一种高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料及其制备方法

专利名称：：一种高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及敏感材料领域，具体涉及一种高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料及其制备方法。
背景技术：
：负温度系数(NTC)热敏电阻包括高精度测温热敏电阻、温度补偿热敏电阻和浪涌电流吸收功率型热敏电阻三类。高精度测温热敏电阻要求阻值互换精度AR/R^iP/。，B值(材料常数)一致性优于±0.8%。温度补偿元件阻值互换性△R/R^5%，B值一致性优于士2。/。。浪涌电流吸收功率型热l丈电阻的B值大于2600K。目前，国内外对这三种热敏电阻釆用的材料配方均由Mn、Fe、Co、Ni和Cu的过渡金属氧化物组成的材料配方，使用粉体成型陶瓷工艺或化学共沉淀和等静压成型工艺，材料电阻率的均匀性Ap/p二士3。/。-土5。/Q,B值的一致性为土l0/。-±2%。为提高材料的一致性和稳定性曾采用溶胶一凝胶法、水热法以及配方引入高溶点杂质，如ZrO、MgO和Si02等，但这些努力未能从根本上解决热敏材料的高均匀性和高稳定性问题。直至今日，高精度测温热敏电阻互换精度为±1%的合格品率仍只有30°/。-50%。研究表明，热敏材料电学特性的均匀性主要取决于材料成份均勻性，相结构均匀性和材料中缺陷和杂质分布的均匀性。成份的不均匀致使材料各处的电导起伏；相结构(包括晶界密度)的不均匀导致材料各处能级畸变，载流散射几率不相同；杂质分布不均匀使材料各处电阻率不相同。尤其是材料中的热应力不相等，使材料产生热致结构变化，导致材料的不稳定性。制备高均匀、高稳定性热敏材料是热敏电阻制造的核心技术。
发明内容本发明为了弥补现有技术的不足，提供一种高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料及其制备方法。为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为提供一种高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料，其特征在于所述热敏材料的各个组份及其重量份比如下所示Mn3。442%~'47%;Fe20315%'-17%.,ZnO13%--15%;CuO17%'-18%;NiO5.0%;C2.5%'-3.5%;A1203上述高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤A、按照上述配方配制热敏配方料；B、按照热敏配方料水乙醇磨球=1.0:0.8:0.6:1.5的重量比球磨16小时；C、将球磨粉料烘干后，碾细后过150目筛，并加入球磨粉料总重量的15%-18%、浓度为10%的聚乙烯醇溶液，造粒成粒度为80目-200目的粉体；D、按照成型密度为3.2g/cm3~3.4g/cm3制成坯体，并将坯件置于匣钵中后在高温电炉中烧结，烧结曲线为室温500。C升温速率0.5°C/min500°C~800。C升温速率0.8°C/min4呆温(60~120)min800°C~(1050°C~1250°C)升温速率1.0°C/min(1050°C~1250°C)保温(150~300)min(1050°C~1250°C)~200°C随炉降温；E、烧结后的材料在U5。C保持100小时进行敏化处理，制成具有高密度的反尖晶石结构的陶瓷半导体热敏材料。上述聚乙烯醇溶液作为粘合剂，使得球磨所得的粉料造粒成粒度为80目~200目的粉体；再将造粒所得的粉体压制成密度为3.2g/cm3~3.4g/cm3、<D10的圓片或①35x20mm的圆柱锭；并将样品置于匣钵中，放入高温电炉中烧结。将OIO的圓片状样品的两面印刷Ag电极在85(TC还原30min,对于035的圓锭则需切割成圆片，再在圆片两面印刷Ag浆电极，然后再划成要求尺寸的芯片。综上所述，采用本发明所提供的配方以及方法所制备的高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料的电阻率为2300Qcm，电阻的误差<±1.0%;825/5()为3900K,其误差<±0.2%,敏化系数为0.16%-0.17%，是很理想的高均匀性、高稳定性热敏材料，特别适合用于制作各种高精度测温热敏电阻和特殊用途的热敏电阻。附图及其说明图1为实施例1中测量得出的4丈化曲线。具体实施例方式本发明所提供的高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料的各个组份及其重量4分比如下所示Mn304为42%~47%;Fe203为15%~17%;ZnO为13%~15%;CuO为17%~18%;NiO为5.0%;C为2.5%~3.5%;A1203为0.3%。上述高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤A、按照上述配方配制热敏配方料；B、按照热敏配方料水乙醇磨球=1.0:0.8:0.6:1.5的重量比球磨16小时；C、将球磨粉料烘干后，碾细后过150目筛，并加入球磨粉料总重量的15%-18%、浓度为10%的聚乙烯醇溶液，造粒成粒度为80目-200目的粉体；D、按照成型密度为3.2g/cms-3.4g/cms制成坯体，并将坯件置于匣4^中后在高温电炉中烧结，烧结曲线为室温~500°C500°C~800°C800°C800°C~(1050°C~1250°C)(1050。C~1250°C)(1050。C~1250°C)~200°C升温速率0.5°C/min升温速率0.8。C/min保温(60~120)min升温速率1.(TC/min保温(150—300)min随炉降温；E、烧结后的材料在1"。C保持100小时进行敏化处理，制成具有高密度的反尖晶石结构的陶瓷半导体热敏材料。将上述所制得的陶瓷半导体热敏材料在25。C和50°C恒温油槽中分别测量其电阻值，即R25和Rsq。并按下式计算其电阻率^25和万25/5。值<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>式中S为电极的面积(对圆片样品S^;zr2，丄是两电极之间的距离，对于圆片样品，丄即圆片厚度)。实施例1:采用下表的材料配方<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>采用以下制备工艺(1)按上表比例配料lOOOg,并按比例料lOOOg:水800g:乙醇600g和磨球1500g置于球磨机上，球磨16小时，取出后在IO(TC烘干，碾细过150目筛。(2)将球磨粉料称重，并加入粉料重量15%的，浓度为10%的聚乙烯醇溶液，手工造粒成粒度为80目-200目的粉体。(3)在粉末成型机上将造粒粉体压制成直径为10mm，厚度为2.0mm，压制密度为3.2g/cm3的材料测试样品坯件。(4)将样品坯件竖排在陶瓷匣钵内，将匣钵方文入高温电炉中烧结，烧结曲线如下室温一500。C500。C—,°C800。C800°C-1070。C1070°C1070°C-200°C(5)将烧成的瓷片测量其物理参数，升温速率0.5°C/min升温速率0.8°C/min保温60min升温速率1.0°C/min保温150min随炉降温结果如下表参数收缩率(％)密度(g/cm3)晶粒尺寸(pm)吸水性结果(100支样品平均)15.34.9850-80不吸(6)将烧成的瓷片两面印刷Ag浆电极(含Ag60%)，在15(TC烘烤25min，在850。C还原30min;然后将100支芯片焊上引线，置于25。C士0.1。C和50。C士0.1。C恒温油槽中测量电阻值R25和Rs。，并按下式计算材料电阻率/25和45/5。值，其结果如下表参数/25(。cm)△p/p(%)万，(K)△B/B(0/0)结果(IOO支样品统计)2300±0.813卯0±0.2(7)将测试后的样品10支置于125。C敏化100小时，测量不同时间的阻值8变化绘出敏化曲线，如图l所示，每丈4匕系凄丈S=、后前J=0.17%。图1中的敏化及前曲线表明40小时，热敏材料达到稳定。实施例2:采用下表的配方:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>按实施例1的工艺制作样品，烧结温度改为UO(TC，升温速率和保温时间均与实施例2相同，测试结果如下物理特性:<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>(1)按实施例1的工艺制备粉料。(2)压制成密度为3.2g/cm3，直径为35mm、厚度为20mm的圓柱体。(3)烧结温度为1230°C±2°C,保温时间为300min,升降温度速率与实施例1相同。(4)烧好的瓷锭切成厚度为0.4mm的薄片，并在两面印刷Ag电极，工艺与实施例1相同。(5)将做电极的大片划成1.2x1.2x0.4(mm)的小片，焊上引线进行测量，测试结果如下:<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>实施例1、实施例2和实施例3的结果表明，本发明提供的材料配方和制备方法所制出的热敏材料电阻率为2300Qcm,电阻的误差<±1.0%;825/5()为3900K,其误差<±0.2%,敏化系数为0.16%-0.17%，是很理想的高均匀性、高稳定性热敏材料，特别适合用于制作各种高精度测温热敏电阻和特殊用途的热敏电阻。虽然本发明以上述较佳的实施例对本发明做出了详细的描述，但并非用上述实施例限定本发明。本领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明技术方案所给出的技术特征和范围的情况下，对技术特征所作的增加、以本领域一些同样内容的替换，均应属本发明的保护范围。权利要求1、一种高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料，其特征在于所述热敏材料的各个组份及其重量份比如下所示Mn3O442％～47％；Fe2O315％～17％；ZnO13％～15％；CuO17％～18％；NiO5.0％；C2.5％～3.5％；Al2O30.3％。2、权利要求1所述的高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤A、按照上述配方配制热敏配方料；B、按照热l丈配方料水乙醇磨球(锆球)=1.0:0.8:0.6:1.5的重量比^^磨16小时；C、将球磨粉料烘干后，碾细后过150目筛，并加入球磨粉料总重量的15%-18%、浓度为10%的聚乙烯醇溶液，造粒成粒度为80目-200目的粉体；D、按照成型密度为3.2g/cmS3.4g/cmS制成坯体，并将坯件置于匣钵中后在高温电炉中烧结，烧结曲线为室温500。C升温速率0.5°C/min500°C~800°C800°C800°C~(1050°C~1250°C)升温速率0.8°C/min保温(60-120)min升温速率1.0°C/min(1050°C~1250°C)保温(150~300)min(1050°C~1250°C)~200°C随炉降温；E、烧结后的材料在125。C保持100小时进行敏化处理，制成具有高密度的反尖晶石结构的陶瓷半导体热敏材料。全文摘要本发明公开了一种高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料及其制备方法，所述高均匀性高稳定性负温度系数热敏材料是由Mn₃O₄、Fe₂O₃、ZnO、CuO、NiO、C和Al₂O₃组成，其重量百分比分别为Mn₃O₄∶Fe₂O₃∶ZnO∶CuO∶NiO∶C∶Al₂O₃＝42％-47％∶15％-17％∶13％-15％∶17％-18％∶5.0％∶2.5％-3.5％∶0.3％。上述热敏材料的制备方法为经球磨—造粒—成型—高温烧结陶瓷工艺制成。材料的电阻率为2300Ωcm，B值为3900K，电阻率的分散性小于±0.65％，敏化系数为0.16％-0.17％，是很理想的高均匀性、高稳定性热敏材料，特别适合用于制作高精度测温热敏电阻和特殊用途的热敏电阻。文档编号C04B35/38GK101618963SQ200910060129公开日2010年1月6日申请日期2009年7月28日优先权日2009年7月28日发明者周军有,唐本栋,陶明德申请人:四川西汉电子科技有限责任公司