[发明专利]热敏陶瓷电阻材料及电阻元件及该电阻元件的制备方法

说明书

技术领域

本专利属于材料工程领域，涉及一种热敏陶瓷电阻材料及电阻元件及该电阻元件的制备 方法，该材料为一种具有六方晶体结构的铁掺杂BaTiO₃的具有电阻负温度系数(NTC)效应 的热敏陶瓷材料。

背景技术

热敏传感器是利用材料电阻率随温度变化的特性而制成的电子器件，其中包含电阻率随 温度升高而增大的正温度系数(PTC)热敏电阻元件或电阻率随温度升高而减小的负温度系 数(NTC)热敏电阻元件。NTC热敏电阻元件与器件已广泛应用于温度测量、控制、温度补偿 ，以及电路和电子元件的保护以及流速、流量、射线测量的相关仪器与应用领域。

在常温NTC热敏电阻器中，主要采用由过渡金属元素(如锰、镍、钴、铁、铜)的氧化 物制成的具有尖晶石晶体结构的NTC热敏电阻元件。这类热敏电阻器得到了广泛的关注与应 用。如，中国发明专利CN1332405C公布的以锰、镍、镁、铝的硝酸盐为原材料、采用液相共 沉淀法合成的NTC热敏电阻材料；中国发明专利CN1006667B公布的CoO-Co₂0₃-Fe₂0₃陶瓷系NTC 热敏材料；中国发明专利CN100395849C公布的以硝酸钴、硝酸锰和硫酸铁为原料制备的 Co-Mn-Fe-O系NTC热敏陶瓷材料；美国发明专利6861622公开专利描述的锰-镍-钴-铁-铜系 NTC热敏材料。

在采用过渡金属锰、镍、钴、铁、铜的氧化物制成的尖晶石结构NTC热敏电阻材料中， 因为这些过渡金属氧化物的挥发温度较低，引起热敏电阻元件的制备烧结过程中产生原材料 成分的挥发，导致产品的最终成分难于控制、产品性质的一致性以及不同批次产品之间的重 复性难于控制。另外，尖晶石结构的NTC热敏电阻材料中主要通过电子跃迁模式实现电子导 电，室温电阻率一般较大，且电阻值不好控制；降低材料的电阻率常会带来温度系数的降低 ，影响热敏元件的NTC特性。同时，具有尖晶石结构的锰-镍-钴-铁系化合物，在200～400℃ 温度范围内，其四面体和八面体中阳离子随时间进行缓慢的重新分布而引起结构驰豫。这种 驰豫现象造成了NTC陶瓷材料电学性能的不稳定，易导致材料的老化，影响了材料的使用性 能和使用寿命。随着空调、电冰箱、微波设备和汽车等产业对NTC热敏电阻器的稳定性要求 越来越高，改善现有成分体系或开发新型成分体系的NTC热敏电阻材料就显得十分重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种热敏陶瓷电阻材料及电阻元件及该电阻元件的制 备方法，该材料具有良好NTC效应的热敏陶瓷电阻，该材料体系具有成分设计简单、成分调 节范围大和较高的NTC材料常数，能够制造具有负电阻温度系数效应的NTC热敏陶瓷电阻材料 体系，特别是适合制备常温NTC热敏陶瓷电阻材料。

本发明的技术解决方案如下：

一种热敏陶瓷电阻材料，其特征在于，该热敏陶瓷电阻材料分子式为BaTi_1-xFe_xO₃，其 中x＝0.1~1。(实际上分子式为BaTi_1-xFe_xO_3-δ，其中0.1＝x＝1。δ为Fe元素的引入产生的 氧缺位数，其具体数值因Fe离子的价态而定，在材料成分设计中可δ以不考虑。本专利以下 描述中记录为BaTi_1-xFe_xO₃，其中x＝0.1~1。)

该热敏陶瓷电阻材料由六方钙钛矿晶体组成或主晶相为六方晶体结构，其含量占百分之 九十五以上，具体物相成分与铁的含量不同而有所差异。

该热敏陶瓷电阻材料的由含有Ba、Ti、Fe金属元素的原材料制成，所述的原材料为含有 Ba、Ti、Fe金属元素的氧化物、无机盐或有机盐。

一种热敏陶瓷电阻元件，其特征在于，该热敏陶瓷电阻元件的材料采用上述的热敏陶瓷 电阻材料。即该热敏陶瓷电阻材料分子式为BaTi_1-xFe_xO₃，其中x＝0.1~1。该热敏陶瓷电阻材 料为六方钙钛矿晶体或其主晶相为六方晶体。该热敏陶瓷电阻材料的由含有Ba、Ti、Fe金属 元素的原材料制成，所述的原材料为含有Ba、Ti、Fe金属元素的氧化物、无机盐或有机盐。