《电子陶瓷与器件》第三章2(热敏陶瓷).pptx

第三章敏感陶瓷;§3.3.2负温度系数热敏陶瓷（NTC）;负温度系数(NTC)热敏半导瓷是研究最早、生产最成熟、应用最广泛的半导体陶瓷之一。这类热敏半导瓷材料大都是用锰、钴、镍、铁等过渡金属氧化物按一定配比混合，采用陶瓷工艺制备而成，温度系数通常在-1～-6％左右。;NTC热敏陶瓷的晶体结构;NTC热敏陶瓷的晶体结构;NTC热敏半导瓷通常是由一种或一种以上的过渡金属氧化物构成的，这些氧化物的基本特性直接影响热敏材料的各种性能。为此在介绍NTC半导瓷之前首先介绍几种常用的典型的过渡金属氧化物的基本性质。;3.MnO

高于120K，MnO具有NaCl结构，它也是金属缺位型p型半导体，但它与NiO不同，高温下随氧分压的变化，电导出现极小值，即发生p到n型电导的转变。;多元系NTC陶瓷的导电机理;究竟哪一种过程占主导地位，取决于电子交换的激活能。但一般来说，对于B位同时存在两种变价离子的情况，它们之间电子交换的激活能总是小于其它情况的电子交换的激活能，因而当以此种情况为主。B位离子的电子交换决定了载流子的浓度。因而电导率随组分变化的最大点往往出现在两种组分含量相当的部位。;2.MnO中引入非变价的氧化物FO

在高温下也能形成半反尖晶石结构，即有部分F离子进入B位而将B位的三价Mn3+置换出来，此结构中由于B位的F2＋离子不变价，因而不可能发生电子交换，其电导过程只可能是由于Mn3＋的变价而引起。

;3．含锰三元系热敏半导瓷的导电机理

含锰三元系半导瓷与二元系相似，锰的作用是形成结构稳定的立方尖晶石或其连续的固溶体。目前应用较多的有Mn-Co-Ni、Mn-Co-Cu、Mn-Ni-Cu等系列，在这些系列中Co、Ni、Cu等主要以二价的形式存在，而Mn则以三价和四价的形式存在。在晶格中锰离子优先占据B位，下面依次是Ni、Cu、Co，相反Co离子则主要占据A位。导电过程主要依靠B位中异价锰离子之间的价键交换：;NTC热敏电阻的电导特性;NTC热敏半导瓷材料种类很多，分类方法也不尽相同。一般按使用温度范围可分为：低温热敏材料(小于100K)、常温热敏材料(-60－300℃)及高温热敏材料(大于300℃)等。;MnO-CoO-O2系;MnO-NiO-O2系;含锰三元系热敏半导瓷材料主要有Mn-Co-Ni系、Mn-Fe-Ni系??Mn-Co-Cu系等系列材料，其中最常使用的为Mn-Co-Ni系，该系列材料的优点是重复性好、稳定性高及便于工业化生产等。

在Mn-Co-Ni系列中引入铜、铁等的氧化物可组成多元热敏半导瓷材料，引入的铜离子可提高载流子的浓度，使材料的电导率大幅度上升。;引入铜离子的缺点是电导率对热处理温度非常敏感，会导致材料的稳定性变坏。因此，该系列材料常用来作温度补偿，这种场合往往对电阻的稳定性要求不高，但要求低电阻率，这正可发挥铜系列的长处。;2.高温热敏材料;影响热敏电阻高温稳定性的因素很多，其中包括材料的化学配比及缺陷结构、离子电导、电极接触以及外界环境条件等。;一些元素形成氧化物时的焓值;影响高温稳定性的另一重要因素就是氧的再吸附。一般在具有非比学计量比的氧化物中，原子缺陷及电子缺陷的浓度均与氧分压有关，因此，高温热敏材料宜选择接近化学计量比的氧化物制备，以消除或降低因氧分压的变化造成的误差，这一点在实际应用中十分重要，因为无论是汽车排气检测，还是工业窑炉温度测量，其中氧分压的变化是相当大的。;离子电导也是影响高温稳定性的重要因素，某些金属氧化物在高温下会产生离解，这些离子将会参与导电，因此应选择离解能大的氧化物作为高温热敏材料。;（4）电极接触;一般高温热敏材料常选用金属铂作电极，金属铂与不同的热敏材料之间的接触电阻相差很大，使用时应特别注意。;MgAl2O4-MgCr2O4-LaCrO3多元系高温热敏材料

这种多元系高温热敏材料使用温度为400-l000℃，具有很好的高温稳定性和重复性，在500℃下加电压连续工作1000小时后的阻值变化率可控制在2％以下。;3.其它NTC热敏材料;常用的低温热敏材料一般仍用锰、钴、镍、铁等过渡金属氧化物来制备，为了降低B值，可掺入稀上元素镧、铌、钇等或引入具有金属导电特性的氧化物如RuO2等。;负温度系数临界电阻(缩写为CTR)材料，是指在一定温度下电阻值猛烈减小的热敏材料，这种材料是V2O3与钡、硅、磷等的氧化物混合后，在含有H2、CO2混合气体的弱还原气氛中烧结而成。转变点(居里点)的温度可通过添加锗、镍、钨、锰等元素来移动。这是由于添加物引起了晶格间距的变化。;三.NTC热敏电阻的制备;(4)加电极;(5)阻值调整;因此通过不同温度(一股在600-850℃之间)和不同冷却速度来改变固溶体中尖晶石和变价金属氧化