來(lái),隨著彩電工業(yè)和家電工業(yè)的迅速發(fā)展,我國(guó)高等院校和科研機(jī)構(gòu)形成了對(duì)PTC陶瓷材料的研究熱潮,并且PTC陶瓷材料的生產(chǎn)得到較大的發(fā)展.現(xiàn)在PTC陶瓷材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子通訊,汽車工業(yè),家電等各個(gè)領(lǐng)域.2鈦酸銨ptc陶瓷材料的制備鈦酸鋇粉體的制備方法按其所摻雜質(zhì)的物相來(lái)分,通?？梢苑譃楣滔喾?、液相法和氣相法.2.1陶瓷粉體的制備方法固相法是傳統(tǒng)的粉體制備方法,工藝簡(jiǎn)單、成熟、設(shè)備可靠,而且原材料價(jià)格低廉,生產(chǎn)成本低.其又可細(xì)分為固相反應(yīng)法、機(jī)械力化學(xué)法.固相反應(yīng)法的原理是利用固體粉末在高溫下反應(yīng)而生成所需陶瓷粉體的一種制備方法.此法一般以等摩爾碳酸鋇和二氧化鈦的混合物為原料,進(jìn)行高溫固相反應(yīng)生成鈦酸鋇,然后再經(jīng)粉碎、研磨、成型、預(yù)燒與燒結(jié)等工藝制成產(chǎn)品.機(jī)械力化學(xué)法是利用球磨機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)使硬球?qū)υ线M(jìn)行強(qiáng)烈的撞擊、研磨和攪拌,是一個(gè)機(jī)械化學(xué)的過(guò)程.機(jī)械力的作用使混合物粉體粒度減小,晶格畸變,轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形,具有較高的反應(yīng)活性,提高固相反應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù),降低了活化能,從而使本該在較高溫度進(jìn)行的反應(yīng)得以在較低溫度下進(jìn)行.2.2個(gè)階段制備超細(xì)粉體的方法液相法又稱為濕化學(xué)法,此法是由原子、離子通過(guò)成核和長(zhǎng)大兩個(gè)階段制備超細(xì)粉體的方法,其特點(diǎn)是通過(guò)液相混合較易成核、組分均勻,可制得高純度粉體,并且便于添加微量元素進(jìn)行改性.其又可細(xì)分為化學(xué)沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法、微乳液法等.2.2.1陶瓷前驅(qū)體沉淀劑的制備方法化學(xué)沉淀法就是在金屬鹽溶液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯?控制適當(dāng)?shù)臈l件使沉淀劑與金屬離子反應(yīng)生成陶瓷前驅(qū)體沉淀,再經(jīng)過(guò)過(guò)濾,洗滌,干燥及煅燒,最后形成粉體的一種方法.2.2.2baoh2晶圓水熱法是指在密閉的體系如高壓釜中,以水為溶劑,在一定溫度和壓力下,原始混合物進(jìn)行反應(yīng)的一種合成方法.其過(guò)程一般是將Ba(OH)2溶液與一定形式的鈦源,如TiO(OH)2,TiO2等混合后,轉(zhuǎn)入到高壓釜中,在一定的溫度和壓力下形成BaTiO3粉體.2.2.3制備粉體,法化學(xué)法測(cè)定總體法有以下幾種溶膠-凝膠法是以金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽為原料,經(jīng)水解,縮合,使溶液形成溶膠,然后再使溶膠凝膠化,經(jīng)干燥和熱處理得到粉體的一種方法.用此法制備出的粉體純度高、組成均勻、粒度小、化學(xué)活性強(qiáng).2.2.4全微乳體制備petio3這種方法一般將鋇鹽和鈦鹽的混合水溶液分散在一種有機(jī)相中,形成微乳液,將此微乳液與共沉淀劑的水溶液所制成的微乳液進(jìn)行混合反應(yīng),形成BaTiO3的前驅(qū)體沉淀,經(jīng)分離、洗滌、干燥、煅燒得到BaTiO3粉體.2.3鈦酸玻ptc陶瓷材料的合成氣相法是指把所要摻雜的元素以氣體的形式摻入到BaTiO3粉體,以制備性能較好的鈦酸鋇PTC陶瓷材料的一種新型的方法.在鈦酸鋇基PTCR材料中,通過(guò)施主雜質(zhì)蒸汽摻雜,可以有效抑制晶粒長(zhǎng)大,使雜質(zhì)均勻地?fù)饺氲交w中,大大提高了材料的PTCR效應(yīng).3ptc陶瓷材料鈦酸鋇基PTC陶瓷具有較大的正溫度系數(shù)和開(kāi)關(guān)阻溫特性,通過(guò)摻雜,它的居里溫度可在很寬的范圍內(nèi)(室溫～400℃)任意調(diào)節(jié),因此,被廣泛應(yīng)用于電子信息通訊、自動(dòng)控制、航空航天、汽車工業(yè)、家用電器、生物技術(shù)、能源及交通等領(lǐng)域.PTC陶瓷材料按其電阻-溫度特性、電壓-電流特性和電流-時(shí)間特性可用作不同的用途.3.1正電阻溫度系數(shù)一半導(dǎo)體材料的電阻,都會(huì)隨溫度的升高而降低,呈現(xiàn)負(fù)溫度系數(shù)特性即NTC特性.而PTC陶瓷材料在達(dá)到居里溫度后,在較小的溫度區(qū)間內(nèi)其電阻會(huì)隨溫度的升高而急劇增加,呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的正電阻溫度系數(shù)特征,其溫度系數(shù)可達(dá)到(15%～60%)/℃以上.利用正電阻溫度系數(shù),可以補(bǔ)償晶體管電路中的負(fù)溫度系數(shù)特性的熱敏電阻器,使阻值可以選擇很高,因而可以減少輸入阻抗的變化,避免功率晶體管輸入電路的損耗,在寬溫度范圍內(nèi)可以發(fā)揮溫度補(bǔ)償作用.它還可以應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)線圈過(guò)熱保護(hù)、電流控制、溫度報(bào)警和恒溫發(fā)熱等領(lǐng)域.3.2恒電流特性及時(shí)域適用當(dāng)PTC陶瓷元件接通電源后,電流將隨電壓的升高而迅速增加,達(dá)到居里溫度時(shí),電流達(dá)到最大值,這時(shí)PTC陶瓷元件進(jìn)入PTC區(qū)域,此時(shí)當(dāng)電壓繼續(xù)升高時(shí),由于PTC陶瓷元件的電阻急劇增大,電流反而減小.在此區(qū)域里電壓與電流的乘積保持一定,顯示出恒定功率特性.由于恒定功率特性,可使電壓范圍寬,即使電壓變化,在元件上仍然保持一定的溫度.鈦酸鋇基PTC陶瓷材料的電壓-電流特性可用于過(guò)電流保護(hù)和定溫發(fā)熱等場(chǎng)合,元件的功率可根據(jù)室溫電阻值、開(kāi)關(guān)溫度、元件形狀和尺寸、散熱片間的熱阻及結(jié)構(gòu)進(jìn)行任意調(diào)整,適用于各種家電產(chǎn)品.3.3正溫度系數(shù)特性在鈦酸鋇PTC陶瓷元件兩端施加某一電壓的瞬間,由于其初始阻值小,電流迅速增大.然后,隨時(shí)間的推移,元件自身發(fā)熱,進(jìn)入正溫度系數(shù)特性區(qū)域,電阻阻值急劇增加,電流大幅度下降,最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).根據(jù)這一特性,PTC陶瓷材料可應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、繼電器節(jié)點(diǎn)保護(hù)、延遲開(kāi)關(guān)及彩色電視機(jī)的自動(dòng)消磁等.4鈦酸銨ptc陶瓷材料技術(shù)發(fā)展方向概述目前,對(duì)于PTC陶瓷材料的研究主要集中在以下幾個(gè)發(fā)展方向:(1)ptc陶瓷材料隨著電子工業(yè)對(duì)于基礎(chǔ)鈦酸鋇基PTC陶瓷熱敏電阻需求的不斷增加,對(duì)其性能的要求也越來(lái)越高.例如在彩電及監(jiān)視器的消磁電路和馬達(dá)啟動(dòng)器中的PTC陶瓷材料元件都要求有較低的室溫電阻和較高的升阻比,因此低阻化和高升阻比是近來(lái)PTC陶瓷材料研究的主要方向之一.(2)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中許多方面都需要更高居里溫度的PTC陶瓷材料.高溫PTC陶瓷材料是一個(gè)重要的研究方向.目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)高居里溫度鈦酸鋇基PTC陶瓷材料的研究主要集中在(Ba,Pb)TiO3系,采用Pb固溶于BaTiO3中以提高材料的居里溫度,其居里溫度達(dá)416℃,升阻比約4個(gè)數(shù)量級(jí).5或種類目前國(guó)內(nèi)的鈦酸鋇基PTC陶瓷材料的生產(chǎn)與應(yīng)用正處于初級(jí)發(fā)展階段,其生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量均有待提高.與國(guó)外的差距主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)產(chǎn)品種類少,規(guī)格不齊全,沒(méi)有形成系列化;檔次低,應(yīng)用面窄,推廣應(yīng)用不夠.(2)生產(chǎn)手段落后,自動(dòng)化生產(chǎn)程度低,未形成規(guī)?；a(chǎn),產(chǎn)品的一致性和成品率低,質(zhì)量不穩(wěn)定,價(jià)格高,缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力.(3)原材料質(zhì)量不過(guò)關(guān),對(duì)生產(chǎn)廠家的質(zhì)量與產(chǎn)品重復(fù)性均有較大的影響,國(guó)內(nèi)尚未建立專業(yè)化的PTC原料供應(yīng)廠.(4)測(cè)試技術(shù)手段不建全,對(duì)材料性能測(cè)試不完善,在研制生產(chǎn)中遇到質(zhì)量問(wèn)題,缺乏科學(xué)分析手段,出現(xiàn)問(wèn)題不能得到及時(shí)解決.6關(guān)于鈦酸偏頭陶瓷材料在中國(guó)的發(fā)展一些建議(1)ptc陶瓷材料的應(yīng)用鈦酸鋇基PTC陶瓷材料是一項(xiàng)研究開(kāi)發(fā)及推廣應(yīng)用價(jià)值極高的高新技術(shù)產(chǎn)品.以PTC陶瓷材料研究開(kāi)發(fā)為龍頭,擴(kuò)展研究范圍,降低成本,提高產(chǎn)品性能,開(kāi)拓新的市場(chǎng),將新的研究成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力,進(jìn)而快速推廣新產(chǎn)品.(2)制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范技術(shù)聯(lián)合國(guó)內(nèi)的PTC陶瓷材料生產(chǎn)企業(yè),建立企業(yè)會(huì)員制的PTC陶瓷材料行業(yè)協(xié)會(huì),制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范技術(shù),其中包括企業(yè)資格認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),PTC陶瓷材料產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)注及基礎(chǔ)原材料供應(yīng)商資格認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)等,從而保證PTC陶瓷材料的研發(fā)與產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性,提高產(chǎn)品的質(zhì)量,提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力.(3)ptc陶瓷材料的應(yīng)用展望科技工作者及管理者,要從科技進(jìn)步的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略高度充分認(rèn)識(shí)PTC陶瓷材料及其應(yīng)用開(kāi)發(fā)的重要意義.建立從基礎(chǔ)