專利名稱：一種ato基ptc材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種ATO基PTC材料的制備方法，該方法制備的ATO材料能夠應用于自控發熱領域。該材料化學性質穩定，能夠在強酸、強堿等惡劣化學環境下使用。
背景技術：
二氧化錫(SnO2)是一種禁帶寬度為3. 6eV的η型半導體材料。由于其高電子遷移率(109. 56cm2/Vs)，高載流子濃度(1. 23 X 1019cm3)，高透光性，高折射率(1.9-2)以及高溫化學穩定性等物理化學性質，摻雜和未摻雜的SnO2基透明薄膜已得到廣泛應用，如用于防靜電填料，透明導電涂層，紫外屏蔽膜，氣敏元件，光電顯示屏，太陽能電池，鋰離子電池電極，壓敏電阻等方面。
材料具有PTC (Positive Temperature Coe ff icient)效應，即材料的電阻值隨著溫度的升高而增加。一般大多數金屬具有正溫度系數，而陶瓷大多具有NTC(NegatiVe TemperatureCoefficient)效應，對于具有PTC效應的陶瓷，稱為PTC陶瓷。由于陶瓷具有良好的耐高溫性能和抗氧化性能，所以PTC陶瓷一般都用于制備自控發熱體材料。根據這種材料所特有的電阻-溫度、電流-電壓以及電流-時間關系特性，在計算機、通訊設備、空調設備、電冰箱、美容設備、電器保護、電子玩具等方面都有廣泛的應用。傳統的PTC陶瓷主要以BaTiO3和PbTiO3基陶瓷為主，由于含鉛材料在使用和生產過程中容易造成環境污染，目前，很多國家和地區已經嚴格限制含鉛材料的使用。BaTiO3基陶瓷由于居里溫度較低 (Tc 120°C )，一般只能應用在低溫領域，而且BaTiO3陶瓷的燒結溫度很高(> 1300°C )， 能耗較大。Sb摻雜的SnO2導電材料具有功率密度高、化學穩定性好、低污染等優點，目前已大量應用于洗腳盆加熱管、小型飲水機加熱管等領域，但由于ATO陶瓷具有NTC效應，給使用安全帶來了一定隱患，因此，有必要開發ATO基PTC材料。發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種ATO基PTC材料的制備方法，該方法原料易得、工藝簡單，對設備要求不高，成本低，易于產業化，并且制備的ATO材料化學性質穩定，能夠在強酸、強堿等惡劣化學環境下使用。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種ATO基PTC材料的制備方法， 其特征在于包括以下步驟
I)制備PS玻璃粉以磷酸氫二銨、氧化亞錫，或者以磷酸氫二銨、氯化亞錫為原料，原料中的P2O5和Sn的摩爾比為O. 2 O. 9，將原料混合均勻后在400 1000°C熱處理 10 100分鐘，將玻璃熔體淬火，研磨獲得PS玻璃粉；
2)將錫源物質、銻源物質、摻雜劑，及采用PS玻璃粉的粘結劑，按照質量分數40 90%，1% 30%，0% 25%和5% 40%進行混合；
3)將上述混合后的粉體壓制成型后，在300 1200°C熱處理O. 5 48小時獲得 ATO基PTC材料。
作為優選，所述錫源物質為二氧化錫、草酸亞錫、氯化亞錫的任意一種，或者它們任意組合的混合物。作為優選，所述銻源物質為三氧化二銻、三氯化銻或者它們任意組合的混合物。
作為優選，所述摻雜劑為二氧化鈰、氧化鈷或者它們任意組合的混合物。
作為優選，所述步驟I)的原料中的P2O5和Sn的摩爾比為O. 2 O. 4。
最后，所述步驟3)中的熱處理溫度為400 800°C，時間2小時。
與現有技術相比，本發明的優點在于原材料中不含有鉛等嚴重污染環境的原料， 對環境勿擾較小；相對于BaTiO3陶瓷(燒結溫度> 1300°C)以及傳統的ATO陶瓷(燒結溫度> 1400°C )而言，熱處理溫度顯著降低，能耗下降；另外，作為一種新型的ATO材料，它具有SnO2基材料化學穩定性好的優點，可以應用于強酸、強堿等的化學環境惡劣的領域。本制備方法所采用的原料易得，流程少，工藝簡單，對設備要求不高，成本低，易于產業化。


圖1a-1c :產物的電鏡照片；
圖2a_2c :產物的X射線衍射圖3a_3c :產物的電阻-溫度曲線。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
實施例1
以磷酸氫二銨和氧化亞錫為原料，P2O5和Sn的摩爾比為O. 3，將原料混合均勻后在 900°C熱處理15分鐘，然后通過水淬，將獲得的玻璃渣進行粉碎，獲得PS玻璃粉。稱取I克的PS玻璃粉，5克的草酸亞錫，O. 2克的氯化亞錫，O. 5克的三氧化二銻，O.1克的二氧化鈰， 將上述原料進行混合，壓制成型，然后在600度熱處理2小時，獲得產物a，產物a的掃描電鏡照片見圖la，粉末X射線衍射圖見圖2a，產物的電阻-溫度曲線3a。
實施例2
以磷酸氫二銨和氯化亞錫為原料，P2O5和Sn的摩爾比為O. 4，將原料混合均勻后在 600°C熱處理15分鐘，然后通過水淬，將獲得的玻璃渣進行粉碎，獲得PS玻璃粉。稱取1. 5 克的PS玻璃粉，5克的二氧化錫，O. 5克的三氧化二銻，O. 3克的二氧化鈰，將上述原料進行混合，壓制成型，然后在500度熱處理2小時，獲得產物b，產物b的掃描電鏡照片見圖lb， 粉末X射線衍射圖見圖2b，產物的電阻-溫度曲線3b。
實施例3
以磷酸氫二銨和氧化亞錫為原料，P2O5和Sn的摩爾比為O. 3，將原料混合均勻后在 900°C熱處理15分鐘，然后通過水淬，將獲得的玻璃渣進行粉碎，獲得PS玻璃粉。稱取1. O 克的PS玻璃粉，5克的草酸亞錫，O. 4克的三氧化二銻，O. 25克的二氧化鈰，O. 2克氧化鈷， 將上述原料進行混合，壓制成型，然后在500度熱處理2小時，獲得產物C，產物c的掃描電鏡照片見圖lc，粉末X射線衍射圖見圖2c，產物的電阻-溫度曲線3c。
權利要求
1.一種ATO基PTC材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)制備PS玻璃粉以磷酸氫二銨、氧化亞錫，或者以磷酸氫二銨、氯化亞錫為原料，原料中的P2O5和Sn的摩爾比為O. 2 O. 9，將原料混合均勻后在400 1000°C熱處理10 100分鐘，將玻璃熔體淬火，研磨獲得PS玻璃粉； 2)將錫源物質、銻源物質、摻雜劑，及采用PS玻璃粉的粘結劑，按照質量分數40 90%，1% 30%，0% 25%和5% 40%進行混合； 3)將上述混合后的粉體壓制成型后，在300 1200°C熱處理O.5 48小時獲得ATO基PTC材料。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述錫源物質為二氧化錫、草酸亞錫、氯化亞錫的任意一種，或者它們任意組合的混合物。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述銻源物質為三氧化二銻、三氯化銻或者它們任意組合的混合物。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述摻雜劑為二氧化鈰、氧化鈷或者它們任意組合的混合物。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟I)的原料中的P2O5和Sn的摩爾比為O. 2 O. 4。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述步驟3)中的熱處理溫度為400 800°C，時間2小時。
全文摘要
本發明涉及一種ATO基PTC材料的制備方法，以磷酸氫二銨、氧化亞錫，或磷酸氫二銨、氯化亞錫為原料制備PS玻璃粉，將PS玻璃粉與錫源物質、銻源物質、摻雜劑按照一質量分數5％～40％，40～90％，1％～30％和0％～25％進行混合，最后將混合后的粉末壓制成型后，在300～1200℃處理0.5～48小時既得ATO基PTC材料。本制備方法所采用的原料不含有鉛等嚴重污染環境的原料，對環境勿擾較小，且熱處理溫度顯著降低，能耗下降，制得的ATO材料具有SnO2基材料化學穩定性好的優點。本發明原料易得，流程少，工藝簡單，對設備要求不高，成本低，易于產業化，并在酸性、中性和堿性條件下均能夠使用，適用面廣。
文檔編號C04B35/457GK103011801SQ201110288889
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者李志祥, 許高杰, 李勇, 蔣俊, 段雷 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所