[发明专利]一种钇和锆共掺杂的宽温区高温热敏电阻材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钇和锆共掺杂的宽温区高温热敏电阻材料及其制备方法，该材料以分析纯碳酸钙、三氧化二钇、氧化铜、二氧化钛和二氧化锆为原料，经混合研磨、煅烧、冷等静压成型、高温烧结、涂烧电极，即可得到类钙钛矿结构的Ca_1‑xY_xCu₃Ti_4‑yZr_yO₁₂（0≤x≤0.15；0≤y≤0.15）热敏陶瓷材料，材料常数为B_25℃/300℃=4390K‑6880K，温度25℃电阻率为2.41×10⁶Ωcm‑3.76×10⁸Ωcm。采用本发明制备的热敏电阻材料性能稳定，一致性好，该热敏电阻材料在温度25℃‑900℃范围具有明显的负温度系数特性，材料体系电性能稳定，一致性好，适合制造宽温区高温热敏电阻器。

技术领域

本发明涉及一种钇和锆共掺杂宽温区高温热敏电阻材料及其制备方法，该热敏电阻材料在温度25℃-900℃范围具有明显的负温度系数特性，是一种适用于制造宽温区高温热敏电阻器的新型热敏电阻材料。

背景技术

通常认为使用温区能达到250℃、最高使用温度高于300℃的热敏电阻为宽温区高温热敏电阻器。宽温区高温热敏电阻器是替代工业用金属传感器的理想产品，具有广阔的前景，成为热敏电阻领域主攻的四大课题之一。宽温区高温热敏电阻器一般是为配合数字仪表而使用的。这要求宽温区高温热敏电阻器在使用温区内阻值变化不超过三个数量级和高温端阻值不能太小，即获得宽温区高温元件的技术关键是研制一种低B(材料常数)值、高阻值且具有良好稳定性的热敏材料。已被大量研究和应用的过渡金属氧化物多元系陶瓷是一类性能较稳定的负温度系数热敏材料，但几乎所有研究结果都表明，对这类材料难以获得低B高阻特性，其原因在于这类材料的主晶相通常为尖晶石结构，当材料电阻率大时，其B值也大，反之，电阻率小的材料，B值也小。这也促进了宽温区高温温热电阻材料的研究，给新型宽温区高温热敏电阻材料的开发提出了新的挑战性课题。

我们对氧化物固相法制备的CaCu₃Ti₄O₁₂热敏电阻材料电学性能进行了初步研究，其材料常数为6362K，有望用于制造宽温区高温热敏电阻器。考虑到Y₂O₃和ZrO₂的耐高温性能，且Y³⁺与Ca²⁺以及Zr⁴⁺与Ti⁴⁺具有相近的离子半径，Y³⁺取代Ca²⁺、Zr⁴⁺取代Ti⁴⁺可调节CaCu₃Ti₄O₁₂热敏电阻材料电学性能，制造不同电性能参数的宽温区高温热敏电阻器。

本发明从CaCu₃Ti₄O₁₂的半导体特性出发，通过Y₂O₃和ZrO₂共掺杂设计合成了类钙钛矿型Ca_1-xY_xCu₃Ti_4-yZr_yO₁₂(0≤x≤0.15；0≤y≤0.15)宽温区(25℃-900℃)高温热敏电阻材料。

发明内容