[發明專利]一種鈦酸鋇基低B值、高電阻率熱敏電阻材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201010131358.X
• 申請日: 2010-03-24
• 公開（公告）號: CN101830700A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 楊敬義
• 申請（專利權）人: 成都順康電子有限責任公司
• 主分類號: C04B35/472
• 分類號: C04B35/472;C04B35/622
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 謝煥武

技術領域

本發明涉及電子陶瓷材料領域，涉及負溫度系數熱敏電阻材料及制備技術，尤其是一種鈦酸鋇基低B值、高電阻率熱敏電阻材料及其制備方法。

背景技術

現有負溫度系數熱敏電阻材料的基本特性決定了熱敏電阻元件的主要參數，通常使用的熱敏電阻材料是由過度金屬Mn、Fe、CO、Ni、Cu的氧化物按不同比例配制而成的，電阻率由幾歐姆厘米到幾千歐姆厘米，B值從2000-6000K，用以做成的熱敏電阻元件電阻值為幾歐姆至幾兆歐姆.

根據氧化物半導體理論B＝ΔE/2K

式中，K為玻爾茲曼常數(8.62*10⁵ev)，ΔE為材料的激活能，它是載原子由束縛態激發到自由態需要的能量，它與材料電阻率ρ的關系是：

ρ＝ρ₀*exp(B/T)＝ρ₀*exp(ΔE/2KT)＝(1/n₀eμ)*exp(ΔE/2KT)

上式表明高電阻率的材料必然具有高的B值。換言之，要獲得低B值、高電阻率材料是困難的。隨著熱敏電阻應用的發展，一些特殊用的元件，如物聯網、汽車電子用熱敏電阻、軍工和航天領域用熱敏電阻以及各種電子元器件和半導體，各種傳感器(如壓力，濕度傳感器)的溫度補償用熱敏電阻，要求熱敏電阻具有較低的溫度靈敏度和較高額定阻值。采用常規的NTC熱敏電阻材料配方是無法實現的。低B值、高電阻率熱敏電阻材料已成為當今負溫度系數熱敏電阻制造的一大難題。因此發展新型NTC陶瓷具有很重要的意義。

曾有人在配方中加貴金屬(R、Pd、Au等)粒子，其結果是使材料電阻率急劇下降，同時亦使B值大幅度減小，難以實現所要求的低B值，高電阻率材料。后來又有人在配方中引入低價金屬(K、Na、Ca等)氧化物，結果與加入金屬粒子的效果類似。最近有人將具有低B值、低電阻率的材料與具有高B值、高電阻率的材料復合，其結果是電阻率為兩者的權重平均值，B值則取最低值，同樣不能獲得低B值、高電阻值熱敏電阻要求的材料。根據氧化物半導體的能帶結構和導電機理，低B值、高電阻率熱敏電阻材料必須采用復合結構，利用不同結構的“加合效應”，使材料禁帶中形成雜級能級，以降低導帶(或價帶)底的能級密度和提高晶界勢量的高度。實驗表明用尖晶石結構與鈣鈦礦結構(或金紅石結構)復合可以制備低B值、高電阻率的負溫度系數熱敏電阻材料。另外常規高居里溫度PTC材料((Ba_1-x-yPb_xY_y)TiO₃+zmol％TiO₂+umol％SiO₂+vmol％MnO₂簡稱BPT-AST系)，當在高居里溫度高于300℃以上時燒結性能很差，制作出來的樣品電性能很不穩定，沒有實用價值。另外有很多中國發明專利報道了負溫度系數材料的制備方法，如中國發明專利申請200910013607.2號公開的一種變B值負溫度系數熱敏材料及其制備方法。有關BT-BN系負溫度系數電阻陶瓷目前尚無專利報道。因此，急需一種BT-BN系負溫度系數電阻陶瓷的制備方法，即一種鈦酸鋇基低B值、高電阻率熱敏電阻材料及其制備方法。

圖1是鈦酸鋇基低B值、高電阻率熱敏材料ρ-T典型曲線圖。圖1中，橫坐標為溫度T，單位為℃，縱坐標是電阻率，單位為Ω·cm。從圖中可以看出在350℃以下電阻隨溫度升高而降低即負溫度系數(NTC)電阻效應。

發明內容

本發明的目的是彌補現有技術的不足，提供一種鈦酸鋇基低B值、高電阻率熱敏電阻材料及其制備方法。

本發明是通過如下技術方案實現的：

本發明的一種鈦酸鋇基低B值、高電阻率熱敏電阻材料及其制備方法，是在鈦酸鋇-氮化硼系中采用Y₂O₃半導化摻雜和過量PbO配置，可容易獲得高居里點且燒結性能優異的PTC陶瓷材料。通過調節氮化硼比例以及控制錳的摻雜比例以及，可得到不同的B值、不同的電阻率。使摻雜后鈦酸鋇基材料的B值與電阻率都有所改變。

本發明的一種鈦酸鋇基低B值、高電阻率熱敏電阻材料及其制備方法，其特征是化學通式為：

(Ba_0.5Pb_0.5)TiO₃+0.25mol％Y₂O₃+2mol％PbO+xmol％BN+ymol％MnO₂(簡稱BT-BN系)，其中2≤x≤20；0.0≤y≤0.06；