[发明专利]一种高B值负温度系数热敏电阻材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料合成领域，涉及一种新型高B值负温度系数(NTC)热敏电阻材料的制备方法。

背景技术

负温度系数热敏电阻(NTC，negative temperature coefficient)是一种电阻值随温度的升高而减小的电子元件。热敏电阻具有灵敏度高、互换性好、受磁场影响小、可靠性高、响应时间短等诸多优点，已被广泛应用在温度测量、温度控制和补偿等方面。目前，NTC热敏电阻材料多数是以Mn、Co、Ni、Cu、Fe、Zn等为主的过渡金属氧化物及其组合进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷材料。

早期的二元体系NTC热敏电阻材料，因其电性能(电阻率、材料特性常数B等)对制备过程中的热处理等工艺依赖性强而逐渐被对制备工艺依赖性较弱的三元系及四元系所取代，如Mn-Co-Ni系和Mn-Co-Ni-M(M＝Cu、Fe、Si、Pb、Zn等)系。传统NTC热敏电阻器的B值一般在2000K-5000K。

但Co作为一种战略元素，全球的储量非常有限，丰度较低(1×10^-3％)，其价格昂贵而毒性较大，因此传统NTC热敏电阻材料成本偏高。

发明内容

本发明目的在于，提供一种高B值负温度系数热敏电阻材料的制备方法，该方法以AlN、SiO₂和Al₂O₃为原料，以无水乙醇或丙酮为分散介质，并辅以机械球磨或搅拌，使原料分散得更加均匀，然后采用固相法制备出高B值负温度系数(NTC)热敏电阻材料。采用本发明方法制备的热敏电阻材料具有较明显的负温度系数热敏特性和相对较高的B值，有望成为现有氧化物陶瓷热敏材料的重要补充，同时其制备工艺步骤简单，生产成本低，且材料性能稳定，易于实现工业规模化生产。具有原料的来源广泛，价格低廉，材料晶粒生长充分，颗粒大小较均匀，并且尺寸较小，平均粒径为0.2μm-0.8μm，电化学性能稳定等特点。

本发明所述的一种高B值负温度系数热敏电阻材料的制备方法，按下列步骤进行：

a、以分析纯AlN、SiO₂和Al₂O₃为原料，置于球磨罐或搅拌容器中，然后加入研磨小球和分散介质为无水乙醇或丙酮，或直接加入分散介质无水乙醇或丙酮，其中原料的按摩尔比为0.82-1.8∶0.68-0.76∶1；

b、将步骤a中的原料以50-450r/min的转速球磨或搅拌，时间5-24h，并在温度50-120℃下烘干，得到粉末；

c、将步骤b中得到的粉末充分研磨后，压成块体，在惰性气体保护的气氛炉中进行高温热处理；

d、然后自然冷却随炉降温至室温，即得到最终产物高B值负温度系数热敏电阻材料。

步骤a中所述研磨小球、分散介质和原料的质量比为2-8∶1-6∶1或分散介质与原料的质量比为3-6∶1。

步骤a中所述研磨小球为玛瑙球或锆石球。

步骤c中所述粉体压块压力范围在10-30kgf/cm²之间，惰性保护气体为99.99％纯度的氮气或氩气。

步骤c中所述高温热处理条件为：气流速度为0.2-0.6L/min，以温度5-10℃/min加热速率升温；温度500-650℃下预烧5-10h；温度950-1050℃下恒温焙烧2-4h；温度400-700℃下退火4-12h。

本发明所述的一种高B值负温度系数热敏电阻材料的制备方法，该方法以AlN，SiO₂和Al₂O₃为主要原料，采用固相法制备出一种新型高B值NTC热敏电阻材料。所制备出的材料具有良好的负温度系数热敏特性，在温度350℃时的电阻率ρ₃₅₀可达1340KΩ·m，材料特性常数B在6500K-7800K范围内；激活能ΔE在0.56eV-0.67eV范围内，通过本发明所述的方法获得的高B值NTC热敏电阻材料，有望成为现有氧化物陶瓷热敏材料的重要补充。该方法工艺步骤简单，生产成本低，适合工业化生产。

附图说明

图1为本发明的XRD谱，其中■表示AlN，★表示SiO₂，表不Al₂O₃

图2为本发明的SEM图

图3为本发明的粒度分布图

图4为本发明的阻温关系图，其中图a表示的是复合材料电阻的对数值lnR与温度的倒数的关系，图b表示的是复合材料的电阻率与温度的关系