一种热敏陶瓷双参数测温材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子陶瓷功能材料产品领域，具体涉及一种热敏陶瓷双参数测温材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]热敏陶瓷温度传感器一般为热敏电阻传感器，分为负温度系数热敏电阻(NTC，negative temperature coefficient)和正温度系数热敏电阻(PTC，positivetemperature coefficient)。以NTC热敏电阻为例，其R-T测温曲线一般形状为图1，其有效测温区间较窄；而正介电常数温度系数热敏电容，温度变化时，材料的介电常数参数随温度正相关变化，因而电容随之正相关变化，其参数-温度特性，见图2。为拓宽热敏电阻测温区间，需研制新的热敏陶瓷电阻材料。
【发明内容】
[0003]本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种热敏陶瓷双参数测温材料。
[0004]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种热敏陶瓷双参数测温材料，以质量百分含量计，它的原料配方包含如下组分:
[0005]第一组合物70 %?90 % ;
[0006]第二组合物10%?30% ;
[0007]所述第一组合物的化学组成通式为Mg (Fe1 yAly)具Q.5x04，0.1彡x彡0.4，0.1彡y彡0.5 ;所述第二组合物的化学组成通式为Mgl.s bZnbSi03.s，0.1彡b彡0.3。
[0008]优化地，所述第一组合物以氧化镁、三氧化二铁、氧化铝和氧化钨为原料，所述第二组合物以氧化镁、氧化锌和二氧化硅为原料。
[0009]优化地，它的温度阀值为300?600°C。
[0010]本发明的又一目的在于提供一种上述热敏陶瓷双参数测温材料的制备方法，它包括以下步骤:
[0011](a)按通式Mg (Fe1 yAly) α5χ04混合配料，研磨后置于850?1150 °C煅烧2?6小时，冷却后得第一组合物；
[0012](b)按通式Mghs >#03.8混合配料，研磨后置于800?1050°C煅烧2?5小时，冷却后得第二组合物；
[0013](c)将第一组合物和第二组合物按配方量混合后研磨，加入粘结剂，压制成片，随后置于1000?1300°C烧制2?6小时，自然降温即可。
[0014]优化地，步骤(a)和步骤(b)中，加入去离子水进行湿磨；步骤(C)中，加入醇类溶剂进行湿磨。
[0015]进一步地，所述湿磨后烘干除去水或醇类溶剂。
[0016]优化地，步骤(C)中，所述第一组合物和第二组合物均采用高速气流分散后进行混合。
[0017]优化地，步骤(c)中，在加入所述粘结剂之前将混合后的粉体通过200目以上的筛子。
[0018]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:本发明热敏陶瓷双参数测温材料，通过采用特定结构通式的第一组合物和第二组合物按精确质量比进行混合，产生了意想不到的效果:同时具备负温度系数热敏电阻和正介电常数温度系数热敏电容材料，分段以负温度系数热敏电阻和正介电常数温度系数热敏电容测温，拓宽了测温区间，适合于0°C?1100°C区间精确测量温度，可以用于制备高灵敏度和宽温区热敏温度传感器；同时，这种热敏陶瓷材料能以热敏电阻测温转换为热敏电容测温的温度阈值点，作为温度开关阈值，适合于用作温度开关。
【附图说明】
[0019]附图1为NTC热敏电阻温度电阻特性图；
[0020]附图2为PTC热敏电容温度电容特性图；
[0021]附图3为本发明热敏陶瓷双参数测温材料的温度电阻、温度电容特性图；
[0022]附图4为本发明实施例10、实施例14和实施例18中热敏陶瓷双参数测温材料的XRD 图；
[0023]附图5为本发明实施例6、实施例12和实施例19中热敏陶瓷双参数测温材料的SEM 图；
[0024]附图6是本发明实施例1制得的热敏陶瓷双参数测温材料的温阻、温容特性图；
[0025]附图7是本发明实施例4制得的热敏陶瓷双参数测温材料的温阻、温容特性图；
[0026]附图8是本发明实施例5制得的热敏陶瓷双参数测温材料的温阻、温容特性图；
[0027]附图9是本发明实施例8制得的热敏陶瓷双参数测温材料的温阻、温容特性图；
[0028]附图10是本发明实施例14制得的热敏陶瓷双参数测温材料的温阻、温容特性图；
[0029]附图11是本发明实施例19制得的热敏陶瓷双参数测温材料的温阻、温容特性图。
【具体实施方式】
[0030]本发明热敏陶瓷双参数测温材料，以质量百分含量计，它的原料配方包含如下组分:第一组合物70%?90% ;第二组合物10%?30% ;所述第一组合物的化学组成通式为Mg(Fe1 Q.5x04，0.I ^ x ^ 0.4,0.1 ^ y ^ 0.5 ;所述第二组合物的化学组成通式为Mgl.s bZnbSi03.8,0.1彡b彡0.3。通过采用特定结构通式的第一组合物和第二组合物按精确质量比进行混合，产生了意想不到的效果:同时具备负温度系数热敏电阻和正介电常数温度系数热敏电容材料，分段以负温度系数热敏电阻和正介电常数温度系数热敏电容测温，拓宽了测温区间，适合于0°C?1100°C区间精确测量温度，可以用于制备高灵敏度和宽温区热敏温度传感器；同时，这种热敏陶瓷材料能以热敏电阻测温转换为热敏电容测温的温度阈值点，作为温度开关阈值，适合于用作温度开关；其温度电阻、温度电容特性如图3所示，在(TC?600°C温度范围，使用NTC热敏电阻特性测量温度，并且可以使用热敏电容测温做为参考；在300°C?1100°C温度范围，使用PTC热敏电容特性测量温度，并且可以使用热敏电阻测温做为参考。所述第一组合物优选以氧化镁、三氧化二铁、氧化铝和氧化钨为原料，所述第二组合物以优选氧化镁、氧化锌和二氧化硅为原料。优化后的热敏电阻测温转换为热敏电容测温的温度阈值点为300?600°C，因此也适合用于制作以300?600°C为阈值点的温度开关元件。
[0031]上述热敏陶瓷双参数测温材料的制备方法，它包括以下步骤:(a)按通式Mg(Fe1 >1^具。.5:(04混合配料，研磨后置于850?1150°C煅烧2?6小时，冷却后得第一组合物;(b)按通式Mg1 8 bZnbSi03.s混合配料，研磨后置于800?1050°C煅烧2?5小时，冷却后得第二组合物；(c)将第一组合物和第二组合物按配方量混合后研磨，加入粘结剂，压制成片，随后置于1000?1300°C烧制2?6小时，自然降温即可，所述步骤(a)和步骤(b)不分先后。步骤(a)和步骤(b)中，优选加入去离子水进行湿磨；步骤(c)中，优选加入醇类溶剂进行湿磨，防止产生大量粉尘，污染环境。所述湿磨后烘干除去水或醇类溶剂。步骤(c)中，所述第一组合物和第二组合物均采用高速气流分散后进行混合，具体气流流速根据实际需要进行确定即可。步骤(c)中，在加入所述粘结剂之前将混合后的粉体通过200目以上的筛子。
[0032]下面将结合附图实施例对本发明进行进一步说明。
[0033]实施例1
[0034]本实施例提供一种热敏陶瓷双参数测温材料，具体成分和制备方法为:
[0035](a)以氧化镁(MgO)、三氧化二铁(Fe2O3)、氧化铝(Al2O3)、氧化钨(WO3)为原料，按化学式Mg (Fe1 yAly) α5χ04进行配方，取X = 0.1，y = 0.1，各材料摩尔数为:氧化镁1，三氧化二铁0.09、氧化铝0.01，氧化钨0.95，加入去离子水湿磨、烘干、研磨分散后放入马沸炉850°C煅烧6小时，降温冷却，得MgFeaQ9A1Q.Q1W。.9504粉体。
[0036](b)以氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、二氧化硅(S12)为原料，按化学式Mg1.8 bZnbSi03.s进行配方，取b = 0.1，各材料摩尔数为:氧化镁(MgO) 1.7、氧化锌(ZnO)0.1、二氧化硅(S12)为1，加入去离子水湿磨、烘干、研磨分散得后放入马沸炉8(KTC煅烧5小时，降温冷却，得Mg1.7Zn0.!S13.s粉体；
[0037](c)将皿驴^^^^也粉体和啦^办…队凇体’分别用高速气流分散(现有技术)，按照质量百分比(MgFe。.Q9AlaQ1W。.9504粉体70%、Mg L7ZnaiS13^粉体30% )混合后，加入无水乙醇湿磨、烘干、研磨、分散得混合粉体；将所得混合粉体过200目筛，过筛后粉体中加入粘结剂PVA，在25MPa压强下热等静压12分钟制成圆片；于1000°C烧制，保温6小时；随炉冷却，自然降温至室温，即可，其温阻、温容特性图如图6所示。
[0038]实施例2
[0039]本实施例提供一种热敏陶瓷双参数测温材料，其具体成分和制备方法与实施例I中的基本一致，不同的是:步骤(a)中，X = 0.1，y = 0.5，将各原料置于马沸炉中于1150 °C煅烧2小时，得MgFeaQ5A1Q.Q5W。.9504粉体；步骤(b)中，b = 0.2，将各原料置于马沸炉中于1050°C煅烧2小时，降温冷却，得Mgl.6Zna2Si03.s粉体；步骤(c)中，以分散后的MgFea Q5A1。.。具.9504粉体、Mgh6Zna 2Si03.s粉体为原料，按照质量百分比，MgFe。.。#1。.。具.9504粉体90%、Mgl.6Zna2Si03.s粉体10%，加入无水乙醇湿磨、烘干、研磨、分散得混合粉体；将所得混合粉体过200目筛；过筛后粉体，加入粘结剂PVA，在25MPa压强下热等静压12分钟制成圆片；于1300°C烧制，保温3小时；随炉冷却，自然降温至室温。
[0040]实施例3
[0041]本实施例提供一种热敏陶瓷双参数测温材料，具体成分和制备方法为:
[0042](a)以氧化镁(MgO)、三氧化二铁(Fe2O3)、氧化铝(Al2O3)、氧化钨(TO3)为原料，按化学式Mg (Fe1 yAly) α5χ04进行配方，取X = 0.4，y = 0.1，各材料摩尔数为:氧化镁1，三氧化二铁0.36、氧化铝0.04，氧化钨0.8，加入去离子水湿磨、烘干、研磨分散后放入马沸炉850°C煅烧5小时，降温冷却，得MgFea36AlaQ4Wa A粉体;
[0043](b)以氧化镁(MgO)、氧化锌(Zn