一種高溫ntc材料及其製備方法
2023-06-12 10:15:26
專利名稱：一種高溫ntc材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種NTC材料，特別涉及在一種高溫NTC材料及其製備方法。
背景技術：
負溫度係數(NTC)熱敏電阻主要是由各種過渡金屬氧化物如錳、鎳、銅、鋁、鈷、 鉻、鐵、鋅等)混合燒結而形成的一種半導體陶瓷材料。其呈現出電阻隨著溫度的升高而呈現指數下降的電阻-溫度R = R0e"E/kT特性，即利用這種特性使得NTC材料在工業中廣泛應用於溫度測量，溫度控制，過載保護，穩壓限幅以及其他相關領域，NTC材料的主要參數包括室溫電阻率1 25，溫度係數α，B常數，與材料激活能成正比；可以表徵電阻對溫度的敏感性 B越大，材料高溫敏感性越好。很多研究者也對NTC材料進行了廣泛的研究，包括從原料組成，到製備方法以及性能改進等各個領域。製備方法主要包括固相反應法和各種軟化學方法，但是軟化學方法僅僅限於實驗室應用，成本高，難以控制；固相反應法採用金屬氧化物或者硝酸鹽、草酸鹽為原料經過高溫燒結而成工藝簡單，成本低，易於實現工業化生產。目前大多數研究的NTC熱敏電阻主要應用於中低溫領域，對大於300°C高溫領域的熱敏電阻的研究不多。 大多數研究者開發的NTC材料的B常數都沒有超過5000K，而且室溫電阻率也難以達到 L0E+4Qcm。te^nK.Park et al. (Journal of Alloys and Compounds 467(2009)310-316) 中研究了添加ZnO對於MnL17_xNi0.93Co0.9Znx04(0彡x彡0. 075)的研究，其中材料的室溫電阻率僅僅為1145 696 Ω cm, B常數為3218-3550K。因此有需要開發一種具有高電導率和高B值的NTC熱敏電阻材料以滿足高溫領域對NTC材料性能的需求。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種高溫NTC材料及其製備方法，該材料適於300°C _500°C高溫範圍，室溫電阻率範圍為132590 22685080 Ω -cm, B常數範圍為M64 6148K。為達到以上目的，本發明採取的技術方案為一種高溫NTC材料，其化學分析式為Nia6Mn2^xAla4SnxO4，其中0. 1彡χ彡0. 4，採用分析純的Mn02、Ni0、Al203和Sr^2製成。本發明具有兩種製備方法。方案1，一種高溫NTC材料及其製備方法，包括以下步驟步驟1，按照Nia6MnmAla4SnxO4的化學分析式將所需分析純的Mn02、Ni0、Al203和 SnO2粉體放入塑料罐中，其中0. 1 < χ < 0. 4，將其採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1， 球磨時間控制為6 12小時；球磨的功率為0. 75KW，得到混合物；步驟2，將混合物在70°C烘箱中放置12h，烘乾後在空氣爐中預燒，升溫速率為2 50C /min,升溫到900 1000°C，保溫Ih 3h得到NTC預製粉；步驟3，將NTC預製粉再次置於塑料罐中，採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1， 球磨時間控制為M 48小時，球磨的功率為0. 75KW ；步驟4 將二次球磨後的粉體在70°C烘箱中放置1 烘乾然後過200 400目篩網，得到細粉體；步驟5 將細粉體直接在1200 1400°C之間加熱鍛燒1 3小時得到複合粉體， 即為NTC粉體材料。方案2，一種應用於高溫下的NTC材料的製備方法，包括以下步驟步驟1，按照Nia6Mn2^xAla4SnxO4的化學分析式將分析純的Mn02、Ni0、Al203和Sr^2 粉體放入塑料罐中，其中0. 1 < X < 0. 4，將其採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1，球磨時間控制為6 12小時；球磨的功率為0. 75KW，得到第一混合物；步驟2，將第一混合物在70°C烘箱中放置1 烘乾後在空氣爐中預燒，升溫速率為 2 5°C /min,升溫到900 1000°C，保溫Ih 汕得到NTC預製粉；步驟3，將預燒後的粉體再次置於塑料罐中，採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為 2.5 1，球磨時間控制為對 48小時；球磨的功率為0. 75KW;步驟4，將二次球磨後的粉體在70°C烘箱中放置1 烘乾然後過200 400目篩網，得到細粉體；步驟5，給細粉體添加濃度為5 %的聚乙烯醇PVA，混合均勻，得到第二混合物，添加聚乙烯醇PVA與粉體質量比為5-10 90-95 ；步驟6，將第二混合物採用模壓成型，得到壓制混合物，壓力保持在10 300Mpa ；步驟7，將壓制混合物在空氣爐中排膠並燒結，排膠及燒結程序為，低溫階段從室溫採用0. 5 1. 5°C /min的升溫速率升溫到400°C 500°C，保溫1 3h ；高溫階段，排膠體結束後以2 5°C /min的升溫速度升溫到1200 1400°C，並保溫2 4h ；冷卻階段 隨爐冷卻到室溫得到高溫NTC熱敏電阻材料。本發明中測試電阻用的模壓試樣厚度為3mm，直徑為14mm的圓片，其表面塗覆了厚度為15um的銀漿作為電極，本發明的有益效果是獲得的NTC熱敏電阻材料，適於 3000C _500°C高溫範圍，室溫電阻率範圍為132590 22685080 Ω cm，B常數範圍為M64 6148K。
圖Ι-a為本發明實施例2的材料SEM圖。圖l_b為本發明實施例3的材料SEM圖。圖1-c為本發明實施例4的材料SEM圖。圖2為本發明實施例8和對比例1的材料的XRD圖。圖3為本發明實施例6和對比例1的材料的阻溫曲線圖。
具體實施例方式以下結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1一種高溫NTC材料及其製備方法，包括以下步驟步驟1，按照Nia6MnmAla4SnxO4的化學分析式將所需分析純的Mn02、Ni0、Al203和 SnO2粉體放入塑料罐中，其中χ = 0. 1，將其採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1，球磨時間控制為6小時；球磨的功率為0. 75KW，得到混合物；步驟2，將混合物在70°C烘箱中放置12h，烘乾後在空氣爐中預燒，升溫速率為 40C /min,升溫到900 1000°C，保溫2h得到NTC預製粉；步驟3，將NTC預製粉再次置於塑料罐中，採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1， 球磨時間控制為36小時，球磨的功率為0. 75KW ；步驟4 將二次球磨後的粉體在70°C烘箱中放置1 烘乾然後過200目篩網，得到細粉體；步驟5 將細粉體直接在1300°C之間加熱鍛燒1 3小時得到複合粉體，即為NTC 粉體材料。實施例2一種應用於高溫下的NTC材料的製備方法，包括以下步驟步驟1，按照Nia6Mn2^xAla4SnxO4的化學分析式將分析純的Mn02、Ni0、Al203和Sr^2 粉體放入塑料罐中，其中χ = 0. 2，將其採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1，球磨時間控制為8小時；球磨的功率為0. 75KW，得到第一混合物；步驟2，將第一混合物在70°C烘箱中放置1 烘乾後在空氣爐中預燒，升溫速率為 30C /min,升溫到900 1000°C，保溫1. 5h得到NTC預製粉；步驟3，將預燒後的粉體再次置於塑料罐中，採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為 2.5 1，球磨時間控制為36小時；球磨的功率為0. 75KW;步驟4，將二次球磨後的粉體在70°C烘箱中放置1 烘乾然後過300目篩網，得到細粉體；步驟5，給細粉體添加濃度為5 %的聚乙烯醇PVA，混合均勻，得到第二混合物，添加聚乙烯醇PVA與粉體質量比為8 92;步驟6，將第二混合物採用模壓成型，得到壓制混合物，壓力保持在IOOMpa ；步驟7，將壓制混合物在空氣爐中排膠並燒結，排膠及燒結程序為，低溫階段從室溫採用l°c /min的升溫速率升溫到400°C，保溫Ih ；高溫階段，排膠體結束後以2V /min 的升溫速度升溫到1300°C，並保溫池；冷卻階段，隨爐冷卻到室溫得到高溫NTC熱敏電阻材料。實施例1燒結的NTC粉體材料與實施例2燒結的所需形狀的NTC材料的電學性能趨勢一致，在以後的實施例中只給出所需形狀的NTC材料的電阻-溫度特性。
實施例3-實施例8的材料成分及工藝參數見表1。表 權利要求
1.一種高溫NTC材料，其特徵在於，其化學分析式為Nia^mAla4SnxO4，其中 0. 1 ^ χ ^ 0. 4，採用分析純的 Mn02、Ni0、Al203 和 SnO2 製成。
2.製備權利要求1所述的一種高溫NTC材料的方法，其特徵在於，包括以下步驟 步驟1，按照Nia6Mn2IxAla4SnxO4的化學分析式將所需分析純的Mn02、Ni0、Al203和Sr^2粉體放入塑料罐中，其中0. 1 < χ < 0. 4，將其採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1，球磨時間控制為6 12小時；球磨的功率為0. 75KW，得到混合物；步驟2，將混合物在70°C烘箱中放置12h，烘乾後在空氣爐中預燒，升溫速率為2 50C /min,升溫到900 1000°C，保溫Ih 3h得到NTC預製粉；步驟3，將NTC預製粉再次置於塑料罐中，採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1，球磨時間控制為24 48小時，球磨的功率為0. 75KW ；步驟4:將二次球磨後的粉體在70°C烘箱中放置1 烘乾然後過200 400目篩網，得到細粉體；步驟5 將細粉體直接在1200 1400°C之間加熱鍛燒1 3小時得到複合粉體，即為 NTC粉體材料。
3.根據權利要求2所述的一種高溫NTC材料的製備方法，包括以下步驟步驟1，按照Nia6Mn2IxAla4SnxO4的化學分析式將所需分析純的Mn02、Ni0、Al203和Sr^2 粉體放入塑料罐中，其中χ = 0. 1，將其採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1，球磨時間控制為6小時；球磨的功率為0. 75KW，得到混合物；步驟2，將混合物在70°C烘箱中放置12h，烘乾後在空氣爐中預燒，升溫速率為4°C / min,升溫到900 1000°C，保溫2h得到NTC預製粉；步驟3，將NTC預製粉再次置於塑料罐中，採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1，球磨時間控制為36小時，球磨的功率為0. 75KW ；步驟4 將二次球磨後的粉體在70°C烘箱中放置1 烘乾然後過200目篩網，得到細粉體；步驟5 將細粉體直接在1300°C之間加熱鍛燒1 3小時得到複合粉體，即為NTC粉體材料。
4.製備權利要求1所述的一種高溫NTC材料的方法，其特徵在於，包括以下步驟 步驟1，按照Nia6Mn2IxAla4SnxO4的化學分析式將分析純的Mn02、NiO, Al2O3和Sr^2粉體放入塑料罐中，其中0. 1 < χ < 0. 4，將其採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1，球磨時間控制為6 12小時；球磨的功率為0. 75KW，得到第一混合物；步驟2，將第一混合物在70°C烘箱中放置1 烘乾後在空氣爐中預燒，升溫速率為2 50C /min,升溫到900 1000°C，保溫Ih 3h得到NTC預製粉；步驟3，將預燒後的粉體再次置於塑料罐中，採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1，球磨時間控制為24 48小時；球磨的功率為0. 75KW ；步驟4，將二次球磨後的粉體在70°C烘箱中放置1 烘乾然後過200 400目篩網，得到細粉體；步驟5，給細粉體添加濃度為5 %的聚乙烯醇PVA，混合均勻，得到第二混合物，添加聚乙烯醇PVA與粉體質量比為5-10 90-95 ；步驟6，將第二混合物採用模壓成型，得到壓制混合物，壓力保持在10 300Mpa ； 步驟7，將壓制混合物在空氣爐中排膠並燒結，排膠及燒結程序為，低溫階段從室溫採用0. 5 1. 5°C /min的升溫速率升溫到400°C 500°C，保溫1 3h ；高溫階段，排膠體結束後以2 5°C /min的升溫速度升溫到1200 1400°C，並保溫2 4h ；冷卻階段隨爐冷卻到室溫得到高溫NTC熱敏電阻材料。
5.根據權利要求4所述的一種高溫NTC材料的製備方法，包括以下步驟 步驟1，按照Nia6Mn2IxAla4SnxO4的化學分析式將分析純的Mn02、NiO, Al2O3和Sr^2粉體放入塑料罐中，其中χ = 0. 2，將其採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1，球磨時間控制為8小時；球磨的功率為0. 75KW，得到第一混合物；步驟2，將第一混合物在70°C烘箱中放置1 烘乾後在空氣爐中預燒，升溫速率為 30C /min,升溫到900 1000°C，保溫1. 5h得到NTC預製粉；步驟3，將預燒後的粉體再次置於塑料罐中，採用溼法球磨混合均勻，採用無水乙醇和瑪瑙球作為球磨介質，原料和無水乙醇的體積比為1 2，磨球和料的體積比為2. 5 1，球磨時間控制為36小時；球磨的功率為0. 75KW ；步驟4，將二次球磨後的粉體在70°C烘箱中放置1 烘乾然後過300目篩網，得到細粉體；步驟5，給細粉體添加濃度為5%的聚乙烯醇PVA，混合均勻，得到第二混合物，添加聚乙烯醇PVA與粉體質量比為8 92；步驟6，將第二混合物採用模壓成型，得到壓制混合物，壓力保持在IOOMpa ； 步驟7，將壓制混合物在空氣爐中排膠並燒結，排膠及燒結程序為，低溫階段從室溫採用1°C /min的升溫速率升溫到400°C，保溫Ih ；高溫階段，排膠體結束後以2°C /min的升溫速度升溫到1300°C，並保溫池；冷卻階段，隨爐冷卻到室溫得到高溫NTC熱敏電阻材料。
全文摘要
一種高溫NTC材料，其化學分析式為Ni0.6Mn2.0-xA10.4SnxO4，其製備方法是先按照化學分析式將所需分析純原料粉體放入塑料罐中，混合均勻，再將混合物預燒，得到NTC預製粉，然後將NTC預製粉再次置於塑料罐中，二次球磨，得到細粉體，最後將細粉體加熱鍛燒得到NTC粉體材料；製備方法也可以按照化學分析式將分析純的原料粉體放入塑料罐中，球磨得到第一混合物，預燒，得到NTC預製粉，再次球磨，得到細粉體，給細粉體添加聚乙烯醇PVA，得到第二混合物，將第二混合物採用模壓成型，得到壓制混合物，最後將壓制混合物在空氣爐中排膠並燒結，得到高溫NTC熱敏電阻材料，本發明獲得的NTC熱敏電阻材料，適於300℃-500℃高溫範圍，室溫電阻率範圍為132590～22685080Ω·cm，B常數範圍為5464～6148K。
文檔編號C04B35/457GK102260074SQ20111013396
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者喬冠軍, 伊小紅, 楊建鋒, 楊武, 柯高潮, 梁森, 王波 申請人:西安交通大學