CN104370526B - 一种具有电阻负温度系数铁浆的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有电阻负温度系数(NTC)铁浆的制备方法，包括以下步骤：①按配方将Pb₃O₄∶SiO₂∶ZnO∶B₂O₃按质量比48～55∶10∶20∶15～22配料，通过球磨充分混合，并烘干过筛后在1000℃保温30min，得到的反应物经淬火、粉碎、球磨后得到玻璃粉备用；②将一种超细铁粉与上一步骤中制备的玻璃粉按质量比1∶0.15～0.45配料，混合后加入一定量的有机载体用三辊研磨机轧浆得到铁浆；③应用该铁浆时，在空气炉中烧结。本发明研制出的厚膜铁浆，具有明显的线性NTC效应，电阻温度系数(TCR)较高，TCR可达?5000～?10000ppm/℃，同时方阻较低，Rs＜2KΩ/□。

Description

一种具有电阻负温度系数铁浆的制备方法

技术领域

本发明属于线性负温度系数(NTC)电子浆料的应用领域，特别是涉及高电阻温度系数(TCR)铁浆的制备方法。

背景技术

NTC热敏电阻材料是指一类电阻率随温度的升高而下降的材料【1】PARKK.StructuralandelectricalpropertiesofFeMg_0.7Cr_0.6Co_0.7-xAl_xO₄(0≤x≤0.3)thickfilmNTCthermistorsIJ.JEurCeramSoc，2006，26(6)：909-914.【2】BASUA.BRINKMANAW，HASHIMITNTCcharacteristicsofbismuthbasedceramicathightemperature，JIntJlnorgMater，2001，3：1219-1221.，其中热敏电阻又分为线性和非线性NTC两种，非线性NTC阻值随温度降低呈指数下降，用于测温、控温和温度补偿很不方便，而线性NTC与温度关系接近于直线，能有效解决这些问题。

目前，线性敏感陶瓷的制备方法主要采用CdO-SnO₂-WO₃及CdO-SnO₂-WO₃系列材料，烧结温度在1100℃以上，而厚膜工艺平台烧结温度一般在850℃以下，因此这两种体系材料难以做成线性NTC浆料。美国的Hormadaly等人以二氧化钌为主要原料，添加少量的氧化钴等过渡金属氧化物研制了厚膜NTC浆料；国内的西京宏星电子浆料公司采用钌酸铋与焦(正)铌酸镉形成固溶体结构，可得到方阻100Ω/□～10MΩ/□、TCR为：-1000ppm/℃～-6000ppm/℃的NTC电子浆料；另外还有贺永宁等人采用MnCo₂O₄和CoMn_1.5Ni_0.5O₄为热敏基相，加入适量的导电料RuO₂与玻璃料，也得到了线性NTC浆料，方阻在3KΩ/□～10KΩ/□、TCR为：-6000ppm/℃～.8100ppm/℃。但以上方法所制备的NTC浆料都需用到钌这种贵金属材料，使得线性NTC浆料成本较高，使得浆料实际应用受限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有制备线性NTC浆料技术的不足，从基本原材料体系着手，提供一种低成本厚膜线性NTC浆料的制备方法。

本发明的目的是按如下技术实现的：首先，结合理论基础，掌握线性一系列具备NTC效应材料的导电机制以及不同材料体系下各组分对其热敏性以及电阻率的影响；其次，对比以往线性NTC材料成本较高的缺点，选取不含贵金属的NTC材料；最后，根据所选取的材料体系进行设计、制备、轧浆、测试等试验。

本发明所制备的线性NTC铁浆，除去为了适合厚膜工艺平台加入的有机载体，主体功能成分包含两种，超细铁粉和玻璃粉：铁粉是电阻率极低的材料，具有正的TCR，但是超细铁粉在空气中烧结时表面容易形成Fe的氧化物，Fe的氧化物是制备非线性NTC的一类材料，具备NTC效用，此时Fe与Fe的氧化物形成的体表结构，综合起来呈现一种近似于线性的NTC效应；但由于Fe及其氧化物熔点都较高，直接分散在有机载体中在空气气氛850℃烧结时很难形成致密结构，反而会导致大量的Fe被氧化，从而电阻率大大升高，因此我们需要制备一种较低温度下软化，且热膨胀系数很小的玻璃粉，玻璃粉起到促进烧结、提高厚膜致密度及增强膜层与基板间附着力的作用，使得Fe和Fe之间形成良好的欧姆接触，起到降低方阻的作用，同时热膨胀系数较小避免了温度升高时体积膨胀导致的电阻正温度系数(PTC)效应。因而采用此两种材料按不同质量比配料，再加入一定量有机载体经三辊研磨机轧浆后可得到电阻率较低，TCR较大的线性NTC浆料。

本发明提供的技术方案的有益效果为：厚膜工艺平台有着许多传统陶瓷制备工艺平台所不具备的优势，制备低成本高性能的线性NTC浆料可大幅度降低热敏电阻等元器件的成本，可带来巨大经济效益。

具体实施方式

本发明涉及一种具有电阻负温度系数效应铁浆的制备方法，该浆料包括两种固体材料和一种有机载体，具体实施时按以下步骤：①按配方将四类氧化物Pb₃O₄∶SiO₂∶ZnO∶B₂O₃按质量比48～55∶10∶20∶15～22配料，初始混合均匀后，加去离子水，用玛瑙罐球磨进行充分磨料及混合(料、球磨介质与球的质量比为，物料∶去离子水∶玛瑙球＝1∶1∶3)，球磨转速为451rpm，得到的球磨物料在100℃烘干后，用刚玉坩埚盛放，在马弗炉中升温至1000℃并保温30min，得到的反应物经在去离子水中迅速淬火、粉碎、球磨(387rpm玛瑙球磨2h)后得到玻璃粉备用，该玻璃粉的粒度约1～5μm；②将一种超细铁粉(粒度最好小于10μm)与上一步骤中所制备的玻璃粉按质量比1∶0.15～0.45配料，混合均匀后加入一定量的有机载体用三辊研磨机轧浆得到铁浆；③应用该铁浆时，可通过丝网印刷等厚膜工艺平台，120℃烘干后，在空气炉中烧结，通常采用链条炉烧结，烧结总时间约50min，烧结最高温度550～650℃。

实施例1：制备TCR值约-7000ppm/℃的铁浆，所用物料的质量比如下表(总质量为100份)，其中玻璃粉是按上述步骤①所制备的，属于一类硼硅酸铅玻璃粉，有机载体是预先调配，各项参数符合厚膜工艺要求：

超细铁粉	59
		玻璃粉	17
有机载体	24

按照上述配方先将超细铁粉和玻璃粉充分混合，得到混合物中加入有机载体在三辊轧机上经轧制混合均匀，测试浆料各项指标合格后得到线性NTC铁浆成品。

实施例1：制备TCR值约-8500ppm/℃的铁浆，所用物料的质量比如下表(总质量为100份)，其中玻璃粉是按上述步骤①所制备的，属于一类硼硅酸铅玻璃粉，有机载体是预先调配，各项参数符合厚膜工艺要求：

超细铁粉	55
		玻璃粉	22
有机载体	23

按照上述配方先将超细铁粉和玻璃粉充分混合，得到混合物中加入有机载体在三辊轧机上经轧制混合均匀，测试浆料各项指标合格后得到线性NTC铁浆成品。

以上内容是结合最佳实施方案对本发明说做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求书限定的情况下，可以在细节上进行各种修改，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有电阻负温度系数(NTC)铁浆的制备方法，其特征在于，包括以下的步骤：

步骤1，按配方将四类氧化物Pb₃O₄∶SiO₂∶ZnO∶B₂O₃按质量比48～55∶10∶20∶15～22配料，初始混合均匀后，加去离子水，用玛瑙罐球磨进行充分磨料及混合，料、球磨介质与球的质量比为，物料∶去离子水∶玛瑙球＝1∶1∶3，球磨转速为451rpm，得到的球磨物料在100℃烘干后，用刚玉坩埚盛放，在马弗炉中升温至1000℃并保温30min，得到的反应物在去离子水中迅速淬火、粉碎、球磨，所述球磨为387rpm玛瑙球磨2h，得到粒度1～5μm的玻璃粉备用；

步骤2，轧制线性电阻负温度系数(NTC)浆料，将一种超细铁粉，粒度小于10μm，与上一步骤中所制备的玻璃粉按质量比1∶0.15～0.45配料，混合均匀后加入一定量的有机载体用三辊研磨机轧浆得到铁浆。

2.根据权利要求1所述的一种具有电阻负温度系数(NTC)铁浆的制备方法，其特征在于：执行步骤1后，将步骤1得到的玻璃粉和超细铁粉按质量比0.25～0.45∶1混合均匀，然后加入玻璃粉和超细铁粉总质量的25％～40％的有机载体，采用三辊研磨的方式将球磨混合物与有机载体轧制成浆料。

3.根据权利要求1所述的一种具有电阻负温度系数(NTC)铁浆的制备方法，其特征在于：步骤2中所用的超细铁粉粒度较小，小于10μm。

4.根据权利要求1或2所述的一种具有电阻负温度系数(NTC)铁浆的制备方法，其特征在于：应用该铁浆时，通过丝网印刷厚膜工艺平台，120℃烘干后，在空气炉中烧结，采用链条炉烧结，烧结总时间约50min，烧结最高温度550～650℃。

5.根据权利要求1或2所述的一种具有电阻负温度系数(NTC)铁浆的制备方法，其特征在于：该铁浆具有线性NTC效应，电阻温度系数(TCR)较高，TCR可达-5000～-10000ppm/℃，同时方阻较低，Rs＜2KΩ/口。