線性負溫度係數熱敏材料的製作方法

2023-05-28 17:32:36 1

專利名稱:線性負溫度係數熱敏材料的製作方法
本發明涉及一種線性負溫度係數陶瓷熱敏材料的製造方法，用該材料製得的熱敏電阻器適合於測溫、控溫和溫度補償等場合。
在所有的常溫熱敏電阻器中，主要採用過渡金屬錳、鎳、鈷等氧化物製成負溫度係數(NTC)熱敏電阻器。這種NTC熱敏電阻器的主要優點是靈敏度高、性能穩定、生產工藝簡單、成本低和適宜大批生產。但存在的主要問題是所有的NTC熱敏電阻器具有非線性的電阻溫度特性，而且，在大的溫度範圍內，電阻溫度特性線性化是相當困難的。現在，各國都在竭力尋找具有線性電阻溫度特性的熱敏材料。
本發明的目的在於構造Fe3+部分替代CO3+的尖晶石結構的半導體陶瓷材料系，來製造既具有上述NTC熱敏電阻器的優點，又可在較大的溫度範圍內具有線性的電阻溫度特性的熱敏電阻器。
本發明完成上述目的所採取的手段是在CoO-Co2O3-Fe2O3陶瓷系中，改變三價金屬離子配比Fe3+/Co3+的值，構造Fe3+部分替代Co3+的尖晶石結構Co2+(Fe3+XCo3+2-X)O4的半導體陶瓷。當Fe3+的摩爾數X在一定的範圍時，這種半導體陶瓷具有很大的電阻負溫度係數，並且電阻溫度特性呈線性關係。由這種半導體陶瓷製得的熱敏電阻器就具有線性的電阻溫度特性。
選擇這種CoO-Co2O3-Fe2O3陶瓷系，只需按一般的簡單陶瓷工藝，不用增加設備和工序，就能大批量地生產低成本、高穩定的園片狀熱敏電阻器。改變成型模子又可得到其它形狀的熱敏電阻器。這種熱敏電阻器既具有線性的電阻溫度特性，又有較大的電阻溫度係數和高的時間穩定性。
用本發明熱敏材料製作園片狀熱敏電阻器的具體生產過程是按各氧化物的摩爾比CoO∶Co2O3∶Fe2O3＝1∶(1-X/2)∶X/2，充分混合，溼磨2～4小時;得到的混合物在900～1100℃溫度下予燒，保溫1～2小時;將予燒料磨細，加5%的聚乙烯醇粘合劑，壓製成φ10×1mm的園片，在空氣中，1200～1400℃燒結1～6小時;最後在瓷片兩面加制歐姆接觸銀電極，就獲得園片狀熱敏電阻器。
五種試樣的具體實施例如下各氧化物的摩爾比為CoO∶Co2O3∶Fe2O3＝1∶(1-X/2)∶X/2，其中X的取值範圍0≤X≤2。當X分別取0，0.5，1.0，1.5，2時，按以上生產過程製成五種試樣，測得各種試樣的參數如表1所示。從表1可知，除X＝0外，各種配方所得試樣的常數B都較大。
以下將結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。
圖1是用本發明線性負溫度係數熱敏材料製得的園片狀熱敏電阻器的結構圖。
圖2是製得的熱敏電阻器的電導激活能△E與鐵的摩爾數X的關係圖。
圖3是四種試樣的感溫電阻率ρ與溫度T的關係圖。
參照圖1，該圖示出了園片狀熱敏電阻器的具體結構，在φ10×1mm的陶瓷園片上，印刷銀電極，然後焊接引線。
圖2是熱敏電阻器的電導激活能△E與鐵的摩爾數X的關係。當加入Fe3+後，陶瓷電阻器的電導激活能大大增加(△E＞0.35ev)，相應的電阻負溫度係數也增大，dT的值約為-2.5%/℃，NTC熱敏電阻器的B值可達4000K以上。
圖3是四種試樣的電阻溫度特性，圖中1、2、3、4為試樣編號。當發生Fe3+替代Co3+時，NTC熱敏電阻器的電阻溫度特性變成線性，但仍然具有較大的電阻負溫度係數。
用以上這些配方製造的NTC熱敏電阻器不但具有線性的電阻溫度特性，而且其特性對測試頻率、測試電壓非常穩定，幾乎不隨時間改變。
採用過渡金屬的鹼類、鹽類進行配方，如CoCo3，Co(HCO3)3，Fe(OH)3等，高溫分介為相應的氧化物CoO，Co2O3，Fe2O3，燒結後，獲得的元件特性與上述配方相一致。
權利要求
1.一種由過渡金屬氧化物製成的具尖晶石結構的半導體陶瓷熱敏材料和相應熱敏電阻器的製造方法，其特徵在於選擇CoO-Co2O3-Fe2O3陶瓷系，構造具尖晶石結構的半導體陶瓷Co2+(Fex3+Co2-x3+)O4，0≤X≤2。
2.按權利要求
1所述的熱敏材料和相應的敏電阻器的製造方法，其特徵在於按各金屬氧化物的摩爾比CoO∶Co2O3∶Fe2O3＝1∶(1-X/2)∶X/2，0≤X≤2，充分混合，溼磨2～4小時;得到的混合物在900℃～1100℃下予燒，保溫1～2小時;將予燒料磨細，加5%的聚乙烯醇，壓製成φ10×1mm的園片，在空氣中1200℃～1400℃燒結1～6小時;最後在瓷片兩面加制歐姆接觸銀電極，就獲得園片狀熱敏電阻器。
3.按權利要求
1或2所述的熱敏材料和相應的熱敏電阻器的製造方法，其特徵在於按摩爾比CoO∶Co2O3∶Fe2O3＝1∶(1-X/2)∶X/2(0≤X≤2)的基本配方，其中三種氧化物可用相應的鹼類、鹽類如CoCO3，Co(HCO3)3，Fe(OH)3等代替。
專利摘要
本發明公開了一種線性負溫度係數陶瓷熱敏材料的製造方法，用以製造具線性負溫度係數的熱敏電阻器。採用CoO—Co
文檔編號H01C7/04GK87101848SQ87101848
公開日1988年6月1日 申請日期1987年3月9日
發明者武明堂, 孫鴻濤, 李平 申請人:西安交通大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan