Полупроводниковый керамический материал для изготовления позисторов

Полупроводниковый керамический материал для изготовления позисторов

Реферат

 

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления позисторных саморегулирующихся нагревателей бытовых электроприборов. Целью изобретения является повышение надежности за счет расширения диапазона значений положительного температурного коэффициента сопротивления в высокоомную область и снижения температурного коэффициента сопротивления. В материал, содержащий, мас.%: оксид свинца 57,52 - 68,68; оксид железа 6,49 - 10,67; оксид ниобия 13,14 - 21,93 и оксид титана 0,02 - 7,39, дополнительно вводят ниобат калия 0,50 - 16,66. Использование данного материала позволяет значительно увеличить срок службы позисторных нагревателей. 2 табл.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления терморезисторов с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ПТКС) позисторов, в частности для саморегулирующихся позисторных нагревателей бытовых электроприборов. Целью изобретения является повышение надежности за счет расширения диапазона значений положительного температурного коэффициента сопротивления в высокотемпературную область и снижения температурного коэффициента сопротивления. П р и м е р. Для изготовления полупроводникового керамического материала использовались PbO(ч. д. а. ); Fe₂O₃ (ч.д.а.); TiO₂ (ч.д.а.); Nb₂O₅ пьезотехнический, ниобат калия KNbO₃ (ч.). Смесь оксидов и КNbO₃ перемешивали в фарфоровых ступках в дистиллированной воде и высушивали в сушильном шкафу при 100-110^оС. Для сравнения были приготовлены несколько составов, где вместо KNbO₃ в шихту вводили соответствующие количества K₂CO₃ марки ч. д. а. и Nb₂O_5. К порошку добавляли в качестве пластификатора 3%-ный водный раствор поливинилового спирта и при давлении 100 МПа прессовали образцы в виде дисков диаметром 10 мм и толщиной 2-3 мм или в виде брусков 5х5х25 мм³. Спекание образцов проводили в плотно закрытых алундовых тиглях на подложках из стабилизированной двуокиси циркония. Температура спекания Т_сп составляла 1140-1180^оС, время спекания 2-3 ч, охлаждение проводили со скоростью 200 К/ч до 900^оС, после чего образцы остывали вместе с печью. После обжига образцы шлифовали и наносили электроды из алюминия методом испарения в вакууме или путем вжигания серебряной пасты с последующей диффузией сквозь слой серебра атомов индия и свинца. Источником диффузии служил сплав из 30 мас.% In и 70 мас.% Pb, наносившийся на серебряный электрод с помощью паяльника. Электрические свойства позисторов, изготовленных из данного материала, приведены в табл.1, где Т_сп - температура спекания; p₂₀^о_С - удельное сопротивление при 20^оС; Т₁ и Т₂ - температуры, при которых соответственно начинается и прекращается рост сопротивления; Т=Т₂-Т₁ - область ПТКС; ₁ и ₂ - значения удельного сопротивления соответственно при Т₁ и Т₂; - температурный коэффициент сопротивления. Для оценки характеристик нагревателей были изготовлены нагревательные позисторные элементы в виде брусков 5х5х20 мм³ из титаната бария с добавками стеклообразующих оксидов и ниобия (базовый образец), имеющего Т₄=100^оС и =6%К, а также из данного материала. Электроды из вожженного серебра, омизированные диффузией атомов индия и свинца, наносили на грани 5х5 мм². Экспериментально было установлено, что для надежной работы нагревателей необходимо использовать такие составы, которые спекаются при сравнительно низкой температуре ( 1150^оС), имеют значение ₂₀o _C<(7,5-8,0)^{104 Ом.см, отношение ₂ / ₁ больше 5-7, более низкие, чем в прототипе, значения и расширенную в сторону высоких температур область Т=Т₂-Т₁. Оптимальными свойствами обладают составы 4-6, 8, 10-12. При выходе за границы содержания любого из компонентов (составы 3, 7 и 13) свойства материала ухудшаются. Увеличение содержания Fe₂O₃ и уменьшение содержания TiO₂ (состав 3), PbO, Fe₂O₃, Nb₂O₅ (состав 13) приводят к уменьшению Т₁ до 100-120оС и возрастанию значений . Увеличение содержания TiO₂ и PbO и уменьшение содержания KNbO₃ (состав 7) приводят к сужению Т и возрастанию . Сравнение свойств составов 8 и 9, отличающихся способом введения в материал KNbO₃ (состав 8 в виде синтезированного соединения, состав 9 в виде смеси соответствующих количеств K₂CO₃ и Nb₂O₅), показывает, что при введении KNbO₃ в виде смеси K₂CO₃ и Nb₂O₅ значения ₂₀o _C резко увеличиваются, а величина ₂ / ₁ уменьшается до значения 4,1, т.е. становится недостаточной для надежной работы позистора. Таким образом, положительный эффект достигается только в случае введения в материал синтезированного KNbO₃. Для оценки точности стабилизации температуры были проведены испытания нагревателей из BaTiO₃ (базовый образец) и из данного материала. На нагреватели подавалось переменное напряжение частотой 50 Гц. Температура элементов, находящихся в спокойном воздухе, измерялась с помощью хромельалюмелевой термопары, плотно прижатой к поверхности образца посередине между электродами, через изолирующую прокладку из слюды. Полученные результаты приведены в табл.2. Как видно из табл.2, несмотря на то, что у данного материала величина в несколько раз меньше, чем у BaTiO₃, точность автотермостабилизации ( Т/ V) объемных позисторных нагревателей в виде брусков 5х5х20 мм из BaTiO₃ и данного материала (состав 5) при питании от сетевого напряжения 220 В отличается незначительно. С помощью реле времени осуществляли следующий режим работы: напряжение подавалось на включенные параллельно позисторные элементы в течение 5 мин, затем выключалось на 5 мин, после чего цикл повторялся. Испытывали по 3 элемента из BaTiO₂ и из состава 5. После каждого часа испытаний в течение первых 5 ч, а затем через каждые 48 ч проводили измерения протекающего через образцы тока. Все 3 элемента из BaTiO₃ раскололись в течение первого часа испытаний, т.е. в течение первых 6 циклов включения-выключения напряжения. Элементы из данного материала сохранили работоспособность и после 640 ч испытаний, т.е. успешно выдержали более 3800 циклов включения-выключения напряжения. Данный материал позволяет получать позисторные нагревательные элементы для бытовых электроприборов (в том числе объемные и крупногабаритные) из технического сырья на обычном технологическом оборудовании, применяемом при производстве электротехнической керамики (мельницы с железными шарами, стальные пресс-формы и т.п.), что невозможно при использовании материалов на основе титаната бария.}

Формула изобретения

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЗИСТОРОВ, содержащий оксиды свинца, железа, ниобия и титана, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он дополнительно содержит ниобат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Оксид свинца 57,52 - 68,68 Оксид железа 6,49 - 10,67 Оксид ниобия 13,14 - 21,93 Оксид титана 0,02 - 7,39 Ниобат калия 0,50 - 16,66

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000