[发明专利]一种NTC热敏陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种NTC热敏陶瓷材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)制备NTC热敏陶瓷材料的主体材料粉末；(2)将主体材料粉末与粉体状的导电材料混合均匀得到预烧粉体；(3)将所述预烧粉体球磨之后，烘干、过筛、成型、烧制得到所述NTC热敏陶瓷材料。本发明中的B值与ρ值的调节方法，与现有的NTC热敏陶瓷材料调节Mn、Co、Ni、Cu元素比例相比，具有可调性强、简单易于操作的特点，且避免了加入Cu等不抗老化的元素，大大提高了低B值低ρ值NTC热敏陶瓷材料的稳定性，对高可靠热敏元器件的工业化生产具有重要实用价值。

技术领域

本发明属于电子元器件技术领域，具体涉及一种NTC热敏陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

热敏电子元器件的核心部分主要由正温度系数(PTC)以及负温度系数(NTC)的热敏陶瓷材料制造而成，其工作原理是对热敏陶瓷材料的电阻率随温度不断变化而产生的信号变化进行收集、处理及转化。目前，应用最多的热敏陶瓷材料为非线性NTC(NegativeTemperature Coefficient)热敏陶瓷，NTC热敏陶瓷具备对温度敏感，互换性好，响应快等诸多优点，被广泛应用在温度控制，补偿，测量等方面。

NTC热敏陶瓷材料最主要电学性能参数为B值(材料常数)和电阻率(ρ)其中B值反应的是电阻率随温度的变化快慢，B值越大电阻率下降越快。目前工程应用上，对不同B值的NTC热敏陶瓷材料均有需求，B值范围一般需要覆盖500K～4000K。通常来讲，NTC热敏陶瓷材料的B值与ρ值相互关联，B值越大ρ值也越大，例如，B值4000K的高B值NTC热敏陶瓷材料，其电阻率ρ范围通常在700Ω.cm～1500Ω.cm之间；而B值3000K的NTC热敏陶瓷材料，其电阻率ρ范围通常在20Ω.cm～150Ω.cm之间。

目前，对NTC热敏陶瓷材料B值与ρ值的调节方法，都采用的是改变原材料配方来实现。由于NTC热敏陶瓷一般是Mn、Co、Ni、Cu等过渡金属氧化物形成的尖晶石型半导体材料，其分子通式为AB2O4，式中A和B分别为二价和三价阳离子，在该尖晶石结构中，氧离子成立方密堆积，形成了四面体和八面体两种间隙，金属离子则占据这些空隙，不同金属离子含量的改变可以改变NTC热敏材料体系内的阳离子分布，从而对NTC陶瓷材料的电性能产生显著的影响。其中Mn是NTC热敏材料中的核心元素，当Mn含量较少时，随着锰含量的上升，B位Mn⁴⁺/Mn³⁺离子对的浓度也随之增大，导致材料电阻率的下降，而随着体系中锰离子浓度的提高，Mn³⁺离子因Jahn-Teller效应而导致八面体晶格畸变，立方尖晶石结构转变为四方尖晶石结构，导致NTC热敏陶瓷材料的电阻率反过来上升，因此NTC热敏陶瓷材料的电阻率随着Mn含量的增加呈U型变化，在设计原材料配方时Mn的含量大致应控制在20％～60％之间。Co元素在NTC热敏陶瓷材料中也属于可变价的元素，但相对于Mn来讲Co是不易变价的元素，由于Mn-Co体系有较大的电子迁移激活能，所以Co的引入有利于NTC陶瓷材料B值的提高；Ni的影响作用相对较为简单，Ni²⁺离子不易变价，进入B位后形成反尖晶石晶体结构，促使载流子的形成，当Ni²⁺浓度过高时，NiO以第二相析出，对材料性能有着很大的影响，材料的B值与ρ值随Ni含量的变化曲线呈U型趋势；Cu元素的加入则可以大幅度降低B值与ρ值，但同时也会加剧材料的老化过程。

一般来讲，依靠目前调节原材料配方的方法，在B值3200K以下且ρ值50Ω.cm以下就需要加入Cu元素，因此制备得到的NTC热敏陶瓷材料在抗老化性能方面较差，经过老化试验后B值与ρ值的变化率达到5％以上，有些的甚至超过15％。另外，由于NTC热敏陶瓷材料配方可调性太大，元素之间的互相影响因素又较为复杂，非单调变化，因此依靠调节原材料配方的方式难以得到目标需求的B值与ρ值，往往需要设计大量的正交实验进行摸索和改进。

发明内容