6.4敏感陶瓷(2009.12.13)讲解.ppt

6.4 敏感陶瓷 本章主要内容: 1 敏感陶瓷的分类及应用 2 敏感陶瓷的半导化过程 3 热敏陶瓷 3.1 热敏陶瓷的分类 3.2 热敏陶瓷的电阻温度系数 3.3 热敏陶瓷阻温特性 3.4 PTC热敏电阻陶瓷 3.5 NTC热敏电阻陶瓷 4 气敏陶瓷 4.1 气敏陶瓷分类 4.2 气敏陶瓷的性能 4.3 典型的气敏陶瓷 1 敏感陶瓷的分类及应用 1.1 分类 敏感陶瓷多属半导体陶瓷，是新型多晶半导体电子陶瓷。 根据某些陶瓷的电阻率、电动势等物理量对热、湿、光、电压及某种气体、某种离子的变化特别敏感这一特性，可把这些材料分别称作热敏、湿敏、光敏、压敏、气敏及离子敏感陶瓷。这类材料大多是半导体陶瓷，如ZnO、SiC、SnO2、TiO2、Fe2O3、BaTiO3和SrTiO3等。 此外，还有具有压电效应的压力、位置、速度、声波敏感陶瓷，具有铁氧体性质的磁敏陶瓷及具有多种敏感特性的多功能敏感陶瓷等。 1.2 应用 敏感陶瓷广泛应用于工业检测、控制仪器、交通运输系统、汽车、机器人、防止公害、防灾、公安及家用电器等领域。 各种敏感陶瓷的分类、用途及材料见表6-6（P200）。 2 敏感陶瓷的半导化过程 敏感陶瓷绝大部分是由各种氧化物组成的，在常温下它们都是绝缘体，要使它们变为半导体，需要一个半导化的过程。 所谓半导化，是指在禁带中形成附加能级：施主能级或受主能级。它们的电离能一般比较小，在室温下就可以受到热激发产生导电载流子，从而形成半导体。形成附加能级主要有两个途径：不含杂质的氧化物主要通过化学计量比偏离来形成；而含杂质的氧化物附加能级的形成还与杂质缺陷有关。 3 热敏陶瓷 热敏陶瓷(heat sensitive ceramics)是一类电阻率随温度发生明显变化的材料 ，用于制作温度传感器、线路温度补偿及稳频等的元件——热敏电阻。 3.1 热敏陶瓷的分类 根据热敏陶瓷的阻温特性，可把热敏陶瓷分为负温度系数NTC（negative temperature coefficient）；正温度系数PTC（positive temperature coefficient）热敏陶瓷；临界温度热敏电阻C.T.R(critical temperature resistor)及线性阻温特性热敏陶瓷四大类。 按照热敏陶瓷的使用温度区间，又可分为低温热敏电阻陶瓷，通用（中温）热敏电阻陶瓷（工作区间大约在-60~+300℃ ），高温热敏电阻陶瓷（工作温区约在300~1000℃ ），以及工作温度区间在某一狭窄范围内的开关热敏陶瓷，其电阻率在某一临界温度Tc发生突变。 3.2 热敏陶瓷的电阻温度系数 此处的电阻温度系数是指零功率电阻值的温度系数。零功率电阻值又称为不发热功率电阻值或冷电阻值，是在一定的环境温度下采用引起阻值变化不超过0.1%的测量功率所测得的实际电阻值。 温度为T时的电阻温度系数定义为： αT=1/RT·（dRT/dT） 其中RT为温度T时的电阻值。温度系数αT有正负之分，相应的材料分别称为PTC和NTC热敏陶瓷。 3.3 热敏陶瓷的阻温特性 对于PTC陶瓷，曲线在某一温度段内发生突变，此温度区间内的曲线近似成线性。若电阻发生突变的始温和终温分别为Tb和Tp，相应的零功率电阻值为Rb和Rp，电阻温度系数在该温度区间内可表示为： αT=[2.303/(Tp-Tb)]·lg（Rp/Rb） 对于NTC陶瓷，电阻值与温度的关系为： RT= R0exp(B/T) 式中， RT为温度T时热敏电阻的电阻值，R0为温度T→∞时热敏电阻的电阻值，B为热敏电阻常数，B值越大，热敏电阻的电阻相对于温度的变化率越大。一般所用材料的B值为2000~6000K。NTC陶瓷的电阻温度系数为： αT = -B/T2 上式表示，NTC热敏电阻的温度系数αT在工作温度范围内并不是常数，而是随温度的升高迅速减小。但B值越大，则在同样温度下的α也越大，即灵敏度越高。因此，温度系数只能表示NTC热敏电阻陶瓷在某个特定温度下的热敏性，所以温度系数常用下标来标明温度值。 3.4 PTC热敏电阻陶瓷 PTC热敏电阻陶瓷主要是掺杂BaTiO3系陶瓷。通过对BaTiO3进行掺杂，并控制烧结气氛（氧化气氛），可获得晶粒充分半导化，晶界具有适当电绝缘性的PTC热敏陶瓷。 BaTiO3 PTC陶瓷不仅可作为开关型或缓变型热敏陶瓷电阻，用来探测及控制某一特定温区或温度点的温度，也可以作为电流限制器使用。相关应用有：马达过热保护，液面深度的探测，温度的控制和报警以及用作破坏性保险