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)明涉及熱敏材料領(lǐng)域，特別涉及一種低電阻率、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)熱敏材料制備的元件與傳感器廣泛地用于各種領(lǐng)域的溫度測量、溫度控制、溫度補(bǔ)償和電路過流保護(hù)。但由于當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)低電阻率，高B值產(chǎn)品，相對MEMS數(shù)字傳感器來說精度偏低，因此能夠制造更高精度的低電阻率/高B值的低成本材料成為全球同行業(yè)追求的目標(biāo)。最初負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻通常采用從過度金屬M(fèi)n、Co、N1、Fe、Cu、的氧化物中選取3 4種作為主配方，同時摻入一些高價或低價的其他金屬化氧化物以及一些稀土元素，材料的電阻率從幾歐姆 厘米、到幾千歐姆 厘米，B值(材料系數(shù))在100(Γ4300Κ范圍內(nèi)；用這些材料做成的熱敏電阻的標(biāo)稱電阻值為幾百歐姆到幾十萬歐姆，迄今為止，此系列配方材料方案還沒有一種理想的實(shí)現(xiàn)高精度、高一致性和互換性的低阻/高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制造方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種聞精度、聞一致性和互換性、聞穩(wěn)定性的低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料，以Mn-Co-Al系氧化物作為主配方，其特征在于:在主配方中摻入低價金屬粒子Nb2O5和高穩(wěn)定雜質(zhì)TiO2和ZrO制成,其中，主配方為重量比為50 60:40 55:2 10的Mn3O4、Co3O4和Al2O3,高穩(wěn)定雜質(zhì)的添加量為主配方重量的
0.5 10%。本發(fā)明所述的低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，主要步驟為:在主配方Mn-Co-Al系氧化物中摻入低價金屬粒子和高穩(wěn)定雜質(zhì)后將其進(jìn)行8 12小時的球磨，經(jīng)10(Tl5(rC烘干后加入粘合劑造成8(Γ200目的顆粒，并制成成形圓片，在120(T134(TC高溫下燒結(jié)2.5飛小時，最后印刷得到成品。本發(fā)明將低價金屬粒子Nb2O5摻入配方中降低材料電阻，并摻入高穩(wěn)定雜質(zhì)Ti02、ZrO材料，改變了載流子濃度，提高了熱激發(fā)效率，而不變能級位置，因此材料B值獲得提升，同時材料結(jié)構(gòu)熱變化效應(yīng)也減弱，從而提高了材料穩(wěn)定性，材料在25°C時的電阻率為200 800 Ω cm, 25 50°C溫區(qū)的 B 值為 3300 5000K。本發(fā)明的更優(yōu)方案為:
所述球磨時，球磨物料、水和球的重量配比為1:1.1"!.4:1.5 2。所述粘合劑為質(zhì)量濃度為1(Γ20%的聚乙烯醇溶液，其用量為主配方重量的20 30%。所述成形圓片的直徑為5cm,成形密度為2.4^3.6g/cm3。所述燒結(jié)過程為由室溫飛00°C時， 升溫速率為0.5°C /min，然后恒溫2小時，之后繼續(xù)升溫至800°C，升溫速率為0.8°C /min，然后恒溫2小時，再次升溫至燒結(jié)溫度，升溫速率為6°C /min，在燒結(jié)溫度上恒溫2.5飛小時，最后隨爐降溫。所述印刷時，在75(T850°C的銀漿還原溫度下還原漿料，還原時間為25 35min。本發(fā)明工藝中的配方、燒結(jié)、印刷為關(guān)鍵工藝；配方?jīng)Q定了材料特性，燒結(jié)、印刷則是實(shí)現(xiàn)這一特性的保證。本發(fā)明用Al替Cu、Fe等，加入含Nb、T1、Zr氧化物的添加劑，對電阻率和B值進(jìn)行補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)溫度傳感器所需的各種參數(shù)。本發(fā)明的材料具有低電阻率/高B值特點(diǎn)，是溫度傳感器所需的重要材料，具有較好的一致性，重復(fù)性和穩(wěn)定性，該材料特別適合用于制作汽車電子傳感器用特種熱敏電阻、各種半導(dǎo)體器件、寬溫區(qū)測溫和特種傳感器的溫度補(bǔ)償元件。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
(1)配方:以Mn3O4、Co3O4、Al2O3 為原料，純度為工業(yè)級，取 Mn3O4 =Co3O4:A1203=50:40:10(%wt) +6% (添加劑)=53:40:7 (% wt) +6% (添加劑) =56:40:4 (% wt) +6% (添加劑)=58:40:2 (% wt) +6% (添加劑);添加劑:Nb2O5 =TiO2:ZrO =60:30:10%wt, 8 小時球磨；
(2)將上述比例配方料球磨10小時，料冰:球=1.0:1.2:1.5 ;
(3)造粒:在粉料中加入濃度為10%的PVA膠溶液25%wt，手工造粒，過80-200目篩；
(4)成形:用20Mpa壓力，成形Φ5.4 (mm) X1.2mm的還片，壓制密度為3.2g/cm3 ；
(5)將成形的坯片裝入陶瓷缽中在1250°C高溫下燒結(jié)3小時。燒結(jié)曲線為:
室溫 500°C升溫速率為0.5V /min,
500°C 500°C恒溫2小時，
5000C "8000C升溫速率為 0.80C /min,
8000C "8000C恒溫 2 小時，
8000C 1250°C升溫速率為 6°C /min,
1250°C 1250°C恒溫 3.5 小時，
然后隨爐降溫，200°C以下，出爐；
(6)印刷電極，830°C還原30min；
(7)測試在25°C±0.01°C恒溫油槽中測出樣品的R25和R5tl的值并計(jì)算P 25和B25/5Q其結(jié)果如下表
(以100支芯片統(tǒng)計(jì))
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，以Mn-C0-Al系氧化物作為主配方，其特征在于:在主配方中摻入低價金屬粒子Nb2O5和高穩(wěn)定雜質(zhì)TiO2和ZrO制成,其中，主配方為重量比為50 60:40 55:2 10的Mn3O4、Co3O4和Al2O3,高穩(wěn)定雜質(zhì)的添加量為主配方重量的 0.5 10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于:在主配方Mn-Co-Al系氧化物中摻入低價金屬粒子和高穩(wěn)定雜質(zhì)后將其進(jìn)行8 12小時的球磨，經(jīng)10(T150°C烘干后加入粘合劑造成8(Γ200目的顆粒，并制成成形圓片，在120(T134(TC高溫下燒結(jié)2.5飛小時，最后印刷得到成品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于:所述球磨時，球磨物料、水和球的重量配比為1:1.1"!.4:1.5 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于:所述粘合劑為質(zhì)量濃度為1(Γ20%的聚乙烯醇溶液，其用量為主配方重量的2(Γ30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于:所述成形圓片的直徑為5cm,成形密度為2.4^3.6g/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于:所述燒結(jié)過程為由室溫飛00°C時，升溫速率為0.5°C /min，然后恒溫2小時，之后繼續(xù)升溫至800°C，升溫速率為0.8°C /min，然后恒溫2小時，再次升溫至燒結(jié)溫度，升溫速率為6V /min，在燒結(jié)溫度上恒溫2.5飛小時，最后隨爐降溫。
7.根據(jù)權(quán) 利要求2所述的低電阻率、高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于:所述印刷時，在75(T850°C的銀漿還原溫度下還原漿料，還原時間為25 35min。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱敏材料領(lǐng)域，特別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。該低電阻率/高B值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料，以Mn-Co-Al系氧化物作為主配方，其特征在于在主配方中摻入低價金屬粒子Nb2O5和高穩(wěn)定雜質(zhì)TiO2和ZrO制成，其中，主配方為重量比為50~60:40~55:2~10的Mn3O4、Co3O4和Al2O3。本發(fā)明的材料具有低電阻率/高B值特點(diǎn)，是溫度傳感器所需的重要材料，具有較好的一致性，重復(fù)性和穩(wěn)定性。
文檔編號C04B35/01GK103073267SQ201210570849
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者劉倩, 朱金鴻, 李本文 申請人:山東中廈電子科技有限公司