[其他]稀土热敏电阻

说明书

本发明属于用于测温、控温的稀土热敏电阻的化学组成及制造工艺。

与热电偶相比，利用热敏电阻测温具有成本低、灵敏度高、输出信号大、不需要冷端补偿等优点。以前已实用化的热敏电阻一般由单组分或多组分Cr、Mg、Fe、Co、Ni、Cu和Zn等元素的氧化物组成，在较高温度下易分解，因此适用于低于200℃环境中使用。福特汽车公司（美国申请号US857498）曾提出了用稀土元素、过渡元素和氧组成的热敏电阻（分子式为RFeO₃）。但仅具体介绍了PrFeO₃化合物作为温度补偿器与氧敏感器匹配用在汽车内燃机燃料反馈控制系统。该申请虽然提到了用其他过渡元素如Mg、Co代替RFeO₃中Fe的可能性，但没有具体实施，更没有给出有关材料的具体配方和热敏参数。

本发明提供了克服上述缺点适用于200℃以上环境中测温、控温的热敏电阻化学组成及制造工艺。

本发明的构成如下所述：

1.本发明的热敏电阻材料以稀土氧化物、氧化铁和氧化钴为原料，经高温固相反应而制成。其组成通式为：RFe_xCo_1-xO₃其中R为稀土元素，1＞X≥0.5。

2.制备工艺：

a予烧：稀土氧化物和氧化钴在800～850℃予烧2小时;氧化铁在200℃烘干脱水2小时，经处理后的氧化物分子式分别为R₂O₃、Co₃O₄、Fe₂O₃。

b研磨：按所需化学配比称取前述氧化物，用玛瑙研钵充分研磨，混匀。

C焙烧：研磨混匀的混和物置于1200～1400℃下高温反应20小时。

d再研磨：将焙烧所得产物再研磨、混匀。

e再焙烧：将研磨混匀后的产物置于1200～1400℃下再高温反应20小时。

f调糊：将再焙烧产物用2%聚乙烯醇水溶液调成糊状。

g点珠：在丝间距为0.4mm的两根φ0.1mm铂丝上将糊状物制成φ1mm左右的珠体，珠体重量约5mg。

h烧结：将前述珠体在室温下阴干1昼夜后，置于电炉中，先以每小时200℃的速率升温至400℃，恒温1～2小时。然后以每小时300℃的速率升温至1200～1400℃，烧结20小时后自然冷却。

i老化：烧结后的珠体在650℃下老化一周。

j焊引线：在老化后珠体的钴电极上，焊以φ0.2mm银丝作引线，即成本发明所述之热敏电阻元件。

本发明所述的热敏电阻的热敏性质与其组成、组分有明显关系，同一稀土元素化合物，随铁的含量增加，元件的材料常数B值增加，可利用的测温区域向高温区移动，元件的标称阻值增加，组成相同而稀土元素不同的化合物（即RFe_xCo_1-xO₃中，X值相同，R不同）随稀土元素的原子序数增加，材料常数B值增加，可利用的测温区域向高温区移动。可以通过调节不同稀土元素、不同的铁、钴含量，制备出所需参数的热敏电阻。

本发明用下面例子进一步说明。

实例：按上述工艺条件制备出LaFe_0.7Co_0.3O₃（下称A元件）和LaFe_0.8Co_0.2O₃（下列B元件）配比的热敏电阻元件。它们的使用温度范围分别为150～550℃和250～650℃，它们的材料常数B值分别为7.30×10³oK和9.43×10³oK

表1给出了在各个温度下热敏电阻元件的电阻温度系数α值。

表1    A、B元件的电阻温度系数α值（%）

表2给出了元件在650℃下考验1200小时过程中550℃时的阻值偏差及对应的温度飘移。

实验表明A、B元件无迟滞效应，在冷热冲击下元件阻值保持稳定。

伏安特性测量结果表明，若选取100μA为测量电流，在整个使用温区范围内是安全可靠的，灵敏度是足够的，由于元件自热给测量带来的误差可以忽略不计。

表2    元件1200小时高温考验稳定性数据

表3给出A、B元件的主要技术指标

表3    A、B热敏元件的主要技术指标