一种双参数测温复相热敏陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于陶瓷材料领域，涉及一种热敏陶瓷材料，具体涉及一种双参数测温复相热敏陶瓷材料及其制备方法。
【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)。NTC负温度系数温度传感器是以猛、钴、镲和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的；这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料；温度低时，这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC负温度系数温度传感器在室温下的变化范围在IXlO2?IXlO6欧姆、温度系数为-2%?-6.5%，它可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。
[0003]申请号为201380001371.5的中国发明专利公开了一种用于热敏电阻温度传感器的陶瓷组成物及使用该组成物制造的热敏电阻装置，该陶瓷组成物适合于在用于去除来自汽车排气系统的氧化氮、一氧化碳以及未燃烧的微粒的DOC以及DPF中使用，或者适合于在类似的工业高温环境中应用的热敏电阻温度传感器中使用，它是通过将4B族的Sn或者5B族的Sb或Bi添加到具有以AB03表示的钙钛矿晶体结构的钙钛矿相来制备，其中A包括从除LA之外的2A族及3A族元素中选出的至少一种元素，并且B包括从4A族、5A族、6A族、7A族、8A族、2B族以及3B族过渡金属中选出的至少一种元素。这样的陶瓷组成物不具备双参数测温性能，因此需要重新研宄热敏陶瓷材料的配方。
【发明内容】
[0004]本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种双参数测温复相热敏陶瓷材料，以质量百分含量计，它的原料配方包含如下组分:
[0006]第一组合物25%?40% ;
[0007]第二组合物40%?65% ;
[0008]AlN 3%?25%;
[0009]所述第一组合物的化学组成通式为BiTixNbxFe1^xO3,0.0001 ^ x ^ 0.3 ;所述第二组合物的化学组成通式为Y3_yBiyNb07，0.0001 ^ y ^ 0.3 ;所述第一组合物的原料配方包含Bi203、Fe203、1102和Nb 205;所述第二组合物的原料配方包含Y 203、Bi2O3和Nb 205。
[0010]优化地，所述第一组合物的化学组成通式为BiTixNbxFe1^O3,0.001 ^ x ^ 0.002 ；所述第二组合物的化学组成通式为Y3_yBiyNb07，0.0005 < y < 0.001。
[0011]优化地，它的温度阈值点为350?500°C
[0012]本发明的又一目的是提供一种上述双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，它包括以下步骤:
[0013](a)采用 Bi203、Fe2O3.1102和 Nb 205为原料，按 BiTi xNbxFei_3x03配料，研磨后置于500?1000°C煅烧I?5小时，冷却后得第一组合物；
[0014](b)采用Y203、Bi2O3和Nb 205为原料，按Y ^yBiyNbO7配料，研磨后置于1000?1500°C煅烧2?5小时，冷却后得第二组合物；
[0015](c)将第一组合物、第二组合物和AlN粉体按质量比研磨混合，升温至1100?1500°C，并置于惰性气体气氛中烧制2?5小时，冷却后即可；
[0016]所述步骤(a)和步骤(b)不分先后。
[0017]优化地，所述步骤(C)中，在烧制前向混合物中加入粘结剂，再于10?50MPa下将其压制成片。
[0018]优化地，所述步骤(a)和步骤(b)中，研磨时加入去离子水进行湿磨、烘干后再煅烧；所述步骤(C)中，研磨时加入无水醇类溶剂进行湿磨、烘干后再煅烧。
[0019]优化地，所述步骤(a)中，冷却速度为20?50°C /小时；所述步骤(b)中，冷却速度为30?60°C /小时；所述步骤(c)中，自然冷却。
[0020]优化地，所述步骤(C)中，升温速度为50?110°C /小时。
[0021]进一步地，所述步骤(C)中，在加入粘结剂前将混合后的粉体通过200目以上的筛子。
[0022]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:本发明双参数测温复相热敏陶瓷材料，利用一定质量百分含量的BiTixNbxFei_3x03、Y3_yBiyNbO#P AlN混合制成，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 -1ooo°c区间精确测量温度，并且具有较高的灵敏度，这样的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；并且制备方法简单，适于大规模应用。
【附图说明】
[0023]附图1为负温度系数热敏电阻温度-电阻率特性图；
[0024]附图2为正介电常数温度系数热敏电容温度-电容特性图；
[0025]附图3为本发明实施例4制备的双参数测温复相热敏陶瓷材料的温度-电阻率、温度-电容特性图；
[0026]附图4为本发明实施例3至实施例5制备的双参数测温复相热敏陶瓷材料XRD图，a对应实施例5、b对应实施例4，c对应实施例3 ；
[0027]附图5为本发明实施例3制备的双参数测温复相热敏陶瓷材料的SEM图；
[0028]附图6为本发明实施例4制备的双参数测温复相热敏陶瓷材料的SEM图；
[0029]附图7是本发明实施例3制得的双参数测温复相热敏陶瓷材料的温度-电阻率、温度-电容特性图；
[0030]附图8是本发明实施例5制得的双参数测温复相热敏陶瓷材料的温度-电阻率、温度-电容特性图；
[0031]附图9是本发明实施例6制得的双参数测温复相热敏陶瓷材料的温度-电阻率、温度-电容特性图。
【具体实施方式】
[0032]本发明双参数测温复相热敏陶瓷材料，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25%?40% ;第二组合物40%?65% ;A1N(粉体)3%?25% ;所述第一组合物的化学组成通式为BiTixNbxFei_3x03，0.0001 ^ X ^ 0.3 ;所述第二组合物的化学组成通式为Y3_yBiyNb07，0.0001 ^y^0.3o这种热敏陶瓷材料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，并且具有较高的灵敏度和较宽的测温区间(O?1000 °C )，这样的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；并且制备方法简单，适于大规模应用。其中，对X、I的值进行了优化，具体为:0.001 ^ X ^ 0.002 ；0.0005 ^ y ^ 0.001，这样双参数测温复相热敏陶瓷材料的性能更为稳定，它的温度阈值点更为明显。第一组合物的原料配方包含Bi203、Fe203、Ti0#P Nb 205;第二组合物的原料配方包含Y 203、Bi203和Nb 205，它的温度阈值点为 350 ?500 0C ο
[0033]上述双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，它包括以下步骤:(a)采用Bi203、Fe203、1102和Nb 205为原料，按BiTi xNbxFei_3x03配料，研磨后置于500?1000°C煅烧I?5小时，冷却后得第一组合物；(b)采用Y203、Bi203和Nb 205为原料，按Y 3_yBiyNb07配料，研磨后置于1000?1500°C煅烧2?5小时，冷却后得第二组合物；(c)将第一组合物、第二组合物和AlN粉体按质量比研磨混合，升温至1100?1500°C，并置于惰性气体气氛中烧制2?5小时，冷却后即可；所述步骤(a)和步骤(b)不分先后。需要注意的是，上述双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法确定了其温度阈值点，具有意