一种液相烧结负温度系数热敏电阻及制备方法与流程

1.本发明涉及电阻技术领域，具体而言，特别涉及一种液相烧结负温度系数热敏电阻及其制备方法。


背景技术：

2.ntc热敏电阻器即负温度系数热敏电阻器，温度升高其电阻值下降。ntc热敏电阻器分为测温型ntc热敏电阻器和功率型ntc热敏电阻器。
3.在电子电路中由于电容、变压器、马达等的存在，开机瞬间会产生浪涌电流。浪涌电流往往比稳态工作电流高出几十倍，从而对电路的电子元件造成破坏。在电路中串联接入一个或者多个功率型ntc热敏电阻，能有效的抑制开机时的浪涌电流。因此，功率型ntc热敏电阻器，亦称为浪涌电流抑制器。由于串联在电路中，在抑制浪涌电流后，稳态额定电流的作用使得功率型ntc热敏电阻的阻值下降到很小，其消耗的功率也就很小。因此，ntc热敏电阻在电子电路中作为电路保护元件而被广泛应用，市场需求量持续上涨。
4.ntc热敏电阻半导体陶瓷芯片的烧成有固相烧结和液相烧结两种方式，固相烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质和扩散传质，液相烧结的主要传质方式有溶解-沉淀传质和流动传质。固相烧结与液相烧结的共同点是烧结的推动力都是表面能，烧结过程都是由颗粒重排、物质传递与气孔充填、晶粒生长等阶段组成。不同点是：由于流动传质比扩散传质速度快，因而致密化速率高，使得液相烧结可以在比固相烧结温度低很多的情况下获得较为致密的烧结体；烧结过程中出现的液相兼具净化晶界杂质功能，从而降低原材料中含有的杂质和制备过程中由于设备和辅具的杂质污染对产品的电性能影响。影响液相烧结的主要因素为原材料粒度和活性、成型压力、烧结温度、烧结气氛、烧结升降温速率以及液相数量、液相性质、液-固润湿情况、固相在液相中的溶解度等。
5.现有技术中的热敏电阻，其制备过程中，烧结温度范围较小，对杂质敏感度高，烧结成本高；工艺稳定性差，批次可重复性低，所以有必要对这些问题进行解决。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种在较宽的烧结温度范围内可烧成，工艺稳定性好，可重复性高的液相烧结负温度系数热敏电阻及其制备方法。
7.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种液相烧结负温度系数热敏电阻，所述热敏电阻由以下质量百分含量的成分组成：mn：48～77％；ni：14～28％；cu：1～25％；zn：1～15％；zr：0.1～5％；bi：0.1～5％。
8.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
9.进一步，所述热敏电阻具体由mn、ni、cu、zn、zr和bi的氧化物原料制成。
10.本发明的有益效果是：mn：48～77％；ni：14～28％；cu：1～25％；zn：1～15％；zr：0.1～5％；bi：0.1～5％制成的热敏电阻，可实现热敏电阻室温电阻率(ρ
25
)范围为：1～2050
ω
·
cm，对应的材料常数(b25/50)范围为:1800～4050k，热敏电阻在较宽的烧结温度范围内可烧成，工艺稳定性好，可重复性高。
11.本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种液相烧结负温度系数热敏电阻的制造方法，包括以下步骤：
12.按热敏电阻的质量百分含量称取原料，在原料中加入纯净水进行搅拌混合；将搅拌混合获得的混合物加入至砂磨机内，利用砂磨机对混合物进行循环磨成浆料；
13.在浆料中加入pva粘结剂溶液进行搅拌混合，获得混合浆料送入离心式喷雾干燥塔内进行造粒，获得造粒粉；再将造粒粉送入压机内进行冲压成型，获得成型半成品；
14.对半成品进行加热，使得半成品中的粘结剂分解为气体排出；对加热后的半成品进行烧结，获得尖晶石结构晶体；
15.在晶体的两端面丝网印刷银电极浆料，并对晶体上的银电极浆料进行烘干，再对烘干后的银电极浆料进行烧银，在晶体上形成金属电极，获得热敏电阻。
16.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
17.进一步，还包括以下步骤：在称取原料之前，先根据热敏电阻的重量及mn、ni、cu、zn、zr和bi元素在热敏电阻中的质量百分含量，计算出mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的重量；再根据mn、ni、cu、zn、zr和bi的氧化物中mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的百分比含量，计算所需要mn、ni、cu、zn、zr和bi的氧化物重量，并依据mn、ni、cu、zn、zr和bi的氧化物重量进行称取原料。
18.进一步，还包括以下步骤：获得热敏电阻后，测量热敏电阻的尺寸和重量，还对热敏电阻在温度为25℃时的阻值和温度为50℃时的阻值进行测量。
19.进一步，所述砂磨机砂磨获得的浆料，其平均粒径为1.5μm。
20.进一步，所述pva粘结剂溶液中的pva粘结剂的含量为2％；所述半成品的密度为3.1g/cm3。
21.进一步，所述半成品加热过程中的升温速率为1℃/min，半成品加热至450℃时进行保温4h。
22.进一步，所述半成品烧结过程中，升温的速率为2℃/min，降温的速率为3℃/min。
23.本发明的有益效果是：可实现热敏电阻室温电阻率(ρ
25
)范围为：1～2050ω
·
cm，对应的材料常数(b25/50)范围为:1800～4050k，热敏电阻在较宽的烧结温度范围内可烧成，工艺稳定性好，可重复性高。
具体实施方式
24.以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
25.实施例1：
26.一种液相烧结负温度系数热敏电阻，所述热敏电阻由以下质量百分含量的成分组成：mn：69.3％；ni：20.9％；cu：4.8％；zn：3.8％；zr：1.0％；bi：0.1％。
27.上述实施例中，所述热敏电阻具体由mn、ni、cu、zn、zr和bi的氧化物原料制成，具体为mn3o4、nio、cuo、zno、zro2和bi2o3。
28.一种液相烧结负温度系数热敏电阻的制造方法，包括以下步骤：
29.先根据热敏电阻的重量4.0kg及热敏电阻中的质量百分含量mn：69.3％，ni：20.9％，cu：4.8％，zn：3.8％，zr：1.0％，bi：0.1％，计算出mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的重量；
30.再根据mn3o4、nio、cuo、zno、zro2和bi2o3中mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的百分比含量，其中mn3o4中mn含量71.5％，nio中ni含量76.5％，cuo中cu含量79.8％，zno中zn含量80.0％，zro2中zr含量74.0％，bi2o3中bi含量90.0％，以及mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的重量计算得出mn3o4为2739.9g，nio为826.8g，cuo为197.5g，zno为160.4g，zro2为63.5g，bi2o3为12.0g；并依据mn3o4为2739.9g，nio为826.8g，cuo为197.5g，zno为160.4g，zro2为63.5g，bi2o3为12.0g；依据上述计算结果进行原料称取；
31.在原料中加入纯净水4kg和高分子铵盐分散剂溶液12.0g进行搅拌混合；将搅拌混合获得的混合物加入至砂磨机内，利用砂磨机对混合物进行循环磨成浆料，使得浆料的平均粒径为1.5μm；
32.在浆料中加入pva粘结剂溶液进行搅拌混合，其中pva粘结剂溶液中的pva粘结剂的含量为2％；获得混合浆料送入离心式喷雾干燥塔内进行造粒，获得造粒粉；再将造粒粉送入压机内进行冲压成型，获得成型半成品，成型半成品的密度为3.1g/cm3，成型半成品的直径为15.1mm,厚度为1.8mm，重量1.0g/片，数量：2000片；
33.对半成品进行加热，使得半成品中的粘结剂分解为气体排出，其中半成品加热过程中的升温速率为1℃/min，半成品加热至450℃时进行保温4h；再对加热后的半成品进行烧结，半成品烧结过程中，升温的速率为2℃/min，烧结温度为1080℃及保温3h，降温的速率为3℃/min；获得尖晶石结构晶体；
34.在晶体的两端面丝网印刷银电极浆料，形成银面的直径为10.4mm，并对晶体上的银电极浆料形成的银面进行烘干，再对烘干后的银电极浆料进行烧银，在晶体上形成金属电极，获得热敏电阻；
35.获得热敏电阻后，抽样20个热敏电阻，对这20个热敏电阻的尺寸和重量进行测量，还对20个热敏电阻在温度为25℃时的阻值和温度为50℃时的阻值进行测量，获得如表1的测量数据：
36.[0037][0038]
表1
[0039]
实施例2：
[0040]
一种液相烧结负温度系数热敏电阻，所述热敏电阻由以下质量百分含量的成分组成：mn：69.3％；ni：20.9％；cu：4.8％；zn：3.8％；zr：1.0％；bi：0.1％。
[0041]
上述实施例中，所述热敏电阻具体由mn、ni、cu、zn、zr和bi的氧化物原料制成，具体为mn3o4、nio、cuo、zno、zro2和bi2o3。
[0042]
一种液相烧结负温度系数热敏电阻的制造方法，包括以下步骤：
[0043]
先根据热敏电阻的重量4.0kg及热敏电阻中的质量百分含量mn：69.3％，ni：20.9％，cu：4.8％，zn：3.8％，zr：1.0％，bi：0.1％，计算出mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的重量；
[0044]
再根据mn3o4、nio、cuo、zno、zro2和bi2o3中mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的百分比含量，其中mn3o4中mn含量71.5％，nio中ni含量76.5％，cuo中cu含量79.8％，zno中zn含量80.0％，zro2中zr含量74.0％，bi2o3中bi含量90.0％，以及mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的重量计算得出mn3o4为2739.9g，nio为826.8g，cuo为197.5g，zno为160.4g，zro2为63.5g，bi2o3为12.0g；并依据mn3o4为2739.9g，nio为826.8g，cuo为197.5g，zno为160.4g，zro2为63.5g，bi2o3为12.0g；依据上述计算结果进行原料称取；
[0045]
在原料中加入纯净水4kg和高分子铵盐分散剂溶液12.0g进行搅拌混合；将搅拌混合获得的混合物加入至砂磨机内，利用砂磨机对混合物进行循环磨成浆料，使得浆料的平均粒径为1.5μm；
[0046]
在浆料中加入pva粘结剂溶液进行搅拌混合，其中pva粘结剂溶液中的pva粘结剂的含量为2％；获得混合浆料送入离心式喷雾干燥塔内进行造粒，获得造粒粉；再将造粒粉送入压机内进行冲压成型，获得成型半成品，成型半成品的密度为3.1g/cm3，成型半成品的直径为15.1mm,厚度为1.8mm，重量1.0g/片，数量：2000片；
[0047]
对半成品进行加热，使得半成品中的粘结剂分解为气体排出，其中半成品加热过程中的升温速率为1℃/min，半成品加热至450℃时进行保温4h；再对加热后的半成品进行烧结，半成品烧结过程中，升温的速率为2℃/min，烧结温度为1105℃及保温3h，降温的速率为3℃/min；获得尖晶石结构晶体；
[0048]
在晶体的两端面丝网印刷银电极浆料，形成银面的直径为10.4mm，并对晶体上的银电极浆料形成的银面进行烘干，再对烘干后的银电极浆料进行烧银，在晶体上形成金属电极，获得热敏电阻；
[0049]
获得热敏电阻后，抽样20个热敏电阻，对这20个热敏电阻的尺寸和重量进行测量，还对20个热敏电阻在温度为25℃时的阻值和温度为50℃时的阻值进行测量，获得如表2的测量数据：
[0050]
[0051][0052]
表2。
[0053]
实施例3：
[0054]
一种液相烧结负温度系数热敏电阻，所述热敏电阻由以下质量百分含量的成分组成：mn：69.3％；ni：20.9％；cu：4.8％；zn：3.8％；zr：1.0％；bi：0.1％。
[0055]
上述实施例中，所述热敏电阻具体由mn、ni、cu、zn、zr和bi的氧化物原料制成，具体为mn3o4、nio、cuo、zno、zro2和bi2o3。
[0056]
一种液相烧结负温度系数热敏电阻的制造方法，包括以下步骤：
[0057]
先根据热敏电阻的重量4.0kg及热敏电阻中的质量百分含量mn：69.3％，ni：20.9％，cu：4.8％，zn：3.8％，zr：1.0％，bi：0.1％，计算出mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的重量；
[0058]
再根据mn3o4、nio、cuo、zno、zro2和bi2o3中mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的百分比含量，其中mn3o4中mn含量71.5％，nio中ni含量76.5％，cuo中cu含量79.8％，zno中zn含量80.0％，zro2中zr含量74.0％，bi2o3中bi含量90.0％，以及mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的重量计算得出mn3o4为2739.9g，nio为826.8g，cuo为197.5g，zno为160.4g，zro2为63.5g，bi2o3为12.0g；并依据mn3o4为2739.9g，nio为826.8g，cuo为197.5g，zno为160.4g，zro2为63.5g，bi2o3为12.0g；依据上述计算结果进行原料称取；
[0059]
在原料中加入纯净水4kg和高分子铵盐分散剂溶液12.0g进行搅拌混合；将搅拌混合获得的混合物加入至砂磨机内，利用砂磨机对混合物进行循环磨成浆料，使得浆料的平均粒径为1.5μm；
[0060]
在浆料中加入pva粘结剂溶液进行搅拌混合，其中pva粘结剂溶液中的pva粘结剂的含量为2％；获得混合浆料送入离心式喷雾干燥塔内进行造粒，获得造粒粉；再将造粒粉送入压机内进行冲压成型，获得成型半成品，成型半成品的密度为3.1g/cm3，成型半成品的直径为15.1mm,厚度为1.8mm，重量1.0g/片，数量：2000片；
[0061]
对半成品进行加热，使得半成品中的粘结剂分解为气体排出，其中半成品加热过程中的升温速率为1℃/min，半成品加热至450℃时进行保温4h；再对加热后的半成品进行烧结，半成品烧结过程中，升温的速率为2℃/min，烧结温度为1130℃及保温3h，降温的速率为3℃/min；获得尖晶石结构晶体；
[0062]
在晶体的两端面丝网印刷银电极浆料，形成银面的直径为10.4mm，并对晶体上的银电极浆料形成的银面进行烘干，再对烘干后的银电极浆料进行烧银，在晶体上形成金属电极，获得热敏电阻；
[0063]
获得热敏电阻后，抽样20个热敏电阻，对这20个热敏电阻的尺寸和重量进行测量，还对20个热敏电阻在温度为25℃时的阻值和温度为50℃时的阻值进行测量，获得如表3的测量数据：
[0064]
[0065][0066]
表3。
[0067]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种液相烧结负温度系数热敏电阻，其特征在于：所述热敏电阻由以下质量百分含量的成分组成：mn：48～77％；ni：14～28％；cu：1～25％；zn：1～15％；zr：0.1～5％；bi：0.1～5％。2.根据权利要求1所述的液相烧结负温度系数热敏电阻，其特征在于：所述热敏电阻具体由mn、ni、cu、zn、zr和bi的氧化物原料制成。3.一种如权利要求1或2所述的液相烧结负温度系数热敏电阻的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：按热敏电阻的质量百分含量称取原料，在原料中加入纯净水进行搅拌混合；将搅拌混合获得的混合物加入至砂磨机内，利用砂磨机对混合物进行循环磨成浆料；在浆料中加入pva粘结剂溶液进行搅拌混合，获得混合浆料送入离心式喷雾干燥塔内进行造粒，获得造粒粉；再将造粒粉送入压机内进行冲压成型，获得成型半成品；对半成品进行加热，使得半成品中的粘结剂分解为气体排出；对加热后的半成品进行烧结，获得尖晶石结构晶体；在晶体的两端面丝网印刷银电极浆料，并对晶体上的银电极浆料进行烘干，再对烘干后的银电极浆料进行烧银，在晶体上形成金属电极，获得热敏电阻。4.根据权利要求3所述的液相烧结负温度系数热敏电阻的制造方法，其特征在于：还包括以下步骤：在称取原料之前，先根据热敏电阻的重量及mn、ni、cu、zn、zr和bi元素在热敏电阻中的质量百分含量，计算出mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的重量；再根据mn、ni、cu、zn、zr和bi的氧化物中mn、ni、cu、zn、zr和bi元素的百分比含量，计算所需要mn、ni、cu、zn、zr和bi的氧化物重量，并依据mn、ni、cu、zn、zr和bi的氧化物重量进行称取原料。5.根据权利要求3所述的液相烧结负温度系数热敏电阻的制造方法，其特征在于：还包括以下步骤：获得热敏电阻后，测量热敏电阻的尺寸和重量，还对热敏电阻在温度为25℃时的阻值和温度为50℃时的阻值进行测量。6.根据权利要求3所述的液相烧结负温度系数热敏电阻的制造方法，其特征在于：所述砂磨机砂磨获得的浆料，其平均粒径为1.5μm。7.根据权利要求3所述的液相烧结负温度系数热敏电阻的制造方法，其特征在于：所述pva粘结剂溶液中的pva粘结剂的含量为2％；所述半成品的密度为3.1g/cm3。8.根据权利要求3所述的液相烧结负温度系数热敏电阻的制造方法，其特征在于：所述半成品加热过程中的升温速率为1℃/min，半成品加热至450℃时进行保温4h。9.根据权利要求3所述的液相烧结负温度系数热敏电阻的制造方法，其特征在于：所述半成品烧结过程中，烧结温度为1080℃～1130℃，升温的速率为2℃/min，降温的速率为3℃/min。

技术总结
本发明涉及一种液相烧结负温度系数热敏电阻及制备方法，所述热敏电阻由以下质量百分含量的成分组成：Mn：48～77％；Ni：14～28％；Cu：1～25％；Zn：1～15％；Zr：0.1～5％；Bi：0.1～5％。相比现有技术，本发明在较宽的烧结温度范围内可烧成，工艺稳定性好，可重复性高。可重复性高。


技术研发人员：盘耀东 张学文
受保护的技术使用者：桂林至敏电子科技有限公司
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/9/22