[发明专利]制造半导体陶瓷组成物/电极组件的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造具有正电阻温度的半导体陶瓷组成物/电极组件的工艺，该半导体陶瓷组成物/电极组件用于PTC热敏电阻、PTC加热器、PTC开关、温度检测器等等。

背景技术

包括已经添加了各种半导体掺杂剂的BaTiO₃的组成物通常被推荐为表现出PTCR特性(正电阻率温度系数)的材料。那些组成物具有约120℃的居里温度。对于那些组成物，需要根据用途来改变居里温度。

例如，提出了通过将SrTiO₃添加到BaTiO₃来改变居里温度。但是，在此情况下，居里温度仅仅改变到负向，而不改变到正向。当前，已知仅仅PbTiO₃是将居里温度改变到正向的添加元素。但是，PbTiO₃包含引起环境污染的元素。因此，近年来需要一种不使用PbTiO₃的材料。

PTC材料的主要特性是，在居里温度点(跳跃特性＝电阻温度系数α)，PTC材料的电阻率突然上升。这被认为是晶粒边界中形成的电阻(通过肖特基势垒形成的电阻)增加的原因。PTC材料需要具有高的电阻率跳跃特性来作为它们的特性。

如专利文献1所述的无铅PTC材料具有这种趋势，具有优异跳跃特性的材料具有高的室温电阻率，而具有差的跳跃特性的材料具有过低的室温电阻率，以致存在该材料不能一起满足稳定的室温电阻率和优异的跳跃特性的问题。

为了克服常规BaTiO₃半导体陶瓷的上述问题，本发明人先前提出了一种半导体陶瓷组成物，其中BaTiO₃的一部分Ba用Bi-Na代替，并且在晶粒边界处具有P型半导体，该半导体陶瓷组成物是具有由[(BiNa)_x(Ba_1-yR_y)_1-x]TiO₃(R是稀土元素的至少一种)表示的组成物组成式的半导体陶瓷组成物，其中x和y满足0＜x≤0.3和0＜y≤0.02，或具有由[(BiNa)_xBa_1-x][Ti_1-zM_z]O₃(M是Nb和Sb的至少一种)表示的组成物组成式的半导体陶瓷组成物，其中x和z满足0＜x≤0.3和0＜z≤0.005，作为这种材料，其中BaTiO₃的一部分用Bi-Na代替，并且可以改变居里温度到正向，并显示出优异的跳跃特性同时大大地减小室温电阻率而不使用Pb(专利文献2)。

这些半导体陶瓷组成物在不使用Pb的条件下改变居里温度到正向并显示出优异的跳跃特性，同时大大地减小室温电阻率，但是具有随时间推移而改变的问题，以致当用作加热器材料时，材料的电阻率改变。已知，当这些BaTiO₃半导体陶瓷组成物中的氧含量改变时，载流子浓度改变，由此电阻率改变。因为上述材料在惰性气体气氛中烧结，所以在缺乏氧气的状态中烧结该材料。因此，当在空气中使用该材料时，氧气的不足量改变，并且电阻率易于改变。具体，当在电极被连接作为加热器材料的状态中进行通电时，在该材料具有50℃至120℃的高温时，在空气中的氧气当中以及在半导体陶瓷组成物和电极之间发生氧气的转移，由此室温电阻率改变。

专利文献1：日本专利公开JP-A-56-169301

专利文献2：日本专利申请No.2007-333528

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体陶瓷组成物/电极组件，具有100Ω·cm或更低的低室温电阻率，并且关于其中BaTiO₃的一部分Ba用Bi-Na代替且在晶粒边界处具有P型半导体的半导体陶瓷组成物，通过通电来减小随时间推移的改变。