陶瓷材料、组件和制造所述组件的方法技术

提供了具有电阻的负温度系数的陶瓷材料，其具有如下结构，该结构基于选自Ni‑Co‑Mn‑O、Ni‑Mn‑O和Co‑Mn‑O的体系，并且包含至少一种选自镧系元素的掺杂剂。

Ceramic materials, assemblies and methods of manufacturing the assemblies

Ceramic materials with negative temperature coefficient of resistance are provided. The structure is based on a system selected from Ni Co Mn O, Ni Mn O and Co Mn O, and contains at least one dopant selected from lanthanide elements.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】陶瓷材料、组件和制造所述组件的方法本专利技术涉及具有负温度系数的陶瓷材料、含有该陶瓷材料的组件以及制造所述组件的方法。不同应用中用于监测和调节的温度主要通过陶瓷的负温度系数热敏电阻-热敏电阻元件（NTC）、硅温度传感器（KTY）、铂温度传感器（PRTD）或热电偶（TC）测量。在此，由于低制造成本，基于例如尖晶石结构的NTC热敏电阻是最广泛使用的。与热电偶和金属电阻元件，例如铂元件相比的另一优点是明显负的电阻温度特性。对温度传感器在其电性质和部件几何结构小型化方面的不断增长的要求使得需要具有更高B值和低比电阻值的陶瓷材料。对于具有低实际电阻值且同时大坡度（steil）的特征线的传感器的制造，常规地使用具有相对大的部件几何结构且体积最多2.6cm3的经微调（getrimmt）的薄片或芯片。随着小型化要求的提高，必须明显降低NTC陶瓷的部件尺寸。到目前为止，陶瓷物料用例如氧化铜掺杂，以能够实现小于200Ωcm的比电阻。然而同时，B值降低至小于3000K的值并且漂移行为从约2％增加到5％至10％。至少一个实施方案的目的是提供具有改进的性质的陶瓷材料。至少一个实施方案的另一个目的是提供具有改进的性质的组件。至少一个实施方案的另一个目的是提供制造具有改进的性质的组件的方法。这些目的通过根据独立权利要求的陶瓷材料、组件和方法来实现。进一步的实施方案是从属权利要求的主题。提供了具有电阻的负温度系数的陶瓷材料。其具有基于选自Ni-Co-Mn-O、Ni-Mn-O和Co-Mn-O的体系的结构。该陶瓷材料还包含至少一种选自镧系元素的掺杂剂。Ni-Co-Mn-O在此与Ni-Mn-Co-O同义且Co-Mn-O与Mn-Co-O同义。具有电阻的负温度系数（NTC）的陶瓷材料在此处和下面应被理解为是指在高温下比在低温下更好地传导电流的材料。这类材料也可称为负温度系数热敏电阻。陶瓷材料基于选自Ni-Co-Mn-O、Ni-Mn-O和Co-Mn-O的体系应理解为是指该陶瓷材料分别至少具有Ni、Co、Mn和O、或Ni、Mn和O、或Mn、Co和O，其中各元素可以在陶瓷材料中以不同大的含量存在，并且其中各体系可以包含其它元素。所述体系的元素分别形成特定结构，在其晶格中可嵌入所述至少一种掺杂剂。这类陶瓷材料具有去耦的电性质。这意味着通过该陶瓷材料，至少在一定范围内可以在同时具有低比电阻ρ的情况下实现高B值。与此相反，在传统NTC陶瓷中在比电阻ρ和B值之间存在线性关系。例如，在B值为约4000K时，传统NTC部件的比电阻ρ为约2500Ωcm。相反，通过本专利技术的陶瓷材料，可以实现最高4000K的高B值，同时具有200Ωcm至500Ωcm的低比电阻值。通过添加至少一种选自镧系元素的掺杂剂，可以实现电性质的去耦。与具有NTC陶瓷的传统组件相比，低比电阻使得含有所述陶瓷材料的组件小型化至少20倍。通过本专利技术陶瓷材料的电性质的去耦，因此可以在低比电阻值下实现高B值，同时这类陶瓷材料具有高的长期稳定性，其中在例如70℃至300℃的温度范围内经至少1000小时的时间段为小于0.5％。根据一个实施方案，掺杂剂选自镨（Pr）、钕（Nd）及其组合。通过这些掺杂剂，可以特别好地实现所描述的电性质的去耦。根据一个实施方案，掺杂剂以最高且包括10摩尔％的含量包含在陶瓷材料中。陶瓷材料中添加的掺杂剂的量可以影响特征线的坡度。根据一个实施方案，陶瓷材料可具有如下体系，该体系进一步含有至少一种选自Al、Fe、Cu、Zn、Ca、Zr、Ti、Mg、Sr及其组合的元素。根据另一个实施方案，陶瓷材料具有尖晶石结构。根据一个实施方案，尖晶石结构具有通式AB2O4。在此适用的是：-A选自Ni、Co、Mn、Mg、Sr、Zn、Ca、Zr、Cu及其组合，-B选自Mn、Co、Al、Fe、Ti及其组合，-A至少包含Ni且B至少包含Mn，或A至少包含Ni且B至少包含Mn和Co，或A至少包含Mn或Co且B至少包含Co或Mn。尖晶石结构的通式在此和下面应理解为具有A位和B位的基本式，其不必描述所述陶瓷材料的各组分的精确化学计量比。根据该通式，A对应于一种或多种二价元素。B对应于可具有混合价，例如二价、三价或四价的一种或多种元素。因此，通式也例如可以用Α1-X2+ΒX2+(ΑX2+Β2-2X3+ΒX4+)O4描述，其中指数x可以选自0至1的范围。对于x=0，得到通式A2+B23+O4。在每种情况下，所述尖晶石结构含有Ni和Mn、或Ni、Mn和Co、或Mn和Co。此外，掺杂剂可以布置在尖晶石结构的B位上。所述尖晶石结构可以进一步选自NiMn2O4、Ni2+Mn3+Co3+O4、MnCo2O4和CoMn2O4。基于这种结构，陶瓷材料因此可以例如选自Co1.5-0.5aMn1.5-0.5aPraO4、Co1.8-0.5aMn1.2-0.5aPraO4和Ni0.97-0.33aMn1.21-0.33aFe0.82-0.33aPraO4。在此，在每种情况下适用的是0<a≤0.3。陶瓷材料的基本式根据所需的B值分布来选择。通过将掺杂剂添加到各自的基础配方中，此时可以设定比电阻ρ的值。进一步提供了组件，其具有包含根据上述实施方案的陶瓷材料的陶瓷基体。因此，关于陶瓷材料给出的所有特征也适用于组件，反之亦然。此外，该组件包括至少两个电极，它们布置在陶瓷基体上。该组件还可以具有封装物，其至少是完全包围陶瓷基体，特别是陶瓷基体和电极。所述电极可以与连接线呈电接触，其中连接线同样可以被封装物包围。根据一个实施方案，组件是温度传感器。因此，可以实现可具有减小的部件尺寸的温度传感器（NTC热敏电阻），因为其包含具有去耦电性质的陶瓷材料。根据一个实施方案，陶瓷基体具有选自包括0.03cm3至包括0.23cm3的范围的体积。因此，与迄今为止的部件相比，可以在相同的实际电阻R25的情况下实现明显更小的陶瓷基体。由于与此相关的组件，例如温度传感器的尺寸的减小，可以由相同的陶瓷材料基础量产生更多的陶瓷基体，这带来成本优势并任选地抵挡（auffängt）用于原材料的更高成本。根据另一实施方案，陶瓷基体可以具有选自2000Ω至3000Ω的范围的实际电阻R25。此外，陶瓷基体可具有选自3500K至4300K的B值。特别地，B值可以是4000K。此外，所述组件可以具有封装物。根据一个实施方案，该组件的封装物可含有玻璃或聚合物。因此，该组件被充分地机械稳定化并且被保护免受外部影响。此外，可以避免由于腐蚀性介质的腐蚀。该封装物可以以涂层的形式布置在至少该陶瓷基体上。还提供了制造组件的方法，该组件具有包含根据上述实施方案的陶瓷材料的陶瓷基体。因此，关于陶瓷材料和组件公开的所有特征也适用于该方法，反之亦然。该方法具有以下步骤：制备含有所述陶瓷材料的起始材料的粉末，由所述粉末制备薄膜，由所述薄膜制备含有该陶瓷材料的基材，并分割（Vereinzeln）所述基材。步骤“制备含有所述陶瓷材料的起始材料的粉末”可以例如包括以下子步骤：称量起始材料，将其第一次湿磨、第一次干燥、第一次筛选、煅烧、第二次湿磨、第二次干燥和第二次筛选。该粉末可以根据混合氧化物法制备。在所述粉末的制备中，可以将氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐和/或草酸盐形式的至少一种掺杂剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有电阻的负温度系数的陶瓷材料，其具有如下结构，所述结构基于选自Ni‑Co‑Mn‑O、Ni‑Mn‑O和Co‑Mn‑O的体系，并且包含至少一种选自镧系元素的掺杂剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.23 DE 102016115642.61.具有电阻的负温度系数的陶瓷材料，其具有如下结构，所述结构基于选自Ni-Co-Mn-O、Ni-Mn-O和Co-Mn-O的体系，并且包含至少一种选自镧系元素的掺杂剂。2.根据前一权利要求的陶瓷材料，其中所述掺杂剂选自Pr、Nd及其组合。3.根据前述权利要求中任一项的陶瓷材料，其中所述掺杂剂在陶瓷材料中具有最多且包括10摩尔％的含量。4.根据前述权利要求中任一项的陶瓷材料，其中所述体系还包含至少一种选自Al、Fe、Cu、Zn、Ca、Zr、Ti、Mg、Sr及其组合的元素。5.根据前述权利要求中任一项的陶瓷材料，其具有尖晶石结构。6.根据前一权利要求的陶瓷材料，其中所述尖晶石结构具有通式AB2O4，并且其中适用的是：-A选自Ni、Co、Mn、Mg、Sr、Zn、Ca、Zr、Cu及其组合，-B选自Mn、Co、Al、Fe、Ti及其组合，-A至少包含Ni且B至少包含Mn，或A至少包含Ni且B至少包含Mn和Co，或A至少包含Mn或Co且B至少包含Co或Mn。7.根据前一权利要求的陶瓷材料，其中所述掺杂剂布置在所述尖晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：CL米德，C特罗伊尔，
申请(专利权)人：TDK电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE