[發明專利]熱敏陶瓷電阻材料及電阻元件及該電阻元件的制備方法

無效

• 申請號: 200910303525.1
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101580386A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 李志成;張鴻;汪健;薛丹
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/26;C04B35/622;H01C7/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 顏 勇

技術領域

本專利屬于材料工程領域，涉及一種熱敏陶瓷電阻材料及電阻元件及該電阻元件的制備 方法，該材料為一種具有六方晶體結構的鐵摻雜BaTiO₃的具有電阻負溫度系數(NTC)效應 的熱敏陶瓷材料。

背景技術

熱敏傳感器是利用材料電阻率隨溫度變化的特性而制成的電子器件，其中包含電阻率隨 溫度升高而增大的正溫度系數(PTC)熱敏電阻元件或電阻率隨溫度升高而減小的負溫度系 數(NTC)熱敏電阻元件。NTC熱敏電阻元件與器件已廣泛應用于溫度測量、控制、溫度補償 ，以及電路和電子元件的保護以及流速、流量、射線測量的相關儀器與應用領域。

在常溫NTC熱敏電阻器中，主要采用由過渡金屬元素(如錳、鎳、鈷、鐵、銅)的氧化 物制成的具有尖晶石晶體結構的NTC熱敏電阻元件。這類熱敏電阻器得到了廣泛的關注與應 用。如，中國發明專利CN1332405C公布的以錳、鎳、鎂、鋁的硝酸鹽為原材料、采用液相共 沉淀法合成的NTC熱敏電阻材料；中國發明專利CN1006667B公布的CoO-Co₂0₃-Fe₂0₃陶瓷系NTC 熱敏材料；中國發明專利CN100395849C公布的以硝酸鈷、硝酸錳和硫酸鐵為原料制備的 Co-Mn-Fe-O系NTC熱敏陶瓷材料；美國發明專利6861622公開專利描述的錳-鎳-鈷-鐵-銅系 NTC熱敏材料。

在采用過渡金屬錳、鎳、鈷、鐵、銅的氧化物制成的尖晶石結構NTC熱敏電阻材料中， 因為這些過渡金屬氧化物的揮發溫度較低，引起熱敏電阻元件的制備燒結過程中產生原材料 成分的揮發，導致產品的最終成分難于控制、產品性質的一致性以及不同批次產品之間的重 復性難于控制。另外，尖晶石結構的NTC熱敏電阻材料中主要通過電子躍遷模式實現電子導 電，室溫電阻率一般較大，且電阻值不好控制；降低材料的電阻率常會帶來溫度系數的降低 ，影響熱敏元件的NTC特性。同時，具有尖晶石結構的錳-鎳-鈷-鐵系化合物，在200～400℃ 溫度范圍內，其四面體和八面體中陽離子隨時間進行緩慢的重新分布而引起結構馳豫。這種 馳豫現象造成了NTC陶瓷材料電學性能的不穩定，易導致材料的老化，影響了材料的使用性 能和使用壽命。隨著空調、電冰箱、微波設備和汽車等產業對NTC熱敏電阻器的穩定性要求 越來越高，改善現有成分體系或開發新型成分體系的NTC熱敏電阻材料就顯得十分重要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種熱敏陶瓷電阻材料及電阻元件及該電阻元件的制 備方法，該材料具有良好NTC效應的熱敏陶瓷電阻，該材料體系具有成分設計簡單、成分調 節范圍大和較高的NTC材料常數，能夠制造具有負電阻溫度系數效應的NTC熱敏陶瓷電阻材料 體系，特別是適合制備常溫NTC熱敏陶瓷電阻材料。

本發明的技術解決方案如下：

一種熱敏陶瓷電阻材料，其特征在于，該熱敏陶瓷電阻材料分子式為BaTi_1-xFe_xO₃，其 中x＝0.1~1。(實際上分子式為BaTi_1-xFe_xO_3-δ，其中0.1＝x＝1。δ為Fe元素的引入產生的 氧缺位數，其具體數值因Fe離子的價態而定，在材料成分設計中可δ以不考慮。本專利以下 描述中記錄為BaTi_1-xFe_xO₃，其中x＝0.1~1。)

該熱敏陶瓷電阻材料由六方鈣鈦礦晶體組成或主晶相為六方晶體結構，其含量占百分之 九十五以上，具體物相成分與鐵的含量不同而有所差異。

該熱敏陶瓷電阻材料的由含有Ba、Ti、Fe金屬元素的原材料制成，所述的原材料為含有 Ba、Ti、Fe金屬元素的氧化物、無機鹽或有機鹽。

一種熱敏陶瓷電阻元件，其特征在于，該熱敏陶瓷電阻元件的材料采用上述的熱敏陶瓷 電阻材料。即該熱敏陶瓷電阻材料分子式為BaTi_1-xFe_xO₃，其中x＝0.1~1。該熱敏陶瓷電阻材 料為六方鈣鈦礦晶體或其主晶相為六方晶體。該熱敏陶瓷電阻材料的由含有Ba、Ti、Fe金屬 元素的原材料制成，所述的原材料為含有Ba、Ti、Fe金屬元素的氧化物、無機鹽或有機鹽。