專利名稱：一種高電阻、低b值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器
背景技術(shù)：
性能優(yōu)異的復(fù)合NTC熱敏陶瓷材料在溫度測量、控制、補償及通訊設(shè)備等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，對高電阻、低B值熱敏電阻材料的需求日益增加。通常AB204型尖晶石結(jié)構(gòu)為NTC熱敏電阻材料的主晶相，隨著對寬溫區(qū)高電阻、低B值材料的需求，尖晶石結(jié)構(gòu)的材料顯現(xiàn)出一定局限性，即當(dāng)材料電阻率較高時其B值亦必大，反之亦然，同時尖晶石結(jié)構(gòu)組成的多元系陶瓷材料的穩(wěn)定性較差，燒結(jié)后材料處于非平衡狀態(tài)，造成材料電學(xué)特性改變，以上兩點制約了 NTC熱敏元件廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域；當(dāng)我們依靠改變組分、摻雜改性及改變燒結(jié)氣氛、燒結(jié)制度來控制微觀結(jié)構(gòu)，不僅效率低、消耗大、帶有篩選性，有時甚至無法做到，此時探索新的NTC熱敏電阻材料變得尤為重要，通過在高B值的尖晶石相中復(fù)合一種低B值的鈣鈦礦相，而使尖晶石相中電阻值變化較小，以此達(dá)到高電阻、低B值在寬溫區(qū)使用的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，研制一種高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，該電阻是由原
料鑭、鉻、鋁、硅的氧化物和原料錳、鎳、鉻、鋯的氧化物分別進(jìn)行研磨，煅燒，制得顆粒大小
均勻，分散性好的單一相材料，再經(jīng)雙相混合，研磨，高溫?zé)Y(jié)，封裝，即可得到高電阻、低B
值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，其參數(shù)為R。。c二 12KQ士2X，B值為2050K士3X。本發(fā)明具有制
備工藝簡單，操作方便和質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點，可在較寬溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行測溫、控溫及線路補償，與
共沉淀法相比大大降低了元件的生產(chǎn)成本，同時節(jié)約能源、生產(chǎn)效率顯著提高。 本發(fā)明所述的 一 種高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，該電阻
是由原料鑭、鉻、鋁、硅的氧化物，各組分原子比為La : Cr : Al : Si =
0.6-1.0 : 1.1-0.4 : 0.1-0.3 : o.2-o.3和原料錳、鎳、鉻、鋯的氧化物，各組分的原子比
為Mn : Ni : Cr : Zr = 2.2-2.7 : 0. 05-0. 15 : 0. 06-0. 1 : 0. 05-0. 69，分別進(jìn)行石開磨，
煅燒，制得顆粒大小均勻，分散性好的單一相材料，再經(jīng)雙相混合、研磨、高溫?zé)Y(jié)，封裝，即
可得到高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。 所述高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的制備方法，按下列步驟進(jìn)行 a、將原料鑭、鉻、鋁、硅的氧化物采用氧化物法研磨5-8h，于950-100(TC空氣氣氛
下煅燒1. 5-2. 5h，二次研磨5-8h，得到單一鈣鈦礦相氧化物粉體，備用； b、將原料錳、鎳、鉻、鋯的氧化物采用氧化物法研磨5-8h，于950-100(TC空氣氣氛
下煅燒1. 5-2. 5h，二次研磨5-8h，得到單一尖晶石相氧化物粉體，備用； c、將步驟a和步驟b兩種氧化物混合研磨2-5h，得到雙相混合的氧化物粉體； d、將雙相混合的氧化物粉體成型，在空氣氣氛下以1_3°C /min的速率加熱到
1030-1 IO(TC ，保溫30-60min，再以3-5 。C /min速率加熱到1250-1350 °C ，燒結(jié)并保溫
31. 5-3h，降溫速率為1_3°C /min，即得雙相復(fù)合負(fù)溫度系數(shù)熱敏陶瓷材料； e、將雙相復(fù)合陶瓷材料按常規(guī)方法進(jìn)行封裝，測試，即可得到高電阻、低B值負(fù)溫
度系數(shù)熱敏電阻器，參數(shù)為Ro。c= 12KQ 士2X，B值為2050K±3%。 步驟a單一f丐鈦礦相氧化物粉體顆粒尺寸為50-100nm。 步驟b單一尖晶石相氧化物粉體顆粒尺寸為80-120nm。 步驟c兩種氧化物的比例為按質(zhì)量比鑭、鉻、鋁、硅的氧化物錳、鎳、鉻、鋯的氧化物=1 : 2-5。 本發(fā)明針對寬溫區(qū)使用的高電阻、低B值材料為研究對象，通過材料配方優(yōu)化、研磨時間、煅燒溫度的選擇，獲得顆粒大小均勻、分散性好、性能穩(wěn)定、晶相結(jié)構(gòu)較好的單相氧化物材料，其中LaCrAlSiO粉體顆粒尺寸在50-100nm， MnNi CrZrO粉體顆粒尺寸在80-120nm，兩種相結(jié)構(gòu)的粒徑尺寸相差不大，這對此后雙相復(fù)合材料的均勻性和電學(xué)參數(shù)的一致性提供了保障。 此后將兩種相結(jié)構(gòu)的氧化物材料混合，對鈣鈦礦相、尖晶石相氧化物材料的質(zhì)量比、材料的精確稱量、研磨時間以及成型工藝的調(diào)整、高溫?zé)Y(jié)制度的優(yōu)化等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，得到致密度高、穩(wěn)定性好的負(fù)溫度系數(shù)熱敏陶瓷雙相復(fù)合材料。 本發(fā)明通過對制備單一相結(jié)構(gòu)和雙相混合材料條件的優(yōu)化，特別對影響復(fù)合材料成瓷的關(guān)鍵因素，如成型后高溫?zé)Y(jié)溫度、燒結(jié)速率、保溫時間等進(jìn)行控制，在本發(fā)明中采用氧化物混合法制備不同相結(jié)構(gòu)以及雙相復(fù)合材料，該方法可保證產(chǎn)品具有一致性好、可靠性高、穩(wěn)定性好的特點。 本發(fā)明所述的一種高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，其特點為 鈣鈦礦相材料的選擇，由于鈣鈦礦具有良好的導(dǎo)電性、高溫穩(wěn)定性以及低電阻、低
B值的特點，當(dāng)與高B值的尖晶石相結(jié)合時，具有很好的兼容性，此外選擇氧化鑭為主要成
分之一，是由于鑭系材料具有穩(wěn)定性好、低電阻、低B值的特點。 為了使兩種相結(jié)構(gòu)的材料很好的兼容，采用長時間混合研磨的方式，使兩種相結(jié)
構(gòu)材料顆粒細(xì)小、成分均勻，材料致密度提高、氣孔率下降，增強材料的熱穩(wěn)定性。 采用鈣鈦礦相與尖晶石相雙相復(fù)合化，由于復(fù)合材料復(fù)合度、聯(lián)結(jié)型可進(jìn)行調(diào)整
和改變，可達(dá)到單一材料所不能獲得的優(yōu)良性能，還會由于乘積效應(yīng)而產(chǎn)生單一材料和技
術(shù)無法得到的全新特性，通過在高B值的尖晶石相中復(fù)合一種低B值的鈣鈦礦相，而使尖晶
石相中阻值變化較小，以此實現(xiàn)復(fù)合材料的高電阻、低B值效果。 復(fù)合材料高溫?zé)Y(jié)制度的優(yōu)化，在高溫?zé)Y(jié)成瓷過程中，伴隨著溫度的升高，體積收縮，致密度逐漸增大，在燒結(jié)成瓷初期，晶粒初步生長，體積收縮和密度變化明顯，此過程若升溫速率太快，易導(dǎo)致晶粒過快生長及晶體內(nèi)缺陷形成，固在高溫?zé)Y(jié)過程采用兩步升溫方式，在第一段升溫過程中盡量使升溫速率慢，并保溫一段時間，以保證晶粒發(fā)育完整，陶瓷體積收縮時的缺陷減少，在燒結(jié)成瓷中后期，材料逐漸致密化，晶粒生長充分，氣孔封閉，則可使升溫速率較燒結(jié)初期快。 降溫過程使速率盡可能減慢，這是由于降溫速率的快慢決定了材料體系熱平衡恢復(fù)的程度，對材料的穩(wěn)定性起著關(guān)鍵的作用，若快速降溫，則打破了體系的熱平衡，進(jìn)而使材料的熱穩(wěn)定性降低；此外降溫過快，使陶瓷材料中心與表面形成溫度梯度，導(dǎo)致材料的電阻呈現(xiàn)徑向分布，材料的一致性降低。
具體實施方式
實施例1 a、以分析純的La203、 Cr203、 A1203和Si02為原材料，其中各組分原子比為
La : cr : Ai : si = 0.6 : 1.1 : o. i : o. 2，采用氧化物法將各組分混合，研磨6h，于
95(TC空氣氣氛下煅燒2. 5h，二次研磨6h，得到單一鈣鈦礦相氧化物粉體，其粉體顆粒尺寸為50nm備用； b、以分析純的Mn02、 Ni203、 Cr203和Zr02為原材料，其中各組分原子比為Mn : Ni : Cr : Zr = 2. 2 : 0. 05 : 0.06 : 0. 69，采用氧化物法將各組分混合，研磨6h，于95(TC空氣氣氛下煅燒2. 5h，二次研磨6h，得到單一尖晶石相氧化物粉體，其粉體顆粒尺寸為80nm，備用; c、將步驟a和步驟b兩種氧化物粉體按質(zhì)量比LaCrAlSiO : MnNiCrZrO = 1 : 2進(jìn)行混合，研磨5h，得到機械雙相混合均勻的氧化物粉體材料； d、將雙相混合的氧化物粉體成型，在空氣氣氛下以1°C /min的速率加熱到103(TC，保溫30min，再以3°C /min速率加熱到125(TC，燒結(jié)并保溫1. 5h，降溫速率為1°C /min，即得雙相復(fù)合負(fù)溫度系數(shù)熱敏陶瓷材料； e、將雙相復(fù)合陶瓷材料按常規(guī)方法進(jìn)行封裝，測試，即可得到高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，參數(shù)為Ro。c= 12KQ 士2X，B值為2050K±3% 該雙相復(fù)合陶瓷材料具有穩(wěn)定性好、可靠性高、變化率小的特點，適合用于在寬溫
區(qū)內(nèi)進(jìn)行溫度測量、控制和線路補償。 實施例2 a、以分析純的La203、 Cr203、 A1203以及Si02為原材料，其中各成分原子比為La : Cr : Al : Si = 0. 8 : 0. 75 : 0. 2 : O. 25，采用氧化物法將各組分混合，研磨5h，于溫度98(TC空氣氣氛下煅燒1. 5h，二次研磨5h，得到單一鈣鈦礦相氧化物粉體，其粉體顆粒尺寸為80nm，備用； b 、以分析純的Mn02、 Ni203、 Cr203以及Zr02為原材料，其中各成分原子比為Mn : Ni : Cr : Zr = 2.4 : 0. 1 : 0.08 : 0. 42，采用氧化物法將各組分混合，研磨5h，于溫度98(TC空氣氣氛下煅燒1. 5h，二次研磨5h，得到單一尖晶石相氧化物粉體，其粉體顆粒尺寸為100nm，備用； c、將步驟a和步驟b兩種氧化物粉體材料按質(zhì)量比LaCrAlSiO : MnNiCrZrO =1 : 3. 5進(jìn)行混合，混合研磨2h，得到雙相混合的氧化物粉體； d、將雙相混合的氧化物粉體成型，在空氣氣氛下以2°C /min的速率加熱到106(TC，保溫45min，再以4°C /min速率加熱到1300°C，燒結(jié)并保溫2h，降溫速率為2°C /min，即得雙相復(fù)合負(fù)溫度系數(shù)熱敏陶瓷材料； e、將雙相復(fù)合陶瓷材料按常規(guī)方法進(jìn)行封裝，測試，即可得到高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，參數(shù)為Ro。c= 12KQ 士2X，B值為2050K±3%。 該雙相復(fù)合陶瓷材料具有穩(wěn)定性好、可靠性高、變化率小的特點，適合用于在寬溫
區(qū)內(nèi)進(jìn)行溫度測量、控制和線路補償。 實施例3
5
a、以分析純的La203、 Cr203、 A1203以及Si02為原材料，其中各成分原子比為
La : cr : Ai : si = i.o : 0.4 : o. 3 : o. 3，采用氧化物法將各組分混合，研磨8h，于溫
度IOO(TC空氣氣氛下煅燒2h， 二次研磨8h，得到單一鈣鈦礦相氧化物粉體，粉體顆粒尺寸 為100nm，備用; b 、以分析純的Mn02、 Ni203、 Cr203以及Zr02為原材料，其中各成分原子比為 Mn : Ni : Cr : Zr = 2. 7 : 0. 15 : 0. 1 : 0. 05，采用氧化物法將各組分混合，研磨8h，于 溫度IOO(TC空氣氣氛下煅燒2h，二次研磨8h，得到單一尖晶石相氧化物粉體，粉體顆粒尺 寸為120nm，備用; c、將步驟a和步驟b兩種氧化物分體材料按質(zhì)量比LaCrAlSiO : MnNiCrZrO = 1 : 5進(jìn)行混合，研磨3. 5h，得到雙相混合的氧化物粉體； d、將雙相混合的氧化物粉體成型，在空氣氣氛下以3°C /min的速率加熱到 110(TC，保溫60min，再以5°C /min速率加熱到1350°C，燒結(jié)并保溫3h，降溫速率為3°C / min，即得雙相復(fù)合負(fù)溫度系數(shù)熱敏陶瓷材料； e、將雙相復(fù)合陶瓷材料按常規(guī)方法進(jìn)行封裝，測試，即可得到高電阻、低B值負(fù)溫 度系數(shù)熱敏電阻器，參數(shù)為Ro。c= 12KQ 士2X，B值為2050K±3%。 該雙相復(fù)合陶瓷材料具有穩(wěn)定性好、可靠性高、變化率小的特點，適合用于在寬溫 區(qū)內(nèi)進(jìn)行溫度測量、控制和線路補償。
權(quán)利要求
一種高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，其特征在于該電阻是由原料鑭、鉻、鋁、硅的氧化物，各組分原子比為La∶Cr∶Al∶Si＝0.6-1.0∶1.1-0.4∶0.1-0.3∶0.2-0.3和原料錳、鎳、鉻、鋯的氧化物，各組分原子比為Mn∶Ni∶Cr∶Zr＝2.2-2.7∶0.05-0.15∶0.06-0.1∶0.05-0.69，分別進(jìn)行研磨，煅燒，制得顆粒大小均勻，分散性好的單一相材料，再經(jīng)雙相混合，研磨，高溫?zé)Y(jié)，封裝，即可得到高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器的制備方法，其特征在于按下列步驟進(jìn)行a、 將原料鑭、鉻、鋁、硅的氧化物采用氧化物法研磨5-8h，于950-100(TC空氣氣氛下煅燒1. 5-2. 5h，二次研磨5-8h，得到單一^鈦礦相氧化物粉體，備用；b、 將原料錳、鎳、鉻、鋯的氧化物采用氧化物法研磨5-8h，于950-100(TC空氣氣氛下煅燒1. 5-2. 5h，二次研磨5-8h，得到單一尖晶石相氧化物粉體，備用；c、 將步驟a和步驟b兩種氧化物混合研磨2-5h，得到雙相混合的氧化物粉體；d、 將雙相混合的氧化物粉體成型，在空氣氣氛下以1-3°C /min的速率加熱到1030-1 IO(TC，保溫30-60min，再以3-5 °C /min速率加熱到1250-1350 °C ，燒結(jié)并保溫1. 5-3h，降溫速率為1_3°C /min，即得雙相復(fù)合負(fù)溫度系數(shù)熱敏陶瓷材料；e、 將雙相復(fù)合陶瓷材料按常規(guī)方法進(jìn)行封裝，測試，即可得到高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，參數(shù)為R。。c= 12KQ 士2X，B值為2050K±3%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于步驟a單一鈣鈦礦相氧化物粉體顆粒尺寸為50-100nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于步驟b單一尖晶石相氧化物粉體顆粒尺寸為80-120nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于步驟c兩種氧化物的比例為按質(zhì)量比鑭、鉻、鋁、硅的氧化物錳、鎳、鉻、鋯的氧化物=i : 2-5。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，該電阻是由原料鑭、鉻、鋁、硅的氧化物和原料錳、鎳、鉻、鋯的氧化物分別進(jìn)行研磨，煅燒，制得顆粒大小均勻，分散性好的單一相材料，再經(jīng)雙相混合，研磨，高溫?zé)Y(jié)，封裝，即可得到高電阻、低B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，其參數(shù)為R0℃＝12kΩ±2％，B值為2050K±3％。本發(fā)明具有制備工藝簡單，操作方便和質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點，可在較寬溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行測溫、控溫及線路補償，與共沉淀法相比大大降低了元件的生產(chǎn)成本，同時節(jié)約能源、生產(chǎn)效率顯著提高。
文檔編號C04B35/01GK101786861SQ200910113608
公開日2010年7月28日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者常愛民, 張惠敏, 王偉 申請人:中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所