一種三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料及其制備方法，該熱敏電阻材料在溫度100°c—600°C范圍具有明顯的負溫度系數(shù)特性，是一種適用于制造寬溫區(qū)熱敏電阻器的新型熱敏電阻材料。
【背景技術】
[0002]通常認為使用溫區(qū)能達到250°C或更寬的熱敏電阻為寬溫區(qū)熱敏電阻器。寬溫區(qū)熱敏電阻器是替代工業(yè)用金屬傳感器的理想產品，具有廣闊的前景，成為熱敏電阻領域主攻的四大課題之一。寬溫區(qū)熱敏電阻器一般是為配合數(shù)字儀表而使用的。這要求寬溫區(qū)熱敏電阻器在使用溫區(qū)內阻值變化不超過三個數(shù)量級和高溫端阻值不能太小，即獲得寬溫區(qū)元件的技術關鍵是研制一種低B (材料常數(shù))值、高阻值且具有良好穩(wěn)定性的熱敏材料。已被大量研宄和應用的過渡金屬氧化物多元系陶瓷是一類性能較穩(wěn)定的負溫度系數(shù)熱敏材料，但幾乎所有研宄結果都表明，對這類材料難以獲得低B高阻特性，其原因在于這類材料的主晶相通常為尖晶石結構，當材料電阻率大時，其B值也大，反之，電阻率小的材料，B值也小。這也促進了寬溫區(qū)溫熱敏電阻材料的研宄，給新型寬溫區(qū)熱敏電阻材料的開發(fā)提出了新的挑戰(zhàn)性課題。
[0003]我們對氧化物固相法制備的CaCeNbWO8熱敏電阻材料電學性能進行了初步研宄，其材料常數(shù)為9600K，為了拓寬使用溫區(qū)，需要降低其B值。考慮到Y2O3的耐高溫性能，且Y3+與Ca2+具有相近的離子半徑，Y3+取代Ca2+后會產生電子，為了維持電中性，產生的電子將通過Ce4+轉變?yōu)镃e 3+離子來補償，導致Ce 3+離子濃度增大，載流子濃度增大，進而導致B值降低。
[0004]本發(fā)明從CaCeNbWO8的半導體特性出發(fā)，通過Y2O3摻雜設計合成了具有單一白鎢礦結構的YxCahCeNbWO8(O彡0.2)寬溫區(qū)(100°C — 600°C )熱敏電阻材料。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料及其制備方法，該材料以分析純碳酸鈣、二氧化鈰、五氧化二鈮、三氧化鎢、三氧化二釔為原料，經(jīng)混合研磨、煅燒、冷等靜壓成型、高溫燒結、涂燒電極，即可得到Y2O3摻雜的具有白鎢礦結構的YxCa1ICeNbWO8陶瓷材料，材料常數(shù)為B獻/600Γ =5600Κ—9600Κ，100 °C電阻率為1.34X 16 Qcm-1.27X 18 Ω cm, 600°C高溫老化300小時后阻值變化率在-3%以內。采用本發(fā)明制備的熱敏電阻材料性能穩(wěn)定，一致性好，該熱敏電阻材料在100 °C — 600 °C范圍具有明顯的負溫度系數(shù)特性，材料體系電性能穩(wěn)定，一致性好，老化性能穩(wěn)定，適合制造寬溫區(qū)熱敏電阻器。
[0006]本發(fā)明所述的一種三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料，該熱敏電阻材料以碳酸媽、二氧化鐘、五氧化二銀、三氧化鶴和三氧化二紀為原料，其化學組成為YxCanCeNbWO8,其中O彡< 0.2。
[0007]所述的三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料的制備方法，按下列步驟進行:
a、首先按YxCahCeNbWO8的組成，分別稱取碳酸鈣、二氧化鈰、五氧化二鈮、三氧化鎢、三氧化二釔進行混合，將混合的原料置于瑪瑙研缽中研磨4一8小時，得到粉體；
b、將步驟a中研磨好的粉體在溫度1000°C— 1200°C煅燒I一3小時，研磨3—6小時后即得 YxCahCeNbWO8粉體；
c、將步驟b得到的粉體材料以15— 30Kg/cm2的壓力進行壓塊成型，時間為0.2-2分鐘，將成型的塊體材料進行冷等靜壓，在壓強為300—400MPa下保壓I一3分鐘，然后于溫度1200°0—1300°0燒結5 —10小時，制得寬溫區(qū)熱敏陶瓷材料；
d、將步驟c燒結的陶瓷材料正反兩面涂覆鉑漿電極，然后于溫度1000°C下退火30分鐘，即可得到溫度范圍為100°C—600°C，材料常數(shù)為4Q(rc/6Q(rc=5600K—9600K，100°C電阻率為1.34X 16 Qcm-L 27 X 18 Ω cm，溫度600°C高溫老化300小時后阻值變化率在-3%以內的三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料。
[0008]本發(fā)明所述的三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料，采用固相法將釔、鈣、鈰、鈮、鎢的氧化物進行混和研磨、煅燒、混合、再研磨即得負溫度系數(shù)熱敏電阻粉體材料，再將該粉體材料片式冷等靜壓成型，高溫燒結后正反兩面涂燒鉑漿電極獲得熱敏電阻圓片，該圓片熱敏電阻為稀土氧化物Y2O3摻雜的具有白鎢礦結構的Y ^rCa1ICeNbWO8的陶瓷材料，其材料常數(shù)為戽。ere/6(l(rc=5600K — 96OOK,溫度 100°C 電阻率為 1.34X 16 Qcm-1.27 X 18 Qcm,溫度600°C高溫老化300小時后阻值變化率在-3%以內。采用本發(fā)明所述方法制備的三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料性能穩(wěn)定，一致性好，該熱敏電阻材料在溫度100°C —600°C范圍具有明顯的負溫度系數(shù)特性，適合制造寬溫區(qū)熱敏電阻器。
【具體實施方式】
[0009]實施例1
a、首先按CaCeNbWO8的組成，分別稱取分析純碳酸鈣、二氧化鈰、五氧化二鈮、三氧化鎢進行混合，將混合的原料置于瑪瑙研缽中研磨4小時，得到粉體；
b、將步驟a中研磨好的粉體在溫度1000°C煅燒I小時，研磨3小時后即得CaCeNbWO8粉體；
c、將步驟b得到的粉體材料以20Kg/cm2的壓力進行壓塊成型，時間為I分鐘，將成型的塊體材料進行冷等靜壓，在壓強為300MPa下保壓2分鐘，然后于溫度1200°C燒結5小時，制得寬溫區(qū)熱敏陶瓷材料；
d、將步驟c燒結的陶瓷材料正反兩面涂覆鉑漿電極，然后于1000°C下退火30分鐘，即可得到溫度范圍為100°C — 600°C，材料常數(shù)為/6Q(rc =9600K，溫度100°C電阻率為1.27 X 18 Ω cm，溫度600°C高溫老化300小時后阻值變化率為-0.31%的三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料。
[0010]實施例2
a、首先按YaKaa9CeNbWO8的組成，分別稱取碳酸鈣、二氧化鈰、五氧化二鈮、三氧化鎢、三氧化二釔進行混合，將混合的原料置于瑪瑙研缽中研磨6小時，得到粉體；
b、將步驟a中研磨好的粉體在溫度11000C煅燒3小時，研磨4小時后即得Y。.Aaa9CeNbTO8粉體； C、將步驟b得到的粉體材料以15Kg/cm2的壓力進行壓塊成型，時間為0.2分鐘，將成型的塊體材料進行冷等靜壓，在壓強為300MPa下保壓I分鐘，然后于溫度1200°C燒結9小時，制得寬溫區(qū)熱敏陶瓷材料；
d、將步驟c燒結的陶瓷材料正反兩面涂覆鉑漿電極，然后于1000°C下退火30分鐘，即可得到溫度范圍為100°C — 600°C，材料常數(shù)為爲Q(rc/6(l(rc=6500K，溫度100°C電阻率為
3.84X 106Qcm，溫度600°C高溫老化300小時后阻值變化率為-1.5%的三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料。
[0011] 實施例3
a、首先按Ya2Caa8CeNbWO8的組成，分別稱取分析純碳酸鈣、二氧化鈰、五氧化二鈮、三氧化鎢、三氧化二釔進行混合，將混合的原料置于瑪瑙研缽中研磨8小時，得到粉體；
b、將步驟a中研磨好的粉體在溫度12000C煅燒2小時，研磨6小時后即得Ya2Caa8CeNbTO8粉體；
c、將步驟b得到的粉體材料以30Kg/cm2的壓力進行壓塊成型，時間為2分鐘，將成型的塊體材料進行冷等靜壓，在壓強為400MPa下保壓3分鐘，然后于溫度1300°C燒結10小時，制得寬溫區(qū)熱敏陶瓷材料；
d、將步驟c燒結的陶瓷材料正反兩面涂覆鉑漿電極，然后于1000°C下退火30分鐘，即可得到溫度范圍為100°C — 600°C，材料常數(shù)為爲Q(rc/6(l(rc=5600K，溫度100°C電阻率為
1.34X 106Qcm，溫度600°C高溫老化300小時后阻值變化率為_3%的三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料。
【主權項】
1.一種三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料，其特征在于該熱敏電阻材料以碳酸媽、二氧化鐘、五氧化二銀、三氧化鶴和三氧化二紀為原料，其化學組成為YxCanCeNbWO8,其中 OS 0.2。
2.根據(jù)權利要求1所述的三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料的制備方法，其特征在于按下列步驟進行: a、按YxCapxCeNbWO8的組成，分別稱取碳酸媽、二氧化鐘、五氧化二銀、三氧化鶴、三氧化二釔進行混合，將混合的原料置于瑪瑙研缽中研磨4-8小時，得到粉體； b、將步驟a中研磨好的粉體在溫度1000°C— 1200°C煅燒1_3小時，研磨3— 6小時后即得 YxCahCeNbWO8粉體； c、將步驟b得到的粉體材料以15-30Kg/cm2的壓力進行壓塊成型，時間為0.2-2分鐘，將成型的塊體材料進行冷等靜壓，在壓強為300-400MPa下保壓1_3分鐘，然后于溫度12000C -1300°C燒結5-10小時，制得寬溫區(qū)熱敏陶瓷材料； d、將步驟c燒結的陶瓷材料正反兩面涂覆鉑漿電極，然后于溫度1000°C下退火30分鐘，即可得到溫度范圍為100 °C -600 °C，材料常數(shù)為^cicrc/6Q(rc=5600K-9600K，溫度100 °C電阻率為1.34X 16 Qcm-L 27 X 18 Ω cm，溫度600 °C高溫老化300小時后電阻值變化率在-0.31%——3%的三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三氧化二釔摻雜的寬溫區(qū)熱敏電阻材料及其制備方法，該材料以分析純碳酸鈣、二氧化鈰、五氧化二鈮、三氧化鎢、三氧化二釔為原料，經(jīng)混合研磨、煅燒、冷等靜壓成型、高溫燒結、涂燒電極，即可得到Y2O3摻雜的具有白鎢礦結構的YxCa1-xCeNbWO8陶瓷材料，材料常數(shù)為B300℃/600℃=5600K-9600K，溫度100℃電阻率為1.34×106Ωcm-1.27×108Ωcm,溫度600℃高溫老化300小時后阻值變化率在-3%以內。采用本發(fā)明制備的熱敏電阻材料性能穩(wěn)定，一致性好，該熱敏電阻材料在溫度100℃-600℃范圍具有明顯的負溫度系數(shù)特性，材料體系電性能穩(wěn)定，一致性好，老化性能穩(wěn)定，適合制造寬溫區(qū)熱敏電阻器。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-495
【公開號】CN104692802
【申請?zhí)枴緾N201510137448
【發(fā)明人】張博, 趙長江, 趙青, 常愛民
【申請人】中國科學院新疆理化技術研究所
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月27日