负温度系数热敏电阻生料组合物及应用

文档序号:9573771
负温度系数热敏电阻生料组合物及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种负温度系数热敏电阻生料组合物、负温度系数热敏组合物、负温 度系数热敏组合物的制备方法及负温度系数热敏电阻芯片的制备方法。
【背景技术】
[0002] NTC热敏电阻(温度系数热敏电阻)是指其阻值随温度升高而呈指数降低的电阻, 由于其具有对温度敏感、体积小、响应快、价格低和互换性好等优点,被广泛应用于温度检 测、温度控制和温度补偿等方面。
[0003] 目前制备高阻(100ΚΩ以上)、高B值(3900以上)NTC热敏电阻材料绝大多数配 方体系中都要添加一种重要的功能材料A1203,其添加量很少(lwt%~10wt% ),但其作用 又比较大,它能大幅提升热敏材料的电阻率,由于A1203难溶于水,在制作热敏粉料过程中, 其很难均匀分布在粉料中,这样势必造成材料电性能参数(电阻值、材料常数B值)的集中 性不好,偏差范围很大,一般都在J级(±5%)、K级(±10%)和Μ级(±20%),电学稳定 性较差。

【发明内容】

[0004] 基于此,有必要提供一种能制备电学稳定性较好的NTC热敏电阻器的负温度系数 热敏电阻生料组合物、负温度系数热敏组合物、负温度系数热敏组合物的制备方法及负温 度系数热敏电阻芯片的制备方法。
[0005] -种负温度系数热敏电阻生料组合物,以质量百分比计,包括以下组分:
[0006]
[0008] -种负温度系数热敏组合物的制备方法,包括以下步骤:
[0009] 将上述负温度系数热敏电阻生料组合物加入去离子水进行湿法研磨后烘干得到 混合粉体;
[0010] 将所述混合粉体进行预烧得到预烧粉;及
[0011] 将所述预烧粉研磨后加入聚乙烯醇溶液,混合均匀后干燥处理得到负温度系数热 敏组合物。
[0012] 在一个实施例中,所述烘干的温度为100°C~150°C,所述烘干的时间为2~3小 时。
[0013] 在一个实施例中,所述预烧的温度为900°C~1000°C,所述预烧的时间为1~2小 时。
[0014] 在一个实施例中,所述将所述预烧粉体研磨的操作中,所述研磨为湿法研磨,研磨 后将预烧粉烘干并过筛。
[0015] 在一个实施例中,所述研磨后将预烧粉烘干并过筛的步骤中,所述烘干的温度为 100°C~150°C,所述烘干的时间为2~3小时。
[0016] 在一个实施例中,所述聚乙烯醇溶液的质量浓度为4~7%,所述聚乙烯醇溶液与 所述预烧粉的质量比为10:100~15:100。
[0017] 在一个实施例中,所述干燥处理具体为在100°C~150°C下烘烤10~20分钟。
[0018] 上述任一项所述的负温度系数热敏组合物的制备方法制备的负温度系数热敏组 合物。
[0019] 一种负温度系数热敏电阻芯片的制备方法,包括以下步骤:
[0020] 将上述的负温度系数热敏组合物压制成生坯;
[0021] 将所述生坯在1190°C~1230°C下烧结3~5小时得到瓷片;及
[0022] 在所述瓷片的两个相对的表面涂银浆,烧结后得到负温度系数热敏电阻芯片。
[0023] 上述负温度系数热敏电阻生料组合物中通过以硝酸铝的形式引入Al3+,而不是以 A1203固体形式加入,硝酸铝水溶性很好,很容易就均匀的分布在组合物中,从而可以降低电 阻值和B值的偏差,提高电阻率和B值的精度,使得电阻率和B值精度可以达到F级;另外 通过加入高焓值稀土氧化物Nd203,该氧化物焓值为1783KJ/mol,此类氧化物在高温下不易 发生化学反应,故使得由化学变化引起的老化影响降低,从而其电学稳定性得到提高。
【附图说明】
[0024]图1为实施例3制备的样品晶粒扫描电镜照片;
[0025] 图2为对比例制备的样品晶粒扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0026] 下面主要结合具体实施例及附图对负温度系数热敏电阻生料组合物、负温度系数 热敏组合物、负温度系数热敏组合物的制备方法及负温度系数热敏电阻芯片的制备方法作 进一步详细的说明。
[0027] 一实施方式的负温度系数热敏电阻生料组合物,以质量百分比计,包括以下组 分:
[0028]
[0029]NTC热敏陶瓷属于典型的尖晶石结构,其通式为ΑΒ204,式中A-般为二价正离子, B为三价正离子,0为氧离子。其导电机理遵守电子跳跃模型理论,其B位上异价金属离子 之间电子交换。对于含锰多元系NTC热敏陶瓷,通常Μη以三价和四价的形式存在并占据B 位,其导电过程主要依靠Μη离子之间的电子交换实现,即Μη3++Μη4+-Μη4++Μη3+,因此,其体 系载流子浓度与异价Μη离子浓度有关。Al3+掺杂该系统中,几乎全部溶入到尖晶石固溶体 中,一部分进入晶格引起Μη离子浓度降低,导致体系载流子浓度降低,电阻率增大;另一部 分进入到晶界,抑制晶粒的长大,也导致体系电阻率增大,因此Al3+掺杂分布的均匀性对体 系电阻值以及Β值精度起着非常重要的作用。上述负温度系数热敏电阻生料组合物中通过 以硝酸铝的形式引入Al3+,而不是以Α1203固体形式加入,硝酸铝水溶性很好,很容易就均匀 的分布在组合物中,从而可以降低电阻值和Β值的偏差,使得电阻率和Β值精度可从原来的 Κ级、J级提高到F级。另外通过加入高焓值稀土氧化物Nd203,该氧化物焓值为1783KJ/mol, 此类氧化物在高温下不易发生化学反应,故使得由化学变化引起的老化影响降低,从而其 电学稳定性得到提高。经测试计算,制备的NTC热敏电阻的电阻率可达3600Ωcm以上,B值 大于3900K,并且集中性好,其精度可达到F级(± 1 % ),且电学稳定性好。
[0030] 上述负温度系数热敏电阻生料组合物制备时将各组分混合均匀即可。
[0031] -实施方式的负温度系数热敏组合物的制备方法,包括以下步骤:
[0032] 步骤S110、将上述负温度系数热敏电阻生料组合物加入去离子水进行湿法研磨后 烘干得到混合粉体。
[0033] 优选的,加入的去离子水与负温度系数热敏电阻生料组合物的质量比为2 :1~3 : 1〇
[0034] 优选的,湿法研磨采用聚氨酯球磨罐进行,球磨介质为锆球。进一步优选的,锆球 的直径为5~7. 5mm,锆球与负温度系数热敏电阻生料组合物的质量比为2 :1~3 :1。进一 步优选的,研磨的转速为400~500r/min。
[0035] 优选的,湿法研磨的时间为4~6小时。
[0036] 优选的,烘干的温度为100°C~150°C,烘干的时间为2~3小时。
[0037] 优选的,将球磨后的料滤掉锆球倒入不锈钢盘中,置于烘箱中烘烤。
[0038] 步骤S120、混合粉体进行预烧得到预烧粉。
[0039] 优选的,预烧的温度为900°C~1000°C,预烧的时间为1~2小时。
[0040] 步骤S130、将预烧粉研磨后加入聚乙烯醇溶液,混合均匀后干燥处理得到负温度 系数热敏组合物。
[0041] 优选的,预烧粉体研磨的操作中,研磨为湿法研磨,研磨后将预烧粉烘干并过筛。 进一步优选的,研磨使用行星式球磨机,研磨的时间为4~6小时,烘干的温度为100°C~ 150°C,烘干的时间为2~3小时。
[0042] 优选的,将预烧粉研磨后过80目筛。
[0043]优选的,聚乙烯醇溶液的质量浓度为4~7%,聚乙烯醇溶液与预烧粉的质量比为 10:100~15:100优选的,干燥处理具体为在100°C~150°C下烘烤10~20分钟。
[0044] 上述负温度系数热敏组合物的制备方法操作简单。
[0045] -实施方式的负温度系数热敏组合物,采用上述负温度系数热敏组合物的制备方 法制备。
[0046] 上述负温度系数热敏组合物以硝酸铝的形式引入Al3+,而不是以A1203固体形式加 入,硝酸铝水溶性很好,很容易就均匀的分布在组合物中,从而可以降低电阻值和B值的偏 差,使得电阻率B值精度可从原来的K级、J级提高到F级。另外通过加入高焓值稀土氧化 物Nd203,该氧化物焓值为1783KJ/mol,此类氧化物在高温下不易发生化学反应,故使得由 化学变化引起的老化影响降低,从而其电学稳定性得到提高。
[0047] 一实施方式的负温度系数热敏电阻芯片的制备方法,包括以下步骤:
[0048] 步骤S210、将上述的负温度系数热敏组合物压制成生坯。
[0049] 优选的,压制成型的压力为6~lOMPa。
[0050] 优选的,生还为直径为15. 19±0. 01mm,厚度为1. 1 ±0. 01mm的圆片。
[0051] 步骤S220、将生坯在1190°C~1230°C下烧结3~5小时得到瓷片。
[0052] 优选的,生坯在马弗炉中烧结。
[0053] 步骤S230、在瓷片的两个相对的表面涂银浆,烧结后得到负温度系数热敏电阻芯 片。
[0054] 优选的,该步骤中烧结温度为650°C~750°C,烧结时间为10~20min。
[0055] 优选的,先将瓷片的两面打磨干净再涂银浆。
[0056] 步骤S240、将温度系数热敏电阻芯片在划片机上划成ImmXlmmXO. 9mm小方片。
[0057] 上述负温度系数热敏电阻芯片的制备方法,操作较为简单,制备的负温度系数热 敏电阻芯片高精度、高电阻率、高B值、稳定性好。
[0058] 以下结合具体实施例进行详细说明。
[0059] 实施例1
[0060] NTC热敏电阻生料,包含以下
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