CN101402521B - 一种ntc热敏导电陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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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-ySryFexSn1-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
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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