[其他]高温热敏电阻器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种高温热敏电阻器及其制造方法。

众所周知，使用三氧化二钴（Co₂O₃）-二氧化锰（MnO₂）-氧化镍（NiO）-氧化铜（CuO）材料可以制作300℃以下使用的高精度热敏电阻器。而二氧化锆（ZrO₂）-三氧化二钇（Y₂O₃）系列材料可用来制造高温热敏电阻器，但这类材料受氧气压影响较大，高温长期老化稳定性没能很好的解决。日本松下电气产业珠式会社使用铝酸镁（MgAl₂O₄）+铬酸镧（LaCrO₂）系列材料，来制作100℃-1000℃之间不同温区用的高温热敏电阻器（专利号J5334836），但由于它是以材料的长期老化稳定性为依据来选择材料的，因此并不能保证在经历各种热过程后仍具有良好的阻值复现性，而阻值复现性对实际应用起着极为重要的作用。高温热敏电阻器的封装通常有金属管封装（200℃～800℃）（专利号J50119267）及玻璃包复（500℃以下）（日本计量装置1982.11P14）。金属管封装，工艺较为复杂，而玻璃包复形结构对玻璃材料的线膨胀系数有较高的要求，玻璃和敏感体的线膨胀系数如匹配不好，则由此引起的热应力将严重地影响到高温热敏电阻器的阻值复现性，甚至使元件完全失效。

本发明针对上述问题，用新的方法选择敏感体材料，由此获得阻值复现性好的材料配方，同时配合制造方法上的改进，制作出能在100℃-600℃使用，具有良好阻值复现性及稳定性，结构工艺简单的高温热敏电阻器。

本发明选用的敏感体材料为氧化镁（MgO）-三氧化二铝（Al₂O₃）-二氧化锰（MnO₂）-氧化镍（NiO）-三氧化二钴（Co₂O₃）系列陶瓷材料。本发明的高温热敏电阻器在选择材料时重点考察材料在经历高温热过程后的阻值复现性，并采用了以高温快速冷却处理后的特性来作为衡量材料阻值复现性的依据。其方法如下，首先将热敏材料试样在300℃、400℃、500℃、600℃温度进行热处理，处理条件为保温10-30分钟，空气中快速冷却，每次处理后测量100℃-300℃之间某一固定温度时的电阻值，然后计算出经不同温度热处理后该固定温度点的阻值变化率，选择在使用温区中的不同温度点处理后，该固定温度点的阻值最大变化率小的材料来制作该温区的高温热敏电阻器，并进行其它性能试验。用这种方法选择的高温热敏材料，既解决了经各种高温热过程后的阻值复现性，同时也具有良好的高温长期老化稳定性。表1列出了氧化镁（MgO）-三氧化二铝（Al₂O₃）-二氧化锰（MnO₂）-氧化镍（NiO）-三氧化二钴（Co₂O₃）系列材料的若干材料配方的原子比、烧结条件及试样的B值和阻值范围，试样为φ1.2mm的珠体。表2、表3、表4、表5分别列出了上述材料的试样，经不同温度热处理后在某一固定温度点的阻值，热处理时间为15分钟，空气快速冷却。由表可以看出，上述系列材料中，5元系列的材料配方经快速降温热处理后的阻值复现性明显优于3元系和4元系材料。当各成份的原子比分别在镁（2-4）、铝（0.3-1）、锰（1-3）、镍（0.5-1.5）、钴（1.5-4）时，其材料常数B为（4000-5000）K，300℃时阻值为（0.5-20）KΩ，经300℃、400℃、500℃、600℃几个温度点的快速降温热处理后，200℃阻值的最大变化率在1%到4%之间。其中，当各元素的原子比为：镁∶铝∶锰∶镍∶钴＝3.8∶1∶2∶0.9∶2.3时，其材料常数B为4200K，经上述热处理后200℃的阻值最大变化率为1%。采用经上述热处理后R₂₀₀的最大变化率小于2%、B值在（4000-5000）K、阻值R₃₀₀（1-20）KΩ的材料配方来制作100℃-500℃高温热敏电阻，可以获得优良的阻值复现性和高温稳定性。

本发明的高温热敏电阻器是用耐高温的玻璃作管状封装的珠状热敏电阻器，其外型结构如附图所示。图中温度敏感体〔1〕为φ1.2mm的小珠，用φ0.1mm的铂丝〔2〕作电极，并用耐高温玻璃〔3〕进行封装，以φ0.2mm的铂丝〔4〕作引线。