第5章 信息与电子用陶瓷3-PDF.pdf

5.5 敏敏感陶瓷 1 敏敏感感 陶陶瓷瓷 随着科学技术的发展，在工业生产领域、科 学研究领域学研究领域和人们的日常生活中和人们的日常生活中，，需要需要检测检测、控控 制的对象(信息)迅速增加。 信息的获取信息的获取有赖于有赖于传感器传感器，或称或称敏感元件敏感元件。 在各种类型的敏感元件中，陶瓷敏感元件占 有十分重要的地位。 敏感陶瓷敏感陶瓷在某些传感器中在某些传感器中，是关键材料之是关键材料之一 ，用于制造敏感元件。 2 5.5.1 概述概述 一、敏感陶瓷的分类及应用 敏感陶瓷是某些传感器中的关键材料之一。敏 感陶瓷多属半导体陶瓷感陶瓷多属半导体陶瓷，，是继单晶半导体材料之后是继单晶半导体材料之后 ，又一类新型多晶半导体电子陶瓷。其电阻率 ‐10 9 =1010 – 1010 ，，半导体陶瓷多半用于敏感元件半导体陶瓷多半用于敏感元件，，所所 以常将半导体陶瓷称为敏感陶瓷。  根据某些陶瓷的电阻率、电动势等物理量 对热、湿、光、电压及某种气体、某种离子的变 化特别敏感这一特性，按其相应的特性，可把这 些材料分别称作热敏、湿敏、光敏、压敏、气敏 及离子敏感陶瓷。  此外此外，还有还有具有压电效应的压力具有压电效应的压力、位置位置、 速度、声波敏感陶瓷，具有铁氧体性质的磁敏陶 瓷及具有多种敏感特性的多功能敏感陶瓷瓷及具有多种敏感特性的多功能敏感陶瓷等等。  这些敏感陶瓷已广泛应用于这些敏感陶瓷已广泛应用于工业检测业检测、控制控制 仪器、交通运输系统、汽车、机器人、防止公害 、防灾防灾、公安及家用电器等领域公安及家用电器等领域。 5.5.2 敏敏感陶陶瓷的结构与性能结构与性能 传感器陶瓷常属半导体材料，检测到的信息（ 如温度、湿度等）以电信号的形式输出。 半导体陶瓷半导体陶瓷一般是般是氧化物或复杂氧化物氧化物或复杂氧化物。在在正 常情况下陶瓷具有较宽的禁带（Ee ≥ 3eV)，所以 通常为绝缘体常为绝缘体。 要使这些绝缘体成为半导体，必须对绝缘体进 行行进行半导体化处理进行半导体化处理。。形成附加能级主要有两个途形成附加能级主要有两个途 径：①添加能形成附加能级的杂质，即掺杂，②不 含杂质的氧化物主要通过含杂质的氧化物主要通过化学计量比偏离化学计量比偏离来形成来形成，， 即控制成分使其偏离化合物的化学计量，可以使传 统的绝缘陶瓷半导体化统的绝缘陶瓷半导体化，，并使其具备并使其具备一定的性能定的性能。。 陶瓷是多相系统，通过人为掺杂，造成晶粒 表面的组分偏离；在晶界处产生异质相的析出、 杂质的聚集杂质的聚集、晶格缺陷及晶格各向异性晶格缺陷及晶格各向异性等等。这些这些 晶粒边界层的组成、结构变化，显著改变了晶界 的电性能，从而导致整个陶瓷电气性能的显著变 化化。 目前已获得实用的半导体陶瓷可分为： （（11））主要利用晶体本身性质的主要利用晶体本身性质的：NTCNTC热敏电热敏电 阻、高温热敏电阻、氧气传感器。 （（22 ））主要利用晶界性质和晶粒间析出相的性主要利用晶界性质和晶粒间析出相的性 质的：PTC热敏电阻、ZnO系压敏电阻。 （3 ）主要利用陶瓷表面性质的：各种气体传 感器、湿度传感器。 55.55.33 热敏陶瓷热敏陶瓷 5.5.3 热敏陶瓷 热敏陶瓷是一类电阻率随温度发生明显变化的材料， 用于制作温度传感器、线路温度补偿及稳频等的元件(热敏 电阻电阻) 。其其优点优点是品种繁多是品种繁多，可以满足不同用途的需要可以满足不同用途的需要，灵灵 敏度高、稳定性好、容易制造、价格便宜。 一、热敏陶瓷的分类及阻温特性热敏陶瓷的分类及阻温特性 1) 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、正温度系数PTC热敏陶瓷、临界温度热 敏电阻敏电阻CCTR及及线性阻温特性热敏陶瓷线性阻温特性热敏陶瓷四大类四大类。 按照热敏陶瓷的使用温度区间，又可分为：低温热敏