ТЕРМОРЕЗИСТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2000 года по МПК H01C7/00 H01B12/00 

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к процессам синтеза оксидных терморезистивных материалов, и может быть использовано для изготовления материалов электронной техники.

В качестве прототипа выбраны соединения стехиометрического состава SrLn₂O₄ (где Ln - La, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Er, Yb, Lu, Y) (Цыганков B.H., Поротников В.Н., Петров К.И., Носова В.С. Электрические свойства соединений SrLn₂O₄. - Изв. АН СССР, Неорганические материалы, 1981, т. 17, N 8, c. 1426-1427).

Указанные соединения соответствуют требованиям, предъявляемым к терморезистивным материалам. Они обладают стабильностью химического и фазового состава при перепаде температур, отрицательным температурным коэффициентом электрического сопротивления и электронным характером проводимости, большим начальным удельным сопротивлением и ярко выраженной нелинейностью температурной зависимости сопротивления, высокой термочувствительностью. Однако их недостатком является то, что они могут использоваться только при сравнительно невысоких температурах 400-773 K.

Технический эффект будет заключаться в получении терморезистивного материала с областью рабочих температур 500 - 1400 K, что позволяет использовать такой материал в более жестких температурных условиях.

Сущность изобретения заключается в том, что в терморезистивном материале, содержащем оксиды стронция и лантаноида, компоненты взяты при следующем соотношении, мол.%:
Оксид стронция - 51-53
Оксид лантаноида - 49-47
Материалы получают методом совместного осаждения металлов (стронция и одного из лантаноидов) в виде оксалатов из смеси хлоридных растворов этих металлов, взятых при следующем соотношении компонентов (табл. 1).

Полученный осадок оксалатов металлов отделяют от маточного раствора, промывают дистиллированной водой, высушивают на воздухе и подвергают утильному обжигу на воздухе при 900 -1000^oC (2 ч). Окончательное спекание таблетированных образцов проводят в вакууме (10^-4 мм рт.ст.), 1650 - 1750^oC, 40 мин, предварительно поместив их в молибденовые ампулы с завинчивающейся крышкой в засыпку из соответствующего Ln₂O₃.

Например, для получения Sr_1,02Yb_1,98O₄ смешиваются 52 мл 0,5 М раствора SrCl₂ и 53,3 мл 0,9 М раствора YbCl₃, при непрерывном перемешивании добавляют полуторный избыток осадителя - 0,3 М раствора (NH₄)₂C₂O₄. Образовавшийся осадок оксалатов отделяют от маточного раствора, промывают дистиллированной водой, высушивают на воздухе, прессуют в компакты, которые помещаются в алундовый тигель и прокаливают на воздухе при 900 - 1000^oC в течение 2 часов. Обожженные компакты измельчают в алундовой ступке до мелкодисперсного состояния, из порошка прессуют таблетки (давление прессования 105 кПа) диаметром 12 мм и толщиной ≈ 2-2,5 мм, которые помещают в молибденовую ампулу с завинчивающейся крышкой в засыпку из предварительно прокаленного при 1000^oC на воздухе оксида иттербия. Спекание таблеток проводят в вакууме (10^-4 мм рт. ст.) при температуре 1650 - 1700^oC в течение 40 мин. Подъем и спуск температуры проводят со скоростью 3 град/мин.

Однородность полученных керамических материалов контролировалась рентгенографическим методом на ДРОН-1 (CuK_α-излучение). Следует отметить, что рентгенограммы образцов составов Sr_1,01-1,03Ln_1,99-1,97O₄ аналогичны рентгенограммам образцов стехиометрического состава SrLn₂O₄, что, по-видимому, связано с тем, что чувствительность РФ-анализа не превышает 4 мол.%. Получить монофазные керамические образцы состава Sr_1,04Ln_1,96O₄ не удалось.

Для измерения температурной зависимости электрического сопротивления керамических образцов составов Sr_1,01-1,03Ln_1,99-1,97O₄ на обе стороны таблетки путем вжигания наносят платиновые электроды. Двухзондовым методом при постоянном и переменном токе (1500 Гц) на воздухе исследовалась зависимость R=f(T) в интервале температур 500 - 1400 K.

Результаты измерений при постоянном токе на воздухе температурной зависимости электрического сопротивления керамических образцов состава Sr_1,02Ln_1,98O₄ приведены в табл. 2 и на фиг. 1: 1. Sr_1,02Y_1,98O₄; 2. Sr_1,02Sc_1,98O₄; 3. Sr_1,02Yb_1,98O₄; 4. Sr_1,02Dy_1,98O₄.

Из фиг. 1 и табл. 2 видно, что для соединений Sr_1,02Ln_1,98 4 характерна резко выраженная нелинейность температурной зависимости электрического сопротивления, что является одним из основных требований к терморезистивным материалам. Их начальное удельное электрическое сопротивление в зависимости от состава изменяется от 1,9•10⁵ до 4,6•10⁴ Ом•м, что на порядок ниже, чем у SrLn₂O₄, но достаточно велико. Конечное рабочее сопротивление рассматриваемых терморезистивных материалов не ниже 55 Ом•м, а у SrSc₂O₄ - 1,5•10² Ом•м.

По экспериментальным данным рассчитаны коэффициенты температурной чувствительности (B) соединений Sr_1,02Ln_1,98O₄ по формуле

где
Значения B приводятся в табл. 3.

Из табл. 3 следует, что соединения Sr_1,02Ln_1,98O₄ обладают большой термочувствительностью даже при высоких температурах и их значение B несколько выше, чем у прототипа (максимальное значение B которого 15000 K^-1).

Значения рассчитанных по формуле

температурных коэффициентов сопротивления соединений Sr_1,02Ln_1,98O₄ варьируются в пределах - 0,5 - 7,5%•K^-1.

В пользу электронного характера проводимости образцов свидетельствует тот факт, что их удельное объемное электрическое сопротивление, измеренное на воздухе на постоянном и переменном токе, имеет практически одинаковое значение.

Исследование терморезистивных свойств соединений Sr_1,02Ln_1,99O₄ и Sr_1,03Ln_1,97O₄ на примере Sr_1,01Y_1,99O₄ и Sr_1,03Y_1,97O₄ показало, что они аналогичны свойствам соединения Sr_1,02Ln_1,98O₄, в данном случае Sr_1,02Y_1,98O₄ (см. табл. 3 и фиг. 2 - температурная зависимость удельного электрического сопротивления соединений: 1. Sr_1,01Y_1,99O₄; 2. Sr_1,02Y_1,98O₄; 3. Sr_1,03Y_1,97O₄).

Таким образом, увеличение количества оксида стронция в соединении SrLn₂O₄ на 1-3 мол. % сдвигает область рабочих температур с 473 - 773 K у SrLn₂O₄ (прототип) до 500 - 1400 K у соединений Sr_1,01-1,03Ln_1,99-1,97O₄, что позволяет использовать заявляемый материал в более жестких температурных условиях.

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к процессам синтеза оксидных терморезистивных материалов, и может быть использовано для изготовления материалов электронной техники. Технический результат заключается в получении терморезистивного материала с областью рабочих температур 500 - 1400 К, что позволяет использовать такой материал в более жестких температурных условиях. Технический результат достигается тем, что в терморезистивном материале, содержащем оксиды стронция и лантаноида, компоненты взяты при следующем соотношении, мол.%: оксид стронция 51-53, оксид лантаноида 49-47. 2 ил., 4 табл.

Терморезистивный материал, содержащий оксиды стронция и лантаноида, отличающийся тем, что компоненты взяты при следующем соотношении, мол.%: оксид стронция 51 - 53, оксид лантаноида 49 - 47.