[其他]线性负温度系数热敏材料

说明书

本发明涉及一种线性负温度系数陶瓷热敏材料的制造方法，用该材料制得的热敏电阻器适合于测温、控温和温度补偿等场合。

在所有的常温热敏电阻器中，主要采用过渡金属锰、镍、钴等氧化物制成负温度系数（NTC）热敏电阻器。这种NTC热敏电阻器的主要优点是：灵敏度高、性能稳定、生产工艺简单、成本低和适宜大批生产。但存在的主要问题是所有的NTC热敏电阻器具有非线性的电阻温度特性，而且，在大的温度范围内，电阻温度特性线性化是相当困难的。现在，各国都在竭力寻找具有线性电阻温度特性的热敏材料。

本发明的目的在于构造Fe³⁺部分替代CO³⁺的尖晶石结构的半导体陶瓷材料系，来制造既具有上述NTC热敏电阻器的优点，又可在较大的温度范围内具有线性的电阻温度特性的热敏电阻器。

本发明完成上述目的所采取的手段是：在CoO-Co₂O₃-Fe₂O₃陶瓷系中，改变三价金属离子配比Fe³⁺/Co³⁺的值，构造Fe³⁺部分替代Co³⁺的尖晶石结构Co²⁺（Fe³⁺_XCo³⁺_2-X）O₄的半导体陶瓷。当Fe³⁺的摩尔数X在一定的范围时，这种半导体陶瓷具有很大的电阻负温度系数，并且电阻温度特性呈线性关系。由这种半导体陶瓷制得的热敏电阻器就具有线性的电阻温度特性。

选择这种CoO-Co₂O₃-Fe₂O₃陶瓷系，只需按一般的简单陶瓷工艺，不用增加设备和工序，就能大批量地生产低成本、高稳定的园片状热敏电阻器。改变成型模子又可得到其它形状的热敏电阻器。这种热敏电阻器既具有线性的电阻温度特性，又有较大的电阻温度系数和高的时间稳定性。

用本发明热敏材料制作园片状热敏电阻器的具体生产过程是：按各氧化物的摩尔比：CoO∶Co₂O₃∶Fe₂O₃＝1∶（1-X/2）∶X/2，充分混合，湿磨2～4小时;得到的混合物在900～1100℃温度下予烧，保温1～2小时;将予烧料磨细，加5%的聚乙烯醇粘合剂，压制成φ10×1mm的园片，在空气中，1200～1400℃烧结1～6小时;最后在瓷片两面加制欧姆接触银电极，就获得园片状热敏电阻器。

五种试样的具体实施例如下：各氧化物的摩尔比为：CoO∶Co₂O₃∶Fe₂O₃＝1∶（1-X/2）∶X/2，其中X的取值范围：0≤X≤2。当X分别取0，0.5，1.0，1.5，2时，按以上生产过程制成五种试样，测得各种试样的参数如表1所示。从表1可知，除X＝0外，各种配方所得试样的常数B都较大。

以下将结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是用本发明线性负温度系数热敏材料制得的园片状热敏电阻器的结构图。

图2是制得的热敏电阻器的电导激活能△E与铁的摩尔数X的关系图。

图3是四种试样的感温电阻率ρ与温度T的关系图。

参照图1，该图示出了园片状热敏电阻器的具体结构，在φ10×1mm的陶瓷园片上，印刷银电极，然后焊接引线。

图2是热敏电阻器的电导激活能△E与铁的摩尔数X的关系。当加入Fe³⁺后，陶瓷电阻器的电导激活能大大增加（△E＞0.35ev），相应的电阻负温度系数也增大，d_T的值约为-2.5%/℃，NTC热敏电阻器的B值可达4000K以上。

图3是四种试样的电阻温度特性，图中1、2、3、4为试样编号。当发生Fe³⁺替代Co³⁺时，NTC热敏电阻器的电阻温度特性变成线性，但仍然具有较大的电阻负温度系数。

用以上这些配方制造的NTC热敏电阻器不但具有线性的电阻温度特性，而且其特性对测试频率、测试电压非常稳定，几乎不随时间改变。