CN102249648B - 一种含镁四元系负温度系数热敏电阻材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含镁四元系负温度系数热敏电阻材料，该电阻材料是以锰、钴、镍、镁的氧化物为原料，采用氧化物固相法制备粉体材料，粉体经干燥、煅烧、预压成型、烧结后制成。将得到的热敏电阻材料在温度150℃连续老化500h后，阻值变化率仅为1％-4％，电学参数为B25/50＝3630-3720K±0.5％，ρ25℃＝1270-3522Ω·cm±3％，证实了材料的稳定性及可靠性。该电阻材料具有高B低阻、稳定性好、精度高的特点，适用于抑制浪涌电流及冰箱、空调等的温度测量、控制和线路补偿。

Description

一种含镁四元系负温度系数热敏电阻材料
技术领域
本发明涉及一种高B低阻、稳定性好、精度高的一种含镁四元系负温度系数热敏电阻材料。
背景技术
负温度系数(NTC)热敏电阻具有高灵敏度、微型的特点，在许多家电、信息行业需求极大，但传统的热敏电阻器的参数指标已不能满足目前市场需求，开发具有高B值，低阻值且稳定性好、精度高可用于抑制浪涌电流的热敏电阻器有很好的市场前景。传统的NTC热敏电阻陶瓷材料一般由锰、钴、镍等过度金属的氧化物组成，这类热敏材料B值高，其电阻率高，B值低，其电阻率也低，很难获得高B值，低阻值(B≥3600K、R≤1000Ω)特性的电阻器。为了生产出高B值，低阻值且稳定性好可用于抑制浪涌电流的NTC热敏电阻元件，其关键就是要从材料体系的组成和配比上加以改进。
本发明针对目前亟需的高B低阻、稳定性好、精度高的NTC元器件为背景，根据对热敏电阻材料B值、阻值和可靠性的需求为依据，对原材料体系、配方、制备方法及烧结工艺等方面进行了设计与优化，首先对材料体系和配方进行研究，在传统的MnCoNiO三元系材料基础上加入适量的MgO，组成MnNiCoMgO四元系材料，使元件的参数、稳定性及精度方面达到要求；此外对粉体材料的制备方法及烧结工艺进行大量试验使其得到优化，采用二次湿法球磨的方式制备热敏材料粉体，得到的粉体微细、均匀；该类电阻材料制成的热敏电阻器具有成品率高、互换性好、稳定性好以及可靠性高的特点。
发明内容
本发明目的在于，研制一种高B低阻、稳定性好、精度高的含镁四元系负温度系数热敏电阻材料，该电阻材料是以锰、钴、镍、镁的氧化物为原料，采用氧化物固相法制备粉体材料，粉体经干燥、煅烧、预压成型、烧结、涂烧电极后制成Φ10mm×1.5mm的圆片。该电阻材料具有高B低阻、稳定性好、精度高的特点，适用于抑制浪涌电流及冰箱、空调等的温度测量、控制和线路补偿。
本发明所述的一种含镁四元系负温度系数热敏电阻材料，该电阻材料是以锰、钴、镍、镁的氧化物为原料，各组分的配比为原子百分比：锰41.67％、镍25％、钴23.33％-30％、镁3.33％-10％。
所述的含镁四元系负温度系数热敏电阻材料的制备方法，按下列步骤进行：
a、按原子百分比分别称取锰、钴、镍、镁的氧化物粉体置于行星式球磨机中，采用去离子水为分散介质，进行球磨，时间8h；
b、将步骤a中的浆料进行洗涤，于温度90℃下烘干24h后取出手工研磨分散，得到的粉体在温度950℃煅烧2h；
c、将步骤b中煅烧后粉体采用去离子水为分散介质，再次于行星式球磨机中球磨，时间12h；
d、将步骤c中的浆料进行洗涤，于温度90℃下烘干24h后取出手工研磨分散，得到负温度系数热敏电阻粉体材料；
e、将步骤d得到的粉体材料以30-40Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为1-10min，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300-400MPa下保压1-10min，然后于温度1150-1250℃高温烧结2-3h，即可得到负温度系数热敏电阻材料；
步骤a和步骤c球磨罐中各物质重量比为料∶球∶水＝1∶2.5∶1。
步骤d粉体材料的平均颗粒度为1.374-1.648μm。
f、
本发明所述的含镁四元系负温度系数热敏电阻材料，该电阻材料的主要原料是MnO2、Co2O3、Ni2O3、MgO，适量加入的MgO可以与MnO2、Co2O3、Ni2O3形成良好的尖晶石结构的固溶体，Mg2+的离子半径约为0.078nm，倾向于占据尖晶石结构的四面体空隙，增大材料体系中起导电作用的载流子浓度，有助于降低材料的电阻率同时又能够兼具传统的锰、钴、镍三元系材料的稳定性；采用氧化物固相法制备热敏电阻粉体，能够进行工业化大规模生产，通过二次湿法球磨工艺，控制料、球、水的重量比例和球磨时间可得到微细、均匀的前驱体粉末，后经干燥、煅烧，最后制得分散均匀的锰、钴、镍、镁混合氧化物粉体；将粉体压块成型、等静压和烧结后制成负温度系数热敏电阻材料，再将制备的热敏电阻材料正反两面涂烧银电极，采用镀锡铜线为引线、得到Φ10mm×1.5mm的圆片材料，将得到的热敏电阻材料在温度150℃连续老化500h后，阻值变化率仅为1％-4％，电学参数为B25/50＝3630-3720K±0.5％，ρ25℃＝1270-3522Ω·cm±3％，证实了材料的稳定性及可靠性。该材料具有高B低阻、一致性好、稳定性高、精度高、可重复的特点，适用于抑制浪涌电流及冰箱、空调等的温度测量、控制和线路补偿。
本发明所述的含镁四元系负温度系数热敏电阻材料，该电阻材料的特点为：
在传统的MnCoNiO三元系NTC热敏电阻陶瓷材料中加入适量MgO，MgO可以与MnO2、Co2O3、Ni2O3形成良好的尖晶石结构的固溶体，且Mg离子倾向于占据尖晶石结构的四面体空隙，能够抑制NiO以第二相析出，得到单相尖晶石结构，增大材料体系中起导电作用的载流子浓度，有助于降低材料的电阻率同时又能够兼具传统的MnCoNiO三元系材料的稳定性，使得该材料体系具有高B值，而低阻值的特性且又具有较好的稳定性好。
本发明采用二次湿法球磨的方式制备热敏材料粉体，得到的粉体微细、均匀，平均颗粒度为1.374-1.648μm，使得热敏电阻材料具有较好的一致性、稳定性、可重复性，从而保证热敏电阻器的精度。
具体实施方式
实施例1
a、按原子百分比分别称取MnO241.67％、Co2O323.33％、Ni2O325％、MgO 10％粉体置于行星式球磨机中，采用去离子水为分散介质，进行球磨，时间8h，球磨罐中各物质重量比为料∶球∶水＝1∶2.5∶1；
b、将步骤a中的浆料进行洗涤，于温度90℃下烘干24h后取出手工研磨分散，得到的粉体在温度950℃煅烧2h；
c、将步骤b中煅烧后粉体采用去离子水为分散介质，再次于行星式球磨机中球磨，时间12h，球磨罐中各物质重量比为料∶球∶水＝1∶2.5∶1；
d、将步骤c中的浆料进行洗涤，于温度90℃下烘干24h后取出手工研磨分散，得到负温度系数热敏电阻粉体材料，平均颗粒度为1.374-1.498μm；
e、将步骤d得到的粉体材料以30Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为1min，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300MPa下保压1min，然后于温度1150℃高温烧结2h，即可得到负温度系数热敏电阻材料；
再将步骤e烧结的陶瓷块体材料正反两面涂烧银电极，采用镀锡铜线为引线，得到尺寸为Φ10mm×1.5mm的圆片。将得到的热敏电阻圆片材料于温度150℃老化500h，检测其阻值变化率为1.48％，电学参数为B25/50＝3663K±0.5％，ρ25℃＝1270Ω·cm±3％。
适用于抑制浪涌电流及冰箱、空调等的温度测量、控制和线路补偿。
实施例2
a、按原子百分比分别称取MnO241.67％、Co2O330％、Ni2O325％、MgO 3.33％置于行星式球磨机中，采用去离子水为分散介质，进行球磨，时间8h，球磨罐中各物质重量比为料∶球∶水＝1∶2.5∶1；
b、将步骤a中的浆料进行洗涤，于温度90℃下烘干24h后取出手工研磨分散，得到的粉体在温度950℃煅烧2h；
c、将步骤b中煅烧后粉体采用去离子水为分散介质，再次于行星式球磨机中球磨，时间12h，球磨罐中各物质重量比为料∶球∶水＝1∶2.5∶1；
d、将步骤c中的浆料进行洗涤，于温度90℃下烘干24h后取出手工研磨分散，得到负温度系数热敏电阻粉体材料，平均颗粒度为1.014-1.608μm；
e、将步骤d得到的粉体材料以40Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为10min，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为400MPa下保压10min，然后于温度1250℃高温烧结3h，即可得到负温度系数热敏电阻材料；
再将步骤e烧结的陶瓷块体材料正反两面涂烧银电极，采用镀锡铜线为引线，得到尺寸为Φ10mm×1.5mm的圆片，将得到的热敏电阻圆片材料于温度150℃老化500h，检测其阻值变化率为1.09％，电学参数为B25/50＝3717K±0.5％，ρ25℃＝2818Ω·cm±3％。
适用于抑制浪涌电流及冰箱、空调等的温度测量、控制和线路补偿。
实施例3
a、按原子百分比分别称取MnO241.67％、Co2O326.33％、Ni2O325％、MgO  7％置于行星式球磨机中，采用去离子水为分散介质，进行球磨，时间8h，球磨罐中各物质重量比为料∶球∶水＝1∶2.5∶1；
b、将步骤a中的浆料进行洗涤，于温度90℃下烘干24h后取出手工研磨分散，得到的粉体在温度950℃煅烧2h；
c、将步骤b中煅烧后粉体采用去离子水为分散介质，再次于行星式球磨机中球磨，时间12h，球磨罐中各物质重量比为料∶球∶水＝1∶2.5∶1；
d、将步骤c中的浆料进行洗涤，于温度90℃下烘干24h后取出手工研磨分散，得到负温度系数热敏电阻粉体材料，平均颗粒度为1.398-1.648μm；
e、将步骤d得到的粉体材料以35Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为5min，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为350MPa下保压5min，然后于温度1200℃高温烧结2.5h，即可得到负温度系数热敏电阻材料；
再将步骤e烧结的陶瓷块体材料正反两面涂烧银电极，采用镀锡铜线为引线，得到尺寸为Φ10mm×1.5mm的圆片，将得到的热敏电阻圆片材料于温度150℃老化500h，检测其阻值变化率为3.86％，电学参数为B25/50＝3717K±0.5％，ρ25℃＝3522Ω·cm±3％。
适用于抑制浪涌电流及冰箱、空调等的温度测量、控制和线路补偿。

Claims (3)

1.一种含镁四元系负温度系数热敏电阻材料的制备方法，其特征在于该电阻材料是以锰、钴、镍、镁的氧化物为原料，各组分的配比为原子百分比：锰41.67％、镍25％、钴23.33％-30％、镁3.33％-10％，具体操作按下列步骤进行：
a、按原子百分比分别称取锰、钴、镍、镁的氧化物粉体置于行星式球磨机中，采用去离子水为分散介质，进行球磨，时间8h；
b、将步骤a中的浆料进行洗涤，于温度90℃下烘干24h后取出手工研磨分散，得到的粉体在温度950℃煅烧2h；
c、将步骤b中煅烧后粉体采用去离子水为分散介质，再次于行星式球磨机中球磨，时间12h；
d、将步骤c中的浆料进行洗涤，于温度90℃下烘干24h后取出手工研磨分散，得到负温度系数热敏电阻粉体材料；
e、将步骤d得到的粉体材料以30-40Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为1-10min，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300-400MPa下保压1-10min，然后于温度1150-1250℃高温烧结2-3h，即可得到负温度系数热敏电阻材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a和步骤c球磨罐中各物质重量比为料∶球∶水＝1∶2.5∶1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤d粉体材料的平均颗粒度为1.374-1.648μm。
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