一種負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料及其制備方法。該熱敏電阻材料的化學(xué)通式為CexMnxSi1-xO2x+2，其中，0.65<x<1；其材料常數(shù)B100℃/200℃＝(5400～5880)K±10％，電阻率ρ25℃＝(3.6～97)×105Ω·cm±10％，ρ250℃＝(250～8000)Ω·cm±10％。該熱敏電阻材料的阻溫關(guān)系曲線在整個(gè)溫度測試區(qū)間具有很好的線性，高溫性能穩(wěn)定，適用溫度范圍廣，并能通過調(diào)整體系中Si的含量連續(xù)調(diào)節(jié)熱敏電阻材料的室溫電阻率。
【專利說明】一種負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于熱敏材料【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料及 其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 負(fù)溫度系數(shù)（Negative Temperature Coefficient, NTC)熱敏電阻材料是一種電阻 隨溫度的升高而降低的材料。由于其具有體積小、制備方法簡單、響應(yīng)快、靈敏度高、價(jià)格低 等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度控制和溫度補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域。
[0003] 目前用于工業(yè)化生產(chǎn)的NTC熱敏電阻材料主要以Mn、Co、Ni、Fe、Cu等過渡金屬氧 化物中的兩種或兩種以上為原料，制得的熱敏電阻材料主晶相為尖晶石結(jié)構(gòu)。但是，尖晶石 結(jié)構(gòu)的熱敏電阻材料的氧四面體和氧八面體間隙間離子在200°C以上的環(huán)境中會(huì)隨時(shí)間緩 慢地重新分布，導(dǎo)致材料電阻率發(fā)生不可逆漂移而引起材料嚴(yán)重老化，限制了尖晶石系熱 敏電阻在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。此外，尖晶石系熱敏電阻的材料常數(shù)和室溫電阻率均較低，通常 情況下，材料常數(shù)B值低于5000K，室溫電阻率低于1. 0E+5 Ω . cm。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材 料及其制備方法，該熱敏電阻材料的阻溫關(guān)系曲線ΙπρΛ-ΙΟΟΟ/Τ)在整個(gè)溫度測試區(qū)間 具有很好的線性，高溫性能穩(wěn)定，適用溫度范圍廣，室溫電阻率大于1. ΟΕ+5 Ω . cm，材料常數(shù) B值大于5000K，并能通過調(diào)整體系中Si的含量連續(xù)調(diào)節(jié)熱敏電阻材料的室溫電阻率。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料， 其特征在于，所述材料的化學(xué)通式為C^Mr^SihC^u，其中，0. 65〈x〈l。
[0006] 優(yōu)選地，所述材料的主晶相由Ce02和MnO復(fù)合構(gòu)成。
[0007] 優(yōu)選地，所述材料的材料常數(shù)B1Q(rc/2(l(rc= (5400?5880)K±10%，電阻率Ρ 25? = (3. 6 ?97) X ΙΟ5 Ω · cm± 10 %，P 25trc = (250 ?8000) Ω · cm± 10 %。
[0008] 優(yōu)選地，所述材料的室溫電阻率隨著Si元素含量的增加呈現(xiàn)增加趨勢。
[0009] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種上述負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料的制備方法， 其特征在于，將分析純的Ce0 2、Μη02和Si02按化學(xué)計(jì)量比混合，球磨，烘干；預(yù)燒后干壓成 型；在1100?1200°C下燒結(jié)3?5h，得到負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料。
[0010] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用上述負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料制備的熱敏 電阻。
[0011] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效 果：
[0012] (1)熱敏電阻材料具有Ce02和MnO兩個(gè)主晶相，復(fù)合相組分間相互擴(kuò)散使它們的 性能相互補(bǔ)償，可以提高材料的高溫穩(wěn)定性。Ce02相的強(qiáng)度明顯高于MnO相，Ce02焓值高， 同樣使得材料高溫時(shí)化學(xué)性能穩(wěn)定。
[0013] (2)Ce_Mn體系并不具有NTC特性（參見圖1)，本發(fā)明通過向Ce-Mn體系中引入 Si，使得到的Ce-Mn-Si系熱敏電阻材料具有良好的NTC特性。
[0014] (3)本發(fā)明制備的熱敏電阻材料隨著Si元素含量的增加，其室溫電阻率呈現(xiàn)增加 趨勢。
[0015] (4)熱敏電阻材料的阻溫關(guān)系曲線In Ρ Λ-1000/Τ)在整個(gè)溫度測試區(qū)間具有很 好的線性，適用溫度范圍廣，其室溫電阻率大于1. ΟΕ+5 Ω . cm，且材料常數(shù)Β值大于5000Κ。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是Ce-Mn系材料的阻溫關(guān)系曲線；
[0017] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的熱敏電阻材料的XRD圖；
[0018] 圖3是本發(fā)明各實(shí)施例制備的熱敏電阻室溫電阻率P 25。。與Si元素含量（1-X)的 關(guān)系曲線；
[0019] 圖4是本發(fā)明各實(shí)施例制得的熱敏電阻材料的Ιηρ Λ-1000/Τ)阻溫關(guān)系曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料的化學(xué)通式為CexMnxSihOw，其中， 0.65〈x〈l。
[0022] 上述負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料的制備方法為：將分析純的Ce02、Μη02和Si0 2按化 學(xué)計(jì)量比混合，球磨，烘干；預(yù)燒后干壓成型；在1100?1200°C下燒結(jié)3?5h，得到負(fù)溫度 系數(shù)熱敏電阻材料。其中，燒結(jié)溫度過高或燒結(jié)時(shí)間過長，會(huì)導(dǎo)致陶瓷過燒，熔化嚴(yán)重；燒結(jié) 溫度過低或燒結(jié)時(shí)間過短，會(huì)導(dǎo)致材料無法充分致密成瓷，嚴(yán)重影響材料的穩(wěn)定性。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 制備負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料CeuMn^SiuOuU = 0. 9)。制備方法為：按化學(xué) 計(jì)量比稱取分析純的〇6〇2、]?11〇2和5丨0 2，混合，加入去離子水球磨411，在9〇1：下烘干1211;在 980°C下預(yù)燒3h后,再次球磨烘干，加入8wt %的濃度為5mol %的PVA均勻混合，過80目篩 造粒，在180Mpa下干壓成型；在1180°C下燒結(jié)3h，隨爐冷卻，得到負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材 料。
[0025] 對制得的材料進(jìn)行XRD測試，結(jié)果如圖2所示，該材料具有Ce02和MnO兩個(gè)主晶 相，復(fù)合相組分間相互擴(kuò)散使它們的性能相互補(bǔ)償，可以提高材料的高溫穩(wěn)定性。Ce0 2相的 強(qiáng)度明顯高于MnO相，Ce02焓值高，同樣使得材料高溫時(shí)化學(xué)性能穩(wěn)定。
[0026] 實(shí)施例2
[0027] 制備負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料Ce^Mn^Si^OMU = 0. 8)。制備方法為：按化學(xué) 計(jì)量比稱取分析純的〇6〇2、]?11〇2和5丨0 2，混合，加入去離子水球磨411，在9〇1：下烘干1211;在 980°C下預(yù)燒3h后,再次球磨烘干，加入8wt %的濃度為5mol %的PVA均勻混合，過80目篩 造粒，在180Mpa下干壓成型；在1170°C下燒結(jié)3h，隨爐冷卻，得到負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材 料。
[0028] 實(shí)施例3
[0029] 制備負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料CeuMn^Si^OuU = 0. 7)。制備方法為：按化學(xué) 計(jì)量比稱取分析純的〇6〇2、]?11〇2和5丨0 2，混合，加入去離子水球磨411，在9〇1：下烘干1211;在 980°C下預(yù)燒3h后,再次球磨烘干，加入8wt %的濃度為5mol %的PVA均勻混合，過80目篩 造粒，在180Mpa下干壓成型；在1160°C下燒結(jié)3h，隨爐冷卻，得到負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材 料。
[0030] 實(shí)施例4
[0031] 制備負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料Ce^MndSi^O^ (X = 0. 66)。制備方法為：按化 學(xué)計(jì)量比稱取分析純的Ce02、Mn02和Si0 2，混合，加入去離子水球磨4h，在9(TC下烘干12h ; 在980°C下預(yù)燒3h后，再次球磨烘干，加入8wt %的濃度為5mol %的PVA均勻混合，過80目 篩造粒，在180Mpa下干壓成型；在1150°C下燒結(jié)3h，隨爐冷卻，得到負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材 料。
[0032] 分別對上述各實(shí)施例制備的熱敏電阻材料進(jìn)行如下處理：將熱敏電阻材料切割成 合適的厚度，得到熱敏電阻片；將熱敏電阻片兩面用砂紙打磨拋光，超聲水洗l〇min，烘干； 采用絲網(wǎng)印刷工藝在熱敏電阻片的兩端面印刷一層厚度均勻的高溫銀漿，在l〇〇°C的烘箱 中烘干，以4°C /min的速率升溫至820°C，在820°C下保溫20min，隨爐冷卻，得到熱敏電阻。
[0033] 對各熱敏電阻進(jìn)行阻溫特性測試，熱敏電阻材料的室溫電阻率p2%、25(TC下的 電阻率P 25(rc和材料常數(shù)B100°C /200°C (取100°C和200°C的電阻率代入公式BT1/T2 = (lnpT2-lnp 得到）分別如下表所示，±10%表示測量誤差。
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料，其特征在于，所述材料的化學(xué)通式為 CeJMnxSihO^，其中，0· 65〈x〈l。
2. 如權(quán)利要求1所述的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料，其特征在于，所述材料的主晶相由 Ce02和MnO復(fù)合構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料，其特征在于，所述材料的材料 常數(shù)81(1(|。。/2虹。=(54〇〇?588〇)1(±1〇%，電阻率025。。=(3.6?97)\1〇 5〇*〇11±1〇%， P 250-c= (250 ?8000)Ω ?cmilO%。
4. 如權(quán)利要求1所述的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料，其特征在于，所述材料的室溫電阻 率隨著Si元素含量的增加呈現(xiàn)增加趨勢。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料的制備方法，其特征 在于，將分析純的Ce02、Μη0 2和Si02按化學(xué)計(jì)量比混合，球磨，烘干；預(yù)燒后干壓成型；在 1100?1200°C下燒結(jié)3?5h，得到負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料。
6. -種用權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料制備的熱敏電阻。
【文檔編號(hào)】C04B35/50GK104230342SQ201410460757
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】郝永德, 鄧彥彥, 關(guān)卡, 周樂歸 申請人:華中科技大學(xué)