[发明专利]一种碳化硅基复相高温热敏陶瓷材料

说明书

本发明涉及一种碳化硅基复相高温热敏陶瓷材料，所述碳化硅基复相高温热敏陶瓷材料包括碳化硅基体材料和ZrB₂第二相材料，所述ZrB₂第二相材料的含量为2～26wt%；当ZrB₂含量在2～26wt%变化时，所述碳化硅基复相高温热敏陶瓷材料在＜600℃下具有压敏电阻的非线性伏安特性、在600℃以上的高温下转变为欧姆电阻的线性伏安特性且电阻率在1.2～6.0Ω·cm之间。

技术领域

本发明涉及一种碳化硅(SiC)基复相高温热敏陶瓷材料及其制备方法，属于SiC陶瓷领域。

背景技术

碳化硅(SiC)是一种典型的半导体，它不同于金属的正的电阻温度系数，其导电能力会随温度升高而迅速增加，这使其可以用作热敏电阻，用于对电子线路元件的温度补偿或专用检测元件；而又因SiC压敏陶瓷具有良好的非线性伏安特性，其电阻随着电压的增加而急剧减小，在灭电火花、过电压保护、制备避雷针和电压稳定化等方面有着重要的应用。

发明内容

本发明综合SiC陶瓷和ZrB₂陶瓷的优点，目的在于提供一种碳化硅基复相高温热敏陶瓷材料，所述碳化硅基复相高温热敏陶瓷材料包括碳化硅基体材料和ZrB₂第二相材料，所述ZrB₂第二相材料的含量为2～26wt％，优选为＞18wt％且≤26wt％；当ZrB₂含量在2～26wt％变化时，所述碳化硅基复相高温热敏陶瓷材料在＜600℃下具有压敏电阻的非线性伏安特性、在600℃以上的高温下转变为欧姆电阻的线性伏安特性且电阻率在1.2～6.0Ω·cm之间。

本发明中，所述碳化硅基复相高温热敏陶瓷材料包括碳化硅基体材料和ZrB₂第二相材料。其中碳化硅陶瓷性能稳定，不易老化，使用寿命长，同时具有高温下强度高、高导热、耐腐蚀、耐中子辐照、抗热震性好等优点；而二硼化锆(ZrB₂)熔点高、硬度高、导热和导电性能好且抗腐蚀和烧蚀，同时它具有负的电阻温度系数，温度升高时，其电阻率升高。又由于SiC和ZrB₂良好的物理匹配性，控制所述ZrB₂第二相材料的含量为2～26wt％，使得由二者有机组合而成的复相陶瓷，将兼具二者各自的优势，有望获得物理化学性质稳定，耐高温，耐腐蚀，强度高，具有特殊电学性质的新型材料，使得SiC基陶瓷能在微电子领域得到更广泛的应用。本发明可以通过调控材料所处温度，来使其在低温下表现出SiC半导体的导电特性，而在高温下表现出ZrB₂欧姆电阻导电特性。

较佳地，所述碳化硅基复相高温热敏陶瓷材料的密度为3.17～3.59g·cm^-3，抗弯强度为310～350MPa。

本发明还提供了一种调节碳化硅基复相高温热敏陶瓷材料的热敏电阻特性的方法，以B或B₄C中的至少一种作为烧结助剂，以酚醛树脂、PVA、PVB中的至少一种作为粘结剂无压固相烧结制备碳化硅基复相高温热敏陶瓷材料，通过控制ZrB₂第二相材料的含量在2～26wt％之间，以调节碳化硅基复相高温热敏陶瓷材料在600℃以上的高温下转变为欧姆电阻的线性伏安特性且电阻率在1.2～6.0Ω·cm之间可控。本发明所制备的SiC基复相陶瓷可以通过调控环境温度来改变其电学特征，使其在低温下(＜600℃)表现为压敏电阻的非线性伏安特性，高温下(600℃以上)转变为欧姆电阻的线性伏安特性，且电阻率大大小于低温下的电阻率，1.2～6.0Ω·cm之间。