一種低溫度系數高電阻率熱敏材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種低溫度系數高電阻率熱敏材料及其制備方法，是在過渡金屬氧化物Ｍｎ↓［３］Ｏ↓［４］、Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］和ＣｕＯ中加入由ＺｎＯ、Ｃ和Ｃｏ↓［３］Ｏ↓［４］組成的合成物和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］雜質，經球磨－造粒－成型－燒結的陶瓷工藝制成。根據本發明專利技術所提供的材料配方和制備方法所制得的熱敏材料的溫度系數α＝０．５５％／℃～１．２２％／℃，相當于Ｂ↓［２５／５０］＝１０００Ｋ－１１００Ｋ；電阻率ρ↓［２５］＝１４３２Ωｃｍ－１５４５Ωｃｍ，電阻率的誤差小于±３％，Ｂ值的誤差小于±１．０％。這是典型的低溫度系數高電阻率的熱敏材料，特別適用于制作汽車電子專用熱敏電阻和寬溫區熱敏電阻。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及熱敏材料
，具體涉及一種低溫度系數高電阻率熱敏材 料及其制備方法。
技術介紹
負溫度系數熱敏電阻包括測控溫熱敏電阻、溫度補償熱敏電阻和浪涌電 流吸收功率型熱壽t電阻三大類型。制作測控溫熱敏電阻材料的電阻率通常為幾 百歐姆'厘米至幾萬歐姆'厘米，B值在3000K-5000K范圍；溫度補償熱壽丈電阻的 材料電阻率與測溫熱l丈電阻材料參數相同；浪涌電流吸收功率型熱#丈電阻的材 料電阻率為幾歐姆'厘米至幾萬歐姆'厘米，B值必須大于2600K。隨著熱敏電阻 應用的發展， 一些特殊的元件，如汽車電子用熱敏電阻、軍工和航天領域用熱 敏電阻以及各種電子元器件和半導體，各種傳感器(如壓力，濕度傳感器)的 溫度補償用熱敏電阻，要求熱敏電阻具有較低的溫度靈敏度和較高額定阻值。 用常規的熱敏材料配方無法滿足要求，尤其是對于溫度系數《<±1%/°(: ,R25^2KQ 熱敏電阻元件的制造，材料的制備成為一大難題。負溫度系數熱敏材料是由Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu過度金屬氧化物，經陶瓷工藝制成的陶瓷半導體。材料的電阻率/9-"^Z/r, (B=AB/K)。可以看出，油 若提高電阻率p勢必要降低材料的態密度N或提高載流子的激活能AE。所以材 料的高電阻率必然伴隨著材料的高B值(溫度靈敏系數)。若要制備低溫度系數 (即低B值)和高電阻率的負溫度系數熱敏材料是困難的。曾有人在傳流的熱 敏材料配方中加貴金屬(Pt、 Pd、 Au等)粒子，其結果是使材料電阻率急劇下 降，同時亦使B值大幅度減小，難以實現所要求的低B值，高電阻率材料。后來又有人在傳流配方中引入低價金屬(K、 Na、 Ca等)氧化物，結果與加入金 屬粒子的效果類似。最近有人將具有低B值、低電阻率的材料與具有高B值、 高電阻率的材料復合，其結果是電阻率為兩者的權重平均值，B值則取最低值， 同樣不能獲得低溫度系數、高電阻值熱敏電阻要求的材料。根據氧化物半導體的能帶結構和導電機理，低溫度系數(低B值)、高電阻 率熱敏材料必須采用復合結構，利用不同結構的"加合效應"，使材料禁帶中形成 雜級能級，以降低導帶(或價帶)底的能級密度和提高晶界勢壘的高度。實驗 表明用"尖晶石，，結構與"鈣鈦礦，，結構(或金經石結構)復合可以制備低溫度系數、 高電阻率的負溫度系數熱敏材料。
技術實現思路
本專利技術為了彌補現有技術的不足，提供一種低溫度系數高電阻率的熱敏材 料及其制備方法。為達到上述專利技術目的，本專利技術所采用的技術方案為提供一種低溫度系數 高電阻率熱敏材料，其特征在于，所述熱敏材料的原料包括Mn304、 Fe203和CuO 過渡金屬氧化物、由ZnO、(和0)304組成的合成物和另加入的A1203 、 Nb205 雜質。上述熱敏材料的各種原料的含量如下 Mn304 6%~10%; Fe203 42% ~ 46%;CuO 41%-45%;合成物 5.0%。上述由ZnO、 C和0)304組成的合成物中各個組成部分的含量如下 ZnO 11%; C 22%;Co304 67%。上述雜質A1203和Nb205的加入量在配料總重量中的含量如下 A1203 0.3%; Nb205 0,2%。一種低溫度系數高電阻率熱敏材料的制備方法，其特征在于，所述制備方 法包括如下步驟A、 合成物的制備:按照ZnO:C:Co304=ll%: 22%: 67%的比例制成合成物配 料，并以合成物配料總重量水乙醇磨球=1.0: 0.8: 0.6: 1.5重量比在合成 物配料中加入水、乙醇、磨球進行球磨12小時，將球磨后的粉料在700°C ~750°C 保溫120min合成由ZnO、 C和(^0304組成的合成物；B、 按配方比例稱取各成份組成總配料，并以總配料水乙醇磨球=1.0: 0.8: 0.6: 1.5的重量比,球磨16小時;C、 在球磨后的烘干粉料中加入粉料重量15%~18%的、濃度為10°/。的聚乙 烯醇溶液作為粘合劑，造粒成粒度為80目~200目的粉體；D、 將造粒4分體壓制成熱壽文材料測試樣品坯件，熱壽1材料測試樣品坯件的壓 制密度為3.2g/cm3 ~ 3.4g/cm3;E、 將樣品坯件置于1050 °C ~ 1080 。C的高溫爐中，按如下燒結曲線燒結室溫 500。C 升溫速率0.5°C/min500°C~800°C 升溫速率0.8°C/min800 °C 保溫 60min800°C ~ ( 1050°C ~ 1080°C )(1050°C ~ 1080°C ) (1050°C ~ 1080°C ) ~200°C升溫速率1.0°C/min 保溫 (150~210)min隨爐降溫；F、電極燒結后的瓷體的收縮率為13%~15%,燒結密度為4.9g/cm3~ 5.1g/cm3，采用含Ag60。/。的漿料在瓷體兩面絲網印刷Ag漿電極，在800。C ~ 850°C 還原30min。阻率在1510Qcm-1545Qcm的范圍，B25/50=1000K-1100K,屬于典型的低溫系數、高電阻率材^"。具體實施例方式本專利技術所提供的低溫度系數高電阻率熱敏材料的原料包括Mn304、 Fe203和 CuO過渡金屬氧化物、由ZnO、 C和Co304組成的合成物和雜質A1203 、 Nb2Os 組成。所述低溫度系數高電阻率熱敏材料中各個組成部分的含量為Mn304: 6%~10%; Fe203: 42%~46%; CuO: 41~45%;合成物5.0%;雜質A1203: 0.3%; Nb205: 0.2%。所述由ZnO、 C和0)304組成的合成物中各個組成部分的 含量為ZnO: 11%; C: 22%; Co304: 67%。上述低溫度系數高電阻率熱敏材料的制備方法，其特征在于，所述制備方 法包括如下步驟A、 合成物的制備:按照ZnO:C:Co304=ll%: 22%: 67%的比例制成合成物配 料，并以合成物配料總重量水乙醇磨球=1.0: 0.8: 0.6: 1.5重量比在合成 物配料中加入水、乙醇、磨球進行球磨12小時，將球磨后的粉料在700°C ~750°C 保溫120min合成由ZnO、 C和03304組成的合成物；B、 按配方比例稱取各成份組成總配料，并以總配料水乙醇磨球=1.0:0.8: 0.6: 1.5的重量比，球磨16小時；C、 在球磨后的烘千粉料中加入粉料重量15%~ 18%的、濃度為10%的聚乙 烯醇溶液作為粘合劑，造粒成粒度為80目~200目的粉體；D、 將造粒4分體壓制成熱每文材料測試樣品坯件，熱，敏材料測試樣品坯件的壓制密度為3.2g/cm3 ~ 3.4g/cm3;E、 將樣品坯件置于1050°C ~ 1080。C的高溫爐中，按如下燒結曲線燒結室溫 50(TC 500 °C 腦。C 訓。C800°C ~ ( 1050°C ~ 1080°C )(1050°C ~ 1080°C ) (1050°C ~ 1080°C ) ~200°C升溫速率0.5°C/min 升溫速率0.8°C/min 保溫 6Qmin 升溫速率1.0°C/min 保溫 (150-210) min 隨爐降溫；F、電極燒結后的瓷體的收縮率為13%~15%，燒結密度為4.9g/cm3 ~ 5.1g/cm3,采用含A本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低溫度系數高電阻率熱敏材料，其特征在于，所述熱敏材料的原料包括Ｍｎ↓［３］Ｏ↓［４］、Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］和ＣｕＯ過渡金屬氧化物、由ＺｎＯ、Ｃ和Ｃｏ↓［３］Ｏ↓［４］組成的合成物和另加入的Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］雜質。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陶明德，唐本棟，周軍有，
申請(專利權)人：四川西漢電子科技有限責任公司，
類型：發明
國別省市：90[中國|成都]