PTC熱敏陶瓷材料的應(yīng)用研究WORD

1、文檔可能無法思考全面，請瀏覽后下載! PTC熱敏陶瓷的應(yīng)用研究摘要：介紹了PTC熱敏陶瓷以及在熱敏電阻中的應(yīng)用，對PTC熱敏陶瓷的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，對未來發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。關(guān)鍵字： PTC；熱敏電阻；陶瓷；應(yīng)用；研究1. PTC熱敏陶瓷介紹正溫度系數(shù)（positive temperature coefficient，簡稱PTC）熱敏陶瓷，簡稱PTC熱敏陶瓷。它是晶粒充分半導(dǎo)體化，晶界具有適當(dāng)絕緣性的陶瓷。它的基片是鈦酸鋇與微量的鑭族元素，燒結(jié)而成的陶瓷半導(dǎo)體，其電阻率隨溫度升高按指數(shù)關(guān)系增加。其次隨著摻入鈦酸鋇中微量元素品種和含量不同，其電阻率也就不同1。2. PTC熱敏陶瓷的應(yīng)用PTC熱敏陶

2、瓷材料廣泛應(yīng)用于熱敏電阻，PTC泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體器件或元器件。通常提到的PTC是指正溫度系數(shù)熱敏電阻，簡稱PTC熱敏電阻。2.1 PTC熱敏電阻在燃濾加熱器中的應(yīng)用 隨著發(fā)動(dòng)機(jī)歐III排放標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，國家對柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放的要求越來越嚴(yán)格，要求燃料燃燒盡量充分，降低有害氣體排放；而在寒冷的冬季柴油容易結(jié)臘，使油路堵塞，燃料供給不順暢，為解決這些問題，歐三燃油濾清器增設(shè)恒溫PTC熱敏電阻類型的加熱器，來提升燃油的溫度，增加燃油的流動(dòng)性；防止在寒冷地區(qū)或低溫條件下燃油發(fā)生膠質(zhì)、石蠟析出，以及水滴結(jié)冰堵塞濾芯，解決低溫條件下發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴易堵塞，供油不暢等問題2。2.2 PTC熱敏電阻在L

3、ED照明設(shè)備中的應(yīng)用 隨著LED照明設(shè)備(發(fā)光二極管)的性能不斷提高，價(jià)格日漸低廉，其市場也迅速擴(kuò)大。LED照明設(shè)備已實(shí)現(xiàn)了低價(jià)化，然而，與傳統(tǒng)的白熾燈，熒光燈相比，作為照明設(shè)備的實(shí)際效果仍然欠佳，人們指出其安全性的課題尤為突出。雖然LED具有高效照明，低耗電的特點(diǎn)，但是作為高亮度的LED元件本身卻處于異常的高溫狀態(tài)。使用村田制作所的陶瓷PTC熱敏電阻“POSISTOR”來簡單實(shí)現(xiàn)LED照明設(shè)備過熱保護(hù)的方法，能夠達(dá)到低成本，提高LED照明設(shè)備的安全性3。2.3 PTC熱敏電阻在空調(diào)器上的應(yīng)用 PTC電加熱是采用PTC熱敏電阻元件為發(fā)熱源的一種加熱器，通常是用半導(dǎo)體材料制成的，它的電阻隨溫度變

4、化而急劇變化，當(dāng)外界溫度降低，PTC電阻值隨之減小，發(fā)熱量反而會(huì)相應(yīng)增加，陶瓷PTC設(shè)計(jì)功率可以提高到1000W，依據(jù)以上的變化特性，PTC加熱器具有節(jié)能、恒溫、安全、壽命長等特點(diǎn)4。PTC電加熱漸代替了電熱管為解決空調(diào)器低溫制熱效果差，PTC電加熱能夠根據(jù)房間溫度的變化以及室內(nèi)機(jī)風(fēng)量的大小改變發(fā)熱量，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，達(dá)到迅速、強(qiáng)勁制熱的目的，有效改善空調(diào)在寒冷地區(qū)的運(yùn)用。2.4 PTC熱敏電阻在電源電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在正常工作狀態(tài)下，PTC熱敏電阻元件像一根導(dǎo)線串聯(lián)在電路中；當(dāng)電路發(fā)生短路故障時(shí)，PTC元件由于自身特性，其內(nèi)阻能夠迅速地?zé)o窮倍增大，從而阻斷電路中的大電流，電路得到了有效的保護(hù)5。

5、當(dāng)故障排除后，PTC元件會(huì)又恢復(fù)到原先的低阻狀態(tài)，繼續(xù)導(dǎo)通電路。使用PTC熱敏電阻可以對電源電路進(jìn)行有效的限流保護(hù)，合理的設(shè)計(jì)利用熱敏電阻，能使電源電路可靠高效的運(yùn)行。2.5 PTC熱敏電阻在通信設(shè)備上的應(yīng)用 在通信設(shè)備上，PTC熱敏電阻也可以用來加熱芯片，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在低溫下的啟動(dòng)。通信設(shè)備由于成本要求越來越嚴(yán)格，現(xiàn)在多采用商業(yè)級芯片，其工作溫度范圍為0-70，應(yīng)用在室外環(huán)境就面臨低溫不能啟動(dòng)的問題。PTC熱敏電阻應(yīng)用在通信設(shè)備的低溫加熱領(lǐng)域，根據(jù)其在-40低溫下，電阻值很小，功率很大，可以對設(shè)備進(jìn)行快速加熱；待加熱到芯片可以正常啟動(dòng)時(shí)，PTC熱敏電阻的溫度還沒達(dá)到居里溫度，加熱電路就被關(guān)斷6。

6、因此，PTC熱敏電阻可以滿足設(shè)備低溫下的加熱需求。2.6 PTC熱敏電阻在節(jié)能燈上的應(yīng)用PTC熱敏電阻在節(jié)能燈中的預(yù)熱作用是非常大的，它能對燈管和燈電容起保護(hù)作用。采取預(yù)熱措施可以避免或減弱燈絲材料因突加高壓發(fā)生濺射損耗造成燈管發(fā)黑現(xiàn)象，從而保證燈管開關(guān)壽命及光通維持率符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可以使燈管使用壽命延長，降低光衰等7。同時(shí)，預(yù)熱時(shí)會(huì)放出大量電子，可以降低燈管啟動(dòng)所需要加的電壓，使節(jié)能燈相關(guān)電子元器件的工作條件得到明顯改善。3. PTC熱敏陶瓷的研究現(xiàn)狀3.1 配方改進(jìn) BaTi03(BT)的居里點(diǎn)是120，現(xiàn)在市場上居里點(diǎn)超過120的PTC熱敏電阻材料(簡稱PTC材料)幾乎全都是通過加鉛來實(shí)

7、現(xiàn)的。但鉛會(huì)危害人們的身體健康及產(chǎn)生環(huán)境污染。人們一直試圖研究出環(huán)保型無鉛高居里點(diǎn)PTC材料8。Takeda等9，研究了BT-BNT系無鉛PTC材料，BNT的加入量從0-50%(摩爾分?jǐn)?shù))，居里點(diǎn)從130提高到220。張宇星等10，以Cu/Mo共摻的K0.5Bi0.5Ti03陶瓷具有鈣欽礦結(jié)構(gòu)，并呈現(xiàn)明顯的PTC效應(yīng)，陶瓷的居里點(diǎn)為155 ,室溫電阻為1 454，升阻比為2.62個(gè)數(shù)量級。楊靜芬等11,研究了對PTC熱敏陶瓷進(jìn)行摻雜BN。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BN的加入大幅提高高溫PTC熱敏陶瓷的耐電壓值約300 V，最高達(dá)800V,90s不擊穿，大幅提高了傳統(tǒng)PTC的耐壓性能；BN的加入，降低了高溫

8、PTC熱敏陶瓷的燒成溫度約40左右，有效節(jié)約了能源。3.2 工藝進(jìn)展丁士文等12, 采用低溫固態(tài)反應(yīng)合成了Y, Mn摻雜納米鈦酸鋇固溶體粉體，當(dāng)摻雜Y和Mn的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為1.0%和1.4%，最佳燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間分別為1330和20min時(shí)，制備了室溫電阻為26.13、升阻比和電阻溫度系數(shù)分別為1.782×105和18. 48%/性能優(yōu)異的PTC陶瓷材料。涂文芳等13，研究了在Ba0-B2O3-SiO2-Mn0燒結(jié)助燒結(jié)助劑中加入LiF的方法，對Y3+與Nb5+雙摻雜BaTiO3基熱敏陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和正溫度系數(shù)(PTC)特性的影響，x(LiF)= 5%的BBSM L燒結(jié)助劑的樣

9、品，在1050保溫1h下燒結(jié)后，其室溫電阻率為151·cm，升阻比為5.6×103。4. PTC熱敏陶瓷發(fā)展趨勢隨著全球范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國的功能陶瓷材料和元器件的發(fā)展也遇到了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。當(dāng)前，BaTiO3系PTC材料的研究正向低阻化、片式化、疊層化、高可靠方向發(fā)展。其材料研究勢必在盡可能降低室溫電阻率的同時(shí)，保證材料的耐電壓和升阻比盡可能高，從而滿足實(shí)用化要求。參考文獻(xiàn)1 陳金水.PTC的主要特性及應(yīng)用實(shí)例J.電子世界，20132 郭華.正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)及其在燃濾加熱器中的應(yīng)用A. 第八屆河南省汽車工程科技學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，20113趙云摩.

10、用PTC熱敏電阻實(shí)現(xiàn)LED照明設(shè)備過熱保護(hù)J.電子報(bào)，2013,(12):224 葛小婷.陶瓷PTC電加熱與金屬電熱管在空調(diào)器上應(yīng)用的凝露對比試驗(yàn)研究J. 工業(yè)技術(shù),20135 羅明輝.熱敏電阻在電源電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J. 河南科技,2013(3)：036 于廣.PTC熱敏電阻在通信設(shè)備上的應(yīng)用研究J.機(jī)電信息，20137 袁捷.PTC熱敏電阻在節(jié)能燈上的應(yīng)用J.電子質(zhì)量，20148 方志遠(yuǎn)，沈春英，丘泰. BaTi03系PTC熱敏電阻材料的研究進(jìn)展M.電子元件與材料,2010,(10):299 TAKEDA H, SHIMADA T,KATSUYAMA Y,et al. Fabrication and operation limit of lead-free PTCR ceramics using BaTi03-(Bi1/2Nal/2)Ti03 system J. J Electroceram, 2009, 22: 263-26910 張宇星,張鴻,李志成. Cu/Mo共摻K0.5Bi0.5Ti03陶瓷材料的PTC特性M. 電子元件與材料,2013(6):3211 楊靜芬，焦永峰，濮義達(dá)等.氮