шихта керамического материала для позисторов и способ получения материала из нее

Формула изобретения

1. Шихта керамического резистивного материала для позисторов, включающая титанат бария, диоксид кремния и марганецсодержащее соединение, отличающаяся тем, что в качестве марганецсодержащего соединения содержит водный раствор сернокислого марганца и дополнительно содержит титанат стронция, оксид титана и водный раствор хлористого иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

BaTiO3	68,0-91,0
SrTiO3	8,0-31,0
TiO2	0,1-1,0
SiO 2	0,5-5,0
MnSO4	0,05-0,15
YCl3	0,30-1,0

2. Способ получения керамического резистивного материала для позисторов, заключающийся в приготовлении шихты путем смешивания и измельчения ее компонентов в водной среде с последующим обезвоживанием до однородного сыпучего состояния, приготовлении формовочного порошка путем смешивания измельченной шихты со связующим веществом и последующего гранулирования, формования из формовочного порошка заготовок керамического материала и их обжиге, отличающийся тем, что при приготовлении шихты для осаждения марганца и иттрия из водных растворов MnSO₄ и YCl₃ в состав шихты вводят временный осадитель аммоний углекислый кислый или оксалат аммония, или аммиак, или карбонат аммония, или гидрокарбонат аммония, а исходные компоненты шихты BaTiO₃ и SrTiO ₃ прокаливают до насыпного веса 1,3-1,8 г/см³ и 1,1 -1,4 г/см³ соответственно, смешивают и измельчают шихту в шаровых мельницах органическими или кремнеземными мелющими телами до среднего размера частиц 0,5-2,0 мкм, обжиг керамических заготовок производят при 1280-1380°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к составам и способам получения керамических резистивных материалов, и может быть использовано для изготовления терморезистивных элементов с положительным температурным коэффициентом сопротивления (позисторов).

Известен резистивный материал для позисторов, содержащий оксиды висмута, ванадия и марганца (1), и способ получения керамических диэлектрических материалов путем одновременного смешивания и измельчения компонентов шихты, формования и обжига заготовок керамического материала (2).

Данный материал позволяет повысить положительный температурный коэффициент сопротивления в интервале 296-320°С, а способ достаточно прост и производителен в производстве.

Данный материал позволяет повысить положительный температурный коэффициент сопротивления в интервале 296-312°С, а способ достаточно прост и производителен в производстве.

В то же время этот материал не может быть применен для низкоомной позисторной керамики и достаточно трудоемок в производстве из-за необходимости предварительного обжига (синтеза) компонентов, а способ не обеспечивает высоких технологических свойств материалов, особенно резистивной керамики, и изделий из нее.

Наиболее близкой по составу к изобретению является композиция (шихта) полупроводниковой керамики на основе титаната бария и добавок диоксида кремния, марганца и цинка (3). А наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ изготовления резистивной керамики с положительным температурным коэффициентом сопротивления, включающий приготовление шихты путем смешивания ее компонентов в водной среде с последующей дегидрационной сушкой, предварительный обжиг (синтез) шихты при 1200°С, измельчение синтезированного материала, гранулирование измельченного материала путем его смешивания со связующим веществом с последующим просеиванием через сетку с постоянным размером ячеек, формование из гранулированного порошка керамических заготовок и их обжиг при 1300-1400°С со скоростью охлаждения 100-200°С в час (3).

Этот материал предназначен для изготовления терморезисторов с положительным коэффициентом сопротивления и позволяет получать удовлетворительные электропараметры позисторов, а способ предназначен для получения резистивной керамики и обеспечивает удовлетворительные техничские и электрические свойства материала и позисторов из него.

Существенным недостатком материала является то, что он, в силу особенностей своего компонентного состава, например наличия оксидов марганца и цинка, требует предварительного синтеза компонентов шихты, что повышает трудоемкость процесса получения материала и изделий. Кроме того, из-за возможного отклонения режимов синтеза и необходимости измельчения синтезированного материала достаточно сложно получить высокую равномерность структуры с требуемым размером частиц. Это, в свою очередь, ухудшает повторяемость и стабильность параметров и отрицательно влияет на электропрочность позисторной керамики.

Существенным недостатком способа является то, что он, в силу особенностей примененных технологических приемов, является трудоемким и не позволяет существенно повысить качество получения материала и изделий из него. Это связано с тем, что необходимость предварительного синтеза требует операции измельчения спека.

Решаемая задача - достижение более высокого технического результата, заключающегося в повышении качества, повторяемости и стабильности параметров, снижении трудоемкости процесса получения материала путем исключения необходимости предварительного синтеза, сопутствующих ему операций измельчения спека; повышении равномерности микроструктуры после обжига и однородной плотности формовочного порошка.

Сущность изобретения заключается в том, что в заявляемой шихте керамического резистивного материала для позисторов, включающей титанат бария, диоксид кремния и марганецсодержащее соединение, вышеуказанный технический результат обеспечивается тем, что шихта в качестве марганецсодержащего соединения содержит водный раствор сернокислого марганца и дополнительно содержит титанат стронция, оксид титаната и водный раствор хлористого иттрия при следующем соотношении компонентов, мол.%:

BaTiO3	68,0-91,0
SrTiO3	8,0-31,0
TiO2	0,1-1,0
SiO 2	0,5-5,0
MnSO4	0,05-0,15
YCl3	0,30-1,0

а в заявляемом способе получения керамического резистивного материала для позисторов, заключающемся в приготовлении шихты путем смешивания и измельчения ее компонентов в водной среде с последующим обезвоживанием до однородного сыпучего состояния, приготовлении формовочного порошка путем смешивания измельченной шихты со связующим веществом и последующего гранулирования, формования из формовочного порошка заготовок керамического материала и их обжиге, вышеуказанный технический результат обеспечивается тем, что при приготовлении шихты для осаждения марганца и иттрия из водных растворов MnSO₄ и YCl₃ в состав шихты вводят временный осадитель аммоний углекислый кислый или оксалат аммония, или аммиак, или карбонат аммония, или гидрокарбонат аммония, исходные компоненты шихты BaTiO₃ и SrTiO ₃ прокаливают до насыпного веса 1,3-1,8 г/см³ и 1,1-1,4 г/см³ соответственно, смешивают и измельчают шихту в шаровых мельницах органическими или кремнеземными мелющими телами до среднего размера частиц 0,5-2,0 мкм, а обжиг керамических заготовок производят при 1280-1380°C.

Возможность осуществления изобретения подтверждается нижеприведенными сведениями, относящимися к оптимальным составам шихты и приемам получения материала и к результатам экспериментальной проверки.

Предлагаемый способ получения керамического резистивного материала для позистров осуществляется следующим образом. Предварительно приготавливают шихту материала, для чего порошкообразные сухие компоненты BaTiO ₃, SrTiO₃, TiO₂, SiO₂ и временный осадитель, взятые в требуемых количествах, загружают в мельницу: сухие компоненты, мелющие тела и вода в соотношении 1:(1-6):(0,5-3,0), и затем приготавливают требуемые количества водных растворов MnSO₄ и YCl₃, добавляют их к остальным компонентам шихты, а потом производят смешивание и одновременное измельчение шихты до нормального распределения частиц по размерам с максимумом 0,5-2,0 мкм. При этом в процессе измельчения из растворов MnSO₄ и YCl₃ в присутствии осадителей аммония углекислого кислого или оксалата аммония, или аммиака, или карбоната аммония, или гидрокарбоната аммония в состав шихты осаждается марганец и иттрий. После этого полученный шликер шихты обезвоживают вакуумным фильтрованием с последующей сушкой 20-240°С и просеиванием обезвоженного продукта через сетку с диаметром ячеек до 200 мкм с образованием тонкодисперсного порошка со среднеарифметическим размером частиц 0,5-2,0 мкм. Полученный порошок измельченной шихты смешивают со связующим веществом, например с поливиниловым спиртом, получая таким образом формовочный материал, который гранулируют протиркой через сита с размером ячеек 200-800 мкм, а затем формуют из него керамические заготовки позисторов. Полученные заготовки обжигают при температуре 1280-1380°С, а затем металлизируют и подвергают другим технологическим операциям изготовления позисторов.

Конкретным примером заявляемой шихты (см. табл.1) являются следующие ее оптимальные составы, мас.%:

Таблица 1.

	Состав 1	Состав 2	Состав 3
BaTiO3	88,50	83,71	81,12
SrTiO3	10,01	14,70	17,28
TiO2	0,184	0,178	0,179
SiO2	0,576	0,668	0,672
MnSO4	0,066	0,067	0,067
YCl3	0,664	0,677	0,682

Свойства материала на основе заявляемой шихты и способа ее получения подтверждаются результатами экспериментальной проверки, данные о которой приведены в таблице 2.

Как следует из табл. 2, материал на основе предлагаемой шихты и способ его получения в сравнении с прототипом за счет исключения операции синтеза шихты и его измельчения позволяет снизить трудоемкость процесса и себестоимость материала и изделий, а также за счет повышения повторяемости и стабильности свойств материала улучшить качество и электропараметры изделий.

Оптимальность состава шихты и приемов способа получения материала из нее подтверждается тем, что оптимальные свойства и наибольший технический результат достигается при заявляемом соотношении компонентов шихты и приемах способа получения материала, что подтверждается экспериментальной проверкой.

Таблица 2.
Исследуемые характеристики	Исследуемые составы шихты
	Заявляемая			Известная
	Состав 1	Состав 2	Состав 3	Акц.з. Японии №60-19121
Наличие операции предварительного обжига и сопутствующих операций	нет	нет	нет	Да
Трудоемкость получения изделия из материала, усл./ед.	77,9	77,9	77,9	100
Снижение энергозатрат, усл.ед.	55,6	55,6	55,6	100
Выход годных	95-100	95-100	95-100	90

Практическое применение шихты и способа получения материала из нее при изготовлении резистивного материала и позисторов позволяет повысить качество, повторяемость и стабильность параметров и снизить трудоемкость процесса изготовления материала и позисторов. В настоящее время отработан состав шихты и техпроцесс получения материала и изготовлены в условиях производства образцы резистивного материала и позисторов, подтверждающие достижение технического результата.

Источники информации

1. А.с. СССР №1329473.

2. Н.П.Богородицкий. Радиокерамика. - М.: Госэнергоиздат, 1963, с. 126.

3. Заявка Японии №60-19121.

4. К.Окадзаки. Полупроводники на основе титаната бария. - М.: Энергоиздат, 1982, c. 171-176.