[发明专利]一种铝掺杂钙钛矿相负温度系数热敏陶瓷材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝掺杂钙钛矿相负温度系数热敏陶瓷材料。

背景技术

负温度系数（NTC）热敏电阻以其具有测量灵敏度高、互换性好、可靠性强的特点，被广泛应用于温度测量、控制、补偿以及抑制浪涌电流等方面。传统的热敏电阻是由尖晶石结构的MMn₂O₄氧化物组成，其中M为Ni、Co、Fe、Cu、Zn等过渡金属元素。通常，这类单一尖晶石结构的陶瓷材料显现出一定的局限性。一方面老化现象显著，使其应用局限在温度300℃以内；另一方面，其电阻率与热敏常数B值成正相关性，即电阻率高时，B值也较高，反之亦然。现代科学技术的发展，对于材料性能提出了更高更新的要求。一方面它要求材料阻值可调空间较大，以适应各种环境下的需要；另一方面，它要求材料的稳定性、一致性更好，而尖晶石结构组成的多元系陶瓷材料的稳定性较差，烧结后材料处于非平衡状态，造成电学性能的改变。以上两点严重制约着NTC热敏电阻广阔的应用领域。此时寻找新的材料体系尤为重要。钙钛矿结构的LaMnO₃具有良好的导电性、高温稳定性及负温度系数的特性，其室温电阻率低于1 Ω·cm。而Al₂O₃具有耐腐蚀、耐磨损、耐高温、绝缘程度高等优点，具有相对较高的电阻值，它不仅自身化学性质稳定，当作为混合物氧化陶瓷的成分时，能够稳定热敏材料的阻值。日本一专利（US 6,306,315 Bl）提出一种组分模式：a(M₁M₂O₃)-b(Al₂O₃)，获得适用于宽温区电学性质稳定的热敏元件。此外，Al掺杂的氧化物陶瓷在烧结过程中，掺入的Al离子倾向于在晶界富集。Al₂O₃与晶界之间存在着一定的弹性, 与晶界相互作用，在晶界处易形成一种“拖拽”效应，抑制晶界的向外迁移，减缓晶粒生长，使烧结后样品的晶粒尺寸减小、晶界数量增多。这样不仅使晶粒细化，增加了陶瓷体的韧性，而且根据离子迁移导电机理，晶界增多，离子迁移会受到更大的阻力，能有效的增大陶瓷材料的电阻率。另一方面，Al在晶界处聚集所产生的“钉扎“作用，使裂纹扩张受到阻碍或发生偏析，能有效减少陶瓷体中裂纹的出现，获得优异的烧结材料。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种铝掺杂钙钛矿相负温度系数热敏陶瓷材料，该材料以La₂O₃、MnO₂和Al₂O₃为原材料，采用氧化物固相法制备钙钛矿相LaMn_1-xAl_xO₃粉体材料，再掺杂Al₂O₃，成型，高温烧结，即得一种铝掺杂钙钛矿相负温度系数热敏陶瓷材料，该材料的电学参数范围为B_25/50 1817-3920K±2%，ρ_25℃4.7-6.13×10⁶Ω·cm±3%，具有调整范围大，重复性高的优点。该材料的制备工艺简单，操作方便，可以根据需要在较宽的范围内灵活的选择材料配方，应用于不同条件下温度测量、控制、补偿等的热敏电阻元件。