专利名称：一种含镁四元系负温度系数热敏电阻材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高B低阻、稳定性好、精度高的一种含镁四元系负温度系数热敏电阻材料。
背景技术：
负温度系数(NTC)热敏电阻具有高灵敏度、微型的特点，在许多家电、信息行业需求极大，但传统的热敏电阻器的参数指标已不能满足目前市场需求，开发具有高B值，低阻值且稳定性好、精度高可用于抑制浪涌电流的热敏电阻器有很好的市场前景。传统的NTC 热敏电阻陶瓷材料一般由锰、钴、镍等过度金属的氧化物组成，这类热敏材料B值高，其电阻率高，B值低，其电阻率也低，很难获得高B值，低阻值(B ^ 3600K、RS 1000 Ω )特性的电阻器。为了生产出高B值，低阻值且稳定性好可用于抑制浪涌电流的NTC热敏电阻元件， 其关键就是要从材料体系的组成和配比上加以改进。本发明针对目前亟需的高B低阻、稳定性好、精度高的NTC元器件为背景，根据对热敏电阻材料B值、阻值和可靠性的需求为依据，对原材料体系、配方、制备方法及烧结工艺等方面进行了设计与优化，首先对材料体系和配方进行研究，在传统的MnCoNiO三元系材料基础上加入适量的MgO，组成MnNiCoMgO四元系材料，使元件的参数、稳定性及精度方面达到要求；此外对粉体材料的制备方法及烧结工艺进行大量试验使其得到优化，采用二次湿法球磨的方式制备热敏材料粉体，得到的粉体微细、均勻；该类电阻材料制成的热敏电阻器具有成品率高、互换性好、稳定性好以及可靠性高的特点。
发明内容
本发明目的在于，研制一种高B低阻、稳定性好、精度高的含镁四元系负温度系数热敏电阻材料，该电阻材料是以锰、钴、镍、镁的氧化物为原料，采用氧化物固相法制备粉体材料，粉体经干燥、煅烧、预压成型、烧结、涂烧电极后制成Φ IOmmX 1.5mm的圆片。该电阻材料具有高B低阻、稳定性好、精度高的特点，适用于抑制浪涌电流及冰箱、空调等的温度测量、控制和线路补偿。本发明所述的一种含镁四元系负温度系数热敏电阻材料，该电阻材料是以锰、钴、镍、镁的氧化物为原料，各组分的配比为原子百分比锰41. 67%、镍25%、钴 23. 33% -30% M 3. 33% -10%。所述的含镁四元系负温度系数热敏电阻材料的制备方法，按下列步骤进行a、按原子百分比分别称取锰、钴、镍、镁的氧化物粉体置于行星式球磨机中，采用去离子水为分散介质，进行球磨，时间；b、将步骤a中的浆料进行洗涤，于温度90°C下烘干Mh后取出手工研磨分散，得到的粉体在温度950°c煅烧池；C、将步骤b中煅烧后粉体采用去离子水为分散介质，再次于行星式球磨机中球磨，时间12h ；
d、将步骤c中的浆料进行洗涤，于温度90°C下烘干Mh后取出手工研磨分散，得到负温度系数热敏电阻粉体材料；e、将步骤d得到的粉体材料以30-40Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为 Ι-lOmin，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300-400ΜΙ^下保压Ι-lOmin，然后于温度1150-1250°C高温烧结2-3h，即可得到负温度系数热敏电阻材料；步骤a和步骤c球磨罐中各物质重量比为料球水=1 2. 5 1。步骤d粉体材料的平均颗粒度为1. 374-1. 648 μ m。f、本发明所述的含镁四元系负温度系数热敏电阻材料，该电阻材料的主要原料是 MnO2, Co2O3> Ni203、MgO，适量加入的MgO可以与Mn02、Co203、Ni2O3形成良好的尖晶石结构的固溶体，Mg2+的离子半径约为0. 078nm，倾向于占据尖晶石结构的四面体空隙，增大材料体系中起导电作用的载流子浓度，有助于降低材料的电阻率同时又能够兼具传统的锰、 钴、镍三元系材料的稳定性；采用氧化物固相法制备热敏电阻粉体，能够进行工业化大规模生产，通过二次湿法球磨工艺，控制料、球、水的重量比例和球磨时间可得到微细、均勻的前驱体粉末，后经干燥、煅烧，最后制得分散均勻的锰、钴、镍、镁混合氧化物粉体；将粉体压块成型、等静压和烧结后制成负温度系数热敏电阻材料，再将制备的热敏电阻材料正反两面涂烧银电极，采用镀锡铜线为引线、得到Φ IOmmX 1.5mm的圆片材料，将得到的热敏电阻材料在温度150°C连续老化500h后，阻值变化率仅为-4%，电学参数为氏5/5。= 3630-3720K士0. 5%，P25r= 1270-3522 Ω · cm士3%，证实了材料的稳定性及可靠性。该材料具有高B低阻、一致性好、稳定性高、精度高、可重复的特点，适用于抑制浪涌电流及冰箱、空调等的温度测量、控制和线路补偿。本发明所述的含镁四元系负温度系数热敏电阻材料，该电阻材料的特点为在传统的MnCoNiO三元系NTC热敏电阻陶瓷材料中加入适量Mg0，Mg0可以与Μη02、 Co203、Ni203形成良好的尖晶石结构的固溶体，且Mg离子倾向于占据尖晶石结构的四面体空隙，能够抑制MO以第二相析出，得到单相尖晶石结构，增大材料体系中起导电作用的载流子浓度，有助于降低材料的电阻率同时又能够兼具传统的MnCoMO三元系材料的稳定性， 使得该材料体系具有高B值，而低阻值的特性且又具有较好的稳定性好。本发明采用二次湿法球磨的方式制备热敏材料粉体，得到的粉体微细、均勻，平均颗粒度为1. 374-1. 648 μ m,使得热敏电阻材料具有较好的一致性、稳定性、可重复性，从而保证热敏电阻器的精度。
具体实施例方式实施例1a、按原子百分比分别称取 Μη&41. 67%、Co20323. 33% ,Ni20325% ,MgO 10%粉体置于行星式球磨机中，采用去离子水为分散介质，进行球磨，时间他，球磨罐中各物质重量比为料球水=1 2. 5 1 ；b、将步骤a中的浆料进行洗涤，于温度90°C下烘干Mh后取出手工研磨分散，得到的粉体在温度950°c煅烧池；C、将步骤b中煅烧后粉体采用去离子水为分散介质，再次于行星式球磨机中球
4磨，时间12h，球磨罐中各物质重量比为料球水=1 2.5 1 ；d、将步骤c中的浆料进行洗涤，于温度90°C下烘干Mh后取出手工研磨分散，得到负温度系数热敏电阻粉体材料，平均颗粒度为1. 374-1. 498 μ m ；e、将步骤d得到的粉体材料以30Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为lmin，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300MI^下保压lmin，然后于温度1150°C高温烧结 2h,即可得到负温度系数热敏电阻材料；再将步骤e烧结的陶瓷块体材料正反两面涂烧银电极，采用镀锡铜线为引线，得到尺寸为Φ IOmmXl. 5mm的圆片。将得到的热敏电阻圆片材料于温度150°C老化500h，检测其阻值变化率为 1.48%，电学参数为 B25/5Q = 3661 士0. 5%，P25r= 1270 Ω ·ο ±3%。适用于抑制浪涌电流及冰箱、空调等的温度测量、控制和线路补偿。实施例2a、按原子百分比分别称取 Μη&41. 67%, Co20330 %, Ni20325 %、MgO 3. 33% 置于行星式球磨机中，采用去离子水为分散介质，进行球磨，时间他，球磨罐中各物质重量比为料球水=1 2. 5 1 ；b、将步骤a中的浆料进行洗涤，于温度90°C下烘干Mh后取出手工研磨分散，得到的粉体在温度950°c煅烧池；C、将步骤b中煅烧后粉体采用去离子水为分散介质，再次于行星式球磨机中球磨，时间12h，球磨罐中各物质重量比为料球水=1 2. 5 1 ；d、将步骤c中的浆料进行洗涤，于温度90°C下烘干Mh后取出手工研磨分散，得到负温度系数热敏电阻粉体材料，平均颗粒度为1. 014-1. 608 μ m ；e、将步骤d得到的粉体材料以40Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为lOmin，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为400MPa下保压lOmin，然后于温度1250°C高温烧结 3h，即可得到负温度系数热敏电阻材料；再将步骤e烧结的陶瓷块体材料正反两面涂烧银电极，采用镀锡铜线为引线，得到尺寸为Φ IOmmXl. 5mm的圆片，将得到的热敏电阻圆片材料于温度150°C老化500h，检测其阻值变化率为 1.09%，电学参数为 B25/5Q = 3717K士0. 5%，P25r= 2818 Ω ·ο ±3%。适用于抑制浪涌电流及冰箱、空调等的温度测量、控制和线路补偿。实施例3a、按原子百分比分别称取 Μη&41. 67%、Co20326. 33%、Ni20325%、MgO 7%置于行星式球磨机中，采用去离子水为分散介质，进行球磨，时间他，球磨罐中各物质重量比为料球水=1 2. 5 1 ；b、将步骤a中的浆料进行洗涤，于温度90°C下烘干Mh后取出手工研磨分散，得到的粉体在温度950°C煅烧池；C、将步骤b中煅烧后粉体采用去离子水为分散介质，再次于行星式球磨机中球磨，时间12h，球磨罐中各物质重量比为料球水=1 2. 5 1 ；d、将步骤c中的浆料进行洗涤，于温度90°C下烘干Mh后取出手工研磨分散，得到负温度系数热敏电阻粉体材料，平均颗粒度为1. 398-1. 648 μ m ；e、将步骤d得到的粉体材料以35Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为5min，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为350MI^下保压5min，然后于温度1200°C高温烧结
52. 5h，即可得到负温度系数热敏电阻材料；再将步骤e烧结的陶瓷块体材料正反两面涂烧银电极，采用镀锡铜线为引线，得到尺寸为Φ IOmmXl. 5mm的圆片，将得到的热敏电阻圆片材料于温度150°C老化500h，检测其阻值变化率为 3. 86%，电学参数为 B25/5。= 3717K士0.5%，P25r= 3522 Ω .cm±3%。适用于抑制浪涌电流及冰箱、空调等的温度测量、控制和线路补偿。
权利要求
1.一种含镁四元系负温度系数热敏电阻材料，其特征在于该电阻器是以锰、钴、镍、镁的氧化物为原料，各组分的配比为原子百分比锰41. 67%、镍25%、钴23. 33% -30%、镁 3. 33% -10%。
2.根据权利要求1所述的含镁四元系负温度系数热敏电阻材料的制备方法，其特征在于按下列步骤进行a、按原子百分比分别称取锰、钴、镍、镁的氧化物粉体置于行星式球磨机中，采用去离子水为分散介质，进行球磨，时间他；b、将步骤a中的浆料进行洗涤，于温度90°C下烘干Mh后取出手工研磨分散，得到的粉体在温度950°C煅烧池；C、将步骤b中煅烧后粉体采用去离子水为分散介质，再次于行星式球磨机中球磨，时间 12h ；d、将步骤c中的浆料进行洗涤，于温度90°C下烘干24h后取出手工研磨分散，得到负温度系数热敏电阻粉体材料；e、将步骤d得到的粉体材料以30-40Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为1-lOmin， 将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300-400MI^下保压Ι-lOmin，然后于温度 1150-1250°C高温烧结2-3h，即可得到负温度系数热敏电阻材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤a和步骤c球磨罐中各物质重量比为料球水=1 2. 5 1。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤d粉体材料的平均颗粒度为 1. 374-1. 648 μ m。
全文摘要
本发明涉及一种含镁四元系负温度系数热敏电阻材料，该电阻材料是以锰、钴、镍、镁的氧化物为原料，采用氧化物固相法制备粉体材料，粉体经干燥、煅烧、预压成型、烧结后制成。将得到的热敏电阻材料在温度150℃连续老化500h后，阻值变化率仅为1％-4％，电学参数为B25/50＝3630-3720K±0.5％，ρ25℃＝1270-3522Ω·cm±3％，证实了材料的稳定性及可靠性。该电阻材料具有高B低阻、稳定性好、精度高的特点，适用于抑制浪涌电流及冰箱、空调等的温度测量、控制和线路补偿。
文档编号C04B35/01GK102249648SQ20111008206
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月1日 优先权日2011年4月1日
发明者常爱民, 张惠敏, 彭昌文 申请人:中国科学院新疆理化技术研究所