專利名稱：：一種低電阻率、高b值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及熱敏材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備是制造高靈敏度熱敏電阻及其傳感器的核心技術(shù)。多層結(jié)構(gòu)的片式熱敏電阻單層化(即用單層芯片)有賴于低電阻率、高B值材料的開發(fā)。功率型浪涌熱敏電阻要求低電阻率、高B值材料，以降低元件的殘留電阻，減少電阻體上的功率耗散，提高產(chǎn)品的過載能力。一些微弱溫度信號的檢查(如生物工程)要求傳感器具有很高的靈敏度，低電阻率、高B值熱敏材料一直是人們追求的目標(biāo)。為了提高熱敏材料的B值，降低材料電阻，曾在過度金屬氧化物材料配方中摻入貴金屬，如Au、Pt、Pa利用金屬離子的分流效應(yīng)降低材料的電阻率，但隨著材料電阻率的下降，B值大幅度下降，5Qcm電阻率的材料，B值只能達(dá)到2600K。隨后又有人在材料配方中加入一些低價金屬如K，Na，Ca的氧化物，同樣是降低電阻率，亦減少B值，無法實現(xiàn)應(yīng)用要求的低電阻率、高B值熱敏材料。根據(jù)氧化物半導(dǎo)體的性質(zhì)，材料電阻率(電導(dǎo)率的倒數(shù))主要取決于原子外層電子的交換，B值決定于載流子激活能的大小(AE/K)。若要保持較高的激活能，又能維持導(dǎo)帶中有較大的載流子濃度，只有改變材料的能級結(jié)構(gòu)，即在禁帶中形成雜志能級，采用材料的結(jié)構(gòu)復(fù)合，使具有低電阻率的材料(如反尖晶石，或全反尖晶石)與高B值材料(如鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和金紅石結(jié)構(gòu))形成復(fù)合機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，利用結(jié)構(gòu)"加合效應(yīng)"，實現(xiàn)材料特性的復(fù)合，以獲得低電阻率、高B值的熱敏材料。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提供一種低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料，所述熱敏材料主要由Mn-Co-Cu-O的氧化物主料，并加入？620301102-0"203的合成物，經(jīng)過球磨、造粒、成型、高溫?zé)Y(jié)的陶瓷工藝制成的熱敏材料，該熱敏材料在25。C的電阻率為5Qcm-20Qcm，25'C-5(TC溫區(qū)的B值為3200K-3600K。所述主料為]\^1304、0)304和010，加入的合成物為主料總重量的1.5%-5.5%，即主料中各成分和合成物之間的重量百分比為1^11304:0)304:010:合成物=31%-41%:350/0-40%:19%-26%:1.5%-5.5%。所述合成物Fe203、C、1102和0203的重量百分比為？6203:(::7102:0"203=0.8%:0.5%:71.4%:28.6%。一種低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，包括以下步驟①、合成物的制備a、將合成物各成分按？6203:0/1102:(^203=0.8%:0.5%:71.4%:28.6%的重量百分比稱量，并按合成物:水:乙醇:磨球=1:0.8:0.6丄5的重量比球磨12小時后烘干制得合成物的球磨料；b、將合成物的球磨料在80(TC-85(TC的溫區(qū)內(nèi)保溫120min合成Fe2OrC-1102-&203的合成物；②、將合成物以1.5-5.5。/。的重量百分比加入到Mn-Co-Cu-0的氧化物主料中制得混合料，即重量百分比為Mn3O4:Co3O4:CuO:合成物-31。/Q-41。/。:35。/。-40。/o:19%-26%:1.5%-5.5%;并按混合料:水:乙醇:磨球=1:0.8:0.6:1.5的重量比球磨12小時制得混合料球磨料；③、將混合料球磨料在IOO'C烘干，然后向烘干后的混合料球磨料中加入粘合劑，造粒成粒度為80目-200目的粉體；所述粘合劑是濃度為10%的聚乙烯溶液，加入到混合料中的重量百分比為混合料總重量的15%-18%;④、將造粒的粉體壓制成密度為3.2g/cm".4g/cm3的材料測試樣品坯件;、將坯件在高溫電爐中煅燒制得瓷片，燒結(jié)曲線參數(shù)如下室溫—500°C升溫速率0.5°C/min500°C—,°C升溫速率0.8°C/min800°C保溫60min800°C—1050°C-1100°C升溫速率1.0。C/min1050°C-1100°C保溫150-210min1050°C--1100°C—200°C隨爐降溫；、將燒結(jié)后的瓷片雙面印刷含Ag量為60%的Ag漿，在850。C還原30min，并將芯片兩面焊上引線，制得該熱敏材料測試樣品。在25。C和50'C恒溫油槽中測量樣品的電阻值&5和R5o，按下式計算材料電阻率和B25/5Q;。及，,J^298.15x323.15Ti，，式中S為電極的面積，L為兩導(dǎo)電面板間的距離。本發(fā)明制備的熱敏材料電阻率為5Qcm-20Qcm，B25/5Q=3200K-3600K，電阻率的誤差小于±2.0%，B值的一致性優(yōu)于±1%，這種材料特別適合用作各種類型的高靈敏度測溫?zé)崦綦娮韬蛦螌悠綗崦綦娮琛＞唧w實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:實施例1:采用下表的配方成份Mn3Q4Co304CuO合成物重量百分比(％)35.83840.46221.9651.734按下列工藝制備A、合成物的制備a、？6203:(::1102:0"203=0.8%:0.5%:71.4%:28.6%重量百分比稱量配料500§，加入水(400g)、乙醇(300g)、磨球(鋯球)(750g)球磨12小時后取出烘干，過150目篩。b、將球磨料置于85(TC士5"C箱式爐中，保溫120min制成合成物?！?、按上表中的比例配料1000g，即Mn304=358.38g，Co3O4=404.62g，Cu0219.65g+合成物17.64g，按料(1000g):水(800g):乙醇(600g):磨球(鋯球)(1500g)比例球磨12小時；A將球磨料在10(TC烘干，并加入粉料總量15%的，溶濃為10%的聚乙烯醇溶液(粘合劑)，手工造粒成粒度為80目-200目的粉體。(4)、將造粒粉體壓成直徑O10mm，厚度為2.0mm，密度為3.2g/cm3的材料測試樣品坯體。(5)、將坯體置于高溫爐中燒結(jié)，燒結(jié)曲線如下室、溫一500°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一1060°C升溫速率1.0°C/min1060°C保溫150min1060°C—200°C隨爐降溫。燒結(jié)后的瓷片密度為(4.8-4.9)g/cm3，收縮率14.5%;(6)、燒結(jié)后的瓷片兩面印刷Ag漿(含Ag60。/。)，還原溫度850。C，時間30min，Ag層厚度為(3-4)um，做成熱敏材料芯片；(7)、將樣品置于25。c土o.rc和50。C士0.rC恒溫油槽中，測量其電阻值R2s和R^，并按下式計算材料電阻率P25和B^5。。_i25^y—298.15x323.15ri25尸25=丁，腦=^"[式中S為電極的面積，對圓片樣品S=ot2(r為電極的半徑)L為兩電極之間的距離。測試計算結(jié)果如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>按實施例l相同的工藝，燒結(jié)溫度因為CuO量減少，提高到1070。C，升溫速率和保溫時間均與實施例1相同。樣品測試計算結(jié)果如下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>按實施例l的工藝制備樣品。測試計算結(jié)果如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例1、實施例2和實施例3的結(jié)果表明，由配方Mri304:Co304:CuO:合成物=31%-41%:35°/。國40%:19%國26%:1.5°/。陽5.5%;經(jīng)陶瓷工藝制成的熱敏材料電阻率為5Qcm-20Qcm，B25/50=3200K-3600K，電阻率的分散性小于±2.0%，B值的一致性優(yōu)于±1%，是典型的低電率，高B值熱敏材料。這種材料特別適合作高精度熱敏電阻。權(quán)利要求1.一種低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料，其特征在于所述熱敏材料主要由Mn-Co-Cu-O的氧化物主料，并加入Fe2O3-C-TiO2-Cr2O3的合成物，經(jīng)過球磨、造粒、成型、高溫?zé)Y(jié)的陶瓷工藝制成的熱敏材料，該熱敏材料在25℃的電阻率為5Ωcm-20Ωcm，25℃-50℃溫區(qū)的B值為3200K-3600K。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料，其特征在于所述主料為Mn304、Co30^nCuO，加入的合成物為主料總重量的1.5%-5.5%，即主料中各成分和合成物之間的重量百分比為癒304:0)304:010:合成物=31%-41%:35%-40%:19%-26%:1.5%-55%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料，其特征在于所述合成物？6203、。1102和0"203的重量百分比為？6203:(::1^02:0"203=0.8%:0.5%:71.4%:28.6%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟①、合成物的制備a、將合成物各成分按？6203:(::1102:(:1"203=0.8%:0.5%:71.4%:28.6%的重量百分比稱量，并按合成物:水:乙醇:磨球=1:0.8:0.6:1.5的重量比球磨12小時后烘干制得合成物的球磨料；b、將合成物的球磨料在800。C-85(TC的溫區(qū)內(nèi)保溫120min合成Fe203-C-丁(02-0203的合成物；②、將合成物以1.5-5.5%的重量百分比加入到Mn-Co-Cu-O的氧化物主料中制得混合料，即重量百分比為,304:0>304:010:合成物=31%-41%:35%-40%:19%-26%:1.5%-5.5%;并按混合料:水:乙醇:磨球=1:0.8:0.6:1.5的重量比球磨12小時制得混合料球磨料；③、將混合料球磨料在10(TC烘千，然后向烘干后的混合料球磨料中加入粘合劑，造粒成粒度為80目-200目的粉體；所述粘合劑是濃度為10%的聚乙烯溶液，加入到混合料中的重量百分比為混合料總重量的15%-18%;④、將造粒的粉體壓制成密度為3.2g/Cm3-3.4g/cm3的材料測試樣品坯件;、將坯件在高溫電爐中煅燒制得瓷片，燒結(jié)曲線參數(shù)如下室溫一500°C升溫速率0.5°C/min`500°C一800°C升溫速率0.8。C/min800°C保溫60min細(xì)。C一1050°C.-1100°C升溫速率1.0°C/min1050°C.-1100°C保溫150-210min`1050°C-■1100°C—200。C隨爐降溫；、將燒結(jié)后的瓷片雙面印刷含Ag量為60%的Ag漿，在85(TC還原30min，并將芯片兩面焊上引線，制得該熱敏材料測試樣品。全文摘要本發(fā)明公開了一種低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法，所述熱敏材料主要由Mn-Co-Cu-O的氧化物主料，并加入Fe₂O₃-C-TiO₂-Cr₂O₃的合成物，經(jīng)過球磨、造粒、成型、高溫?zé)Y(jié)的陶瓷工藝制成的熱敏材料，該熱敏材料在25℃的電阻率為5Ωcm-20Ωcm，25℃-50℃溫區(qū)的B值為3200K-3600K。本發(fā)明制備的熱敏材料電阻率為5Ωcm-20Ωcm，B_25/50＝3200-3600K，電阻率的誤差小于±2.0％，B值的一致性優(yōu)于±1％，這種材料特別適合用作各種類型的高靈敏度測溫?zé)崦綦娮韬蛦螌悠綗崦綦娮琛Ｎ臋n編號C04B35/01GK101618959SQ200910060128公開日2010年1月6日申請日期2009年7月28日優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日發(fā)明者周軍有,唐本棟,陶明德申請人:四川西漢電子科技有限責(zé)任公司