CN102627458A - 一种宽温区负温度系数热敏电阻材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种宽温区负温度系数热敏电阻材料，该材料以分析纯三氧化二钇、二氧化铈、三氧化二镧、三氧化二铬、二氧化锰为原料，经混合研磨、煅烧、成型、高温烧结，即可得到宽温区负温度系数热敏电阻材料，该材料为稀土氧化物Y2O3、CeO2与钙钛矿结构LaCr0.5Mn0.5O3形成的复合材料，其材料常数为B25℃/85℃＝2100K-2600K±2％，25℃电阻值为3kΩ-160kΩ±8％。采用本发明制备的热敏电阻材料性能稳定，一致性好，该热敏电阻材料在(0℃-300℃)范围具有明显负温度系数特性，是一种适用于制造宽温区热敏电阻器的新型热敏电阻材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽温区负温度系数热敏电阻材料。该热敏电阻材料在(0℃-300℃)范围具有明显负温度系数特性，是一种适用于制造宽温区热敏电阻器的新型热敏电阻材料。
背景技术
通常认为使用温区能达到250℃或更宽的热敏电阻为宽温区热敏电阻器。宽温区热敏电阻器是替代工业用金属传感器的理想产品，具有广阔的前景，成为热敏电阻领域主攻的四大课题之一。宽温区热敏电阻器一般是为配合数字仪表而使用的。这要求宽温区热敏电阻器在使用温区内阻值变化不超过三个数量级和高温端阻值不能太小，即获得宽温区元件的技术关键是研制一种低B值、高阻值且具有良好稳定性的热敏材料。已被大量研究和应用的过渡金属氧化物多元系陶瓷是一类性能较稳定的负温度系数热敏材料，但几乎所有研究结果都表明，对这类材料难以获得低B高阻特性，其原因在于这类材料的主晶相通常为尖晶石结构，当材料电阻率大时，其B值也大，反之，电阻率小的材料，B值也小。
复合材料可达到单一相结构材料所不能获得的优良电学性能的特点，本发明采用稀土氧化物Y2O3、CeO2与钙钛矿结构LaCr0.5Mn0.5O3材料进行复合形成新型的低B值高阻值负温度系数热敏电阻材料。本材料在(0℃-300℃)范围具有明显负温度系数特性，材料体系电性能稳定，一致性好，老化性能稳定，适合制造宽温区使用的热敏电阻器。
发明内容
本发明的目的在于研制一种宽温区负温度系数热敏电阻材料，该材料以分析纯三氧化二钇、二氧化铈、三氧化二镧、三氧化二铬、二氧化锰为原料，经混合研磨、煅烧、成型、高温烧结，即可得到宽温区负温度系数热敏电阻材料，该材料为稀土氧化物Y2O3、CeO2与钙钛矿结构LaCr0.5Mn0.5O3形成的复合材料，其材料常数为B25℃/85℃＝2100K-2600K±2％，25℃电阻值为3kΩ-160kΩ±8％。采用本发明制备的热敏电阻陶瓷材料性能稳定，一致性好，该热敏电阻材料在(0℃-300℃)范围具有明显负温度系数特性，是一种适用于制造宽温区热敏电阻器的新型热敏电阻材料。
本发明所述的一种宽温区负温度系数热敏电阻材料，该材料为稀土金属氧化物组成的复合热敏电阻材料，其结构式为(aY2O3+bCeO2)-0.4LaCr0.5Mn0.5O3，其中0≤a≤0.6，0≤b≤0.6和a+b＝0.6。
所述的一种宽温区负温度系数热敏电阻材料的制备方法，按下列步骤进行：
a、首先按LaCr0.5Mn0.5O3的组成，分别称取分析纯三氧化二镧、三氧化二铬、二氧化锰进行混合，将混合的原料置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度900-1200℃煅烧3-5小时，研磨6-10小时得到LaCr0.5Mn0.5O3粉体，备用；
c、再分别称取分析纯三氧化二钇、二氧化铈及步骤b所得的LaCr0.5Mn0.5O3粉体进行混合，将混合的粉料置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
d、将步骤c中研磨好的粉体在温度1100-1300℃煅烧2-4小时，研磨7-12小时，得到热敏电阻粉体材料；
e、将步骤d中研磨好的热敏电阻粉体材料，滴入淀粉粘合剂调制成糊状物，采用赛璐璐成型模板，以铂金丝为电极将糊状物成型为片状坯体；
f、将步骤e成型好的片状坯体装入耐高温坩埚中，放入高温烧结炉中在温度1400-1600℃下进行烧结，并保温4-8小时，即可得到宽温区负温度系数热敏电阻材料。
步骤e所述铂金丝直径为0.08mm，丝间距为1mm，成型的片状坯体直径为2.8mm，厚度为0.5mm。
步骤f获得的热敏电阻小片的温区为0-300℃，材料常数为B25℃/85℃＝2100K-2600K±2％，25℃电阻值为3kΩ-160kΩ±8％。
本发明所述的宽温区负温度系数热敏电阻材料，采用固相法将分析纯钇、铈、镧、铬、锰的氧化物进行混和研磨、煅烧、再研磨即得负温度系数热敏电阻粉体材料，再将该粉体材料片式成型，以铂金丝为电极引线获得敏感体坯体，将坯体经过高温烧结获得宽温区负温度系数热敏电阻材料，该材料为稀土氧化物Y2O3、CeO2与钙钛矿结构LaCr0.5Mn0.5O3形成的复合材料，其材料常数为B25℃/85℃＝2100K-2600K±2％，25℃电阻值3kΩ-160kΩ±8％。采用本发明制备的热敏电阻陶瓷材料性能稳定，一致性好，该热敏电阻材料在(0℃-300℃)范围具有明显负温度系数特性，是一种适用于制造宽温区热敏电阻器的新型热敏电阻材料。
本发明所述的宽温区负温度系数热敏电阻材料的制备方法中，所述的淀粉粘合剂是将淀粉用水调制成粘合剂即可。
具体实施方式
实施例1
a、按摩尔比为：镧∶铬∶锰＝1∶0.5∶0.5分别称取分析纯三氧化二镧、三氧化二铬、二氧化锰进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在80℃下烘干，并研磨1小时；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1100℃煅烧5小时，再研磨7小时，得到组成为LaCr0.5Mn0.5O3的粉体，备用；
c、按摩尔比为：CeO2∶LaCr0.5Mn0.5O3＝0.6∶0.4分别称取分析纯二氧化铈及步骤b中所得的LaCr0.5Mn0.5O3粉体进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
d、将步骤c中研磨好的粉体在温度1300℃煅烧2小时，再研磨7小时，得到组成为0.6CeO2-0.4LaCr0.5Mn0.5O3的热敏电阻粉体材料；
e、将步骤d中研磨好的热敏电阻粉体材料，滴入淀粉粘合剂调制成糊状物，采用赛璐璐成型模板，以直径为0.08mm、丝间距为1mm的铂金丝为电极将糊状物成型为直径为2.8mm、厚度为0.5mm的片状坯体；
f、将步骤e成型好的片状坯体装入耐高温坩埚中，放入高温烧结炉中在温度1550℃下进行烧结，并保温5小时，即可得到宽温区负温度系数热敏电阻材料。
通过该方法获得的宽温区负温度系数热敏电阻材料的温区为0-300℃，材料常数为B25℃/85℃＝2600K±2％，25℃电阻值为30kΩ±8％。
实施例2
a、按摩尔比为：镧∶铬∶锰＝1∶0.5∶0.5分别称取分析纯三氧化二镧、三氧化二铬、二氧化锰进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度900℃煅烧3小时，研磨6小时，得到组成为LaCr0.5Mn0.5O3的粉体，备用；
c、按摩尔比为：Y2O3∶CeO2∶LaCr0.5Mn0.5O3＝0.1∶0.5∶0.4，分别称取分析纯二氧化铈、三氧化二钇及步骤b中所得的LaCr0.5Mn0.5O3粉体进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
d、将步骤c中研磨好的粉体在温度1100℃煅烧2小时，研磨8小时，得到组成为(0.1Y2O3+0.5CeO2)-0.4LaCr0.5Mn0.5O3热敏电阻粉体材料；
e、将步骤d中研磨好的热敏电阻粉体材料，滴入淀粉粘合剂调制成糊状物，采用赛璐璐成型模板，以直径为0.08mm、丝间距为1mm的铂金丝为电极将糊状物成型为直径为2.8mm、厚度为0.5mm的片状坯体；
f、将步骤e成型好的片状坯体装入耐高温坩埚中，放入高温烧结炉中在温度1400℃下进行烧结，并保温4小时，即可得到宽温区负温度系数热敏电阻材料。
通过该方法获得的宽温区负温度系数热敏电阻材料的温区为0-300℃，材料常数为B25℃/85℃＝2100K±2％，25℃电阻值为3kΩ±8％。
实施例3
a、按摩尔比为：镧∶铬∶锰＝1∶0.5∶0.5分别称取分析纯三氧化二镧、三氧化二铬、二氧化锰进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1000℃煅烧4小时，研磨8小时，得到组成为LaCr0.5Mn0.5O3的粉体，备用；
c、按摩尔比为：Y2O3∶CeO2∶LaCr0.5Mn0.5O3＝0.2∶0.4∶0.4分别称取分析纯三氧化二钇、二氧化铈及步骤b所得的LaCr0.5Mn0.5O3粉体进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
d、将步骤c中研磨好的粉体在温度1150℃煅烧3小时，研磨9小时，得到组成为(0.2Y2O3+0.4CeO2)-0.4LaCr0.5Mn0.5O3热敏电阻粉体材料；
e、将步骤d中研磨好的热敏电阻粉体材料，滴入淀粉粘合剂调制成糊状物，采用赛璐璐成型模板，以直径为0.08mm、丝间距为1mm的铂金丝为电极将糊状物成型为直径为2.8mm、厚度为0.5mm的片状坯体；
f、将步骤e成型好的片状坯体装入耐高温坩埚中，放入高温烧结炉中在温度1450℃下进行烧结，并保温6小时，即可得到宽温区负温度系数热敏电阻材料。
通过该方法获得的宽温区负温度系数热敏电阻材料的温区为0-300℃，其材料常数为B25℃/85℃＝2200K±2％，25℃电阻值为9kΩ±8％。
实施例4
a、按摩尔比为：镧∶铬∶锰＝1∶0.5∶0.5分别称取分析纯三氧化二镧、三氧化二铬、二氧化锰进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度950℃煅烧3小时，研磨6小时，得到组成为LaCr0.5Mn0.5O3的粉体，备用；
c、按摩尔比为：Y2O3∶CeO2∶LaCr0.5Mn0.5O3＝0.3∶0.3∶0.4分别称取分析纯三氧化二钇、二氧化铈及步骤b所得的LaCr0.5Mn0.5O3粉体进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
d、将步骤c中研磨好的粉体在温度1200℃煅烧4小时，研磨10小时，得到组成为(0.3Y2O3+0.3CeO2)-0.4LaCr0.5Mn0.5O3热敏电阻粉体材料；
e、将步骤d中研磨好的热敏电阻粉体材料，滴入淀粉粘合剂调制成糊状物，采用赛璐璐成型模板，以直径为0.08mm、丝间距为1mm的铂金丝为电极将糊状物成型为直径为2.8mm、厚度为0.5mm的片状坯体；
f、将步骤e成型好的片状坯体装入耐高温坩埚中，放入高温烧结炉中在温度1500℃下进行烧结，并保温7小时，即可得到宽温区负温度系数热敏电阻材料。
通过该方法获得的宽温区负温度系数热敏电阻材料的温区为0-300℃，材料常数为B25℃/85℃＝2600K±2％，25℃电阻值为160kΩ±8％。
实施例5
a、按摩尔比为：镧∶铬∶锰＝1∶0.5∶0.5分别称取分析纯三氧化二镧、三氧化二铬、二氧化锰进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1100℃煅烧4小时，研磨8小时，得到组成为LaCr0.5Mn0.5O3的粉体，备用；
c、按摩尔比为：Y2O3∶CeO2∶LaCr0.5Mn0.5O3＝0.4∶0.2∶0.4分别称取分析纯三氧化二钇、二氧化铈及步骤b所得的LaCr0.5Mn0.5O3粉体进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
d、将步骤c中研磨好的粉体在温度1250℃煅烧4小时，研磨12小时，得到组成为(0.4Y2O3+0.2CeO2)-0.4LaCr0.5Mn0.5O3热敏电阻粉体材料；
e、将步骤d中研磨好的热敏电阻粉体材料，滴入淀粉粘合剂调制成糊状物，采用赛璐璐成型模板，以直径为0.08mm、丝间距为1mm的铂金丝为电极将糊状物成型为直径为2.8mm、厚度为0.5mm的片状坯体；
f、将步骤e成型好的片状坯体装入耐高温坩埚中，放入高温烧结炉中在温度1550℃下进行烧结，并保温8小时，即可得到宽温区负温度系数热敏电阻材料。
通过该方法获得的宽温区负温度系数热敏电阻材料的温区为0-300℃，其材料常数为B25℃/85℃＝2400K±2％，25℃电阻值为23kΩ±8％。
实施例6
a、按摩尔比为：镧∶铬∶锰＝1∶0.5∶0.5分别称取分析纯三氧化二镧、三氧化二铬、二氧化锰进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1200℃煅烧5小时，研磨10小时，得到组成为LaCr0.5Mn0.5O3的粉体，备用；
c、按摩尔比为：Y2O3∶CeO2∶LaCr0.5Mn0.5O3＝0.5∶0.1∶0.4分别称取分析纯三氧化二钇、二氧化铈及步骤b所得的LaCr0.5Mn0.5O3粉体进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
d、将步骤c中研磨好的粉体在温度1300℃煅烧4小时，研磨12小时，得到组成为(0.5Y2O3+0.1CeO2)-0.4LaCr0.5Mn0.5O3热敏电阻粉体材料；
e、将步骤d中研磨好的热敏电阻粉体材料，滴入淀粉粘合剂调制成糊状物，采用赛璐璐成型模板，以直径为0.08mm、丝间距为1mm的铂金丝为电极将糊状物成型为直径为2.8mm、厚度为0.5mm的片状坯体；
f、将步骤e成型好的片状坯体装入耐高温坩埚中，放入高温烧结炉中在温度1600℃下进行烧结，并保温8小时，即可得到宽温区负温度系数热敏电阻材料。
通过该方法获得的宽温区负温度系数热敏电阻材料的温区为0-300℃，材料常数为B25℃/85℃＝2400K±2％，25℃电阻值为39kΩ±8％。
实施例7
a、按摩尔比为：镧∶铬∶锰＝1∶0.5∶0.5分别称取分析纯三氧化二镧、三氧化二铬、二氧化锰进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1150℃煅烧4小时，研磨9小时，得到组成为LaCr0.5Mn0.5O3的粉体，备用；
c、按摩尔比为：Y2O3∶LaCr0.5Mn0.5O3＝0.6∶0.4分别称取分析纯三氧化二钇及步骤b所得的LaCr0.5Mn0.5O3粉体进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
d、将步骤c中研磨好的粉体在温度1180℃煅烧2小时，研磨9小时，得到组成为0.6Y2O3-0.4LaCr0.5Mn0.5O3热敏电阻粉体材料；
e、将步骤d中研磨好的热敏电阻粉体材料，滴入淀粉粘合剂调制成糊状物，采用赛璐璐成型模板，以直径为0.08mm、丝间距为1mm的铂金丝为电极将糊状物成型为直径为2.8mm、厚度为0.5mm的片状坯体；
f、将步骤e成型好的片状坯体装入耐高温坩埚中，放入高温烧结炉中在温度1580℃下进行烧结，并保温5小时，即可得到宽温区负温度系数热敏电阻材料。
通过该方法获得的宽温区负温度系数热敏电阻材料的温区为0-300℃，其材料常数为B25℃/85℃＝2500K±2％，25℃电阻值为98kΩ±8％。
Claims (4)
1.一种宽温区负温度系数热敏电阻材料，其特征在于该材料为稀土金属氧化物组成的复合热敏电阻材料，其结构式为(aY2O3+bCeO2)-0.4LaCr0.5Mn0.5O3，其中0≤a≤0.6，0≤b≤0.6和a+b＝0.6。
2.根据权利要求1所述的宽温区负温度系数热敏电阻材料的制备方法，其特征在于按下列步骤进行：
a、按LaCr0.5Mn0.5O3的组成，分别称取分析纯三氧化二镧、三氧化二铬、二氧化锰进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度900-1200℃煅烧3-5小时，研磨6-10小时得到LaCr0.5Mn0.5O3粉体，备用；
c、再分别称取分析纯三氧化二钇、二氧化铈及步骤b所得的LaCr0.5Mn0.5O3粉体进行混合，置于玛瑙球磨罐中，以分析纯无水乙醇为分散介质，湿磨8小时，将湿磨后的浆料在温度80℃下烘干，并研磨1小时；
d、将步骤c中研磨好的粉体在温度1100-1300℃煅烧2-4小时，研磨7-12小时，得到热敏电阻粉体材料；
e、将步骤d中研磨好的热敏电阻粉体材料，滴入淀粉粘合剂调制成糊状物，采用赛璐璐成型模板，以铂金丝为电极将糊状物成型为片状坯体；
f、将步骤e成型好的片状坯体装入耐高温坩埚中，放入高温烧结炉中在温度1400-1600℃下进行烧结，并保温4-8小时，即可得到宽温区负温度系数热敏电阻材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤e所述铂金丝直径为0.08mm，丝间距为1mm，成型的片状坯体直径为2.8mm，厚度为0.5mm。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤f获得的宽温区负温度系数热敏电阻材料的温区为0-300℃，材料常数为B25℃/85℃＝2100K-2600K±2％，25℃电阻值为3kΩ-160kΩ±8％。
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