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宽温区负温度系数(Negative temperature coefficient,NTC)热敏电阻材料的研究是NTC热敏电阻材料研究领域的主攻课题之一,宽温区NTC热敏电阻材料也是替代目前工业界普遍使用的铂金属传感器材料的理想产品。但几乎所有的研究都表明,尖晶石结构的过渡金属氧化物因其材料本身的特性无法制备出低B高阻的宽温区热敏材料。
本论文采用固相反应法,以Y2O3,Cr2O3,MnO2为原料,制备了稀土氧化物掺杂的复合NTC热敏电阻材料,该材料由高阻抗的Y2O3相与钙钛矿结构的YCr0.5Mn0.5O3固溶体相形成的混合物组成。通过配比优选试验,确定材料0.6Y2O3-0.4YCr0.5Mn0.5O3作为我们深入研究的对象。该材料在25℃~1100℃的超宽温度范围内具有明显负温度系数热敏特性。老化后材料在低温段阻值平均值降低35.2%。在700℃以上材料阻值平均值降低10.7%。且B值分段稳定,B值平均值降低1.44%。
为调整材料高温段B值至6000k左右,我们选择稀土氧化物La2O3对材料进行掺杂改性。材料0.6Y2O3-0.4YCr0.5Mn0.5O3在掺杂0.6wt%的La2O3后,低温段B值降低0.77%,在高温段B值由7962k下降为6152k,下降22.73%。
在材料制备工艺方面进行了材料配比与预烧温度关系的研究,选取不同掺杂量的材料,在XRD衍射仪上进行阶梯式升温平台温度点扫描的实验,目的是找到材料的固溶反应温度点,从而确定合适的预烧工艺。实验结果显示在掺杂0.6wt%的La2O3后材料0.6Y2O3-0.4YCr0.5Mn0.5O3从900℃开始固溶反应,在1100℃与1150℃之间反应已基本完成。但掺杂量提高至5.0wt%时,材料的固溶反应温度在950℃到1000℃之间。该材料系随La2O3掺杂量的提高预烧温度降低。