[发明专利]中高温NTC热敏电阻材料及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种负温度系数热敏电阻，具体涉及一种包含尖晶石结构的负温度系数热敏材料的电阻及以此制作的电子器件。

背景技术

负温度系数(NTC)电阻是指电阻值随温度升高而下降的电阻，NTC热敏电阻器因具有灵敏度高、热惯性小、受磁场影响小、抗辐射，价格低廉等优点，被广泛应用于温度测量、温度控制、温度补偿、抑制浪涌电流等领域。目前实际应用和研究最多的NTC热敏电阻材料大多选择Mn-Co-Ni-Cu-Fe系尖晶石型过渡金属氧化物，尤其是含锰尖晶石系NTC热敏电阻材料已经成为NTC材料的基石，究其原因是其合成温度低、敏感系数适中、电阻率可在几欧到兆欧的范围内进行调节。

然而，尖晶石型NTC热敏电阻的应用通常被限制在低于200℃的温度环境下，因为尖晶石型结构材料的四面体和八面体阳离子在200℃以上的环境中会随时间缓慢地重新分布，导致结构弛豫现象，表现为其电阻率在高于200℃的环境下随时间漂移严重而引起材料电性能不稳定，从而影响热敏电阻的使用寿命和服役温度范围。这个缺点导致了尖晶石结构的过渡金属复合氧化物为基的NTC材料不能在中高温环境下得到实际应用。

随着科技的发展，对能够工作在中高温较大温区的热敏电阻的需求越来越大，目前报道的NTC热敏电阻，在此方面主要存在如下问题：1)主要研究和开发重点集中在中温区(room temperature～200℃)及其以下，在高温区产品表现出老化严重等现象，无法满足在高温环境下的使用；2)某些材料即使能够在高温区表现的较为稳定，但普遍存在电阻率小，热敏感系数不一致等缺点，这严重影响了产品的易用性和测量精度；3)能够在高温区工作的热敏材料通常需要添加稀土等稀缺元素，致使生产成本较高，生产工艺较复杂。

因此，寻求制备一种可以用于中高温宽广温区环境的、低成本、性能优良的中高温NTC热敏电阻材料非常重要，这对于降低生产成本，简化设备系统，提高检测精度，拓展产品应用领域等具有积极的意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成本低，应用领域广的中高温NTC热敏电阻材料及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种中高温NTC热敏电阻材料，其特征在于，该电阻材料的化学通式为Zn_xNi_yMn_3-x-yO₄，其中：0.8≤x≤1.0，0.01≤y≤0.6；所述的电阻材料的B值范围为3800～6200K，25℃电阻率为3000～5×10⁶Ω·CM。

一种中高温NTC热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)：按照结构通式Zn_xNi_yMn_3-x-yO₄，其中：0.8≤x≤1.0，0.01≤y≤0.6，分别称取含有Zn、Ni、Mn元素的原料进行混合，在混合后的混合物中加入分散剂和磨介材料，进行磨制混合；原料的混合物与分散剂的质量比为1∶1～4，原料的混合物与磨介材料的质量比为1∶3～5；

(2)：将磨制好的混合粉体干燥，干燥温度控制在70～120℃；

(3)：将干燥后的粉体煅烧，煅烧温度控制在600～900℃，煅烧时间为1～12小时；

(4)：在煅烧后的粉体中添加粘结剂进行造粒，获得流动性好的粉粒；粘结剂与煅烧后的粉体的质量比为1～5∶99～95；

(5)：将步骤(4)所得的粉粒模压成型，成型压力控制在200～300MPa；

(6)：将成型后的素坯从室温加热到1000～1300℃烧结，控制升温速率为1～20℃/min，保温烧结2～24小时，然后随炉冷却至室温，得到中高温NTC热敏电阻材料。

步骤(1)所述的含有Zn、Ni、Mn元素的原料选自含有Zn、Ni、Mn元素的乙酸盐、草酸盐、碳酸盐、或氧化物。

步骤(1)所述的分散剂包括无水乙醇、去离子水、丙酮或丁酮，所述的磨介材料包括玛瑙球、二氧化锆球或氧化铝球；球磨时间为0.5～10小时，球磨机转速为50～200转/分钟。

步骤(4)所述的粘结剂包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或羧甲基纤维素。

一种中高温NTC热敏电阻材料的应用，其特征在于，将该电阻材料用于制成电子器件，具体包括以下步骤：

(1)：将中高温NTC热敏电阻材料切割成需要的厚度，然后在其表面涂覆电极浆料，制成电极；