[发明专利]复合相负温度系数热敏陶瓷材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用氧化物固相法制备复合相负温度系数热敏陶瓷材料。

背景技术

负温度系数(NTC)热敏电阻，因其具有测温精度高、互换性好、可靠性高、成本低廉等优点，在温度测量、控制、补偿及通讯设备的远程控制等多方面得到了广泛的应用，被认为是具有极大发展潜力的电子元器件，有着很好的应用前景。通常AB₂O₄型尖晶石结构是NTC热敏陶瓷材料的主晶相，随着科技和需求的发展，这类材料的局限性也日益突出。当材料的电阻率较高时其B值也高，反之亦然，同时尖晶石结构组成的多元系陶瓷材料的稳定性较差，烧结后的陶瓷材料处于非平衡状态，造成材料电学性能改变，这两点制约了NTC热敏元件的广阔应用。解决此问题的关键是探索新的NTC热敏陶瓷材料，通过在高阻的尖晶石相中复合一种低阻相，制备双相复合的材料。复合NTC热敏陶瓷的出现大大扩展了材料的研究开发范围，利用复合陶瓷材料中组成相性能上的取长补短，可以设计出一系列具有潜在应用价值的新型NTC热敏材料。由于复合材料的复合度、联结型可以调整和改变，达到单一材料所不能获得的优良性能，还会由于乘积效应而产生单一材料和技术无法得到的全新特性。

本发明以目前亟需的高精度、参数逆势变化(低B、高阻)且参数可调性强的元器件为背景，根据对逆势变化负温度系数热敏陶瓷材料和可靠性的需求为依据，对原料配方、制备方法及烧结工艺进行了设计与优化，本发明首先对材料的配方进行设计，使材料的参数发生逆势变化且在很大范围内可调；再对粉体的预烧温度进行了调控，以及对后来复合块体材料烧结温度的优化，使得参数的逆势变化趋势和可调性加强，消减除尖晶石和钙钛矿两个主相外的其他杂相；此外在研磨过程中结合湿磨，使得研磨更充分，研磨粒度更细更均匀，同时也提高了研磨效率，最终获得性能稳定、重复性高的复合相负温度系数热敏陶瓷材料。

本发明目的在于，提供一种复合相负温度系数热敏陶瓷材料，该材料以La₂O₃、TiO₂、MnO₂和Ni₂O₃为原料，采用氧化物固相法制备钙钛矿相LaTiMnO与尖晶石相NiMnO粉体材料，粉体经湿磨、干燥、煅烧、双相混合研磨、预压成型、冷等静压、烧结制成。该材料的电学参数为：B_25/50＝1639-3997K±1％，ρ_25℃＝4-32951Ω·cm±2％，具有参数可调性强、一致性好、稳定性高、可重复的优点，适用于多种条件下温度的测量、控制、线路补偿等。

本发明所述的复合相负温度系数热敏陶瓷材料，按下列步骤进行：

a、以La₂O₃、TiO₂、MnO₂和Ni₂O₃为原料，按钙钛矿相LaTiMnO中原子百分比为La∶Ti∶Mn＝45-55∶0-40∶5-55和尖晶石相NiMnO中原子百分比为Ni∶Mn＝30∶70分别称取置于不同的玛瑙球磨罐中，以去离子水为分散介质，湿磨8h；

b、将步骤a中湿磨后的两种浆料分别在温度80℃下干燥，并研磨1h得到粉体；

c、将步骤b中得到的两种粉体分别在温度900-1100℃下预烧2h，分别得到步骤a中的钙钛矿相LaTiMnO和尖晶石相NiMnO的粉体；

d、将步骤c中得到的钙钛矿相LaTiMnO与尖晶石相NiMnO的粉体按质量比为LaTiMnO∶NiMnO＝0.5-2∶1混合研磨4h，得到混合粉体；

e、将步骤d中得到的混合粉体在20Kg/cm²的压力下预压成Φ20mm的圆片，保压时间为3min，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为350MPa下保压10min，然后于1200-1300℃高温烧结2-4h，即可得到复合相负温度系数热敏陶瓷材料。

步骤a球磨为顺逆时针方向交替进行，顺逆时针间隔时间30min。

步骤a控制球磨罐中各物质质量比为：玛瑙球∶料∶去离子水＝2.5∶1∶1。

步骤c钙钛矿相LaTiMnO粉体粒度为0.183-2.385μm，尖晶石相NiMnO粉体粒度为0.157-2.155μm。

步骤d得到的混合粉体粒度为0.044-1.857μm。