[发明专利]一种基于氧化铜的新型NTC热敏电阻材料

说明书

本发明涉及一种半导体陶瓷材料，尤其是符合制备具有电阻负温度系数（NTC）的热敏电阻材料。本发明材料可以通过改变微量掺杂元素的含量调节热敏电阻元件的室温电阻值大小和材料常数值。本发明的NTC热敏电阻材料以简单氧化物为主要成分组成，能在1000 °C左右烧结成陶瓷体，可适应热敏陶瓷元件、薄膜热敏元件及低温共烧叠层热敏元器件的烧结成型。本发明的热敏电阻材料具有稳定性好、一致性好、重复性好的特点，具有电阻值、材料常数、电阻温度系数等电气特性可控的特点，适用于温度测量、温度控制和线路补偿，以及电路和电子元件的保护以及流速、流量、射线测量的仪器与应用领域。

技术领域

本发明涉及一种制备具有电阻负温度系数（NTC）效应的热敏电阻元件的NTC热敏电阻材料。适用于温度测量、温度控制和线路补偿，以及电路和电子元件的保护以及流速、流量、射线测量的仪器与应用领域。

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制成的器件，其中包括电阻率随温度升高而增大的正温度系数（PTC）热敏电阻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热敏电阻元件，它们得到了广泛的研究与应用。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-Co₂O₃-Fe₂O₃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。这些 NTC热敏电阻材料的共同特征是含有至少两种过渡金属的氧化物，且以尖晶石型立方晶体结构为主晶相组成。

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，这类NTC热敏电阻元件的制备烧结过程中容易产生原材料成分的挥发，使得产品的最终成分、产品的一致性和生产不同批次之间的重复性难于控制。尖晶石结构的NTC陶瓷的室温电阻率一般较大，且电阻值不容易调控；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，影响了材料的性能和使用寿命。