CN104788098B - 一种双参数测温复相热敏陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双参数测温复相热敏陶瓷材料及其制备方法，以质量百分含量计，它的原料配方包含如下组分：第一组合物25％～40％；第二组合物40％～65％；AlN 3％～25％；所述第一组合物的化学组成通式为BiTi_xNb_xFe_1‑3xO₃，0.0001≤x≤0.3；所述第二组合物的化学组成通式为Y_3‑yBi_yNbO₇，0.0001≤y≤0.3。利用一定质量百分含量的BiTi_xNb_xFe_1‑3xO₃、Y_3‑yBi_yNbO₇和AlN混合制成，产生了意想不到的效果：同时具备负温度系数热敏电阻和正介电常数温度系数热敏电容材料，并且具有较高的灵敏度和较宽的测温区间，这样的热敏陶瓷材料能以热敏电阻测温转换为热敏电容测温的温度阈值点，作为温度开关阈值，适合于用作温度开关；并且制备方法简单，适于大规模应用。

Description

一种双参数测温复相热敏陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，涉及一种热敏陶瓷材料，具体涉及一种双参数测温复相热敏陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

热敏陶瓷温度传感器一般为热敏电阻传感器，分为负温度系数热敏电阻(NTC，negative temperature coefficient)和正温度系数热敏电阻(PTC，positivetemperature coefficient)。NTC负温度系数温度传感器是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的；这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料；温度低时，这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC负温度系数温度传感器在室温下的变化范围在1×10²～1×10⁶欧姆、温度系数为-2％～-6.5％，它可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。

申请号为201380001371.5的中国发明专利公开了一种用于热敏电阻温度传感器的陶瓷组成物及使用该组成物制造的热敏电阻装置，该陶瓷组成物适合于在用于去除来自汽车排气系统的氧化氮、一氧化碳以及未燃烧的微粒的DOC以及DPF中使用，或者适合于在类似的工业高温环境中应用的热敏电阻温度传感器中使用，它是通过将4B族的Sn或者5B族的Sb或Bi添加到具有以ABO3表示的钙钛矿晶体结构的钙钛矿相来制备，其中A包括从除LA之外的2A族及3A族元素中选出的至少一种元素，并且B包括从4A族、5A族、6A族、7A族、8A族、2B族以及3B族过渡金属中选出的至少一种元素。这样的陶瓷组成物不具备双参数测温性能，因此需要重新研究热敏陶瓷材料的配方。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双参数测温复相热敏陶瓷材料，以质量百分含量计，它的原料配方包含如下组分：

第一组合物 25％～40％；

第二组合物 40％～65％；

AlN 3％～25％；

所述第一组合物的化学组成通式为BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃，0.0001≤x≤0.3；所述第二组合物的化学组成通式为Y_3-yBi_yNbO₇，0.0001≤y≤0.3；所述第一组合物的原料配方包含Bi₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂和Nb₂O₅；所述第二组合物的原料配方包含Y₂O₃、Bi₂O₃和Nb₂O₅。

优化地，所述第一组合物的化学组成通式为BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃，0.001≤x≤0.002；所述第二组合物的化学组成通式为Y_3-yBi_yNbO₇，0.0005≤y≤0.001。

优化地，它的温度阈值点为350～500℃

本发明的又一目的是提供一种上述双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，它包括以下步骤：

(a)采用Bi₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂和Nb₂O₅为原料，按BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃配料，研磨后置于500～1000℃煅烧1～5小时，冷却后得第一组合物；

(b)采用Y₂O₃、Bi₂O₃和Nb₂O₅为原料，按Y_1-3yBi_yNbO₇配料，研磨后置于1000～1500℃煅烧2～5小时，冷却后得第二组合物；

(c)将第一组合物、第二组合物和AlN粉体按质量比研磨混合，升温至1100～1500℃，并置于惰性气体气氛中烧制2～5小时，冷却后即可；

所述步骤(a)和步骤(b)不分先后。

优化地，所述步骤(c)中，在烧制前向混合物中加入粘结剂，再于10～50MPa下将其压制成片。

优化地，所述步骤(a)和步骤(b)中，研磨时加入去离子水进行湿磨、烘干后再煅烧；所述步骤(c)中，研磨时加入无水醇类溶剂进行湿磨、烘干后再煅烧。

优化地，所述步骤(a)中，冷却速度为20～50℃/小时；所述步骤(b)中，冷却速度为30～60℃/小时；所述步骤(c)中，自然冷却。

优化地，所述步骤(c)中，升温速度为50～110℃/小时。

进一步地，所述步骤(c)中，在加入粘结剂前将混合后的粉体通过200目以上的筛子。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明双参数测温复相热敏陶瓷材料，利用一定质量百分含量的BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃、Y_3-yBi_yNbO₇和AlN混合制成，产生了意想不到的效果：同时具备负温度系数热敏电阻和正介电常数温度系数热敏电容材料，分段以负温度系数热敏电阻和正介电常数温度系数热敏电容测温，拓宽了测温区间，适合于0℃-1000℃区间精确测量温度，并且具有较高的灵敏度，这样的热敏陶瓷材料能以热敏电阻测温转换为热敏电容测温的温度阈值点，作为温度开关阈值，适合于用作温度开关；并且制备方法简单，适于大规模应用。

附图说明

附图1为负温度系数热敏电阻温度-电阻率特性图；

附图2为正介电常数温度系数热敏电容温度-电容特性图；

附图3为本发明实施例4制备的双参数测温复相热敏陶瓷材料的温度-电阻率、温度-电容特性图；

附图4为本发明实施例3至实施例5制备的双参数测温复相热敏陶瓷材料XRD图，a对应实施例5、b对应实施例4，c对应实施例3；

附图5为本发明实施例3制备的双参数测温复相热敏陶瓷材料的SEM图；

附图6为本发明实施例4制备的双参数测温复相热敏陶瓷材料的SEM图；

附图7是本发明实施例3制得的双参数测温复相热敏陶瓷材料的温度-电阻率、温度-电容特性图；

附图8是本发明实施例5制得的双参数测温复相热敏陶瓷材料的温度-电阻率、温度-电容特性图；

附图9是本发明实施例6制得的双参数测温复相热敏陶瓷材料的温度-电阻率、温度-电容特性图。

具体实施方式

本发明双参数测温复相热敏陶瓷材料，以质量百分含量计，它的原料配方包含如下组分：第一组合物25％～40％；第二组合物40％～65％；AlN(粉体)3％～25％；所述第一组合物的化学组成通式为BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃，0.0001≤x≤0.3；所述第二组合物的化学组成通式为Y_3-yBi_yNbO₇，0.0001≤y≤0.3。这种热敏陶瓷材料同时具备负温度系数热敏电阻和正介电常数温度系数热敏电容材料，并且具有较高的灵敏度和较宽的测温区间(0～1000℃)，这样的热敏陶瓷材料能以热敏电阻测温转换为热敏电容测温的温度阈值点，作为温度开关阈值，适合于用作温度开关；并且制备方法简单，适于大规模应用。其中，对x、y的值进行了优化，具体为：0.001≤x≤0.002；0.0005≤y≤0.001，这样双参数测温复相热敏陶瓷材料的性能更为稳定，它的温度阈值点更为明显。第一组合物的原料配方包含Bi₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂和Nb₂O₅；第二组合物的原料配方包含Y₂O₃、Bi₂O₃和Nb₂O₅，它的温度阈值点为350～500℃。

上述双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，它包括以下步骤：(a)采用Bi₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂和Nb₂O₅为原料，按BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃配料，研磨后置于500～1000℃煅烧1～5小时，冷却后得第一组合物；(b)采用Y₂O₃、Bi₂O₃和Nb₂O₅为原料，按Y_3-yBi_yNbO₇配料，研磨后置于1000～1500℃煅烧2～5小时，冷却后得第二组合物；(c)将第一组合物、第二组合物和AlN粉体按质量比研磨混合，升温至1100～1500℃，并置于惰性气体气氛中烧制2～5小时，冷却后即可；所述步骤(a)和步骤(b)不分先后。需要注意的是，上述双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法确定了其温度阈值点，具有意想不到的效果。步骤(c)中，在烧制前优选向混合物中加入粘结剂(聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE))，再于10～50MPa下将其压制成片。步骤(a)和步骤(b)中，研磨时优选加入去离子水进行湿磨、烘干后再煅烧；步骤(c)中，研磨时优选加入无水醇类溶剂(甲醇、乙醇、乙二醇之类的常规液体醇类，但不能是甘油等较粘稠、沸点较高的醇类)进行湿磨、烘干后再煅烧。步骤(a)中，冷却速度优选为20～50℃/小时；步骤(b)中，冷却速度优选为30～60℃/小时；步骤(c)中，优选为自然冷却；步骤(c)中，升温速度优选为50～110℃/小时；在加入粘结剂前优选将混合后的粉体通过200目以上的筛子。

下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明：

实施例1

本实施例提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料，以质量百分含量计，它的原料配方包含如下组分：25g第一组合物、50g第二组合物、25gAlN粉体。第一组合物的化学组成通式为BiTi_0.3Nb_0.3Fe_0.1O₃；第二组合物的化学组成通式为Y_{2 9999}Bi_0.0001NbO₇，由于BiTi_0.3Nb_0.3Fe_0.1O₃由Bi₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂和Nb₂O₅混合而成，因此可以根据元素比确定其具体摩尔量；同样地Y_{2 9999}Bi_0.0001NbO₇由Y₂O₃、Bi₂O₃和Nb₂O₅混合而成，可以根据元素比确定其具体摩尔量。

实施例2

本实施例提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料，以质量百分含量计，它的原料配方包含如下组分：40g第一组合物、57g第二组合物、3gAlN粉体。第一组合物的化学组成通式为BiTi_0.0001Nb_0.0001Fe_0.0097O₃；第二组合物的化学组成通式为Y_2.7Bi_0.3NbO₇。

实施例3

本实施例提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)以三氧化二铋(Bi₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃进行配方，取x＝0.001，各材料摩尔量为：三氧化二铋1mol，二氧化钛0.001mol、五氧化二铌0.001mol，三氧化二铁0.997mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在850℃煅烧3小时，降温冷却，降温速率50℃/小时，得BiTi_0.001Nb_0.001Fe_0.997O₃粉体(第一组合物)；

(b)以氧化钇(Y₂O₃)、三氧化二铋(Bi₂O₃)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式Y_{3- y}Bi_yNbO₇配方，取y＝0.0005，各材料摩尔数为：五氧化二铌1mol，三氧化二铋0.0005mol，氧化钇2.9995mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在1000℃煅烧5小时，降温冷却，降温速率60℃/小时，得Y_2.9995Bi_0.0005NbO₇粉体(第二组合物)；

(c)用高速气流将BiTi_0.001Nb_0.001Fe_0.997O₃粉体和Y_2.9995Bi_0.0005NbO₇粉体分散，并与氮化铝(AlN)粉体为原料，按按照质量百分比，BiTi_0.001Nb_0.001Fe_0.997O₃粉体32％、Y_2.9995Bi_0.0005NbO₇粉体65％、AlN粉体3％，加入无水乙醇湿磨、烘干、研磨、分散得混合粉体；将所得混合粉体过200目筛；过筛后粉体，加入粘结剂PVA，在20MPa压强下热等静压12分钟制成圆片；随后由室温升温至1100℃(升温速率110℃/小时)、在氩气气氛烧制，保温5小时，自然降温至室温；制得的热敏陶瓷材料的SEM图如图5所示；其XRD图如图4(c)所示。

实施例4

本实施例提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)以三氧化二铋(Bi₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃进行配方，取x＝0.002，各材料摩尔量为：三氧化二铋1mol，二氧化钛0.002mol、五氧化二铌0.002mol，三氧化二铁0.994mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在950℃煅烧2小时，降温冷却，降温速率20℃/小时，得BiTi_0.002Nb_0.002Fe_0.994O₃粉体(第一组合物)；

(b)以氧化钇(Y₂O₃)、三氧化二铋(Bi₂O₃)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式Y_{3- y}Bi_yNbO₇配方，取y＝0.001，各材料摩尔数为：五氧化二铌1mol，三氧化二铋0.001mol，氧化钇2.999mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在1300℃煅烧3小时，降温冷却，降温速率30℃/小时，得Y_2.999Bi_0.001NbO₇粉体(第二组合物)；

(c)用高速气流将BiTi_0.002Nb_0.002Fe_0.994O₃粉体和Y_2.999Bi_0.001NbO₇粉体分散，并与氮化铝(AlN)粉体为原料，按按照质量百分比，BiTi_0.002Nb_0.002Fe_0.994O₃粉体40％、Y_2.999Bi_0.001NbO₇粉体57％、AlN粉体3％，加入无水乙醇湿磨、烘干、研磨、分散得混合粉体；将所得混合粉体过500目筛；过筛后粉体，加入粘结剂PTFE，在30MPa压强下热等静压7分钟制成圆片；随后由室温升温至1300℃(升温速率75℃/小时)、在氩气气氛烧制，保温3小时，自然降温至室温；制得的热敏陶瓷材料的SEM图如图6所示；其XRD图如图4(b)所示。

实施例5

本实施例提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)以三氧化二铋(Bi₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃进行配方，取x＝0.0012，各材料摩尔量为：三氧化二铋1mol，二氧化钛0.0012mol、五氧化二铌0.0012mol，三氧化二铁0.9964mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在930℃煅烧2.5小时，降温冷却，降温速率40℃/小时，得BiTi_0.0012Nb_0.0012Fe_0.9964O₃粉体(第一组合物)；

(b)以氧化钇(Y₂O₃)、三氧化二铋(Bi₂O₃)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式Y_{3- y}Bi_yNbO₇配方，取y＝0.00058，各材料摩尔数为：五氧化二铌1mol，三氧化二铋0.00058mol，氧化钇2.99942mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在1250℃煅烧4小时，降温冷却，降温速率50℃/小时，得Y_2.99942Bi_0.00058NbO₇粉体(第二组合物)；

(c)用高速气流将BiTi_0.0012Nb_0.0012Fe_0.9964O₃粉体和Y_2.99942Bi_0.00058NbO₇粉体分散，并与氮化铝(AlN)粉体为原料，按按照质量百分比，BiTi_0.0012Nb_0.0012Fe_0.9964O₃粉体30％、Y_2.99942Bi_0.00058NbO₇粉体50％、AlN粉体20％，加入无水乙醇湿磨、烘干、研磨、分散得混合粉体；将所得混合粉体过300目筛；过筛后粉体，加入粘结剂PVA，在25MPa压强下热等静压10分钟制成圆片；随后由室温升温至1250℃(升温速率100℃/小时)、在氩气气氛烧制，保温4小时，自然降温至室温；制得的热敏陶瓷材料的XRD图如图4(a)所示。

实施例6

本实施例提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)以三氧化二铋(Bi₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃进行配方，取x＝0.0014，各材料摩尔量为：三氧化二铋1mol，二氧化钛0.0014mol、五氧化二铌0.0014mol，三氧化二铁0.9958mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在930℃煅烧2.5小时，降温冷却，降温速率40℃/小时，得BiTi_0.0014Nb_0.0014Fe_0.9958O₃粉体(第一组合物)；

(b)以氧化钇(Y₂O₃)、三氧化二铋(Bi₂O₃)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式Y_{3- y}Bi_yNbO₇配方，取y＝0.0006，各材料摩尔数为：五氧化二铌1mol，三氧化二铋0.0006mol，氧化钇2.9994mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在1200℃煅烧4.5小时，降温冷却，降温速率40℃/小时，得Y_2.9994Bi_0.0006NbO₇粉体(第二组合物)；

(c)用高速气流将BiTi_0.0014Nb_0.0014Fe_0.9958O₃粉体和Y_2.9994Bi_0.0006NbO₇粉体分散，并与氮化铝(AlN)粉体为原料，按按照质量百分比，BiTi_0.0014Nb_0.0014Fe_0.9958O₃粉体30％、Y_2.9994Bi_0.0006NbO₇粉体60％、AlN粉体10％，加入无水乙醇湿磨、烘干、研磨、分散得混合粉体；将所得混合粉体过400目筛；过筛后粉体，加入粘结剂PVA，在28MPa压强下热等静压9分钟制成圆片；随后由室温升温至1200℃(升温速率90℃/小时)、在氮气气氛烧制，保温4小时，自然降温至室温。

实施例7

本实施例提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)以三氧化二铋(Bi₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃进行配方，取x＝0.0016，各材料摩尔量为：三氧化二铋1mol，二氧化钛0.0016mol、五氧化二铌0.0016mol，三氧化二铁0.9952mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在910℃煅烧3小时，降温冷却，降温速率30℃/小时，得BiTi_0.0016Nb_0.0016Fe_0.9952O₃粉体(第一组合物)；

(b)以氧化钇(Y₂O₃)、三氧化二铋(Bi₂O₃)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式Y_{3- y}Bi_yNbO₇配方，取y＝0.0007，各材料摩尔数为：五氧化二铌1mol，三氧化二铋0.0007mol，氧化钇2.9993mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在1150℃煅烧5小时，降温冷却，降温速率30℃/小时，得Y_2.9993Bi_0.0007NbO₇粉体(第二组合物)；

(c)用高速气流将BiTi_0.0016Nb_0.0016Fe_0.9952O₃粉体和Y_2.9993Bi_0.0007NbO₇粉体分散，并与氮化铝(AlN)粉体为原料，按按照质量百分比，BiTi_0.0016Nb_0.0016Fe_0.9952O₃粉体28％、Y_2.9993Bi_0.0007NbO₇粉体64％、AlN粉体8％，加入无水乙醇湿磨、烘干、研磨、分散得混合粉体；将所得混合粉体过400目筛；过筛后粉体，加入粘结剂PVA，在22MPa压强下热等静压8分钟制成圆片；随后由室温升温至1150℃(升温速率85℃/小时)、在氮气气氛烧制，保温4小时，自然降温至室温。

实施例8

本实施例提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)以三氧化二铋(Bi₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃进行配方，取x＝0.0018，各材料摩尔量为：三氧化二铋1mol，二氧化钛0.0018mol、五氧化二铌0.0018mol，三氧化二铁0.9946mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在935℃煅烧3.5小时，降温冷却，降温速率33℃/小时，得BiTi_0.0018Nb_0.0018Fe_0.9946O₃粉体(第一组合物)；

(b)以氧化钇(Y₂O₃)、三氧化二铋(Bi₂O₃)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式Y_{3- y}Bi_yNbO₇配方，取y＝0.0008，各材料摩尔数为：五氧化二铌1mol，三氧化二铋0.0008mol，氧化钇2.9992mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在1180℃煅烧5小时，降温冷却，降温速率46℃/小时，得Y_2.9992Bi_0.0008NbO₇粉体(第二组合物)；

(c)用高速气流将BiTi_0.0018Nb_0.0018Fe_0.9946O₃粉体和Y_2.9992Bi_0.0008NbO₇粉体分散，并与氮化铝(AlN)粉体为原料，按按照质量百分比，BiTi_0.0018Nb_0.0018Fe_0.9946O₃粉体26％、Y_2.9992Bi_0.0008NbO₇粉体62％、AlN粉体12％，加入无水乙醇湿磨、烘干、研磨、分散得混合粉体；将所得混合粉体过200目筛；过筛后粉体，加入粘结剂PVA，在28MPa压强下热等静压9分钟制成圆片；随后由室温升温至1280℃(升温速率80℃/小时)、在氮气气氛烧制，保温5小时，自然降温至室温。

实施例9

本实施例提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)以三氧化二铋(Bi₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃进行配方，取x＝0.0012，各材料摩尔量为：三氧化二铋1mol，二氧化钛0.0012mol、五氧化二铌0.0012mol，三氧化二铁0.9964mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在940℃煅烧4小时，降温冷却，降温速率40℃/小时，得BiTi_0.0012Nb_0.0012Fe_0.9964O₃粉体(第一组合物)；

(b)以氧化钇(Y₂O₃)、三氧化二铋(Bi₂O₃)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式Y_{3- y}Bi_yNbO₇配方，取y＝0.00052，各材料摩尔数为：五氧化二铌1mol，三氧化二铋0.00052mol，氧化钇2.99948mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在1200℃煅烧4小时，降温冷却，降温速率40℃/小时，得Y_2.99948Bi_0.00052NbO₇粉体(第二组合物)；

(c)用高速气流将BiTi_0.0012Nb_0.0012Fe_0.9964O₃粉体和Y_2.99948Bi_0.00052NbO₇粉体分散，并与氮化铝(AlN)粉体为原料，按按照质量百分比，BiTi_0.0012Nb_0.0012Fe_0.9964O₃粉体25％、Y_2.99948Bi_0.00052NbO₇粉体61％、AlN粉体14％，加入无水乙醇湿磨、烘干、研磨、分散得混合粉体；将所得混合粉体过200目筛；过筛后粉体，加入粘结剂PVA，在25MPa压强下热等静压11分钟制成圆片；随后由室温升温至1260℃(升温速率90℃/小时)、在氦气气氛烧制，保温4小时，自然降温至室温。

实施例10

本实施例提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)以三氧化二铋(Bi₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃进行配方，取x＝0.0013，各材料摩尔量为：三氧化二铋1mol，二氧化钛0.0013mol、五氧化二铌0.0013mol，三氧化二铁0.9961mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在950℃煅烧3小时，降温冷却，降温速率45℃/小时，得BiTi_0.0013Nb_0.0013Fe_0.9961O₃粉体(第一组合物)；

(b)以氧化钇(Y₂O₃)、三氧化二铋(Bi₂O₃)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式Y_{3- y}Bi_yNbO₇配方，取y＝0.00054，各材料摩尔数为：五氧化二铌1mol，三氧化二铋0.00054mol，氧化钇2.99946mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在1200℃煅烧4小时，降温冷却，降温速率40℃/小时，得Y_2.99946Bi_0.00054NbO₇粉体(第二组合物)；

(c)用高速气流将BiTi_0.0013Nb_0.0013Fe_0.9961O₃粉体和Y_2.99946Bi_0.00054NbO₇粉体分散，并与氮化铝(AlN)粉体为原料，按按照质量百分比，BiTi_0.0013Nb_0.0013Fe_0.9961O₃粉体35％、Y_2.99946Bi_0.00054NbO₇粉体50％、AlN粉体15％，加入无水乙醇湿磨、烘干、研磨、分散得混合粉体；将所得混合粉体过200目筛；过筛后粉体，加入粘结剂PVA，在30MPa压强下热等静压10分钟制成圆片；随后由室温升温至1300℃(升温速率80℃/小时)、在氦气气氛烧制，保温4小时，自然降温至室温。

实施例11

本实施例提供一种双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)以三氧化二铋(Bi₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃进行配方，取x＝0.0015，各材料摩尔量为：三氧化二铋1mol，二氧化钛0.0015mol、五氧化二铌0.0015mol，三氧化二铁0.9955mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在930℃煅烧4小时，降温冷却，降温速率30℃/小时，得BiTi_0.0015Nb_0.0015Fe_0.9955O₃粉体(第一组合物)；

(b)以氧化钇(Y₂O₃)、三氧化二铋(Bi₂O₃)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按化学式Y_{3- y}Bi_yNbO₇配方，取y＝0.00055，各材料摩尔数为：五氧化二铌1mol，三氧化二铋0.00055mol，氧化钇2.99945mol，加入去离子水湿磨、烘干、研磨、分散后将其放入马沸炉中在1250℃煅烧3小时，降温冷却，降温速率40℃/小时，得Y_2.99945Bi_0.00055NbO₇粉体(第二组合物)；

(c)用高速气流将BiTi_0.0015Nb_0.0015Fe_0.9955O₃粉体和Y_2.99945Bi_0.00055NbO₇粉体分散，并与氮化铝(AlN)粉体为原料，按按照质量百分比，BiTi_0.0015Nb_0.0015Fe_0.9955O₃粉体32％、Y_2.99945Bi_0.00055NbO₇粉体53％、AlN粉体15％，加入无水乙醇湿磨、烘干、研磨、分散得混合粉体；将所得混合粉体过200目筛；过筛后粉体，加入粘结剂PVA，在26MPa压强下热等静压15分钟制成圆片；随后由室温升温至1220℃(升温速率90℃/小时)、在氖气气氛烧制，保温5小时，自然降温至室温。

实验例1

取实施例3到实施例6制备的样品，在它们的两端涂覆高温导电银浆，烘干、放入电炉烧渗，随后对其进行温度-电阻率、温度-电容特性测试，分别列于附图7、附图3、附图8和附图9中。实施例7中制备的热敏电阻测温转为热敏电容测温的温度阈值点为420℃，在0℃-420℃温度区间，用负温度系数热敏电阻测量温度；420℃-1000℃温度区间，用正介电常数温度系数热敏电容测量温度；实施例4的热敏电阻测温转为热敏电容测温的温度阈值点为400℃，在0℃-400℃温度区间，用负温度系数热敏电阻测量温度；400℃-1000℃温度区间，用正介电常数温度系数热敏电容测量温度；实施例5的热敏电阻测温转为热敏电容测温的温度阈值点为350℃，在0℃-350℃温度区间，用负温度系数热敏电阻测量温度；350℃-1000℃温度区间，用正介电常数温度系数热敏电容测量温度；实施例6的热敏电阻测温转为热敏电容测温的温度阈值点为500℃，在0℃-500℃温度区间，用负温度系数热敏电阻测量温度；500℃-1000℃温度区间，用正介电常数温度系数热敏电容测量温度。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双参数测温复相热敏陶瓷材料，其特征在于，以质量百分含量计，它的原料配方包含如下组分：

第一组合物25％～40％；

第二组合物40％～65％；

AlN 3％～25％；

所述第一组合物的化学组成通式为BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃，0.0001≤x≤0.3；所述第二组合物的化学组成通式为Y_3-yBi_yNbO₇，0.0001≤y≤0.3；所述第一组合物的原料配方包含Bi₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂和Nb₂O₅；所述第二组合物的原料配方包含Y₂O₃、Bi₂O₃和Nb₂O₅。

2.根据权利要求1所述的双参数测温复相热敏陶瓷材料，其特征在于：所述第一组合物的化学组成通式为BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃，0.001≤x≤0.002；所述第二组合物的化学组成通式为Y_3-yBi_yNbO₇，0.0005≤y≤0.001。

3.根据权利要求1所述的双参数测温复相热敏陶瓷材料，其特征在于：它的温度阈值点为350～500℃。

4.权利要求1-3中任一所述双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(a)采用Bi₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂和Nb₂O₅为原料，按BiTi_xNb_xFe_1-3xO₃配料，研磨后置于500～1000℃煅烧1～5小时，冷却后得第一组合物；

(b)采用Y₂O₃、Bi₂O₃和Nb₂O₅为原料，按Y_3-yBi_yNbO₇配料，研磨后置于1000～1500℃煅烧2～5小时，冷却后得第二组合物；

(c)将第一组合物、第二组合物和AlN粉体按质量比研磨混合，升温至1100～1500℃，并置于惰性气体气氛中烧制2～5小时，冷却后即可；

所述步骤(a)和步骤(b)不分先后。

5.根据权利要求4所述的双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(c)中，在烧制前向混合物中加入粘结剂，再于10～50MPa下将其压制成片。

6.根据权利要求4所述的双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(a)和步骤(b)中，研磨时加入去离子水进行湿磨、烘干后再煅烧；所述步骤(c)中，研磨时加入无水醇类溶剂进行湿磨、烘干后再煅烧。

7.根据权利要求4所述的双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(a)中，冷却速度为20～50℃/小时；所述步骤(b)中，冷却速度为30～60℃/小时；所述步骤(c)中，自然冷却。

8.根据权利要求4所述的双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(c)中，升温速度为50～110℃/小时。

9.根据权利要求5所述的双参数测温复相热敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(c)中，在加入粘结剂前将混合后的粉体通过200目以上的筛子。