[发明专利]一种新型负温度系数热敏电阻材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于负温度系数热敏电阻材料技术领域，特备涉及到一种添加Sn元素的新型负温度系数热敏电阻材料体系，尤其涉及一种新型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（Negative Temperature Coefficient，NTC）热敏电阻具有对温度敏感、体积小、响应快、价格低、互换性好等诸多优点，被广泛地应用在温度测量、温度控制和温度补偿等方面。其电阻-温度行为一般可用Arrhenius 公式来表示ρ=ρ₀exp(E_a/kT)，其中：ρ是温度为T时的电阻率；E_a是电导活化能；k是Boltzmann常数；T是绝对温度。在工业上习惯使用两个基本参数来表征NTC热敏陶瓷的电学性能：(1) 25℃时的电阻率ρ₂₅℃；(2) B值，定义为B=E_a/k，它表征电阻值对温度变化敏感的程度。目前用于工业化生产的NTC热敏电阻材料通常是选择Mn、Ni、Co、Fe、Cu、Zn等3d过渡金属氧化物中的若干种为原料（有时会添加一些MgO、Al₂O₃），按照传统陶瓷工艺在1200-1350℃高温下烧结形成以尖晶石结构为主晶相的复合氧化物陶瓷体。实际应用过程中根据不同的用途，要求NTC热敏电阻具有不同的电学性能参数，因此开发出了不同材料组成体系。

根据《欧洲陶瓷学会志》和美国《美国陶瓷学会志》等十几篇关于NTC热敏电阻材料体系的文献调研，目前已有Mn-Ni-O，Mn-Co-O，Mn-Ni-Co-O，Mn-Ni-Fe-O，Mn-Ni-Cu-O，Mn-Ni-Zn-O等诸多NTC热敏电阻材料体系，大都是在Mn-Ni-O系NTC热敏电阻基本配方的基础上引入一些常见的3d过渡金属氧化物中如Co、Fe、Cu、Zn等形成电学性能参数各异的三元、四元甚至更复杂的配方。也有一些文献报道在Mn-Ni-O系NTC热敏电阻基本配方中引入一些非3d过渡金属的元素如Mg、Al、Si、Zr、La、Y等，这其中只有Mg、Al元素能和Mn-Ni-O形成尖晶石结构固溶体，而其他元素则不能进入尖晶石结构中，仅以第二相的形式存在。

发明内容

本发明的目的是提出一种在Mn-Ni-O系NTC热敏电阻中基体掺入Sn元素而保持尖晶石结构的新型配方的新型负温度系数热敏电阻材料及其制备方法。

为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：

一种新型负温度系数热敏电阻材料，其特征在于：该热敏电阻材料是以Ni、Mn、Sn元素的氧化物或可溶性盐为原料，Mn元素含量在40-80%摩尔比，Ni元素含量在15-40%摩尔比，Sn元素摩尔含量在小于40%以下的成分范围内。

所述的一种新型负温度系数热敏电阻材料，其特征在于：

所获得的NTC热敏电阻的阻值在Ni元素含量不变的前提下，随着Sn元素含量的增加，电阻值和B值均呈现增加的趋势；在Ni-Mn-Cu体系中引入Sn元素可以有效地降低该体系的老化值，在150℃老化6天的条件下，Ni_0.66Cu_0.3Mn_2.04O₄的老化值约15%左右，而Ni_0.66Cu_0.3Mn_1.64Sn_0.4O₄的老化值降到仅0.5%。

所述的新型负温度系数热敏电阻材料的制备方法，其特征在于：

采用以氧化物为原料的固相法或以可溶性盐为原料共沉淀法，经球磨、900-1000℃煅烧、成型处理，在1200-1350℃烧结4-6h ，获得具有纯尖晶石相的陶瓷烧结体，经切片、上电极、划片工序后可用于NTC热敏电阻芯片。

   所述的一种新型负温度系数热敏电阻材料的制备方法，其特征在于：采用以氧化物为原料的固相法或以可溶性盐为原料共沉淀法，经球磨、掺入摩尔比小于20%的Cu、Co、Fe、Zn、Mg、或Al，在900-1000℃ 煅烧4-6h，经等静压成型后在1200-1350℃温度烧结4-6h，可获得纯尖晶石相的致密陶瓷烧结体，经切片、上电极、划片工序后，可用于制作NTC热敏电阻芯片。

   本发明的有益效果：