熱敏電阻陶瓷系列之NTC熱敏陶瓷

297　 2025-08-27 07:30:30

一、NTC負溫度系數(shù)熱敏陶瓷（Negative Temperature Coefficient）

NTC熱敏電阻陶瓷是隨著溫度升高，電阻率按指數(shù)關(guān)系減小的一類陶瓷材料，它們大多數(shù)是尖晶石結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷，其中多數(shù)含有一種或多種過度金屬氧化物，主要成分是CoO、NiO、MnO、CuO、ZnO、MgO、Fe2O3、Cr2O3、Al2O3、ZrO2、TiO2等。

NTC熱敏電阻的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的階段：1834年，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了硫化銀有負溫度系數(shù)的特性，1930年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氧化亞銅-氧化銅也具有負溫度系數(shù)的性能，并將之成功地運用在航空儀器的溫度補償電路中，隨后，由于晶體管技術(shù)的不斷發(fā)展，熱敏電阻器的研究取得重大進展，1960年研制出了NTC熱敏電阻器。

NTC熱敏電阻陶瓷主要應(yīng)用于溫度測量和溫度補償?shù)龋鋬?yōu)點是電阻值受氧的影響不大，在空氣中穩(wěn)定、靈敏度高、價格便宜。用于溫度測量時，熱敏電阻常數(shù)B越大靈敏度越高，而用于溫度補償時必須根據(jù)補償?shù)膶ο筮m當(dāng)?shù)剡x擇B值。

二、NTC熱敏陶瓷電阻的分類

1.根據(jù)阻溫特性可分為三種類型：

①緩變型的熱敏電阻，在實際使用中這種類型是使用的最多的一類；

②以VO2為基本成分的具有臨界溫度系數(shù)熱敏電阻（CRT），在特定溫度內(nèi)，其組織急劇下降，利用這種熱敏電阻可以制成固態(tài)無觸點開關(guān)，廣泛用于溫度的自動控制，過熱保護及制冷設(shè)備中；

③阻溫特性為直線的陶瓷熱敏元件，一般對于CdO-Sb2O3-WO3系和CdO-SnO2-WO3系陶瓷材料，在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)（-100~ 300℃）其電阻率與溫度呈線性關(guān)系，由于阻溫特性的線性化，使得測量方便，容易做到數(shù)字化。

2.根據(jù)使用范圍可分為三種類型：

①低溫型：低溫NTC熱敏電阻陶瓷的使用溫度范圍一般在4.2~300K，一般以Fe、Co、Ni、Mn、Cu等兩種以上的過渡金屬氧化物為主要成分來形成尖晶石結(jié)構(gòu)，為了降低B值，可摻入少量稀土元素如La、Nd、Yb等。主要應(yīng)用在宇航以及一系列低溫工程與超導(dǎo)研究領(lǐng)域；

②中溫型：中溫NTC熱敏電阻陶瓷的使用溫度范圍一般在室溫~300℃，大多為尖晶石型含Mn氧化物陶瓷；

③高溫型：高溫NTC熱敏電阻陶瓷的使用溫度范圍一般在300~1000℃，一般由ZrO2-Y2O3系、ZrO2-CaO系螢石型結(jié)構(gòu)的材料構(gòu)成。下表給出了此種分類下典型的NTC熱敏電阻陶瓷的主要成分及應(yīng)用。

表1 各種典型NTC熱敏電阻陶瓷的主要成分及應(yīng)用

三、NTC熱敏電阻陶瓷的生產(chǎn)工藝及特點

NTC熱敏電阻陶瓷的制造工藝與一般陶瓷工藝相似，其工序隨材料種類、性能要求、外形、尺寸等略有不同。下圖給出了片狀、桿狀NTC陶瓷熱敏電阻生產(chǎn)工藝。

圖1.片狀、桿狀NTC陶瓷熱敏電阻生產(chǎn)工藝流程圖

下面主要說明NTC陶瓷熱敏電阻的生產(chǎn)工藝特點：

1.電極制備

NTC熱敏電阻陶瓷一般為ρ型半導(dǎo)瓷，與銀可形成可靠的歐姆接觸。因此NTC熱敏電阻絕大多數(shù)采用銀漿作電極材料。

2.阻值調(diào)整

在大量生產(chǎn)中，為了獲得各種規(guī)格的標準阻值，僅靠改變組分配比和燒結(jié)條件是很不夠的，必須采取調(diào)阻的措施，常用的方法是熱處理調(diào)阻。

3.敏化處理

NTC熱敏電阻的坯體經(jīng)阻值調(diào)整后，其電氣參數(shù)雖已基本符合使用要求，但它的性能還不夠穩(wěn)定，新生的晶體會吸附或吸收空氣中的氧，使阻值變化，因而在制造過程中常在200~600℃范圍內(nèi)進行50~100h的熱處理以消除使用中的不穩(wěn)定性。這一熱處理過程只改變材料的氧吸附或吸收的情況，并不改變其原來的晶體結(jié)構(gòu)，稱之為敏化處理。

4.老練

裝配完成后，熱敏電阻產(chǎn)品的性能還不夠穩(wěn)定，必須經(jīng)過老練處理。老練是將產(chǎn)品在等于或高于工作溫度的恒溫箱中放置100~500h，或在略高于工作溫度范圍進行多次正負溫度循環(huán)。這相當(dāng)于使產(chǎn)品在人為的條件下獲得加速老化的效果。在老練第一周，阻值變化較大，以后逐步趨向穩(wěn)定。

四、NTC熱敏電阻的應(yīng)用

NTC熱敏電阻由于靈敏度高、可靠性高及價格低廉，而被廣泛應(yīng)用于家用電器、汽車以及工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的溫度傳感與控制。從元件的功能角度看，主要有以下作用：①溫度檢測及控制②溫度補償③抑制浪涌電流

大致可分為如下情況：

1.大功率型NTC熱敏電阻

應(yīng)用范圍：適用于轉(zhuǎn)換電源、開關(guān)電源、UPS電源、各類電加熱器、電子節(jié)能燈、電子鎮(zhèn)流器、各種電子裝置電源電路的保護以及彩色顯示像管、白熾燈及其它照明燈具的燈絲保護。

2.補償性NTC熱敏電阻

應(yīng)用范圍：適用于一般精度的溫度測量和在計量設(shè)備、晶體管電路中的溫度補償。

3.測溫型NTC熱敏電阻

應(yīng)用范圍：主要用于汽車、內(nèi)燃機車、大型電機、油浸變壓器等的冷卻系統(tǒng)作定點測溫的感溫元件，也可用在其它場合的溫度測量。

4.玻封測溫型NTC熱敏電阻

應(yīng)用范圍：空調(diào)、暖氣設(shè)備、電子體溫計、液位傳感器、汽車電子、電子臺歷等領(lǐng)域。

5.CMF片式NTC熱敏電阻

應(yīng)用范圍：半導(dǎo)體集成電路、液晶顯示、晶體管及移動通訊設(shè)備用石英振蕩器的溫度補償；可充當(dāng)電池的溫度探測、計算機微處理器的溫度探測以及需要溫度補償?shù)母鞣N電路。