一种高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器

摘要

本发明涉及一种高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器，该电阻是由原料镧、铬、铝、硅的氧化物和原料锰、镍、铬、锆的氧化物分别进行研磨，煅烧，制得颗粒大小均匀，分散性好的单一相材料，再经双相混合，研磨，高温烧结，封装，即可得到高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器，其参数为R0℃＝12kΩ±2％，B值为2050K±3％。本发明具有制备工艺简单，操作方便和质量稳定的优点，可在较宽温区内进行测温、控温及线路补偿，与共沉淀法相比大大降低了元件的生产成本，同时节约能源、生产效率显著提高。

权利要求

1.一种高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器，其特征在于该电阻是由 原 料 镧、铬、铝、硅 的 氧 化 物，各 组 分 原 子 比 为：La∶ Cr∶Al ∶Si ＝

0.6-1.0∶1.1-0.4∶0.1-0.3∶0.2-0.3和原料锰、镍、铬、锆的氧化物，各组分原子比为：Mn∶Ni∶Cr∶Zr＝2.2-2.7∶0.05-0.15∶0.06-0.1∶0.05-0.69，分别进行研磨，煅烧，制得颗粒大小均匀，分散性好的单一相材料，再经双相混合，研磨，高温烧结，封装，即可得到高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器。

2.根据权利要求1所述高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器的制备方法，其特征在于按下列步骤进行：a、将原料镧、铬、铝、硅的氧化物采用氧化物法研磨5-8h，于950-1000℃空气气氛下煅烧1.5-2.5h，二次研磨5-8h，得到单一钙钛矿相氧化物粉体，备用；

b、将原料锰、镍、铬、锆的氧化物采用氧化物法研磨5-8h，于950-1000℃空气气氛下煅烧1.5-2.5h，二次研磨5-8h，得到单一尖晶石相氧化物粉体，备用；

c、将步骤a和步骤b两种氧化物混合研磨2-5h，得到双相混合的氧化物粉体；

d、将双相混合的氧化物粉体成型，在空气气氛下以1-3℃/min的速率加热到

1030-1100℃，保温30-60min，再以3-5℃/min速率加热到1250-1350℃，烧结并保温

1.5-3h，降温速率为1-3℃/min，即得双相复合负温度系数热敏陶瓷材料；

e、将双相复合陶瓷材料按常规方法进行封装，测试，即可得到高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器，参数为R0℃＝12KΩ±2％，B值为2050K±3％。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于步骤a单一钙钛矿相氧化物粉体颗粒尺寸为

50-100nm。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于步骤b单一尖晶石相氧化物粉体颗粒尺寸为

80-120nm。

5.根据权利要求2所述方法，其特征在于步骤c两种氧化物的比例为：按质量比镧、铬、铝、硅的氧化物∶锰、镍、铬、锆的氧化物＝1∶2-5。

说明书

一种高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器

背景技术

[0002] 性能优异的复合NTC热敏陶瓷材料在温度测量、控制、补偿及通讯设备等领域具有很好的应用前景，随着科学技术的飞速发展，对高电阻、低B值热敏电阻材料的需求日益增加。通常AB2O4型尖晶石结构为NTC热敏电阻材料的主晶相，随着对宽温区高电阻、低B值材料的需求，尖晶石结构的材料显现出一定局限性，即当材料电阻率较高时其B值亦必大，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，烧结后材料处于非平衡状态，造成材料电学特性改变，以上两点制约了NTC热敏元件广阔的应用领域；当我们依靠改变组分、掺杂改性及改变烧结气氛、烧结制度来控制微观结构，不仅效率低、消耗大、带有筛选性，有时甚至无法做到，此时探索新的NTC热敏电阻材料变得尤为重要，通过在高B值的尖晶石相中复合一种低B值的钙钛矿相，而使尖晶石相中电阻值变化较小，以此达到高电阻、低B值在宽温区使用的目的。

发明内容

[0003] 本发明目的在于，研制一种高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器，该电阻是由原料镧、铬、铝、硅的氧化物和原料锰、镍、铬、锆的氧化物分别进行研磨，煅烧，制得颗粒大小均匀，分散性好的单一相材料，再经双相混合，研磨，高温烧结，封装，即可得到高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器，其参数为R0℃＝12KΩ±2％，B值为2050K±3％。本发明具有制备工艺简单，操作方便和质量稳定的优点，可在较宽温区内进行测温、控温及线路补偿，与共沉淀法相比大大降低了元件的生产成本，同时节约能源、生产效率显著提高。

[0004] 本发明所述的一种高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器，该电阻是由 原料 镧、铬、铝、硅的 氧化 物，各 组分 原子 比为：La∶Cr∶Al∶Si ＝0.6-1.0∶1.1-0.4∶0.1-0.3∶0.2-0.3和原料锰、镍、铬、锆的氧化物，各组分的原子比为：Mn∶Ni∶Cr∶Zr＝2.2-2.7∶0.05-0.15∶0.06-0.1∶0.05-0.69，分别进行研磨，煅烧，制得颗粒大小均匀，分散性好的单一相材料，再经双相混合、研磨、高温烧结，封装，即可得到高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器。

[0005] 所述高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器的制备方法，按下列步骤进行：

[0006] a、将原料镧、铬、铝、硅的氧化物采用氧化物法研磨5-8h，于950-1000℃空气气氛下煅烧1.5-2.5h，二次研磨5-8h，得到单一钙钛矿相氧化物粉体，备用；

[0007] b、将原料锰、镍、铬、锆的氧化物采用氧化物法研磨5-8h，于950-1000℃空气气氛下煅烧1.5-2.5h，二次研磨5-8h，得到单一尖晶石相氧化物粉体，备用；

[0008] c、将步骤a和步骤b两种氧化物混合研磨2-5h，得到双相混合的氧化物粉体；

[0009] d、将双相混合的氧化物粉体成型，在空气气氛下以1-3℃/min的速率加热到1030-1100℃，保温30-60min，再以3-5℃/min速率加热到1250-1350℃，烧结并保温
1.5-3h，降温速率为1-3℃/min，即得双相复合负温度系数热敏陶瓷材料；

[0010] e、将双相复合陶瓷材料按常规方法进行封装，测试，即可得到高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器，参数为R0℃＝12KΩ±2％，B值为2050K±3％。

[0011] 步骤a单一钙钛矿相氧化物粉体颗粒尺寸为50-100nm。

[0012] 步骤b单一尖晶石相氧化物粉体颗粒尺寸为80-120nm。

[0013] 步骤c两种氧化物的比例为：按质量比镧、铬、铝、硅的氧化物∶锰、镍、铬、锆的氧化物＝1∶2-5。

[0014] 本发明针对宽温区使用的高电阻、低B值材料为研究对象，通过材料配方优化、研磨时间、煅烧温度的选择，获得颗粒大小均匀、分散性好、性能稳定、晶相结构较好的单相氧化物材料，其中LaCrAlSiO粉体颗粒尺寸在50-100nm，MnNi CrZrO粉体颗粒尺寸在80-120nm，两种相结构的粒径尺寸相差不大，这对此后双相复合材料的均匀性和电学参数的一致性提供了保障。

[0015] 此后将两种相结构的氧化物材料混合，对钙钛矿相、尖晶石相氧化物材料的质量比、材料的精确称量、研磨时间以及成型工艺的调整、高温烧结制度的优化等方面进行严格控制，得到致密度高、稳定性好的负温度系数热敏陶瓷双相复合材料。

[0016] 本发明通过对制备单一相结构和双相混合材料条件的优化，特别对影响复合材料成瓷的关键因素，如：成型后高温烧结温度、烧结速率、保温时间等进行控制，在本发明中采用氧化物混合法制备不同相结构以及双相复合材料，该方法可保证产品具有一致性好、可靠性高、稳定性好的特点。

[0017] 本发明所述的一种高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器，其特点为：

[0018] 钙钛矿相材料的选择，由于钙钛矿具有良好的导电性、高温稳定性以及低电阻、低B值的特点，当与高B值的尖晶石相结合时，具有很好的兼容性，此外选择氧化镧为主要成分之一，是由于镧系材料具有稳定性好、低电阻、低B值的特点。

[0019] 为了使两种相结构的材料很好的兼容，采用长时间混合研磨的方式，使两种相结构材料颗粒细小、成分均匀，材料致密度提高、气孔率下降，增强材料的热稳定性。

[0020] 采用钙钛矿相与尖晶石相双相复合化，由于复合材料复合度、联结型可进行调整和改变，可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，通过在高B值的尖晶石相中复合一种低B值的钙钛矿相，而使尖晶石相中阻值变化较小，以此实现复合材料的高电阻、低B值效果。

[0021] 复合材料高温烧结制度的优化，在高温烧结成瓷过程中，伴随着温度的升高，体积收缩，致密度逐渐增大，在烧结成瓷初期，晶粒初步生长，体积收缩和密度变化明显，此过程若升温速率太快，易导致晶粒过快生长及晶体内缺陷形成，固在高温烧结过程采用两步升温方式，在第一段升温过程中尽量使升温速率慢，并保温一段时间，以保证晶粒发育完整，陶瓷体积收缩时的缺陷减少，在烧结成瓷中后期，材料逐渐致密化，晶粒生长充分，气孔封闭，则可使升温速率较烧结初期快。

[0022] 降温过程使速率尽可能减慢，这是由于降温速率的快慢决定了材料体系热平衡恢复的程度，对材料的稳定性起着关键的作用，若快速降温，则打破了体系的热平衡，进而使材料的热稳定性降低；此外降温过快，使陶瓷材料中心与表面形成温度梯度，导致材料的电阻呈现径向分布，材料的一致性降低。

具体实施方式

[0023] 实施例1

[0024] a、以分析纯的La2O3、Cr2O3、Al2O3和SiO2为原材料，其中各组分原子比为La∶Cr∶Al∶Si＝0.6∶1.1∶0.1∶0.2，采用氧化物法将各组分混合，研磨6h，于950℃空气气氛下煅烧2.5h，二次研磨6h，得到单一钙钛矿相氧化物粉体，其粉体颗粒尺寸为50nm备用；

[0025] b、以分析纯的MnO2、Ni2O3、Cr2O3和ZrO2为原材料，其中各组分原子比为Mn∶Ni∶Cr∶Zr＝2.2∶0.05∶0.06∶0.69，采用氧化物法将各组分混合，研磨6h，于950℃空气气氛下煅烧2.5h，二次研磨6h，得到单一尖晶石相氧化物粉体，其粉体颗粒尺寸为80nm，备用；

[0026] c、将步骤a和步骤b两种氧化物粉体按质量比LaCrAlSiO∶MnNiCrZrO＝1∶2进行混合，研磨5h，得到机械双相混合均匀的氧化物粉体材料；

[0027] d、将双相混合的氧化物粉体成型，在空气气氛下以1℃/min的速率加热到1030℃，保温30min，再以3℃/min速率加热到1250℃，烧结并保温1.5h，降温速率为1℃/min，即得双相复合负温度系数热敏陶瓷材料；

[0028] e、将双相复合陶瓷材料按常规方法进行封装，测试，即可得到高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器，参数为R0℃＝12KΩ±2％，B值为2050K±3％

[0029] 该双相复合陶瓷材料具有稳定性好、可靠性高、变化率小的特点，适合用于在宽温区内进行温度测量、控制和线路补偿。

[0030] 实施例2

[0031] a、以分析纯的La2O3、Cr2O3、Al2O3以及SiO2为原材料，其中各成分原子比为La∶Cr∶Al∶Si＝0.8∶0.75∶0.2∶0.25，采用氧化物法将各组分混合，研磨5h，于温度980℃空气气氛下煅烧1.5h，二次研磨5h，得到单一钙钛矿相氧化物粉体，其粉体颗粒尺寸为80nm，备用；

[0032] b、以分析纯的MnO2、Ni2O3、Cr2O3以及ZrO2为原材料，其中各成分原子比为Mn∶Ni∶Cr∶Zr＝2.4∶0.1∶0.08∶0.42，采用氧化物法将各组分混合，研磨5h，于温度980℃空气气氛下煅烧1.5h，二次研磨5h，得到单一尖晶石相氧化物粉体，其粉体颗粒尺寸为100nm，备用；

[0033] c、将步骤a和步骤b两种氧化物粉体材料按质量比LaCrAlSiO∶MnNiCrZrO＝1∶3.5进行混合，混合研磨2h，得到双相混合的氧化物粉体；

[0034] d、将双相混合的氧化物粉体成型，在空气气氛下以2℃/min的速率加热到1060℃，保温45min，再以4℃/min速率加热到1300℃，烧结并保温2h，降温速率为2℃/min，即得双相复合负温度系数热敏陶瓷材料；

[0035] e、将双相复合陶瓷材料按常规方法进行封装，测试，即可得到高电阻、低B值负温度系数热敏电阻器，参数为R0℃＝12KΩ±2％，B值为2050K±3％。

[0036] 该双相复合陶瓷材料具有稳定性好、可靠性高、变化率小的特点，适合用于在宽温区内进行温度测量、控制和线路补偿。

[0037] 实施例3