[发明专利]一种低电阻率负温度系数的热敏陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料，具体是一种低电阻率负温度系数的热敏陶瓷材料及其制备方法。

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，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。

低电阻率、高B值负温度系数热敏材料的制备是制造高灵敏度热敏电阻及其传感器的核心技术。多层结构的片式热敏电阻单层化(即用单层芯片)有赖于低电阻率、高B值材料的开发。功率型浪涌热敏电阻要求低电阻率、高B值材料，以降低元件的残留电阻，减少电阻体上的功率耗散，提高产品的过载能力。一些微弱温度信号的检查(如生物工程)要求传感器具有很高的灵敏度，低电阻率、高B值热敏材料一直是人们追求的目标。

为了提高热敏材料的B值，降低材料电阻，曾在过度金属氧化物材料配方中掺入贵金属，如Au、Pt、Pa利用金属离子的分流效应降低材料的电阻率，但随着材料电阻率的下降，B值大幅度下降，5Ωcm电阻率的材料，B值只能达到2600K。随后又有人在材料配方中加入一些低价金属如K，Na，Ca的氧化物，同样是降低电阻率，亦减少B值，无法实现应用要求的低电阻率、高B值热敏材料。

根据氧化物半导体的性质，材料电阻率(电导率的倒数)主要取决于原子外层电子的交换，B值决定于载流子激活能的大小(ΔE/K)。若要保持较高的激活能，又能维持导带中有较大的载流子浓度，只有改变材料的能级结构，即在禁带中形成杂志能级，采用材料的结构复合，使具有低电阻率的材料(如反尖晶石，或全反尖晶石)与高B值材料(如钙钛矿结构和金红石结构)形成复合机构网络，利用结构“加合效应”，实现材料特性的复合，以获得低电阻率、高B值的热敏材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一致性好、稳定性高的低电阻率负温度系数的热敏陶瓷材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低电阻率负温度系数的热敏陶瓷材料，按照重量份的原料包括：Mn₃O₄：30-40份、Co₃O₄：35-40份、CuO：20-25份、La₂O₃：10-20份、CaO：5-10份、MnO₂：35-45份、Ni₂O₃：30-40份、Fe₂O₃：0.24-0.4份、C：0.15-0.25份、TiO₂：0.21-0.35份、Cr₂O₃：0.09-0.15份、Nb₂O₅：0.05-0.06份、Nd₂O₃：0.05-0.07份。

所述低电阻率负温度系数的热敏陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)首先以La₂O₃、CaO、MnO₂、Ni₂O₃为原料，按钙钛矿相LaCaMnO中原子百分比和尖晶石相NiMnO中原子百分比分别称取置于玛瑙球磨罐中，以水为分散介质，进行湿磨，时间为8h，得到第一球磨料；

(2)将Fe₂O₃、C、TiO₂、Cr₂O₃称量后混合得到合成物，并按合成物∶水∶乙醇∶磨球＝1∶0.8∶0.6∶1.5的重量比球磨12h后烘干制得合成物的球磨料；将球磨料在800-850℃的温区内保温120min合成Fe₂O₃-C-TiO₂-Cr₂O₃的合成物；