本發明涉及陶瓷材料及電子元件，尤其涉及一種多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料、制備方法及熱敏電阻元件。

背景技術：

1、ntc熱敏電阻是溫度傳感器領域中的重要元件，具有測溫精度高，成本低，體積小等優點，在溫度測量，溫度控制，抑制浪涌電流等方面具有廣泛的應用。

2、ntc熱敏電阻一般采用具有尖晶石結構的過渡金屬氧化物。目前一般認為ntc熱敏電阻的導電既不是電子在導帶中運動的結果，同時也不是空穴在價帶中遷移所造成的，而是電子在能級之間直接轉移、躍遷的結果，是電子從某一個原子躍遷到另一個相鄰原子位置上的結果。因此陽離子的分布對熱敏電阻的導電能力有影響。研究認為熱敏電阻晶體內的陽離子導致晶格畸變，增大了晶格的彈性能，為消除或減少晶格內彈性能，陽離子傾向與定向、集束排列，在熱敏電阻制備過程中，高溫會打破這種定向、集束狀態，并在冷卻時將這種非平衡狀態保留下來。但這種非平衡狀態會在使用過程中向平衡態演變，這就導致陽離子分布發生變化，熱敏電阻的阻值發生漂移，最后導致出現電阻值較高，測溫時自身發熱量較大，影響測溫精度等問題。同時現有熱敏電阻一般含有ni、fe、co等磁性元素，使得其在某些磁性環境中使用受限。

3、因此本領域技術人員致力于開發一種電阻值低、自身發熱量小且測溫精度高的多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料、制備方法及熱敏電阻元件。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種電阻值低、自身發熱量小且測溫精度高的多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料、制備方法及熱敏電阻元件。

2、為實現前述發明目的，本發明提供了一種多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料，該熱敏電阻陶瓷材料的化學式為znti0.8-xcuxb0.2fe0.5mn0.5o4。

3、進一步的，所述熱敏電阻陶瓷材料的化學成分中的x的值為0.4～0.8。

4、本發明還提供一種多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

5、s1.制取第一混合粉體：按上述配比稱取zn、ti、cu和fe的氧化物以及碳酸錳或氧化錳放入行星球磨機中濕法球磨，將球磨后的漿料干燥得到第一混合粉體；

6、s2.制取預燒料：將第一混合粉體放入馬弗爐中先預燒后隨爐冷得到預燒料；

7、s3.制取篩分預燒料：將預燒料放入行星球磨機進行干法球磨，然后用300目分樣篩過篩，得到篩分預燒料；

8、s4.制取第二混合粉體：稱取所述篩分預燒料和硼的化合物，放入行星球磨機中進行濕法球磨，將將球磨后的漿料干燥得到第二混合粉體；

9、s5.制取陶瓷生坯：將所述第二混合粉體放入模具中等靜壓成型得到陶瓷生坯；

10、s6.制取材料成品：將所述陶瓷生坯放入馬弗爐中燒結得到所述多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料。

11、進一步的，在步驟s1中，球磨介質為酒精，球磨珠為材質為氧化鋯，行星球磨機的轉速為120rpm～150rpm，球磨3h～4h，球磨后的漿料在80～100℃下干燥得到所述第一混合粉體。

12、進一步的，在步驟s2中，將所述第一混合粉體放入馬弗爐中在1000℃～1100℃預燒2h，隨爐冷卻得到預燒料。

13、進一步的，在步驟s3中，將所述預燒料放入行星球磨機干法球磨1h～2h，轉速120rpm～150rpm，然后用300目分樣篩過篩，得到篩分預燒料。

14、進一步的，在步驟s4中，所述硼的化合物為氧化硼或硼酸，球磨介質為酒精，球磨珠為材質為氧化鋯，行星球磨機的轉速為120rpm～150rpm，球磨3h～4h，球磨后的漿料在80～100℃下用旋轉干燥器進行干燥得到所述第二混合粉體。

15、進一步的，在步驟s5中，將所述第二混合粉體放入模具中等靜壓成型，成型壓力為200mpa，保壓時間為30min，得到陶瓷生坯。

16、進一步的，在步驟s6中，將所述陶瓷生坯放入馬弗爐中燒結，燒結氣氛為空氣，燒結溫度為1100℃～1200℃，燒結時間3h，升溫速率5℃/min。

17、本發明還提供一種多組元ntc熱敏電阻元件，采用上述的多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料制作，首先按照需要的厚度將所述多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料進行切片得到熱敏電阻薄片，在所述熱敏電阻薄片上下表面分別制備電極，最后按照需要的尺寸劃片切割制得熱敏電阻元件。

18、與現有技術相比，本發明的優點包括：本發明采用非磁性元素cr、mn、zn作為多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料的主體，同時通過添加氧化銅降低熱敏電阻的常溫電阻。由于氧化銅在熱敏電阻中可大幅提高導電離子濃度，從而降低熱敏電阻的常溫電阻和材料常數b值，但同時氧化銅的加入會降低熱敏電阻的穩定性，使熱敏電阻在高溫下電阻飄移嚴重。氧化鈦可以提高熱敏電阻的熱穩定性和b值，氧化鈦在熱敏電阻燒結過程中可以抑制晶粒的長大從而提高熱敏電阻的電學穩定性。通過調節ti和cu的含量獲得電阻值和b值適宜的熱敏電阻，經測試最低電阻值為1634ω·cm。通過添加氧化硼實現熱敏電阻的液相燒結，在不影響熱敏電阻電學性能的情況下降低其燒結溫度，降低生產成本。

技術特征：

1.一種多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料，其特征在于：該熱敏電阻陶瓷材料的化學式為znti0.8-xcuxb0.2fe0.5mn0.5o4。

2.根據權利要求1所述的多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料，其特征在于：所述熱敏電阻陶瓷材料的化學成分中的x的值為0.4～0.8。

3.一種權利要求1或2所述多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

4.根據權利要求3所述多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料的制備方法，其特征在于：在步驟s1中，球磨介質為酒精，球磨珠為材質為氧化鋯，行星球磨機的轉速為120rpm～150rpm，球磨3h～4h，球磨后的漿料在80～100℃下干燥得到所述第一混合粉體。

5.根據權利要求3所述多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料的制備方法，其特征在于：在步驟s2中，所述第一混合粉體在1000℃～1200℃預燒2h，隨爐冷卻得到預燒料。

6.根據權利要求3所述多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料的制備方法，其特征在于：在步驟s3中，所述預燒料干法球磨1h～2h，轉速120rpm～150rpm，然后用300目分樣篩過篩，得到篩分預燒料。

7.根據權利要求3所述多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料的制備方法，其特征在于：在步驟s4中，所述硼的化合物為氧化硼或硼酸，球磨介質為酒精，球磨珠為材質為氧化鋯，球磨的轉速為120rpm～150rpm，球磨3h～4h，球磨后的漿料在80～100℃下干燥得到所述第二混合粉體。

8.根據權利要求3所述多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料的制備方法，其特征在于：在步驟s5中，等靜壓成型的成型壓力為200mpa，保壓時間為30min，得到陶瓷生坯。

9.根據權利要求3所述多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料的制備方法，其特征在于：在步驟s6中，燒結氣氛為空氣，燒結溫度為1100℃～1200℃，燒結時間3h，升溫速率5℃/min。

10.一種多組元ntc熱敏電阻元件，其特征在于：采用權利要求1或2所述的多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料制作，首先按照需要的厚度將所述多組元ntc熱敏電阻陶瓷材料進行切片得到熱敏電阻薄片，在所述熱敏電阻薄片上下表面分別制備電極，最后按照需要的尺寸劃片切割制得熱敏電阻元件。

技術總結
本發明公開了一種多組元NTC熱敏電阻陶瓷材料、制備方法及熱敏電阻元件，該多組元NTC熱敏電阻陶瓷材料的化學式為ZnTi<subgt;0.8?</subgt;<subgt;x</subgt;Cu<subgt;x</subgt;B<subgt;0.2</subgt;Fe<subgt;0.5</subgt;Mn<subgt;0.5</subgt;O<subgt;4</subgt;，采用非磁性元素Cr、Mn、Zn作為主體，添加氧化銅降低熱敏電阻的常溫電阻。由于氧化銅在熱敏電阻中可大幅提高導電離子濃度，從而降低熱敏電阻的常溫電阻和材料常數B值，同時氧化銅的加入會降低熱敏電阻的穩定性，使熱敏電阻在高溫下電阻飄移嚴重。氧化鈦可以提高熱敏電阻的熱穩定性和B值，氧化鈦在熱敏電阻燒結過程中可以抑制晶粒的長大從而提高熱敏電阻的電學穩定性。通過調節Ti和Cu的含量獲得電阻值和B值適宜的熱敏電阻。通過添加氧化硼實現熱敏電阻的液相燒結，在不影響熱敏電阻電學性能的情況下降低其燒結溫度，降低生產成本。

技術研發人員：高家興,唐光明,魏小明,劉玉潔,王朝,陳鵬康,陳祥惠
受保護的技術使用者：重慶材料研究院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28