[发明专利]一种有序缺氧型钙钛矿层状结构热敏陶瓷材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种有序缺氧型钙钛矿层状结构热敏陶瓷材料及制备方法，该材料是采用三氧化二钇，三氧化二钐，碳酸钡，四氧化三钴经混合球磨、预烧、研磨、等静压成型、高温烧结，即得到有序缺氧型钙钛矿层状Y‑Sm‑Ba‑Co‑O材料体系，并进行了电阻测试，结果表明：其电阻率ρ_60K=3×10⁵‑8×10⁵Ω·cm，其材料常数B_40/180=688‑826K。该材料体系可用于40‑180K的深低温温区。

技术领域

本发明涉及一种用于深低温的有序缺氧型钙钛矿层状结构热敏陶瓷材料及制备方法。

背景技术

负温度系数(NTC)热敏电阻是利用材料的电阻率随温度变化的敏感程度所具有的特性而制成的器件，其电阻随着温度的升高而降低，NTC热敏电阻也广泛的应用于电路和电子元件的保护以及流速，射线测量仪器与应用领域。深低温用NTC热敏电阻也常常被用于深空探测方面，在红外遥感器方面，可以通过低温制冷对电子的能级跃迁产生抑制，可以失实现高灵敏度的探测；在大型科学仪器、量子通讯方、超导电子学、低温半导体电子学等等领域广泛应用。

近年来，为了制得低温高性能NTC热敏电阻，科技工作者也开发一些新的材料，如有序缺氧型钙钛矿Ln-Ba-Co-O,该结构由平行于(010)的单层角共CoO₆八面体组成，它们主要通过沿a→的角共CoO₅金字塔的双带进行相互连接，Co原子位于八面体位置和位于金字塔位置的氧原子以及阴离子空位排列有序。

以尖晶石结构为主的NTC热敏陶瓷材料，相对来说室温电阻率会偏大并且电阻值不容易调控，因为这些过渡金属氧化物的挥发温度比较低，所以在制备和烧结的过程中比较容易产生原材料的成分的挥发，重复性较低。除此之外，降低尖晶石结构的电阻率，导致温度系数降低。从尖晶石的结构角度分析，尖晶石结构的八面体和四面体的阳离子都会随时间的变化从而缓慢变化，重新排布也会引起结构弛豫现象的产生，致使热敏陶瓷的不稳定性，从而导致材料的老化，影响材料的性能和使用寿命。

常用的NTC热敏电阻中，热敏电阻主要是利用锰，钴，镍，镁和铜等两种或者两种以上的过渡金属的氧化物所组成，通过制备和烧结等工艺从而制成半导体陶瓷电阻，如在中国发明专利CN006667B公布的Co-Fe-O陶瓷系列体系，这些热敏陶瓷体系的组成都是至少含有两种或者两种以上的过渡金属的氧化物，并且以尖晶石的立方结构为主相。

发明内容

本发明的目的是，提供一种有序缺氧型钙钛矿层状结构热敏陶瓷材料及制备方法，该材料是采用三氧化二钇，三氧化二钐，碳酸钡，四氧化三钴经混合球磨、预烧、研磨、等静压成型、高温烧结，即得到层状Y-Sm-Ba-Co-O材料体系，并进行了电阻测试，结果表明：其电阻率ρ_60K＝3×10⁵-8×10⁵Ω·cm，其材料常数B_40/180＝688-826K。该材料体系可用于40-180K的深低温温区。

本发明所述的一种有序缺氧型钙钛矿层状结构热敏陶瓷材料，该材料的组成为Y-Sm-Ba-Co-O，采用高温固相法制成，具体操作按下列步骤进行：

a、按重量百分比将Y₂O₃:Sm₂O₃:BaCO₃:Co₃O₄＝5％-20％:5％-20％:15％-25％:60％-50％进行准确称量，采用球磨法研磨12-24h，于温度700-1100℃下预烧1-6h，得到粉体；

b、将步骤a预烧后的粉体研磨6-12h，并在300-350Mpa等静压1-5min，得到坯体；

c、将步骤b获得的坯体在温度1100-1300℃烧结1-6h，即得到有序缺氧型钙钛矿Y-Sm-Ba-Co-O层状结构热敏陶瓷材料。