一种高电阻率低B值型负温度系数热敏电阻材料及其制备方法

本发明涉及热敏材料领域，具体是一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料及其制备方法。

背景技术：

温度传感器已广泛应用于家用电器、工业机械、医疗设备、航空航天、汽车等众多领域，尤其在汽车工业，需要温度传感器监测汽车尾气温度，进而提高燃烧效率、优化气体排放。目前，ntc热敏电阻器具有灵敏度高、响应快、体积小等特点，被认为是替代铂电阻的潜在高温温度传感器。

传统的mn-co-ni-o系尖晶石型热敏电阻材料，采用现有的配方和技术只能做到低电阻率低b值或高电阻率高b值的片式热敏电阻器，很难实现高电阻率低b值或低电阻率高b值的配方组合。根据现有的配方和技术将材料常数b做到2500k-3000k的同时，电阻率只能做到10ω·cm-100ω·cm。然而，一些已有的热敏电阻材料将材料常数b做到3400k-3500k，电阻率做到2.5×10⁴ω·cm-3.0×10⁴ω·cm或是将材料常数b做到3800k-3900k，电阻率做到4.5×10⁴ω·cm-6.0×10⁴ω·cm，即宣称做出了高电阻率低b值型热敏电阻器；但这并不属于高电阻率低b值型热敏电阻器的范畴，仍属于高电阻率高b值型热敏电阻器。还有一些发明采用厚膜工艺制备的片式高电阻率低b值热敏电阻器仅是通过调整片状电阻器的厚度和形状来改变电阻率和b值的大小，本质上仍属于低电阻率低b值型热敏电阻器，并没有做到真正意义上的高电阻率低b值型热敏电阻器。目前，ntc片状热敏电阻器主要沿着高电阻率低b值和高b值低电阻率方向发展，其主要决定因素就是材料，当前高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料在其热敏电阻领域如何稳定制备还需要深入研究。因此实现降低材料b值的同时且保持电阻率保持不变成为制造高电阻率低b值型热敏电阻材料的难点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料及其制备方法，以解决现有技术下高电阻率低b值型热敏电阻器数量较少的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料，其特征在于，所述热敏电阻材料为包含钴、镍、铝的复合氧化物，其化学式为：co3-x-ynixalyo4(0.8≤x≤1.3,0.01≤y≤0.7,1.5≤3-x-y≤1.8)。

所述的一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料，其特征在于，以四氧化三钴、三氧化二镍、氧化铝为原料制备而成，各原料的摩尔百分比如下：

四氧化三钴50%-60%，

三氧化二镍25%-40%，

氧化铝3%-20%。

所述的一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料，其特征在于，各原料的摩尔百分比优选为：

四氧化三钴50%-59%，

三氧化二镍25%-40%，

氧化铝3%-17%。

所述的一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料，其特征在于，所述热敏电阻材料的材料常数b=1900k-3000k，热敏电阻材料在温度为25^oc时电阻率ρ为2.0×10⁴ω·cm-6.0×10⁴ω·cm。

一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、分别按各原料的摩尔百分比称取四氧化三钴、三氧化二镍和氧化铝后进行混合，然后加入无水乙醇试剂球磨10-14小时，得到粉体a；

步骤2、将步骤1中得到的粉体a在温度800^oc-850^oc下煅烧4-6小时，即可得到粉体b；

步骤3、将步骤2得到的粉体b材料加入无水乙醇试剂再次进行球磨，球磨10-14小时后即得到粉体c；

步骤4、将步骤3得到的粉体c材料加入粘合剂进行压块成型，将成型的块状材料依次进行冷等静压、高温烧结，制得热敏陶瓷材料；

步骤5、将步骤4制得的热敏陶瓷材料正反两面涂覆电极层，即可得到高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料。

所述的一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，步骤4中加入粘合剂的粉体c材料以10-20kg/cm²的压力进行压块成型，时间为0.5-2分钟，将成型的块状材料在压强为300-400mpa下保压3-5分钟进行冷等静压，然后于温度1200^oc-1250^oc烧结6-8小时，制得热敏陶瓷材料。

所述的一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，步骤4中加入的粘合剂是浓度百分比为5%-10%的聚乙烯醇水溶液。

所述的一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，步骤5中在热敏陶瓷材料正反两面涂覆的电极层为银浆，每面的银浆厚度为2-3mm，热敏陶瓷材料正反两面涂覆银浆后退火处理，即可得到高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料。

所述的一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，退火处理的温度为800^oc-850^oc，退火时间为10-15分钟。

一种根据权利要求1至4任意一项所述的热敏电阻材料在制造较宽温度范围热敏电阻器中的应用。

本发明运用固相反应法以传统的co-ni-o体系为基础，通过掺杂少量的al来制备一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料，即材料常数b在达到1900k-3000k的同时，电阻率ρ可达到2.0×10⁴ω·cm-6.0×10⁴ω·cm。

通过本发明方法制得的热敏电阻材料在较宽的温度范围内具有明显的负温度系数特性，是一种适用于制造较宽温度范围热敏电阻器的新型热敏电阻材料。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明制备的高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料，采用固相反应法将镍、钴、铝的氧化物进行混合球磨、煅烧、混合、再进行球磨即得到负温度系数热敏电阻粉体材料，再将该粉体材料加入粘合剂进行冷等静压成型，高温烧结后在其材料正反两面涂烧银浆，即可获得热敏电阻材料。该热敏电阻材料常数为b=1900k-3000k，温度25^oc电阻率ρ=2.0×10⁴ω·cm-6.0×10⁴ω·cm。

采用本发明方法制备的高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料性能稳定，一致性好，该热敏电阻材料在较宽的温度范围均具有明显的负温度系数特性，适合制造较宽温度范围内的热敏电阻器。

附图说明

图1为本发明的热敏电阻材料的xrd图谱。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所属实施例。

本发明一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料，以金属氧化物四氧化三钴（co3o4）、三氧化二镍（ni2o3）、氧化铝（al2o3）为原料制备而成；高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料为包括含有钴、镍和铝的复合氧化物。

热敏电阻材料中金属氧化物包括如下摩尔百分比的成分为：

co3o450%-60%，

ni2o325%-40%，

al2o33%-20%。

热敏电阻材料中金属氧化物摩尔百分比优选为：

co3o450%-59%，

ni2o325%-40%，

al2o33%-17%。

热敏电阻材料中金属氧化物摩尔百分比最优点值为：

co3o456%，

ni2o337%，

al2o37%。

本发明一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料的材料常数b=1900k-3000k，热敏电阻材料在温度为25^oc时电阻率ρ为2.0×10⁴ω·cm-6.0×10⁴ω·cm。

本发明一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料可用于制造较宽温度范围的热敏电阻器。

本发明制备方法实施例如下：

实施例1

步骤1、将金属氧化物按照如下摩尔百分比的组成为co3o456%、ni2o340%、al2o34%进行称量，分别称取四氧化三钴、三氧化二镍和氧化铝进行混合，将混合后的原料加入适量无水乙醇置于球磨机中球磨14小时，得到粉体；

步骤2、将步骤1中球磨好的粉体在温度850^oc煅烧6小时，随后再次加入无水乙醇试剂置于球磨机中，球磨12小时后即可得到粉体；

步骤3、将步骤2得到的粉体材料加入粘合剂进行压块成型，时间为1分钟，将成型的块状材料进行冷等静压，在压强为300mpa下保压4分钟，然后于温度1230^oc下烧结4小时，制得热敏陶瓷材料，其相结构如图1中co1.7ni1.2al0.1所示，是尖晶石结构，结构为复合结构，即nico2o4相和al2o3相。

步骤4、将步骤3烧结的材料正反两面涂覆银浆，材料厚度2-3mm，然后于温度830^oc下退火10分钟，即可得到一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料。

经检测，该热敏电阻的材料常数b为1980k，温度25^oc电阻率ρ=3.9×10⁴ω·cm-4.3×10⁴ω·cm。

实施例2

步骤1、将金属氧化物按照如下摩尔百分比的组成：co3o457%、ni2o333%、al2o310%进行称量，分别称取四氧化三钴、三氧化二镍和氧化铝进行混合，将混合后的原料加入无水乙醇试剂置于球磨机中球磨14小时，得到粉体；

步骤2、将步骤1中球磨好的粉体在温度850^oc下煅烧6小时，随后再次加入无水乙醇试剂置于球磨机中，球磨12小时后即可得到粉体；

步骤3、将步骤2得到的粉体材料加入粘合剂进行压块成型，时间为1分钟，将成型的块状材料进行冷等静压，在压强为300mpa下保压4分钟，然后于温度1230^oc下烧结4小时，制得热敏陶瓷材料，其相结构如图1中co1.7ni1.0al0.3所示，是尖晶石结构，结构为复合结构，即nico2o4相和al2o3相。

步骤4、将步骤3烧结的材料正反两面涂覆银浆，材料厚度2-3mm，然后于温度830^oc下退火10分钟，即可得到一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料。

经检测，该热敏电阻的材料常数b为2250k，温度25^oc电阻率ρ=4.3×10⁴ω·cm-5.0×10⁴ω·cm。

实施例3

步骤1、将金属氧化物按照如下摩尔百分比的组成为co3o456%、ni2o328%、al2o316%进行称量，分别称取四氧化三钴、三氧化二镍和氧化铝进行混合，将混合后的原料加入无水乙醇试剂置于球磨机中球磨14小时，得到粉体；

步骤2、将步骤1中球磨好的粉体在温度850^oc下煅烧6小时，随后再次加入无水乙醇试剂置于球磨机中，球磨12小时后即可得到粉体；

步骤3、将步骤2得到的粉体材料加入粘合剂进行压块成型，时间为1分钟，将成型的块状材料进行冷等静压，在压强为300mpa下保压4分钟，然后于温度1230^oc下烧结4小时，制得热敏陶瓷材料，其相结构如图1中co1.7ni0.8al0.5所示，是尖晶石结构，结构为复合结构，即nico2o4相和al2o3相。

步骤4、将步骤3烧结的材料正反两面涂覆银浆，材料厚度2-3mm，然后于温度830^oc下退火10分钟，即可得到一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料。

经检测，该热敏电阻材料常数b为2300k，温度25^oc电阻率ρ=2.1×10⁴ω·cm-2.5×10⁴ω·cm。

实施例4

步骤1、将金属氧化物按照如下摩尔百分比的组成为co3o456%、ni2o330%、al2o314%进行称量，分别称取四氧化三钴、三氧化二镍和氧化铝进行混合，将混合后的原料加入无水乙醇试剂置于球磨机中球磨14小时，得到粉体；

步骤2、将步骤1中球磨好的粉体在温度850^oc下煅烧6小时，随后再次加入无水乙醇试剂置于球磨机中，球磨12小时后即可得到粉体；

步骤3、将步骤2得到的粉体材料加入粘合剂进行压块成型，时间为1分钟，将成型的块状材料进行冷等静压，在压强为300mpa下保压4分钟，然后于温度1230^oc下烧结4小时，制得热敏陶瓷材料，其相结构如图1中co1.7ni0.9al0.4所示，是尖晶石结构，结构为复合结构，即nico2o4相和al2o3相。

步骤4、将步骤3烧结的材料正反两面涂覆银浆，材料厚度2-3mm，然后于温度830^oc下退火10分钟，即可得到一种高电阻率低b值型负温度系数热敏电阻材料。

经检测，该热敏电阻材料常数b为2200k，温度25^oc电阻率ρ=2.1×10⁴ω·cm-2.3×10⁴ω·cm。

实施例5

实施例5与实施例1制备方法相同，不同之处是金属氧化物的摩尔百分比具体如下：co3o450%、ni2o334%、al2o316%。

经检测，该热敏电阻材料常数b为2900k，温度25^oc电阻率ρ=3.6×10⁴ω.cm-4.4×10⁴ω.cm。

实施例6

实施例6与实施例1制备方法相同，不同之处是金属氧化物的摩尔百分比具体如下为co3o456%、ni2o337%、al2o37%。

经检测，该热敏电阻材料常数b为1940k，温度25^oc电阻率ρ=5.1×10⁴ω·cm-5.6×10⁴ω·cm。

本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。