CN109095895B - 一种适用于高温测温的负温度系数热敏材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于高温测温的负温度系数热敏材料及其制备方法。所述负温度系数热敏材料的化学通式为Ba(Co0.5Nb0.5)1‑x FexO3，其中，0＜x＜0.40。该负温度系数热敏材料的制备方法为：根据化学通式Ba(Co0.5Nb0.5)1‑x FexO3，0＜x＜0.40进行配料，将各原料化合物混合均匀，所得混合物料经焙烧、成型、烧结，即得到所述的适用于高温测温的负温度系数热敏材料。本发明所述负温度系数热敏材料的室温电阻率在3‑6000KΩ·cm范围内可调节，其工作温度区间不低于500℃(工作温度区间为室温至500℃)。

Description

一种适用于高温测温的负温度系数热敏材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种负温度系数热敏材料，具体涉及一种适用于高温测温的负温度系数热敏材料及其制备方法。
背景技术
NTCR(负温度系数热敏电阻)在温度测量、抑制浪涌电流和温度补偿方面有广泛的应用。目前，大部分应用于实际的NTCR陶瓷材料均为尖晶石结构，而此结构在高于200℃时表现出不稳定特性，因而限制了尖晶石结构材料的高温应用。
本发明人之前申请的公开号CN101693617A为的发明专利，公开了一种室温电阻率高且工作温度区间较宽的以BaTiO3为基础相的负温度系数材料，该材料的温度系数B值为1910K，室温电阻率为102KΩ·cm，工作温度区间不低于400℃。在将负温度系数材料应用于低压及小型化器件时，要求其室温电阻率尽量低，虽然上述材料的工作温度较高，但其电阻率也较高，因而限制了其在高温测温中的实际应用。可见，发展高温新型的负温度系数陶瓷具有重要的意义。
目前尚未见有以钴铌酸钡(BaCo0.5Nb0.5O3)为基础相的适用于高温测温的负温度系数热敏材料的相关报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种室温电阻率可调且工作温度区间更宽的适用于高温测温的负温度系数热敏材料及其制备方法。
本发明所述的适用于高温测温的负温度系数热敏材料，其化学通式为Ba(Co0.5Nb0.5)1-x FexO3，其中，0＜x＜0.40。
本发明所述适用于高温测温的负温度系数热敏材料可采用现有常规方法进行制备，优选按以下方法制备：
根据化学通式Ba(Co0.5Nb0.5)1-x FexO3，0＜x＜0.40进行配料，将各原料化合物混合均匀，所得混合物料经焙烧、成型、烧结，即得到所述的适用于高温测温的负温度系数热敏材料。
上述制备方法中，在配料时，优选是根据化学通式Ba(Co0.5Nb0.5)1-x FexO3，0＜x＜0.40，将其中的Ba、Co、Nb和Fe元素按其摩尔比分别换算成原料化合物BaCO3、Co2O3、Nb2O5和Fe2O3的质量比进行配料。可采用现有常规方法实现各原料化合物的混合均匀，通常采用球磨的方法使它们混合均匀，球磨可采用湿法球磨或干法球磨。当采用湿法球磨时，球(具体可以是玛瑙球)、料(各原料化合物的总和)、水(优选为去离子水)的质量比优选为1：1：2，球磨的时间优选为2-10h。球磨完成后进行干燥后再进行后续操作。采用干法球磨时的球料比优选为1：1。
上述制备方法中，所述的焙烧、成型、烧结操作与现有技术相同，具体的：
所述焙烧优选在950-1050℃条件下进行，时间为3-5h；
所述成型优选采用干压成型，成型压力为150-250MPa，对于成型所得试样的规格可根据需要进行确定，通常的规格为直径18mm，厚度为1.5-3.0mm；
所述烧结优选在1200-1500℃条件下进行，时间为1-4h。
上述制备方法中，为了进一步避免成型所得试样出现空洞、边角不够致密等现象，优选是将混合物料在焙烧之后，先进行造粒操作，再将所得颗粒料进行成型操作。所述造粒按现有常规方法进行，具体是将混合物料与1-3wt％的聚乙烯醇溶液按1：0.03-0.05的质量比混合均匀置于造粒设备中进行造粒。
与现有技术相比，本发明提供了一种向基础相钴铌酸钡(BaCo0.5Nb0.5O3)掺杂Fe2O3得到的负温度系数热敏材料，通过改变Fe2O3的掺杂量实现所得材料室温电阻率在3-6000KΩ·cm范围内的可控调节，并使所得材料的工作温度区间不低于500℃(工作温度区间为室温至500℃)。
附图说明
图1为本发明实施例3制得的负温度系数热敏材料的电阻率温度曲线，其中横坐标为温度单位为℃，纵坐标为室温电阻率，单位为KΩ·cm。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述，以更好地理解本发明的内容，但本发明并不限于以下实施例。
以下各实施例中所用原料均为分析纯原料。
实施例1
以BaCO3、Co2O3、Nb2O5和Fe2O3为原料合成Ba(Co0.5Nb0.5)0.95Fe0.05O3。
制备方法：
1)根据化学式Ba(Co0.5Nb0.5)0.95Fe0.05O3，BaCO3、Co2O3、Nb2O5和Fe2O3为原料化合物进行配料，以球、料、去离子水1：1：2的质量比分别将玛瑙球、各原料化合物和去离子水加入到球磨罐中，球磨8小时，干燥，得到混合物料；
2)所得混合物料置于1000℃条件下焙烧，时间为4h；
3)在焙烧所得物料中加入2wt％的聚乙烯醇溶液，混合物烘干后置于造粒机中进行造粒，然后过60目筛，收集筛下物；
4)所得筛下物置于模具中于200MPa条件下干压成型，样品的直径15mm，厚度为1.5mm；
5)所得样品置于1300℃、空气气氛下烧结2h、随炉冷却，即得到所述的适用于高温测温的负温度系数热敏材料。
实施例2
以BaCO3、Co2O3、Nb2O5和Fe2O3为原料合成Ba(Co0.5Nb0.5)0.90Fe0.10O3。
制备方法：
根据化学式Ba(Co0.5Nb0.5)0.90Fe0.10O3配料，烧结温度为1320℃，其它步骤与实施例1相同。
实施例3
以BaCO3、Co2O3、Nb2O5和Fe2O3为原料合成Ba(Co0.5Nb0.5)0.85Fe0.15O3。
制备方法：
根据化学式Ba(Co0.5Nb0.5)0.85Fe0.15O3配料，烧结温度为1300℃，其它步骤与实施例1相同。
实施例4
以BaCO3、Co2O3、Nb2O5和Fe2O3为原料合成Ba(Co0.5Nb0.5)0.80Fe0.20O3。
制备方法：
根据化学式Ba(Co0.5Nb0.5)0.80Fe0.20O3配料，烧结温度为1300℃，其它步骤与实施例1相同。
实施例5
以BaCO3、Co2O3、Nb2O5和Fe2O3为原料合成Ba(Co0.5Nb0.5)0.75Fe0.25O3。
制备方法：
根据化学式Ba(Co0.5Nb0.5)0.75Fe0.25O3配料，烧结温度为1300℃，其它步骤与实施例1相同。
实施例6
以BaCO3、Co2O3、Nb2O5和Fe2O3为原料合成Ba(Co0.5Nb0.5)0.70Fe0.30O3。
制备方法：
根据化学式Ba(Co0.5Nb0.5)0.70Fe0.30O3配料，烧结温度为1300℃，其它步骤与实施例1相同。
实施例7
以BaCO3、Co2O3、Nb2O5和Fe2O3为原料合成Ba(Co0.5Nb0.5)0.65Fe0.35O3。
制备方法：
根据化学式Ba(Co0.5Nb0.5)0.65Fe0.35O3配料，烧结温度为1300℃，其它步骤与实施例1相同。
分别在上述各实施例所得负温度系数热敏材料的上、下表面用丝网印刷低温银电极浆料，烘干，然后再升温至600℃，保温15min，空气中冷却，分别得到各实施例对应的电极。对所得各电极的电性能进行检测，结果如下述表1所示，其中实施例3所得的材料的电阻率温度曲线如图1所示。
表1：
实施例 1 2 3 4 5 6 7
室温电阻率/KΩ·cm 3.2 6.9 15.3 87 817 1175 6584
B值/k 1753 1933 2754 3473 4200 4543 4980

Claims (6)

1.一种适用于高温测温的负温度系数热敏材料的制备方法，其特征在于：根据化学通式Ba (Co0.5Nb0.5)1-x FexO3，0.05≤x≤0.20进行配料，将各原料化合物混合均匀，所得混合物料经焙烧、成型、烧结，即得到所述的适用于高温测温的负温度系数热敏材料；其中，所述焙烧在950-1050℃条件下进行，时间为3-5h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：根据化学通式Ba (Co0.5Nb0.5)1-x FexO3，0.05≤x≤0.20，将其中的Ba、Co、Nb和Fe元素按其摩尔比分别换算成原料化合物BaCO3、Co2O3、Nb2O5和Fe2O3的质量比进行配料。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述成型采用干压成型，成型压力为150-250MPa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述烧结在1200-1500℃条件下进行，时间为1-4h。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述混合物料在焙烧之后，先进行造粒，所得颗粒料再进行成型操作。
6.一种通过权利要求1-5中任一项制备方法制备得到的适用于高温测温的负温度系数热敏材料。
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