专利名称：一种负温度系数热敏电阻及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种负温度系数热敏电阻及其制备方法。
背景技术：
负温度系数热敏电阻(NTC热敏电阻)是指电阻值随温度升高而呈指数关系降低 的热敏电阻，由于其独特的阻温特性和伏安特性，NTC热敏电阻有着广阔的应用前景，德国 科学家在1932年用氧化铀制得了世界上第一个负温度系数热敏电阻。负温度系数热敏电阻种类繁多，依照材料组成和结构，可分为氧化物系、非氧化物 系和单体等，存在有尖晶石、萤石、钙钛矿、金红石等多种结构类型。早期的负温度系数热敏 电阻材料主要为含Mn、Co、Ni、Cu、Fe等过渡族金属氧化物的负温度系数半导体陶瓷，尤其 是含锰尖晶石系负温度系数热敏电阻材料已成为负温度系数材料的基石。下面以含锰尖晶石系负温度系数材料为例，阐述负温度系数热敏电阻材料的导电 机理，具有尖晶石结构的过渡族金属氧化物的一般表达式为AB2O415 A以+2价的过渡族金属 离子为主，B是Mn3+等+3价离子。其中电子跳跃导电模型要点为1、二价金属离子A进入 B位，形成了半反或全反尖晶石结构；2、部分Mn3+被驱赶到A位，以Mn2+占据A位，同时将会 在B位上产生Mn4+ ；3、在B位上出现的Mn3YMn4+离子对构成了电子跳跃电导的核心机构，负 温度系数材料的很多性质都和这一机构有关。现有技术中，大部分负温度系数热敏电阻材料的生产和研究仍沿用传统的固相法 生产工艺，采用金属氧化物或金属的碳酸盐、碱式碳酸盐作原料，经球磨、煅烧等一系列加 工过程完成粉体材料的制备，此外，广泛应用于电子陶瓷粉体材料制备和研究的还有软化 学合成法，包括共沉淀法、均与沉淀法、溶胶凝胶法、水热法等，但现有技术中制备的负温度 系数热敏电阻大都存在制备工艺复杂，生产成本高的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单，生产成本低的负温度系数 热敏电阻。为了解决上述的技术问题，本发明提供一种负温度系数热敏电阻，该电阻包括依 次叠放的电极板/芯片/电极板，和密封胶，密封胶与两电极板组成一密闭空腔，芯片位于 空腔内，所述芯片包括绝缘多孔载体和分布于多孔载体孔道内的导电盐水合物。本发明还通过这种负温度系数热敏电阻的制备方法，包括1)将导电盐水合物溶于水中，制成饱和的导电盐溶液；2)绝缘多孔载体浸入饱和导电盐溶液中，取出并烘干，获得芯片，芯片包括绝缘多 孔载体和分布于多孔载体孔道内的导电盐水合物；4)将芯片以及两块电极板按照电极板/芯片/电极板依次叠放，然后用密封胶密 封，使得密封胶与两电极板形成一密闭空腔，芯片位于空腔内。通过本发明所提供的方法制备的负温度系数热敏电阻具有制备工艺简单，生产成本低的特点。
图1为本发明实施例2提供的负温度系数热敏电阻的剖视2为本发明实施例3提供的负温度系数热敏电阻的剖视3为本发明实施例2提供的负温度系数热敏电阻的俯视中1为电极板2为电极引出端3为芯片4为密封胶
具体实施例方式本发明所提供的负温度系数热敏电阻的导电机理与现有技术中负温度系数热敏 电阻的导电机理不同，下面以现有技术中含锰尖晶石系NTC材料为例，阐述现有技术中负 温度系数热敏电阻材料的导电机理。，具有尖晶石结构的过渡族金属氧化物的一般表达式 为AB204。A以+2价的过渡族金属离子为主，B是Mn3+等+3价离子。其中电子跳跃导电模 型要点为1、二价金属离子A进入B位，形成了半反或全反尖晶石结构；2、部分Mn3+被驱赶 到A位，以Mn2+占据A位，同时将会在B位上产生Mn4+ ；3、在B位上出现的Mn3+/Mn4+离子对 构成了电子跳跃电导的核心机构，负温度系数热敏电阻的很多性质都和这一机构有关。大部分负温度系数热敏电阻材料的生产和研究仍沿用传统的固相法生产工艺，采 用金属氧化物或金属的碳酸盐、碱式碳酸盐作原料，经球磨、煅烧等一系列加工过程完成粉 体材料的制备，此外，广泛应用于电子陶瓷粉体材料制备和研究的还有软化学合成法，包括 共沉淀法、均与沉淀法、溶胶凝胶法、水热法等。本发明中提供的负温度系数热敏电阻与目 前负温度系数热敏电阻的最大区别在于，其导电方式是通过离子迁移实现的，其原理是在 不同温度下导电盐结晶水合物的离子浓度不同而使负温度系数元件呈现不同的导电性。为此本发明提供一种负温度系数热敏电阻，该电阻包括依次叠放的电极板/芯片 /电极板，和密封胶，密封胶与两电极板组成一密闭空腔，芯片位于空腔内，所述芯片包括绝 缘多孔载体和分布于多孔载体孔道内的导电盐水合物。本发明所提供的负温度系数热敏电阻，由于密封胶与两块电极板形成空腔，而芯 片位于空腔内，当温度升高后，导电盐水合物随着温度升高，不断失去水合物中的结晶水， 而由于空腔为密闭空腔，水分挥发后，增大了密闭空腔内的压力，水合物中的水分不断脱 除，挥发，密闭空间中的压力不断增大，当压力超过水的饱和蒸汽压时，挥发到空间中的水 会以液态形式吸附到绝缘多孔载体上，而导电盐水合物分布于绝缘多孔载体的孔道内，此 时，吸附于绝缘多孔载体上的水会与导电盐形成导电盐溶液，而绝缘多孔载体内的孔道与 孔道之间彼此连通，导电盐溶液借助绝缘多孔载体的彼此连通的孔道，形成导电网络，而当 温度下降时，导电盐水合物中的结晶水脱水减少，随着温度的降低，密闭空腔内压力下降， 当空腔内压力降到水的饱和蒸汽压以下时，导电盐溶液中的水份会不断挥发，随着导电盐 溶液中的水分挥发，导致了导电盐溶液的浓度不断变化，从而使得电阻发生了变化，而当温 度降到足够低时，溶液中的水分会与导电盐与结合，形成导电盐水合物。
芯片包括绝缘多孔载体，绝缘多孔载体除起到支撑作用外，更重要的是起到吸附 导电盐结晶水合物的作用，而当导电盐溶于水后生成导电盐溶液时，绝缘多孔载体提供孔 道，使得分布于绝缘多孔载体孔道内的导电溶液，形成导电网络。绝缘多孔载体可以是陶瓷多孔载体，高分子多孔载体，而这些绝缘多孔载体可以 通过商购或制备获得，而制备绝缘多孔载体的方法为本领域技术人员所公知，在本发明中 优选陶瓷绝缘多孔载体，在本发明中，先称取陶瓷粉、粘结剂，并将陶瓷粉、粘结剂混合后， 通过模压或注射成型的方式将陶瓷粉制成规定尺寸的陶瓷骨架前驱体，烧结后得到具有多 孔结构的绝缘多孔载体；其中陶瓷粉可以选自氧化铝、氧化锆、氢氧化铝、滑石、高岭土、石英、矾土、堇青 石、莫来石、镁砂、海泡石、麦饭石中的一种或多种。粘结剂为本领域技术人员所公知的各种粘结剂，如聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚乙烯 醇、聚乙二醇中的一种或多种。在制备绝缘多孔载体时，陶瓷粉体与粘结剂的重量比为80-99. 5 0.5-20具体制备方法为，如按重量份为滑石粉40份、矾土 20份、焦宝石20份、粘土 7份、 氧化铝粉12份、硝酸银1份、水30份的比例在球磨机中混合，得到粒径小于50 μ m的浆料， 然后经打泡机脱泡，倒入模具，放入干燥室于45°C温度下干燥48h，再放入烧结炉中1300°C 下恒温处理Mh，降温后取出打磨成直径20mm、厚2mm的片材，即可得到本发明中所采用的 绝缘多孔载体。由于本发明所采用的绝缘多孔载体为本领域技术人员所公知的绝缘多孔载体，因 此在下面就不再赘述其他各种绝缘多孔载体的制备方法。以芯片的总重量为基准，多孔陶瓷骨架内的多孔载体与导电盐水合物的重量比为 100-400 4。导电盐水合物选自 CuSO4. 5H20、FeSO4 · 7H20、KAlSO4 · 12H20、ZnSO4 · 7H20、 Na2SO4 · IOH2O, Na2B4O7 · IOH2O, MgCL2 · 6H20、CaSO4 · 2H20、Na2CO3 · IOH2O, Na2SO4 · IOH2O, Na2CO3 WH2CKMgSO4 ·7Η20、CuCl2 ·2Η20、[FeCl2 (H2O) 4] Cl .2H20、Ni (NO3)2 · 6H20、NiSO4 · 6H20、 Cu (CH3OO) 2 · H2O, Ni (CH3COO)2 · 4H20。密封材料选自环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、聚硅氧烷、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙 二醇酯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺、 ABS工程塑料中的一种。对于密封胶的用量以及涂覆的方式没有特别的要求，只要能够使得密封胶与两电 极板形成以密闭空腔即可。其中所述的电极板为金板、银板、铜板、铁板、铝板、镍板、不锈钢中的一种。本发明还提供一种负温度热敏电阻的制备方法，包括1)将导电盐水合物溶于水中，制成饱和的导电盐溶液；2)绝缘多孔载体浸入饱和导电盐溶液中，取出并烘干，获得芯片，芯片包括绝缘多 孔载体和分布于多孔载体孔道内的导电盐水合物；4)将芯片以及两电极板按照电极板/芯片/电极板依次叠放，然后用密封胶密封， 密封胶与两电极板之间形成一密闭空腔，所述芯片位于密闭空腔内。按照重量比为80-90 10-20称取陶瓷粉、粘结剂，并将混合后，通过模压或注射 成型的方式将陶瓷粉制成规定尺寸的陶瓷骨架前驱体，烧结后得到具有多孔结构的陶瓷骨架，其中压制方法为本领域所公知的模压法或注射成型法，本发明中优选注射成型法，注射 成型是指有一定形状的模型，通过压力将融溶状态的胶体注入模腔而成型，工艺原理是将 呈流体状态的原料，通过注射机器的压力，用一定的速度注入模具内，模具通过水道冷却将 注射原料固化而得到与设计模腔一样的产品，通过注射成型，最终获得了陶瓷绝缘多孔载 体前躯体，将该其中步骤1中的烧结温度为700-1350°C，烧结时间为0. 5-48h。其中，步骤1中导电盐水溶液为饱和溶液，为了提高芯片与电极板之间的 电导通性能，优选情况下，在芯片与电极板接触的表面涂覆银浆，银浆的涂覆厚度为 0. 05mm-0. 2mm。而且，为了增加电极板与芯片的结合力，可以直接用锡焊或点焊锡膏后回流焊的 方式将两电极板与芯片焊接。绝缘多孔载体的形状以及尺寸可以根据需要制备，没有特殊的限制，在本发明中 将上面制备的堇青石绝缘多孔陶瓷制成尺寸为Φ20Χ2πιπι的绝缘多孔陶瓷，作为下面实施 例中芯片用绝缘多孔载体。本发明所提供的负温度系数热敏电阻还可以包括电极引出端，设置电极引出端的 目的是为了方便与外电路的连接，也可以不使用电极引出端，而直接将电极引出端焊接于 电极板上，其中，将电极引出端焊接于电极板上的焊接方法可以是本领域技术人员公知的 焊接方法，在此就不再赘述。下面将结合具体的实施例来进一步说明本发明所提供的负温度热敏电阻及其制 备方法实施例1本实施例用来说明本发明所提供的负温度热敏电阻及其制备方法。称取50g的CuSO4 · 5H20加入到IOOg的水中，制成硫酸铜的饱和溶液，将尺寸为 Φ20X 2mm的堇青石绝缘多孔载体(重量为0. 6g)放入硫酸铜饱和溶液中浸泡30min后，放 入干燥箱(上海精密仪器仪表有限公司，101-1A)中，在温度为60°C的条件下干燥30min，获 得芯片，称得芯片重量为0. 62g；将两块尺寸为25X5X0. Imm镍电极板和上述步骤制备的芯片按照镍电极板/芯 片/镍电极板依次叠放，然后用环氧树脂胶沿芯片四周密封，将密封好的负温度系数热敏 电阻组件于150°C下固化2小时，使环氧树脂固化，固化后的环氧树脂与镍电极板形成一个 密闭空腔，芯片位于密闭空腔内，通过上述步骤获得负温度系数热敏电阻Tl。实施例2本实施例用来说明本发明所提供的负温度热敏电阻及其制备方法。称取IOOg的Na2SO4 · IOH2O加入到IOOg的水中，制成硫酸钠的饱和溶液，将尺寸为 Φ20X 2mm的堇青石绝缘多孔载体(重量为0. 6g)放入硫酸钠饱和溶液中浸泡30min后，放 入干燥箱(上海精密仪器仪表有限公司，101-1A)中，在温度为60°C的条件下干燥30min，获 得芯片，称得芯片重量为0. 614g ；将两块尺寸为25X5X0. Imm不锈钢电极板和上述步骤制 备的芯片按照不锈钢电极板/芯片/不锈钢电极板依次叠放，然后用醇酸树脂沿芯片四周 密封，将密封好的负温度系数热敏电阻组件于60°C下固化20min，使醇酸树脂固化，固化后 的醇酸树脂与镍电极板形成一个密闭空腔，芯片位于密闭空腔内，然后在两块电极板上分 别锡焊两块长15mm，宽10mm，厚2mm的镍带，通过上述步骤获得负温度系数热敏电阻T2。
实施例3本实施例用来说明本发明所提供的负温度热敏电阻及其制备方法。称取IOOg的CuCl2 · 2H20加入到IOOg的水中，制成氯化铜的饱和溶液，将尺寸为 Φ20X 2mm的堇青石绝缘多孔载体(重量为0. 6g)放入氯化铜饱和溶液中浸泡30min后，放 入干燥箱(上海精密仪器仪表有限公司，101-1A)中，在温度为60°C的条件下干燥30min，获 得芯片，称得芯片重量为0.612g;将两块尺寸为25X5X0. Imm铝电极板和上述步骤制备的 芯片按照铝电极板/芯片/铝电极板依次叠放，然后用环氧树脂沿芯片四周密封，将密封好 的负温度系数热敏电阻组件于150°C下固化2小时，使环氧树脂固化，固化后的环氧树脂与 铝电极板形成一个密闭空腔，芯片位于密闭空腔内，然后在两块电极板上分别锡焊两块长 15mm,宽10mm，厚2mm的镍带，通过上述步骤获得负温度系数热敏电阻T3。实施例4本实施例用来说明本发明所提供的负温度热敏电阻及其制备方法。本发明采用与 实施例1相同的方法制备样品负温度系数热敏电阻样品T4，所不同的是在芯片与电极板的 接触面上涂覆厚度为0. 05mm的银浆，最终获得负温度系数热敏电阻样品T4。本发明所提供的负温度系数热敏电阻具有结构简单，制备工艺简单，生产成本低 的特点。
权利要求
1.一种负温度系数热敏电阻，该电阻包括依次叠放的电极板/芯片/电极板，和密封 胶，密封胶与两电极板组成一密闭空腔，芯片位于空腔内，所述芯片包括绝缘多孔载体和分 布于多孔载体孔道内的导电盐水合物。
2.根据权利要求1所述的负温度系数热敏电阻，其中以芯片的总重量为基准，绝缘多 孔载体与导电盐水合物的重量比为100-400 4。
3.根据权利要求1所述的负温度系数热敏电阻，其中所述的导电盐水合物选 自 CuSO4. 5H20、FeSO4. 7H20、KAlSO4. 12H20、ZnSO4 · 7H20、Na2SO4. IOH2O, Na2B4O7 · IOH2O, MgCL2 · 6H20、CaSO4 · 2H20、Na2CO3 · 10H20、Na2SO4 · IOH2O, Na2CO3 · 7H20、MgSO4 · 7H20、 CuCl2 · 2H20、Ni (NO3) 2. 6H20、NiSO4. 6H20, Na2S2O3 · 5H20、Al2 (SO4) 3 · 18H20、Cu (CH3OO) 2 · H2O, Ni (CH3COO)2 · 4H20中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的负温度系数热敏电阻，其中所述的密封胶选自环氧树脂、酚 醛树脂、醇酸树脂、聚有机硅氧烷、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、 聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺、ABS树脂中的一种。
5.根据权利要求1所述的负温度系数热敏电阻，其中所述的多孔载体内的孔道之间彼 此连通。
6.根据权利要求1所述的负温度系数热敏电阻，其中所述的电极板的厚度为 0. 01-0. 5mm,宽度为 0. 5-20mm,长度为 1. O-IOOmm0
7.根据权利要求1所述的负温度系数热敏电阻，还可以包括电极板引出端，所述电极 板引出端与两电极板分别电连接。
8.根据权利要求1所述的负温度系数热敏电阻，其中所述的电极板为Cu板、Al板、Fe 板、Ni板、Ag板、Si板、不锈钢板中的一种。
9.一种根据权利要求1所述的负温度热敏电阻的制备方法，包括1)将导电盐水合物溶于水中，制成饱和的导电盐溶液；2)绝缘多孔载体浸入饱和的导电盐溶液中，取出并烘干，获得芯片，芯片包括绝缘多孔 载体和分布于多孔载体孔道内的导电盐水合物；4)将芯片以及两块电极板按照电极板/芯片/电极板依次叠放，然后用密封胶封装，使 得密封胶与两电极板之间形成一密闭空腔，所述芯片位于密闭空腔内。
10.根据权利要求9中所述的制备方法，其中步骤2所述的烘干的温度为100-110°c， 烘干的时间为20-40min。
全文摘要
本发明提供一种负温度系数热敏电阻及其制备方法，该电阻包括依次叠放的电极板/芯片/电极板，和密封胶，密封胶与电极板组成一密闭空腔，芯片位于空腔内，所述芯片包括绝缘多孔载体和分布于多孔载体孔道内的导电盐水合物，该热敏电阻制备方法，包括将导电盐水合物溶于水中，制成饱和的导电盐溶液；绝缘多孔载体浸入饱和导电盐溶液中，取出并烘干，获得芯片；将芯片以及两块平行电极板按照电极板/芯片/电极板依次叠放，然后用密封胶密封，使得密封胶与两平行电极板形成一密闭空腔，所述芯片位于空腔内，本发明提供一种结构简单，制备工艺简单的热敏电阻。
文档编号H01C7/04GK102054548SQ200910109970
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月31日 优先权日2009年10月31日
发明者刘倩倩, 林信平, 陈炎 申请人:比亚迪股份有限公司