[发明专利]一种适用于中低温烧结的负温度系数热敏电阻材料

说明书

本发明涉及一种适合低温烧结制备的负温度系数(NTC)热敏陶瓷电阻材料。通过改变本发明所述NTC热敏电阻材料的成分组成元素的配比达到调节热敏电阻元件的室温电阻率(ρ₂₅)、材料敏感常数(B_25/85)和电阻温度系数(TCR)的目的。结合本发明实施例所述制备方法，通过混料—煅烧—造粒—成型—烧结的陶瓷制备工艺制成NTC热敏陶瓷电阻，烧结温度低于950℃。根据本发明所提供的材料配方所制得的NTC热敏陶瓷电阻元的室温电阻率可在0.96kΩ·cm—812.83kΩ·cm范围内调节，且材料常数均大于3655K。

技术领域

本发明涉及半导体热敏电阻领域，具体是一种制备负温度系数(NTC)热敏电阻陶瓷材料。本发明所述NTC热敏陶瓷电阻可在950℃以下烧结制得，适合中低温烧结和陶瓷共烧结制备NTC热敏电阻。本发明所述NTC热敏电阻适用于温度测量、温度控制、抑制浪涌、线路补偿和红外近红外探测等领域应用的温度敏感元件。

背景技术

负温度系数(negative temperature coefficient，NTC)热敏电阻陶瓷材料由于其高敏感度、高精确度以及低成本占领着重要地位，已广泛用于医疗电器、汽车工业、家用电器甚至航空航天等诸多家用及工业领域。当前商用的常温型NTC热敏电阻陶瓷材料采用的主要是由过渡金属氧化物组成的AB₂O₄型尖晶石化合物，如Ni—Mn—O，Co—Mn—O，Cu—Fe—O，Ni—Co—Mn—O体系。传统的尖晶石结构NTC热敏电阻材料线性度好、材料常数B值较高、室温电阻率(ρ₂₅)高。如中国发明专利CN109734423A公开的Mn—Co—Ni—O基铜、钙共掺杂的薄膜热敏材料，室温电阻值在82kΩ—180kΩ，材料常数在3400K左右；中国发明专利CN112802648A公布的由钴、锰、镍、铁、锌五种元素的氧化物组成高熵单一尖晶石相氧化物的热敏电阻，材料常数B值为3500—3800K，室温电阻率为6.5—12kΩ·cm；中国发明专利CN108640658A公布的掺杂稀土铈的热敏电阻材料，其材料常数在4000K左右，室温电阻率约为930Ω·cm。

随着电子信息与传感技术的发展，对NTC热敏电阻材料与性能要求也越来越广。所以开发一种能保证较高的B值、且能对ρ₂₅进行有效调节的材料体系是目前NTC热敏电阻材料需要突破和关注的一重要研究方向。如中国发明专利CN110642603A公布的一种以镍氧化物为基体、通过掺杂硼和钠元素的含量以及改变对应掺杂量来调节热敏电阻元件的室温电阻值和材料常数，达到材料常数2000-9000K，室温电阻率50Ω·cm—1MΩ·cm；中国发明专利CN111533552A公开的一种TiO₂基Sb、B、P掺杂的热敏电阻器，材料常数3000—7000K，室温电阻率100kΩ·cm—100MΩ·cm；中国发明专利CN109265159A公开的ZnO基锌、铝、镧、铜掺杂的热敏电阻材料，材料常数2000-6000K，室温电阻率600Ω·cm—4MΩ·cm。

铋铜矿CuBi₂O₄是一种属于四方晶系的P型半导体材料。近年来，CuBi₂O₄材料由于其良好的光吸收性，在光电领域作为光催化剂、电极等被深入研究。如中国发明专利CN114133773A涉及的光催化剂CuBi₂O₄/α-MnO₂空气净化涂料；中国发明专利CN113957394A公开的采用脉冲激光溅射法制备混合膜，再通过退火使混合膜形成CuBi₂O₄薄膜，具有比传统CuBi₂O₄材料更高的光电转化效率；中国发明专利CN114361424A公开的Sm-W共掺杂CuBi₂O₄锂离子电池负极材料，改善了电极材料的电子导电率和离子导电率，同时可以调控了材料形貌。