NTC热敏电阻电性能的一致性和稳定性研究

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负温度系数热敏电阻(NTC)由于制造成本低、可靠性高、温度敏感性好等优点而广泛应用于航天、医疗、汽车、家电等领域,主要功能为温度控制与测量、温度补偿和抑制浪涌电流。NTC电性能的一致性和稳定性良好是实现高效生产和应用的基本要求,而传统固相法生产的NTC的高精度良率偏低、老化系数高。本文采用共沉淀法制粉,结合成型工艺与掺杂工艺的改进,致力于提高NTC产品电性能的一致性和稳定性。主要研究内容如下:1、借助实验设计与分析(Design of Experiment,DOE)研究了共沉淀法制备Mn-Ni系NTC粉料及对热敏陶瓷电性能一致性的影响因素。结果表明:p H值、投料速度、搅拌速度、阳离子总浓度和基液离子浓度均为NTC的B值偏差S(B25/50)的显著影响因子。温度本身不是显著影响因子,但分别与投料速度、阳离子总浓度和基液离子浓度产生显著交互作用。p H值和搅拌速度是NTC的电阻率偏差S(ρ25)的显著影响因子,温度分别与p H值和投料速度产生显著交互作用。得到的优化实验条件为:温度25℃;p H值10.5;搅拌速度1000 r/min;投料速度20 ml/min;金属离子总浓度0.6 mol/L;基液离子浓度为0。2、对比研究了固相法和共沉淀法制备Mn-Ni系NTC粉料的差异及对电性能一致性的影响。结果表明:共沉淀法制备的粉体形貌规则,平均粒径约1.12±0.34μm,元素分布均匀,实际组分与设计值的偏差δ(Mn/Ni)为2.12%,粉料活性较高,烧结致密。固相法粉体形貌不规则,平均粒径约4.62±2.83μm,元素分布不均匀,Ni存在明显富集,δ(Mn/Ni)为16.91%,粉料活性相对较低,烧结后的陶瓷体孔隙率高。共沉淀法样品在各档次的良率均高于固相法样品,其中高精度(±1%)的良率从10.83%提高到了48.33%。3、研究了粉料制备和成型工艺对Mn-Ni-Fe系NTC电性能一致性的影响并用Mn-Ni-Co系NTC加以验证。结果表明:共沉淀法制备的Mn-Ni-Fe系NTC粉体平均粒径约0.41±0.27μm,元素分布均匀、配比准确。而固相法粉体的平均粒径约3.88±2.37μm,粒度均匀性差且元素分布存在富集。采用流延成型的样品,其片内厚度误差和各片平均厚度的最大误差均超过平均厚度的±1%。冷等静压成型的样品经多线切割后片内误差与各片平均厚度误差均小于平均厚度的±1%。制粉方法相同时,冷等静压成型的样品其高精度良率比流延成型的有所提高,但提升幅度较小。成型工艺相同时,共沉淀法样品其高精度良率比固相法样品的有大幅度提升。说明元素分布均匀性对良率有更突出的影响。共沉淀法制粉加冷等静压成型的样品其高精度良率最高,达到81.76%。共沉淀法制备的Mn-Ni-Co系NTC粉料结合冷等静压成型,样品的高精度良率达到88.25%。4、采用共沉淀法制粉,研究了Zn掺杂对含Cu系NTC MnaNibCoc-xCudZnxO4(a+b+c+d=3;x=0、0.15、0.30、0.45、0.60)的电性能和稳定性的影响。结果表明:NTC的电阻率ρ25和B25/50均随Zn掺入量的增加而增大。Zn掺入量x=0时,NTC老化系数仅0.43%。老化系数随Zn掺入量的增加而先减小后增大,在x=0.15时达到最小值0.28%,远小于固相法制备的含Cu系NTC的老化系数(5%-40%)。
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