CN101402521A - 一种ntc热敏导电陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种ntc热敏导电陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种NTC热敏导电陶瓷材料及其制备方法，它是以BaCO3、SrCO3、SnO2和Fe2O3为主要原料，混合球磨，烘干，得到Ba1－ySryFexSn1－xO3坯料，不掺杂或单独掺杂或复合掺杂后二次球磨Ba1－y SryFexSn1－xO3坯料；采用普通陶瓷制备工艺制备。本发明制备的NTC热敏导电陶瓷B值可以达到5100K，室温电阻率可降至2800Ω·m。本发明制备工艺简单，成本低，所得产品可应用于测温、控温、自动增益调整、温度补偿等方面。

Description

一种NTC热敏导电陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电陶瓷材料，具体是一种NTC热敏导电陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
NTC热敏导电陶瓷(Negative Temperature Coefficient Thermistor)是电阻随温度的升高而减小的一类陶瓷器件。现有的NTC热敏电阻一般是用过渡金属氧化物陶瓷材料制成，是应用最为广泛的温度传感器材料。根据组成可把NTC热敏导电陶瓷分为氧化物系和非氧化物系，基于结构可为尖晶石型、钙钛矿型、萤石型、金红石型等。其中尖晶石型NTC热敏导电陶瓷是最为常见的一类，主要含有Fe、Mn、Cu、Ni、Co、Cd、Sb、W、稀土等元素，Cu、Ni、Co、Cd、W和稀土价格非常昂贵，因而需要一种能够降低原材料成本且不影响NTC性能的新材料体系来替代。有学者研究发现，在锡酸钡中掺杂微量镧能使其具有NTC效应，此后人们对锡酸钡或锡酸锶进行了系列掺杂研究，取得了一系列有价值的研究成果，但是发现存在如下问题：对于锡酸钡基NTC热敏导电陶瓷，掺杂后能获得低的室温电阻率，但B值较低，不适合常温使用；对于锡酸锶基NTC热敏导电陶瓷，普通掺杂方式非常难于半导化；以锡酸钡或锡酸锶为基体制备的NTC热敏导电陶瓷，在不添加任何烧结助剂的情况下烧结温度通常在1450～1550℃，生产能耗极高且锡价格也相对昂贵。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，而提供一种具有较高的材料尝数B值和较低的室温电阻率，且制作工艺简单、成本低的NTC热敏导电陶瓷材料及其制备方法。
实现本发明的技术方案是：
它是以BaCO3、SrCO3、SnO2和Fe2O3为原料，预先固相合成具有单一钙钛矿结构的Ba1-ySryFexSn1-xO3化合物(其中0.2≤x≤0.8，0≤y≤1)，经球磨烘干后烧结，形成单一固溶体陶瓷。
其制备工艺是：
1、将原材料按BaCO3∶SrCO3∶SnO2∶Fe2O3＝1-y∶y∶1-x∶x/2，的摩尔比配料，然后湿法球磨使其混合均匀，烘干后经850～1000℃保温2～6小时固相合成Ba1-ySryFexSn1-xO3坯料；
2、将步骤1得到的陶瓷坯料二次球磨；或把步骤1得到的陶瓷坯料单独掺杂或复合掺杂，并二次球磨，加入PVA粘结剂干压成型，1000～1350℃下烧结1～3小时，即得到新型NTC热敏导电陶瓷材料。
所述的单独掺杂的NTC热敏导电陶瓷掺杂成分设为M，掺杂成分摩尔比为：Ba1-ySryFexSn1-xO3∶M＝100∶0.01～0.5，M为Mn(CH3COO)2·4H2O、Li2CO3、Sb2O3、Nb2O5、Bi2O3、La2O3、Y2O3中的一种。
所述的复合掺杂的NTC热敏导电陶瓷掺杂成分设为Mz、Me，复合掺杂成分的摩尔比为：Ba1-ySryFexSn1-xO3∶Mz∶Me＝100∶0.01～0.5∶0.03～0.5，Mz为Mn(CH3COO)2·4H2O、Li2CO3中的一种或两种，Me为Sb2O3、Nb2O5、Bi2O3、La2O3、Y2O3中的一种或一种以上。
本制备方法可通过调整铁锶的含量、掺杂物百分含量和烧结工艺来调控本材料体系的电学性能。
本发明的新型NTC热敏导电陶瓷材料，性能测试表明，该热敏陶瓷B值可达到5100K，室温电阻率可降至2800Ω·m，实现热敏电阻元件低阻、高B值的特性。由于铁含量升高可降低室温电阻率和烧结温度且不影响B值，可大大降低NTC热敏导电陶瓷原材料价格和生产能耗，整个工艺过程采用传统陶瓷制备技术，制备工艺相对简单、稳定，具有极大实用性和推广前景。
附图说明
图1为本发明实施例1中产物ρ-T曲线；
图2为本发明实施例2中产物ρ-T曲线；
图3为本发明实施例3中产物ρ-T曲线；
图4为本发明实施例4中产物ρ-T曲线。
具体实施方式
实施例1：
以SnO2、Fe2O3、BaCO3为原料按0.5∶0.25∶1摩尔比进行配比，以无水乙醇为介质湿磨，烘干后经950℃保温3小时合成BaFe0.5Sn0.5O3陶瓷坯料。
把BaFe0.5Sn0.5O3陶瓷坯料二次球磨烘干，然后加3％浓度的PVA溶液作为粘结剂，在100MPa压力下压制成直径18mm，厚度1～1.4mm的圆片，以150℃/h的升温速率在600℃保温2小时排出粘结剂，再以300℃/h的升温速率在1250℃保温2小时，最后随炉冷却至室温。陶瓷片双面被银电极。
性能测试表明，室温电阻率ρ25为2800Ω·m，B25/85值为4500K。相关数据如图1所示。
实施例2：
以SnO2、Fe2O3、SrCO3为原料按0.7∶0.15∶1摩尔比进行配比，以无水乙醇为介质湿磨，烘干后经950℃保温3小时合成SrFe0.3Sn0.7O3陶瓷坯料。
把SrFe0.3Sn0.7O3陶瓷坯料二次球磨烘干，然后加3％浓度的PVA溶液作为粘结剂，在100MPa压力下压制成直径18mm，厚度1～1.4mm的圆片，以150℃/h的升温速率在600℃保温2小时排出粘结剂，再以300℃/h的升温速率在1300℃保温2小时，最后随炉冷却至室温。陶瓷片双面被银电极。
性能测试表明，室温电阻率ρ25为1.2×104Ω·m，B25/85值为4400K。相关数据如图2所示。
实施例3：
以SnO2、Fe2O3、BaCO3为原料按0.8∶0.1∶1摩尔比进行配比，以无水乙醇为介质湿磨，烘干后经1000℃保温6小时合成BaFe0.2Sn0.8O3陶瓷坯料。
把BaFe0.2Sn0.8O3陶瓷坯料与Sb2O3粉体按摩尔比100∶0.1混合后二次球磨烘干，然后加3％浓度的PVA溶液作为粘结剂，在100MPa压力下压制成直径18mm，厚度1～1.4mm的圆片，以150℃/h的升温速率在600℃保温2小时排出粘结剂，再以300℃/h的升温速率在1350℃保温2小时，最后随炉冷却至室温。陶瓷片双面被银电极。
性能测试表明，室温电阻率ρ25为1.65×105Ω·m，B25/85值为5000K。相关数据如图3所示。
实施例4：
以SnO2、Fe2O3、BaCO3为原料按0.6∶0.2∶1摩尔比进行配比，以无水乙醇为介质湿磨，烘干后经950℃保温3小时合成BaFe0.4Sn0.6O3陶瓷坯料。
把BaFe0.4Sn0.6O3陶瓷坯料与Y2O3和Mn(CH3COO)2·4H2O粉体按摩尔比100∶0.1∶0.05混合后二次球磨烘干，然后加3％浓度的PVA溶液作为粘结剂，在100MPa压力下压制成直径18mm，厚度1～1.4mm的圆片，以150℃/h的升温速率在600℃保温2小时排出粘结剂，再以300℃/h的升温速率在1350℃保温2小时，最后随炉冷却至室温。陶瓷片双面被银电极。
性能测试表明，室温电阻率ρ25为9.5×103Ω·m，B25/85值为5100K。相关数据如图4所示。

Claims (2)

1、一种NTC热敏导电陶瓷材料的制备方法，包括配料、研磨、成型、烘干、烧结的陶瓷制备工艺，其特征是：
(1)不掺杂的NTC热敏导电产品原料用BaCO3、SrCO3、SnO2、Fe2O3，其用料摩尔配比为：BaCO3∶SrCO3∶SnO2∶Fe2O3＝1-y∶y∶1-x∶x/2，其组成通式为：Ba1-ySryFexSn1-xO3，其中0.2≤x≤0.8，0≤y≤1；
(2)单独掺杂的NTC热敏导电产品，掺杂成分为M，配料用量摩尔比为Ba1-ySryFexSn1-xO3∶M＝100∶0.01～0.5，M为Mn(CH3COO)2·4H2O、Li2CO3、Sb2O3、Nb2O5、Bi2O3、La2O3、Y2O3中的一种；
(3)复合掺杂的NTC热敏导电产品，掺杂成分为Mz、Me，原料成分的摩尔比为：Ba1-ySryFexSn1-xO3∶Mz∶Me＝100∶0.01～0.5∶0.03～0.5，Mz为Mn(CH3COO)2·4H2O、Li2CO3中的一种或两种，Me为Sb2O3、Nb2O5、Bi2O3、La2O3、Y2O3中的一种或一种以上。
2、一种NTC热敏导电陶瓷材料，其特征是：用权利要求1中的(1)或(2)或(3)所述的制备方法制备的NTC热敏导电陶瓷产品。
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