[其他]高溫熱敏電阻器及其制造方法

在審

• 申請號: 101985000002991
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85102991B
• 公開（公告）日: 1988-04-06
• 發明（設計）人: 程家騏;周俊;李鳳翔;賈真;高世慧
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆物理研究所
• 代理公司: 中國科學院新疆專利事務所
• 代理人: 王蔚

本發明涉及一種高溫熱敏電阻器及其制造方法。該熱敏電阻器采用鎂－鋁－錳－鎳－鈷系列氧化物材料，通過熱處理特性試驗，選擇阻值復現性高的材料組分，用耐高溫的鉑－８０玻璃作管式封裝，并通過高溫變溫老化制造而成。具有良好的阻值復現性及高溫長期穩定性、體積小、結構可靠、熱響應時間快等特點。特別適用于航天和其它軍工部門，同時也可廣泛用于家庭電器、熱工儀表、電子工具和其它生產和科研領域。

本發明涉及一種高溫熱敏電阻器及其制造方法。

眾所周知，使用三氧化二鈷（Co₂O₃）-二氧化錳（MnO₂）-氧化鎳（NiO）-氧化銅（CuO）材料可以制作300℃以下使用的高精度熱敏電阻器。而二氧化鋯（ZrO₂）-三氧化二釔（Y₂O₃）系列材料可用來制造高溫熱敏電阻器，但這類材料受氧氣壓影響較大，高溫長期老化穩定性沒能很好的解決。日本松下電氣產業珠式會社使用鋁酸鎂（MgAl₂O₄）+鉻酸鑭（LaCrO₂）系列材料，來制作100℃-1000℃之間不同溫區用的高溫熱敏電阻器（專利號J5334836），但由于它是以材料的長期老化穩定性為依據來選擇材料的，因此并不能保證在經歷各種熱過程后仍具有良好的阻值復現性，而阻值復現性對實際應用起著極為重要的作用。高溫熱敏電阻器的封裝通常有金屬管封裝（200℃～800℃）（專利號J50119267）及玻璃包復（500℃以下）（日本計量裝置1982.11P14）。金屬管封裝，工藝較為復雜，而玻璃包復形結構對玻璃材料的線膨脹系數有較高的要求，玻璃和敏感體的線膨脹系數如匹配不好，則由此引起的熱應力將嚴重地影響到高溫熱敏電阻器的阻值復現性，甚至使元件完全失效。

本發明針對上述問題，用新的方法選擇敏感體材料，由此獲得阻值復現性好的材料配方，同時配合制造方法上的改進，制作出能在100℃-600℃使用，具有良好阻值復現性及穩定性，結構工藝簡單的高溫熱敏電阻器。

本發明選用的敏感體材料為氧化鎂（MgO）-三氧化二鋁（Al₂O₃）-二氧化錳（MnO₂）-氧化鎳（NiO）-三氧化二鈷（Co₂O₃）系列陶瓷材料。本發明的高溫熱敏電阻器在選擇材料時重點考察材料在經歷高溫熱過程后的阻值復現性，并采用了以高溫快速冷卻處理后的特性來作為衡量材料阻值復現性的依據。其方法如下，首先將熱敏材料試樣在300℃、400℃、500℃、600℃溫度進行熱處理，處理條件為保溫10-30分鐘，空氣中快速冷卻，每次處理后測量100℃-300℃之間某一固定溫度時的電阻值，然后計算出經不同溫度熱處理后該固定溫度點的阻值變化率，選擇在使用溫區中的不同溫度點處理后，該固定溫度點的阻值最大變化率小的材料來制作該溫區的高溫熱敏電阻器，并進行其它性能試驗。用這種方法選擇的高溫熱敏材料，既解決了經各種高溫熱過程后的阻值復現性，同時也具有良好的高溫長期老化穩定性。表1列出了氧化鎂（MgO）-三氧化二鋁（Al₂O₃）-二氧化錳（MnO₂）-氧化鎳（NiO）-三氧化二鈷（Co₂O₃）系列材料的若干材料配方的原子比、燒結條件及試樣的B值和阻值范圍，試樣為φ1.2mm的珠體。表2、表3、表4、表5分別列出了上述材料的試樣，經不同溫度熱處理后在某一固定溫度點的阻值，熱處理時間為15分鐘，空氣快速冷卻。由表可以看出，上述系列材料中，5元系列的材料配方經快速降溫熱處理后的阻值復現性明顯優于3元系和4元系材料。當各成份的原子比分別在鎂（2-4）、鋁（0.3-1）、錳（1-3）、鎳（0.5-1.5）、鈷（1.5-4）時，其材料常數B為（4000-5000）K，300℃時阻值為（0.5-20）KΩ，經300℃、400℃、500℃、600℃幾個溫度點的快速降溫熱處理后，200℃阻值的最大變化率在1%到4%之間。其中，當各元素的原子比為：鎂∶鋁∶錳∶鎳∶鈷＝3.8∶1∶2∶0.9∶2.3時，其材料常數B為4200K，經上述熱處理后200℃的阻值最大變化率為1%。采用經上述熱處理后R₂₀₀的最大變化率小于2%、B值在（4000-5000）K、阻值R₃₀₀（1-20）KΩ的材料配方來制作100℃-500℃高溫熱敏電阻，可以獲得優良的阻值復現性和高溫穩定性。