專利名稱：可在空氣中燒結(jié)的含鎳鉻基電阻材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含鎳鉻基電阻材料及其制備方法，特別涉及一種可在空氣中燒結(jié)的含鎳鉻基電阻材料、制備方法及其用于制厚膜鎳鉻基賤金屬電阻。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用的厚膜電阻漿料多選用貴金屬氧化物如RuO2或PdO為電阻基體材料。近年來(lái)由于貴金屬資源短缺，貴金屬價(jià)格上漲，為降低成本，在一些使用條件不太苛刻的場(chǎng)合，人們開(kāi)始研究用價(jià)格低廉的賤金屬代替貴金屬。賤金屬容易氧化，燒結(jié)工藝需要在惰性氣氛保護(hù)或真空條件下進(jìn)行，因而燒成工藝復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求高，因此如何使賤金屬顆粒在高溫的條件下不被氧化是制備賤金屬漿料的關(guān)鍵。目前，能夠使賤金屬在大氣中燒結(jié)的技術(shù)一般是將賤金屬粉體和玻璃粉與一定量的抗氧化劑如硅粉、硼粉等混合后，用粘合劑調(diào)成導(dǎo)體漿料印刷在基片上，于一定溫度下在空氣中燒成。這種方法由于采用物理混合的方法，硅粉、硼粉與賤金屬達(dá)不到原子級(jí)別的混合，燒成的電阻分散較大，工藝條件不容易控制。中國(guó)專利CN87100475和CN93104472.3分別介紹了用粉末冶金的方法制備硼鎳基導(dǎo)體和鋁鎳基導(dǎo)體。如中國(guó)專利CN87100475所述，將一定量的鎳粉以及少量的鋁粉和鋅粉、抗氧化作用的硼粉在瑪瑙研缽中混磨均勻后，將混料壓結(jié)，真空爐中于900～1000℃燒結(jié)50～70分鐘，再進(jìn)行破碎即制得可在空氣中燒成的鎳基導(dǎo)體材料，這種方法制備的導(dǎo)體可以在空氣中燒成，但由于鎳、鋁等導(dǎo)電性能良好，不能用作電阻基體材料。
鎳鉻合金是一類性能優(yōu)良的電阻材料，其制作方法一般是采用真空蒸發(fā)、等離子濺射、電子束蒸發(fā)、磁控濺射等方法形成鎳鉻合金薄膜，用于中阻值的精密薄膜電阻器中，然而對(duì)于成本低廉的厚膜方法制備鎳鉻基電阻的應(yīng)用還未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種可在空氣中燒結(jié)的含鎳鉻基電阻材料及其制備方法。
本發(fā)明提出的可在空氣中燒成、用于厚膜電阻漿料的鎳鉻基電阻材料，按質(zhì)量百分比由80～99％主料和1～20％的輔料組成，主料成分是分子式為Ni1-xCrx的鎳鉻合金，其中0.01≤x≤0.9，輔料選取鐵粉、鋅粉、硅粉、硼粉及鋁粉中的一種或幾種。
上述鎳鉻基電阻材料用粉末冶金方法制備，其特征是(1)將按比例混配好的主料和輔料混磨50～60min至均勻；(2)將(1)中混合好的料粉在壓強(qiáng)2.5～4.5噸/厘米2條件下壓結(jié)成塊狀；(3)將(2)中的壓結(jié)塊在真空為1.33×10-1～1.33×10-5帕，溫度600～1300℃條件下燒結(jié)0.5～3小時(shí)；(4)將(3)中燒結(jié)后的壓結(jié)塊經(jīng)過(guò)粉碎、過(guò)篩、細(xì)磨至粒度為0.1～0.5μm，即制成能夠在大氣中燒結(jié)、用于厚膜電阻漿料的鎳鉻基電阻材料。
上述鎳鉻基電阻材料用于制作厚膜鎳鉻基賤金屬電阻的特征在于鎳鉻基電阻粉體材料與粒徑為0.1～0.5μm的硅硼系無(wú)鉛玻璃粉體按質(zhì)量百分比85％比15％混合，經(jīng)松油醇溶解的乙基纖維素粘合劑調(diào)成漿料后，用150目絲網(wǎng)印刷在三氧化二鋁基片上，在管式爐中于850～1100℃燒結(jié)5～15分鐘，制得無(wú)鉛厚膜鎳鉻基賤金屬電阻?；蛘呤巧鲜鲦囥t基電阻粉體材料與粒徑為0.1～0.5μm的鋁硼硅鉛系玻璃粉體按質(zhì)量百分比85％比15％混合，經(jīng)松油醇溶解的乙基纖維素粘合劑調(diào)成漿料后，用150目絲網(wǎng)印刷在三氧化二鋁基片上，在管式爐中于650～800℃燒結(jié)5～15分鐘，制得厚膜鎳鉻基賤金屬電阻。
本發(fā)明制備的鎳鉻合金電阻材料配方可調(diào)，隨著Ni1-xCrx分子式中x值的增大，電阻將增大。用此方法制備的非晶態(tài)鎳鉻合金電阻粉體與一定量的玻璃粉體混合后，用乙基纖維素體系的粘合劑配成漿料，可以在大氣中燒成鎳鉻基賤金屬電阻。由于鎳鉻等金屬與硅、硼等抗氧化劑形成非晶態(tài)的合金，金屬與硅、硼等元素達(dá)到了原子水平的混合，因此在燒結(jié)過(guò)程中容易氧化的硅、硼等元素優(yōu)先氧化，生成的氧化物與玻璃相一起包封了金屬粉體，保護(hù)了金屬不被氧化。用本發(fā)明制備的鎳鉻基賤金屬電阻粉體具有可以在空氣中燒成、工藝簡(jiǎn)單、電阻不分散等優(yōu)點(diǎn)，可以替代RuO2等貴金屬厚膜電阻基體材料用于加熱元件中。當(dāng)減少Ni1-xCrx分子式中x值，可降低鎳鉻合金的電阻，這種粉體還可以作為導(dǎo)體用于濾波器、壓敏電阻的電極材料。同時(shí)，由以上制備的鎳鉻合金粉體與硼硅系無(wú)鉛玻璃粉體制備的鎳鉻基賤金屬電阻中不含有鉛的成分，符合歐盟規(guī)定從2004年1月起在微電子工業(yè)中無(wú)含鉛成分的環(huán)保要求。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述實(shí)施例一按照分子式Ni0.9Cr0.1計(jì)算所需鎳粉、鉻粉質(zhì)量，將粒徑為～10μm的鎳粉、粒徑為～10μm的鉻粉，在瑪瑙研缽中充分混合，Ni0.9Cr0.1質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為93wt％，向其中加入2.5wt％鋁粉、3wt％硼粉、1.5wt％的硅粉，再充分混合1小時(shí)，以3.0噸/厘米2壓力壓結(jié)成塊狀，保壓5分鐘，壓塊于真空為1.33×10-1帕，溫度為1050℃條件下保溫1小時(shí)，冷卻至室溫，將燒結(jié)的壓塊粉碎過(guò)篩再細(xì)磨至～0.2μm，即得到能夠在空氣中燒成的鎳鉻基合金粉體。
稱取上述制備的鎳鉻基合金粉體20g(85wt％)，與粒徑～0.2μm的硅硼系無(wú)鉛高熔點(diǎn)(軟化點(diǎn)820℃)玻璃3.53g(15wt％)充分混合后，用松油醇溶解的乙基纖維素粘合劑調(diào)配成電阻漿料，用150目絲網(wǎng)印刷在三氧化二鋁的基片上，150℃烘30分鐘，于管式爐中在900℃空氣中燒結(jié)10分鐘，即制成鎳鉻基無(wú)鉛厚膜賤金屬電阻。用數(shù)字電橋測(cè)定電阻為0.9～1.0Ω/方，在15mm×70mm的三氧化二鋁基片上設(shè)計(jì)成單片功率為60W線路，通110VAc電壓，使用壽命≥3000小時(shí)。
實(shí)施例二按照分子式Ni0.9Cr0.1計(jì)算所需鎳粉、鉻粉質(zhì)量，將粒徑為～10μm的鎳粉、粒徑為～10μm的鉻粉，在瑪瑙研缽中充分混合，Ni0.9Cr0.1質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為92wt％，并向其中加入3wt％硼粉、2.5wt％鋁粉、1.5wt％的硅粉、1wt％鐵粉，再充分混合1個(gè)小時(shí)，以3.0噸/厘米2壓力壓結(jié)成塊狀，保壓5分鐘，壓塊于真空為1.33×10-1帕，溫度為1100℃條件下保溫1小時(shí)，冷卻至室溫，將燒結(jié)的壓塊粉碎過(guò)篩再細(xì)磨至～0.2μm，即得到能夠在空氣中燒成的鎳鉻基合金粉體。
稱取上述鎳鉻基合金粉體20g(85wt％)，與粒徑～0.2μm的鋁硼硅鉛系(軟化點(diǎn)650℃)玻璃3.53g(15wt％)充分混合后，用松油醇溶解的乙基纖維素粘合劑調(diào)配成電阻漿料，用150目絲網(wǎng)印刷在三氧化二鋁的基片上，150℃烘30分鐘，于管式爐中在700℃空氣中燒結(jié)10分鐘，即制成鎳鉻基厚膜賤金屬電阻。用數(shù)字電橋測(cè)定電阻為1.0～1.2Ω/方，在15mm×70mm的三氧化二鋁基片上設(shè)計(jì)成單片功率為60W線路，通110VAc電壓，使用壽命≥2500小時(shí)。
實(shí)施例三按照分子式Ni0.99Cr0.01計(jì)算所需鎳粉、鉻粉質(zhì)量，將粒徑為～10μm的鎳粉、粒徑為～10μm的鉻粉，在瑪瑙研缽中充分混合，Ni0.99Cr0.01質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為90wt％，并向其中加入10wt％硼粉，再充分混合1個(gè)小時(shí)，以3.0噸/厘米2壓力壓結(jié)成塊狀，保壓5分鐘，壓塊于真空為1.33×10-1帕，溫度為1150℃條件下保溫1小時(shí)，冷卻至室溫，將燒結(jié)的壓塊粉碎過(guò)篩再細(xì)磨至～0.2μm，即得到能夠在空氣中燒成的鎳鉻基合金粉體。
稱取上述制備的鎳鉻基合金粉體20g(85wt％)，與粒徑～0.2μm的硼硅系無(wú)鉛玻璃3.53g(15wt％)充分混合后，用松油醇溶解的乙基纖維素粘合劑調(diào)配成導(dǎo)電漿料，用150目絲網(wǎng)印刷在三氧化二鋁的基片上，150℃烘30分鐘，于管式爐中在950℃空氣中燒結(jié)5～15分鐘，用數(shù)字電橋測(cè)定電阻為25～35mΩ/方，能夠用于壓敏電阻或?yàn)V波器電極，可以取代AgPd30貴金屬電極材料。
實(shí)施例四按照分子式Ni0.8Cr0.2計(jì)算所需要鎳粉、鉻粉質(zhì)量，將粒徑為～10μm的鎳粉、粒徑為～10μm的鉻粉，Ni0.8Cr0.2質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為91wt％，向其中加入5wt％硼粉、1wt％鋁粉、1.5wt％鐵粉、1.5wt％的硅粉，再充分混合1個(gè)小時(shí)，以4.0噸/厘米2壓力壓結(jié)成塊狀，保壓5分鐘，壓塊于真空為1.33×10-1帕，溫度為1100℃條件下保溫1小時(shí)，冷卻至室溫，將燒結(jié)的壓塊粉碎過(guò)篩再細(xì)磨至～0.2μm，即得到能夠在空氣中燒成的鎳鉻基合金粉體。
調(diào)配成電阻漿料及在空氣中燒成鎳鉻基電阻制法同實(shí)施例一。
實(shí)施例五按照分子式Ni0.1Cr0.9計(jì)算所需要鎳粉、鉻粉質(zhì)量，將粒徑為～10μm的鎳粉、粒徑為～10μm的鉻粉，Ni0.1Cr0.9質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為84wt％，向其中加入6wt％硼粉、2.5wt％鋁粉、5wt％鋅粉、2.5wt％的硅粉，再充分混合1個(gè)小時(shí)，以4.5噸/厘米2壓力壓結(jié)成塊狀，保壓5分鐘，壓塊于真空為1.33×10-1帕，溫度為1100℃條件下保溫1小時(shí)，冷卻至室溫，將燒結(jié)的壓塊粉碎過(guò)篩再細(xì)磨至～0.2μm，即得到能夠在空氣中燒成的鎳鉻基合金粉體。
調(diào)配成電阻漿料及在空氣中燒成鎳鉻基電阻制法同實(shí)施例一。
權(quán)利要求
1.一種可在空氣中燒結(jié)的含鎳鉻基電阻材料，其特征在于按質(zhì)量百分比由80～99％主料和1～20％的輔料組成，主料成分是分子式為Ni1-xCrx的鎳鉻合金，其中0.01≤x≤0.9。
2.按照權(quán)利要求1所述的含鎳鉻基電阻材料，其特征在于輔料選取鐵粉、鋅粉、硅粉、硼粉及鋁粉中的一種或幾種。
3.一種可在空氣中燒結(jié)的含鎳鉻基電阻材料的制備方法，其特征在于(1)將按比例混配好的主料和輔料混磨50～60min至均勻；(2)將(1)中混合好的料粉在壓強(qiáng)2.5～4.5噸/厘米2條件下壓結(jié)成塊狀；(3)將(2)中的壓結(jié)塊在真空為1.33×10-1～1.33×10-5帕，溫度600～1300℃條件下燒結(jié)0.5～3小時(shí)；(4)將(3)中燒結(jié)后的壓結(jié)塊經(jīng)過(guò)粉碎、過(guò)篩、細(xì)磨至粒度為0.1～0.5μm，即制成能夠在大氣中燒成、用于厚膜電阻漿料的鎳鉻基電阻材料。
4.一種用權(quán)利要求1或2所述鎳鉻基電阻材料用于制作厚膜鎳鉻基賤金屬電阻的應(yīng)用，其特征在于上述鎳鉻基電阻粉體材料與粒徑為0.1～0.5μm的硅硼系無(wú)鉛玻璃粉體按質(zhì)量百分比85％比15％混合，經(jīng)松油醇溶解的乙基纖維素粘合劑調(diào)成漿料后，用150目絲網(wǎng)印刷在三氧化二鋁基片上，在管式爐中于850～1100℃燒結(jié)5～15分鐘，制得無(wú)鉛厚膜鎳鉻基賤金屬電阻。
5.如權(quán)利要求4所述制作厚膜鎳鉻基賤金屬電阻的應(yīng)用方法，其特征在于上述鎳鉻基電阻粉體材料與粒徑為0.1～0.5μm的鋁硼硅鉛系玻璃粉體按質(zhì)量百分比85％比15％混合，經(jīng)松油醇溶解的乙基纖維素粘合劑調(diào)成漿料后，用150目絲網(wǎng)印刷在三氧化二鋁基片上，在管式爐中于650～800℃燒結(jié)5～15分鐘，制得厚膜鎳鉻基賤金屬電阻。
全文摘要
一種可在空氣中燒結(jié)厚膜電阻的鎳鉻基電阻材料及其制備方法，鎳鉻基電阻材料由質(zhì)量百分比為80～99％的主料和1～20％的輔料組成，主料是分子式為Ni
文檔編號(hào)H01B1/02GK1598969SQ20041004064
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月6日
發(fā)明者楊項(xiàng)軍, 譚富彬, 韋群燕, 陳景, 張振中 申請(qǐng)人:云南大學(xué)