[发明专利]一种低成本负温度系数热敏材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及敏感材料及器件的制造技术，特别涉及负温度系数热敏材料及 其制备方法。

背景技术

迄今为止，国内外所用的负温度系数热敏材料的配方均是由过渡金属元素 (Mn、Fe、Co、Ni、Cu)的氧化物构成。改变配方中材料的成份或成份的不同 比列，可以获得所需要的各种参数的热敏材料。大量研究表明，由过渡金属氧 化物构成的热敏材料具有尖晶石结构，导电机制为价交换模型。在这种氧化物 半导体中引入各种杂质(掺杂)只能改善材料的均匀性、稳定性和重复性以及 高温成瓷性能。对电导的调制作用不呈现明显的效果。因此，根据这一理论， 材料的高电阻率必然伴随高的B值(温度灵敏系数)。由于载流子浓度决定于温 度，温度越高，载流子浓度越大，材料自然呈现负温度特性。因此，若要制备 应用上要求的具有某些特殊性能(如高阻/低B值材料，低阻/高B值材料，线性 热敏材料和正温度系数热敏材料)的材料是无法实现的。其次是传统的热敏材 料的配方中所含的Co和Ni的氧化物(Co₃O₄，NiO)价格十分昂贵，给体积大， 用料多的功率型热敏电阻的制造带来困难。此外，按照陶瓷半导体的要求，原 材料纯度越高，制备工艺环境污染越小，材料的一致性和稳定性越好，这又大 大增加元件制造的成本。为了克服热敏电阻制造中面临的这些问题，人们曾采 用简化生产工艺，使用低质量原料，减少原材料(金属氧化物)用量等方法降 低产品的制造成本，其结果是事与愿违，使产品的质量大大下降，削弱了产品 的市场竞争力。解决功率型热敏电阻制造的低成本问题，唯一的途径是研发低 成本热敏材料新配方。

发明内容

本发明为弥补现有技术的不足，提供一种采用价格很低的材料制作的负温 度系数热敏材料及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：提供一种低成本负温 度系数热敏材料，其特征在于，所述热敏材料的原料中的各个组成部分及其含 量如下：

ZnO                50％-70％；

CuO                25％-45％；

C                  3％-5％；

CaO                0.5％-1.5％；

Al₂O₃              0.3％。

上述低成本负温度系数热敏材料的制备方法，包括如下步骤：

A、按配方比例范围内各成份的重量百分比配制原料，以配料∶水∶乙醇∶ 磨球(锆球)＝1.0∶0.8∶0.6∶1.5重量比例一次球磨16小时；

B、将一次球磨后的粉料在750℃±5℃下预烧，保温2小时-3小时；

C、将预烧料按照一次球磨的方法进行第二次球磨12小时；

D、将二次球磨后的粉料在80℃-100℃烘干，并加入粉料总重量15％～18％ 的、浓度为10％的聚乙烯醇溶液，造粒成粒度为80目-200目的粉体；

E、将造粒粉体压制成密度为3.2g/cm³～3.4g/cm³的样品坯体；

F、将样品坯体置于1060℃-1080℃的高温炉中煅烧，烧结曲线如下：

室温～500℃        升温速率0.5℃/min

500℃～800℃                升温速率0.8℃/min

800℃                       保温60min

800℃～(1060℃～1080℃)     升温速率1.0℃/min

(1060℃～1080℃)            保温150min

(1060℃～1080℃)～200℃     随炉降温；

G、采用含Ag60％的Ag浆在烧结所得的热敏瓷片两面印制厚度为3～4um 的Ag电极，之后在850℃下还原30min，制成热敏材料测试样品芯片，热敏材 料测试样品芯片的常温电阻率ρ₂₅＝23Ωcm-55Ωcm，B_25/50＝2680K-2954K。