本发明专利技术公开了一种热敏陶瓷电阻材料及电阻元件及该电阻元件的制备方法，该热敏陶瓷材料以铁掺杂ＢａＴｉＯ↓［３］形成，分子式为ＢａＴｉ↓［１－ｘ］Ｆｅ↓［ｘ］Ｏ↓［３］，其中ｘ＝０．１～１，材料的主晶相为六方晶体结构。本发明专利技术的材料具有成分设计简单、成分调节范围广、原材料来源广的特点，适合多种陶瓷材料的制备工艺；材料中只含一种过渡金属元素铁，且烧结温度低于铁氧化物的挥发温度，有效避免了制备过程中主成分元素在高温时的挥发问题。本发明专利技术材料具有良好的材料常数值。本发明专利技术的材料具有稳定性好、一致性好、重复性好的特点，具有电阻值、材料常数、电阻温度系数等电气特性可控的特点，适用于汽车、冰箱等的温度测量、控制和线路补偿。
【技术实现步骤摘要】
本专利属于材料工程领域，涉及一种，该材料为一种具有六方晶体结构的铁掺杂BaTi03的具有电阻负温度系数(NTC)效应的热敏陶瓷材料。
技术介绍
热敏传感器是利用材料电阻率随温度变化的特性而制成的电子器件，其中包含电阻率随温度升高而增大的正温度系数(PTC)热敏电阻元件或电阻率随温度升高而减小的负温度系数(NTC)热敏电阻元件。NTC热敏电阻元件与器件已广泛应用于温度测量、控制、温度补偿，以及电路和电子元件的保护以及流速、流量、射线测量的相关仪器与应用领域。在常温NTC热敏电阻器中，主要采用由过渡金属元素(如锰、镍、钴、铁、铜)的氧化物制成的具有尖晶石晶体结构的NTC热敏电阻元件。这类热敏电阻器得到了广泛的关注与应用。如，中国专利技术专利CN1332405C公布的以锰、镍、镁、铝的硝酸盐为原材料、采用液相共沉淀法合成的NTC热敏电阻材料；中国专利技术专利CN1006667B公布的CoO-Co203-Fe203陶瓷系NTC热敏材料；中国专利技术专利CN100395849C公布的以硝酸钴、硝酸锰和硫酸铁为原料制备的Co-Mn-Fe-O系NTC热敏陶瓷材料；美国专利技术专利6861622公开专利描述的锰-镍-钴-铁-铜系NTC热敏材料。在采用过渡金属锰、镍、钴、铁、铜的氧化物制成的尖晶石结构NTC热敏电阻材料中，因为这些过渡金属氧化物的挥发温度较低，引起热敏电阻元件的制备烧结过程中产生原材料成分的挥发，导致产品的最终成分难于控制、产品性质的一致性以及不同批次产品之间的重复性难于控制。另外，尖晶石结构的NTC热敏电阻材料中主要通过电子跃迀模式实现电子导电，室温电阻率一般较大，且电阻值不好控制；降低材料的电阻率常会带来温度系数的降低，影响热敏元件的NTC特性。同时，具有尖晶石结构的锰-镍-钴-铁系化合物，在200 40(TC温度范围内，其四面体和八面体中阳离子随时间进行缓慢的重新分布而引起结构驰豫。这种驰豫现象造成了NTC陶瓷材料电学性能的不稳定，易导致材料的老化，影响了材料的使用性能和使用寿命。随着空调、电冰箱、微波设备和汽车等产业对NTC热敏电阻器的稳定性要求越来越高，改善现有成分体系或开发新型成分体系的NTC热敏电阻材料就显得十分重要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种热敏陶瓷电阻材料及电阻元件及该电阻元件的制 备方法，该材料具有良好NTC效应的热敏陶瓷电阻，该材料体系具有成分设计简单、成分调 节范围大和较高的NTC材料常数，能够制造具有负电阻温度系数效应的NTC热敏陶瓷电阻材料 体系，特别是适合制备常温NTC热敏陶瓷电阻材料。本专利技术的技术解决方案如下一种热敏陶瓷电阻材料，其特征在于，该热敏陶瓷电阻材料分子式为BaTinFex03，其 中乂=0. 1 1。(实际上分子式为BaTipxFex03—s，其中O. l=x=l。 S为Fe元素的引入产生的 氧缺位数，其具体数值因Fe离子的价态而定，在材料成分设计中可S以不考虑。本专利以下 描述中记录为BaTipxFex03，其中x4. 1 1。)该热敏陶瓷电阻材料由六方钙钛矿晶体组成或主晶相为六方晶体结构，其含量占百分之 九十五以上，具体物相成分与铁的含量不同而有所差异。该热敏陶瓷电阻材料的由含有Ba、 Ti、 Fe金属元素的原材料制成，所述的原材料为含有 Ba、 Ti、 Fe金属元素的氧化物、无机盐或有机盐。一种热敏陶瓷电阻元件，其特征在于，该热敏陶瓷电阻元件的材料采用上述的热敏陶瓷 电阻材料。即该热敏陶瓷电阻材料分子式为BaTinFex03，其中fO. 1 1。该热敏陶瓷电阻材 料为六方钙钛矿晶体或其主晶相为六方晶体。该热敏陶瓷电阻材料的由含有Ba、 Ti、 Fe金属 元素的原材料制成，所述的原材料为含有Ba、 Ti、 Fe金属元素的氧化物、无机盐或有机盐。一种热敏陶瓷电阻元件的制备方法，包括以下步骤(1) 将初始原料按BaTipxFex03，配方配料，其中fO. 1 1，按该分子式中的金属元素的 比例称取原材料BaC03、 4T^nFe203;(2) 将称取的原材料分别溶解于6 mol/L稀硝酸中配成三种溶液；(3) 将上述三种溶液混合，并利用磁力搅拌加热器搅拌混合均匀、加热干燥，制得粉末；(4) 将所得的粉末进行煅烧形成粉体，煅烧温度为100(TC、保温时间为2小时；(5) 将粉体进行造粒、压制成坯体；坯体为圆片型，坯体的圆片直径为15毫米，厚度 为3. 5 4. 0毫米；(6) 将坯体进行烧结，烧结温度为140(TC，保温2小时，冷却至室温获得热敏陶瓷电阻 元件；升温和冷却速率均为每分钟5'C。本专利技术组成NTC的热敏陶瓷电阻元件关键组成为钡、钛、铁、氧元素。热敏陶瓷电阻材料的原材料可以是含这些金属元素的氧化物、无机盐或有机盐等化合物。该配方体系组分简单、原材料来源丰富且价格便宜，各种原材料均可从化学试剂市场或相关试剂生产厂家购得按本专利技术实施例所述制备方法能获得单相或较高纯度的六方晶体结构的结晶材料，具有性能稳定、可靠性高的NTC热敏特性。本专利技术的重点在于公布这种新型热敏电阻材料的成分配方。实际应用过程中可以根据陶瓷材料的常规制备方法对合成方法和生产工艺进行相应调整，灵活性大。如，原材料可选用含有这些金属元素的氧化物、无机盐或有机盐化合物；合成方法可采用固态反应法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、气相沉积法或其它陶瓷材料的合成方法来实现。本专利技术的NTC热敏陶瓷电阻材料特性的检测是采用涂覆银浆为电极，测量元件的室温电阻及电阻-温度特性。实际生产可以选用其它电极材料，如铝电极、In-Ga合金电极或镍电极材料。本专利技术的优点与效果绝大部分目前生产和应用的NTC热敏电阻元件是由过渡金属(如锰、镍、钴、铁)的氧化物组成的尖晶石型材料。尖晶石型NTC热敏电阻元件的制备烧结过程中容易产生原材料成分的挥发，使得产品的最终成分、产品的一致性和生产不同批次之间的重复性难于控制。本专利技术涉及的材料为铁掺杂钛酸钡的六方钙钛矿NTC热敏材料，只含有一种过渡金属铁、且热敏陶瓷的烧结温度低于铁的氧化物的挥发温度，在生产制备过程中几乎没有挥发，成分容易控制、产品成分一致性好，有利于批量生产。本专利技术涉及的NTC热敏陶瓷电阻材料的特色和优势表现在①过镀金属元素铁掺杂钛酸钡材料的主晶相为六方晶体结构。②配方成分中除含有铁过渡族元素外，其它组分元素的化学价稳定，有利于提高材料性能稳定性。③热敏陶瓷的烧结温度低于铁的氧化物的挥发温度，在生产制备过程中几乎没有挥发，成分容易控制、产品成分一致性好。本专利技术NTC热敏陶瓷电阻材料的晶体组成均为六方晶体结构，其电性能可实现以下参数要求室温电阻R25二 102 104千欧，材料常数B=390(T5100K， NTC电阻元件的室温电阻依实际需要各不相同，范围可以是几千欧到兆欧量级，NTC元件的重要参数为材料常数， 一般取值为200(T6000K，实际使用多为300(T5000K。所以，本专利技术的NTC材料能满足绝大多数热敏电阻元件的要求。该配方体系组分简单、原材料来源丰富且价格便宜，各种原材料均可从化学试剂市场或相关试剂生产厂家购得。本专利技术采用铁掺杂钛酸钡获得具有六方晶体结构的陶瓷材料得到了具有良好NTC效应的 热敏陶瓷电阻。该材料体系具有成分设计简单、成分调本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热敏陶瓷电阻材料，其特征在于，该热敏陶瓷电阻材料分子式为ＢａＴｉＱ１－ｘＦｅｘＯ３，其中ｘ＝０．１～１。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李志成，张鸿，汪健，薛丹，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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