複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料的製作方法

2023-07-04 00:36:11

專利名稱：複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用氧化物固相法製備複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料。
背景技術：
負溫度係數(NTC)熱敏電阻，因其具有測溫精度高、互換性好、可靠性高、成本低廉等優點，在溫度測量、控制、補償及通訊設備的遠程控制等多方面得到了廣泛的應用，被認為是具有極大發展潛力的電子元器件，有著很好的應用前景。通常AB2O4型尖晶石結構是 NTC熱敏陶瓷材料的主晶相，隨著科技和需求的發展，這類材料的局限性也日益突出。當材料的電阻率較高時其B值也高，反之亦然，同時尖晶石結構組成的多元系陶瓷材料的穩定性較差，燒結後的陶瓷材料處於非平衡狀態，造成材料電學性能改變，這兩點制約了 NTC熱敏元件的廣闊應用。解決此問題的關鍵是探索新的NTC熱敏陶瓷材料，通過在高阻的尖晶石相中複合一種低阻相，製備雙相複合的材料。複合NTC熱敏陶瓷的出現大大擴展了材料的研究開發範圍，利用複合陶瓷材料中組成相性能上的取長補短，可以設計出一系列具有潛在應用價值的新型NTC熱敏材料。由於複合材料的複合度、聯結型可以調整和改變，達到單一材料所不能獲得的優良性能，還會由於乘積效應而產生單一材料和技術無法得到的全新特性。本發明以目前亟需的高精度、參數逆勢變化(低B、高阻)且參數可調性強的元器件為背景，根據對逆勢變化負溫度係數熱敏陶瓷材料和可靠性的需求為依據，對原料配方、 製備方法及燒結工藝進行了設計與優化，本發明首先對材料的配方進行設計，使材料的參數發生逆勢變化且在很大範圍內可調；再對粉體的預燒溫度進行了調控，以及對後來複合塊體材料燒結溫度的優化，使得參數的逆勢變化趨勢和可調性加強，消減除尖晶石和鈣鈦礦兩個主相外的其他雜相；此外在研磨過程中結合溼磨，使得研磨更充分，研磨粒度更細更均勻，同時也提高了研磨效率，最終獲得性能穩定、重複性高的複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料。本發明目的在於，提供一種複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料，該材料以L 03、 TiO2, MnO2和Ni2O3為原料，採用氧化物固相法製備鈣鈦礦相LaTiMnO與尖晶石相NiMnO粉體材料，粉體經溼磨、乾燥、煅燒、雙相混合研磨、預壓成型、冷等靜壓、燒結製成。該材料的電學參數為B25/5Q = 1639-3997K士 1%，P25r= 4-32951 Ω · cm士2%，具有參數可調性強、 一致性好、穩定性高、可重複的優點，適用於多種條件下溫度的測量、控制、線路補償等。本發明所述的複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料，按下列步驟進行a、以La203> TiO2, MnO2和Ni2O3為原料，按鈣鈦礦相LaTiMnO中原子百分比為 La Ti Mn = 45-55 0-40 5-55和尖晶石相NiMnO中原子百分比為Ni Mn = 30 70分別稱取置於不同的瑪瑙球磨罐中，以去離子水為分散介質，溼磨他；b、將步驟a中溼磨後的兩種漿料分別在溫度80°C下乾燥，並研磨Ih得到粉體；C、將步驟b中得到的兩種粉體分別在溫度900-1100°C下預燒2h，分別得到步驟a 中的鈣鈦礦相LaTiMnO和尖晶石相NiMnO的粉體；
d、將步驟c中得到的鈣鈦礦相LaTiMnO與尖晶石相NiMnO的粉體按質量比為 LaTiMnO NiMnO = 0. 5-2 1混合研磨4h，得到混合粉體；e、將步驟d中得到的混合粉體在20Kg/cm2的壓力下預壓成Φ20πιπι的圓片，保壓時間為3min，將成型的塊體材料進行冷等靜壓，在壓強為350MI^下保壓lOmin，然後於 1200-1300°C高溫燒結2-4h，即可得到複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料。步驟a球磨為順逆時針方向交替進行，順逆時針間隔時間30min。步驟a控制球磨罐中各物質質量比為瑪瑙球料去離子水=2. 5 1 1。步驟c鈣鈦礦相LaTiMnO粉體粒度為0. 183-2. 385 μ m,尖晶石相NiMnO粉體粒度為 0. 157-2. 155 μ m。步驟d得到的混合粉體粒度為0. 044-1. 857 μ m。複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料電學參數為化5/5(1 = 1639-3997K士 1%，P25r = 4-32951 Ω · cm士2%。本發明所述的複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料，在充分控制固相反應的參數和工藝條件下，得到化學計量比準確，粒度與成分均勻的負溫度係數熱敏粉體，再經煅燒、成型、 高溫燒結後得到參數逆勢變化(低B、高阻)且參數可調性強的複合相的負溫度係數熱敏陶瓷材料，該材料的特點為(1)在粉體製備時，磨料的方式對粉體的粒度和均勻性有著重要的影響。本發明採用溼磨的方式，以去離子水為球磨分散介質，在液相的氛圍下球磨，由於表面張力的作用， 提高了粉體的球磨活性；而且在球磨的過程中順逆時針方向球磨交替規律進行，使球磨更充分，這樣得到的粉體粒度均勻、分散性好，顆粒尺寸小，經成型燒結後得到的材料成瓷性好，熱敏陶瓷材料一致性好，穩定性高。(2)本發明採用鈣鈦礦相LaTiMnO與尖晶石相NiMnO兩相複合製備參數逆勢變化 (低B、高阻)且參數可調性強的熱敏陶瓷材料，由於複合材料的複合度、聯結型可以調整和改變，利用複合陶瓷材料中組成相性能上的取長補短，達到單一相材料所不能獲得的優良性能，還會由於乘積效應而產生單一相材料和技術無法得到的全新特性。(3)製備複合陶瓷材料時，直接混合1^203、1102、111102、附203可能無法形成嚴格化學計量比準確的鈣鈦礦相的LaTiMnO與尖晶石相的NiMnO，以致不能達到兩相複合的目的，故採用先製取單相的LaTiMnO與NiMnO，然後再將兩相複合，調整鈣鈦礦相LaTiMnO與尖晶石相MMnO不同的質量比，得到材料參數逆勢變化(低B、高阻)且參數可調性強、穩定性高、 一致性好的複合負溫度係數熱敏陶瓷材料。對該材料進行電性能測試，其電學參數化5/5(| = 1639-3997K士 1%，P25r= 4-32951 Ω · cm士2%，具有參數可調性強、一致性好、穩定性高、 可重複的優點，適用於多種條件下溫度的測量、控制、線路補償等。
具體實施例方式實施例1a、首先以Lei203、TiO2, MnO2, Ni2O3為原料，按鈣鈦礦相LaTiMnO中原子百分比為 La Ti Mn = 50 30 20和尖晶石相NiMnO中原子百分比為Ni Mn = 30 70分別稱取置於不同的瑪瑙球磨罐中，控制球磨罐中各物質質量比為瑪瑙球料去離子水 =2.5 1 1，以去離子水為分散介質，溼磨他，球磨為順逆時針方向交替進行，順逆時針間隔時間30min ；b、將步驟a中溼磨後的兩種漿料分別在溫度80°C下乾燥，並研磨Ih得到粉體；c、將步驟b中得到的兩種粉體分別在溫度900 0C預燒池，分別得到步驟a中的鈣鈦礦相LaTiMnO粉體，粒度為0. 183-2. 074 μ m和尖晶石相NiMnO的粉體，粒度為 0. 157-2. 045 μ m ；d、將步驟c中得到的鈣鈦礦相LaTiMnO與尖晶石相NiMnO的粉體按質量比為 LaTiMnO NiMnO = 0. 5 1混合研磨4h，得到的混合粉體，粒度為0. 044-1. 574 μ m ；e、將步驟d中得到的混合粉體在20Kg/cm2的壓力下預壓成Φ 20mm的圓片，保壓時間為3min，將成型的塊體材料進行冷等靜壓，在壓強為350MI^下保壓lOmin，然後於1200°C 高溫燒結2h，即可得到複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料。將得到的複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料進行電性能測試，其電學參數為化5/5(| = 3997K士 1%，P25r= 32951 Ω .(^±2%。該材料具有高B、高阻，適用於汽車排氣、發動機以及乾燥爐、反應槽、電烤箱等高溫設備溫度的測量、控制、線路補償。實施例2a、首先以Lei203、TiO2, MnO2和Ni2O3為原料，按鈣鈦礦相LaTiMnO中原子百分比為 La Ti Mn = 50 35 15和尖晶石相NiMnO中原子百分比為Ni Mn = 30 70分別稱取置於不同的瑪瑙球磨罐中，控制球磨罐中各物質質量比為瑪瑙球料去離子水 =2.5 1 1，以去離子水為分散介質，溼磨他，球磨為順逆時針方向交替進行，順逆時針間隔時間30min ；b、將步驟a中溼磨後的兩種漿料分別在溫度80°C下乾燥，並研磨Ih得到粉體；C、將步驟b中得到的兩種粉體分別在溫度1000°C預燒池，分別得到步驟a中的鈣鈦礦相LaTiMnO粉體，粒度為0. 225-2. 165 μ m和尖晶石相NiMnO的粉體，粒度為 0. 346-2. 038ym ；d、將步驟c中得到的鈣鈦礦相LaTiMnO與尖晶石相NiMnO的粉體按質量比為 LaTiMnO NiMnO =1:1混合研磨4h，得到的混合粉體，粒度為0. 050-1. 648 μ m ；e、將步驟d中得到的混合粉體在20Kg/cm2的壓力下預壓成Φ 20mm的圓片，保壓時間為3min，將成型的塊體材料進行冷等靜壓，在壓強為350MI^下保壓lOmin，然後於1250°C 高溫燒結3h，即可得到複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料。將得到的複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料進行電性能測試，得到電學參數化5/5(| = 2898K士 1%，P25r= 4633 Ω · cm士2%，該材料具有低B、高阻，適用於寬溫區的溫度測量、 控制、線路補償。實施例3a、首先以Lei203、TiO2, MnO2和Ni2O3為原料，按鈣鈦礦相LaTiMnO中原子百分比為 La Ti Mn = 50 O 50和尖晶石相NiMnO中原子百分比為Ni Mn = 30 70分別稱取置於不同的瑪瑙球磨罐中，控制球磨罐中各物質質量比為瑪瑙球料去離子水= 2.5 1 1，以去離子水為分散介質，溼磨他，球磨為順逆時針方向交替進行，順逆時針間隔時間30min ；b、將步驟a中溼磨後的兩種漿料分別在溫度80°C下乾燥，並研磨Ih得到粉體；C、將步驟b中得到的兩種粉體分別在溫度1100°C預燒2h，分別得到步驟a中
5的鈣鈦礦相LaTiMnO粉體，粒度為0. 245-2. 385 μ m和尖晶石相NiMnO的粉體，粒度為 0. 458-2. 155ym ；d、將步驟c中得到的鈣鈦礦相LaTiMnO與尖晶石相NiMnO的粉體按質量比為 LaTiMnO NiMnO = 2:1混合研磨4h，得到的混合粉體粒度為0. 075-1. 857 μ m ；e、將步驟d中得到的混合粉體在20Kg/cm2的壓力下預壓成Φ 20mm的圓片，保壓時間為3min，將成型的塊體材料進行冷等靜壓，在壓強為350MI^下保壓lOmin，然後於1300°C 高溫燒結4h，即可得到複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料。將得到的複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料進行電性能測試，得到電學參數化5/5(| = 1639K士 1 %，P 25Γ= 4 Ω .cm士2%，該材料具有低B、低阻，適用於低溫下溫度的測量、控制、 線路補償。
權利要求
1.一種複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料，其特徵在於按下列步驟進行a、以Lei203、TiO2,MnO2和Ni2O3為原料，按鈣鈦礦相LaTiMnO中原子百分比為 La Ti Mn = 45-55 0-40 5-55和尖晶石相NiMnO中原子百分比為Ni Mn = 30 70分別稱取置於不同的瑪瑙球磨罐中，以去離子水為分散介質，溼磨他；b、將步驟a中溼磨後的兩種漿料分別在溫度80°C下乾燥，並研磨Ih得到粉體；C、將步驟b中得到的兩種粉體分別在溫度900-1100°C下預燒2h，分別得到步驟a中的鈣鈦礦相LaTiMnO和尖晶石相NiMnO的粉體；d、將步驟c中得到的鈣鈦礦相LaTiMnO與尖晶石相NiMnO的粉體按質量比為 LaTiMnO NiMnO = 0. 5-2 1混合研磨4h，得到混合粉體；e、將步驟d中得到的混合粉體在20Kg/cm2的壓力下預壓成Φ20mm的圓片，保壓時間為3min，將成型的塊體材料進行冷等靜壓，在壓強為350MI^下保壓lOmin，然後於 1200-1300°C高溫燒結2-4h，即可得到複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟a球磨為順逆時針方向交替進行，順逆時針間隔時間30min。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於步驟a控制球磨罐中各物質質量比為瑪瑙球料去離子水=2. 5 1 1。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於步驟c鈣鈦礦相LaTiMnO粉體粒度為 0. 183-2. 385 μ m,尖晶石相 NiMnO 粉體粒度為 0. 157-2. 155 μ m。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於步驟d得到的混合粉體粒度為 0. 044-1. 857 μ m。
全文摘要
本發明涉及一種新型複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料，該材料以La2O3、TiO2、MnO2和Ni2O3為原料，採用氧化物固相法製備鈣鈦礦相LaTiMnO與尖晶石相NiMnO粉體，粉體經溼磨、乾燥、煅燒、雙相混合研磨、預壓成型、冷等靜壓、燒結加工工藝，即可得到複合相負溫度係數熱敏陶瓷材料。對該材料進行電性能測試，其電學參數B25/50＝1639-3997K±1％，ρ25℃＝4-32951Ω·cm±2％，具有參數可調性強、一致性好、穩定性高、可重複的優點，適用於多種條件下溫度的測量、控制、線路補償等。
文檔編號C04B35/01GK102311259SQ20111014903
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月3日 優先權日2011年6月3日
發明者關芳, 常愛民, 張博, 張惠敏, 趙鵬君 申請人:中國科學院新疆理化技術研究所