[发明专利]陶瓷材料、组件和制造所述组件的方法有效

专利信息
申请号: 201780051583.2 申请日: 2017-08-21
公开(公告)号: CN109843828B 公开(公告)日: 2022-01-14
发明(设计)人: C.L.米德;C.特罗伊尔 申请(专利权)人: TDK电子股份有限公司
主分类号: C04B35/01 分类号: C04B35/01;B32B18/00;G01K7/16;H01C7/04;C04B35/626
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 李连涛;杨思捷
地址: 德国*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 陶瓷材料 组件 制造 方法
【说明书】:

提供了具有电阻的负温度系数的陶瓷材料,其具有如下结构,该结构基于选自Ni‑Co‑Mn‑O、Ni‑Mn‑O和Co‑Mn‑O的体系,并且包含至少一种选自镧系元素的掺杂剂。

发明涉及具有负温度系数的陶瓷材料、含有该陶瓷材料的组件以及制造所述组件的方法。

不同应用中用于监测和调节的温度主要通过陶瓷的负温度系数热敏电阻-热敏电阻元件(NTC)、硅温度传感器(KTY)、铂温度传感器(PRTD)或热电偶(TC)测量。在此,由于低制造成本,基于例如尖晶石结构的NTC热敏电阻是最广泛使用的。与热电偶和金属电阻元件,例如铂元件相比的另一优点是明显负的电阻温度特性。

对温度传感器在其电性质和部件几何结构小型化方面的不断增长的要求使得需要具有更高B值和低比电阻值的陶瓷材料。对于具有低实际电阻值且同时大坡度(steil)的特征线的传感器的制造,常规地使用具有相对大的部件几何结构且体积最多2.6 cm3的经微调(getrimmt)的薄片或芯片。随着小型化要求的提高,必须明显降低NTC陶瓷的部件尺寸。到目前为止,陶瓷物料用例如氧化铜掺杂,以能够实现小于200 Ωcm的比电阻。然而同时,B值降低至小于3000 K的值并且漂移行为从约2%增加到5%至10%。

至少一个实施方案的目的是提供具有改进的性质的陶瓷材料。至少一个实施方案的另一个目的是提供具有改进的性质的组件。至少一个实施方案的另一个目的是提供制造具有改进的性质的组件的方法。这些目的通过根据独立权利要求的陶瓷材料、组件和方法来实现。进一步的实施方案是从属权利要求的主题。

提供了具有电阻的负温度系数的陶瓷材料。其具有基于选自Ni-Co-Mn-O、Ni-Mn-O和Co-Mn-O的体系的结构。该陶瓷材料还包含至少一种选自镧系元素的掺杂剂。Ni-Co-Mn-O在此与Ni-Mn-Co-O同义且Co-Mn-O与Mn-Co-O同义。

具有电阻的负温度系数(NTC)的陶瓷材料在此处和下面应被理解为是指在高温下比在低温下更好地传导电流的材料。这类材料也可称为负温度系数热敏电阻。

陶瓷材料基于选自Ni-Co-Mn-O、Ni-Mn-O和Co-Mn-O的体系应理解为是指该陶瓷材料分别至少具有Ni、Co、Mn和O、或Ni、Mn和O、或Mn、Co和O,其中各元素可以在陶瓷材料中以不同大的含量存在,并且其中各体系可以包含其它元素。所述体系的元素分别形成特定结构,在其晶格中可嵌入所述至少一种掺杂剂。

这类陶瓷材料具有去耦的电性质。这意味着通过该陶瓷材料,至少在一定范围内可以在同时具有低比电阻ρ的情况下实现高B值。与此相反,在传统NTC陶瓷中在比电阻ρ和B值之间存在线性关系。例如,在B值为约4000 K时,传统NTC部件的比电阻ρ为约2500 Ωcm。相反,通过本发明的陶瓷材料,可以实现最高4000 K的高B值,同时具有200 Ωcm至500 Ωcm的低比电阻值。

通过添加至少一种选自镧系元素的掺杂剂,可以实现电性质的去耦。与具有NTC陶瓷的传统组件相比,低比电阻使得含有所述陶瓷材料的组件小型化至少20倍。

通过本发明陶瓷材料的电性质的去耦,因此可以在低比电阻值下实现高B值,同时这类陶瓷材料具有高的长期稳定性,其中在例如70℃至300℃的温度范围内经至少1000小时的时间段的漂移值为小于0.5%。

根据一个实施方案,掺杂剂选自镨(Pr)、钕(Nd)及其组合。通过这些掺杂剂,可以特别好地实现所描述的电性质的去耦。

根据一个实施方案,掺杂剂以最高且包括10摩尔%的含量包含在陶瓷材料中。陶瓷材料中添加的掺杂剂的量可以影响特征线的坡度。

根据一个实施方案,陶瓷材料可具有如下体系,该体系进一步含有至少一种选自Al、Fe、Cu、Zn、Ca、Zr、Ti、Mg、Sr及其组合的元素。根据另一个实施方案,陶瓷材料具有尖晶石结构。

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