專利名稱：：高電阻率/低b值熱敏材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及制備技術(shù)，特制涉及一種高電阻率/低B值熱敏材料及其制備方法。(二)
背景技術(shù)：
：負(fù)溫度系數(shù)熱敏的基本特性決定熱敏材料，通常使用的熱敏材料是由過度金屬M(fèi)n、Fe、Co、Ni、Cu的氧化物按不同比例配制而成的，電阻率由幾歐姆厘米到幾千歐姆厘米，材料常數(shù)(B值)從2000-6000K，用以做成的熱敏電阻元件(珠狀，片式及圓片式)電阻值為幾歐姆至幾兆歐姆.根據(jù)氧化物半導(dǎo)體理論△E<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中，K為玻爾茲曼常數(shù)(8.62*10—5ev)，AE為材料的激活能，它是載原子由束縛態(tài)激發(fā)到自由態(tài)需要的能量，它與材料電阻率P的關(guān)系是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>上式表明高電阻率的材料必然具有高的B值。換言之，要獲得高電阻率/低B值材料是困難的。汽車電子、各種半導(dǎo)體器和傳感器的溫度補(bǔ)償以及寬溫區(qū)測(cè)溫要求高電阻值、低B值的元件，比如R25=1-2KQ，B二500-1300K，采用常規(guī)的熱敏材料配方是無法實(shí)現(xiàn)的。高電阻值/低B值熱敏材料已成為當(dāng)今負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制造的一大難題。(三)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高電阻率/低B值熱敏材料及其制備方法。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的高電阻率/低B值熱敏材料，其主配方為Mn-Ni-Cu的金屬氧化物，其特殊之處在于在主配方中加入SiC、A1203、恥205作為摻雜物，經(jīng)陶瓷工藝制成具有尖晶石結(jié)構(gòu)的熱敏材料。本發(fā)明的高電阻率/低B值熱敏材料，主配方中Mn、Ni、Cu的摩爾比依次為(1.5-2.0):(1.5-2.0):(2.0-3.O),相應(yīng)的氧化物為Mn304、NiO禾QCuO。相應(yīng)的氧化物重量比為Mn304:NiO:CuO=(24.60-33.089%):(24.089-32.40%):(51.312-34.51%)。本發(fā)明的高電阻率/低B值熱敏材料，摻雜物中每種占主配方氧化物的重量百分比為SiC3-8%，A12030.2-0.5%，Nb2050.1-0.2%。具體為600目的綠色SiC粉料，300目的Ah03和Nb205。本發(fā)明的高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，其特殊之處在于在主配方中加入SiC、A1203、Nb20s作為摻雜物，經(jīng)陶瓷工藝制成具有尖晶石結(jié)構(gòu)的熱敏材料；陶瓷工藝是按照主配方比例和摻雜物比例配好料混合進(jìn)行8小時(shí)的一次球磨并烘干，在75(TC下預(yù)燒2-3小時(shí)后進(jìn)行8小時(shí)的二次球磨并烘干，然后加入粘合劑造成80-150目的顆粒，壓制成各種直徑和厚度的圓片，在1080-115(TC的高溫下燒結(jié)2.5-3小時(shí)。本發(fā)明的高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，粘合劑是重量濃度為10%的聚乙烯醇溶液，加入量為主配方與摻雜物總重量的20-25%。本發(fā)明的高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，高溫?zé)Y(jié)的燒結(jié)曲線為室溫-500。C升溫速度0.6°C/min500°C恒溫60min500°C-800°C升溫速度1.0°C/min800°C恒溫60min800°C-燒結(jié)溫度升溫速度2.(TC/min5燒結(jié)溫度恒溫2.5-3.0小時(shí)燒結(jié)溫度-800°C降溫速度0.8°C/min800°C-200°C隨爐降溫后取出；燒結(jié)溫度為10801150°C，燒結(jié)密度為4.9-5.lg/cm3。本發(fā)明的高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，一次球磨步驟中，按料水乙醇磨球=1.0:0.6:0.4:1.5的重量比例，其中料為主配方與摻雜物的總和，乙醇為無水乙醇，磨球?yàn)殇喦颍缓笤贗O(TC下烘干到每千克料含水量為0.4克；二次球磨與一次球磨相同。本發(fā)明的高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，壓制成的圓片的壓制密度為3.2-3.6g/cm3。本發(fā)明的高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，燒結(jié)步驟后進(jìn)行電極制作將燒結(jié)后的材料兩面用250目絲網(wǎng)印刷銀漿電極，銀電極烘烤溫度230。C，烘烤時(shí)間15-30min，還原溫度800-830°C，還原時(shí)間25min。本發(fā)明的有益效果是，材料的密度為4.9-5.1g/cm3，材料在25。C時(shí)的電阻率為1-2KQcm，25°C-50。C溫區(qū)的B值為900K-1700K，電阻率的均勻性為±5%，B值均勻性優(yōu)于土2M，該材料特別適合用于制作特種汽車專用熱敏電阻、各種半導(dǎo)體器件、寬溫區(qū)測(cè)溫和特種傳感器的溫度補(bǔ)償元件。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1采用下表配方，摩爾比Mn:Ni:Cu=2:2:2氧化物Mrh04NiOCuOSiCA1203歸5重量比例33.089%32.402%34.51%6.0%0.2%0.1%按下列工藝制備樣品:(1)按上表的比例稱重，將Mn304、NiO、CuO、SiC、八1203和1^205粉料盛入球磨罐中，以料水乙醇磨球=1.0:0.6:0.4:1.5的比例進(jìn)行第一次研磨，8小時(shí)后在IO(TC烘干；(2)將第一次球磨后的粉料在75CTC預(yù)燒2小時(shí)，隨爐降溫至室溫；(3)預(yù)燒后的粉料按料水乙醇磨球=1.0:0.6:0.4:1.5，進(jìn)行6第二次球磨，8小時(shí)后在IO(TC烘干；(4)在粉料中加入10%濃度的聚乙醇溶液20%的粘合劑，手工造成粒度為80-150目的粉料；(5)用壓片機(jī)將粉料壓成^5*1.36，010*2.05，020*2.5的坯片，壓制密度為3.4g/cm3;(6)將坯片量于陶瓷缽放入箱式爐中燒結(jié)，燒結(jié)曲線為升溫速度0.6°C/min恒溫度60min升溫速度1.0°C/min恒溫度60min升溫速度2.0°C/min室溫-500。C500°C500°C-800°C800°C800°C—1120°C1120°C保溫2.5小時(shí)1120°C-800°C降溫速度0.8°C/min800°C隨爐降溫至20(TC取出；(7)燒結(jié)后的芯片兩面用250目絲網(wǎng)印刷銀漿電極，烘烤溫度230°C/30min，原還溫度820°C/25min。樣品在25°c、50。c恒溫油槽(測(cè)溫精度士o.orc)測(cè)試結(jié)果(100支樣品統(tǒng)計(jì))如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>R25/KQ為25。C時(shí)電阻值，P25/KQcm為25°C時(shí)電阻率，B25/50(K)為25°C-5(TC溫區(qū)的B值。實(shí)施例2:采用下表的配方，摩爾比Mn:Ni:Cu=2:2:2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>以實(shí)施例1相同的工藝制成①5、010、①20樣，在108(TC溫度下燒結(jié)2.5小時(shí)，樣品在25'C和50'C恒溫油槽中的測(cè)量的結(jié)果如下表(按ioo支樣品統(tǒng)計(jì)值)。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例3:采用下表配方，摩爾比Mn:Ni:Cu=l.5:1.5:3<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>采用實(shí)施例1相同的工藝,燒結(jié)溫度為113(TC，保溫2.5小時(shí)，樣品在25'C、5(TC恒溫槽測(cè)試結(jié)果(IOO支樣品統(tǒng)計(jì)值)如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3的結(jié)果表明，在Mn:Ni:Cu=(1.5-2.0):(1.5-2.0):(3.0-2.O)范圍內(nèi)，SiC用量在3-8%以內(nèi)A1203用量為0.2-0.5%,Nb205用量在0.1-0.2%范圍,材料的電阻在l-2KQcm范圍，B25/50二900-1700K，是典型的高電阻率、低B值熱敏材料。權(quán)利要求1、一種高電阻率/低B值熱敏材料，其主配方為Mn-Ni-Cu的金屬氧化物，其特征在于在主配方中加SiC、Al2O3、Nb2O5作為摻雜物，經(jīng)陶瓷工藝制成具有尖晶石結(jié)構(gòu)的熱敏材料。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電阻率/低B值熱敏材料，其特征在于主配方中Mn、Ni、Cu的摩爾比依次為1.5-2.0:1.5-2.0:2.0-3.0,相應(yīng)的氧化物為Mn304、NiO和CuO。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高電阻率/低B值熱敏材料，其特征在于摻雜物中每種占主配方氧化物的重量百分比為SiC為3-8%，八1203為0.2-0.5%，恥205為0.1-0.2%。4、一種權(quán)利要求l所述的高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，其特征在于在主配方中加入SiC、A1203、恥205作為摻雜物，經(jīng)陶瓷工藝制成具有尖晶石結(jié)構(gòu)的熱敏材料；陶瓷工藝是按照主配方比例和摻雜物比例配好料混合進(jìn)行8小時(shí)的一次球磨并烘干，在750'C下預(yù)燒2-3小時(shí)后進(jìn)行8小時(shí)的二次球磨并烘干，然后加入粘合劑造成80-150目的顆粒，壓制成各種直徑和厚度的圓片，在1080-115(TC的高溫下燒結(jié)2.5-3小時(shí)。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，其特征在于粘合劑是重量濃度為10%的聚乙烯醇溶液，加入量為主配方與摻雜物總重量的20-25%。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，其特征在于高溫?zé)Y(jié)的燒結(jié)曲線為室溫-50(TC500°C500°C-800°C800°C800。C-燒結(jié)溫度燒結(jié)溫度升溫速度0.6°C/min恒溫60min升溫速度1.0°C/min恒溫60min升溫速度2.0°C/min恒溫2.5-3.0小時(shí)燒結(jié)溫度-800°C降溫速度0.8°C/min800°C-200°C隨爐降溫后取出；燒結(jié)溫度為1080-1150°C，燒結(jié)密度為4.9-5.lg/cm3。7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，其特征在于一次球磨步驟中，按料水乙醇磨球=1.0:0.6:0.4:1.5的重量比例，其中料為主配方與摻雜物的總和，乙醇為無水乙醇，磨球?yàn)殇喦颍缓笤贗O(TC下烘干到每千克料含水量為0.4克；二次球磨與一次球磨相同。8.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，其特征在于壓制成的圓片的壓制密度為3.2-3.6g/cm3。9.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，其特征在于燒結(jié)步驟后進(jìn)行電極制作將燒結(jié)后的材料兩面用250目絲網(wǎng)印刷銀漿電極，銀電極烘烤溫度23(TC，烘烤時(shí)間15-30min，還原溫度800-830°C，還原時(shí)間25min。全文摘要一種高電阻率/低B值熱敏材料，是由Mn-Ni-Cu過度金屬的氧化物Mn<sub>3</sub>O<sub>4</sub>、NiO和CuO作主配方，其中摻入SiC、Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、和Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>作為摻雜物，經(jīng)陶瓷工藝制成具有尖晶石結(jié)構(gòu)的熱敏材料；材料在25℃時(shí)的電阻率為1-2KΩcm，25℃-50℃溫區(qū)的B值為900K-1700K。高電阻率/低B值熱敏材料的制備方法，由如下步驟依次組成一次球磨——預(yù)燒——二次球磨——造?！尚汀獰Y(jié)——電極制作。電阻率的均勻性為±5％，B值均勻性優(yōu)于±2％，該材料特別適合用于制作特種汽車專用熱敏電阻，寬溫區(qū)測(cè)溫和特種傳感器的溫度補(bǔ)償元件。文檔編號(hào)C04B35/45GK101492289SQ20091001360公開日2009年7月29日申請(qǐng)日期2009年1月4日優(yōu)先權(quán)日2009年1月4日發(fā)明者倩劉,陶明德申請(qǐng)人:山東中廈電子科技有限公司