Використання: в електронній техніці для виготовлення терморезисторов з позитивним температурним коефіцієнтом опору. Суть винаходу: напівпровідниковий керамічні позисторні матеріал (ПМ) містить (мас.%): PbO 67,38 - 67,68; Nb2 O5 19,80 - 19,93; Fe2 O3 9,74 - 9,8; TiO2 2,46 - 2,55; B2 O3 0,064 - 0,260; Al2 O3 0,009 - 0,038; SiO2 0,024 - 0,098; BaO 0,033 - 0,134, причому частина компонентів в кількості 0,22 - 0,88 мас.% Вводиться в нього у вигляді попередньо сплавленного скла наступного складу (мас.%): PbO 22,83; B2 O3 29,74; Al2 O3 4,26; SiO2 11,17; BaO 15,33; TiO2 16,67; ПМ отримують за звичайною керамічної технології з вихідних оксидів технічних марок випалюванням при 650 o C протягом 4 год, подрібненням в фарфоровому барабані, формуванням елементів і спіканням протягом 2 год при 1050 o C. Матеріал має підвищену електропрочностью, щільністю, потужністю і стабільністю параметрів керамічних елементів в процесі їх експлуатації. Стартова потужність нагрівального елементу 10 х 2,5 мм - 100 - 120 Вт, час досягнення максимальної робочої температури (280 o C) 15 - 20 с, робоча потужність після стабілізації температури в стаціонарних умовах 3 - 5 Вт, можливе робоча напруга 24 - 220 В. Зміна значень питомої опору при 20 o C, позисторних ефекту і потужності після 1000 циклів термоциклирования не перевищує 0,5; 4; 4%, відповідно. 2 мул. 2 табл.
Винахід відноситься до напівпровідникових матеріалів, які використовуються в електронній техніці для виготовлення терморезисторов з позитивним температурним коефіцієнтом опору (ПТКС), зокрема для саморегулюючих позисторних нагрівальних елементів побутових електроприладів.
Як правило, для виготовлення терморезисторов з ПТКС використовуються позисторні матеріали на основі титанату барію [1, 2] Однак останнім часом особливу увагу привертає до себе сегнетоелектрік ферроніобат свинцю PbFe0,5 Nb0,5 O3 (ФПС), який є перспективною основою для одержання напівпровідникових позисторних матеріалів [3] Зазвичай матеріали цієї групи вимагають малих кількостей легуючих добавок і допускають при їх виготовленні використання вихідних реактивів технічних марок, що є серйозною передумовою для зниження собівартість оімості кінцевого продукту (при виробництві позисторних матеріалів на основі ВаТiO3 використовуються реактиви марки "осч").
До основних недоліків зазначеного матеріалу можна віднести його низьку технологічність і сильну залежність властивостей від умов його отримання [4] Найбільш близьким за технічною сутністю до заявляється є матеріал на основі ферроніобата свинцю з добавками окису титану (ФНТС), що приймається за прототип [3] Цей матеріал містить (мас.): PbO 67,78; Fe2 O3 9,82; Nb2) O5 19,98; TiO2 2,42, що відповідає структурній формулі Pb (Fe0,405 Nb0,495 Ti01) O> 3.
Недоліком відомого матеріалу є невисока електропрочность і електрична потужність, що розсіюється на нагрівальних елементах, а також відносно висока температура спікання і низька щільність (див. Табл. 1).
З точки зору теорії досягнення максимальної потужності, що розсіюється позисторних нагрівальним елементом, що пред'являються до його електрофізичних і геометричних характеристикам вимоги можуть бути розділені на два види, в залежності від режиму його роботи; 1) Режим регульованого напруги живлення (U cоnst). В даному режимі роботи, максимальна питома потужність позистора Визначається величиною граничного пробивної напруги: де U напруга, h товщина зразка,
тобто матеріал повинен мати високу електропрочностью, що дозволить не тільки отримувати необхідну потужність, але і конструювати мініатюрні нагрівальні елементи.
2) Режим постійного напруги живлення (U const). В цьому випадку, питома потужність позисторних елемента буде визначатися максимальною величиною струму, при якому робота позисторних елемента буде залишатися стійкою в області ПТКС
N u уд = E 2 / min
т. е. критерієм буде служити тепловий режим роботи елемента (Т <Т раз, где max и min удельное сопротивление позисторного элемента при температурах Тmax и Тmin соответственно.
У той же час, потужність, необхідна для нагрівання одиниці маси позистора визначається величиною
qn = Cp (Tmax -Tmin);
де Сp і питомі теплоємність і щільність позисторних матеріалу.
При цьому необхідно пам'ятати, що величина питомої потужності позисторних елемента qn пов'язана з ефективністю його теплообміну, який визначається розмірами нагрівального елементу, а саме: чим менше товщина зразка, тим інтенсивніше теплообмін позистора з радіатором або теплоносієм (наприклад, повітрям), а, отже, тим більшу питому електричну потужність може розсіювати позисторних елемент при стійкому стані своєї роботи (в обл. ПТКС).
Таким чином, при розсіюванні на нагрівальних елементах рівних електричних потужностей, перевагу має той позисторних матеріал, який володіє більш високою щільністю і електропрочностью, оскільки дозволяє створювати не тільки мініатюрні нагрівальні елементи, що розширюють область використання позисторних матеріалів, але і зменшувати витрати самого позисторних матеріалу, що сприятливо позначається на зниженні собівартості керамічного виробництва.
Завдання винаходу підвищення стабільності експлуатаційних характеристик позисторних нагрівальних елементів, їх електропрочності, щільності і розсіюється на них електричної потужності.
Це досягається тим, що в відомий напівпровідниковий позисторних матеріал, що включає PbO, Fe2 O3. Nb2 O5 і TiO2. додатково вводиться B2 O3. Al2 O3. SiO2 і ВаO при наступному співвідношенні компонентів (мас.):
PbO 67,38 67,68
Fe2 O3 9,74 9,80
Nb2 O5 19,80 19,93
TiO2 2,46 2,55
B2 O3 0,064 0,260
Al2 O3 0,009 0,038
SiO2 0,024 0,098
BaO 0,033 0,134
причому заявляється керамічний матеріал містить частину компонентів в кількості 0,22 0,88 мас. у вигляді попередньо сплавленного скла наступного складу (мас.):
PbO 22,83
B2 O3 29,74
Al2 O3 4,26
SiO2 11,17
BaO 15,33
TiO2 16,67
Введення в ФНТС стеклообразующего добавки дозволяє повністю вирішити поставлене завдання. При цьому невідомо введення якісно-кількісного складу даної стеклодобавкі в позисторних матеріал на основі ферроніобата свинцю, одночасно поліпшує необхідні експлуатаційні характеристики нагрівальних елементів.
У табл. 1 представлені порівняльні значення основних експлуатаційних характеристик нагрівальних елементів, отриманих з шихти різного складу. У табл. 2 наведено виражене у відсотках зменшення значень r20. n, Nmax. де 20 питомий опір позистора при 20 o C, n позисторних ефект, Nmax максимальна потужність. Залежність від складу позисторних матеріалу його щільності. електропрочності Епр. і електропотужності N, що розсіюється на нагрівальних елементах 10х2,5 мм представлені на фіг. 2 а в, відповідно. Слід зазначити, що стартова потужність одного такого елемента дорівнює 100 - 120 Вт; час набору максимальної температури і автостабілізація настає через 15 20 с; розсіює потужність в робочому режимі 3 Вт.
Для виготовлення заявляється матеріалу використовується сировина у вигляді окислів марок "ч", "хч" або "чда". Стеклодобавка готується шляхом сплаву необхідних оксидів в алундові тиглі при 1250 o C протягом 3 год. Потім розмелюють в фарфоровому барабані і проходять крізь сито 0059.
Вихідні компоненти позисторних матеріалу після мокрою гомогенізації в кульової млині і сушки при 100 120 o C синтезують за звичайною керамічної технології при 650 o C протягом 4 год. Синтезований матеріал подрібнюється в фарфоровому барабані і проходять крізь сито 0059. Після формування заготовки спікається при 1050 o C протягом 2 год. Далі зразки піддаються механічній обробці і металізації шляхом вжигания срібла при температурі 750 o C.
Для визначення експлуатаційних характеристик нагрівальних елементів, за описаною вище технологією були виготовлені зразки o 10х25 мм, які містилися в стаціонарні умови (термостат), потім на них подавалося змінну напругу частотою 50 Гц і знімалися температурні і вольт-амперні характеристики, значення яких використовувалися для обчислення електропрочності, що розсіюється електропотужності і стабільності їхньої поведінки після тисячі циклів термоциклирования. Термоціклірованіе здійснювалося шляхом підвищення температури від 20 o C до температури автостабілізаціі при подачі на зразок напруги U 0,8Umax. де Umax напруга, при якому починається незворотний розігрів зразка, який закінчується тепловим пробоєм. Щільність керамічних елементів визначалася гидростатическим методом.
З табл. 1 і графіків на фіг. 2 а в видно, що заявляється позисторних матеріал володіє більш високою щільністю, електропрочностью і розсіюється електричною потужністю на нагрівальних елементах, а значення їх експлуатаційних характеристик проходять через максимум, який досягається при введенні 0,6 стеклообразующего добавки.
При цьому оптимальними властивостями володіють склади 4 11, що відповідає введенню 0,22 0,88 мас. стеклофази. Зменшення або збільшення введеної стеклофази (склади 2, 3, 12, 13) призводить до зменшення потужності нагрівального елементу до значень, характерних для відомого матеріалу.
Порівняння властивостей складів 8 і 14, що відрізняються способом введення вихідних оксидів, що відповідають складу стеклофази (склад 8 оксиди вводилися у вигляді синтезованої стеклодобавкі; склад 14 у вигляді мехсмесі відповідних вихідних оксидів), однозначно говорить на користь введення стеклофази.
У зазначеному діапазоні концентраційних добавок стеклофази, що заявляється матеріал має щільність керамічних нагрівальних елементів на 13 рассеиваемую на них потужність на 35 а електропрочность на 37 більшу, ніж у відомого матеріалу.
Параметри нагрівальних елементів, виготовлених з заявляється матеріалу володіють істотно більш високою стійкістю до їх зміни, в результаті тривалого термоциклирования (див. Табл. 2).
Напівпровідниковий керамічні позисторні матеріал, що включає PbO, Fe2 O3. Nb2 O5 і TiO2 відрізняється тим, що він додатково містить B2 O3. Al2 O3. SiO2 і BaO при наступному співвідношенні компонентів, мас.
PbO 67,38 67,68
Fe2 O3 9,74 9,80
Nb2 O5 19,80 19,93
Ti2 O2 2,46 2,55
B2 O3 0,064 0,260
Al2 O3 0,009 0,038
SiO2 0,024 0,098
BaO 0,033 0,134
причому матеріал містить частину компонентів в кількості 0,22 0,88 мас. у вигляді попередньо сплавленного скла наступного складу, мас.
Винахід відноситься до матеріалів радіоелектронної техніки і може бути використано при виготовленні терморезистивних елементів (позисторов), що застосовуються в ланцюгах температурної компенсації електронних схем, для контролю і регулювання температури і електричної потужності, в складі безконтактних елементів при регулюванні рівня сигналу, а також в канальних електронних помножувачах (КЕУ)
Винахід відноситься до термометрії, зокрема до напівпровідникових датчиків температури з лінійною характеристикою
Винахід відноситься до області електротехніки, зокрема до полімерної композиції, що містить щонайменше один по суті непровідний полімер і щонайменше один електропровідний наповнювач, в формі гранул, причому гранули переважно мають розмір в інтервалі до 1 мм, більш переважно між 0,04 і 0,2 мм, при об'ємному співвідношенні провідника і полімеру переважно від 3: 1 до 15: 1
Винахід відноситься до полімерної композиції