(一)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及熱敏材料及傳感器領(lǐng)域,特別涉及一種高電阻率、低b值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法。
(二)
背景技術(shù):
高電阻率、低b值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料制備的元件與傳感器用于汽車電子、各種半導(dǎo)體器件和傳感器的溫度補償以及寬溫區(qū)測溫要求高電阻值/低b值的元件,但由于當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)高電阻率、低b值產(chǎn)品,相對mems數(shù)字傳感器來說精度偏低,因此能夠制造更高精度的高電阻率/低b值的低成本材料成為全球同行業(yè)追求的目標(biāo)。
負(fù)溫度系數(shù)熱敏的基本特性決定熱敏材料,通常使用的熱敏材料是由過度金屬mn、fe、co、ni、cu的氧化物按不同比例配制而成的,同時摻入一些高價或低價的其他金屬化氧化物。目前市場上高電阻率、低b值材料的電阻率500-2000ωcm,b值(材料系數(shù))在800-1800k范圍內(nèi);而電阻率10-100kωcm,b值(材料系數(shù))在1000-2200k范圍內(nèi),還未見報道,成為當(dāng)今負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制造的一大難題。
(三)
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供了一種工藝簡單、產(chǎn)品性能好的高電阻率、低b值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種高電阻率、低b值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料,其特征在于:以ni-cu-fe系氧化物作為主配方,在主配方中摻入cr2o3、cao、zro、sic制成;其中,主配方由重量比為15-30:45-60:10-35的nio、cuo和fe2o3組成,cr2o3、cao、zro、sic的添加總量為主配方重量的1-9%
其中,所述cr2o3、cao、zro、sic的重量配比為10-25:10-20:20-35:20-40。
本發(fā)明所述的高電阻率、低b值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法,其特征在于:在主配方中摻入cr2o3、cao、zro、sic后進(jìn)行18-24h的球磨,然后經(jīng)100-150℃烘干后加入粘合劑,制成200-300目的顆粒,再制成成形圓片,在900-1200℃高溫下燒結(jié)2-6h,最后印刷得到成品。
其優(yōu)選的技術(shù)方案為:
所述球磨時,球磨物料、水和球的重量配比為1:1.0-1.3:1.4-1.8。
所述粘合劑為質(zhì)量濃度為10-20%的聚乙烯醇溶液,其用量為主配方重量的20-30%。
所述成形圓片的直徑為5cm,成形密度為2.4-3.6g/cm3。
所述燒結(jié)過程為以0.5℃/min的速率由室溫升溫至500℃,然后恒溫2h;再以0.8℃/min的速率由500℃升溫至800℃,恒溫2h后,以6℃/min的速率升溫至燒結(jié)溫度,燒結(jié)2-6h,然后隨爐降溫。
所述印刷時,在750-850℃的銀漿還原溫度下還原漿料,還原時間為25-35min。
本發(fā)明中配方和燒結(jié)為關(guān)鍵工藝,配方?jīng)Q定了材料特性,燒結(jié)則是實現(xiàn)這一特性的保證,得到的材料電阻率為10-100kωcm,b值(材料系數(shù))為1000-2200k。
本發(fā)明工藝簡單、產(chǎn)品可實現(xiàn)批量生產(chǎn),具有致密性好、穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性能優(yōu)良等特點,是各種傳感器所需的重量材料。
(四)具體實施方式
實施例1:
(1)配方:以nio、cuo、fe2o3為原料,純度為工業(yè)級,取nio:cuo:fe2o3=28:55:17(wt%)+5%(添加劑)=25:55:20(wt%)+5%(添加劑)=22:55:23(wt%)+5%(添加劑)=18:55:27(wt%)+5%(添加劑);添加劑為:cr2o3:cao:zro:sic=20:15:30:35wt%,24小時球磨;
(2)將上述比例配方料球磨24小時,料:水:球=1.0:1.2:1.5;
(3)造粒:在粉料中加入濃度為15%的pva膠溶液24%wt,手工造粒,過200-300目篩;
(4)成形:成形ф5.4(mm)×1.2(mm)的坯片,壓制密度為3.2g/cm3;
(5)將成形的坯片裝入陶瓷缽中在1080℃高溫下燒結(jié)3小時。燒結(jié)曲線為:
室溫~500℃升溫速率為0.5℃/min,
500℃~500℃恒溫2小時,
500℃~800℃升溫速率為0.8℃/min,
800℃~800℃恒溫2小時,
800℃~1080升溫速率為6℃/min,
1080恒溫3小時,
然后隨爐降溫,200℃以下,出爐。
(6)利用絲網(wǎng)印刷電極;820℃溫度下還原30min。
(7)本發(fā)明的一種高電阻率、低b值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料制成元件測試其電阻率、b值結(jié)果如下表(以100支芯片統(tǒng)計):
結(jié)果表明,隨著nio量的減少,電阻率下降,b值隨之下降,一種高電阻率、低b值負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料電阻率、b值與ni-cu-fe系材料相關(guān)。
實施例2:
主配方取nio:cuo:fe2o3=23:52:25(wt%),添加劑的量分別取為1.0、3.0、5.0、7.0、9.0wt%,按實施例1的工藝制作成樣品,其測試結(jié)果如下表(以100支芯片統(tǒng)計):
結(jié)果表明,隨著添加劑量的增加,電阻率和b值變化很小,一致性以添加劑4%為中心最好,隨添加劑增加或減少其一致性變大。
實施例3:
配方取nio、cuo、fe2o3=23:52:25(wt%),添加劑的量為5wt%,按實施例1的工藝做成坯片,取不同的燒結(jié)溫度燒結(jié),樣品的測量結(jié)果如下表(以100支芯片統(tǒng)計):
結(jié)果表明,隨著燒結(jié)溫度的增加,電阻率下降,b值隨之下降。
本發(fā)明的材料配方和制備技術(shù)可以批量生產(chǎn),材料的性能滿足溫度傳感器所需的各種參數(shù),這種材料具有致密性好、穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性能優(yōu)良等特點,是傳感器所需的重要材料。