专利名称：可在空气中烧结的含镍铬基电阻材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种含镍铬基电阻材料及其制备方法，特别涉及一种可在空气中烧结的含镍铬基电阻材料、制备方法及其用于制厚膜镍铬基贱金属电阻。
背景技术：
目前应用的厚膜电阻浆料多选用贵金属氧化物如RuO2或PdO为电阻基体材料。近年来由于贵金属资源短缺，贵金属价格上涨，为降低成本，在一些使用条件不太苛刻的场合，人们开始研究用价格低廉的贱金属代替贵金属。贱金属容易氧化，烧结工艺需要在惰性气氛保护或真空条件下进行，因而烧成工艺复杂，对设备要求高，因此如何使贱金属颗粒在高温的条件下不被氧化是制备贱金属浆料的关键。目前，能够使贱金属在大气中烧结的技术一般是将贱金属粉体和玻璃粉与一定量的抗氧化剂如硅粉、硼粉等混合后，用粘合剂调成导体浆料印刷在基片上，于一定温度下在空气中烧成。这种方法由于采用物理混合的方法，硅粉、硼粉与贱金属达不到原子级别的混合，烧成的电阻分散较大，工艺条件不容易控制。中国专利CN87100475和CN93104472.3分别介绍了用粉末冶金的方法制备硼镍基导体和铝镍基导体。如中国专利CN87100475所述，将一定量的镍粉以及少量的铝粉和锌粉、抗氧化作用的硼粉在玛瑙研钵中混磨均匀后，将混料压结，真空炉中于900～1000℃烧结50～70分钟，再进行破碎即制得可在空气中烧成的镍基导体材料，这种方法制备的导体可以在空气中烧成，但由于镍、铝等导电性能良好，不能用作电阻基体材料。
镍铬合金是一类性能优良的电阻材料，其制作方法一般是采用真空蒸发、等离子溅射、电子束蒸发、磁控溅射等方法形成镍铬合金薄膜，用于中阻值的精密薄膜电阻器中，然而对于成本低廉的厚膜方法制备镍铬基电阻的应用还未见报导。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明提出一种可在空气中烧结的含镍铬基电阻材料及其制备方法。
本发明提出的可在空气中烧成、用于厚膜电阻浆料的镍铬基电阻材料，按质量百分比由80～99％主料和1～20％的辅料组成，主料成分是分子式为Ni1-xCrx的镍铬合金，其中0.01≤x≤0.9，辅料选取铁粉、锌粉、硅粉、硼粉及铝粉中的一种或几种。
上述镍铬基电阻材料用粉末冶金方法制备，其特征是(1)将按比例混配好的主料和辅料混磨50～60min至均匀；(2)将(1)中混合好的料粉在压强2.5～4.5吨/厘米2条件下压结成块状；(3)将(2)中的压结块在真空为1.33×10-1～1.33×10-5帕，温度600～1300℃条件下烧结0.5～3小时；(4)将(3)中烧结后的压结块经过粉碎、过筛、细磨至粒度为0.1～0.5μm，即制成能够在大气中烧结、用于厚膜电阻浆料的镍铬基电阻材料。
上述镍铬基电阻材料用于制作厚膜镍铬基贱金属电阻的特征在于镍铬基电阻粉体材料与粒径为0.1～0.5μm的硅硼系无铅玻璃粉体按质量百分比85％比15％混合，经松油醇溶解的乙基纤维素粘合剂调成浆料后，用150目丝网印刷在三氧化二铝基片上，在管式炉中于850～1100℃烧结5～15分钟，制得无铅厚膜镍铬基贱金属电阻。或者是上述镍铬基电阻粉体材料与粒径为0.1～0.5μm的铝硼硅铅系玻璃粉体按质量百分比85％比15％混合，经松油醇溶解的乙基纤维素粘合剂调成浆料后，用150目丝网印刷在三氧化二铝基片上，在管式炉中于650～800℃烧结5～15分钟，制得厚膜镍铬基贱金属电阻。
本发明制备的镍铬合金电阻材料配方可调，随着Ni1-xCrx分子式中x值的增大，电阻将增大。用此方法制备的非晶态镍铬合金电阻粉体与一定量的玻璃粉体混合后，用乙基纤维素体系的粘合剂配成浆料，可以在大气中烧成镍铬基贱金属电阻。由于镍铬等金属与硅、硼等抗氧化剂形成非晶态的合金，金属与硅、硼等元素达到了原子水平的混合，因此在烧结过程中容易氧化的硅、硼等元素优先氧化，生成的氧化物与玻璃相一起包封了金属粉体，保护了金属不被氧化。用本发明制备的镍铬基贱金属电阻粉体具有可以在空气中烧成、工艺简单、电阻不分散等优点，可以替代RuO2等贵金属厚膜电阻基体材料用于加热元件中。当减少Ni1-xCrx分子式中x值，可降低镍铬合金的电阻，这种粉体还可以作为导体用于滤波器、压敏电阻的电极材料。同时，由以上制备的镍铬合金粉体与硼硅系无铅玻璃粉体制备的镍铬基贱金属电阻中不含有铅的成分，符合欧盟规定从2004年1月起在微电子工业中无含铅成分的环保要求。
具体实施例方式
下面结合实例对本发明做进一步描述实施例一按照分子式Ni0.9Cr0.1计算所需镍粉、铬粉质量，将粒径为～10μm的镍粉、粒径为～10μm的铬粉，在玛瑙研钵中充分混合，Ni0.9Cr0.1质量百分数为93wt％，向其中加入2.5wt％铝粉、3wt％硼粉、1.5wt％的硅粉，再充分混合1小时，以3.0吨/厘米2压力压结成块状，保压5分钟，压块于真空为1.33×10-1帕，温度为1050℃条件下保温1小时，冷却至室温，将烧结的压块粉碎过筛再细磨至～0.2μm，即得到能够在空气中烧成的镍铬基合金粉体。
称取上述制备的镍铬基合金粉体20g(85wt％)，与粒径～0.2μm的硅硼系无铅高熔点(软化点820℃)玻璃3.53g(15wt％)充分混合后，用松油醇溶解的乙基纤维素粘合剂调配成电阻浆料，用150目丝网印刷在三氧化二铝的基片上，150℃烘30分钟，于管式炉中在900℃空气中烧结10分钟，即制成镍铬基无铅厚膜贱金属电阻。用数字电桥测定电阻为0.9～1.0Ω/方，在15mm×70mm的三氧化二铝基片上设计成单片功率为60W线路，通110VAc电压，使用寿命≥3000小时。
实施例二按照分子式Ni0.9Cr0.1计算所需镍粉、铬粉质量，将粒径为～10μm的镍粉、粒径为～10μm的铬粉，在玛瑙研钵中充分混合，Ni0.9Cr0.1质量百分数为92wt％，并向其中加入3wt％硼粉、2.5wt％铝粉、1.5wt％的硅粉、1wt％铁粉，再充分混合1个小时，以3.0吨/厘米2压力压结成块状，保压5分钟，压块于真空为1.33×10-1帕，温度为1100℃条件下保温1小时，冷却至室温，将烧结的压块粉碎过筛再细磨至～0.2μm，即得到能够在空气中烧成的镍铬基合金粉体。
称取上述镍铬基合金粉体20g(85wt％)，与粒径～0.2μm的铝硼硅铅系(软化点650℃)玻璃3.53g(15wt％)充分混合后，用松油醇溶解的乙基纤维素粘合剂调配成电阻浆料，用150目丝网印刷在三氧化二铝的基片上，150℃烘30分钟，于管式炉中在700℃空气中烧结10分钟，即制成镍铬基厚膜贱金属电阻。用数字电桥测定电阻为1.0～1.2Ω/方，在15mm×70mm的三氧化二铝基片上设计成单片功率为60W线路，通110VAc电压，使用寿命≥2500小时。
实施例三按照分子式Ni0.99Cr0.01计算所需镍粉、铬粉质量，将粒径为～10μm的镍粉、粒径为～10μm的铬粉，在玛瑙研钵中充分混合，Ni0.99Cr0.01质量百分数为90wt％，并向其中加入10wt％硼粉，再充分混合1个小时，以3.0吨/厘米2压力压结成块状，保压5分钟，压块于真空为1.33×10-1帕，温度为1150℃条件下保温1小时，冷却至室温，将烧结的压块粉碎过筛再细磨至～0.2μm，即得到能够在空气中烧成的镍铬基合金粉体。
称取上述制备的镍铬基合金粉体20g(85wt％)，与粒径～0.2μm的硼硅系无铅玻璃3.53g(15wt％)充分混合后，用松油醇溶解的乙基纤维素粘合剂调配成导电浆料，用150目丝网印刷在三氧化二铝的基片上，150℃烘30分钟，于管式炉中在950℃空气中烧结5～15分钟，用数字电桥测定电阻为25～35mΩ/方，能够用于压敏电阻或滤波器电极，可以取代AgPd30贵金属电极材料。
实施例四按照分子式Ni0.8Cr0.2计算所需要镍粉、铬粉质量，将粒径为～10μm的镍粉、粒径为～10μm的铬粉，Ni0.8Cr0.2质量百分数为91wt％，向其中加入5wt％硼粉、1wt％铝粉、1.5wt％铁粉、1.5wt％的硅粉，再充分混合1个小时，以4.0吨/厘米2压力压结成块状，保压5分钟，压块于真空为1.33×10-1帕，温度为1100℃条件下保温1小时，冷却至室温，将烧结的压块粉碎过筛再细磨至～0.2μm，即得到能够在空气中烧成的镍铬基合金粉体。
调配成电阻浆料及在空气中烧成镍铬基电阻制法同实施例一。
实施例五按照分子式Ni0.1Cr0.9计算所需要镍粉、铬粉质量，将粒径为～10μm的镍粉、粒径为～10μm的铬粉，Ni0.1Cr0.9质量百分数为84wt％，向其中加入6wt％硼粉、2.5wt％铝粉、5wt％锌粉、2.5wt％的硅粉，再充分混合1个小时，以4.5吨/厘米2压力压结成块状，保压5分钟，压块于真空为1.33×10-1帕，温度为1100℃条件下保温1小时，冷却至室温，将烧结的压块粉碎过筛再细磨至～0.2μm，即得到能够在空气中烧成的镍铬基合金粉体。
调配成电阻浆料及在空气中烧成镍铬基电阻制法同实施例一。
权利要求
1.一种可在空气中烧结的含镍铬基电阻材料，其特征在于按质量百分比由80～99％主料和1～20％的辅料组成，主料成分是分子式为Ni1-xCrx的镍铬合金，其中0.01≤x≤0.9。
2.按照权利要求1所述的含镍铬基电阻材料，其特征在于辅料选取铁粉、锌粉、硅粉、硼粉及铝粉中的一种或几种。
3.一种可在空气中烧结的含镍铬基电阻材料的制备方法，其特征在于(1)将按比例混配好的主料和辅料混磨50～60min至均匀；(2)将(1)中混合好的料粉在压强2.5～4.5吨/厘米2条件下压结成块状；(3)将(2)中的压结块在真空为1.33×10-1～1.33×10-5帕，温度600～1300℃条件下烧结0.5～3小时；(4)将(3)中烧结后的压结块经过粉碎、过筛、细磨至粒度为0.1～0.5μm，即制成能够在大气中烧成、用于厚膜电阻浆料的镍铬基电阻材料。
4.一种用权利要求1或2所述镍铬基电阻材料用于制作厚膜镍铬基贱金属电阻的应用，其特征在于上述镍铬基电阻粉体材料与粒径为0.1～0.5μm的硅硼系无铅玻璃粉体按质量百分比85％比15％混合，经松油醇溶解的乙基纤维素粘合剂调成浆料后，用150目丝网印刷在三氧化二铝基片上，在管式炉中于850～1100℃烧结5～15分钟，制得无铅厚膜镍铬基贱金属电阻。
5.如权利要求4所述制作厚膜镍铬基贱金属电阻的应用方法，其特征在于上述镍铬基电阻粉体材料与粒径为0.1～0.5μm的铝硼硅铅系玻璃粉体按质量百分比85％比15％混合，经松油醇溶解的乙基纤维素粘合剂调成浆料后，用150目丝网印刷在三氧化二铝基片上，在管式炉中于650～800℃烧结5～15分钟，制得厚膜镍铬基贱金属电阻。
全文摘要
一种可在空气中烧结厚膜电阻的镍铬基电阻材料及其制备方法，镍铬基电阻材料由质量百分比为80～99％的主料和1～20％的辅料组成，主料是分子式为Ni
文档编号H01B1/02GK1598969SQ20041004064
公开日2005年3月23日 申请日期2004年9月6日 优先权日2004年9月6日
发明者杨项军, 谭富彬, 韦群燕, 陈景, 张振中 申请人:云南大学