NTC热敏陶瓷材料及其制备方法与流程

本申请涉及热敏陶瓷材料领域，特别涉及一种ntc热敏陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

1、热敏陶瓷是对温度变化敏感的陶瓷材料，例如热敏电阻对温度敏感，在不同温度下表现出不同的电阻值，其中ptc热敏电阻在温度越高时电阻值越大，ntc热敏电阻在温度越高时电阻值越低。

2、ntc热敏电阻的电阻率与温度的关系符合arrhenius指数关系：ρ＝ρ0exp(ea/kt)，ρ和ρ0分别为温度在t(绝对温度)和无穷大时的电阻率，k是玻尔兹曼常数，ea是活化能。热敏材料通常采用室温(25℃)下的电阻率和热敏常数b表征，热敏常数与活化能的关系为：b＝ea/k，热敏常数b与材料活化能成正比。ntc热敏电阻的温度-电阻特性可表示为：r＝r0exp(b(1/t-1/t0))，r、r0分别为t、t0(绝对温度)时的电阻，电阻温度系数为：αt＝1/r(dr/dt)＝-b/t2，热敏常数b表征了ntc热敏电阻对温度的敏感性，b值越大，ntc热敏电阻的电阻对于温度的变化率越大，材料对温度敏感性越好。

3、目前ntc热敏电阻器件主要沿着高b值低阻值和低b值高阻值方向发展，对于高阻值高b值的研究较少。现有的热敏材料在高温区(200℃～600℃)普遍表现出老化严重等现象，无法满足高温环境下的使用，即使部分材料在高温区表现较为稳定，但是其电阻率通常较小，具有热敏感系数不一致、热敏常数不稳定、电阻率老化系数大等缺点。

4、此外，尖晶石型ntc热敏电阻的应用通常被限制在低于200℃的温度环境下，因为在200℃以上的环境中，尖晶石型结构材料的四面体和八面体氧离子会出现离子互换，导致结构弛豫现象，表现为材料电阻率在高于200℃的环境下随时间漂移严重而引起材料电性能不稳定，从而影响热敏电阻的使用寿命和服役温度范围。这个缺点导致了现有的ntc材料难以在高温环境(200℃～600℃)下得到实际应用。

5、中国专利cn112420296b公开一种高稳定性耐压ntc陶瓷热敏电阻，包括质量比1:0.1～0.4的组分a、组分b，组分a为复合金属氧化物mxoy，m包括mn、cr、cu、re。其热敏常数b值在7000k左右，但该材料在高温200℃～600℃下的应用仍有限。

6、因此，目前仍需热敏常数b值可控，工作稳定性好，且在200℃～600℃的服役温度下更精确的高温热敏材料。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的主要目的在于提供一种热敏常数b值可控、材料参数稳定、使用寿命更长的ntc热敏陶瓷材料。

2、为此，一方面，本申请提供一种ntc热敏陶瓷材料，所述陶瓷材料的化学组成为xfemnsio4-(2-x)coniymn2.0-yo4，0.5≤x≤1.5，0.1≤y≤0.8。

3、另一方面，本申请还提供一种制备上述ntc热敏陶瓷材料的方法，包括以下步骤：

4、(a)将原料mno2、fe2o3和si2o3进行第一研磨处理得到第一研磨粉体，将第一研磨粉体进行第一煅烧后得到化合物femnsio4；

5、(b)将原料mno2、co2o3和ni2o3进行第二研磨处理得到第二研磨粉体，将第二研磨粉体进行第二煅烧后得到化合物coniymn2.0-yo4，其中0.1≤y≤0.8；

6、(c)将上述femnsio4和coniymn2.0-yo4按x:(2-x)的摩尔比混合并进行第三研磨处理得到第三研磨粉体，将第三研磨粉体进行造粒处理后得到陶瓷粉体，其中0.5≤x≤1.5；

7、(d)将所述陶瓷粉体进行压制，得到陶瓷坯体；以及

8、(e)将所述陶瓷坯体进行烧结，得到所述ntc热敏陶瓷材料。

9、在一些实施方式中，所述第一研磨处理、所述第二研磨处理、所述第三研磨处理分别为在纯水介质中进行球磨。

10、在一些实施方式中，所述第一研磨处理时间为8h～12h；所述第二研磨处理时间为8h～14h；所述第三研磨处理时间为22h～26h。

11、在一些实施方式中，所述第一煅烧温度为1050℃～1200℃，所述第一煅烧时间为4h～12h。

12、在一些实施方式中，所述第二煅烧温度为1150℃～1280℃，所述第二煅烧时间为3h～5h。

13、在一些实施方式中，所述造粒处理包括以下步骤：在所述第三研磨粉体中加入粘接剂造粒得到陶瓷粉体。

14、在一些实施方式中，所述粘接剂为质量浓度为6％～10％的聚乙烯醇水溶液，所述粘接剂的用量为相对于所述第三研磨粉体重量的1wt％～2wt％。

15、在一些实施方式中，所述烧结的过程在空气气氛中进行。

16、在一些实施方式中，所述烧结的温度为1250℃～1350℃，时间为5h～12h。

17、本申请提供了一种可控ntc热敏陶瓷材料，其化学通式为xfemnsio4-(2-x)coniymn2.0-yo4，其中0.5≤x≤1.5，0.1≤y≤0.8；该可控热敏陶瓷材料的热敏常数b值范围为5000～8100k，25℃的电阻率为1.0～5.8×107ω·cm，长时间老化和温度冲击后，阻值变化率和b值变化率控制在0.5％内。此外，本申请提供的制备方法可以通过在制备过程中控制femnsio4晶相和coniymn2.0-yo4晶相的含量比，以及coniymn2.0-yo4晶相中ni和mn元素的含量比调整所获得的热敏材料的热敏常数b值和电阻率，以适应在高温环境(200℃～600℃)下实际测温需求。并且本申请的制备方法烧结方便、烧结气氛为空气气氛，适宜大规模的产业化。

技术特征：

1.一种ntc热敏陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的化学组成为xfemnsio4-(2-x)coniymn2.0-yo4，0.5≤x≤1.5，0.1≤y≤0.8。

2.一种制备根据权利要求1所述的ntc热敏陶瓷材料的方法，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一研磨处理、所述第二研磨处理、所述第三研磨处理分别为在纯水介质中进行球磨。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述第一研磨处理时间为8h～12h；所述第二研磨处理时间为8h～14h；所述第三研磨处理时间为22h～26h。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一煅烧温度为1050℃～1200℃，所述第一煅烧时间为4h～12h。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二煅烧温度为1150℃～1280℃，所述第二煅烧时间为3h～5h。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述造粒处理包括以下步骤：在所述第三研磨粉体中加入粘接剂造粒得到陶瓷粉体。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述粘接剂为质量浓度为6％～10％的聚乙烯醇水溶液，所述粘接剂的用量为相对于所述第三研磨粉体重量的1wt％～2wt％。

9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述烧结的过程在空气气氛中进行。

10.根据权利要求2或9所述的方法，其中，所述烧结的温度为1250℃～1350℃，时间为5h～12h。

技术总结本申请提供一种NTC热敏陶瓷材料，其化学组成为xFeMnSiO4‑(2‑x)CoNiyMn2.0‑yO4，0.5≤x≤1.5，0.1≤y≤0.8。该热敏陶瓷材料的热敏常数B值范围为5000～8100K，25℃的电阻率为1.0～5.8×107Ω·cm，长时间老化和温度冲击后，阻值变化率和B值变化率控制在0.5％内。技术研发人员：刘超,朱建娟,熊志刚受保护的技术使用者：深圳麦克韦尔科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11