PTC热敏陶瓷是什么材料
1950年荷兰Hagman等人,在Ba-Ti03材料中掺入微量元素,比如Sb,La,Sm,GdHo等,其常温电阻率下降到10-2〜104欧姆.cm。与此同时当温度超过材料的居里温度,在几十度温度范围内,其电阻率增大4一10个数量级,即产生所谓PTC效应。
BaTi03是一种典型的钙钛矿结构。BaTi03系半导体陶瓷的制造方法与一般的电子陶瓷材料基本相同。只是对原材料BaTi03的纯度、掺杂成分的均匀性及工艺过程的控制有较高的要求。特别是BaTi03半导体陶瓷与金属银电极的接触面电阻可高达10的3次方欧姆,并有整流特性,故一般采用镀镍电极等,形成良好的欧姆接触。
为了制造性能优良的PTC热敏电阻,首先是使使BaTiO3半导化,其途径有两条:1.掺入施主杂质,选择化合价高于Ba2+的元素取代Ba2+位,或者选择化合价高于Ti4+的元素取代TI4+,如Nb5+等。无论哪一种情况都在禁带中形成施主能级,使BaTi03成为n型半导体;2.材料在还原氯氛中烧结,使之产生氧缺位,因之在禁带中产生施主能级,在室温下形成n型电导;另外,在配料中加入适量的AL203、Si02、Ti02,这种AST玻璃相可以吸附或吸收原料中带入的对半导化有害的杂质,降低材料电阻率。在原料不纯的条件下,还可通过适当缩短最高烧结温度、保温时间、快速降温与阶段保温相结合等方法,在一定程度上降低材料电阻率。
BaTi03材料的居里温度为120摄氏度,电阻率一温度特性在居里温度发生突变,由于PbTi03铁电材料的居里温度约为500摄氏度,故加入PbO可以提高居里温度,理论上可在120〜500‘C之间调节。
关于BaTi03半导瓷的PTC效应至今没有一种成熟的理论解释•Heywang假设在施主掺杂BaTi03半导体陶瓷的晶粒边界处存在着二维曼主型表面态,这些表面态与晶界内载流子相互作用,从而在晶粒表面产生势垒层。基于这个假设,海旺模型成功解释了PTC效应。另外Deniels等人提出了晶粒表面钡缺位高阻层模型。
PTC热敏电阻主要用于温度传感器、温度补偿、过热过电流保护、时间延迟元件、自动消磁、马达启动器和加热器等。