Материал для чувствительного элемента датчиков температур и способ(варианты) его изготовления Советский патент 1981 года по МПК C04B35/495 

(54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА

ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУР И ВАРИАНТЫ СПОСОБОВ Изобретение относится к разработк материале для чувствительного элемен датчика температур, например термист ра или порогового устройства. Известны материалы для чувстайтел ных элементов датчиков температур, к которым относятся композиции на ос ZrO, СеО, СоО, , . Наиболее близок к изобретению материал на основе (РЬОРЬМоОд) (РЫ PbCrp/i)y с различным соотноше нием между X и у р. Материал готовят путем смешивания шихты, измельчения, прессования заготовок и обжига методом горячего прессования под давлением 60 кбар и при температуре 1020°С. Вторым способом приготовления материала является получеиие монокристаллов, имеющих тот же состав получ НИН расплава и выращивания монокристаллов методом Чохральского параметры выращивания не приводятся 2 j. ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Монокристалл раскалывают на тонкие 0,5-1 мм толщиной, пластины, которые зажимают между двумя золотыми пластинками-электродами. Приведены следующие характеристики датчиков температур:. Интервал рабочих температур, с 20-550 Сопротивление при 20°С, Ом Сопротивление при 550°С, Ом Кроме того, приведены графики зависимости сопротивления (р ) от температуры (, Тр), которые позволяют оценить чувствительность рассматриваемых материалов (В) в градусах Кельвина по формуле ,3u.6gp)/() Однако рассчитанная по этой формуле чувствительность керамических и монокристаллических датчиков составляет величину порядка 8000 К. Цель изобретения - повышение чуо- ствительности материала для терми3стора, работающего на постоянном то ке в интервале температур 40-650с Для достижения поставленной цели материал, включающий МоО, дополнительно содержит ВаО и 3, где Ln - элемент из группы: Nd, Sm, En Gd, Tb, a состав материала соответствует формуле XЪа МоОц.- Ci- X) Ьм 2, С )3, где 0,49 ,5. Достижение поставленной цели дос гается также способом изготовления поликристаллического керамического материала для чувствительных элемен тов датчиков температур путем приго товления шихты, измельчения, прессования заготовок и обжига, согласн которому шихту готовят из смеси ВаС МоОз и прокаленного при 800-900 С в течение 2 ч , после смешиван вновь прокаливают при той же темпер туре в течение 24-48 ч, прессуют за готовки при давлении 2-4 кбар, а об жиг проводят при ЮОО-ЮЗО С в тече ние 1 -2 ч. Цель достигается текже в.:случае использования способа изготовления монокристаллического материала для чувствительных элементов датчиков температур путем получения расплава в платиновых тиглях и выращивания монокристалла методом Чохральского, при котором расплав готовят из шихты, полученной прокаливанием при 800-900°С в течение 24-48 ч смеси МоОа, ВаСО 3 и ., обезвоженного в течение 2 ч при тех же температурах, взятых в соотношении, обеспечивающем состав монокристалла BaLno(MoO)4 , а вьфащивание проводя на затравку, ориентированную в напр лении ГОГО при скоростях вытягивания 4-6 мм/ч и вращения затравки 100-150 об/мин. Химические соединения состава Ва1пл(МоСЦ)4 были получены при построении фазовых диаграмм систем ВаМоОф-1п2(Мо04)з. где Ln Nd, Gd, Ln. Керамику и крупные монокристалл данного состава ранее не получали, а также нет указаний на применение материалов на основе данных соедине ний в качестве чувствительного элемента датчика температур. Керамику получают способом, осHOBBHHbtM на известных операциях под готовки пресс-порошка, прессования последующего обжига образцов. Дпя приготовления пресс-порошка смешанные механическим путем окислы и соли: МоОз, ВаСОд и , где Ln -Nd -Er, причем Ln O предварительно обезвожены при 800-900°С в течение 2 ч, прокаливают при 800-900 С в течение 24-48 ч в муфельных печах, затем осуществляют помол исходного материала в шаровых мельницах до среднего размера частиц 3 мкм. Прессование проводят под давлением 2-4 кбар на механическом прессе. Обжиг проводят при 1000- 050с в течение 1-2 ч. Этим методом получены образцы в виде дисков диаметром 10-16 мм и толщиной 2-5 мм. Пористость керамических образцов 2-4%, это позволяет отнести их к плотной керамике. Для измерения электрофизических характеристик на приготовленные образцы наносят контакты вжиганием серебряной пасты при 600 С в течение 2 ч. Электрофизические характеристики полученных материалов на примере образцов, где Ln Gd, Nd, Ег, приведены в таблице. Выращивание монокристаллов соединений Ва Ln,2(Mo04)4 где , Sm, Eu, Gd, Tb, осуществляют методом вытягива шя из расплава по Чохральскому, который в отличие от традиционного, включающего расплавление шихты и вытягивание кристалла на ориентированную затравку, состоит в том, что исходную шихту предварительно готовят прокаливанием механической смеси окислов и солей: . BaCO и обезвоженного при 800-900 С в течение 2 ч LngOjj, синтез проводят при 800-900-С в течение 24-48 ч, температура расплавления шихты 10601100 С, кристаллы выращивают из платиновых тиглей на воздухе при ориентации затравочногокристалла toio); скорость подъема штока при вытягивании 4,6 мм/ч, скорость вращения кристалла 100 об/мин, после выращивания кристалл отжигают в рабочем пространстве печи в течение 6-8 ч. Так были выращены кристаллы длиной 2-5 см и диаметром 10-15 мм. Кристаллы обладают хорошо развитой спайностью, из них легко можно получить пластинки толщиной 0,5-2 мм путем скалывания. Для измерения температурной зависимости электросопротивления на образцы наносят контакты вжиганием серебряной пасты Электрофизические характеристики выращенных монокристаллов приведены в таблице. Керамика и монокристаллы на основе двойных молибдатов бария-лантано идов как материал для чувствительных элементов датчиков температур характеризуются высокой чувствительностью, повышенной устойчивостью к действию радиации, хорошей технологичностью и простотой получения из них элементов требуемой толщины и ра мера. Пример 1. Для приготовления керамики состава: 0,5 ВаМоОд-0,5 Gd(NoO)j, см, таблицу предварител но синтезируют пресс-порошок прокали ванием механической смеси окислов и солей, взятых в следующих соотношениях, вес.%: ВаСОз 17,37, МоОз 50,70 31,92. Исходные навески перетира ют в фарфоровой ступке 40 мин. Окисе заранее обезвоживают прокаливанием при в течение 24 ч в муфельной печи. Полноту протекания синтеза определяют рентгенографическ Полученный порошок измельчают в шаровой мельнице до среднего размера частиц 3 мкм. Образцы прессуют в присутствии связующего-5%-ного по ливинилового спирта, добавленного в количестве 3% к массе пресс-порошка, давление прессования 4 кбар. Затем образ1д 1 обжигают при 1000-1050 0. Таким образом получены керамические образцы диаметром 16 мм и толщиной 2-4 мм. Пример 2. Приготовление керамики ,состава: 0,5 ВаМоОд-0,5 Nd .{MoQi)a осуществляют способом, описанным в примере 1, с использованием шихты следующего состава, вес.%: ВаСОз 17,73, МоОз5,83, Nd,0g 30,32. Синтез пресс-порошка проводят при 850-90(Яс в течение 48 ч. Давление прессования 2 кбар. Пример 3. Приготовление керамики состава: 0,5 ВаМоО 0,5 Ег(НоО)з осуществляют по примеру 1 с использованием шихты следукмцего состава, вес.%: ВаСОэ17,07, МоОз49, ,0, и обезвоживание окисла ЕгаО проводят при 900°С з течение 2ч. Пример 4. Монокристалл соед нения Ва Nd(MoO)f, выращивают методо вытягивания из расплава. Исходную шихту готовят прокаливанием механиТ)6 ческой смеси окислов и солей: ВаСО; 3- взятых в стехиометрическом соотношении. Окисел Nd,,0 предварительно обезвоживают прокаливанием при 800°С в течение 2 ч. Взятые навески перетирают в фарфоровой ступке в течение 40 мин. Синтез проводят при 850-900 С в течение 48 ч иа воздухе. Полученную шихту расплавляют при 1060 С в печи сопротивления, опускают затравочный кристалл, ориентированный в направлении LOlOj, и вытягивают монокристалл при скорости вращения 100 об/мин и скорости подъема кристалла 4,6 мм/ч. Затем кристалл отжигают в рабочем пространстве печи со скоростью 150 град/ч. Пример 5. Монокристалл Ва Gd2(Mo02)4 выращивают так же, как в примере 4, но с иным режимом получения шихты: температура синтеза 800850 С, время выдержки 24 ч. Пример 6. Монокристалл соединения Ва Sm2(Ho04.)4 выращивают так же, как и в примере 4, скорость вращения штока при выращивании 150 об/мин скорость подъема штока 6 мм/ч. Пример 7. Монокристаллы соединения Ва Еил(МоОд)) выращивают так же, как и в примере 4. П р и м е р .8. Монокристаллы Ва Tb CMoOj) выращивают так же, как и в примере 4, температура обезвожи- . вания окисла 900°, синтез проводят при 800-850 0 в течение 36 ч. . Высокая чувствительность предлагаемых материалов к изменению температур обуславливает большую точность измерения температур и создает возможность применения их как надежных, имеющих малый вес, элементов в пороговых устройствах, реагирующих уже на незначительные () изменения температуры. Материалы используют для чувстительного элемента термистора, раотающего на постоянном токе, при том могут-быть использованы автоомные источники питания. Керамика и монокристаллы двойных олибдемов бария-лантаноидов могут ыть применены в приборах для регулиования тепловых процессов, в космиеской, авиахшонной и других облатях техники. Результаты измерения электросопротивления материалов на основе BaLn(MoQ2ib 872510,8

Формула изобретения

. 1. Материал для чувствительного элемента датчиков температур, включающий MoOj, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности при работе на постоянном токе в интервале температур 140650 С, он дополнительно содержит ВаО и где Ln - элемент из группы: Nd, Sm, Eu, Gd, Td, a состав материала соответствует фо1Я4уле

хваМо04(-х)1л,.,(мо04)э,

где 0,496x25 0,51.

смеси ВаСО, МоО и прокаленного при -SOO-gOO c в течение 2 ч , после смешивания вновь прокаливают при той же температуре в течение 24-48 ч. прессуют заготовки при давлении 24 кбар; а обжиг проводят при 10001050 С в течение 1-2 ч.

- -- « 3.953 209.

338-22, ойуОлик. 1976. Ис- очники информации.2. Патент США 3.766.5П ,

принятые во внимание при экспертизекл. 338-22. опублик. 1973.