《电子陶瓷与器件》第三章1(PTC).pptx

第三章敏感陶瓷;本章导学;综述;例如：电饭锅在饭烧熟后，温度达到103度就自动断开，这种恒温控制器就是热敏传感器。

楼道的声控开关，就是利用了光敏传感器，当外界光线较暗时打开开关，在声音的控制下接通电源。

楼内火警系统装有烟雾气敏传感器，只要烟雾浓度达到一定程度，开关就自动打开，喷水龙头自动喷水，同时拉响警报。;§3.3热敏陶瓷;电阻率随温度的变化曲线;§3.3.1正温度系数热敏陶瓷（PTC）;PTC有关的实验现象;不同电压下的阻温特性曲线;一.BaTiO3陶瓷的PTC效应的影响因素;PTC热敏陶瓷的电阻率与温度的关系;57La

镧;在纯净的BaTiO3材料中引入微量稀土元素作为施主杂质可使材料半导化。施主杂质取代方式大致有三种一是A位取代；二是B位取代；三是双位取代。

无论采用哪种取代方式杂质的总引入量一般都应控制在0.5％mol以内。;(2)BaTiO3陶瓷的晶界特性;PTC陶瓷典型的电阻率-温度特性曲线;二.BaTiO3PTC效应的物理模型;海望—焦克表面势垒模型;海望模型把PTC效应的成因归结为晶粒边界上的二维表面势垒，由此成功地解释了许多实验结果。但仍有不少实验现象无法圆满解释，归结起来主要有以下三方面的问题。;丹尼尔斯模型—钡缺位模型;由于氧空位的扩散系数比Ba空位大几个数量级，因此，上述过程引起氧分压的变化，这个变化通过氧空位的扩散迅速调整，其结果必在晶界上产生钡空位，且不断向晶粒体内扩散。;讨论丹尼尔斯模型对BaTiO3半导瓷PTC效应有关现象的解释。

(1)还原法制备的n型BaTiO3半导瓷不具有PTC效应

由于PTC效应是由钡空位的不均匀分布在晶界上形成高阻势垒层引起的，而还原法获得的n型半导瓷，其电子是由氧空位提供，在这种情况下不存在或很少存在钡空位，即不具备产生PTC效应的必要条件，因而不可能产生PTC效应。;(2)冷却条件对PTC效应的影响

钡空位是在冷却过程中大量形成的，温度和时间决定了钡空位产生的数量及其扩散深度。平衡温度高于1220℃理想淬火的样品，虽具有高室温电导，但由于原子缺陷的快速冻结，不可能形成钡空位的不均匀分布，因而淬火样品不产生PTC效应。随着降温速度的减慢，钡空位在晶界形成势垒层；降温???度越慢，势垒层厚度越厚；当厚度超过一定限度时，晶界上形成绝缘层。这种绝缘层的有效介电系数高达十万以上，可作为熟知的边界层电容器。;(3)解释室温电导与施主含量的关系

样品的宏观电导率是由晶粒和晶界共同作用的平均效果，在晶粒半导化程度相同的前提下，晶粒尺寸越小，电导率越低。随着施主浓度c的增大，晶粒尺寸d单调减小，参看右图。当施主含量增大到0.3％mol以上时，晶粒尺寸迅速减小。此时在通常的冷却速度下晶界层厚度与晶粒尺寸相当，因而材料几乎变为绝缘体。;就海望模型而言无论用何种方法获得的势垒，只要高度相同，且样品平均晶粒尺寸相同，则电压对它们的作用应具有同等结果，但实验结果却恰恰不同。

丹尼尔斯模型认为势垒高度取决于钡空位扩散层的厚度，同样地，只要样品常温电阻相同，则其势垒高度与势垒层厚度均一样，自然它们也应表现出相同的耐压特性，然而实际上并非如此。;三.BaTiO3PTC陶瓷的制备;PTC陶瓷的主要影响因素;四.PTC元件的应用;四.PTC元件的应用;阻温特性是指在一定的电压下，PTC元件的零功率电阻值与电阻体温度之间的关系。;PTC热敏电阻的电阻－温度特性;利用温度电阻曲线，可以求得温度系数：;经实验证实：在工作温度范围内，正温度系数热敏电阻器的电阻—温度特性可近似用下面的实验公式表示：

式中RT、RT0——温度分别为T、T0时的电阻值；

BP——正温度系数热敏电阻器的材料常数。

若对上式取对数，则得：;可见：正温度系数热敏电阻器的电阻温度系数αtp，正好等于它的材料常数BP的值。;高居里点型一般用作温度传感、过热保护、马达启动器及高温发热体等，

低居里点型一般用作温度传感、过流保护、延迟元件及自动消磁等，

缓变型一般用于温度传感和温度补偿等。;（1）温度补偿;（2）温度检测及控制;过热保护可分为直接保护和间接保护两种方式。在小电流的场合，可把PTC元件直接串入负栽中，对被保护元件进行过热保护。对于大电流的情况，可通过继电器、晶体管电路等对被保护装置进行保护。

无论采用哪种方式，都必须把PTC元件与被保护器件紧密安装在一起，使之有充分的热交换。;PTC元件可以对马达、大功率晶体管以及变压器进行过热保护。;PTC热敏电阻的电压－电流特性，即伏－安特性，简称U－I特性，它是热敏电阻的基本而又重要的特性之一。静态伏一安特性，是指在室温下静止空气中，试样两端的电压与其稳态电流的