一种热敏电阻器、芯片材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种热敏电阻器、芯片材料及其制备方法 (Thermistor, chip material and preparation method thereof ) 是由 杨幼斌 郑传发 郑海法 李鄂胜 张先锋 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种热敏电阻器、芯片材料及其制备方法,属于电子元器件技术领域。该芯片材料,按照质量百分比,包括：四氧化三锰40％-50％；四氧化三钴30％-40％；氧化铝10％-20％；氧化铬2％-8％,共计100％。该制备方法,包括：按照配比将各组分混合并球磨得到第一混合物；将第一混合物烘干,之后升温至500-600℃进行煅烧,之后继续升温至900-1000℃进行煅烧,之后降温至500-600℃保温得到第二混合物；将第二混合物采用湿法流延工艺制成中间体；将中间体升温至500-600℃并保温,之后继续升温,之后降温得到所述芯片材料。该芯片材料的年漂移率小于0.1％,而且精度高。(The invention discloses a thermistor, a chip material and a preparation method thereof, and belongs to the technical field of electronic components. The chip material comprises the following components in percentage by mass: 40% -50% of manganous manganic oxide; 30-40% of cobaltosic oxide; 10 to 20 percent of alumina; 2 to 8 percent of chromium oxide, accounting for 100 percent. The preparation method comprises the following steps: mixing the components according to the proportion and performing ball milling to obtain a first mixture; drying the first mixture, heating to 500-600 ℃ for calcination, continuing heating to 900-1000 ℃ for calcination, cooling to 500-600 ℃ for heat preservation to obtain a second mixture; preparing the second mixture into an intermediate by adopting a wet tape casting process; and heating the intermediate to 500-600 ℃, preserving the heat, continuing heating, and cooling to obtain the chip material. The annual drift rate of the chip material is less than 0.1%, and the accuracy is high.)
技术领域
本发明涉及电子元器件技术领域，具体涉及一种热敏电阻器、芯片材料及其制备方法。
背景技术
负温度系数热敏电阻器是一种以高纯度过渡金属氧化物为主要材料制造的半导体陶瓷元件，它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。因此它具有电阻值随温度的变化而相应变化的特性，即在一定测量功率下，电阻值随温度的上升而下降的特性。负温度系数热敏电阻器在室温下的变化范围在100～1000000欧姆，温度系数-6.5％～-2％。利用这一特性，负温度系数热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。
但是目前国内的同类产品阻值年漂移率≥1％。在某些控温精度要求比较高的领域(如医疗设备)是远远不是满足要求的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种热敏电阻器、芯片材料及其制备方法，解决现有技术中热敏电阻器的年漂移率≥1％的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种芯片材料，按照质量百分比，包括：四氧化三锰40％-50％；四氧化三钴30％-40％；氧化铝10％-20％；氧化铬2％-8％，共计100％。
本发明还提出一种上述芯片材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照配比将各组分混合并球磨得到第一混合物；
S2、将所述第一混合物烘干，之后升温至500-600℃进行第一次煅烧，之后继续升温至900-1000℃进行第二次煅烧，之后降温至500-600℃保温得到第二混合物；
S3、将所述第二混合物采用湿法流延工艺制成中间体；
S4、将所述中间体升温至500-600℃并保温，之后继续升温至1100-1200℃并保温，之后降温至500-600℃并保温得到所述芯片材料。
进一步地，在步骤S2中，所述第一次煅烧的时间为2-3小时，所述第二次煅烧的时间为1-1.5小时。
进一步地，在步骤S2中，所述保温的时间为2-3小时。
进一步地，在步骤S4中，升温至500-600℃进行保温的时间为2-3小时，升温至1100-1200℃进行保温的时间为5-6小时，降温至500-600℃进行保温的时间为2-3小时。
进一步地，在步骤S2或者步骤S4中，所述升温或者所述降温的速度为5-10℃/min。
进一步地，在步骤S3中，所述湿法流延工艺具体包括：向第二混合物中加入PVA胶，搅拌后形成浆料，用流延机流延制得胶块，将制得的胶块切割，之后在300-400℃下保温排胶得到所述中间体。
进一步地，在步骤S2中，在100-120℃下将所述第一混合物烘干。
进一步地，本发明还提出一种热敏电阻器，由芯片材料的两面涂覆金属材料形成金属电极，之后在所述金属电极上焊接引线的一端，再用环氧树脂封装得到；所述芯片材料为上述芯片材料或者上述制备方法制得的芯片材料；进一步地，所述金属材料为银或者银的复合金属材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明提出一种芯片材料以四氧化三锰为主，加以三氧化三钴，氧化铝和氧化铬为辅，特别是因为氧化铬的加入，使得该芯片材料的年漂移率小于0.1％，而且精度高，25℃电阻值年漂移率小于0.1％，R25±1％阻值范围≥90％。
本发明提出的该芯片材料的制备方法中，先将各组分按照配比混合球磨得到第一混合物，之后将第一混合物烘干，在较低温度下进行第一次煅烧，之后在较高温度下进行第二次煅烧，继续在较低温度下进行第三次煅烧得到第二混合物，将第二混合物采用湿法流延工艺制成中间体，将中间体继续在较低温下处理，之后在高温下处理最后在较低温下处理，如此进行两次不同的温度的先后处理提高了芯片材料的致密性，该芯片材料的年漂移率小于0.1％，而且精度高，25℃电阻值年漂移率小于0.1％，R25±1％阻值范围≥90％。
具体实施方式
本具体实施方式提供了一种芯片材料，按照质量百分比，包括：四氧化三锰40％-50％；四氧化三钴30％-40％；氧化铝10％-20％；氧化铬2％-8％，共计100％。
本具体实施方式还提出了上述芯片材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照配比将各组分混合并以240-250圈/分钟的速度球磨8-9小时得到第一混合物；球磨使各种原材料混合均匀；
S2、在100-120℃下将所述第一混合物烘干，之后升温至500-600℃进行第一次煅烧2-3小时，之后继续升温至900-1000℃进行第二次煅烧1-1.5小时，之后降温至500-600℃保温2-3小时，之后断电降温得到第二混合物；
S3、将所述第二混合物采用湿法流延工艺制成中间体；具体地，所述湿法流延工艺包括：向第二混合物中加入PVA胶，搅拌后形成浆料，用流延机流延2-3次制得胶块，将制得的胶块切割成15cm×15cm的方块，在300-400℃下保温排胶2-3小时得到所述中间体；
S4、将所述中间体升温至500-600℃并保温2-3小时，之后继续升温至1100-1200℃并保温5-6小时，之后降温至500-600℃并保温2-3小时，之后断电降温得到所述芯片材料，进一步地，在步骤S2或者步骤S4中，所述升温或者所述降温的速度为5-10℃/min。
本具体实施方式还包括一种热敏电阻器，由芯片材料的两面涂覆金属材料形成金属电极，之后在所述金属电极上焊接引线的一端，再用环氧树脂封装得到；所述芯片材料为上述芯片材料或者上述制备方法制得的芯片材料；进一步地，所述金属材料为银或者银的复合金属材料。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提出一种芯片材料，按照质量百分比，包括：四氧化三锰40％；四氧化三钴37％；氧化铝15％；氧化铬8％，共计100％。
本实施例还提出了该芯片材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照配比将各组分混合并以240圈/分钟的速度球磨9小时得到第一混合物；
S2、在100℃下将所述第一混合物烘干，之后升温至500℃进行第一次煅烧2小时，之后继续升温至900℃进行第二次煅烧1小时，之后降温至500℃保温2小时，之后断电降温得到第二混合物；该步骤中，升温的速度为10℃/min，降温的速度为5℃/min；
S3、将所述第二混合物采用湿法流延工艺制成中间体；具体地，所述湿法流延工艺包括：向第二混合物中加入PVA胶，搅拌后形成浆料，用流延机流延3次制得胶块，将制得的胶块切割成15cm×15cm的方块，在300℃下保温排胶3小时得到所述中间体；
S4、将所述中间体升温至500℃并保温2小时，之后继续升温至1100℃并保温5小时，之后降温至600℃并保温3小时，之后断电降温得到所述芯片材料，进一步地，该步骤中，所述升温或者所述降温的速度为5℃/min。
实施例2
本实施例提出一种芯片材料，按照质量百分比，包括：四氧化三锰50％；四氧化三钴30％；氧化铝18％；氧化铬2％，共计100％。
本实施例还提出了该芯片材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照配比将各组分混合并以250圈/分钟的速度球磨8.5小时得到第一混合物；
S2、在110℃下将所述第一混合物烘干，之后升温至600℃进行第一次煅烧3小时，之后继续升温至950℃进行第二次煅烧1.5小时，之后降温至600℃保温3小时，之后断电降温得到第二混合物；该步骤中，升温的速度为5℃/min，降温的速度为8℃/min；
S3、将所述第二混合物采用湿法流延工艺制成中间体；具体地，所述湿法流延工艺包括：向第二混合物中加入PVA胶，搅拌后形成浆料，用流延机流延2次制得胶块，将制得的胶块切割成15cm×15cm的方块，在400℃下保温排胶2小时得到所述中间体；
S4、将所述中间体升温至600℃并保温3小时，之后继续升温至1150℃并保温6小时，之后降温至500℃并保温2.5小时，之后断电降温得到所述芯片材料，进一步地，该步骤中，所述升温或者所述降温的速度为8℃/min。
实施例3
本实施例提出一种芯片材料，按照质量百分比，包括：四氧化三锰45％；四氧化三钴40％；氧化铝10％；氧化铬5％，共计100％。
本实施例还提出了该芯片材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照配比将各组分混合并以245圈/分钟的速度球磨9小时得到第一混合物；
S2、在120℃下将所述第一混合物烘干，之后升温至550℃进行第一次煅烧2.5小时，之后继续升温至1000℃进行第二次煅烧1小时，之后降温至550℃保温2.5小时，之后断电降温得到第二混合物；进一步地，该步骤中，升温或者降温的速度为8℃/min；
S3、将所述第二混合物采用湿法流延工艺制成中间体；具体地，所述湿法流延工艺包括：向第二混合物中加入PVA胶，搅拌后形成浆料，用流延机流延3次制得胶块，将制得的胶块切割成15cm×15cm的方块，在350℃下保温排胶2.5小时得到所述中间体；
S4、将所述中间体升温至500℃并保温2.5小时，之后继续升温至1200℃并保温5.5小时，之后降温至550℃并保温2小时，之后断电降温得到所述芯片材料，该步骤中，所述升温或者所述降温的速度为10℃/min。
实施例4
本实施例提出一种芯片材料，按照质量百分比，包括：四氧化三锰42％；四氧化三钴35％；氧化铝15％；氧化铬8％，共计100％。
本实施例还提出了该芯片材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照配比将各组分混合并以240圈/分钟的速度球磨9小时得到第一混合物；
S2、在115℃下将所述第一混合物烘干，之后升温至600℃进行第一次煅烧3小时，之后继续升温至1000℃进行第二次煅烧1小时，之后降温至500℃保温3小时，之后断电降温得到第二混合物；该所述升温或者所述降温的速度为8℃/min；
S3、将所述第二混合物采用湿法流延工艺制成中间体；具体地，所述湿法流延工艺包括：向第二混合物中加入PVA胶，搅拌后形成浆料，用流延机流延3次制得胶块，将制得的胶块切割成15cm×15cm的方块，在350℃下保温排胶2小时得到所述中间体；
S4、将所述中间体升温至550℃并保温2.5小时，之后继续升温至1100℃并保温6小时，之后降温至550℃并保温2.5小时，之后断电降温得到所述芯片材料，该所述升温或者所述降温的速度为5℃/min。
实施例5
本实施例提出一种芯片材料，按照质量百分比，包括：四氧化三锰40％；四氧化三钴36％；氧化铝20％；氧化铬4％，共计100％。
本实施例还提出了该芯片材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照配比将各组分混合并以245圈/分钟的速度球磨8.5小时得到第一混合物；
S2、在100℃下将所述第一混合物烘干，之后升温至500℃进行第一次煅烧2小时，之后继续升温至900℃进行第二次煅烧1.5小时，之后降温至600℃保温3小时，之后断电降温得到第二混合物；该所述升温或者所述降温的速度为10℃/min；
S3、将所述第二混合物采用湿法流延工艺制成中间体；具体地，所述湿法流延工艺包括：向第二混合物中加入PVA胶，搅拌后形成浆料，用流延机流延2次制得胶块，将制得的胶块切割成15cm×15cm的方块，在300℃下保温排胶2.5小时得到所述中间体；
S4、将所述中间体升温至600℃并保温2.5小时，之后继续升温至1100℃并保温5小时，之后降温至600℃并保温3小时，之后断电降温得到所述芯片材料，该所述升温或者所述降温的速度为8℃/min。
对比例1
本对比例提出的芯片材料的制备方法与实施例1相同，区别点在于组分不同，具体地，本对比例提出一种芯片材料，按照质量百分比，包括四氧化三锰40％；四氧化三钴37％；氧化铝23％，共计100％。
对比例2
本对比例提出的芯片材料的制备方法与实施例1相同，区别点在于组分不同，具体地，本对比例提出一种芯片材料，按照质量百分比，包括四氧化三锰40％；四氧化三钴37％；氧化铝15％，氧化镁8％，共计100％。
对比例3
本对比例提出的芯片材料的组成和配比与实施例1相同，区别点在于制备方法，具体地，
该芯片材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照配比将各组分混合并以240圈/分钟的速度球磨9小时得到第一混合物；
S2、在100℃下将所述第一混合物烘干，之后升温至500℃进行第一次煅烧2小时，之后继续升温至900℃进行第二次煅烧1小时，之后断电降温得到第二混合物；该步骤中，升温的速度为10℃/min，降温的速度为5℃/min；
S3、将所述第二混合物采用湿法流延工艺制成中间体；具体地，所述湿法流延工艺包括：向第二混合物中加入PVA胶，搅拌后形成浆料，用流延机流延3次制得胶块，将制得的胶块切割成15cm×15cm的方块，在300℃下保温排胶3小时得到所述中间体；
S4、将所述中间体升温至500℃并保温2小时，之后继续升温至1100℃并保温5小时，之后断电降温得到所述芯片材料，进一步地，该步骤中，所述升温或者所述降温的速度为5℃/min。
应用例
本应用例采用实施例1-5及对比例1-2的芯片材料制作热敏电阻器，具体地，由实施例1-5或者对比例1-2中的芯片材料的两面涂覆银浆形成银电极，之后用高精度划片机划成长宽为1.0×1.0cm，厚度0.5cm的小芯片，之后在银电极上焊接引线的一端，再用环氧树脂封装得到。采用安捷伦34401A和宁波天恒高精度恒温槽检测实施例1-5及对比例1-2制得的热敏电阻器的年漂移率和R25±1％阻值范围，结果如表1所示。
表1实施例1-5及对比例1-2的芯片材料制得的热敏电阻器的性能测试结果
从表1可以看出，实施例1-5的芯片材料制得的热敏电阻器的年漂移率都小于0.1％，低至0.03％，对比例1和对比例2的芯片材料制得的热敏电阻器的年漂移率较高；另外可以看出本发明提出的实施例的R25±1％阻值范围都较高，高达90％以上，最高可到96％，而对比例1和对比例2的芯片材料制得的热敏电阻器的R25±1％阻值范围都较低，低至45.9％，说明本发明提出的芯片材料制得的热敏电阻器的精度高。另外可以看出除了芯片材料的组分影响其性能，制备方法中的温度控制也对其性能有较大的影响。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。