CN106229097B - 一种线性度好的热敏电阻器及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线性度好的热敏电阻器及其应用,涉及热敏电阻器及其应用技术领域,所述线性度好的热敏电阻器,由以下物质组成:Ba1‑xSrxTiO3、Bi0.5M0.5TiO3、SiO2、Al2O3、TiO2、BaCO3、Sb2O3、Nb2O5、Y2O3、MnO2,其中Ba1‑xSrxTiO3中x的取值范围为0.05~0.09,本发明提供的半导体陶瓷热敏电阻器,它具有良好的线性度,使用温度范围广,元件的稳定性好,使用寿命长,本发明好提供一种所述热敏电阻器在加热其上的应用,且本发明采用传统固相法制备粉体,颗粒无团聚、填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单,反应条件容易控制,适合工厂大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及热敏电阻器及其应用技术领域,具体涉及一种线性度好的热敏电阻器及其应用。
背景技术
热敏电阻器是敏感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC),它们同属于半导体器件。其中,PTC加热元件就是利用恒温加热PTC热敏电阻恒温发热特性设计的加热元件.在中小功率加热场合,PTC加热元件具有恒温发热、无明火、热转换率高、受电源电压影响极小、自然寿命长等传统发热元件无法比拟的优势,在电热器具中的应用越来越受到研发工程师的青睐。它的工作原理为热敏电阻将长期处于不动作状态;当环境温度和电流处于c区时,热敏电阻的散热功率与发热功率接近,因而可能动作也可能不动作。热敏电阻在环境温度相同时,动作时间随着电流的增加而急剧缩短;热敏电阻在环境温度相对较高时具有更短的动作时间和较小的维持电流及动作电流。
热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件。现有技术中,常用的热敏电阻主要由半导体陶瓷材料组成,它具有以下特点:①灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上能检测出10-6℃的温度变化;②工作温度范围宽,常温器件适用于-55℃~315℃,高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达到2000℃),低温器件适用于-273℃~55℃;③体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度④使用方便,电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择;⑤易加工成复杂的形状,可大批量生产;⑥稳定性好、过载能力强。但现有技术中热敏电阻的线性度极差;元件易老化,稳定性较差;绝大多数热敏电阻的使用温度窄,仅适合0~150℃范围内工作。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了半导体陶瓷热敏电阻器,它具有良好的线性度,使用温度范围广,元件的稳定性好,使用寿命长,本发明还提供一种所述热敏电阻器在加热其上的应用。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:
一种线性度好的热敏电阻器,由以下重量份的物质组成:Ba1-xSrxTiO360~80份、Bi0.5M0.5TiO340~50份、SiO215~25份、Al2O320~25份、TiO280~100份、BaCO330~50份、Sb2O310~20份、Nb2O53~10份、Y2O35~8份、MnO20.1~5份,其中Ba1-xSrxTiO3中x的取值范围为0.05~0.09。
优选的,所述线性度好的热敏电阻器,由以下重量份的物质组成:Ba1-xSrxTiO365-70份、Bi0.5M0.5TiO342~45份、SiO218~22份、Al2O320~25份、TiO280~88份、BaCO340~45份、Sb2O312~15份、Nb2O55~8份、Y2O35~8份、MnO21.2~2.3份,其中Ba1-xSrxTiO3中x的取值范围为0.05~0.09。
优选的,所述线性度好的热敏电阻器,由以下重量份的物质组成:Ba1-xSrxTiO365份、Bi0.5M0.5TiO342份、SiO220份、Al2O320份、TiO285份、BaCO342份、Sb2O315份、Nb2O55份、Y2O35份、MnO21.5份,其中Ba1-xSrxTiO3中x的取值范围为0.05。
优选的,所述Bi0.5M0.5TiO3中M为La、Ce中的一种。
优选的,所述粘合剂为聚乙烯醇和聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种。
优选的,所述线性度好的热敏电阻器的制备方法,包括以下步骤:
(1)分别称取Ba1-xSrxTiO3、SiO2、Al2O3、TiO2、BaCO3、Sb2O3、Nb2O5、Y2O3置于磨罐中球磨4~8小时,形成球磨料,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料1与Bi0.5M0.5TiO3、MnO2混合均匀,放入球磨机中混磨15~24小时,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料2;
(2)将陶瓷粉末2在1120~1250℃下烧结2~3h,得到掺杂陶瓷粉末;
(3)在掺杂陶瓷粉末中加入有机溶剂和分散剂,球磨2~3h,然后加入粘结剂球磨2.5~3h,然后造粒、过筛,形成造粒料;
(4)将造粒料压制层试样,然后在惰性气体氛围中烧结,先以3℃/min升温至420~450℃,然后保温20~30min,再以5℃/min升温至1150~1300℃,烧结2~4h,最后随炉冷却至室温,得到预产物;
(5)将预产物取出清洗,在试样正反两面均匀涂覆欧姆接触铝电极浆料,在500~600℃的温度下烧10~15分钟,即得到线性度好的热敏电阻器。
本发明还提供一种线性度好的热敏电阻器的应用,所述热敏电阻器应用于电阻加热器、电磁加热器、红外加热器、油罐加热器以及太阳能加热器上。
本发明的有益效果:本发明以Ba1-xSrxTiO3为主晶相,提高了材料的居里温度,通过调整各物质的比例以烧结条件,使压敏电阻的电阻温度系数成线性关系,Y2O3、Sb2O3和Nb2O5作为施主掺杂剂,其阳离子能进入晶格中取代钛离子位置,实现了材料的半导体化,还具有抑制晶粒生长,细化晶粒的作用;加入SiO2、Al2O3和TiO2可以形成晶粒间的玻璃相,吸收有害杂质,固定导电通路,提高玻璃粉的热膨胀系数,有助于在温度升高过程中,玻璃粉的膨胀大于陶瓷功能粉的热膨胀,产生内应力,导致阻值增大,再加上导电相本身的线性PTC效应,两者综合会得到较高的TCR;二氧化锰可以使热敏电阻的线性系数提高;通过多次球磨细化晶粒,减小PTC陶瓷的晶粒尺寸;通过在惰性气体中烧结,能促进陶瓷材料的半导体化,且本发明采用传统固相法制备粉体,颗粒无团聚、填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单,反应条件容易控制,适合工厂大规模生产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
优选的,所述粘合剂为聚乙烯醇和聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种。
一种应用于电阻加热器、电磁加热器、红外加热器、油罐加热器以及太阳能加热器上热敏电阻器的制备方法,包括以下步骤:
(1)分别称取65份Ba0.95Sr0.5TiO3、20份SiO2、20份Al2O3、85份TiO2、42份BaCO3、15份Sb2O3、5份Nb2O5、5份Y2O3置于磨罐中球磨4小时,形成球磨料,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料1与42份Bi0.5La0.5TiO3、份MnO2混合均匀,放入球磨机中混磨15小时,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料2;
(2)将陶瓷粉末2在1120℃下烧结2h,得掺杂陶瓷粉末;
(3)在掺杂陶瓷粉末中加入有机溶剂和分散剂,球磨2~3h,然后加入聚乙烯醇和聚乙烯醇缩丁醛,球磨2.5~3h,然后造粒、过筛,形成造粒料;
(4)将造粒料压制层试样,然后在惰性气体氛围中烧结,先以3℃/min升温至420℃,然后保温30min,再以5℃/min升温至1150℃,烧结4h,最后随炉冷却至室温,得到预产物;
(5)将预产物取出清洗,在试样正反两面均匀涂覆欧姆接触铝电极浆料,在500~600℃的温度下烧10~15分钟,即得到线性度好的热敏电阻器。
实施例2:
一种应用于电阻加热器、电磁加热器、红外加热器、油罐加热器以及太阳能加热器上热敏电阻器的制备方法,包括以下步骤:
(1)分别称取60份Ba0.05Sr0.95TiO3、22份SiO2、25份Al2O3、80份TiO2、30份BaCO3、10份Sb2O3、3份Nb2O5、5份Y2O3置于磨罐中球磨6小时,形成球磨料,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料1与42份Bi0.5La0.5TiO3、1.2份MnO2混合均匀,放入球磨机中混磨18小时,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料2;
(2)将陶瓷粉末2在1150℃下烧结2.5h,得掺杂陶瓷粉末;
(3)在掺杂陶瓷粉末中加入有机溶剂和分散剂,球磨2~3h,然后加入聚乙烯醇,球磨2.5~3h,然后造粒、过筛,形成造粒料;
(4)将造粒料压制层试样,然后在惰性气体氛围中烧结,先以3℃/min升温至420℃,然后保温25min,再以5℃/min升温至1200℃,烧结3h,最后随炉冷却至室温,得到预产物;
(5)将预产物取出清洗,在试样正反两面均匀涂覆欧姆接触铝电极浆料,在500~600℃的温度下烧10~15分钟,即得到线性度好的热敏电阻器。
实施例3:
一种应用于电阻加热器、电磁加热器、红外加热器、油罐加热器以及太阳能加热器上热敏电阻器的制备方法,包括以下步骤:
(1)分别称取70份Ba0.09Sr0.91TiO3、25份SiO2、20份Al2O3、100份TiO2、50份BaCO3、15份Sb2O3、5份Nb2O5、8份Y2O3置于磨罐中球磨8小时,形成球磨料,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料1与50份Bi0.5Ce0.5TiO3、0.1份MnO2混合均匀,放入球磨机中混磨24小时,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料2;
(2)将陶瓷粉末2在1200℃下烧结2.5h,得掺杂陶瓷粉末;
(3)在掺杂陶瓷粉末中加入有机溶剂和分散剂,球磨2~3h,然后加入聚乙烯醇缩丁醛球磨2.5~3h,然后造粒、过筛,形成造粒料;
(4)将造粒料压制层试样,然后在惰性气体氛围中烧结,先以3℃/min升温至420℃,然后保温20min,再以5℃/min升温至1250℃,烧结3h,最后随炉冷却至室温,得到预产物;
(5)将预产物取出清洗,在试样正反两面均匀涂覆欧姆接触铝电极浆料,在500~600℃的温度下烧10~15分钟,即得到线性度好的热敏电阻器。
实施例4:
一种应用于电阻加热器、电磁加热器、红外加热器、油罐加热器以及太阳能加热器上热敏电阻器的制备方法,包括以下步骤:
(1)分别称取80份Ba0.06Sr0.94TiO3、15份SiO2、20份Al2O3、88份TiO2、40份BaCO3、12份Sb2O3、10份Nb2O5、5份Y2O3置于磨罐中球磨6小时,形成球磨料,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料1与40份Bi0.5Ce0.5TiO3、5份MnO2混合均匀,放入球磨机中混磨20小时,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料2;
(2)将陶瓷粉末2在1200℃下烧结3h,得掺杂陶瓷粉末;
(3)在掺杂陶瓷粉末中加入有机溶剂和分散剂,球磨2~3h,然后加入聚乙烯醇缩丁醛球磨2.5~3h,然后造粒、过筛,形成造粒料;
(4)将造粒料压制层试样,然后在惰性气体氛围中烧结,先以3℃/min升温至450℃,然后保温30min,再以5℃/min升温至1250℃,烧结2.5h,最后随炉冷却至室温,得到预产物;
(5)将预产物取出清洗,在试样正反两面均匀涂覆欧姆接触铝电极浆料,在500~600℃的温度下烧10~15分钟,即得到线性度好的热敏电阻器。
实施例5:
一种应用于电阻加热器、电磁加热器、红外加热器、油罐加热器以及太阳能加热器上热敏电阻器的制备方法,包括以下步骤:
(1)分别称取65份Ba0.08Sr0.92TiO3、18份SiO2、25份Al2O3、80份TiO2、45份BaCO3、20份Sb2O3、8份Nb2O5、8份Y2O3置于磨罐中球磨8小时,形成球磨料,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料1与45份Bi0.5Ce0.5TiO3、2.3份MnO2混合均匀,放入球磨机中混磨18小时,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料2;
(2)将陶瓷粉末2在1250℃下烧结3h,得掺杂陶瓷粉末;
(3)在掺杂陶瓷粉末中加入有机溶剂和分散剂,球磨2~3h,然后加入份粘结剂球磨2.5~3h,然后造粒、过筛,形成造粒料;
(4)将造粒料压制层试样,然后在惰性气体氛围中烧结,先以3℃/min升温至450℃,然后保温20min,再以5℃/min升温至1300℃,烧结2h,最后随炉冷却至室温,得到预产物;
(5)将预产物取出清洗,在试样正反两面均匀涂覆欧姆接触铝电极浆料,在500~600℃的温度下烧10~15分钟,即得到线性度好的热敏电阻器。
综上,本发明实施例具有如下有益效果:本发明提供的半导体陶瓷热敏电阻器,它具有良好的线性度,使用温度范围广,元件的稳定性好,使用寿命长。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种线性度好的热敏电阻器,其特征在于,由以下重量份的原料组成:Ba1-xSrxTiO360~80份、Bi0.5M0.5TiO3 40~50份、SiO2 15~25份、Al2O3 20~25份、TiO2 80~100份、BaCO330~50份、Sb2O3 10~20份、Nb2O5 3~10份、Y2O3 5~8份、MnO2 0.1~5份,其中Ba1-xSrxTiO3中x的取值范围为0.05~0.09;
其中,所述Bi0.5M0.5TiO3中M为La、Ce中的一种。
2.如权利要求1所述的线性度好的热敏电阻器,其特征在于,由以下重量份的原料组成:Ba1-xSrxTiO3 65-70份、Bi0.5M0.5TiO3 42~45份、SiO2 18~22份、Al2O3 20~25份、TiO280~88份、BaCO3 40~45份、Sb2O3 12~15份、Nb2O5 5~8份、Y2O3 5~8份、MnO2 1.2~2.3份,其中Ba1-xSrxTiO3中x的取值范围为0.05~0.09。
3.如权利要求2所述的线性度好的热敏电阻器,其特征在于,由以下重量份的原料组成:Ba1-xSrxTiO3 65份、Bi0.5M0.5TiO3 42份、SiO2 20份、Al2O3 20份、TiO2 85份、BaCO3 42份、Sb2O3 15份、Nb2O5 5份、Y2O3 5份、MnO2 1.5份,其中Ba1-xSrxTiO3中x的取值范围为0.05。
4.如权利要求3所述的线性度好的热敏电阻器,所述线性度好的热敏电阻器的制备方法,包括以下步骤:
(1)分别称取Ba1-xSrxTiO3、SiO2、Al2O3、TiO2、BaCO3、Sb2O3、Nb2O5、Y2O3置于磨罐中球磨4~8小时,形成球磨料,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料1与Bi0.5M0.5TiO3、MnO2混合均匀,放入球磨机中混磨15~24小时,然后在80~100℃下烘干,形成陶瓷粉料2;
(2)将陶瓷粉末2在1120~1250℃下烧结2~3h,得掺杂陶瓷粉末;
(3)在掺杂陶瓷粉末中加入有机溶剂和分散剂,球磨2~3h,然后加入粘结剂球磨2.5~3h,然后造粒、过筛,形成造粒料;
(4)将造粒料压制层试样,然后在惰性气体氛围中烧结,先以3℃/min升温至420~450℃,然后保温20~30min,再以5℃/min升温至1150~1300℃,烧结2~4h,最后随炉冷却至室温,得到预产物;
(5)将预产物取出清洗,在试样正反两面均匀涂覆欧姆接触铝电极浆料,在500~600℃的温度下烧10~15分钟,即得到线性度好的热敏电阻器。
5.如权利要求4所述的线性度好的热敏电阻器,所述粘结剂为聚乙烯醇和聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种。
6.一种如权利要求1~5任一所述的线性度好的热敏电阻器的应用,其特征在于,所述热敏电阻器应用于电阻加热器、电磁加热器、红外加热器、油罐加热器以及太阳能加热器上。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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