專利名稱：低電阻率溫度系數(shù)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種恒電阻率溫度系數(shù)材料，尤其涉及一種低電阻率溫度系數(shù)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
恒電阻率溫度系數(shù)材料在高精度電子設(shè)備，微電子電路，高功率防浪涌電阻和各種功能傳感器中有著廣泛的應(yīng)用，因此尋求低電阻率溫度系數(shù)材料一直是人們研究的熱點。1884年英國韋斯頓(E.Weslon)發(fā)現(xiàn)了電阻率溫度系數(shù)很低的錳銅合金，并在后來制成了標(biāo)準(zhǔn)電阻器。現(xiàn)有技術(shù)中，人們開發(fā)了很多適用不同要求的電阻合金，但是此類復(fù)合材料制作工藝復(fù)雜、成本高、而且熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性都較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、成本低、而且熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性都較好的低電阻率溫度系數(shù)材料及其制備方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:本發(fā)明的低電阻率溫度系數(shù)材料，包括由以下任一種或多種通式所示的組分構(gòu)成的反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵碳化合物結(jié)晶:通式一=Fe3Ga1-δ,式中 0≤ δ≤0.2 ；通式二:Fe3yGa3-ζ，式中 0≤ζ ≤ 1 ；通式三:Fe3Ga1-xAxC,式中A 是 Al、Cu、Ag、Sn 和 Zn 中的任意一種，0≤x ≤0.3.本發(fā)明的上述低電阻率溫度系數(shù)材料的制備方法，包括步驟:Α、按照通式一至三的任一種或多種通式所示的化學(xué)式的摩爾比，稱取相關(guān)粉末并混合均勻；B、將混合物裝入石英管中并同時迅速接上抽真空系統(tǒng)，抽真空到小于10_4Pa，然后封閉石英管；C、將密封好的石英管放進(jìn)高溫爐中，以每分鐘小于2-5K的速度升至973-1273K，在此溫度下保溫3-6天，關(guān)閉電源，隨爐冷至室溫；D、將石英管敲碎，取出混合物，將混合物在瑪瑙研缽中敲碎然后研磨I小時以上；E、使用壓片機對粉末在大于15MPa的壓力下將其壓成片；F、將壓制成的片狀樣品裝入石英管中并同時迅速接上抽真空系統(tǒng)，抽真空到小于10_4Pa，然后封閉石英管；G、將密封好的石英管放進(jìn)高溫爐中，以每分鐘2-5K的速度升至973-1273K，在此溫度下保溫5-8天，關(guān)閉電源，隨爐冷至室溫；H、將石英管敲碎，取出樣品，即可得到所述低電阻率溫度系數(shù)材料。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的低電阻率溫度系數(shù)材料及其制備方法，由于采用以下任一種或多種通式所示的組分構(gòu)成的反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵碳化合物結(jié)晶:通式一 Te3Ga1-SC,式中O ^ δ ^ 0.2 ;通式二:Fe3_^GaC，式中O彡ζ彡I ;通式三=Fe3Ga^xAxC,式中A是Al、Cu、Ag、Sn和Zn中的任意一種，0 ^ x ^ 0.3 該材料的電阻率溫度系數(shù)在至少30Κ的溫區(qū)范圍內(nèi)隨溫度幾乎恒定不變((2.5Χ 10_5/Κ)，工藝簡單、成本低、而且熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性都較好，可廣泛應(yīng)用于高精度電子設(shè)備，微電子電路，高功率防浪涌電阻和各種功能傳感器。


圖1為本發(fā)明實施例一的低電阻率溫度系數(shù)材料的效果圖；圖2為本發(fā)明實施例二的低電阻率溫度系數(shù)材料的效果圖；圖3為本發(fā)明實施例三的低電阻率溫度系數(shù)材料的效果圖；圖4為本發(fā)明實施例四的低電阻率溫度系數(shù)材料的效果圖；圖5為本發(fā)明實施例五的低電阻率溫度系數(shù)材料的效果圖；圖6為本發(fā)明實施例六的低電阻率溫度系數(shù)材料的效果圖；圖7為本發(fā)明實施例中的兩種低電阻率溫度系數(shù)材料的電阻率溫度系數(shù)(TCR)和電阻率曲線斜率(dp /dT)隨缺位或摻雜量的濃度變化關(guān)系。
具體實施例方式下面將對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明的低電阻率溫度系數(shù)材料，其較佳的具體實施方式
是:
包括由以下任一種或多種通式所示的組分構(gòu)成的反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵碳化合物結(jié)晶:通式一=Fe3Ga1-^C,式中 O 彡 δ ^ 0.2 ；通式二:Fe3yGaC，式中 O 彡 ζ ^ I ；通式三:Fe3Ga1^AxC,式中A 是 Al、Cu、Ag、Sn 和 Zn 中的任意一種，O ^ x ^ 0.3 該材料在至少30Κ的溫度區(qū)域內(nèi)其電阻率溫度系數(shù)小于2.5Χ 10_5/Κ。本發(fā)明的上述低電阻率溫度系數(shù)材料的制備方法，其較佳的具體實施方式
包括步驟:Α、按照通式一至三的任一種或多種通式所示的化學(xué)式的摩爾比，稱取相關(guān)粉末并混合均勻；B、將混合物裝入石英管中并同時迅速接上抽真空系統(tǒng)，抽真空到小于10_4Pa，然后封閉石英管；C、將密封好的石英管放進(jìn)高溫爐中，以每分鐘小于2-5K的速度升至973-1273K，在此溫度下保溫3-6天，關(guān)閉電源，隨爐冷至室溫；D、將石英管敲碎，取出混合物，將混合物在瑪瑙研缽中敲碎然后研磨I小時以上；E、使用壓片機對粉末在大于15MPa的壓力下將其壓成片；F、將壓制成的片狀樣品裝入石英管中并同時迅速接上抽真空系統(tǒng)，抽真空到小于10_4Pa，然后封閉石英管；G、將密封好的石英管放進(jìn)高溫爐中，以每分鐘2-5K的速度升至973-1273K，在此溫度下保溫5-8天，關(guān)閉電源，隨爐冷至室溫；H、將石英管敲碎，取出樣品，即可得到所述低電阻率溫度系數(shù)材料。本發(fā)明具有如下優(yōu)點:第一，本發(fā)明的低電阻率溫度系數(shù)材料，在至少30K的溫區(qū)范圍內(nèi)，其電阻率溫度系數(shù)小于2.5X 10_5/K，材料的可適用溫度范圍從150Κ到350Κ。第二，在室溫附近較寬的溫區(qū)內(nèi)(265-315Κ)具有電阻率溫度系數(shù)小于6Χ10_6/Κ的材料；第三，本發(fā)明的低電阻率溫度系數(shù)材料的電阻率溫度系數(shù)可以隨缺位或摻雜量的濃度變化而實現(xiàn)從正值到負(fù)值，意味著在某個合適的缺位或摻雜濃度下可以實現(xiàn)零電阻率溫度系數(shù)材料(見圖7所示)；第四，本發(fā)明的低電阻率溫度系數(shù)材料由單一物質(zhì)構(gòu)成，各向同性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，熱、化學(xué)性能穩(wěn)定，具有較高的機械強度；第五，本發(fā)明的低電阻率溫度系數(shù)材料具有高導(dǎo)電性(較低的電阻率)和導(dǎo)熱性等優(yōu)點。第六，本發(fā)明的低電阻率溫度系數(shù)材料可以只由廉價且環(huán)保的材料構(gòu)成，同時原料來源豐富，且制備條件易實現(xiàn)。下面就本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的說明:本發(fā)明中所述的鐵碳化合物，只要不特別說明，就不存在可能產(chǎn)生通常結(jié)晶晶格中原子的缺陷和過剩的 情況，但只要不脫離本發(fā)明的宗旨，即使在這種結(jié)晶晶格中存在通?？赡墚a(chǎn)生的缺陷和過剩，這樣的鐵碳化合物也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的低電阻率溫度系數(shù)材料是在至少30Κ的溫區(qū)范圍內(nèi)，其電阻率溫度系數(shù)小于2.5X IO-5A的反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵碳化合物，例如，其是由下述通式所述的組分構(gòu)成的鐵碳化合物。通式(I)-Fe3Ga1-SC通式(I)中O彡δ彡0.2，關(guān)于δ，優(yōu)選O彡δ彡0.1，特別優(yōu)選δ =0.05。通式(2):Fe3_^GaC通式(2)中O彡ζ彡1，關(guān)于ζ，優(yōu)選O彡ζ彡0.5，特別優(yōu)選ζ =0.2和0.5。通式(3)=Fe3GahAxC通式(3)中A是Al、Zn、Cu、Ag和Sn中的任意一種,在此，A優(yōu)選Al、Cu、Ag中的任意一種，更優(yōu)選 Al ;0 < X < 0.3,優(yōu)選 O < X < 0.2,特別優(yōu)選 χ=0.05、0.1、0.15。本發(fā)明的低電阻率溫度系數(shù)材料，在至少30Κ的溫度區(qū)域，優(yōu)選為至少40Κ的溫度區(qū)域，更優(yōu)選為至少50Κ的溫度區(qū)域，特別優(yōu)選為至少75Κ的溫度區(qū)域，其電阻率溫度系數(shù)小于2.5Χ10_5/Κ。另外，本發(fā)明的低電阻率溫度系數(shù)材料使用的溫度范圍優(yōu)選室溫區(qū)附近。另外，作為本發(fā)明使用的反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵碳化合物，可以采用以下固相合成技術(shù)得到: ( I )按照相關(guān)化學(xué)式的摩爾比稱取相應(yīng)化合物或單質(zhì)粉末并混合均勻；(II)將混合物裝入石英管中并同時迅速接上抽真空系統(tǒng)，抽真空到小于10_4Pa，然后封閉石英管；(III)將密封好的石英管放進(jìn)高溫爐中，以每分鐘小于2-5K的速度升至973-1273K，在此溫度下保溫3-6天，關(guān)閉電源，隨爐冷至室溫；(IV)將石英管敲碎，取出混合物，將混合物在瑪瑙研缽中敲碎然后研磨I小時以上；(V)使用壓片機對粉末在大于15MPa的壓力下將其壓成片；(VI)將壓制成的片狀樣品裝入石英管中并同時迅速接上抽真空系統(tǒng)，抽真空到小于10_4Pa，然后封閉石英管；(W)將密封好的石英管放進(jìn)高溫爐中，以每分鐘2-5K的速度升至973-1273K，在此溫度下保溫5-8天，關(guān)閉電源，隨爐冷至室溫；(VDI)將石英管敲 碎，取出樣品，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物。下面，舉出本發(fā)明的低電阻率溫度系數(shù)材料中含有反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵碳化合物的優(yōu)選例:Fe3GaC-, Fe3Ga0.975C、Fe3Ga0.95C、Fe3Ga0.925C、Fe2 5GaC> Fe2 8GaC> Fe3Ga0.975A10.025C、Fe3Gao g5Alo o5C-, Fe3Ga0 925ΑI 0 075C-, Fe3Ga0 9A10 jC-, Fe3Ga0.95Cu0.05C、Fe3Ga0 9Cu0 jC>Fe3Ga0 95Ag0.05C。下面的表I和表2為部分樣品的電阻率溫度系數(shù)(TCR)、dp (T)/dT和相應(yīng)的溫度區(qū)間。表1，電阻率溫度系數(shù)TCR的計算公式為TCR= P / (d P /dT)，P ^為樣品在273K的電阻率:.....Sample Jp(T)IdT OT Temperature
權(quán)利要求
1.一種低電阻率溫度系數(shù)材料，其特征在于，包括由以下任一種或多種通式所示的組分構(gòu)成的反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵碳化合物結(jié)晶: 通式一 =Fe3Ga1-^C,式中 O ≤ δ ≤0.2 ； 通式二:Fe3yGaC，式中 O ≤ζ ≤ 1 ； 通式三IFe3Ga1^AxC,式中A是Al、Cu、Ag、Sn和Zn中的任意一種，O ^ x ^ 0.3
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低電阻率溫度系數(shù)材料，其特征在于，該材料在至少30Κ的溫度區(qū)域內(nèi)其電阻率溫度系數(shù)小于2.5Χ 10_5/Κ。
3.—種權(quán)利要求1或2所述低電阻率溫度系數(shù)材料的制備方法，其特征在于，包括步驟: Α、按照通式一至三的任一種或多種通式所示的化學(xué)式的摩爾比，稱取相關(guān)粉末并混合均勻； B、將混合物裝入石英管中并同時迅速接上抽真空系統(tǒng)，抽真空到小于10_4Pa，然后封閉石英管； C、將密封好的石英管放進(jìn)高溫爐中，以每分鐘小于2-5K的速度升至973-1273K，在此溫度下保溫3-6天，關(guān)閉電源，隨爐冷至室溫； D、將石英管敲碎，取出混合物，將混合物在瑪瑙研缽中敲碎然后研磨I小時以上； E、使用壓片機對粉末在大于15MPa的壓力下將其壓成片； F、將壓制成的片狀樣品裝入石英管中并同時迅速接上抽真空系統(tǒng)，抽真空到小于10_4Pa，然后封閉石英管； G、將密封好的石英管放進(jìn)高溫爐中，以每分鐘2-5K的速度升至973-1273K，在此溫度下保溫5-8天，關(guān)閉電源，隨爐冷至室溫； H、將石英管敲碎，取出樣品，即可得到所述低電阻率溫度系數(shù)材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低電阻率溫度系數(shù)材料及其制備方法，采用以下任一種或多種通式所示的組分構(gòu)成的反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵碳化合物結(jié)晶通式一Fe3Ga1-δC，式中0≤δ≤0.2；通式二Fe3-ζGaC，式中0≤ζ≤1；通式三Fe3Ga1-xAxC，式中A是Al、Cu、Ag、Sn和Zn中的任意一種，0≤x≤0.3。該材料的電阻率溫度系數(shù)在至少30K的溫區(qū)范圍內(nèi)隨溫度幾乎恒定不變(≤2.5×10-5/K)，可廣泛應(yīng)用于高精度電子設(shè)備，微電子電路，高功率防浪涌電阻和各種功能傳感器。
文檔編號C04B35/622GK103214246SQ20131011811
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者藺帥, 童鵬, 王鉑森, 孫玉平, 戴建明 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院