[发明专利]一种宽温区NTC热敏陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于信息功能材料产品领域，具体涉及一种宽温区NTC热敏陶瓷材料及其制备方法，其用作制备宽温区高温NTC热敏传感器。

背景技术

NTC（negative temperature coefficient，负温度系数 ）热敏电阻是指随温度升高而其阻值降低的电阻，由于其对温度敏感、响应快、测量精度高，广泛用于温度测量、温度控制、温度补偿、抑制浪涌电流等方面。NTC热敏电阻陶瓷材料是研究广泛的热敏电阻材料，NTC热敏电阻陶瓷材料通常使用过渡金属元素镍、铜、铝、锰、铬等氧化物组成。对NTC热敏电阻材料的研究，多数集中于常温热敏电阻材料的研究，高温（300℃以上）和较宽温区（0℃～1000℃或1000℃以上）热敏电阻材料的研究相对较少。NTC热敏电阻其电阻率与温度的关系符合Arrhenius指数关系： ，ρ和ρ₀分别为温度在T（绝对温度）和无穷大时的电阻率，k是玻尔兹曼常数，E_a是活化能。热敏材料通常采用室温（25℃）下的电阻率和热敏常数B表征，热敏常数与活化能的关系为B=E_α/k，热敏常数B与材料激活能成正比。NTC热敏电阻的温度—电阻特性可表示为：，R 、R₀ 分别为T、T₀（绝对温度）时的电阻，电阻温度系数为：，热敏常数B表征了NTC热敏电阻对温度的敏感性：B值越大，NTC热敏电阻的电阻对于温度的变化率越大，材料对温度敏感性越好。常用的NTC热敏电阻的B值为2000～6000K。为提高高温时NTC热敏电阻的灵敏度,B值应在6000K以上。为适应宽温区0～1100℃的测温，因此需要开发高电阻率和在不同温区有不同B值的NTC热敏电阻材料，在高温区具有高B值的NTC热敏电阻材料，满足宽温区和高温环境下的测温和控制应用。

对NTC热敏电阻材料的研究，多数集中于常温热敏电阻材料的研究，在较宽温区适用并且在不同温区有不同B值的高温热敏电阻材料相对少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在0℃ — 1100℃宽温区使用的高温NTC热敏电阻材料及其制备方法，并用其制备宽温区高温NTC热敏传感器。

为达到上述目的，实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽温区NTC热敏陶瓷材料，所述材料按照质量百分比含：氧化铝36.10～42.20%、氧化镁7.00～9.00%、二氧化锰17.00～23.00%、三氧化二镍19.00～26.00%、三氧化二铁7.20～13.20%、三氧化二钇1.50～5.00%。

所述材料可在0℃ - 1100℃使用，材料的ρ25℃（室温电阻率）最高达65.00 × 10⁶ Ω·㎝，在不同的温区有不同的B值，材料常数B值在500℃以下为3600～4500K，500℃～800℃范围为5000～6000K，800～1100℃范围为7000～9500K。

一种宽温区NTC热敏陶瓷材料可通过以下步骤制备：

1.以氧化铝（Al₂O₃）、氧化镁（MgO）、二氧化锰（MnO₂）、三氧化二镍（Ni₂O₃）、三氧化二铁（Fe₂O₃）、氧化钇（Y₂O₃）为原料，按照质量百分比：氧化铝36.10～42.20%、氧化镁7.00～9.00%、二氧化锰17.00～23.00%、三氧化二镍19.00～26.00%、三氧化二铁7.20～13.20%、三氧化二钇1.50～5.00%，加入无水乙醇，湿磨，得混合粉体；

2.将混合粉体在烘箱中干燥，研磨分散得粉体；

3.将粉体放入马沸炉1000～1200℃煅烧3～5小时，降温冷却，降温速率30～60℃/小时，得NTC粉体；

4.将NTC粉体，加入无水乙醇，湿磨，放入烘箱干燥，研磨分散，过200目筛；

5.过筛后粉体，加入粘结剂PVA，在20-30MPa压强下压制成圆片，在100-200MPa压强下冷等静压；

6.1350～1600℃高温烧制，保温3-5小时，升温速率90～120℃/小时；

7.随炉冷却，自然降温至室温。

步骤1中所述的湿磨时间为8-20小时。

步骤2中所述的干燥温度为70-100℃，干燥时间为7-10小时。