Шихта керамического резистивного материала для позисторов и способ получения материала из нее

ШИХТА КЕРАМИЧЕСКОГО РЕЗИСТИВНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ПОЗИСТОРОВ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ИЗ НЕЕ(71) Заявитель Дочернее республиканское унитарное производственное предприятие Монолитрадиокерам(72) Авторы Ильющенко Дмитрий Александрович Костомаров Сергей Владимирович(73) Патентообладатель Дочернее республиканское унитарное производственное предприятие Монолитрадиокерам(57) 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.в пересчете на сухое вещество 3 68-91 2 0,5-5,0 4 0,05-0,15 3 8-31 2 0,1-1,0 3 0,3-1,0. 2. Способ получения керамического резистивного материала для позисторов, включающий приготовление шихты путем предварительного прокаливания 3 и 3 до насыпного веса 1,3-1,8 г/см 3 и 1,1-1,4 г/см 3, соответственно, смешивания и измельчения компонентов шихты по п. 1 и временного осадителя ионов марганца и иттрия, выбранного из группы, включающей аммоний углекислый кислый, оксалат аммония, аммиак, карбонат аммония и гидрокарбонат аммония, в шаровых мельницах органическими или кремнеземными мелющими телами до среднего размера частиц 0,5-2,0 мкм и обезвоживания до однородного сыпучего состояния, приготовление формовочного порошка путем смешивания полученной шихты со связующим веществом с последующим гранулированием, формование из формовочного порошка заготовок керамического материала и обжиг керамических заготовок при 1280-1380 . 8200 1 2006.06.30 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. 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 4. 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 в диапазоне 2-10 мкм. 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, например повышенных температур синтеза и обжига и малой скорости охлаждения, не позволяет существенно повысить качество и снизить трудоемкость получения материала и изделий из него. Это связано с тем, что необходимость предварительного синтеза требует операции измельчения спека. При этом сравнительно малая скорость охлаждения (100-200 С/ч.) отрицательно влияет на равномерность микроструктуры после обжига и ограничивает улучшение качества материала и изделия. Кроме того, протирка материала через сито с постоянным диаметром ячеек при гранулировании не обеспечивает высоко однородной плотности и более легкий процесс формования. Предлагаемая шихта керамического резистивного материала для позисторов и способ получения материала из нее позволяет устранить недостатки известных материалов и способов аналогичного назначения и обеспечивает достижение более высокого технического результата, заключающегося в повышении качества, повторяемости и стабильности параметров и снижении трудоемкости процесса получения материала путем исключения необходимости предварительного синтеза, сопутствующих ему операций измельчения спека,2 8200 1 2006.06.30 повышения 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 в качестве марганецсодержащего соединения содержится водный раствор сернокислого марганца и дополнительно содержится титанат стронция, оксид титана и водный раствор хлористого иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.в пересчете на сухое вещество ВаТ 3 68-91 2 0,5-5,0 4 0,05-0,15 3 8-31 Т 2 0,1-1,0 3 0,3-1,0,а способ получения керамического резистивного материала для позисторов включает приготовление шихты путем предварительного прокаливания ВаТ 3 и 3 до насыпного веса 1,3-1,8 г/см 3 и 1,1-1,4 г/см 3, соответственно, смешивания и измельчения компонентов шихты и временного осадителя ионов марганца и иттрия, выбранного из группы, включающей аммоний углекислый кислый, оксалат аммония, аммиак, карбонат аммония и гидрокарбонат аммония, в шаровых мельницах органическими или кремнеземными мелющими телами до среднего размера частиц 0,5-2,0 мкм и обезжиривания до однородного сыпучего состояния, приготовление формовочного порошка путем смешивания полученной шихты со связующим веществом с последующим гранулированием, формование из формовочного порошка заготовок керамического материала и обжиг керамических заготовок при 1280-1380 С. 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 позисторов осуществляется следующим образом. Предварительно приготавливают шихту материала, для чего порошкообразные сухие компоненты ВаТ 3, Т 3, Т 2, 2 и 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 4 и 3, 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 4 и 3 в присутствии 43 в состав шихты осаждается марганец и иттрий. После этого полученный шликер шихты обезвоживают вакуумным фильтрованием с последующей сушкой при 20-240 С и просеиванием обезвоженного продукта через сетку с диаметром ячеек до 200 мкм с образованием тонкодисперсного порошка со среднеарифметическим размером частиц 0,52,0 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 являются следующие ее оптимальные составы, мас. 8200 1 2006.06.30 Состав 1 Состав 2 Состав 3 ВаТ 3 88,50 83,71 81,12 3 10,01 14,70 17,28 2 0,184 0,178 0,179 2 0,576 0,668 0,672 4 0,066 0,067 0,067 3 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. Исследуемые характеристики Наличие операции предварительного обжига и сопутствующих операций Трудоемкость получения изделия из материала, усл./ед. Снижение энергозатрат, усл.ед. Выход годных Исследуемые составы шихты Заявляемая Известная Состав 1 Состав 2 Состав 3 , , 60-19121 нет нет нет Да 77,9 Как следует из таблицы, 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 более высокий технический результат достигается при заявляемом соотношении компонентов шихты и приемах способа получения материала, что подтверждается экспериментальной проверкой. 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. Источники информации 1. А.с. СССР 1329473. 2. Богородицкий Н.П. Радиокерамика. - М. Госэнергоиздат, 1963. 3. Заявка Японии 60-19121. 4. Окадзаки К. Полупроводники на основе титаната бария. - М. Энергоиздат, 1982. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4