PTC热敏陶瓷材料的应用研究Word版.docx

PTC热敏陶瓷的应用研究摘要：介绍了PTC热敏陶瓷以及在热敏电阻中的应用，对PTC热敏陶瓷的研究现状进行综述，对未来发展趋势进行展望关键字： PTC；热敏电阻；陶瓷；应用；研究1. PTC热敏陶瓷介绍正温度系数（positive temperature coefficient，简称PTC）热敏陶瓷，简称PTC热敏陶瓷它是晶粒充分半导体化，晶界具有适当绝缘性的陶瓷它的基片是钛酸钡与微量的镧族元素，烧结而成的陶瓷半导体，其电阻率随温度升高按指数关系增加其次随着掺入钛酸钡中微量元素品种和含量不同，其电阻率也就不同[1]2. PTC热敏陶瓷的应用PTC热敏陶瓷材料广泛应用于热敏电阻，PTC泛指正温度系数很大的半导体器件或元器件通常提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻2.1 PTC热敏电阻在燃滤加热器中的应用 随着发动机欧III排放标准的执行，国家对柴油发动机尾气排放的要求越来越严格，要求燃料燃烧尽量充分，降低有害气体排放；而在寒冷的冬季柴油容易结腊，使油路堵塞，燃料供给不顺畅，为解决这些问题，欧三燃油滤清器增设恒温PTC热敏电阻类型的加热器，来提升燃油的温度，增加燃油的流动性；防止在寒冷地区或低温条件下燃油发生胶质、石蜡析出，以及水滴结冰堵塞滤芯，解决低温条件下发动机喷油嘴易堵塞，供油不畅等问题[2]。

2.2 PTC热敏电阻在LED照明设备中的应用 随着LED照明设备(发光二极管)的性能不断提高，价格日渐低廉，其市场也迅速扩大LED照明设备已实现了低价化，然而，与传统的白炽灯，荧光灯相比，作为照明设备的实际效果仍然欠佳，人们指出其安全性的课题尤为突出虽然LED具有高效照明，低耗电的特点，但是作为高亮度的LED元件本身却处于异常的高温状态使用村田制作所的陶瓷PTC热敏电阻“POSISTOR”来简单实现LED照明设备过热保护的方法，能够达到低成本，提高LED照明设备的安全性[3]2.3 PTC热敏电阻在空调器上的应用 PTC电加热是采用PTC热敏电阻元件为发热源的一种加热器，通常是用半导体材料制成的，它的电阻随温度变化而急剧变化，当外界温度降低，PTC电阻值随之减小，发热量反而会相应增加，陶瓷PTC设计功率可以提高到1000W，依据以上的变化特性，PTC加热器具有节能、恒温、安全、寿命长等特点[4]PTC电加热渐代替了电热管为解决空调器低温制热效果差，PTC电加热能够根据房间温度的变化以及室内机风量的大小改变发热量，调节室内温度，达到迅速、强劲制热的目的，有效改善空调在寒冷地区的运用。

2.4 PTC热敏电阻在电源电路设计中的应用在正常工作状态下，PTC热敏电阻元件像一根导线串联在电路中；当电路发生短路故障时，PTC元件由于自身特性，其内阻能够迅速地无穷倍增大，从而阻断电路中的大电流，电路得到了有效的保护[5]当故障排除后，PTC元件会又恢复到原先的低阻状态，继续导通电路使用PTC热敏电阻可以对电源电路进行有效的限流保护，合理的设计利用热敏电阻，能使电源电路可靠高效的运行2.5 PTC热敏电阻在通信设备上的应用 在通信设备上，PTC热敏电阻也可以用来加热芯片，实现设备在低温下的启动通信设备由于成本要求越来越严格，现在多采用商业级芯片，其工作温度范围为0-70℃，应用在室外环境就面临低温不能启动的问题PTC热敏电阻应用在通信设备的低温加热领域，根据其在-40℃低温下，电阻值很小，功率很大，可以对设备进行快速加热；待加热到芯片可以正常启动时，PTC热敏电阻的温度还没达到居里温度，加热电路就被关断[6]因此，PTC热敏电阻可以满足设备低温下的加热需求2.6 PTC热敏电阻在节能灯上的应用PTC热敏电阻在节能灯中的预热作用是非常大的，它能对灯管和灯电容起保护作用采取预热措施可以避免或减弱灯丝材料因突加高压发生溅射损耗造成灯管发黑现象，从而保证灯管开关寿命及光通维持率符合标准要求，可以使灯管使用寿命延长，降低光衰等[7]。

同时，预热时会放出大量电子，可以降低灯管启动所需要加的电压，使节能灯相关电子元器件的工作条件得到明显改善3. PTC热敏陶瓷的研究现状3.1 配方改进 BaTi03(BT)的居里点是120℃，现在市场上居里点超过120℃的PTC热敏电阻材料(简称PTC材料)几乎全都是通过加铅来实现的但铅会危害人们的身体健康及产生环境污染人们一直试图研究出环保型无铅高居里点PTC材料[8]Takeda等[9]，研究了BT-BNT系无铅PTC材料，BNT的加入量从0-50%(摩尔分数)，居里点从130℃提高到220℃张宇星等[10]，以Cu/Mo共掺的K0.5Bi0.5Ti03陶瓷具有钙钦矿结构，并呈现明显的PTC效应，陶瓷的居里点为155℃ ,室温电阻为1 454Ω，升阻比为2.62个数量级杨静芬等[11],研究了对PTC热敏陶瓷进行掺杂BN实验结果表明，BN的加入大幅提高高温PTC热敏陶瓷的耐电压值约300 V，最高达800V,90s不击穿，大幅提高了传统PTC的耐压性能；BN的加入，降低了高温PTC热敏陶瓷的烧成温度约40℃左右，有效节约了能源3.2 工艺进展丁士文等[12], 采用低温固态反应合成了Y, Mn掺杂纳米钛酸钡固溶体粉体，当掺杂Y和Mn的物质的量分数分别为1.0%和1.4%，最佳烧结温度和保温时间分别为1330℃和20min时，制备了室温电阻为26.13Ω、升阻比和电阻温度系数分别为1.782105和18. 48%/℃性能优异的PTC陶瓷材料。

涂文芳等[13]，研究了在Ba0-B2O3-SiO2-Mn0烧结助烧结助剂中加入LiF的方法，对Y3+与Nb5+双掺杂BaTiO3基热敏陶瓷的微观结构和正温度系数(PTC)特性的影响，x(LiF)= 5%的BBSM L烧结助剂的样品，在1050℃保温1h下烧结后，其室温电阻率为151Ωcm，升阻比为5.61034. PTC热敏陶瓷发展趋势随着全球范围内的经济结构的调整，我国的功能陶瓷材料和元器件的发展也遇到了前所未有的机遇和挑战当前，BaTiO3系PTC材料的研究正向低阻化、片式化、叠层化、高可靠方向发展其材料研究势必在尽可能降低室温电阻率的同时，保证材料的耐电压和升阻比尽可能高，从而满足实用化要求参考文献[1] 陈金水.PTC的主要特性及应用实例[J].电子世界，2013[2] 郭华.正温度系数热敏电阻(PTC)及其在燃滤加热器中的应用[A]. 第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集，2011[3]赵云摩.用PTC热敏电阻实现LED照明设备过热保护[J].电子报，2013,(12):22[4] 葛小婷.陶瓷PTC电加热与金属电热管在空调器上应用的凝露对比试验研究[J]. 工业技术,2013[5] 罗明辉.热敏电阻在电源电路设计中的应用[J]. 河南科技,2013(3)：03[6] 于广.PTC热敏电阻在通信设备上的应用研究[J].机电信息，2013[7] 袁捷.PTC热敏电阻在节能灯上的应用[J].电子质量，2014[8] 方志远，沈春英，丘泰. BaTi03系PTC热敏电阻材料的研究进展[M].电子元件与材料,2010,(10):29[9] 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: 263-269[10] 张宇星,张鸿,李志成. Cu/Mo共掺K0.5Bi0.5Ti03陶瓷材料的PTC特性[M]. 电子元件与材料,2013(6):32[11] 杨静芬，焦永峰，濮义达等.氮化硼改善BaTiO3基高温热敏陶瓷耐压特性的研究[J]. 江苏陶瓷，2010[12] 丁士文，潘彬，啜艳明，程昀.烧结工艺对BaTiO3基PTC热敏电阻材料性能的影响[J]. 河北大学学报(自然科学版)，2011，5(31)[13] 涂文芳，姜胜林，龚树萍，付明.BaTi03热敏电阻的低温烧结特性研究[J]. 压电与声光，2011, 4(33)。