低電阻率溫度係數材料及其製備方法

2023-10-06 09:21:34

專利名稱：低電阻率溫度係數材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種恆電阻率溫度係數材料，尤其涉及一種低電阻率溫度係數材料及其製備方法。
背景技術：
恆電阻率溫度係數材料在高精度電子設備，微電子電路，高功率防浪湧電阻和各種功能傳感器中有著廣泛的應用，因此尋求低電阻率溫度係數材料一直是人們研究的熱點。1884年英國韋斯頓(E.Weslon)發現了電阻率溫度係數很低的錳銅合金，並在後來製成了標準電阻器。現有技術中，人們開發了很多適用不同要求的電阻合金，但是此類複合材料製作工藝複雜、成本高、而且熱穩定性和化學穩定性都較差。

發明內容
本發明的目的是提供一種工藝簡單、成本低、而且熱穩定性和化學穩定性都較好的低電阻率溫度係數材料及其製備方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的:本發明的低電阻率溫度係數材料，包括由以下任一種或多種通式所示的組分構成的反鈣鈦礦結構鐵碳化合物結晶: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.本發明的上述低電阻率溫度係數材料的製備方法，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式的摩爾比，稱取相關粉末並混合均勻；B、將混合物裝入石英管中並同時迅速接上抽真空系統，抽真空到小於10_4Pa，然後封閉石英管；C、將密封好的石英管放進高溫爐中，以每分鐘小於2-5K的速度升至973-1273K，在此溫度下保溫3-6天，關閉電源，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後研磨I小時以上；E、使用壓片機對粉末在大於15MPa的壓力下將其壓成片；F、將壓製成的片狀樣品裝入石英管中並同時迅速接上抽真空系統，抽真空到小於10_4Pa，然後封閉石英管；G、將密封好的石英管放進高溫爐中，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係數材料。由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的低電阻率溫度係數材料及其製備方法，由於採用以下任一種或多種通式所示的組分構成的反鈣鈦礦結構鐵碳化合物結晶: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係數在至少30Κ的溫區範圍內隨溫度幾乎恆定不變((2.5Χ 10_5/Κ)，工藝簡單、成本低、而且熱穩定性和化學穩定性都較好，可廣泛應用於高精度電子設備，微電子電路，高功率防浪湧電阻和各種功能傳感器。


圖1為本發明實施例一的低電阻率溫度係數材料的效果圖；圖2為本發明實施例二的低電阻率溫度係數材料的效果圖；圖3為本發明實施例三的低電阻率溫度係數材料的效果圖；圖4為本發明實施例四的低電阻率溫度係數材料的效果圖；圖5為本發明實施例五的低電阻率溫度係數材料的效果圖；圖6為本發明實施例六的低電阻率溫度係數材料的效果圖；圖7為本發明實施例中的兩種低電阻率溫度係數材料的電阻率溫度係數(TCR)和電阻率曲線斜率(dp /dT)隨缺位或摻雜量的濃度變化關係。
具體實施例方式下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。本發明的低電阻率溫度係數材料，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成的反鈣鈦礦結構鐵碳化合物結晶: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的溫度區域內其電阻率溫度係數小於2.5Χ 10_5/Κ。本發明的上述低電阻率溫度係數材料的製備方法，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式的摩爾比，稱取相關粉末並混合均勻；B、將混合物裝入石英管中並同時迅速接上抽真空系統，抽真空到小於10_4Pa，然後封閉石英管；C、將密封好的石英管放進高溫爐中，以每分鐘小於2-5K的速度升至973-1273K，在此溫度下保溫3-6天，關閉電源，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後研磨I小時以上；E、使用壓片機對粉末在大於15MPa的壓力下將其壓成片；F、將壓製成的片狀樣品裝入石英管中並同時迅速接上抽真空系統，抽真空到小於10_4Pa，然後封閉石英管；G、將密封好的石英管放進高溫爐中，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係數材料。本發明具有如下優點:第一，本發明的低電阻率溫度係數材料，在至少30K的溫區範圍內，其電阻率溫度係數小於2.5X 10_5/K，材料的可適用溫度範圍從150Κ到350Κ。第二，在室溫附近較寬的溫區內(265-315Κ)具有電阻率溫度係數小於6Χ10_6/Κ的材料；第三，本發明的低電阻率溫度係數材料的電阻率溫度係數可以隨缺位或摻雜量的濃度變化而實現從正值到負值，意味著在某個合適的缺位或摻雜濃度下可以實現零電阻率溫度係數材料(見圖7所示)；第四，本發明的低電阻率溫度係數材料由單一物質構成，各向同性，結構穩定，熱、化學性能穩定，具有較高的機械強度；第五，本發明的低電阻率溫度係數材料具有高導電性(較低的電阻率)和導熱性等優點。第六，本發明的低電阻率溫度係數材料可以只由廉價且環保的材料構成，同時原料來源豐富，且製備條件易實現。下面就本發明的內容進行詳細的說明:本發明中所述的鐵碳化合物，只要不特別說明，就不存在可能產生通常結晶晶格中原子的缺陷和過剩的 情況，但只要不脫離本發明的宗旨，即使在這種結晶晶格中存在通常可能產生的缺陷和過剩，這樣的鐵碳化合物也包含在本發明的範圍內。本發明的低電阻率溫度係數材料是在至少30Κ的溫區範圍內，其電阻率溫度係數小於2.5X IO-5A的反鈣鈦礦結構鐵碳化合物，例如，其是由下述通式所述的組分構成的鐵碳化合物。通式(I)-Fe3Ga1-SC通式(I)中O彡δ彡0.2，關於δ，優選O彡δ彡0.1，特別優選δ =0.05。通式(2):Fe3_^GaC通式(2)中O彡ζ彡1，關於ζ，優選O彡ζ彡0.5，特別優選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優選Al、Cu、Ag中的任意一種，更優選 Al ;0 < X < 0.3,優選 O < X 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係數(TCR)、dp (T)/dT和相應的溫度區間。表1，電阻率溫度係數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
權利要求
1.一種低電阻率溫度係數材料，其特徵在於，包括由以下任一種或多種通式所示的組分構成的反鈣鈦礦結構鐵碳化合物結晶: 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.根據權利要求1所述的低電阻率溫度係數材料，其特徵在於，該材料在至少30Κ的溫度區域內其電阻率溫度係數小於2.5Χ 10_5/Κ。
3.—種權利要求1或2所述低電阻率溫度係數材料的製備方法，其特徵在於，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式的摩爾比，稱取相關粉末並混合均勻； B、將混合物裝入石英管中並同時迅速接上抽真空系統，抽真空到小於10_4Pa，然後封閉石英管； C、將密封好的石英管放進高溫爐中，以每分鐘小於2-5K的速度升至973-1273K，在此溫度下保溫3-6天，關閉電源，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後研磨I小時以上； E、使用壓片機對粉末在大於15MPa的壓力下將其壓成片； F、將壓製成的片狀樣品裝入石英管中並同時迅速接上抽真空系統，抽真空到小於10_4Pa，然後封閉石英管； G、將密封好的石英管放進高溫爐中，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係數材料。
全文摘要
本發明公開了一種低電阻率溫度係數材料及其製備方法，採用以下任一種或多種通式所示的組分構成的反鈣鈦礦結構鐵碳化合物結晶通式一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係數在至少30K的溫區範圍內隨溫度幾乎恆定不變(≤2.5×10-5/K)，可廣泛應用於高精度電子設備，微電子電路，高功率防浪湧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 優先權日2013年4月7日
發明者藺帥, 童鵬, 王鉑森, 孫玉平, 戴建明 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院