CN104692802B - 一种三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料及其制备方法，该材料以分析纯碳酸钙、二氧化铈、五氧化二铌、三氧化钨、三氧化二钇为原料，经混合研磨、煅烧、冷等静压成型、高温烧结、涂烧电极，即可得到Y2O3掺杂的具有白钨矿结构的Y x Ca1‑x CeNbWO8陶瓷材料，材料常数为B 300℃/600℃=5600K—9600K，温度100℃电阻率为1.34×106Ωcm—1.27×108 Ωcm,温度600℃高温老化300小时后阻值变化率在‑3%以内。采用本发明制备的热敏电阻材料性能稳定，一致性好，该热敏电阻材料在温度100℃—600℃范围具有明显的负温度系数特性，材料体系电性能稳定，一致性好，老化性能稳定，适合制造宽温区热敏电阻器。
Description
技术领域
本发明涉及一种三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料及其制备方法，该热敏电阻材料在温度100℃—600℃范围具有明显的负温度系数特性，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（材料常数）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。这也促进了宽温区温热敏电阻材料的研究，给新型宽温区热敏电阻材料的开发提出了新的挑战性课题。
我们对氧化物固相法制备的CaCeNbWO8热敏电阻材料电学性能进行了初步研究，其材料常数为9600K，为了拓宽使用温区，需要降低其B值。考虑到Y2O3的耐高温性能，且Y3+与Ca2+具有相近的离子半径，Y3+取代Ca2+后会产生电子，为了维持电中性，产生的电子将通过Ce4+转变为Ce3+离子来补偿，导致Ce3+离子浓度增大，载流子浓度增大，进而导致B值降低。
本发明从CaCeNbWO8的半导体特性出发，通过Y2O3掺杂设计合成了具有单一白钨矿结构的Y x Ca1-x CeNbWO8(0≤x≤0.2)宽温区(100℃—600℃)热敏电阻材料。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料及其制备方法，该材料以分析纯碳酸钙、二氧化铈、五氧化二铌、三氧化钨、三氧化二钇为原料，经混合研磨、煅烧、冷等静压成型、高温烧结、涂烧电极，即可得到Y2O3掺杂的具有白钨矿结构的Y x Ca1-x CeNbWO8陶瓷材料，材料常数为B 300℃/600℃=5600K—9600K，100℃电阻率为1.34×106Ωcm—1.27×108 Ωcm, 600℃高温老化300小时后阻值变化率在-3%以内。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100℃—600℃范围具有明显的负温度系数特性，材料体系电性能稳定，一致性好，老化性能稳定，适合制造宽温区热敏电阻器。
本发明所述的一种三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料，该热敏电阻材料以碳酸钙、二氧化铈、五氧化二铌、三氧化钨和三氧化二钇为原料，其化学组成为Y x Ca1-x CeNbWO8，其中0≤x≤0.2。
所述的三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料的制备方法，按下列步骤进行：
a、首先按Y x Ca1-x CeNbWO8的组成，分别称取碳酸钙、二氧化铈、五氧化二铌、三氧化钨、三氧化二钇进行混合，将混合的原料置于玛瑙研钵中研磨4—8小时，得到粉体；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1000℃—1200℃煅烧1—3小时，研磨3—6小时后即得Y x Ca1-x CeNbWO8粉体；
c、将步骤b得到的粉体材料以15—30Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为0.2—2分钟，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300—400MPa下保压1—3分钟，然后于温度1200℃—1300℃烧结5—10小时，制得宽温区热敏陶瓷材料；
d、将步骤c烧结的陶瓷材料正反两面涂覆铂浆电极，然后于温度1000℃下退火30分钟，即可得到温度范围为100℃—600℃，材料常数为B 300℃/600℃=5600K—9600K，100℃电阻率为1.34×106Ωcm—1.27×108Ωcm，温度600℃高温老化300小时后阻值变化率在-3%以内的三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料。
本发明所述的三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料，采用固相法将钇、钙、铈、铌、钨的氧化物进行混和研磨、煅烧、混合、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冷等静压成型，高温烧结后正反两面涂烧铂浆电极获得热敏电阻圆片，该圆片热敏电阻为稀土氧化物Y2O3掺杂的具有白钨矿结构的Y x Ca1-x CeNbWO8的陶瓷材料，其材料常数为B 300℃/600℃=5600K—9600K，温度100℃电阻率为1.34×106Ωcm—1.27×108Ωcm，温度600℃高温老化300小时后阻值变化率在-3%以内。采用本发明所述方法制备的三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料性能稳定，一致性好，该热敏电阻材料在温度100℃—600℃范围具有明显的负温度系数特性，适合制造宽温区热敏电阻器。
具体实施方式
实施例1
a、首先按CaCeNbWO8的组成，分别称取分析纯碳酸钙、二氧化铈、五氧化二铌、三氧化钨进行混合，将混合的原料置于玛瑙研钵中研磨4小时，得到粉体；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1000℃煅烧1小时，研磨3小时后即得CaCeNbWO8粉体；
c、将步骤b得到的粉体材料以20Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为1分钟，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300MPa下保压2分钟，然后于温度1200℃烧结5小时，制得宽温区热敏陶瓷材料；
d、将步骤c烧结的陶瓷材料正反两面涂覆铂浆电极，然后于1000℃下退火30分钟，即可得到温度范围为100℃—600℃，材料常数为B 300℃/600℃=9600K，温度100℃电阻率为1.27×108Ωcm，温度600℃高温老化300小时后阻值变化率为-0.31%的三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料。
实施例2
a、首先按Y0.1Ca0.9CeNbWO8的组成，分别称取碳酸钙、二氧化铈、五氧化二铌、三氧化钨、三氧化二钇进行混合，将混合的原料置于玛瑙研钵中研磨6小时，得到粉体；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1100℃煅烧3小时，研磨4小时后即得Y0.1Ca0.9CeNbWO8粉体；
c、将步骤b得到的粉体材料以15Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为0.2分钟，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300MPa下保压1分钟，然后于温度1200℃烧结9小时，制得宽温区热敏陶瓷材料；
d、将步骤c烧结的陶瓷材料正反两面涂覆铂浆电极，然后于1000℃下退火30分钟，即可得到温度范围为100℃—600℃，材料常数为B 300℃/600℃=6500K, 温度100℃电阻率为3.84×106Ωcm，温度600℃高温老化300小时后阻值变化率为-1.5%的三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料。
实施例3
a、首先按Y0.2Ca0.8CeNbWO8的组成，分别称取分析纯碳酸钙、二氧化铈、五氧化二铌、三氧化钨、三氧化二钇进行混合，将混合的原料置于玛瑙研钵中研磨8小时，得到粉体；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1200℃煅烧2小时，研磨6小时后即得Y0.2Ca0.8CeNbWO8粉体；
c、将步骤b得到的粉体材料以30Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为2分钟，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为400MPa下保压3分钟，然后于温度1300℃烧结10小时，制得宽温区热敏陶瓷材料；
d、将步骤c烧结的陶瓷材料正反两面涂覆铂浆电极，然后于1000℃下退火30分钟，即可得到温度范围为100℃—600℃，材料常数为B 300℃/600℃=5600K, 温度100℃电阻率为1.34×106Ωcm，温度600℃高温老化300小时后阻值变化率为-3%的三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料。
Claims (1)
1.一种三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料的制备方法，其特征在于该热敏电阻材料以碳酸钙、二氧化铈、五氧化二铌、三氧化钨和三氧化二钇为原料，其化学组成为Y x Ca1- x CeNbWO8，其中0.1≤x≤0.2，具体操作按下列步骤进行：
a、按Y x Ca1-x CeNbWO8的组成，分别称取碳酸钙、二氧化铈、五氧化二铌、三氧化钨、三氧化二钇进行混合，将混合的原料置于玛瑙研钵中研磨4-8小时，得到粉体；
b、将步骤a中研磨好的粉体在温度1000℃—1200℃煅烧1-3小时，研磨3—6小时后即得Y x Ca1-x CeNbWO8粉体；
c、将步骤b得到的粉体材料以15-30Kg/cm2的压力进行压块成型，时间为0.2-2分钟，将成型的块体材料进行冷等静压，在压强为300-400MPa下保压1-3分钟，然后于温度1200℃-1300℃烧结5-10小时，制得宽温区热敏陶瓷材料；
d、将步骤c烧结的陶瓷材料正反两面涂覆铂浆电极，然后于温度1000℃下退火30分钟，即可得到温度范围为100℃-600℃，材料常数为B 300℃/600℃=5600K-9600K，温度100℃电阻率为1.34×106Ωcm-1.27×108Ωcm，温度600℃高温老化300小时后电阻值变化率在-0.31%— -3%的三氧化二钇掺杂的宽温区热敏电阻材料。
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