[发明专利]一种PTC热敏陶瓷发热元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种高居里点正温度系数(PTC)热敏陶瓷发热元件，特别是家用电器正温度系数加热器件和空调器正温度系数辅助电加热器中所用的正温度系数陶瓷发热元件。

背景技术

陶瓷正温度系数恒温加热器件在各类交流、直流家用电器和民用、工业电器设备中的使用范围相当广阔。近年来，尤其在空调器辅助电加热中的使用更为广泛。其中正温度系数陶瓷发热元件是加热器中最关键的部件，其电气、物理的性能直接决定了加热器性能的优劣。现有的陶瓷正温度系数恒温加热器所采用的正温度系数发热元件由于所选择的主成分、施主元素、受主元素和玻璃相改性添加元素的组分、含量和生产工艺均有不合理之处，致使发热元件的电性能、热稳定性、使用寿命等综合指标很难满足更高的要求。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种性能优良的陶瓷正温度系数电加热器用热敏陶瓷发热元件。

技术方案：本发明所述的正温度系数热敏陶瓷发热元件，其特征在于所述发热元件的主成分由包括以下组分和重量配比的材料制成：BaCO₂：37.56-42.65％，Pb₃O₄：26.16-31.23％，TiO₂：26.74-28.23％，CaCO₃：2.16-3.13％。

现有正温度系数陶瓷发热元件配方的主成分中，TiO₂的含量一般要过量，比例为≥28.30，CaCO₃的含量较少甚至不加，比例为≤1.8％。TiO₂的含量较高虽然对实现半导化有益，但过量的Ti容易生成过量的玻璃相，导致材料密度降低，抗冷热激变性能下降。如长24mm、宽15mm、厚2.5mm，居里点在250±10℃的正温度系数发热元件，其抗老化性能及耐电压性能均很难同时达到理想的效果，元件在通过交流600V/60S的耐电压试验时，引起击穿、跳火的比例均在5％以上。添加CaCO₃后能提高材料密度，增强抗冷热激变性能，但对半导化有不利作用，一般超过2％后就会对半导化产生明显的影响，使室温电阻增加。本发明合理减低TiO₂的含量可以弥补在高温烧结因Pb的挥发而导致的主成分偏移及CaCO₃的含量增加对半导化生产的不利影响。CaCO₃作为一种石灰相，其含量的增加明显改善了正温度系数的晶界和晶粒结构，提高了抗老化性能。同样以长24mm、宽15mm、厚2.5mm，居里点在250±10℃的正温度系数发热元件为例，采用本发明后元件在通过交流700V/60S的耐电压试验时，98％以上不击穿、不跳火，抗老化性能及耐电压性能明显得到提高。

为进一步改善发热元件的性能和工艺条件，本发明在前面所述主成分配比调整的基础上，还在施主半导化添加元素的种类和比例上进行相应的调整。本发明的施主元素有以下的组分和相对于主成分总量的重量配比：Nb₂O₅：0.125-0.145％，CeO₂：0.018-0.023％。Nb₂O₅虽然能够较易实现半导化，但对改性元素的种类、烧结工艺均有较高的要求。已有技术为遏止高温烧结时的Pb挥发，在高温烧结时的温度误差要≤±3℃，且为达到较好的半导化效果，高温保温时间要≥20mim，这就与遏止高温烧结时的Pb挥发互相矛盾。本发明中将稀土元素CeO₂与Nb₂O₅同时作为施主半导化添加元素，既有效地遏止了高温烧结时的Pb挥发，同时在达到较好半导化效果的前提下，配方的适应性更宽，也明显改进了高温烧结工艺。在元件同样居里温度的前提下，本发明在高温烧结时的温度误差范围可以≥±6℃，高温保温时间可以在≤10mim以内调整。