全自動隧道窯燒成工藝對PTC性能的影響

左真國 濮義達

摘 要 全自動隧道窯可實現PTC熱敏陶瓷的連續化生產，同時能提高PTC產品的性能。本文主要介紹PTC燒成工藝及原理與隧道窯結構的相關性，并研究推進時間和降溫區空氣氣氛對產品性能的影響。

關鍵詞 全自動隧道窯；燒成工藝；PTC

0 引 言

全自動隧道窯是現代化的連續式燒成設備，由于具有優質、高產、低耗，易于實現機械化、自動化等優點，故廣泛用于陶瓷生產。PTC熱敏陶瓷加熱片需求量的逐年增加，需要企業對產品進行連續化生產，全自動隧道窯應用于PTC燒成就成為了可能。本文主要介紹PTC燒成工藝與隧道窯結構的相關性，以及燒成工藝參數對PTC性能的影響。

1 全自動隧道窯結構設計

全自動隧道窯具有全自動連續運行、燒結時間無級可調、爐溫穩定均勻、控溫精度高及高效節能等優點。對于應用于PTC產品的設備設計需要了解PTC熱敏陶瓷的燒成機理，PTC熱敏陶瓷通過La、Nb等施主摻雜BaTiO3經過降溫受主得到的、具有超過居里點以后隨著溫度上升而電阻急劇增大的性能。其主要機理如下：在施主摻雜BaTiO3陶瓷的燒成過程中，當氧分壓較低時進行燒結制備的瓷片其電子補償占主導地位，材料呈低電阻率特性；而當氧分壓較高時進行燒結制備的瓷片將逐漸由電子補償占主導地位過渡到缺位補償占主導地位，而使材料的電阻率迅速上升，呈現高電阻率特性。也就是說，低氧分壓和高溫有助于形成過量的電子補償，而高氧分壓和較低的溫度則有助于形成缺位補償。另外，受主雜質具有較高的電離能，在高溫下對材料的電阻率影響不大，但受主摻雜的樣品在高氧分壓和降溫過程中對材料的PTC效應影響極大。因此，全自動隧道窯應用于PTC燒成，需要一個升溫和還原系統、一個保溫系統、一個降溫和降溫過程的空氣氧化氣氛系統，并且全過程實現連續化生產。對此全自動隧道窯需要由爐體、循環部分、溫度控制柜、傳動控制箱、推板、抽風送風機、觸屏控制柜等部分組成。

為了更好地獲得高性能的PTC產品，需要根據燒成工藝曲線設計爐膛內的結構。如圖1所示，在升溫階段，考慮到排膠和鉛揮發等問題，0～700℃采用緩慢加熱并增加送風機，給予一定的還原系統；在700℃～1 150℃較前段設計推送路程減短，1 150℃到高溫區推送路程最短，并加強其爐內的保溫功能，保溫階段設計一個平穩的過渡帶；對于降溫階段，也是PTC性能提高的關鍵階段。需要使用抽風機提供氧化氣氛，并且使得降溫系統符合曲線中高溫適當保溫后自然冷卻，避免出現內應力保留影響陶瓷脆性。連續化生產由一臺觸摸屏顯示器和一臺通過PLC編程電路來控制的自動循環系統來完成。

2 燒成工藝對PTC性能的影響

燒成工藝對BaTiO3半導瓷形成PTC效應起著決定性作用，因為在燒成過程將完成還原（半導化）及氧化（晶界形成勢壘）反應。性能優良的PTC熱敏陶瓷對燒成制度要求非常嚴格，一般來說，材料的顯微結構如晶粒大小、晶粒半導化程度以及晶界形成狀況等都取決于燒成制度，合適燒成制度的擬定應考慮材料半導化過程的完成、晶界勢壘形成、瓷體致密均勻性以及材料宏觀電性能參數等。

在連續生產的隧道窯內影響因素較多，當前對全自動隧道窯燒成工藝中著重強調對窯內氣氛以及保溫時間（推板時間）兩要素進行檢測和控制。

由圖2（a）可知，隨著推板速度的加快，PTC陶瓷片在高溫區時間延長，材料的室溫電阻和耐壓強度（2.4mm厚度）也隨之升高。在相同燒結溫度的前提下，適當延長保溫時間，材料的電阻率增大，PTC效應與耐壓也相應的提高。圖2（b）表明降溫區風量的提高有利于耐壓強度的提高，伴隨其室溫電阻變化緩慢。因為風量的加大使得氧分壓增加，降溫區高氧分壓有利于肖特基勢壘提高，PTC效應的增強，隨之耐壓性能提高。

3 結 論

（1）為了更好地獲得高性能的PTC產品，需要根據燒成工藝曲線和PTC燒成作用機理來設計全自動隧道窯，這樣才能實現PTC產品的高產、高效率、高質量。

（2）燒成工藝對BaTiO3半導瓷形成PTC效應起著決定性作用，隨著窯內氣氛以及保溫時間（推進時間）的提高，室溫電阻和產品的耐壓值也隨之提高。

參 考 文 獻

[1]周東祥，龔樹萍.PTC材料及應用[M].武漢：華中理工大學出版社.1989.

[2]祝柄和，姚堯，趙梅瑜，等.PTC陶瓷制造工藝與性質[M].上海：上海大學出版社.2001.