一种NI－ZN－O基热敏陶瓷材料及其制备方法.pdf

一种Ni－Zn－O基热敏陶瓷材料及其制备方法，属于材料科学领域，主要原材料是Ni2O3和ZnO，将原料按照比例通过球磨湿法混合、洗涤、干燥得到陶瓷粉体，经将此粉体研磨、过筛、干压、高温烧结，就获得此Ni－Zn－O系热敏陶瓷材料。通过控制Ni/Zn摩尔比和烧结温度，可以调控该材料体系的热敏性能。本发明成分、工艺简单，原料价廉，材料应用面广；性能方面具有较高的敏感指数，阻温曲线线性度良好，具有较高的电阻温度系数；工艺成分简单、体系易烧结，过程易控制，有效降低生产成本，具有良好的实施前景。

1、  一种Ni-Zn-O基热敏陶瓷材料，其特征在于：所述陶瓷材料的原料主要为Ni₂O₃和ZnO，其摩尔比为Ni/Zn为1∶0.05～0.25。

2、  制备如权利要求1所述的Ni-Zn-O基热敏陶瓷材料的方法，其特征在于：所述的方法依次按如下步骤进行：
(1)将原材料按Ni/Zn为1∶0.05～0.25的摩尔比配料称重，然后湿法球磨使其均匀混合；
(2)将(1)混合物洗涤、干燥，获得均匀混合的陶瓷粉体；
(3)将(2)得到的陶瓷粉体研磨、过筛，并加入PVA粘结剂干压成型，1250～1450℃空气中烧结2～4小时，即得到Ni-Zn-O基热敏陶瓷材料。

一种Ni-Zn-O基热敏陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种Zn-Ni-O基NTC热敏陶瓷材料及其制备方法，属于材料科学领域。
背景技术
NTC(Negative temperature coefficient)热敏电阻是负电阻温度系数热敏电阻的简称。热敏电阻因其灵敏度高、响应快、稳定性好、体积小且价廉而广泛应用于食品加工、发酵、冷藏、养殖、纺织、机械制造、航天航空技术、医疗卫生等工农业生产各部门及人们日常生活中。早在1930年，德国首先用氧化铀制成负温度系数半导体热敏电阻器；目前，现有的NTC热敏电阻多为三元系如Ni_0.66Zn_xMn_2.34-xO₄体系、Co-Mn-Ni-O系、Co-Mn-Ni-O系和Ni-Mn-Cu-O系等等，成份大多复杂，而且有些体系中使用了较为昂贵的原料如Mn-In-Ni-O系。而这在当前市场竞争激烈的情况下，成本问题将大大削减其竞争力。日本的二木久夫以Co、Mn、Ni、Cu、Fe等过渡金属氧化物中的二种或三种氧化物为主要原材料，对材料的敏感指数B值、电阻率与材料的成份的影响规律，进行了系统的研究。1976年日本研制了一种在一定温度区内具有线性阻温特性的半导体热电阻，其基本成份为W、Sb、Cd等金属氧化物。华中理工大学1981年也研制成功CdO-Sb₂O₃-WO₃系线性热敏材料，该材料阻温特性在40～200℃范围内呈线性变化，电阻温度系数约为-6×10^-3/℃，是一种比较理想的线性感温材料。此外，也有报道以尖晶石结构的锰酸盐为热敏基料，掺入适量的RuO₂用来改善产品阻温特性的线性和稳定性，材料在0-100℃温区内，电阻温度系数约为-7×10^-3/℃。中科院新疆物理所以硝酸镍、醋酸锰、硝酸钴、硝酸镁、硝酸铬、柠檬酸、硬酯酸、聚乙二醇为原料，采用纳米粉体技术，粉体表面包覆技术，成型，烧结，老化工艺制成。采用部分金属氧化物掺杂改善锰、钴、镍系NTC热敏材料的稳定性，得到了稳定性良好的NTC热敏电阻。
目前，随着通讯、汽车等行业的高速发展，NTC热敏电阻器的需求量越来越大。其主要发展方向是：高温热敏电阻，低温热敏电阻和宽温区热敏电阻。而伴随着市场地不断扩大以及生产厂商的逐渐增多，成本的不断降低也成了一种持续不断的需求。在不降低性能的前提下，寻找一种成份、工艺简单，原料价廉的NTC热敏陶瓷材料成为科研工作者和各厂商追求的目标和方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种成份、工艺简单，原料价廉，性能良好的Zn-Ni-O基NTC热敏陶瓷材料及其制备方法，降低现有NTC热敏陶瓷材料生产成本，本Zn-Ni-O基NTC热敏陶瓷材料及其制备方法其特征在于：所述Zn-Ni-O基热敏陶瓷材料的主要原料为Ni₂O₃和ZnO，且按Ni/Zn为1∶0.05～0.25的摩尔比配料称重，经将原料球磨湿法混合、洗涤、干燥获得此热敏陶瓷材料粉体，将此热敏陶瓷材料粉体研磨、过筛、加入PVA粘接剂，干压，然后在1250～1450℃空气中烧结2～4小时，即获得Ni-Zn-O基热敏陶瓷材料。其制备方法按如下步骤进行：
(1)将原材料按Ni/Zn为1∶0.05～0.25的摩尔比配料称重，然后湿法球磨使其均匀混合；
(2)将(1)混合物洗涤、干燥，获得均匀混合的此陶瓷粉体；
(3)将(2)得到的此陶瓷粉体研磨、过筛，并加入PVA粘结剂干压成型，1250～1450℃空气中烧结2～4小时，得到此Ni-Zn-O基热敏陶瓷材料。
本制备方法可以通过调整Ni/Zn摩尔比和烧结温度可以调控此材料体系的热敏性能。
本发明提供的一种Zn-Ni-O基NTC热敏陶瓷材料及其制备方法成份、工艺简单，原料价廉；在性能方面，它具有较高的敏感指数B值(＞4000K)，在50～100℃温区内，阻温曲线线性度很好(＞0.97)，并且具有较高的电阻温度系数(~-14×10^-3/K)。材料应用面广。本材料和其制备方法还有工艺成份简单、体系易烧结，在现有工艺上很容易实现，过程易控制的特点，有效降低了生产NTC热敏陶瓷材料成本，具有广阔而良好的实施前景。
附图说明
图1为实施例1中产物的XRD图谱。
图2为实施例1中产物的ρ~T曲线。
图3为实施例1中产物的LnR~1/T曲线。
图4为实施例2中产物的XRD图谱。
图5为实施例2中产物的ρ~T曲线。
图6为实施例2中产物的LnR~1/T曲线。
图7为实施例2中产物的SEM图像。
图8为实施例3中产物的XRD图谱。
图9为实施例3中产物的ρ~T曲线。
图10为实施例3中产物的LnR~1/T曲线。
具体实施方式
以下通过实施例，来对本发明进行进一步说明：
实施例1：
称量14.621g的Ni₂O₃和0.379g的ZnO，使其摩尔比为0.95∶0.05。将其湿法球磨20小时。将混合物洗涤，然后在80℃下干燥，得到均匀混合的陶瓷粉体。将此粉体研磨、过筛、加入3wt％PVA粘接剂，在4Mpa左右干压成型，1250℃空气中烧结4小时，即可获得Ni_0.95Zn_0.05O热敏陶瓷材料。XRD测试表明，物相基本为Ni_0.95Zn_0.05O固溶体。烧结径向收缩率为15.6％，烧结性能良好，陶瓷比较致密。性能测试表明，在50~300℃温区内，B值为4107K，线性度为0.99816；在50~100℃温区内，阻温曲线线性度为0.970，电阻温度系数TCR为-0.013/K。其相应数据如图1、图2、图3所示。
实施例2：
称量14.222g的Ni₂O₃和0.778g的ZnO，使其摩尔比为0.90∶0.10。将其湿法球磨20小时。将混合物洗涤，然后在80℃下干燥，得到均匀混合的陶瓷粉体。将此粉体研磨、过筛、加入粘接剂，在4Mpa左右干压成型，1350℃空气中烧结2h，即可获得Ni_0.9Zn_0.1O热敏陶瓷材料。XRD测试表明，物相基本为Ni_0.9Zn_0.1O固溶体。烧结径向收缩率为16.0％，烧结后粒径在3μm左右，烧结性能良好。性能测试表明，在50~300℃温区内，B值为4677K，线性度为0.99534；在50~100℃温区内，阻温曲线线性度为0.984，电阻温度系数TCR为-0.013/K。如图4、图5、图6、图7所示。
实施例3：
称量13.357g的Ni₂O₃和1.643g的ZnO，使其摩尔比为0.80∶0.20。将其湿法球磨20小时。将混合物洗涤，然后在一定80℃下干燥，得到均匀混合的陶瓷粉体。将此粉体研磨、过筛、加入粘接剂，在4Mpa左右干压成型，1450℃空气中烧结2小时，即可获得Ni_0.8Zn_0.2O热敏陶瓷材料。XRD测试表明，物相基本为Ni_0.8Zn_0.2O固溶体。烧结径向收缩率为16.0％，烧结性能良好。性能测试表明，在50~300℃温区内，B值为4862K，线性度为0.99643；在50~100℃温区内，阻温曲线线性度为0.987，电阻温度系数TCR为-0.014/K。其相关数据如图8、图9、图10所示。