书城科普读物神奇的新材料(海洋与科技探索之旅)
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第57章 热敏陶瓷

热敏陶瓷是一类电阻率、磁性、介电性等性质随温度发生明显变化的材料,用于制造温度传感器、线路温度补偿及稳频的元件——热敏电阻。它具有灵敏度高、稳定性好、制造工艺简单及价格便宜等特点。按照热敏陶瓷的电阻-温度特性,一般可分为三大类:第一类是电阻随温度升高而增大的热敏电阻,称为正温度系数热敏电阻,简称PTC热敏电阻(positivetemperaturecoefficient);第二类是电阻随温度的升高而减小的热敏电阻,称为负温度系数热敏电阻,简称NTC热敏电阻(negativetemperaturecoefficient);第三类是电阻在某特定温度范围内急剧变化的热敏电阻,简称为CTR临界温度热敏电阻(criticaltemperatureresisitor)。

.PTC热敏电阻热敏电阻有两种用途:一是用于恒温电热器、PTC热敏电阻通过自身发热而工作,达到设定温度后,便自动恒温,因此不需另加控制电路,如用于电热驱蚊器、恒温电熨斗、暖风机、电暖器等。二是用作限流元件,如彩电消磁器、节能灯用电子镇流器、程控电话保安器、冰箱电机启动器等。

.NTC热敏电阻工作温度在300℃以上的NTC热敏电阻常称为高温热敏电阻。这类材料性能要求苛刻,要求热敏感性高、电阻温度系数大、热稳定性好[在高温下R-T曲线不随时间变化(时效效应小)]、无相变、结构稳定等。陶瓷材料做高温热敏电阻有突出的优点,尤其在汽车空气/燃料比传感器方面有很大的实用价值。有两种较典型材料:一种是稀土氧化物材料,包括Pr、Er、Tb、Nd、Sm等氧化物,加入适量其他氧化物(如过渡金属氧化物),在1600~1700℃烧结后,可在300~1500℃工作;另一种是MgAl2O4-MgCr2O4-LaCrO3或[(LaSr)CrO3]三元系材料,该系材料适于1000℃以下温区。

工作温度在-55℃以下的热敏电阻材料(NTC)称为低温热敏电阻材料。受磁场影响小、灵敏度高、热惯性小、低温阻值大以及稳定性、力学强度、抗带电粒子辐射等性能好,且价格低廉。这种材料以过渡金属氧化物为主,加入La、Nd、N等的氧化物。主要材料有Mn-Ni-Fe-Cu、Mn—Cu-CO、Mn-Ni-Cu等。

.CTR热敏电阻热敏电阻主要是指以VO2为基本成分的半导体陶瓷,在68℃附近电阻值突变达到3~4个数量级,具有很大的负温度系数,因此称为巨变温度热敏电阻或临界(温度)热敏电阻。这种变化具有再现性和可逆性,故可做电气开关或温度探测器。V系的多种氧化物,如V2O5、VO2、V2O3、VO等各有不同的临界温度。每种V系氧化物与B、Si、P、Mg、Ca、Sr、Ba、Pb、La、Ag等氧化物形成多元系化合物,可上下移动其临界温度。