一種高電阻率、低B值負溫度係數熱敏材料及其製備方法與流程

2023-10-06 09:29:44 2

（一）技術領域

本發明涉及熱敏材料及傳感器領域，特別涉及一種高電阻率、低b值負溫度係數熱敏材料及其製備方法。

（二）

背景技術：

高電阻率、低b值負溫度係數熱敏材料製備的元件與傳感器用於汽車電子、各種半導體器件和傳感器的溫度補償以及寬溫區測溫要求高電阻值/低b值的元件，但由於當前國內外相關高電阻率、低b值產品，相對mems數字傳感器來說精度偏低，因此能夠製造更高精度的高電阻率/低b值的低成本材料成為全球同行業追求的目標。

負溫度係數熱敏的基本特性決定熱敏材料，通常使用的熱敏材料是由過度金屬mn、fe、co、ni、cu的氧化物按不同比例配製而成的，同時摻入一些高價或低價的其他金屬化氧化物。目前市場上高電阻率、低b值材料的電阻率500-2000ωcm，b值（材料係數）在800-1800k範圍內；而電阻率10-100kωcm，b值（材料係數）在1000-2200k範圍內，還未見報導，成為當今負溫度係數熱敏電阻製造的一大難題。

（三）

技術實現要素：

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種工藝簡單、產品性能好的高電阻率、低b值負溫度係數熱敏材料及其製備方法。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種高電阻率、低b值負溫度係數熱敏材料，其特徵在於：以ni-cu-fe系氧化物作為主配方，在主配方中摻入cr2o3、cao、zro、sic製成；其中，主配方由重量比為15-30:45-60:10-35的nio、cuo和fe2o3組成，cr2o3、cao、zro、sic的添加總量為主配方重量的1-9%

其中，所述cr2o3、cao、zro、sic的重量配比為10-25:10-20:20-35:20-40。

本發明所述的高電阻率、低b值負溫度係數熱敏材料的製備方法，其特徵在於：在主配方中摻入cr2o3、cao、zro、sic後進行18-24h的球磨，然後經100-150℃烘乾後加入粘合劑，製成200-300目的顆粒，再製成成形圓片，在900-1200℃高溫下燒結2-6h，最後印刷得到成品。

其優選的技術方案為：

所述球磨時，球磨物料、水和球的重量配比為1:1.0-1.3:1.4-1.8。

所述粘合劑為質量濃度為10-20%的聚乙烯醇溶液，其用量為主配方重量的20-30%。

所述成形圓片的直徑為5cm，成形密度為2.4-3.6g/cm3。

所述燒結過程為以0.5℃/min的速率由室溫升溫至500℃，然後恆溫2h；再以0.8℃/min的速率由500℃升溫至800℃，恆溫2h後，以6℃/min的速率升溫至燒結溫度，燒結2-6h，然後隨爐降溫。

所述印刷時，在750-850℃的銀漿還原溫度下還原漿料，還原時間為25-35min。

本發明中配方和燒結為關鍵工藝，配方決定了材料特性，燒結則是實現這一特性的保證，得到的材料電阻率為10-100kωcm，b值（材料係數）為1000-2200k。

本發明工藝簡單、產品可實現批量生產，具有緻密性好、穩定性高、導電性能優良等特點，是各種傳感器所需的重量材料。

（四）具體實施方式

實施例1：

（1）配方：以nio、cuo、fe2o3為原料，純度為工業級，取nio：cuo：fe2o3=28：55：17（wt%）+5%（添加劑）=25：55：20（wt%）+5%（添加劑）=22：55：23（wt%）+5%（添加劑）=18：55：27（wt%）+5%（添加劑）；添加劑為：cr2o3：cao：zro：sic=20:15:30:35wt%,24小時球磨；

（2）將上述比例配方料球磨24小時，料：水：球=1.0:1.2:1.5；

（3）造粒：在粉料中加入濃度為15%的pva膠溶液24%wt，手工造粒,過200-300目篩；

（4）成形：成形ф5.4（mm）×1.2（mm）的坯片，壓制密度為3.2g/cm3；

（5）將成形的坯片裝入陶瓷缽中在1080℃高溫下燒結3小時。燒結曲線為：

室溫～500℃升溫速率為0.5℃/min，

500℃～500℃恆溫2小時，

500℃～800℃升溫速率為0.8℃/min，

800℃～800℃恆溫2小時，

800℃～1080升溫速率為6℃/min，

1080恆溫3小時，

然後隨爐降溫，200℃以下，出爐。

（6）利用絲網印刷電極；820℃溫度下還原30min。

（7）本發明的一種高電阻率、低b值負溫度係數熱敏材料製成元件測試其電阻率、b值結果如下表(以100支晶片統計)：

結果表明，隨著nio量的減少，電阻率下降，b值隨之下降，一種高電阻率、低b值負溫度係數熱敏材料電阻率、b值與ni-cu-fe系材料相關。

實施例2：

主配方取nio：cuo：fe2o3=23：52：25（wt%），添加劑的量分別取為1.0、3.0、5.0、7.0、9.0wt%，按實施例1的工藝製作成樣品，其測試結果如下表（以100支晶片統計）：

結果表明，隨著添加劑量的增加，電阻率和b值變化很小，一致性以添加劑4%為中心最好，隨添加劑增加或減少其一致性變大。

實施例3：

配方取nio、cuo、fe2o3=23：52：25（wt%），添加劑的量為5wt%，按實施例1的工藝做成坯片，取不同的燒結溫度燒結，樣品的測量結果如下表(以100支晶片統計)：

結果表明，隨著燒結溫度的增加,電阻率下降，b值隨之下降。

本發明的材料配方和製備技術可以批量生產，材料的性能滿足溫度傳感器所需的各種參數，這種材料具有緻密性好、穩定性高、導電性能優良等特點，是傳感器所需的重要材料。