本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术的NTC热敏电阻材料以简单氧化物为主要成分组成，能在1200℃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。本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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，包括正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)。NTC热敏材料泛指具有电阻值随温度升高而减小特性的半导体材料或元器件，现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。随着电子设备微型化、集成化设计和电子设备轻、薄、多功能化的发展以及高新科技领域的不断突破，NTC热敏电阻受到越来越多的关注。在众多NTC材料体系中，较为常见的、应用最多的是以Mn、Ni、Cu、Co、Fe、Zn等两种或两种以上的金属氧化物制备而成的半导体热敏陶瓷。这类热敏陶瓷的烧结温度根据所加的助烧剂等不同可在在1100～1200℃内变化，材料电阻率在100Ω·cm～10MΩ·cm范围内可调，相应的热敏常数B值在2000～7000K内变化，并且具有较大的电阻温度系数(-1％～-6％)和较宽的使用温区(-100～200℃)，工作性能稳定，占据了整个NTC热敏材料体系中最重要的位置。如，中国专利技术专利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；中国专利技术专利CN1006667B公布的
CoO-Co2O3-Fe2O3陶瓷系NTC热敏材料；中国专利技术专利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；美国专利技术专利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。但是传统过渡金属锰、镍、钴、铁、铜的氧化物制成的尖晶石结构NTC热敏电阻材料又有很多不足之处，如，过渡金属氧化物的挥发温度较低，这类NTC热敏电阻元件在制备过程中会产生原料的挥发，从而影响产品的性能和均一性；长期使用产生成分的挥发从而影响精度；生产过程中产品一致性差；材料的电阻值、温度系数和材料系数等难于控制和调节；易发生结构弛豫而造成材料老化等。近年来，为了开发新型氧化物基NTC热敏电阻材料，科技工作者也开发了一些新的材料体系，如六方BaTiO3体系(中国专利技术专利ZL 2009 10043274.8；中国专利技术专利ZL 2009 1 0303525.1)，金红石型SnO2陶瓷(电子元件与材料,2009(6):56-59；J.Mater.Sci.:Mater.El.,2014,25(12):5552-5559)、Feltz首先发现LaCoO3基钙钛矿结构陶瓷具有优异的NTC特性(J.Eur.Ceram.Soc.,2000,20(14-15):2367-2376.)，接下来BaSnO3、BaBiO3、SrTiO3、YMnO3和LaMnO3等材料均通过掺杂、复合等手段成功制得NTC热敏陶瓷(J.Am.Ceram.Soc.,1997,80(8):2153-2156；Appl.Phys.Lett.,2003,82(14):2284-2286；Acta Phys.Chim.Sin.,2008,24(5):767-771；J.Electroceram,2008,20(2):113-117；Solid State Sci.,2006,8(2):137-141；J.Eur.Ceram.Soc.,2002,22(4):567-572)。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就显得十分重要。针对以上状况，本专利技术采用以氧化
镍为主要成分、通过微量元素掺杂改性的材料，得到了具有良好NTC效应的热敏电阻材料体系，并且可以通过改变微量掺杂元素来调节热敏电阻元件的室温电阻率和材料的温度常数。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够制造具有负电阻温度系数效应的NTC热敏电阻材料体系。这种热敏电阻材料可以通过改变微量掺杂元素以调节热敏电阻元件的室温电阻率和材料的温度常数。本专利技术的NTC热敏电阻材料的成分组成为：Ni1-x-yLixFeyO，其中x＝0.001～0.09；y＝0.001～0.09。本专利技术组成NTC材料的关键组成为Ni1-x-yLixFeyO，配方成分中含有镍、锂和铁元素，其原材料可以是含这些元素的单质，氧化物、无机盐或有机盐等化合物。其中，半导化元素锂是为了调整热敏电阻元件的室温电阻率，元素铁是由于调节热敏电阻元件的室温电阻率和体现热敏特性的材料常数与温度系数。按本专利技术实施例所述制备方法能获得高纯单相的物相组成，所制备的NTC热敏电阻元件的性能稳定高、可靠性高。本专利技术的主要重点在于热敏电阻材料的成分配方，实际应用过程中可以根据需要对合成方法和生产工艺进行相应调整，灵活性大。如，原材料可选用含有这些元素的单质，氧化物、无机盐或有机盐等化合物；合成方法可采用固态反应法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、气相沉积法或其它陶瓷材料的合成方法来实现。本专利技术的热敏电阻材料特性的检测是采用涂覆银浆为电极，测量元件的室温电阻及电阻-温度特性。实际生产可以选用其它电极材料，如铝电极、In-Ga
合金电极或镍电极材料。本专利技术涉及的NTC热敏电阻材料的特色和优势表现在：①材料成分简单，原材料比较丰富、无毒，环境友好；②制备过程中烧结温度低，烧结温度为1200±50℃，适合陶瓷元件、薄膜、低温共烧等NTC热敏电阻元件的生产；③通过调整半导化掺杂元素的含量可大范围调整热敏电阻元件的室温电阻值；④通过调节成分组成中的Fe的含量，可以较大范围地调节热敏元件的材料常数与温度系数。本专利技术NTC热敏电阻材料的电性能可实现以下参数要求：室温电阻率ρ25＝1Ω·cm～8MΩ·cm，材料常数B＝60～5500K。本专利技术的内容结合以下实施例作进一步的说明。以下实施例只是符合本专利技术
技术实现思路
的几个实例，并不说明本专利技术仅限于下述实例所述的内容。本专利技术的重点在于成分配方，所述原材料、工艺方法和步骤可以根据实际生产条件进行相应的调整，灵活性大。附图说明图1是实施例中NTC热敏陶瓷电阻材料中不同Fe含量的电阻-温度特性曲线。该图说明所有材料均呈现典型的NTC特性，且Fe的微量引入能明显改变材料的电阻率和NTC材料常数。图2是实施例中NTC热敏陶瓷电阻材料的室温电阻率与材料常数随铁含量的变化曲线。说明Fe的微量引入能明显改变材料的电阻率和NTC材料常数。图3是实施例6所制备的热敏电阻材料(Ni1-x-yLixFeyO)从室温至300℃重复测量的电阻率-温度关系图。体现出该材料具有很好的温度循环稳定性。具体实施方式实施例1本实施例按分子式Ni1-x-yLixFeyO进行配料，其中x＝0.04、y＝0。初始原材料选自碱式碳酸镍NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O、碳酸锂Li2CO3。材料制备按以下实验的工艺步骤：(1)将初始原料按Ni0.96Li0.04O配方配料，称取NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O 24.0本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种负温度系数热敏电阻材料，其特征是该材料的成分组成为Ni1‑x‑yLixFeyO。其中x＝0.001～0.09；y＝0.001～0.09。
【技术特征摘要】
1.一种负温度系数热敏电阻材料，其特征是该材料的成分组成为Ni1-x-yLixFeyO。其中x＝0.001～0.09；y＝0.001～0.09。2.根据权利要求1所述的一类氧化物Ni1-x-yLixFeyO基负温度系数热...
【专利技术属性】
技术研发人员：王佳希，李志成，张鸿，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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