CN105753474A - 一种锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料 - Google Patents

一种锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于La1?<i>x</i>Sr<i>x</i>CrO3的热敏电阻材料,该材料以三氧化二镧,三氧化二铬和碳酸锶为原料,经混合研磨、煅烧、研磨、冷等静压成型、高温烧结,即可得到钙钛矿结构La1? <i>x</i>Sr<i>x</i>CrO3(0≤<i>x</i>≤0.5) 锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料,该材料常数为B?80℃/?40℃=(1200?4200)×(1±2%) K,温度?80℃电阻率为(6×105?20)Ω.cm,温度100℃老化300小时后阻值变化率在±10%以内。采用本发明制备的锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料具有负温度系数特性,材料体系电性能稳定,一致性较好,老化性能稳定,适合制造用于低温环境中的热敏电阻器。

Description

一种锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料
技术领域
本发明涉及一种锶掺杂铬酸镧La1-xSrxCrO3的热敏电阻材料,该热敏电阻材料具有明显的负温度系数特性,是一种适用于制造热敏电阻器的新型热敏电阻材料,属于半导体传感器领域。
背景技术
敏感元件和传感器是我国电子工业重点发展领域之一,也是国家确定的电子信息产业的三大支柱之一,被认为是最具有发展前途的电子技术产品。负温度系数热敏电阻器具有价格低廉、测温精度较高、可靠性好、以实现远程控制和测量等优点,广泛应用于家用电器、医疗、汽车等行业。
近年来,设计和开发新型热敏电阻材料成为负温度系数热敏电阻器领域新的研究热点。LaCrO3系陶瓷材料具有优良的导电性、氧化还原稳定性和耐高温性,是钙钛矿稀土氧化物中结构最为稳定的材料,广泛用于磁流体电极、固体氧化物燃料电池的阴极材料、链接材料和高温耐火材料等。其中,LaCrO3在掺杂Ca、Sr、Mg等二价碱土金属后具有半导性、高熔点及高温稳定性等特性,可以制成热敏电阻材料。然而,由于LaCrO3材料中铬的蒸汽压比较高,在烧结过程中易挥发从而导致材料致密化比较困难,限制了其应用范围。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料及其制备方法,该材料以三氧化二镧,三氧化二铬和碳酸锶为原料,经混合研磨、煅烧、研磨、冷等静压成型、高温烧结,即可得到锶掺杂铬酸镧La1-xSrxCrO3(0≤x≤0.5)热敏电阻材料,该材料常数为B-80℃/-40℃=(1200-4200)×(1±2%)K,温度-80℃电阻率为(6×105-20)Ω.cm,温度100℃老化300小时后阻值变化率在±10%以内。采用本发明制备的锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料具有负温度系数特性,材料体系电性能稳定,一致性较好,老化性能稳定,适合制造用于低温环境中的热敏电阻器。
本发明所述的一种锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料,该热敏电阻材料结构式为La1-xSrxCrO3,其中0≤x≤0.5,由三氧化二镧、三氧化二铬和碳酸锶经高温固相反应制成。
所述锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料的制备方法,按下列步骤进行:
a、将三氧化二镧、三氧化二铬和碳酸锶按La1-xSrxCrO3的质量组成称取原料,其中0≤x≤0.5,进行混合,再将混合物置于玛瑙研钵中进行研磨,时间4-10小时,得到氧化物粉体;
b、将步骤a中得到的氧化物粉体在温度800-1300℃煅烧3-8小时,再研磨6-10小时后即得锶掺杂铬酸镧的粉体;
c、将步骤b得到的锶掺杂铬酸镧粉体以30-40Kg/cm2的压力进行压块成型,时间为1-5分钟,将成型的块体材料进行冷等静压,在压力为150-400MPa下保压1-5分钟,然后于温度1200-1800℃烧结1-5小时,即得锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料。
本发明所述的一种锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料,采用固相法将分析纯三氧化二镧,分析纯三氧化二铬和分析纯碳酸锶进行混合研磨、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,该热敏材料为单一钙钛矿结构,热敏电阻圆片材料常数为B-80℃/-40℃=(1200-4200)×(1±2%)K,温度-80℃电阻率为(6×105-20)Ω.cm,温度100℃老化300小时后阻值变化率在±10%以内。
本发明利用Sr2+掺杂LaCrO3钙钛矿材料制备了锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料。其创新点主要有以下两个方面。
(1)Sr2+离子掺杂LaCrO3材料在烧结过程中形成低熔点的第二相,这种液相促进了固相传质,提高了材料的致密度。
(2)Sr2+离子掺杂LaCrO3材料,取代部分La3+离子,形成固溶体,实现了LaCrO3材料电性能的调节。
该材料具有明显的负温度系数特性,材料体系电性能稳定,一致性较好,老化性能稳定,适合制造用于低温环境中的热敏电阻器。
附图说明
图1为本发明的X射线衍射图谱,其中—◆—为LaCrO3
图2为本发明的扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1
按LaCrO3的组成,分别称取分析纯三氧化二镧33.9867g和分析纯三氧化二铬16.0133g进行混合,将混合的原料置于玛瑙研钵中进行研磨,时间4小时,得到氧化物粉体;
将研磨好的氧化物粉体在温度800℃煅烧3小时,再研磨6小时后即得LaCrO3粉体;
将得到的LaCrO3粉体材料以30Kg/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,在压力150MPa下保压1分钟,然后于温度1200℃烧结1小时,即得锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料;
将烧结的锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料正反两面涂覆铂浆电极,然后于温度1200℃下退火2小时,即得到尺寸为Φ10mm×2mm锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料圆片。
通过该方法获得的热敏电阻圆片材料常数为B-80℃/-40℃=(3000-4200)×(1±2%)K,温度-80℃电阻率为6×105Ω.cm,温度100℃老化300小时后阻值变化率为±10%。
实施例2
按La0.92Sr0.08CrO3的组成,分别称取分析纯三氧化二镧31.4125g,分析纯三氧化二铬16.0874g和分析纯碳酸锶2.5001g进行混合,将混合的原料置于玛瑙研钵中进行研磨,时间5小时,得到氧化物粉体;
将研磨好的氧化物粉体在温度950℃煅烧4小时,研磨7小时后即得La0.92Sr0.08CrO3粉体;
将得到的LaCrO3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,在压力200MPa下保压3分钟,然后于温度1300℃烧结3小时,即得锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料;
将烧结的锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料正反两面涂覆铂浆电极,然后于温度1200℃下退火2小时,即得到尺寸为Φ10mm×2mm锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料圆片;
通过该方法获得的热敏电阻圆片材料常数为B-80℃/-40℃=(1400-1800)×(1±2%)K,温度-80℃电阻率为119Ω.cm,温度100℃老化300小时后阻值变化率为±10%。
实施例3
按La0.88Sr0.12CrO3的组成,称取分析纯三氧化二镧30.1164g,分析纯三氧化二铬16.1247g和分析纯碳酸锶3.7589g进行混合,将混合的原料置于玛瑙研钵中进行研磨,时间6小时,得到氧化物粉体;
将研磨好的氧化物粉体在温度1200℃煅烧5小时,研磨8小时后即得La0.88Sr0.12CrO3粉体;
将得到的LaCrO3粉体材料以40Kg/cm2的压力进行压块成型,时间为3分钟,将成型的块体材料进行冷等静压,在压力250MPa下保压3分钟,然后于温度1400℃烧结3小时,即得锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料;
将烧结的锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料正反两面涂覆铂浆电极,然后于温度1200℃下退火2小时,即得到尺寸为Φ10mm×2mm锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料圆片;
通过该方法获得的热敏电阻圆片材料常数为B-80℃/-40℃=(1200-1600)×(1±2%)K,温度-80℃电阻率为48Ω.cm,温度100℃老化300小时后阻值变化率为±7%。
实施例4
按La0.7Sr0.3CrO3的组成,称取分析纯三氧化二镧24.2088g,分析纯三氧化二铬16.2948g和分析纯碳酸锶9.4964g进行混合,将混合的原料置于玛瑙研钵中进行研磨,时间8小时,得到氧化物粉体;
将研磨好的氧化物粉体在温度1300℃煅烧3小时,研磨8小时后即得La0.7Sr0.3CrO3粉体;
将得到的La0.7Sr0.3CrO3粉体材料以40Kg/cm2的压力进行压块成型,时间为4分钟,将成型的块体材料进行冷等静压,在压力300MPa下保压3分钟,然后于温度1600℃烧结4小时,即得锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料;
将烧结的锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料正反两面涂覆铂浆电极,然后于温度1200℃下退火2小时,即得到尺寸为Φ10mm×2mm锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料圆片;
通过该方法获得的热敏电阻圆片材料常数为B-80℃/-40℃=(1200-1600)×(1±2%)K,温度-80℃电阻率为32Ω.cm,温度100℃老化300小时后阻值变化率为±3%。
实施例5
按La0.5Sr0.5CrO3的组成,称取分析纯三氧化二镧17.4971g,分析纯三氧化二铬16.488g和分析纯碳酸锶16.015g进行混合,将混合的原料置于玛瑙研钵中进行研磨,时间10小时,得到氧化物粉体;
将得到的氧化物粉体在温度1300℃煅烧8小时,研磨10小时后即得La0.5Sr0.5CrO3粉体;
将得到的La0.5Sr0.5CrO3粉体材料以40Kg/cm2的压力进行压块成型,时间为5分钟,将成型的块体材料进行冷等静压,在压力400MPa下保压5分钟,然后于温度1800℃烧结5小时,即得锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料;
将烧结的锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料正反两面涂覆铂浆电极,然后于温度1200℃下退火2小时,即得到尺寸为Φ10mm×2mm锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料圆片;
通过该方法获得的热敏电阻圆片材料常数为B-80℃/-40℃=(1200-1600)×(1±2%)K,温度-80℃电阻率为20Ω.cm,温度100℃老化300小时后阻值变化率为±6%。

Claims (2)

1.一种锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料,其特征在于该热敏电阻材料结构式为La1-x Sr x CrO3,其中0≤x≤0.5,由三氧化二镧、三氧化二铬和碳酸锶经高温固相反应制成。
2.根据权利要求1所述的锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料的制备方法,其特征在于按下列步骤进行:
a、将三氧化二镧、三氧化二铬和碳酸锶按La1-x Sr x CrO3的质量组成称取原料,其中0≤x≤0.5,进行混合,再将混合物置于玛瑙研钵中进行研磨,时间4-10小时,得到氧化物粉体;
b、将步骤a中得到的氧化物粉体在温度800-1300℃煅烧3-8小时,再研磨6-10小时后即得锶掺杂铬酸镧的粉体;
c、将步骤b得到的锶掺杂铬酸镧粉体以30-40Kg/cm2的压力进行压块成型,时间为1-5分钟,将成型的块体材料进行冷等静压,在压力为150-400MPa下保压1-5分钟,然后于温度1200-1800℃烧结1-5小时,即得锶掺杂铬酸镧热敏电阻材料。
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