專利名稱：：一種低成本負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及敏感材料及器件的制造技術(shù)，特別涉及負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：迄今為止，國內(nèi)外所用的負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的配方均是由過渡金屬元素(Mn、Fe、Co、Ni、Cu)的氧化物構(gòu)成。改變配方中材料的成份或成份的不同比列，可以獲得所需要的各種參數(shù)的熱敏材料。大量研究表明，由過渡金屬氧化物構(gòu)成的熱敏材料具有尖晶石結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電機(jī)制為價交換模型。在這種氧化物半導(dǎo)體中引入各種雜質(zhì)(摻雜)只能改善材料的均勻性、穩(wěn)定性和重復(fù)性以及高溫成瓷性能。對電導(dǎo)的調(diào)制作用不呈現(xiàn)明顯的效果。因此，根據(jù)這一理論，材料的高電阻率必然伴隨高的B值(溫度靈^t系數(shù))。由于載流子濃度決定于溫度，溫度越高，載流子濃度越大，材料自然呈現(xiàn)負(fù)溫度特性。因此，若要制備應(yīng)用上要求的具有某些特殊性能(如高阻/低B值材料，低P且/高B值材料，線性熱敏材料和正溫度系數(shù)熱敏材料)的材料是無法實(shí)現(xiàn)的。其次是傳統(tǒng)的熱敏材料的配方中所含的Co和Ni的氧化物(Co304,NiO)價格十分昂貴，給體積大，用料多的功率型熱敏電阻的制造帶來困難。此外，按照陶瓷半導(dǎo)體的要求，原材料純度越高，制備工藝環(huán)境污染越小，材料的一致性和穩(wěn)定性越好，這又大大增加元件制造的成本。為了克服熱敏電阻制造中面臨的這些問題，人們曾采用簡化生產(chǎn)工藝，使用低質(zhì)量原料，減少原材料(金屬氧化物)用量等方法降低產(chǎn)品的制造成本，其結(jié)果是事與愿違，使產(chǎn)品的質(zhì)量大大下降，削弱了產(chǎn)品的市場竟?fàn)幜?。解決功率型熱敏電阻制造的低成本問題，唯一的途徑是研發(fā)低成本熱凝:材并牛新配方。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用價格很低的材料制作的負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為提供一種低成本負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料，其特征在于，所述熱敏材料的原料中的各個組成部分及其含量如下50%-70%;25%-45%;3%-5%.,0.5%-1.5%;0.3%。上述低成本負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，包括如下步驟A、按配方比例范圍內(nèi)各成份的重量百分比配制原料，以配料水乙醇磨球(鋯球)=1.0:0.8:0.6:1.5重量比例一次球磨16小時;B、將一次球磨后的粉料在750。C士5。C下預(yù)燒，保溫2小時-3小時；C、將預(yù)燒料按照一次球磨的方法進(jìn)行第二次球磨12小時；D、將二次球磨后的粉料在80。C-100。C烘干，并加入粉料總重量15%~18%的、濃度為10%的聚乙烯醇溶液，造粒成粒度為80目-200目的粉體；E、將造粒粉體壓制成密度為3.2g/cm3~3.4g/cm3的樣品坯體；F、將樣品坯體置于1060。C-1080。C的高溫爐中煅燒，燒結(jié)曲線如下室溫~500°C升溫速率0.5°C/minZnOCuOCCaOA1203500。C~800。C升溫速率0.8°C/min800°C保溫800°C~(1060°C~1080°C)升溫速率1.0°C/min(1060°C~1080°C)保溫150min(1060°C~1080°C)~200°C隨爐降溫；G、采用含Ag60W的Ag漿在燒結(jié)所得的熱壽丈瓷片兩面印制厚度為3~4um的Ag電極，之后在850。C下還原30min，制成熱敏材料測試樣品芯片，熱敏材料測試樣品芯片的常溫電阻率^5=23Qcm-55Qcm，B25/50=2680K-2954K。綜上所述，本發(fā)明所提供的熱敏材料其特殊之處在于是通過如下方式制成的將ZnO、CuO、C、CaO按照比例稱量并加A1203雜質(zhì)，經(jīng)5求磨^^燒一二次球磨一造粒一成型一燒結(jié)的陶瓷工藝做成密度為4.7g/cm3-4.9g/cm3的熱敏材料，該熱敏材料的電阻率為23Qcm-55Qcm,B25/5()=2680K-2954K,電阻率的誤差為±4°/。以內(nèi)，B值的誤差為士l。/。。這種熱敏材料特別適合作浪涌電流吸收功能型熱敏電阻，且材料成本不到常規(guī)配方材料成本的二分之一。具體實(shí)施例方式本發(fā)明所提供的低成本負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的原料中的各個組成部分及其含量為ZnO:50%-70%;CuO:25%-45%;C:3%畫5%;CaO:0.5%-1.5Q/o;A1203:0.3%。上述低成本負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，包括如下步驟A、按配方比例范圍內(nèi)各成份的重量百分比配制原料，以配料水乙醇磨球(鋯球)=1.0:0.8:0.6:1.5重量比例一次球磨16小時；B、將一次球磨后的粉料在750。C士5。C下預(yù)燒，保溫2-3小時；C、將預(yù)燒料按照一次球磨的方法進(jìn)行第二次球磨12小時；D、將二次球磨后的粉料在80。C-100。C烘干，并加入粉料總重量15%~18%的、濃度為10%的聚乙烯醇溶液，造粒成粒度為80目-200目的粉體；E、將造粒粉體壓制成密度為3.2g/cm^3.4g/cmS的樣品坯體；F、將樣品坯體置于1060。C-1080。C的高溫爐中煅燒，燒結(jié)曲線如下室溫~500。C升溫速率0.5°C/min500°C~800°C升溫速率0.8°C/min800°C保溫60min800°C~(1060°C~1080°C)升溫速率1.0°C/min(1060°C~1080°C)保溫150min(1060°C~1080°C)~200°C隨爐降溫；G、采用含Ag60。/。的Ag漿在燒結(jié)所得的熱敏瓷片兩面印制厚度為3um~4um的Ag電極，之后在850。C下還原30min，制成熱敏電阻芯片，熱敏電阻芯片的常溫電阻率/25=23Qcm-55Qcm，B25/50=2680K-2954K。在燒結(jié)后的瓷片雙面印刷Ag電極，并焊上引線做成熱敏材料測試樣品。將熱敏材料測試樣品置于25。C和50。C恒溫油槽中，測量其電阻值，R25和Rs。，并按下式計算材料電阻率p25和溫度靈敏系數(shù)B25/50:—及Js—298.15x323.15ri25P25=~T~,腦=^式中，S為電極的面積，L為兩電極間的距離。下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明所提供的低成本負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法做詳細(xì)說明。實(shí)施例1:采用下表的配方成份ZnOCuOCCaO+A1203重量百分比(％)63.69431.8473.8220.6370.3按下列工藝制作樣品A、按比例稱取重量1000g的原料，即ZnO:636.94g,CuO:318.47g,C:38.22g,Ca:6.37g,A1203:3.0g;按原料(1000g):水(800g):乙醇(600g):磨球(鋯球)(1500g)的比例進(jìn)行一次球磨16小時；B、將球磨料在80。C-100。C烘干，然后粉料放入預(yù)燒爐中750。C士5。C保溫120min;C、取出后，按一次球磨的方法進(jìn)行第二次球磨，時間為12小時；D、球磨料在80。C-100。C烘干，在球磨料中加入球磨料總量15%的、溶濃為10%的聚乙烯醇溶液，手工造粒成粒度為80目-200目的粉體；E、將造粒粉體壓成O)IO、厚度為2.0mm、密度為3.2g/cm3的圓片坯體；F、將圓片坯體放入陶瓷匣缽中，置于高溫箱式中煅燒(爐溫精度為士2。C),燒結(jié)曲線如下室溫一500。C升溫速率0.5°C/min500。C一800。C升溫速率0.8°C/min保溫60min升溫速率1.0°C/min保溫150min1060。C一200。C隨爐降溫?zé)Y(jié)后的瓷片密度為4.8g/cm3-4.9g/cm3，收縮率14.5%;G、燒后的瓷片兩面印刷Ag漿(含Ag60%)，還原溫度850°C,時間30min,~層厚度為3um-4um，做成熱敏材料測試樣品芯片；800°C800。C一1060。C1060°CH、將熱敏材料測試樣品芯片兩面焊上引線，置于25°C±0.1°C和50°C±0.1°C恒溫油槽中，測量其電阻值R25和Rs。，并按下式計算材料電阻率^和溫度靈敏系數(shù)B25/50:丑25/50298.15x323.15,及2525及'50測試計算結(jié)果如下表:參數(shù)結(jié)果(100支樣品統(tǒng)計)54.72P/P(%)±3.0B(k)2954B/B(%)±0.9穩(wěn)定系數(shù)S(W)±2.0實(shí)施例2:采用下表配方:成份ZnOCuOCCaO+A1203重量百分比(％)57.61337.0374.1151.2350.3按與實(shí)施例l相同的工藝制作與實(shí)施例1同樣規(guī)格的樣品'測試計算結(jié)果如下表樣結(jié)果(100支樣品統(tǒng)計)p25(Qcm)23.65P/P(%)±3.4B(k)2680B/B(%)士l.O穩(wěn)定系數(shù)S(c/c))±2.3實(shí)施例3:采用下表配方:成份ZnOCuOCCaO+A1203重量百分比(％)60.0035.004.001.00.3按實(shí)施例l相同的工藝(燒結(jié)溫度改為1080°C)制作相同規(guī)格的樣品。測試計算結(jié)果如下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實(shí)施例l、實(shí)施例2和實(shí)施例3的結(jié)果表明，采用材料配方ZnO:CuO:C:CaO+A1203=(50-70%):(25-45%):(3-5)%:(0.5-1.5)%+(03%)范圍內(nèi)，燒結(jié)溫度為1060°C-1080°C,制成的熱敏材料電阻率為23Qcm-55Qcm，B25/50=2680K-2954K,電阻率的誤差為±4%以內(nèi)，B值的誤差為士l0/。，這種材料特別適合作浪涌電流吸收功能型熱敏電阻，且材料成本不到常規(guī)配方材料成本的二分之—。權(quán)利要求1、一種低成本負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料，其特征在于，所述熱敏材料的原料中的各個組成部分及其含量如下ZnO50％-70％；CuO25％-45％；C3％-5％；CaO0.5％-1.5％；Al2O30.3％。2、權(quán)利要求1所述的低成本負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟A、按配方比例范圍內(nèi)各成份的重量百分比配制原料，以配料水乙醇磨球(鋯球)-1.0:0.8:0.6:1.5重量比例一次5求磨16小時；B、將一次球磨后的粉料在750。C士5。C下預(yù)燒，之后保溫2小時-3小時；C、將預(yù)燒料按照一次球磨的方法進(jìn)行第二次球磨12小時；D、將二次球磨后的粉料在80。C-100。C烘干，并加入粉料總重量15%~18%的、濃度為10%的聚乙烯醇溶液，造粒成粒度為80目-200目的粉體；E、將造粒粉體壓制成密度為3.2g/cm3~3.4g/cm3的樣品坯體；F、將樣品坯體置于106(TC-108(TC的高溫爐中煅燒，燒結(jié)曲線如下室溫~500。C升溫速率0.5。C/min`500°C~800。C升溫速率0.8。C/min`800。C保溫60min`800°C~(1060°C~1080°C)升溫速率1.0°C/min(1060°C~1080°C)保溫150min(1060°C~1080°C)~200°C隨爐降溫；G、采用含Ag60。/。的Ag漿在燒結(jié)所得的熱敏瓷片兩面印制厚度為3~4um的Ag電極，之后在850。C下還原30min,制成熱敏材料測試樣品芯片，熱敏材料測試樣品芯片的常溫電阻率A,23Qcm-55Qcm，B25/50=2680-2954K。全文摘要本發(fā)明公開了一種低成本負(fù)溫度系數(shù)熱敏材料及其制備方法，是按重量百分比ZnO∶CuO∶C∶CaO＝50％-70％∶25％-45％∶3％-5％∶0.5％-1.5％，并另加入0.3％的Al₂O₃，經(jīng)一次球磨—預(yù)燒合成—二次球磨—造?！尚汀獰Y(jié)的陶瓷工藝制成的。材料的常溫電阻率為23Ωcm-55Ωcm，B_25/50＝2680K-2954K，電阻率的分散性在±4％以內(nèi)，B值的誤差為±1％，這種材料特別適合用作浪涌電流吸收功能型熱敏電阻，且材料成本不到常規(guī)配方材料成本的二分之一。文檔編號C04B35/01GK101659544SQ20091006015公開日2010年3月3日申請日期2009年7月29日優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日發(fā)明者周軍有,唐本棟,陶明德申請人:四川西漢電子科技有限責(zé)任公司