一种高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料和热敏电阻及其制备方法

本发明属于陶瓷电阻材料，具体地，涉及一种高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料和热敏电阻及其制备方法。

背景技术：

1、负温度系数(negative temperature coefficient，简称ntc)电阻器是一类电阻随温度升高呈指数减小的敏感元件，具有较高的灵敏度、响应快、体积小和成本低等优点，被广泛用于温度测量、温度控制、温度补偿等设备中。为了更好地适应不同的温度范围，ntc热敏陶瓷有两种晶体结构被广泛研究和应用：应用于-60至300℃的尖晶石结构和应用于温度超过300℃的钙钛矿结构。钙钛矿结构具有较高的焓和合适的势垒高度，具有较好的高温稳定性，更适宜在较宽温度环境下应用，因此钙钛矿型ntc热敏陶瓷备受关注，成为ntc热敏材料的研究热点之一。

2、laalo3在600-1300℃温度范围内表现出ntc性能，并具有较高的热常数(b)，具有优异的灵敏度。此外，它在高温下具有较高的电阻值，为ntc效应提供了足够的空间，以改变在长期高温应用中发生的电阻变化。但其较高的b值也限制了其温区范围，所以需要开发较低b值和宽温区范围的ntc热敏电阻材料。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的提供一种高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料，通过固相合成法制备了钙钛矿型la0.9b0.1alo3(b＝pr,nd,sm)ntc热敏陶瓷材料，采用该热敏陶瓷材料制作热敏陶瓷电阻，工艺简单。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料，所述热敏陶瓷材料为以la2o3、al2o3以及pr2o3、nd2o3和sm2o3中的一种为原料，采用固相合成得到，其化学组成为la0.9b0.1alo3，其中b为pr、nd或sm。

4、本发明中，所述热敏陶瓷材料在温度100℃-1500℃范围内具有负温度系数特性。

5、本发明进一步提供了一种高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括：

6、a、分别称取la2o3、al2o3以及pr2o3、nd2o3和sm2o3中的一种进行混合，球磨，烘干，在温度为1250℃-1350℃下预烧9-11小时，即得到预烧粉体，备用；

7、b、将预烧粉体再进行球磨，烘干，即得到高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料粉体。

8、优选地，步骤a中，球磨采用行星球磨机，球磨时间7-9小时；进一步优选地，球磨时间为8小时。

9、优选地，步骤b中，球磨采用行星球磨机，球磨时间5-7小时；进一步优选地，球磨时间为6小时。

10、优选地，步骤a和步骤b中，球磨介质为无水乙醇。

11、本发明更进一步提供了一种采用上述高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料制备热敏电阻的方法，所述方法包括如下步骤：

12、将高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料的粉体压成圆形薄片，冷等静压150-200s；再在1550 -1650℃下保温15-25h，即得到圆片状高密度高温热敏陶瓷材料；最后将圆片状高密度高温热敏陶瓷材料正反两面涂覆铂浆电极，退火冷却到室温，即得到高温钙钛矿型负温度系数热敏电阻。

13、优选地，所述冷等静压的压力为250-350mpa。本发明通过控制不同镧系元素掺杂a位，发现nd元素在低温区段，其电阻率下降很多，由于nd4+的存在提供了低温区段所需要的小极化子，pr元素使其laalo3在高温区段的阻温线性拟合度大大增加，很好的增加了材料的线性化，sm元素在老化方面大大增加了其老化稳定性，氧空位的存在对其老化稳定性有着很好的促进效果。最终得到了在温度100℃-1500℃范围内具有负温度系数特性，实现高温稳定性好，温区范围宽的热敏陶瓷材料，并以此热敏陶瓷材料制备热敏陶瓷电阻。

技术特征：

1.一种高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料，其特征在于，所述热敏陶瓷材料为以la2o3、al2o3以及pr2o3、nd2o3和sm2o3中的一种为原料，采用固相合成得到，其化学组成为la0.9b0.1alo3，其中b为pr、nd或sm。

2.根据权利要求1所述的一种高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料，其特征在于，所述热敏陶瓷材料在温度100℃-1500℃范围内具有负温度系数特性。

3.一种高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，球磨采用行星球磨机，球磨时间7-9小时。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，球磨采用行星球磨机，球磨时间5-7小时。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤a和步骤b中，球磨介质为无水乙醇。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤a和步骤b中，烘干温度80℃，烘干时间6小时。

8.一种采用权利要求1或2所述高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料制备热敏电阻的方法，所述方法包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述冷等静压的压力为250-350mpa。

技术总结本发明属于陶瓷电阻材料技术领域，具体是一种高温钙钛矿型负温度系数热敏陶瓷材料和热敏电阻及其制备方法。所述热敏陶瓷材料为以La<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;以及Pr<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、Nd<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和Sm<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;中的一种为原料，采用固相合成得到，其化学组成为La<subgt;0.9</subgt;B<subgt;0.1</subgt;AlO<subgt;3</subgt;，其中B为Pr、Nd或Sm。本发明得到了在温度100℃‑1500℃范围内具有负温度系数特性，高温稳定性好，温区范围宽的热敏陶瓷材料。技术研发人员：谢永新,李金洋,薛燕,丁凯,赵鹏君,常爱民受保护的技术使用者：中国科学院新疆理化技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/4