CN101614600B

CN101614600B - 一种高精度功率型测温热敏电阻及其制备方法

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Publication number: CN101614600B
Application number: CN2009100601271A
Authority: CN
Inventors: 陶明德; 唐本栋; 周军有
Original assignee: SICHUAN XIHAN ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN XIHAN ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2029-07-28
Also published as: CN101614600A

Abstract

本发明公开了一种高精度功率型测温热敏电阻，所述热敏电阻主要由Ni-Cu-O系金属氧化物主料中加入Mn₃O₄-Fe₂O₃-C的合成物、及加入TiO₂、Nb₂O₅和CeO杂质，经过球磨、造粒、成型、高温烧结的陶瓷工艺制成的具有尖晶石结构的高均匀性热敏电阻，该热敏电阻在25℃的电阻率为785Ωcm-1962Ωcm，25℃-50℃温区的B值为3200K-3500K，电阻率的均匀性Δρ/ρ≤±0.8％，B值的一致性ΔB/B≤±0.05％。本发明制造的高精度功率型测温热敏电阻的额定阻值R₂₅＝(2.0-5.0)KΩ±(0.5-1.0)％，B_25/50＝(3200-3500)K±(0.2-0.8)％，耗散系数H＝(3.5-4)mw/℃，时间常数τ＜10sec。这种高精度功率型测温热敏电阻特别适合于汽车电子、航天、航空和军工领域内的温度测量。

Description

一种高精度功率型测温热敏电阻及其制备方法

技术领域

本发明涉及热敏材料技术领域，特别是涉及一种高精度功率型测温热敏电阻及其制备方法。

背景技术

高精度热敏电阻广泛用各领域的温度测量。根据测量精度的要求，测温型热敏电阻的阻值互换精度ΔR/R≤±1％，B值互换精度ΔB/B≤±1％。对于一些特殊场合，要求热敏电阻的互换精度ΔR/R≤±0.5％，B值的互换精度≤±0.08％。对于这类高精度热敏电阻的制造必须解决高均匀性材料和高精度几何尺寸控制两个难题。目前，国内外多采用化学共沉淀法制粉和等静压成型技术提高材料成份的均匀性和坯件密度的均匀性来实现高均匀热敏材料。用这种方法制备热敏材料电阻率的分散性为±3％，B的分散性为±1％，但批与批材料的重复性极差，高达几倍，甚至几十倍。有人用溶胶-凝胶法制备高均匀热敏材料，仍就存在重复性差的问题，而且这种方法不适合批量化生产。对于元件几何尺寸的控制通常采用切片、划片工艺(所谓的半导体工艺)，但仍就达到ΔR/R≤±0.5％的要求。机械调阻和激光调阻可以将元件阻值误差控制在±0.5％的范围，但生产效率极低。现行高精度测温热敏电阻的功率很小，耗散系数H通常为(1-2)mw/℃，在使用中，由于过热敏电阻自热导致阻值漂移。近来人们将热敏电阻芯片尺寸扩大为1.0×1.0×0.3(mm)，将元件的耗散系数提高到3.5mw/℃，但一些场合，如汽车电子用热敏电阻，家电和工业自动化中要求的功率型测温热敏电阻仍无法满足。要进一步提高热敏的耗散系数，唯一的途径是增大热敏电阻芯片的体积，采用小直径圆片型高精度热敏芯片。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种高精度功率型测温热敏电阻及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现的：一种高精度功率型测温热敏电阻，所述热敏电阻主要由Ni-Cu-O系金属氧化物主料中加入Mn₃O₄-Fe₂O₃-C的合成物、及加入TiO₂、Nb₂O₅和CeO杂质，经过球磨、造粒、成型、高温烧结的陶瓷工艺制成的具有尖晶石结构的高均匀性热敏电阻，该热敏电阻在25℃的电阻率为785Ωcm-1962Ωcm，25℃-50℃温区的B值为3200K-3500K，电阻率的均匀性Δρ/ρ≤±0.8％，B值的一致性ΔB/B≤±0.05％。

所述主料为NiO和CuO，所述杂质为TiO₂、Nb₂O₅和CeO，加入的合成物为主料总重量的80-85％，即合成物与主料、杂质中各成分之间的重量百分比为合成物∶NiO∶CuO∶TiO₂∶Nb₂O₅∶CeO＝80％-85％∶7.5％-11.5％∶4.5％-8.5％∶0.2％∶0.2％∶0.1％。

所述合成物成分为Mn₃O₄、Fe₂O₃和C，其重量百分比为Mn₃O₄∶Fe₂O₃∶C＝95.2％∶2.4％∶2.4％。

高精度功率型测温热敏电阻的制备方法，包括以下步骤：

①、合成物的制备：

a、将合成物各成分按Mn₃O₄∶Fe₂O₃∶C＝95.2％∶2.4％∶2.4％的重量百分比称量，并按合成物∶水∶乙醇∶磨球＝1∶0.8∶0.6∶1.5的重量比球磨12小时后制得合成物的球磨料；

b、将合成物的球磨料在750℃的温区内保温2小时合成Mn₃O₄-Fe₂O₃-C的合成物；

②、将合成物以80-85％的重量百分比加入到Ni-Cu-O系金属氧化物主料和TiO₂、Nb₂O₅和CeO杂质中制得混合料，即重量百分比为合成物∶NiO∶CuO∶TiO₂∶Nb₂O₅∶CeO＝80％-85％∶7.5％-11.5％∶4.5％-8.5％∶0.2％∶0.2％∶0.1％；并按混合料∶水∶乙醇∶磨球＝1∶0.8∶0.6∶1.5的重量比球磨24小时制得混合料球磨浆料；

③、将混合料球磨浆料烘干，碾细，过150目筛制得粉料，然后向粉料中加入粘合剂，造粒成粒度为80目-200目的粉体；所述粘合剂是浓度为10％的聚乙烯溶液，加入到混合主料中的重量百分比为混合主料总重量的15-18％；

④、将粉体压制成密度为3.8g/cm³，直径为Φ2mm，厚度为1.0mm的圆形坯片；

⑤、将坯片置于陶瓷匣钵中，放入高温电炉中烧结，烧结曲线参数如下：

室温-500℃ 升温速率 0.5℃/min

500℃-800℃ 升温速率 0.8℃/min

800℃ 保温 60min

800℃-1080℃-1120℃ 升温速率 1.0℃/min

1080℃-1120℃ 保温 120min

1080℃-1120℃-200℃ 随炉降温；

烧结后的瓷体密度为5.0g/cm³-5.1g/cm³，收缩率为13％-14％；

⑥、瓷体两面印刷Φ1.0mm的电极，850℃还原30min，制成热敏电阻芯片；

⑦、芯片两面焊上Φ0.4mm直径的引线，并用环氧树脂包封成水滴形的测温热敏电阻；

⑧、将元件置于125℃保持100小时，然后在25℃和50℃恒温油槽中测量其电阻值R₂₅和R₅₀；按下式计算材料电阻率和B_25/50；

P_{25} = \frac{R_{25} \times S}{L}, B_{25 / 50} = \frac{298.15 \times 323.15}{25} In \frac{R_{25}}{R_{50}}

式中S为电极的面积，L为两导电面板间的距离。

⑨、测量元件的耗散系数和时间常数。

本发明制造的高精度功率型测温热敏电阻的额定阻值R₂₅＝(2.0-5.0)KΩ±(0.5-1.0)％，B_25/50＝(3200-3500)K±(0.2-0.8)％，耗散系数H＝(3.5-4)mw/℃，时间常数τ＜10sec。这种高精度功率型测温热敏电阻特别适合于汽车电子、航天、航空和军工领域内的温度测量。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明：

实施例1：

采用表配方：

成份	合成物	Nio	CuO	TiO₂	Nb₂O₅	CeO
							重量百分比(％)	83.5	9.792	6.708	0.2	0.2	0.1

按下列工艺制备样品

(1)合成物配制，按下表比例配料

合成物成份	Mn₃O₄	Fe₂O₃	C
				重量百分比(％)	95.2	2.4	2.4

a.按上表比例配料，并以料(合成物配料总重量)∶水∶乙醇∶磨球(锆球)＝1.0∶0.8∶0.6∶1.5重量比球磨12小时。

b.750℃保温120min合成所需要的合成物。

(2)按表1中的比例称取各成份重量(配料总量为1000g)、按料(1000g)∶水(800g)∶乙醇(600g)∶磨球(1500g)球磨24小时。

(3)球磨料在80℃-100℃烘干，并在粉料中加入粉料(总重量)15％的，浓度为10％的聚乙烯醇溶液(粘合剂)，手工造粒成粒度为80目-200目的粉体。

(4)将造粒粉体压制成型直径为Φ2.0mm，厚度为1.0mm，密度为3.8g/cm³的圆形坯片。

(5)将坯片置于陶瓷匣钵中，放入1080℃±2℃的箱式炉中烧结，烧结曲线如下：

室温-500℃ 升温速率 0.5℃/min

500℃-800℃ 升温速率 0.8℃/min

800℃ 保温 60min

800℃-1080℃ 升温速率 1.0℃/min

1080℃ 保温 120min

1080℃-1120℃ 随炉降温

(6)烧成的瓷片的密度为5.03g/cm³，收缩率为13.4％，将瓷片两面印刷Ag浆(Ag60％)，并在850℃还原30min，做成热敏电阻芯片。

(7)将芯片焊上Φ0.4mm的钢包线(或镀锡铜线)，用环氧树包封成测温热敏电阻，然后置于125℃烘箱中保持100小时。

(8)将热敏电阻元件置于25℃±0.1℃和50℃±0.1℃中测量阻值R25和R50，并按下式计算电阻值和B25/50，

式中S为电极的面积，L为两电极之间的距离。测试计算结果，如下表

参数

R₂₅ (Ω)

B_25/50 (K)

P₂₅ (Ωcm)

耗散系数 H(mw/℃)

时间常数 τ(sec)

稳定系数 S(％)

结果 (100支样品统计)

5000±0.6％

3502±0.08％

1962±0.6％

3.7-4.2

7-8

0.02

实施例II

采用下表配方

成份	合成物	Nio	CuO	TiO₂	Nb₂O₅	CeO
							重量百分比(％)	80.569	10.90	5.208	0.19	0.19	0.095

按实施例I的工艺制作样品，测试计算结果如下表：

参数

R₂₅ (Ω)

B_25/50 (K)

P₂₅ (Ωcm)

耗散系数 H(mw/℃)

时间常数 τ(sec)

稳定系数 S(％)

结果 (100支样品统计)

2500Ω±0.8％

3470±0.07％

785±0.8％

3.5-3.8

7.3

±0.03

实施例III

采用下表配方

成份	合成物	Nio	CuO	TiO₂	Nb₂O₅	CeO
							重量百分比(％)	83.33	9.596	6.565	0.202	0.202	0.101

按实施I的工艺制作样品，测试计算结果如下表：

参数

R₂₅ (Ω)

B_25/50 (K)

P₂₅ (Ωcm)

耗散系数 H(mw/℃)

时间常数 τ(sec)

稳定系数 S(％)

结果 (100支样品统计)

2000±0.8％

3503±0.08％

1962±0.85％

4.0-4.3

8.03

0.04

根据实施I，实施II和实施例III的结果表明，由合成物∶NiO∶CuO∶TiO₂∶Nb₂O₅∶CeO＝80％-85％∶7.5％-11.5％∶4.5％-8.5％∶0.2％∶0.2％∶0.1％(合成物配方为Mn₃O₄∶Fe₂O₃∶C＝95.2％∶2.4％∶2.4％)制成的热敏材料电阻率为785Ωcm-1962Ωcm；B_25/50为3200K-3500K；电阻率的分散性ΔP/P≤±1.0％，B值的分散性ΔB/B≤±0.85％，是一种理想的高均匀性热敏材料。用这种材料制成Φ2mm直径的测温热敏电阻，其分散性＜±1％，耗散系数为(3-4)mw/℃，时间常数＜10sec。

Claims

1.一种高精度功率型测温热敏电阻，其特征在于：所述热敏电阻主要由Ni-Cu-O系金属氧化物主料中加入Mn₃O₄-Fe₂O₃-C的合成物、及加入TiO₂、Nb₂O₅和CeO杂质，经过球磨、造粒、成型、高温烧结的陶瓷工艺制成的具有尖晶石结构的高均匀性热敏电阻，该热敏电阻在25℃的电阻率为785Ωcm-1962Ωcm，25℃-50℃温区的B值为3200K-3500K，电阻率的均匀性Δρ/ρ≤±0.8％，B值的一致性ΔB/B≤±0.05％。

2.根据权利要求1所述高精度功率型测温热敏电阻，其特征在于：所述主料为NiO和CuO，所述杂质为TiO₂、Nb₂O₅和CeO，加入的合成物为主料总重量的80-85％，即合成物与主料、杂质中各成分之间的重量百分比为合成物：NiO∶CuO∶TiO₂∶Nb₂O₅∶CeO＝80％-85％∶7.5％-11.5％∶4.5％-8.5％∶0.2％∶0.2％∶0.1％。

3.根据权利要求1所述高精度功率型测温热敏电阻，其特征在于：所述合成物成分为Mn₃O₄、Fe₂O₃和C，重量百分比为Mn₃O₄∶Fe₂O₃∶C＝95.2％∶2.4％∶2.4％。

4.根据权利要求1所述高精度功率型测温热敏电阻的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①、合成物的制备：

②、将合成物以80-85％的重量百分比加入到Ni-Cu-O系金属氧化物主料和TiO₂、Nb₂O₅和CeO杂质中制得混合料，即重量百分比为合成物：NiO∶CuO∶TiO₂∶Nb₂O₅∶CeO＝80％-85％∶7.5％-11.5％∶4.5％-8.5％∶0.2％∶0.2％∶0.1％；并按混合料∶水∶乙醇∶磨球＝1∶0.8∶0.6∶1.5的重量比球磨24小时制得混合料球磨浆料；

③、将混合料球磨浆料烘干，碾细，过150目筛制得粉料，然后向粉料中加入粘合剂，造粒成粒度为80目-200目的粉体；所述粘合剂是浓度为10％的聚乙烯溶液，加入到混合主料中的重量百分比为混合主料总重量的15％-18％；

室温 -500℃ 升温速率 0.5℃/min

500℃-800℃ 升温速率 0.8℃/min

800℃ 保温 60min

800℃-1080℃-1120℃ 升温速率 1.0℃/min

1080℃-1120℃ 保温 120min

1080℃-1120℃-200℃ 随炉降温；

烧结后的瓷体密度为5.0g/cm³-5.1g/cm³，收缩率为13％-14％；

式中S为电极的面积，L为两导电面板间的距离；

⑨、测量元件的耗散系数和时间常数。