功能陶瓷材料_敏感陶瓷全解ppt课件.ppt

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1、14.2敏感陶瓷敏感陶瓷是传感器中关键材料之一，用于制作敏感元件。敏感陶瓷多属半导体陶瓷。半导体陶瓷的电阻率约为104～107Ω·cm。在半导体的能带分布中，禁带较窄，所以价带中的部分电子易被激发越过禁带，进入导带成为自由电子，产生导电性。半导体陶瓷主要是由离子键构成的金属氧化物多晶体。离子键氧化物一般是绝缘体，不具有导电性-----陶瓷材料可以通过掺杂（加入少量不同电价的金属）或者使化学计量比偏离而造成晶格缺陷等方法获得半导特性。功能陶瓷2半导体陶瓷的共同特点是：它们的导电性随环境而变化。根据这些陶瓷的电阻率

2、、电动势等物理量对热、湿、光、电压及某些气体、某些离子的变化特别敏感的特性，可把这些材料分别称为热敏、压敏、气敏、湿敏、光敏及离子敏感陶瓷等。34.2.1热敏陶瓷热敏陶瓷温度传感器是利用材料的电阻、磁性、介电性等性质随温度而变化的现象制作的器件，可用于制作温度的测定、线路温度补偿及稳频等元件，具有灵敏度高、稳定性好、制造工艺简单及价格便宜等待点。4热敏陶瓷的分类按照热敏陶瓷的阻温特性，可把热敏陶瓷分为：负温度系数(NTC)热敏陶瓷，陶瓷的电阻随温度的升高而降低；正温度系数(PTC)热敏陶瓷，电阻随温度的升高而增

3、加；临界温度热敏陶瓷C.T.R，电阻在特定的温度范围内急剧变化；线性阻温特性热敏陶瓷。5PTC热敏电阻陶瓷PTC热敏电阻陶瓷主要是掺杂（稀土元素）的BaTiO3系陶瓷，其电阻率下降至10-2-102·cm。与此同时，若温度超过材料的居里温度，则电阻率在几十度的温区内增大3-7个数量级，呈现PTCR或PTC效应（positivetemperaturecoefficientofresistance）PTC陶瓷的电阻率与温度的关系6BaTiO3的半导体化可有二种途径：强制还原法和施主掺杂法。BaTiO3陶瓷是否具有

4、PTC效应，完全由其晶粒和晶界的电性能决定。只有晶粒充分半导体化，晶界具有适当绝缘性的BaTiO3陶瓷才有显著的PTC效应。强制还原法-----是在真空、惰性气体或还原气体中加热，使BaTiO3失氧，其内部产生氧缺位。这种方法不仅使晶粒半导体化而且晶界也被半导体化，因此不适用于制造PTC陶瓷。施主掺杂-----常用离子半径与Ba2+相近的三价金属离子，如La3+、Ce3+、Nb3+、Y3+、Sb3+、Bi3+等置换其中的Ba2+离子，或用离子半径与Ti4+相近而电价比它高的金属离子，如Nb5+、Ta5+、W6+

5、等置换其中的Ti4+离子。其中五价离子掺杂对BaTiO3的电阻率影响较大。7主要用途：温度控制与测量、等温发热体、过热保护等。此外，还可用于彩电消磁器、节能用电子整流器、程控电话保安器及冰箱电机的启动器等。NTC热敏电阻陶瓷NTC热敏陶瓷的电阻率随温度的升高而降低，是具有负温度-电阻系数的电阻陶瓷材料。NTC热敏陶瓷大多数是尖晶石结构或其它结构的氧化物陶瓷，多数含有一种或多种过渡金属氧化物，主要成分是CoO，NiO，MnO，CuO，ZnO，MgO，ZrO2等。NTC主要用于温度测量和温度补偿等。优点是电阻值受氧

6、的影响不大，在空气中稳定、灵敏度高、价格便宜。8典型NTC热敏陶瓷常温NTC热敏陶瓷主要是含锰的二元系和含锰的三元系氧化物陶瓷。CoO-MnO-O2、CuO-MnO-O2和NiO-MnO-O2系陶瓷。主要导电相MnCo2O4、CuMn2O4、NiMn2O4尖晶石结构。高温NTC热敏陶瓷普通的NTC热敏陶瓷使用温度最高在300℃左右，而高温NTC陶瓷可使用在300℃以上。高温热敏电阻陶瓷可以分为两类：1）ZrO2-CaO，ZrO2-Y2O3系等萤石型陶瓷。2）是以Al2O3、MgO为主要成分的尖晶石型陶瓷。9前者

7、为离子导电型陶瓷，后者为电子导电型陶瓷。除氧化物高温陶瓷外，一些非氧化物陶瓷也可作为高温热敏电阻。如β-SiC就是一类较重要的热敏电阻陶瓷。低温NTC热敏陶瓷工作在-60℃以下的热敏陶瓷称为低温热敏陶瓷。这类陶瓷材料是以过渡金属氧化物为主要成分，如Mn、Cu、Ni、Fe、Co等的过渡金属氧化物，加入稀土元素，如La、Nd、Yb等的氧化物形成的尖晶石结构陶瓷。这类陶瓷的主要优点是稳定性、机械强度、抗磁场干扰、抗带电粒子辐射等性能好。这类陶瓷材料主要有Mn-Ni-Fe-Cu、Mn-Cu-Co、Mn-Ni-Cu等。低

8、温NTC陶瓷发展很快，主要用于液氮、液氢等液化气体的测温10临界温度热敏陶瓷CTRCTR热敏陶瓷主要指以VO2为基本成分的多晶半导体陶瓷。它在68℃附近电阻值产生突变，具有很大的负温度系数。为适应各种用途，可通过加入添加剂来改变它的临界温度。CTR热敏陶瓷中较有实用意义的是V系氧化物，V是易变价元素，如5价、4价等多种形态，因此V系有多种氧化物，如V2O5、VO2、V2O3、VO等。这