KR20200049100A - Ntc 서미스터용 소결체 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 예는 Fe, Cu, Mn, Co 및 Ni의 금속 산화물이 소정의 몰 비로 조성되고, 소정의 열처리 온도 프로파일 조건을 통해 소결된 NTC 서미스터용 소결체를 제공한다. 본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체는 안정적인 입방 구조를 결정을 가지며, 미세조직의 금속 원소가 상 분리 없이 균일하게 분포하고, 비저항 값과 B 정수 값의 적절한 수준에서 양립한다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체는 고가의 Co 및 Mn 일부가 비교적 가격이 저렴한 Fe 및 Cu로 대체되기 때문에 상업적 관점에서 경쟁력을 가진다. 따라서, 본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 후 가공을 통해 제조된 NTC 서미스터 소자 칩은 배터리팩 온도감지 센서 등 다양한 분야에서 사용될 수 있다.

Description

NTC 서미스터용 소결체 및 이의 제조방법{Sintered pellet for NTC thermistor and manufacturing method of the same}
본 발명은 NTC 서미스터 용도로 사용될 수 있는 소결체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 적절한 비저항과 B 상수 값을 보이며 균일한 상으로 이루어진 NTC 서미스터용 소결체 및 금속 산화물 조성과 소결 온도 프로파일 등을 통해 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
전기자동차 운행시 가장 중요한 배터리 관리 시스템의 최적화를 위해서는 자동차용 배터리팩의 안정적인 온도 유지가 필요하다. 기 자동차 배터리팩 안의 온도 분포와 충전 또는 방전에 필요한 요구조건에 따라, BMS(Battery management system)는 가열을 해야 할지 또는 냉각을 해야 할지를 결정하고 실시한다. 따라서 전기자동차에서 배터리팩의 온도관리는 전체 배터리관리 시스템의 정밀제어에 가장 중요한 인자가 되며, 이러한 배터리팩의 온도측정의 정밀성에 문제가 발생할 경우 전기자동차의 주행거리, 안정성과 내구수명에 치명적인 영향을 줄 수 있다.
전기자동차에서 해결되어야 할 기술적인 과제는 과열 혹은 혹한기에 대한 대응책이다. 특히 추운 지방에서의 전기자동차의 운행은 주행가능 거리의 감소, 주차 중 충전 능력의 부족, 그리고 주행 중 난방 필요성 등의 난관을 극복해야 한다. 실제로 전기자동차가 -7℃에서 운행하면 +20℃에서 운행할 때보다 주행가능 거리가 30%이상 감소된다.
일반적인 자동차용 온도 센서로는 구조가 간단하여 소형화가 가능하며, 온도 계수가 커서 감도가 좋고 응답성이 빨라 급속한 온도 변화에 대응할 수 있고, 무 접점이므로 신뢰성이 높고 경시 변화가 적으며, 기계적 강도와 가공성이 우수한 NTC 서미스터(Negative temperature coefficient Thermistor)가 주로 많이 사용되고 있다. NTC 서미스터란 온도가 상승함에 따라 전기저항이 지수 함수적으로 감소하는 음의 온도계수를 가진 전자회로용 소자를 의미한다. NTC 서미스터는 사용 범위가 -50 ~ 500℃로 일상적인 온도 조절을 필요로 하는 모든 범위에 응용되며, 또한 소형으로 값이 저렴하고 고감도이므로 산업 전반의 온도 센서 및 온도 보상용으로 대량 사용되고 있다.
현재 상업적인 NTC 서미스터는 Mn, Co, Ni 등의 전이금속 산화물을 을 적당한 비율로 혼합하여 소결한 것으로, 대부분 MnO-CoO-NiO계 스피넬형 구조를 가지는 소결체이다.
현재, NTC 서미스터로 재료로 광범위하게 사용되고 있는 NiMn2O4계 스피넬 결정상 구조는 재료 자체의 소결 특성이 좋지 않아 1,300℃ 이상 고온에서의 열처리 공정(소결 공정)이 수반된다. 고온 소결 공정은 에너지가 많이 소요될 뿐만 아니라, 고온 소결(1,300℃ 이상) 공정 때문에 유리나 고분자와 같이 고온에서 변형, 용융이 발생하는 기판의 경우나, NTC 조성과 고온에서 반응을 쉽게 하는 재료를 사용한 기판의 경우에는 사용이 제한된다. 따라서, 보다 낮은 온도의 소결 공정으로 최적의 NTC 서미스터를 제조할 수 있는 방법이 요구된다. 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0148127호에는 NTC 서미스터로 재료를 겔 상태의 반죽으로 형성하고 스프레이 드라이 장비 내에서 겔 상태의 반죽을 분무 건조시켜서 결정립이 균일한 미분말체를 형성한 후 미분말체를 성형하여 NTC 서미스터 소자 칩용 웨이퍼를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
한편, 일반적으로 NTC 서미스터의 비저항과 B 정수 값의 관계에서, 높은 비저항 값을 가지는 재료의 경우 높은 B 정수 값을 가지고, 반대로 낮은 비저항 값을 가지는 재료는 낮은 B 정수 값을 가진다. 이러한 비저항과 B 정수의 특성은 낮은 비저항 값과 높은 B 정수 값을 요구하는 NTC 서미스터 재료 및 부품 개발에 문제가 되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 비저항 값과 B 정수 값이 적정 범위에서 양립하는 NTC 서미스터를 개발하는 것이 필요하다.
또한, 상업적 관점에서 고가의 Co 및 Mn을 비교적 가격이 저렴한 재료로 대체하면서 등가 또는 더 향상된 NTC 서미스터 소재를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 종래의 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 적절한 비저항과 B 상수 값을 보이며 균일한 상으로 이루어진 NTC 서미스터용 소결체를 제공하는데에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 NTC 서미스터용 소결체의 제조방법을 제공하는데에 있다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 예는 하기 식으로 표시되는 조성을 가진 NTC 서미스터용 소결체를 제공한다.
(FexCuyMnzCopNiq)O4
상기 식에서 0.2≤x≤0.8, 0.01≤y≤0.05, 1.6-X≤Z≤2.0-X, 0.7≤P≤1.1, 0.1≤Q≤0.5, x+y+z+p+q=3의 조건을 만족한다.
본 발명의 바람직한 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체는 비저항 값과 B 정수 값의 적절한 양립을 위해 하기 식으로 표시되는 조성을 가진다.
(FexCu0.02Mn1.78-xCo0.9Ni0.3)O4
상기 식에서 0.2≤x≤0.4의 조건을 만족한다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체는 바람직하게는 입방구조(Cubic structure)를 가진다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체는 바람직하게는 25℃에서의 비저항 값이 10~15 ㏀·㎝의 범위를 가진다. 또한, 또한, 본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체는 바람직하게는 B25℃ /85℃ 정수 값이 3300~3500 K의 범위를 가진다.
상기 B 정수는 온도 변화에 따른 전기저항의 민감도를 나타내는 것으로서, 하기의 수식을 통해 계산된다.
Figure pat00001
상기 수식에서 R298은 298K(또는 25℃)에서의 시편 저항을 나타내고, R358은 358K(또는 85℃)에서의 시편 저항을 나타내며, T는 절대 온도이다.
상기 목적을 해결하기 위하여 본 발명의 일 예는 산화철(Fe2O3) 분말, 산화구리(CuO) 분말, 산화망간(Mn2O3) 분말, 산화코발트(Co3O4) 분말 및 산화니켈(NiO) 분말을 혼합하여 제1 혼합물을 수득하는 단계; 상기 제1 혼합물에 고분자 결착제를 첨가하고 혼합하여 제2 혼합물을 수득하는 단계; 상기 제2 혼합물을 프레스 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 및 상기 성형체를 1180℃ 초과 내지 1240℃ 미만의 온도에서 8 hr 내지 12 hr 동안 유지하는 온도 프로파일 조건으로 열처리하여 하기의 조성을 가진 소결체를 형성하는 단계를 포함하는 NTC 서미스터용 소결체의 제조방법을 제공한다.
(FexCuyMnzCopNiq)O4
상기 식에서 0.2≤x≤0.8, 0.01≤y≤0.05, 1.6-X≤Z≤2.0-X, 0.7≤P≤1.1, 0.1≤Q≤0.5, x+y+z+p+q=3의 조건을 만족한다.
본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 제조방법에서 상기 제1 혼합물을 구성하는 금속 산화물 분말은 고분자 결착제와의 균일한 혼합 또는 원활한 성형 등을 고려할 때 입도가 200㎛ 이하(예를 들어, 1~200㎛)인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 제조방법에서 상기 제1 혼합물은 산화철(Fe2O3) 분말 100 중량부 당 산화구리(CuO) 분말 2.4~10 중량부, 산화망간(Mn2O3) 분말 117~755 중량부, 산화니켈(NiO) 분말 35~140 중량부 및 산화코발트(Co3O4) 분말 113~452 중량부를 포함하는 것이 바람직하고, 비저항 값과 B 정수 값의 적절한 양립을 위해 산화철(Fe2O3) 분말 100 중량부 당 산화구리(CuO) 분말 4.9~10 중량부, 산화망간(Mn2O3) 분말 329~755 중량부, 산화니켈(NiO) 분말 70~140 중량부 및 산화코발트(Co3O4) 분말 226~452 중량부를 포함하는 것이 더 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 제조방법에서 상기 고분자 결착제는 분체 성형시 결착제로 사용되는 공지의 다양한 고분자에서 선택될 수 있으며, 예를 들어 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), PEG(Poly ethylene glycol), PAN(Ployacrylonitrile) 등이 있다.
본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 제조방법에서 상기 성형체의 열처리 온도 프로파일 조건은 바람직하게는 1190℃ 내지 1220℃의 온도에서 9 hr 내지 12 hr 동안 유지하는 조건을 포함하고, 더 바람직하게는 1195℃ 내지 1210℃의 온도에서 9 hr 내지 11 hr 동안 유지하는 조건을 포함하며, 보다 구체적인 열처리 온도 프로파일 조건은 3 hr에 걸쳐 상온에서 600℃로 승온 후 600℃에서 1 hr 동안 유지하고, 3 hr에 걸쳐 600℃에서 1,200℃로 승온 후 1,200℃에서 10 hr 동안 유지하고, 3 hr에 걸쳐 1,200℃에서 900℃로 하강 후 900℃에서 2 hr 동안 유지하고, 900℃에서 상온으로 노 냉각(Furnace cooling)하는 것으로 구성될 수 있다.
전술한 NTC 서미스터용 소결체는 이후, 연마 공정(Polishing process), 전극 인쇄 공정, 전극 열처리 공정 및 절단 공정(Dicing process) 등을 통해 칩 형태의 NTC 서미스터 소자로 설계될 수 있다.
상기 연마 공정에서는 소결체의 두께, 평탄도 및 표면 조도가 균일하게 가공되며, 소결체는 연마 공정에 의해 세라믹 웨이퍼 형태로 가공된다.
상기 전극 인쇄 공정에서는 세라믹 웨이퍼에 전극용 paste가 소자 간격을 유지하면서 인쇄된다. 예를 들어, 전극 인쇄 공정은 스크린 프린터(Screen Printer)를 이용하여 세라믹 웨이퍼 면에 약 10~20㎛ 두께의 전극용 Ag paste를 인쇄하고 건조하는 것으로 구성될 수 있다.
상기 전극 열처리 공정은 전극 부착을 위해 수행되며, 예를 들어, Ag paste가 인쇄된 NTC 서미스터용 세라믹 웨이퍼를 건조로에 넣고 300~ 650℃ 온도에서 20 ~ 40분 동안 열처리하는 것으로 구성될 수 있고, 더 구체적으로는 300℃ → 500℃ → 600℃ → 640℃ → 620℃ → 620 ℃ → 630℃ → 500℃ → 300℃의 리플로우(Reflow) 조건으로 30분 동안 열처리하는 것으로 구성될 수 있다.
상기 절단 공정은 Ag paste가 열처리 된 NTC 서미스터용 세라믹 웨이퍼를 전극이 각각 포함되도록 절단을 하는 것으로 구성되고, 절단 공정에 의해 NTC 서미스터 소자 칩이 제조된다.
본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체는 안정적인 입방 구조를 결정을 가지며, 미세조직의 금속 원소가 상 분리 없이 균일하게 분포하고, 비저항 값과 B 정수 값의 적절한 수준에서 양립한다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체는 고가의 Co 및 Mn 일부가 비교적 가격이 저렴한 Fe 및 Cu로 대체되기 때문에 상업적 관점에서 경쟁력을 가진다. 따라서, 본 발명의 일 예에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 후 가공을 통해 제조된 NTC 서미스터 소자 칩은 배터리팩 온도감지 센서 등 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
도 1은 소결 온도에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 25℃에서의 비저항 값 및 B 정수(25℃ 및 85℃ 기준) 값을 나타낸 것이다.
도 2는 NTC 서미스터용 펠렛의 소결 온도 최적 프로파일을 예시한 것이다.
도 3은 소결 최고 온도 조건이 (1,250℃, 8 hr 유지)인 경우 Fe 도핑 함량에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 결정 구조를 XRD(X-ray diffraction)로 분석한 스펙트럼 결과이다.
도 4는 소결 최고 온도 조건이 (1,250℃, 8 hr 유지)인 경우 Fe 도핑 함량에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 표면 및 단면 조직을 광학 현미경으로 관찰한 결과이고, 도 5는 소결 최고 온도 조건이 (1,250℃, 8 hr 유지)인 경우 Fe 도핑 함량에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 단면 조직을 EDS(Energy Dispersive Spectrometer)로 분석한 결과이다.
도 6은 소결 최고 온도 조건이 (1,200℃, 10 hr 유지)인 경우 Fe 도핑 함량에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 표면 및 단면 조직을 광학 현미경으로 관찰한 결과이고, 도 7은 소결 최고 온도 조건이 (1,200℃, 10 hr 유지)인 경우 Fe 도핑 함량에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 단면 조직을 EDS(Energy Dispersive Spectrometer)로 분석한 결과이다.
도 8은 소결 최고 온도 조건이 (1,200℃, 10 hr 유지)인 경우 NTC 서미스터용 소결체의 Fe 도핑 함량 및 측정 온도에 따른 비저항 값을 나타낸 그래프이고, 도 9는 소결 최고 온도 조건이 (1,200℃, 10 hr 유지)인 경우 Fe 도핑 함량에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 B 정수(25℃ 및 85℃ 기준) 값을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 고상 반응법을 이용한 NTC 서미스터용 소결체의 제조 및 소결 온도 최적 프로파일의 설정
볼 분쇄기에 NTC 서미스터 원료인 금속 산화물 분말[산화철(Fe2O3) 분말, 산화구리(CuO) 분말, 산화망간(Mn2O3) 분말, 산화니켈(NiO) 분말 및 산화코발트(Co3O4) 분말로 구성됨], 산화지르코늄(Zirconium oxide, ZrO2) 볼 및 에탄올을 순서대로 넣고 볼 밀을 실시하여 금속 산화물 분말을 균일하게 분쇄 및 혼합한 후, 95℃에서 8 hr 동안 건조하여 에탄올 및 수분을 제거하여 금속 산화물 1차 혼합 분말을 수득하였다. 이후, 막자사발을 이용하여 금속 산화물 1차 혼합 분말을 더 미세하게 분쇄하고 200㎛ 메시(Mesh) 크기의 체로 분리하여 입도가 200㎛ 이하인 금속 산화물 2차 혼합 분말을 수득하였다. 이후, 금속 산화물 2차 혼합 분말에 결착제로 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate) 분말을 첨가하고 균일하게 혼합한 후, 95℃에서 8 hr 동안 건조하여, 최종 혼합 분말을 수득하였다. 이후, 최종 혼합 분말을 5 ton/㎠의 압력 조건으로 프레스 성형하여 펠렛 형태의 시편을 제조하였다. 이후, 펠렛 형태의 시편을 1,200~1400℃의 온도 범위에서 소결하여 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate)를 제거하고 NTC 서미스터용 소결체를 제조하였다.
도 1은 소결 온도에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 25℃에서의 비저항 값 및 B 정수(25℃ 및 85℃ 기준) 값을 나타낸 것이다. 도 1에서 보이는 바와 같이 소결 온도가 1,300℃ 이상인 경우 NTC 서미스터용 소결체의 비저항 값 및 B 정수 값이 급격하게 증가하였다. NTC 서미스터용 소결체의 비저항 값을 줄이기 위해 소결 온도를 1,300℃ 미만으로 제어할 필요가 있으며, 이를 통해 NTC 서미스터용 펠렛의 소결 온도 최적 프로파일을 다음과 같이 설정하였다. 도 2는 NTC 서미스터용 펠렛의 소결 온도 최적 프로파일을 예시한 것이다.
- 3 hr에 걸쳐 상온에서 600℃로 승온 후 600℃에서 1 hr 동안 유지
- 3 hr에 걸쳐 600℃에서 최고 온도(1,250℃ 이하)로 승온 후 최고 온도에서 8 hr 동안 유지
- 3 hr에 걸쳐 최고 온도에서 900℃로 하강 후 900℃에서 2 hr 동안 유지
- 900℃에서 상온으로 노 냉각(Furnace cooling)
한편, NTC 서미스터용 펠렛의 소결 온도가 1,200℃ 미만인 경우 NTC 서미스터용 소결체에서 2차 상들이 발생하는 것을 관찰하였고, 이를 통해 적정 소결 최고 온도의 적정 범위를 1,200~1,250℃로 설정하였다.
2. 소결 온도 최적 프로파일을 이용한 NTC 서미스터용 소결체 제조
NTC 서미스터 원료인 산화철(Fe2O3) 분말, 산화구리(CuO) 분말, 산화망간(Mn2O3) 분말, 산화니켈(NiO) 분말 및 산화코발트(Co3O4) 분말의 조성비를 다양하게 조절하여 하기의 식으로 표시되는 조성비를 가진 NTC 서미스터용 소결체를 제조하였다.
[NTC 서미스터용 소결체의 조성비]
(FexCu0.02Mn1.78-xCo0.9Ni0.3)O4
상기 식에서 0.2≤x≤0.8의 조건을 가진다.
NTC 서미스터 원료인 금속 산화물의 배합비가 하기의 표 1과 같이 다양하게 조절되고 소결 최고 온도 조건으로 (1,250℃, 8 hr 유지) 및 (1,200℃, 10 hr 유지)를 사용한 점을 제외하고는 [1. 고상 반응법을 이용한 NTC 서미스터용 소결체의 제조 및 소결 온도 최적 프로파일의 설정]에서 전술한 방법과 동일한 조건 및 방법으로 NTC 서미스터용 소결체를 제조하였다.
NTC 서미스터 원료 구분 NRC 서미스터 원료 배합 몰 비(실제 배합량, g)
실시예 Fe0 .2 실시예 Fe0 .4 실시예 Fe0 .6 실시예 Fe0 .8
Fe2O3 0.2(15.969) 0.4(31.938) 0.6(47.907) 0.8(63.876)
CuO 0.02(1.591) 0.02(1.591) 0.02(1.591) 0.02(1.591)
Mn2O3 1.58(120.508) 1.38(105.254) 1.18(90.000) 0.98(74.746)
NiO 0.3(22.408) 0.3(22.408) 0.3(22.408) 0.3(22.408)
Co3O4 0.9(72.239) 0.9(72.239) 0.9(72.239) 0.9(72.239)
(1) 소결 최고 온도 조건이 1,250℃ 및 8 hr 유지인 경우의 결과
도 3은 소결 최고 온도 조건이 (1,250℃, 8 hr 유지)인 경우 Fe 도핑 함량에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 결정 구조를 XRD(X-ray diffraction)로 분석한 스펙트럼 결과이다. 도 3에서 보이는 바와 같이 4가지의 NTC 서미스터 원료 배합비(실시예 Fe0 .2, 실시예 Fe0.4, 실시예 Fe0 .6 및 실시예 Fe0 . 8)를 통해 제조된 소결체 모두 입방구조(Cubic structure)를 보였다. 이는 망간 함량이 감소하고 철 함량이 증가하면서 이온 반경이 작은 Fe의 영향으로 MnO-CoO-NiO계 소결체의 결정에서 보이던 정방형 구조(Tetragonal structure)에 비해 입방구조(Cubic structure)가 더 안정함을 의미한다.
도 4는 소결 최고 온도 조건이 (1,250℃, 8 hr 유지)인 경우 Fe 도핑 함량에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 표면 및 단면 조직을 광학 현미경으로 관찰한 결과이고, 도 5는 소결 최고 온도 조건이 (1,250℃, 8 hr 유지)인 경우 Fe 도핑 함량에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 단면 조직을 EDS(Energy Dispersive Spectrometer)로 분석한 결과이다. 소결 최고 온도 조건이 (1,250℃, 8 hr 유지)인 경우 도 4에서 보이는 바와 같이 Fe 도핑 함량과 무관하게 소결은 전체적으로 원활하게 이루어졌으나, 도 5에서 보이는 바와 같이 소결체 단면 조직에서 부분적으로 Ni-Co 상의 분리가 일어났다.
(2) 소결 최고 온도 조건이 1,200℃ 및 10 hr 유지인 경우의 결과
도 6은 소결 최고 온도 조건이 (1,200℃, 10 hr 유지)인 경우 Fe 도핑 함량에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 표면 및 단면 조직을 광학 현미경으로 관찰한 결과이고, 도 7은 소결 최고 온도 조건이 (1,200℃, 10 hr 유지)인 경우 Fe 도핑 함량에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 단면 조직을 EDS(Energy Dispersive Spectrometer)로 분석한 결과이다. 소결 최고 온도 조건이 (1,200℃, 10 hr 유지)인 경우 도 6에서 보이는 바와 같이 Fe 도핑 함량과 무관하게 소결은 전체적으로 균일하게 이루어졌으며, 도 7에서 보이는 바와 같이 소결체 단면 조직에서 Ni-Co 상이 따로 분리되지 않았고, 각 금속 원소들이 균일하게 분포하였다.
도 8은 소결 최고 온도 조건이 (1,200℃, 10 hr 유지)인 경우 NTC 서미스터용 소결체의 Fe 도핑 함량 및 측정 온도에 따른 비저항 값을 나타낸 그래프이고, 도 9는 소결 최고 온도 조건이 (1,200℃, 10 hr 유지)인 경우 Fe 도핑 함량에 따른 NTC 서미스터용 소결체의 B 정수(25℃ 및 85℃ 기준) 값을 나타낸 그래프이다. 도 8에서 Y축 비저항 값의 단위는 ㏀·㎝ 이다. 하기 표 2에 소결 최고 온도 조건이 (1,200℃, 10 hr 유지)인 경우 NTC 서미스터용 소결체의 Fe 도핑 함량에 따른 측정 온도별 비저항 값 및 B 정수 값을 정리하였다. 하기 표 2에서 비저항 값의 단위는 ㏀·㎝ 이고, B 정수 값의 단위는 절대온도 K 이다.
측정 항목 실시예 Fe0 .2 실시예 Fe0 .4 실시예 Fe0 .6 실시예 Fe0 .8
비저항(25℃) 10.389 14.369 18.846 29.842
비저항(85℃) 1.682 2.492 3.517 5.346
B 정수(25℃/85℃) 3486 3354 3214 3291
상기 도 8, 도 9 및 표 2에서 보이는 바와 같이 (Fe0 . 2Cu0 . 02Mn1 . 58Co0 . 9Ni0 . 3)O4의 조성을 가진 NTC 서미스터용 소결체의 비저항 값 및 B 정수 값이 적정 범위에서 양립하는 것으로 판단된다.
이상에서와 같이 본 발명을 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 하기 식으로 표시되는 조성을 가진 NTC 서미스터용 소결체 :
    (FexCuyMnzCopNiq)O4
    상기 식에서 0.2≤x≤0.8, 0.01≤y≤0.05, 1.6-X≤Z≤2.0-X, 0.7≤P≤1.1, 0.1≤Q≤0.5, x+y+z+p+q=3의 조건을 만족한다.
  2. 제1항에 있어서, 하기 식으로 표시되는 조성을 가진 NTC 서미스터용 소결체.
    체 :
    (FexCu0.02Mn1.78-xCo0.9Ni0.3)O4
    상기 식에서 0.2≤x≤0.4의 조건을 만족한다.
  3. 제1항에 있어서, 입방구조(Cubic structure)의 결정을 가지고, 25℃에서의 비저항 값이 10~15 ㏀·㎝의 범위를 가지고, B25℃ /85℃ 정수 값이 3300~3500 K의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 NTC 서미스터용 소결체.
  4. 산화철(Fe2O3) 분말, 산화구리(CuO) 분말, 산화망간(Mn2O3) 분말, 산화코발트(Co3O4) 분말 및 산화니켈(NiO) 분말을 혼합하여 제1 혼합물을 수득하는 단계;
    상기 제1 혼합물에 고분자 결착제를 첨가하고 혼합하여 제2 혼합물을 수득하는 단계;
    상기 제2 혼합물을 프레스 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 및
    상기 성형체를 1180℃ 초과 내지 1240℃ 미만의 온도에서 8 hr 내지 12 hr 동안 유지하는 온도 프로파일 조건으로 열처리하여 하기의 조성을 가진 소결체를 형성하는 단계를 포함하는 NTC 서미스터용 소결체의 제조방법 :
    (FexCuyMnzCopNiq)O4
    상기 식에서 0.2≤x≤0.8, 0.01≤y≤0.05, 1.6-X≤Z≤2.0-X, 0.7≤P≤1.1, 0.1≤Q≤0.5, x+y+z+p+q=3의 조건을 만족한다.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 혼합물은 산화철(Fe2O3) 분말 100 중량부 당 산화구리(CuO) 분말 2.4~10 중량부, 산화망간(Mn2O3) 분말 117~755 중량부, 산화니켈(NiO) 분말 35~140 중량부 및 산화코발트(Co3O4) 분말 113~452 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 NTC 서미스터용 소결체의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 고분자 결착제는 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate)인 것을 특징으로 하는 NTC 서미스터용 소결체의 제조방법.
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CN116283231A (zh) * 2023-01-30 2023-06-23 广东风华高新科技股份有限公司 一种ntc热敏电阻材料及其制备方法

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