[发明专利]一种四元系负温度系数热敏电阻材料及其制备方法

说明书

本发明涉及负温度系数热敏电阻制备技术领域，特指一种四元系负温度系数热敏电阻材料及其制备方法。以硫酸锰、硫酸镍、硫酸铜和硫酸钴作为初始原料，草酸作为沉淀剂，通过控制沉淀反应中的PH值、离子浓度、温度以及搅拌时间等，避免沉淀颗粒出现团聚现象，通过去离子水和无水乙醇的过滤洗涤去除有机杂质，获得分散均匀的纳米颗粒。将预烧颗粒造粒后压力成型、等静压，置于烧结炉中烧结制成负温度系数热敏电阻材料。本发明制备工艺简单、可重复性高，一致性好、耗能低等特点；制备的陶瓷热敏电阻具有低电阻高B值性能特点，且稳定性高、互换性好、灵敏度高等特点，适用于冰箱等设备的温度测量、控制和线路补偿等。

技术领域

本发明涉及负温度系数热敏电阻制备技术领域，特指一种四元系负温度系数热敏电阻材料及其制备方法。

背景技术

负温度系数(NTC)热敏电阻是一种随温度升高电阻值下降的敏感元器件，具有温度测量、温度控制和温度补偿等功能，广泛应用于家用电器、汽车电子、电力工业、通讯、军事科学、宇航等领域。含锰尖晶石系NTC热敏电阻材料已经成为NTC材料的基石。目前，尖晶石系金属氧化物基本上锁定为以Mn、Co、Ni、Cu、Fe等为主的几个过渡族金属元素氧化物及其组合。早期的Cu-Mn、Co-Mn、Ni-Mn、Co-Cu、Co-Ni二元体系的性能对工艺条件过于敏感，已经不再被重视，取而代之的是对制备工艺不太敏感的三元及四元体系，经配料、球磨，成型、烧结等传统陶瓷工艺制成热敏电阻器。这种由尖晶石结构材料制备的NTC热敏电阻具有灵敏度高、响应快、体积小、寿命长、成本低等优点且可应用温度区间大。

关于尖晶石结构的热敏电阻材料，目前的研究主要集中在三元系或四元系元素组成，由NTC热敏半导体陶瓷材料的电阻率与温度的关系式ρ＝ρ₀exp(B/T)，(其中B＝ΔE/k)可知，材料的激活能越高，电阻率ρ越大，一般情况下，电阻率与材料常数B值具有一致性，因此低电阻、高B值的NTC热敏电阻材料很难开发。如中国专利CN 104051093 A“低阻值高B值负温度系数热敏电阻”是通过采用流延成型法制备Mn-Co-Cr-Ca系热敏电阻；中国专利CN108439970 A“一NTC热敏电阻材料及其制备方法与NTC热敏电阻器及其制备方法”是通过采用固相法制备Cu-Mn-Co-Ru系热敏电阻；中国专利CN 106876069 A“锰钴镍基负温度系数热敏电阻材料的均匀共沉淀制备方法”是通过采用共沉淀法制备二元或三元系热敏材料。然而这些热敏电阻的制备要么工艺复杂，成本高，要么就是制备工艺存在缺陷又或者是仅仅采用二元或三元系元素无法制备出满足工业应用要求的热敏电阻。

发明内容

本发明的目的是针对低电阻、高B值的NTC热敏电阻材料很难开发以及传统制备方法存在的问题，旨在提供一种低电阻高B值的NTC热敏电阻材料，并应用于家用电器及工业仪器等；同时提供一种烧结温度低、耗能少、致密度高、表面金属电极与瓷体结合好的负温度系数热敏电阻制备方法。

本发明采用如下具体技术方案：

一种四元系负温度系数热敏电阻材料的制备方法，具体步骤如下：

1)制备前驱粉体：本发明以硫酸盐为原料，草酸为沉淀剂，所述硫酸盐的组成按照重量百分比计算如下：MnSO₄·H₂O：NiSO₄·6H₂O：CuSO₄·5H₂O：CoSO₄·7H₂O＝35％～65％：15％～25％：10％～20％：0％～40％。所述草酸的加入量相比于计算所需的质量过量10～15％以便于能够使硫酸盐与草酸充分反应。将称量好的硫酸盐置于1号烧杯中加入蒸馏水置于磁力搅拌器上进行搅拌，使药品溶解均匀。同时，将称量好的草酸放于2号烧杯中，加入蒸馏水，并置于60℃的水浴锅中搅拌。待都完全溶解后，将硫酸盐溶液缓慢加入到草酸溶液中，并用氨水将PH值调节为3～4，之后继续搅拌3～5h，即可取出陈化。陈化时间为24小时，陈化完成后真空抽虑，洗涤，干燥，得到前驱粉体。