Шихта керамического материала для позисторов и способ получения материала из нее
Владельцы патента RU 2259334:
Дочернее республиканское унитарное производственное предприятие "Монолитрадиокерам" (РУП "Монолитрадиокерам") (BY)
Изобретение относится к области электронной техники, в частности к составам и способам получения керамических резистивных материалов. Шихта для изготовления керамического резистивного материала и позисторов включает, мас.%: BaTiO3 68,0-91,0; SrTiO3 8,0-31,0; TiO2 0,1-1,0; SiO2 0,5-5,0; MnSO4 0,05-0,15; YCl3 0,30-1,0. Способ заключается в приготовлении шихты путем смешивания и измельчения компонентов в водной среде в присутствии осадителя Mn и Y из водных растворов их солей, обезвоживании шихты вакуумным фильтрованием с последующей сушкой и просеиванием через сетку, приготовлении формовочного порошка путем смешивания со связующим веществом и гранулировании через сита, формовании заготовок и их обжиге при температуре 1250-1350°С. Технический результат: повышение качества, повторяемости и стабильности параметров и снижение трудоемкости получения материала и изделий. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.
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 |
| SiO2 | 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 SrTiO3 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 BaTiO3, 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.
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 |
| SiO2 | 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 SrTiO3 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.
