[發明專利]一種鈦酸鉍基鈣鈦礦相熱敏陶瓷復合材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201810876843.6
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN108863350B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 張惠敏;劉婷;常愛民;姜輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆理化技術研究所
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/624;H01C7/04
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所(普通合伙) 65106
• 代理人: 張莉

本發明涉及一種鈦酸鉍基鈣鈦礦相熱敏陶瓷復合材料及其制備方法和用途，該材料使用金屬鹽作為原料，采用Pechini法制備出xNa_0.5Bi_0.5TiO₃?(1?x)Zn_0.5Bi_0.5TiO₃（0x1）粉體，粉體經干燥、預燒、研磨、預壓成型、冷等靜壓、燒結加工工藝，即可得到鈦酸鉍基鈣鈦礦相熱敏陶瓷材料，該材料晶粒小且均勻、致密度好，并在溫度350?900℃范圍具有明顯負溫度系數特性，電學性能研究結果表明：隨著鈦酸鉍鋅的復合量增大，陶瓷材料的電阻值增大，B值減小，可適用于高溫區測溫以及控溫的新型熱敏陶瓷材料。

技術領域

本發明涉及一種鈦酸鉍基鈣鈦礦相熱敏陶瓷復合材料及其制備方法和用途，尤其是將該材料應用于高溫熱敏電阻領域，在溫度350-900℃范圍具有明顯的負溫度系數特性，是一種適用于制備高溫熱敏電阻器的新型鈣鈦礦相熱敏陶瓷材料。

背景技術

材料作為人類社會的三大支柱之一，在國民經濟中占有舉足輕重的地位。隨著電子、通訊和控制等高技術含量行業的迅速發展，對材料的智能化、多功能化、器件的小型化等要求不斷提高，功能材料的研究開發在高新技術領域占有越來越重要的地位。負溫度系數熱敏材料，即NTC熱敏材料，其電阻值隨著溫度的升高呈指數減小，阻值-溫度系數一般在百分之幾，卓越的靈敏度使其能夠探測到極小的溫度變化，是理想的溫敏元件材料。近年來，醫療、汽車、航空航天等行業對熱敏電阻器的需求呈現出上升趨勢，尤其在航空航天領域，需要高溫熱敏電阻器來精確測量渦輪發動機排出氣體的溫度和燃氣渦輪機高溫燃氣的溫度；在汽車領域，需要高溫熱敏電阻器來精確控制發動機引擎的溫度，進而提高燃料效率、優化氣體排放。通常認為使用溫度高于300℃的熱敏電阻器為高溫熱敏電阻器，高溫熱敏電阻器是替代工業用貴金屬傳感器的理想產品，具有廣闊的前景，成為熱敏電阻領域主攻的四大課題之一。傳統的尖晶石型過渡金屬氧化物熱敏材料在高溫中使用時，往往會出現嚴重的老化現象，甚至發生阻溫特性的不可逆變化，這也促進了高溫熱敏電阻材料的研究，給新型高溫熱敏電阻材料的開發提出了新的挑戰性課題。

近年來鈣鈦礦結構(ABO₃)材料被廣泛用于壓電、鐵電、介電等領域,其中鈦酸鉍鈉、鈦酸鉍鋅是一類A位離子被取代的復合型鈣鈦礦結構材料，全配位為A：B：O＝12：6：6，Bi³⁺和Na⁺/Zn⁺的離子半徑非常接近，一般以1:1的比例共同占據A位，Ti⁴⁺離子占據B位。對于鈣鈦礦型NTC熱敏陶瓷材料，其主要電導機制被認為是小極化子跳躍電導，即由化學計量比偏離所形成的金屬空位或氧空位，以及有不同價態的陽離子取代所形成的受主或施主雜質缺陷造成。鈦酸鉍鈉和鈦酸鉍鋅中含有Ti²⁺、Ti³⁺、Ti⁴⁺以及Bi³⁺、Bi⁵⁺幾種不同價態的離子，離子的化合價不同，它們對周圍晶格的作用力的大小也就不同，從而使離子偏離平衡位置的大小也就不同，這種畸變就形成了一種畸變場。這種電子(空穴)及畸變場(極化狀態)組成了極化子，符合鈣鈦礦相的極化導電理論，因此本發明專利首次設想并驗證A位離子取代的鈦酸鉍基陶瓷材料具有負溫度系數阻溫特性。本發明采用Pechini法制備出的粉體，具有粒徑小、均勻性好、純度高、反應溫度低等優點,將粉體燒結成陶瓷后測試其電學性能，結果顯示在350-900℃高溫區域該材料的溫度和阻值呈現良好的線性規律，可以用來做高溫型負溫度系數熱敏電阻。

本發明采用Pechini法制備的新型鈣鈦礦熱敏電阻材料，是一種適用于高溫區的負溫度系數熱敏材料，該材料在溫度350-900℃范圍具有優秀的負溫度系數特性，材料體系的電性能穩定，一致性好，適合用于制造航空航天、汽車領域溫度測量與控制的高溫熱敏電阻器。

發明內容