高B值高电阻率负温度系数热敏电阻材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高B值高电阻率负温度系数热敏电阻材料。所述热敏电阻材料包括下述组分：Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2，其中Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2的摩尔比为1:0.2～0.5:0.1～0.3:0.2～0.7:0.4～0.7。该热敏电阻材料具有良好的负温度系数热敏特性，在300～500℃温区的电阻率为5.0×107～6.0×109Ω·m，材料特性常数B值为5400K—13000K。同时该热敏电阻材料还具有粒径小、粒径分布均匀，稳定性好的良好特性。本发明专利技术还提供了所述热敏电阻材料的制备方法。本发明专利技术所述制备方法中原材料来源广泛，制备工艺简单，易于掌握，生产成本低，具有较广阔的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
高B值高电阻率负温度系数热敏电阻材料及其制备方法
本专利技术属于无机功能材料合成领域，特别涉及一种用于中温的负温度系数热敏电阻材料及其制备方法。
技术介绍
负温度系数热敏电阻(NTC,negativetemperaturecoefficient)是一种电阻值随温度的升高而减小的电子元件。热敏电阻具有灵敏度高、互换性好、受磁场影响小、可靠性高、响应时间短等诸多优点，已被广泛应用在温度测量、温度控制和补偿等方面。目前，NTC热敏电阻材料多数是以Mn、Co、Ni、Cu、Fe、Zn等为主的过渡金属氧化物及其组合进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷材料。早期的二元体系NTC热敏电阻材料，因其电性能(电阻率、材料特性常数B等)对制备过程中的热处理等工艺依赖性强而逐渐被对制备工艺依赖性较弱的三元系及四元系所取代，如Mn-Co-Ni系和Mn-Co-Ni-M(M＝Cu、Fe、Si、Pb、Zn等)系。传统NTC热敏电阻器的材料特性常数B值一般在2000K—5000K。材料特性常数B是一个描述热敏电阻材料物理特性的参数，也是热灵敏度指标。但Co作为一种战略元素，全球的储量非常有限，丰度较低(1X10-3％)，其价格昂贵而毒性较大，因此传统NTC热敏电阻材料成本偏高。中国专利技术专利申请CN102731108B公开了一种高B值负温度系数热敏电阻材料的制备方法，是以Al2O3、AlN和SiO2为原料，无水乙醇或丙酮为分散介质，并辅以机械球磨或搅拌，使原料分散均匀，然后采用固相法制备出高B值负温度系数热敏材料，材料特性常数B在6500K-7800K范围内。该方法制备的高B值负温度系数热敏电阻材料原料来源广泛，成本低，粒径小且较为均匀。但是该高B值负温度系数热敏电阻材料的电阻率ρ较低，在温度350℃时的电阻率ρ350仅1340KΩ·m，在需要采用高B值高电阻率负温度系数热敏电阻材料的领域应用时，在保持高B值的前提下还需要进一步提高热敏电阻材料的电阻率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种高B值高电阻率负温度系数热敏电阻材料。该热敏电阻材料在中温区同时具有很高的电阻率和材料特性常数B值，且粒径小、粒径分布均匀、稳定性好。本专利技术还提供所述热敏电阻材料的制备方法。该制备方法简单、易于控制，生产成本低。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术所述高B值高电阻率负温度系数热敏电阻材料，包括下述组分：Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2，所述Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2的摩尔比为1:0.2～0.5:0.1～0.3:0.2～0.7:0.4～0.7。申请人经多次试验发现，在Al2O3、AlN和SiO2三种原料的基础上，再增加Cr2O3、NiO两种原料，同时调节各原料的摩尔比为1:0.2～0.5:0.1～0.3:0.2～0.7:0.4～0.7，由此制备而成的热敏电阻材料，五种原料成分之间相互发生共增强的作用，使热敏电阻材料在中温区同时具有很高的电阻率和B值。本专利技术所述热敏电阻材料在300～500℃温区的电阻率为5.0×107～6.0×109Ω·m；在300～500℃温区的B值为5400K—13000K。优选地，所述Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2的摩尔比为1:0.2～0.4:0.1～0.2:0.4～0.6:0.5～0.7。最佳优选地，所述Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2的摩尔比为1:0.2:0.2:0.6:0.5。通过以上优选，可以进一步提高所述五种原料在热敏电阻材料中的共增强作用，使热敏电阻材料在具有高电阻率和高B值的性能下，同时粒径分布均匀，稳定性好。本专利技术所述高B值高电阻率负温度系数热敏电阻材料的制备方法，包括如下步骤：(1)以分析纯Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2为原料，置于球磨罐或搅拌容器中，然后加入研磨小球和分散介质或只加入分散介质，得到混合物；所述Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2的摩尔比为1:0.2～0.5:0.1～0.3:0.2～0.7:0.4～0.7；所述分散介质为无水乙醇或丙酮；(2)将步骤(1)得到的混合物以50～450r/min的转速球磨或搅拌，时间为0.5～24h，并在50～120℃下烘干，得到粉末；(3)将步骤(2)得到的粉末充分研磨后，压成块体，在惰性气体保护的气氛炉中进行高温处理；自然冷却随炉降温至室温，得到高B值高电阻率负温度系数热敏电阻材料。本专利技术制备方法以分析纯Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2为原料，以无水乙醇或丙酮为分散介质，采用固相法来制备所述热敏电阻材料。以无水乙醇或丙酮为分散介质混合出来的粉体，烘干后比较疏松，不易结块，便于后续的工艺操作。而采用固相法工艺简单，成本低，且可以保证材料性能参数的批次重复性和一致性。优选地，所述步骤(1)中原料(即Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2的总重量)、分散介质和研磨小球的重量比为1:1-6:2-8或原料和分散介质的重量比为1:1-6。当原料与分散介质的重量比大于1:1-6，球磨机在高速旋转时粉料容易粘在球磨容器的壁上，研磨效果差。当原料与分散介质的重量比小于1:1-6，球磨机在高速旋转时粉料与磨球碰撞的机率变小，无法达到磨细的效果。进一步优选地，所述步骤(1)中原料、分散介质和研磨小球的重量比为1:3-5:3-7或原料和分散介质的重量比为1:3-5。最佳优选地，所述步骤(1)中原料、分散介质和研磨小球的重量比为1:5:3或原料和分散介质的重量比为1:5。优选地，所述研磨小球为玛瑙球或锆石球。玛瑙球或锆石球硬度高、耐磨性好，可提高研磨质量。优选地，所述步骤(3)中高温处理的条件为：气流速度为0.2-0.6L/min；以5-10℃/min的加热速率升温；温度500～650℃下预烧5～10h；温度950～1100℃下恒温焙烧2～8h；温度400～700℃下退火4～12h。申请人经多次试验发现，采用上述高温处理条件，可以使得到的热敏电阻材料稳定性更好，粒径分布均匀。优选地，所述步骤(3)中所述压成块体的范围为10～30kgf/cm2，惰性保护气体为纯度为99.99％的氮气或氩气。当粉体压块压力小于10kgf/cm2，坯体不致密，不易成型。当粉体压块压力大于30kgf/cm2坯体容易分层。进一步优选地，所述压成块体的范围为20～30kgf/cm2。最佳优选地，所述压成块体的范围为30kgf/cm2。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术所述的热敏电阻材料以Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2为组分，且Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2的摩尔比为1:0.2～0.5:0.1～0.3:0.2～0.7:0.4～0.7。该热敏电阻材料具有良好的负温度系数热敏特性，在中温区同时具有很高的电阻率和B值，在300～500℃范围内，电阻率ρ可达到7.36×107～5.57×109Ω·m，材料特性常数B值在5400K—13000K范围内。(2)本专利技术所述的热敏电阻材料除在中温区具有良好的负温度系数热敏特性外，同时粒径分布范围在0.2～0.8μm，具有粒径小，粒径分布均匀的良本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高B值高电阻率负温度系数热敏电阻材料，其特征在于，所述热敏电阻材料包括下述组分：Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2，所述Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2的摩尔比为1:0.2～0.5:0.1～0.3:0.2～0.7:0.4～0.7。

【技术特征摘要】
1.一种高B值高电阻率负温度系数热敏电阻材料，其特征在于，所述热敏电阻材料包括下述组分：Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2，所述Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2的摩尔比为1:0.2~0.5:0.1~0.3:0.2~0.7:0.4~0.7；所述热敏电阻材料在300~500℃温区的电阻率为5.0×107~6.0×109Ω·m；所述热敏电阻材料在300~500℃温区的B值为5400K—13000K。2.根据权利要求1所述的热敏电阻材料，其特征在于：所述Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2的摩尔比为1:0.2~0.4:0.1~0.2:0.4~0.6:0.5~0.7。3.根据权利要求2所述的热敏电阻材料，其特征在于：所述Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2的摩尔比为1:0.2:0.2:0.6:0.5。4.一种如权利要求1所述高B值高电阻率负温度系数热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）以分析纯Al2O3、Cr2O3、NiO、AlN和SiO2为原料，置于球磨罐或搅拌容器中，然后加入研磨小球和分散介质或只加入分散介质，得到混合物；所述Al2...

【专利技术属性】
技术研发人员：康雪雅，
申请(专利权)人：成都德兰特电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51