熱敏陶瓷是對溫度變化敏感的陶瓷材料。它可分為熱敏電阻、熱敏電容、熱電和熱釋電等陶瓷材料。
在種類繁多的敏感元件中,熱敏電阻應用最廣。熱敏電阻在20世紀30年代就已問世,用作電路溫度補償元件。以后相繼發現了用金屬氧化物制成的半導體陶瓷熱敏電阻,有很大的負溫度系數(NTC) , 以氧化釩為主體的玻璃熱敏電阻,硅、鍺單晶熱敏電阻,用V2O3、P2O5、SiO2、BaO、 SrO、CaO等氧化物合成的臨界熱敏電阻(CTR) 和以鈦酸鋇為主體的正溫度系數(PTC) 熱敏電阻。近年來,隨著硅元件平面工藝的成熟與集成技術的發展,出現了碳化硅單晶、碳化硅薄膜熱敏電阻等。
熱敏電阻是一種電阻值隨溫度變化的電阻元件(或稱電阻器)。阻值隨溫度升高而增加稱正溫度系數(PTC) 熱敏電阻,相反,則稱負溫度系數(NTC) 熱敏電阻。阻值隨溫度變化呈直線的熱敏電阻稱線性熱敏電阻,阻值隨溫度變化呈指數(或對數)關系的稱非線性熱敏電阻。在非線性熱敏電阻中,有一類其阻值在一個很窄的溫度范圍內可變化(上升或下降)幾個數量級,稱為開關型熱敏電阻。
正溫度系數熱敏元件常稱為PTC (PositiveTemperature Coefficient)元件,是指這種元件的電阻率隨溫度升高而增大。
大多數NTC熱敏電阻材料是尖晶石型半導體,包括二元和多元系氧化物。二元系金屬氧化物主要有CuO-MnO-O2、CoO-MnO-O2, NiO-MnO-O2等系。三元系有 MnO-CoO-NiO、MnO-CuO-CoO等Mn系和CuO-FeO-NiO、CuO-FeO-CoO等非 Mn系。此外,還有厚膜材料正在不斷開發并獲得迅速發展。
一些過渡金屬氧化物的電阻值,在某一特定溫度下出現急劇的變化。這種變化具有再現性和可逆性,故可作電氣開關或溫度探測器。這一特定溫度稱為臨界溫度。電阻值的急劇變化,通常是隨溫度的升高,在臨界溫度附近,電阻值急劇減小。這種材料稱為臨界(溫度)熱敏電阻材料。
工作溫度在300℃以上的熱敏電阻(NTC) 常稱為高溫熱敏電阻。這類材料在高溫下其物理、化學性質必須穩定,即在高溫下其R~T曲線不隨時間變化、無相變、結構穩等。用陶瓷材料作高溫熱敏電阻有突出的優點,因此,它有廣泛的應用前景,尤其在汽車空氣/燃料比傳感器方面有很大實用價值。
工作溫度在-60℃以下的熱敏電阻材料稱為低溫熱敏電阻材料。這種材料以過渡金屬氧化物為主,加入La、Nd. Pd、Nb等氧化物。常用溫區為4~20K、20~80K、77~300K。它的主要優點是穩定性、機械強度、抗磁場干擾等性能好。主要材料有Mn-Ni-Fe-Cu, Mn-Cu-Co, Mn-Ni-Cu等。
熱敏電阻在溫度傳感器中的應用最廣,它雖不適合于高精度的測量,但其價格低廉,故多用于家用電器、汽車等。PTC熱敏電阻有兩種用途:一是用于恒溫電熱器,PTC熱敏電阻通過自身發熱而工作,達到設定溫度后,便自動恒溫,因此不需另加控制電路,如用于電熱驅蚊器、恒溫電熨斗、暖風機等。二是用作限流元件,如彩電消磁器、節能燈用電子鎮流器、冰箱電機啟動器等。
1.正溫度系數熱敏電阻
2.NTC電阻材料
3. CTR材料
4.高溫熱敏電阻材料
5.低溫熱敏電阻材料