DD295941A5 - METHOD FOR PRODUCING SINTER CERAMICS FOR THERMISTORS INCREASED SENSITIVITY AND STABILITY - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Thermistoren hoher Empfindlichkeit beschrieben. Bisher bekannte technische Loesungen gehen von halbleitenden Oxiden der UEbergangselemente und deren Kombinationen in Spinellen und Perovskiten aus. Derartige mehrphasige Systeme verlangen eine differenziert angepaszte Reaktionsfuehrung, so dasz ein hinreichend eng toleriertes Sortiment von langzeitstabilen Thermistoren nur durch verschiedene Formen thermischer und elektrischer Nachbehandlung sowie durch Klassieren und Vereinzeln erhaeltlich ist. Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch den Einbau von Magnesiumoxid anstelle von Manganoxid im Nickel-Manganoxid-Spinellsystem dem Zerfall in verschiedene halbleitende Oxidphasen bei Unterschreiten einer bestimmten Temperatur an der Luft entgegenzuwirken und bei der Zusammensetzung Mg5/6NiMn7/6O4 eine vollstaendige thermische Stabilitaet zu erreichen. Die im Prozesz des Sinterns bei 1 000 bis 1 050C entstehende Sauerstoffabspaltung und der damit verbundene Zerfall in verschiedene Phasen erweist sich unter der Voraussetzung einer hinreichenden Porositaet der Keramik als umkehrbar beim Tempern im Bereich 600 bis 700C. Dabei wird zugleich die B-Konstante zwecks Steigerung der Empfindlichkeit erhoeht, ohne dasz der spezifische Widerstand gleichzeitig in unvorteilhafter Weise zunimmt.{Thermistoren erhoehter Empfindlichkeit; einheitliches Gefuege; Magnesium; Nickel-Manganoxid-Spinellsystem; hohe B-Konstante; thermodynamisch stabile Phase}A process for the production of high sensitivity thermistors is described. Previously known technical solutions are based on semiconducting oxides of the transition elements and their combinations in spinels and perovskites. Such multiphase systems require a differentiated adapted reaction regime, so that a sufficiently narrowly tolerated assortment of long-term stable thermistors can only be obtained by various forms of thermal and electrical aftertreatment as well as by classifying and separating. The aim of the invention is to counteract the decomposition into different semiconducting oxide phases when the temperature falls below a certain temperature in the air by incorporation of magnesium oxide instead of manganese oxide in the nickel-manganese oxide spinel system and in the composition Mg5 / 6NiMn7 / 6O4 a complete thermal stability to reach. The decomposition of oxygen formed in the process of sintering at 1 000 to 1 050C and the associated decomposition into different phases proves to be reversible during annealing in the range 600 to 700 ° C, assuming sufficient porosity of the ceramic. At the same time, the B constant is increased to increase the sensitivity, without the resistivity simultaneously increasing unfavorably. uniform structure; Magnesium; Nickel-manganese-spinell; high B-constant; thermodynamically stable phase}
Description
Darlegung dos Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Dar Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den Anwendungszwock als Thermistoren geeignete Halbleiterkeramiken, bestehond aus einer einheitlichen und thermodynamisch möglichst stabilen Phase, auf der Basis des Nickel-Manganoxid-Sp!' -jllsystoms herzustellen.The invention is based on the object, for the Anwendungszwock as thermistors suitable semiconductor ceramics, consisting of a uniform and thermodynamically stable as possible phase, based on the nickel-manganese oxide Sp! ' to produce -jllsystoms.
Erfindungsgomäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß durch Lösung von Magnesiumcarbonat, Nickelcarbonat und Mangancarbonat In Essigsäure, Zusetzen von Oxalsäure Im geringen Überschuß und Eindampfen OxalatmischkristalleErfindungsgomäß the object is achieved in that by dissolving magnesium carbonate, nickel carbonate and manganese carbonate in acetic acid, adding oxalic acid in a slight excess and evaporation oxalate mixed crystals
MgxNIyMn3-„-Y(C2O4)3 · 6H2OMg x NIyMn 3 - "- Y (C 2 O 4 ) 3 .6H 2 O
1,27b; O S χ S 1)1,27b; O S χ S 1)
hergestellt weiden, deren Zersetzung durch stufenweises Erhitzen auf 65O0C unter Sauerstoff zu einheitlichen Spinellphasen führt, die als sinteraktivn Pulver mit einer spezifischen Oberfläche von etwa 1OmVg anfallen.produced whose precipitation by stepwise heating to 65O 0 C under oxygen leads to uniform spinel phases, which occur as sinteraktivaktivn powder with a specific surface area of about 10mVg.
MgxNiyMn3 - „ - y(C2O4)3 · 6H2O + γ O2 Mg x Ni y Mn 3 - "- y (C 2 O 4 ) 3 · 6H 2 O + γ O 2
MgKNiyM n3 _ χ _ YO4 + 3 CO2 + 3 CO + 6 H2OMg K Ni y M n 3 _ χ _ Y O 4 + 3 CO 2 + 3 CO + 6 H 2 O
Die Nickelkationen werden auf den Tetraederplätzen schrittweise durch Magnesiumkationen ersetzt, wodurch sie auf die für sie energetisch günstigeren Oktaederplätze ausweichen können, was in Verbindung mit der Bildung von Mangan(IV)-Kationen eine Stabilisierung der Spinellphase verursacht. Zugleich wird auf Grund des gegenüber Nickel(ll) geringeren Wirkungsradius der Magnesiumionen auf den Tetraederplätzen eine trigonaln Deformation der Mangan-Sauerstoffoktaeder induziert, womit eine Erhöhung der B-Konstante verbunden ist. Beispielsweise lassen sich die Spinelle mit y = 1 und χ = 1/3,2/3,5/6,1 auf diesem Wege darstellen. Die erhaltenen Pulver mit erhöhter Sinteraktivität ergeben nach dem Zumischen des Sinterhilfsmittels, Preßformgebung von Tabletten und Sintern bei 1000 bis 10500C in Sauerstoffatmosphäre ein zunächst uneinheitliches Gefüge innig vermischter Phasen, da bei der Sintertemperatur unter Sauerstoffabspaltung eine Zersetzung der Spinellphase stattfindet. Das Gefüge weist noch eine hinreichende Porosität auf, um in einer sich anschließenden Stufe des Temperns bei 65O0C Sauerstoff aufzunehmen und die einheitliche Spinellphase rückzubilden.The nickel cations are gradually replaced by magnesium cations at the tetrahedral sites, allowing them to escape to the more energy-efficient octahedral sites, which, in conjunction with the formation of manganese (IV) cations, stabilizes the spinel phase. At the same time, a trigonal deformation of the manganese oxygen octahedra is induced on the tetrahedral sites due to the lower radius of action of the magnesium ions compared with nickel (II), which is associated with an increase in the B constant. For example, the spinels can be represented by y = 1 and χ = 1 / 3.2 / 3.5 / 6.1 in this way. The resulting powder with increased sintering activity after mixing the sintering aid, compression molding of tablets and sintering at 1000 to 1050 0 C in an oxygen atmosphere initially an inconsistent structure intimately mixed phases, since at the sintering temperature with elimination of oxygen, a decomposition of the spinel takes place. The microstructure still has sufficient porosity to take up oxygen in a subsequent annealing step at 65O 0 C and to rebuild the uniform spinel phase.
NiMn2O4 (y = 1, χ = 0) unterliegt unterhalb 72O0C an Luft der Zersetzung in NiMnO3 und 0-Mn2O3. Der Spinell Mgi/3NiMn6/3O.i (y = 1,x= 1/3) erweist sich bei 65O0C unter einer Sauerstoffatmosphäre beim längeren Tempern als instabil, obwohl die Verbindung bei dieser Temperatur im Ergebnis der Zersetzung der Oxalatmischkristalle zunächst gebildet wird. Als Zersetzungsprodukte wurden NiMnO3, eine tetragonale MgMn2O4- und eine offenbar Mg-reichere kubische Spinellphase festgestellt. Der Spinell Mg2/3NiMn4/304 (x = 2/3, y = 1)ist dagegen bei 65O0C langzeitstabil, bei 450"C tritt jedoch gleichfalls langsam oxydative Zersetzung ein. Für den Spinell Mg6Z6NiMn7Z6O4 (x = 5/6, y = 1) konnte bei Langzeittemperaturen bei 45O0C und tiefererTemperatur ein Zerfall in mehrere Phasen nicht beobachtet werden und in gleicherweise erweist sich MgNiMnO4 als eine thermodynamisch stabile Spinellphase.NiMn 2 O 4 (y = 1, χ = 0) is subject below 72O 0 C in air of decomposition in NiMnO 3 and 0-Mn 2 O 3 . The spinel Mgi / 3 NiMn 6/3 Oi (y = 1, x = 1/3) turns out to 65O 0 C under an oxygen atmosphere during prolonged tempering to be unstable, although the connection initially formed at this temperature as a result of decomposition of the Oxalatmischkristalle becomes. The decomposition products were found to be NiMnO 3 , a tetragonal MgMn 2 O 4 and an apparently Mg-richer cubic spinel phase. The spinel Mg 2/3 NiMn 4/3 0 4 (x = 2/3, y = 1), on the other hand, is stable for a long time at 65O 0 C, but oxidative decomposition also occurs slowly at 450 "C. For the spinel Mg 6 Z 6 NiMn 7 Z 6 O 4 (x = 5/6, y = 1) could not be observed to decompose into several phases at long-term temperatures at 45O 0 C and lower temperatures, and similarly MgNiMnO 4 turns out to be a thermodynamically stable spinel phase.
Dem durch zunehmenden Einbau von Magnesium erreichten Vorteil der Bildung einer gegenüber thermischer Belastung stabilen Spinellphase steht als Nachteil die Abspaltung von Sauerstoff gegenüber, die sich infolge der mit dem Magnesiumgehalt anwachsenden Konzentrationen an Mangan(IV) im Spinellgitter nach um so tieferen Temperaturen verlagert, je höher der Magnesium- bzw. Mangan(IV)-Gehalt ist. Dadurch kommt bei der Sintertemperatur eine zunehmende Phaseninhomogenität zustande, die nur im Fall einer hinreichenden Porosität der Keramik rückgängig gemacht werden kann, indem die Spinellphase unter Sauerstoffaufnahme erneut entsteht.The advantage achieved by increasing the incorporation of magnesium to form a spinel phase which is stable with respect to thermal stress is counteracted by the elimination of oxygen which, as a result of the magnesium content of the manganese (IV) in the spinel lattice, shifts to lower temperatures the higher it is the magnesium or manganese (IV) content is. As a result, an increasing phase inhomogeneity occurs at the sintering temperature, which can only be reversed in the case of a sufficient porosity of the ceramic by re-forming the spinel phase with oxygen uptake.
AusführungsbelspleleAusführungsbelsplele
In der Tabelle sind Beispiele der erfindungsgemäßen Sinterkeramik für Thermistoren erhöhter Empfindlichkeit angegeben.The table shows examples of sintered ceramics according to the invention for thermistors of increased sensitivity.
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DD34207490A DD295941A5 (en) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | METHOD FOR PRODUCING SINTER CERAMICS FOR THERMISTORS INCREASED SENSITIVITY AND STABILITY |
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DD (1) | DD295941A5 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993022255A1 (en) * | 1992-04-24 | 1993-11-11 | Siemens Matsushita Components Gmbh & Co. Kg | Sintered-ceramic material for high-stability thermistors, and a method of producing the material |
EP0638910A2 (en) * | 1993-08-13 | 1995-02-15 | SIEMENS MATSUSHITA COMPONENTS GmbH & CO. KG | Sintered ceramic for stable high temperature-thermistors and their method of manufacture |
-
1990
- 1990-06-26 DD DD34207490A patent/DD295941A5/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1993022255A1 (en) * | 1992-04-24 | 1993-11-11 | Siemens Matsushita Components Gmbh & Co. Kg | Sintered-ceramic material for high-stability thermistors, and a method of producing the material |
EP0638910A2 (en) * | 1993-08-13 | 1995-02-15 | SIEMENS MATSUSHITA COMPONENTS GmbH & CO. KG | Sintered ceramic for stable high temperature-thermistors and their method of manufacture |
EP0638910A3 (en) * | 1993-08-13 | 1997-01-08 | Siemens Matsushita Components | Sintered ceramic for stable high temperature-thermistors and their method of manufacture. |
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