一种高稳定NTC热敏陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高稳定NTC热敏陶瓷材料及其制备方法，涉及陶瓷材料技术领域，以改善现有的NTC热敏陶瓷材料由于长期高温老化后容易出现R值和B值漂移，导致热敏元器件的工作精度和可靠性明显降低的现象。本发明专利技术所述高稳定NTC热敏陶瓷材料具有如下化学组成：xNiyMn3‑yO4‑(1‑x)LaMnO3，x值为0.35～0.6，y值为0.5～0.9。本发明专利技术在150℃下经过50h以上的老化时间，R值与B值的变化率均小于1.5％。本发明专利技术还提供一种所述高稳定NTC热敏陶瓷材料的制备方法，本发明专利技术方法具有操作步骤简单，所得NTC热敏陶瓷材料高稳定，长寿命等优点。本发明专利技术主要应用于高稳定NTC热敏陶瓷材料的制备中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陶瓷材料
，具体而言，涉及一种高稳定NTC热敏陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
热敏元器件大部分由热敏陶瓷材料制造而成，其工作原理是利用热敏陶瓷的电阻率随温度变化。通常将电阻率随温度升高而降低的材料称为负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)材料，简称NTC材料。在热敏陶瓷材料中，非线性NTC热敏陶瓷材料的电阻温度系数较大，一般为-2％～-6％/℃，该材料由于性能良好而被广泛应用于各种电子元器件机相关热敏设备中。NTC热敏陶瓷材料在工程应用中，经常会出现热敏指数(B值)和电阻值(R值)随使用时间的增加而变大的现象，长期使用容易导致热敏元器件的综合性能参数严重偏离设计值，极大的限制NTC热敏陶瓷材料在精密控温和测温等高端
的应用，因此需要对NTC热敏陶瓷材料的老化性能进行评估。采用的老化条件是在150℃放置时间超过30h，老化后的NTC热敏陶瓷材料一般会出现R值和B值均变大的现象，R值和B值的变化率均会大于2.5％。目前，对于老化后R值和B值发生漂移的解释主要有以下三点：(1)阳离子在尖晶石结构中A位和B位之间的跳动，引起R值与B值的漂移；(2)晶界处的阳离子空位处于亚平衡态，老化过程中会向晶粒内部迁移从而达到平衡；(3)采用Ag做电极时，Ag会渗透到NTC陶瓷材料内部发生化学反应，从而影响R值与B值。虽然研究人员对热敏陶瓷的老化机理进行了深入研究，但对于高稳定NTC热敏陶瓷材料及其制备方法的研究相对较少。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种高稳定NTC热敏陶瓷材料，以改善现有的NTC热敏陶瓷材料由于长期高温老化后容易出现R值和B值漂移，导致热敏元器件的工作精度和可靠性明显降低的现象。本专利技术的第二个目的在于提供一种本专利技术所述高稳定NTC热敏陶瓷材料的制备方法，本专利技术方法具有操作步骤简单的优点，所制得的NTC热敏陶瓷材料具有高稳定，长寿命的特点。本专利技术所述高稳定性NTC热敏陶瓷材料是指在150℃温度下经过50h以上的老化时间，R值与B值的变化率均小于1.5％的NTC热敏陶瓷材料。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种高稳定NTC热敏陶瓷材料，其具有如下化学组成：xNiyMn3-yO4-(1-x)LaMnO3，x值为0.35～0.6，y值为0.5～0.9。可选地，在本专利技术中，x值典型但非限制性的值为0.35、0.4、0.45、0.5、0.55或0.6，y值典型但非限制性的值为0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.85或0.9。本专利技术中，通过在NiyMn3-yO4(y值范围0.5～0.9)尖晶石结构的NTC陶瓷材料中添加部分钙钛矿结构的LaMnO3NTC陶瓷材料，制得的所述高稳定的NTC热敏陶瓷材料。在150℃温度下经过50h以上的时间老化后，所述的高稳定NTC热敏陶瓷材料的R值和B值的变化率均能够小于1.5％，与现有的NTC热敏陶瓷材料相比，R值和B值的稳定性能大大提高。可选地，在本专利技术中，所述高稳定NTC热敏陶瓷材料具有如下化学组成：xNiyMn3-yO4-(1-x)LaMnO3，x值为0.4～0.6，y值为0.75～0.85。本专利技术通过对各原料的用量进一步调整和优化，从而能够进一步改善按照本专利技术所述化学组成制备的NTC陶瓷材料的性能，得到的NTC陶瓷材料稳定性最高，在150℃温度下经过50h以上的时间老化后，R值和B值的变化率均小于1％。可选地，在本专利技术中，所述高稳定NTC热敏陶瓷材料的主体功能材料为镍锰镧体系NTC陶瓷。可选地，在本专利技术中，所述高稳定NTC热敏陶瓷材料在150℃下经过50h以上的老化时间，电阻值的变化率小于1.5％，热敏指数的变化率小于1.5％。本专利技术提供一种高稳定NTC热敏陶瓷材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)用镍源、锰源和镧源按配方所述的摩尔组分比称量，经过球磨、干燥和过筛制备前驱物；(2)将步骤(1)制备的前驱物进行预烧，得到NTC热敏陶瓷粉体；(3)将步骤(2)制备的NTC热敏陶瓷粉体经过二次球磨、干燥、过筛、造粒、成型、排胶和烧结过程，得到高稳定NTC热敏陶瓷材料。本专利技术中，通过在锰源中加入可变价的镍源，经过高温预烧能够形成尖晶石结构的NTC陶瓷材料NiyMn3-yO4(y值范围0.5～0.9)，此种以锰为主的尖晶石结构具有显著的负温度系数特性；同时，通过在锰源中加入镧源，经过高温烧制能够形成钙钛矿结构的陶瓷材料LaMnO3，此种钙钛矿结构的NTC陶瓷在结构上相对稳定，且化学稳定性和热稳定性较好。因此，本专利技术选择锰源、镍源和镧源，先制备两种前驱物，即尖晶石结构的NTC陶瓷材料和钙钛矿结构的NTC陶瓷材料，制备时通过改变摩尔组分比x和y的数值，即选择适当摩尔含量的NiyMn3-yO4(y值范围0.5～0.9)尖晶石结构的NTC陶瓷材料和适当摩尔含量的LaMnO3钙钛矿结构的NTC陶瓷材料，从而能够有效调控整个体系的R值和B值，得到致密的NTC陶瓷粉体，再经过造粒、成型、排胶和烧结过程，最终制备出本专利技术所述的高稳定NTC热敏陶瓷材料。本专利技术方法具有操作步骤简单，所得NTC热敏陶瓷材料高稳定，长寿命等优点。可选地，在本专利技术中，所述镍源典型但非限制性为Ni2O3、Ni(NO3)3或Ni2(CO3)3；所述锰源典型但非限制性为MnO、Mn(NO3)2或MnCO3；所述镧源典型但非限制性为La2O3、La(NO3)3或La2(CO3)3。可选地，在本专利技术中，步骤(1)中所述球磨为以锆球为研磨介质、去离子水为分散剂进行的球磨，其中混合原料、锆球与去离子水的质量克数比为(1～2)：(1～2)：(1～2)；优选地，混合原料、锆球与去离子水的质量克数比为1：1：1。可选地，在本专利技术中，步骤(1)中所述球磨的速率为300～500转/分钟，球磨时间为4～8h；优选地，本专利技术中所述球磨的速率为350-450转/分钟，典型但非限制性可以为350、400或450转/分钟等；优选地，本专利技术中，所述球磨时间为5-7h。通过调整球磨的速率和时间，能够保证将浆料研磨的均匀充分，为后续制备高稳定NTC热敏陶瓷材料提供原料保证。可选地，在本专利技术中，步骤(1)中所述干燥温度为80～100℃，干燥时间为18～22h；优选地，在本专利技术中，所述干燥温度为80～90℃，典型但非限制性可以为80、82、85、87、88或90℃等；优选地，在本专利技术中，所述干燥时间为19～21h。可选地，在本专利技术中，所述干燥过程是在烘箱中进行的。通过对干燥温度和干燥时间的调整，能够保证对浆料具有较佳的干燥效果，以便为进行后面的制备步骤提供适宜的浆料的状态。可选地，在本专利技术中，所述过筛为过孔径为100目的筛子。可选地，在本专利技术中，步骤(2)中所述预烧是在马弗炉中进行的。可选地，在本专利技术中，步骤(2)中所述预烧的温度为800-1000℃，典型但非限制性可以为800、850、900、950或1000℃等；预烧的保温时间为3～5h，例如可以为3、4或5h等。具体地，本专利技术步骤(2)中，是将步骤(1)干燥过筛后的粉体放入刚玉坩埚中，然后放入马弗炉中从室温逐步加热升温至800-1000℃进行保温烧制，保温3-5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高稳定NTC热敏陶瓷材料，其特征在于，具有如下化学组成：xNiyMn3‑yO4‑(1‑x)LaMnO3，x值为0.35～0.6，y值为0.5～0.9。

【技术特征摘要】
1.一种高稳定NTC热敏陶瓷材料，其特征在于，具有如下化学组成：xNiyMn3-yO4-(1-x)LaMnO3，x值为0.35～0.6，y值为0.5～0.9。2.根据权利要求1所述的高稳定NTC热敏陶瓷材料，其特征在于，具有如下化学组成：xNiyMn3-yO4-(1-x)LaMnO3，x值为0.4～0.6，y值为0.75～0.85。3.根据权利要求1或2所述的高稳定NTC热敏陶瓷材料，其特征在于，所述高稳定NTC热敏陶瓷材料在150℃下经过50h以上的老化时间，电阻值的变化率小于1.5％，热敏指数的变化率小于1.5％。4.一种高稳定NTC热敏陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)用镍源、锰源和镧源按照所述化学组成进行称量，经过球磨、干燥和过筛制备前驱物；(2)将步骤(1)制备的前驱物进行预烧，得到NTC热敏陶瓷粉体；(3)将步骤(2)制备的NTC热敏陶瓷粉体经过二次球磨、干燥、过筛、造粒、成型、排...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞锦标，韩玉成，何创创，居奎，张秀，蔡园园，杜玉龙，
申请(专利权)人：中国振华集团云科电子有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52