專利名稱：一種低電阻率、高b值負溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱敏材料領域，特別涉及一種低電阻率、高B值負溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法。背景技術：
低電阻率、高B值負溫度系數(shù)熱敏材料制備的元件與傳感器廣泛地用于各種領域的溫度測量、溫度控制、溫度補償和電路過流保護。但由于當前國內外相關低電阻率，高B值產品，相對MEMS數(shù)字傳感器來說精度偏低，因此能夠制造更高精度的低電阻率/高B值的低成本材料成為全球同行業(yè)追求的目標。最初負溫度系數(shù)熱敏電阻通常采用從過度金屬Mn、Co、N1、Fe、Cu、的氧化物中選取3 4種作為主配方，同時摻入一些高價或低價的其他金屬化氧化物以及一些稀土元素，材料的電阻率從幾歐姆 厘米、到幾千歐姆 厘米，B值(材料系數(shù))在100(Γ4300Κ范圍內；用這些材料做成的熱敏電阻的標稱電阻值為幾百歐姆到幾十萬歐姆，迄今為止，此系列配方材料方案還沒有一種理想的實現(xiàn)高精度、高一致性和互換性的低阻/高B值負溫度系數(shù)熱敏材料的制造方法。
發(fā)明內容
本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術的不足，提供了一種聞精度、聞一致性和互換性、聞穩(wěn)定性的低電阻率、高B值負溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法。本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的:
一種低電阻率、高B值負溫度系數(shù)熱敏材料，以Mn-Co-Al系氧化物作為主配方，其特征在于:在主配方中摻入低價金屬粒子Nb2O5和高穩(wěn)定雜質TiO2和ZrO制成,其中，主配方為重量比為50 60:40 55:2 10的Mn3O4、Co3O4和Al2O3,高穩(wěn)定雜質的添加量為主配方重量的
0.5 10%。本發(fā)明所述的低電阻率、高B值負溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，主要步驟為:在主配方Mn-Co-Al系氧化物中摻入低價金屬粒子和高穩(wěn)定雜質后將其進行8 12小時的球磨，經10(Tl5(rC烘干后加入粘合劑造成8(Γ200目的顆粒，并制成成形圓片，在120(T134(TC高溫下燒結2.5飛小時，最后印刷得到成品。本發(fā)明將低價金屬粒子Nb2O5摻入配方中降低材料電阻，并摻入高穩(wěn)定雜質Ti02、ZrO材料，改變了載流子濃度，提高了熱激發(fā)效率，而不變能級位置，因此材料B值獲得提升，同時材料結構熱變化效應也減弱，從而提高了材料穩(wěn)定性，材料在25°C時的電阻率為200 800 Ω cm, 25 50°C溫區(qū)的 B 值為 3300 5000K。本發(fā)明的更優(yōu)方案為:
所述球磨時，球磨物料、水和球的重量配比為1:1.1"!.4:1.5 2。所述粘合劑為質量濃度為1(Γ20%的聚乙烯醇溶液，其用量為主配方重量的20 30%。所述成形圓片的直徑為5cm,成形密度為2.4^3.6g/cm3。所述燒結過程為由室溫飛00°C時， 升溫速率為0.5°C /min，然后恒溫2小時，之后繼續(xù)升溫至800°C，升溫速率為0.8°C /min，然后恒溫2小時，再次升溫至燒結溫度，升溫速率為6°C /min，在燒結溫度上恒溫2.5飛小時，最后隨爐降溫。所述印刷時，在75(T850°C的銀漿還原溫度下還原漿料，還原時間為25 35min。本發(fā)明工藝中的配方、燒結、印刷為關鍵工藝；配方決定了材料特性，燒結、印刷則是實現(xiàn)這一特性的保證。本發(fā)明用Al替Cu、Fe等，加入含Nb、T1、Zr氧化物的添加劑，對電阻率和B值進行補償，可以實現(xiàn)溫度傳感器所需的各種參數(shù)。本發(fā)明的材料具有低電阻率/高B值特點，是溫度傳感器所需的重要材料，具有較好的一致性，重復性和穩(wěn)定性，該材料特別適合用于制作汽車電子傳感器用特種熱敏電阻、各種半導體器件、寬溫區(qū)測溫和特種傳感器的溫度補償元件。
具體實施方式
實施例1:
(1)配方:以Mn3O4、Co3O4、Al2O3 為原料，純度為工業(yè)級，取 Mn3O4 =Co3O4:A1203=50:40:10(%wt) +6% (添加劑)=53:40:7 (% wt) +6% (添加劑) =56:40:4 (% wt) +6% (添加劑)=58:40:2 (% wt) +6% (添加劑);添加劑:Nb2O5 =TiO2:ZrO =60:30:10%wt, 8 小時球磨；
(2)將上述比例配方料球磨10小時，料冰:球=1.0:1.2:1.5 ;
(3)造粒:在粉料中加入濃度為10%的PVA膠溶液25%wt，手工造粒，過80-200目篩；
(4)成形:用20Mpa壓力，成形Φ5.4 (mm) X1.2mm的還片，壓制密度為3.2g/cm3 ；
(5)將成形的坯片裝入陶瓷缽中在1250°C高溫下燒結3小時。燒結曲線為:
室溫 500°C升溫速率為0.5V /min,
500°C 500°C恒溫2小時，
5000C "8000C升溫速率為 0.80C /min,
8000C "8000C恒溫 2 小時，
8000C 1250°C升溫速率為 6°C /min,
1250°C 1250°C恒溫 3.5 小時，
然后隨爐降溫，200°C以下，出爐；
(6)印刷電極，830°C還原30min；
(7)測試在25°C±0.01°C恒溫油槽中測出樣品的R25和R5tl的值并計算P 25和B25/5Q其結果如下表
(以100支芯片統(tǒng)計)
權利要求
1.一種低電阻率、高B值負溫度系數(shù)熱敏材料，以Mn-C0-Al系氧化物作為主配方，其特征在于:在主配方中摻入低價金屬粒子Nb2O5和高穩(wěn)定雜質TiO2和ZrO制成,其中，主配方為重量比為50 60:40 55:2 10的Mn3O4、Co3O4和Al2O3,高穩(wěn)定雜質的添加量為主配方重量的 0.5 10%。
2.根據權利要求1所述的低電阻率、高B值負溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于:在主配方Mn-Co-Al系氧化物中摻入低價金屬粒子和高穩(wěn)定雜質后將其進行8 12小時的球磨，經10(T150°C烘干后加入粘合劑造成8(Γ200目的顆粒，并制成成形圓片，在120(T134(TC高溫下燒結2.5飛小時，最后印刷得到成品。
3.根據權利要求2所述的低電阻率、高B值負溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于:所述球磨時，球磨物料、水和球的重量配比為1:1.1"!.4:1.5 2。
4.根據權利要求2所述的低電阻率、高B值負溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于:所述粘合劑為質量濃度為1(Γ20%的聚乙烯醇溶液，其用量為主配方重量的2(Γ30%。
5.根據權利要求2所述的低電阻率、高B值負溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于:所述成形圓片的直徑為5cm,成形密度為2.4^3.6g/cm3。
6.根據權利要求2所述的低電阻率、高B值負溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于:所述燒結過程為由室溫飛00°C時，升溫速率為0.5°C /min，然后恒溫2小時，之后繼續(xù)升溫至800°C，升溫速率為0.8°C /min，然后恒溫2小時，再次升溫至燒結溫度，升溫速率為6V /min，在燒結溫度上恒溫2.5飛小時，最后隨爐降溫。
7.根據權 利要求2所述的低電阻率、高B值負溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于:所述印刷時，在75(T850°C的銀漿還原溫度下還原漿料，還原時間為25 35min。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱敏材料領域，特別公開了一種低電阻率/高B值負溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法。該低電阻率/高B值負溫度系數(shù)熱敏材料，以Mn-Co-Al系氧化物作為主配方，其特征在于在主配方中摻入低價金屬粒子Nb2O5和高穩(wěn)定雜質TiO2和ZrO制成，其中，主配方為重量比為50~60:40~55:2~10的Mn3O4、Co3O4和Al2O3。本發(fā)明的材料具有低電阻率/高B值特點，是溫度傳感器所需的重要材料，具有較好的一致性，重復性和穩(wěn)定性。
文檔編號C04B35/01GK103073267SQ201210570849
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權日2012年12月26日
發(fā)明者劉倩, 朱金鴻, 李本文 申請人:山東中廈電子科技有限公司