一种负温度系数热敏陶瓷材料及其制备方法

本发明涉及半导体热敏电阻领域，具体是一种负温度系数热敏电阻陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

1、敏感元件和传感器是电子信息产业的支柱之一，具有广阔的发展前景，对电子工业的发展具有举足轻重的作用。温度系数(negative temperature coefficient,ntc)热敏电阻是一种电阻值随温度增大而减小的电阻。其具有结构简单，体积较小、灵敏度高、成本低等优点，被广泛应用于测温控温、电子产品的过流保护及温度的补偿等，已成为医疗电器、汽车工业、家用电器甚至航空航天等诸多家用及工业领域不可缺少的电子元器件之一。然而传统的过渡金属氧化物组成的尖晶石热敏电阻陶瓷通常只能应用于300℃以下，无法满足高温环境下的使用，这就给新型高温ntc热敏陶瓷材料的开发提出新挑战。

2、高温ntc热敏陶瓷是指能在300℃以上场合应用的ntc热敏陶瓷。在目前研究中，一般通过两种方法实现在高温环境下的使用：一种是将ntc热敏陶瓷与高阻陶瓷混合，以实现提高材料高温稳定性的作用；另一种是对具有高温稳定性的钙钛矿型热敏陶瓷进行改性，通常是通过掺杂对钙钛矿结构中a、b位元素进行替换，改变其电特性，使其能在高温区域稳定应用，并具有适用的ntc性能。铁酸铋-钛酸钡陶瓷材料属于钙钛矿陶瓷，其具有高温稳定性好的特点，被广泛研究于高温电子陶瓷的领域。目前基于铁酸铋-钛酸钡陶瓷制备ntc热敏电阻的研究还鲜有报道，因此对其作为ntc热敏电阻的潜力还有待研究。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于高温ntc热敏陶瓷材料及其制备方法，制备的0.69(bi1-xmgx)feo3-0.31batio3宽温区高温热敏电阻材料具有良好的致密性，同时具有优秀的热敏性能，在0～700℃范围内具有明显的负温度系数特性，适合制备宽温区高温热敏电阻器。

2、本发明的负温度系数热敏陶瓷材料，其成分包括0.69(bi1-xmgx)feo3-0.31batio3，其中x＝0.1％～5.0％。

3、优选地，x的取值为：x＝0.5％，或x＝1.0％，或x＝1.5％，或x＝2.0％。

4、优选地，所述陶瓷材料的配方原料包括含有以下元素的氧化物、无机盐或有机盐：bi、fe、ba、ti、mg金属元素。

5、进一步优选地，所述陶瓷材料的配方原料包括bi2o3、fe2o3、baco3、tio2及mgo粉末。

6、本发明的负温度系数热敏陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

7、步骤(1)、按配方计算，称取配方原料；

8、步骤(2)、将步骤(1)中称取的配方原料混合，以去离子水为混合介质，将原料混合研磨若干小时，并烘干；

9、步骤(3)、对步骤(2)烘干后得到的粉体，进行预烧后得到粉末；

10、步骤(4)、将步骤(3)预烧得到的粉末进行研磨，再次以去离子水为介质，研磨若干小时并烘干；

11、步骤(5)、将步骤(4)烘干后得到的粉末造粒；

12、步骤(6)、将步骤(5)造粒后的粉末过筛；

13、步骤(7)、将步骤(6)筛选后的粉体装入模具中，施加高压，压制成型；

14、步骤(8)、将步骤(7)压制出的坯体放入高温炉中排胶；

15、步骤(9)、将步骤(8)排胶后的坯体置于坩埚中，然后进行烧结，冷却。

16、与现有技术相比，本发明取得的技术效果包括：

17、1、本发明采用bi2o3、fe2o3、baco3、tio2、mgo粉末为原料，通过固相烧结法得到的铁酸铋-钛酸钡基高温ntc热敏陶瓷材料，即0.69(bi1-xmgx)feo3-0.31batio3陶瓷材料，具有良好的致密性，同时具有优秀的热敏性能，在1020℃的烧结温度下，100℃时电阻率ρ100为2.2×106ω·cm～4.7×104ω·cm，100℃至600℃的热敏常数b100/600值为4430k～6421k；在0～700℃范围内具有明显的负温度系数特性，适合制备宽温区高温热敏电阻器。

18、本发明通过球磨、预烧、二次球磨、造粒、成型、烧结等步骤，即可制备0.69(bi1-xmgx)feo3-0.31batio3宽温区高温热敏电阻材料。

19、2、本发明热敏陶瓷材料的成分简单、制备工艺简单，且通过调节元素含量，可以大范围地调节热敏电阻元件的电阻值，且保持较高的材料热敏常数b。

20、3、本发明的热敏电阻材料的成分配方，实际应用过程中可以根据需求，调整生产工艺，具有一定的灵活性。例如，原料可以选用含有关键元素的氧化物、无机盐或有机盐。

技术特征：

1.一种负温度系数热敏陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的成分包括0.69(bi1-xmgx)feo3-0.31batio3，其中x＝0.1％～5.0％。

2.根据权利要求1所述的负温度系数热敏陶瓷材料，其特征在于，x的取值为：x＝0.5％，或x＝1.0％，或x＝1.5％，或x＝2.0％。

3.根据权利要求1或2所述的负温度系数热敏陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的配方原料包括含有以下元素的氧化物、无机盐或有机盐：bi、fe、ba、ti、mg金属元素。

4.根据权利要求3所述的负温度系数热敏陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的配方原料包括bi2o3、fe2o3、baco3、tio2及mgo粉末。

5.一种权利要求1-4中任一项所述负温度系数热敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明属于电子陶瓷材料领域，具体涉及一种负温度系数热敏陶瓷材料及其制备方法。所述陶瓷材料的成分包括0.69(Bi<subgt;1‑x</subgt;Mg<subgt;x</subgt;)FeO<subgt;3</subgt;‑0.31BaTiO<subgt;3</subgt;，其中x＝0.1％～5.0％。陶瓷材料的配方原料包括含有以下元素的氧化物、无机盐或有机盐：Bi、Fe、Ba、Ti、Mg金属元素；例如包括Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、BaCO<subgt;3</subgt;、TiO<subgt;2</subgt;及MgO粉末。本发明的宽温区高温热敏电阻材料具有良好的致密性，同时具有优秀的热敏性能，在0～700℃范围内具有明显的负温度系数特性，适合制备宽温区高温热敏电阻器。

技术研发人员：卢振亚,胡铎,贾智
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14