发明内容
本发明为弥补现有技术的不足,提供一种采用价格很低的材料制作的负温度系数热敏材料及其制备方法。
为达到上述发明目的,本发明所采用的技术方案为:提供一种低成本负温度系数热敏材料,其特征在于,所述热敏材料的原料中的各个组成部分及其含量如下:
ZnO 50%-70%;
CuO 25%-45%;
C 3%-5%;
CaO 0.5%-1.5%;
Al2O3 0.3%。
上述低成本负温度系数热敏材料的制备方法,包括如下步骤:
A、按配方比例范围内各成份的重量百分比配制原料,以配料∶水∶乙醇∶磨球(锆球)=1.0∶0.8∶0.6∶1.5重量比例一次球磨16小时;
B、将一次球磨后的粉料在750℃±5℃下预烧,保温2小时-3小时;
C、将预烧料按照一次球磨的方法进行第二次球磨12小时;
D、将二次球磨后的粉料在80℃-100℃烘干,并加入粉料总重量15%~18%的、浓度为10%的聚乙烯醇溶液,造粒成粒度为80目-200目的粉体;
E、将造粒粉体压制成密度为3.2g/cm3~3.4g/cm3的样品坯体;
F、将样品坯体置于1060℃-1080℃的高温炉中煅烧,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℃~(1060℃~1080℃) 升温速率1.0℃/min
(1060℃~1080℃) 保温150min
(1060℃~1080℃)~200℃ 随炉降温;
G、采用含Ag60%的Ag浆在烧结所得的热敏瓷片两面印制厚度为3~4um的Ag电极,之后在850℃下还原30min,制成热敏材料测试样品芯片,热敏材料测试样品芯片的常温电阻率ρ25=23Ωcm-55Ωcm,B25/50=2680K-2954K。
综上所述,本发明所提供的热敏材料其特殊之处在于是通过如下方式制成的:将ZnO、CuO、C、CaO按照比例称量并加Al2O3杂质,经球磨-预烧-二次球磨-造粒-成型-烧结的陶瓷工艺做成密度为4.7g/cm3-4.9g/cm3的热敏材料,该热敏材料的电阻率为23Ωcm-55Ωcm,B25/50=2680K-2954K,电阻率的误差为±4%以内,B值的误差为±1%。这种热敏材料特别适合作浪涌电流吸收功能型热敏电阻,且材料成本不到常规配方材料成本的二分之一。
具体实施方式
本发明所提供的低成本负温度系数热敏材料的原料中的各个组成部分及其含量为:ZnO:50%-70%;CuO:25%-45%;C:3%-5%;CaO:0.5%-1.5%;Al2O3:0.3%。
上述低成本负温度系数热敏材料的制备方法,包括如下步骤:
A、按配方比例范围内各成份的重量百分比配制原料,以配料∶水∶乙醇∶磨球(锆球)=1.0∶0.8∶0.6∶1.5重量比例一次球磨16小时;
B、将一次球磨后的粉料在750℃±5℃下预烧,保温2-3小时;
C、将预烧料按照一次球磨的方法进行第二次球磨12小时;
D、将二次球磨后的粉料在80℃-100℃烘干,并加入粉料总重量15%~18%的、浓度为10%的聚乙烯醇溶液,造粒成粒度为80目-200目的粉体;
E、将造粒粉体压制成密度为3.2g/cm3~3.4g/cm3的样品坯体;
F、将样品坯体置于1060℃-1080℃的高温炉中煅烧,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℃~(1060℃~1080℃) 升温速率 1.0℃/min
(1060℃~1080℃) 保温 150min
(1060℃~1080℃)~200℃ 随炉降温;
G、采用含Ag60%的Ag浆在烧结所得的热敏瓷片两面印制厚度为3um~4um的Ag电极,之后在850℃下还原30min,制成热敏电阻芯片,热敏电阻芯片的常温电阻率ρ25=23Ωcm-55Ωcm,B25/50=2680K-2954K。
在烧结后的瓷片双面印刷Ag电极,并焊上引线做成热敏材料测试样品。将热敏材料测试样品置于25℃和50℃恒温油槽中,测量其电阻值,R25和R50,并按下式计算材料电阻率ρ25和温度灵敏系数B25/50:
式中,S为电极的面积,L为两电极间的距离。
下面结合具体实施例对本发明所提供的低成本负温度系数热敏材料及其制备方法做详细说明。
实施例1:
采用下表的配方:
成份 |
ZnO |
CuO |
C |
CaO |
+Al2O3 |
重量百分比(%) |
63.694 |
31.847 |
3.822 |
0.637 |
0.3 |
按下列工艺制作样品:
A、按比例称取重量1000g的原料,即ZnO:636.94g,CuO:318.47g,C:38.22g,Ca:6.37g,Al2O3:3.0g;按原料(1000g)∶水(800g)∶乙醇(600g)∶磨球(锆球)(1500g)的比例进行一次球磨16小时;
B、将球磨料在80℃-100℃烘干,然后粉料放入预烧炉中750℃±5℃保温120min;
C、取出后,按一次球磨的方法进行第二次球磨,时间为12小时;
D、球磨料在80℃-100℃烘干,在球磨料中加入球磨料总量15%的、溶浓为10%的聚乙烯醇溶液,手工造粒成粒度为80目-200目的粉体;
E、将造粒粉体压成Ф10、厚度为2.0mm、密度为3.2g/cm3的圆片坯体;
F、将圆片坯体放入陶瓷匣钵中,置于高温箱式中煅烧(炉温精度为±2℃),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℃-1060℃ 升温速率 1.0℃/min
1060℃ 保温 150min
1060℃-200℃ 随炉降温
烧结后的瓷片密度为4.8g/cm3-4.9g/cm3,收缩率14.5%;
G、烧后的瓷片两面印刷Ag浆(含Ag60%),还原温度850℃,时间30min,Ag层厚度为3um-4um,做成热敏材料测试样品芯片;
H、将热敏材料测试样品芯片两面焊上引线,置于25℃±0.1℃和50℃±0.1℃恒温油槽中,测量其电阻值R25和R50,并按下式计算材料电阻率ρ25和温度灵敏系数B25/50:
测试计算结果如下表:
参数 |
结果(100支样品统计) |
ρ25(Ωcm) |
54.72 |
P/P(%) |
±3.0 |
B(k) |
2954 |
B/B(%) |
±0.9 |
稳定系数S(%) |
±2.0 |
实施例2:
采用下表配方:
成份 |
ZnO |
CuO |
C |
CaO |
+Al2O3 |
重量百分比(%) |
57.613 |
37.037 |
4.115 |
1.235 |
0.3 |
按与实施例1相同的工艺制作与实施例1同样规格的样品。
测试计算结果如下表:
参数 |
结果(100支样品统计) |
ρ25(Ωcm) |
23.65 |
P/P(%) |
±3.4 |
B(k) |
2680 |
B/B(%) |
±1.0 |
稳定系数S(%) |
±2.3 |
实施例3:
采用下表配方:
成份 |
ZnO |
CuO |
C |
CaO |
+Al2O3 |
重量百分比(%) |
60.00 |
35.00 |
4.00 |
1.0 |
0.3 |
按实施例1相同的工艺(烧结温度改为1080℃)制作相同规格的样品。
测试计算结果如下表:
参数 |
结果(100支样品统计) |
ρ25(Ωcm) |
38.7 |
P/P(%) |
±3.2 |
B(k) |
2812 |
B/B(%) |
±0.87 |
稳定系数S(%) |
±2.1 |
实施例1、实施例2和实施例3的结果表明,采用材料配方ZnO∶CuO∶C∶CaO+Al2O3=(50-70%)∶(25-45%)∶(3-5)%∶(0.5-1.5)%+(03%)范围内,烧结温度为1060℃-1080℃,制成的热敏材料电阻率为23Ωcm-55Ωcm,B25/50=2680K-2954K,电阻率的误差为±4%以内,B值的误差为±1%,这种材料特别适合作浪涌电流吸收功能型热敏电阻,且材料成本不到常规配方材料成本的二分之一。