第五章敏感陶瓷教材ppt课件.ppt

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1、第五章　敏感陶瓷随着科学技术的发展，在工业生产领域、科学研究领域和人们的日常生活中，需要检测、控制的对象(信息)迅速增加。1信息的获取有赖于传感器，或称敏感元件。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。敏感陶瓷在某些传感器中，是关键材料之一，用于制造敏感元件。2敏感陶瓷用于制造敏感元件，是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的特性而制得的。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。3此外，还有具有压电效应的压力、位置、速度、声波等敏感陶瓷，具有铁氧体性质的磁敏陶瓷及具有多种

2、敏感特性的多功能敏感陶瓷等。这些敏感陶瓷已广泛应用于工业检测、控制仪器、交通运输系统、汽车、机器人、防止公害、防灾、公安及家用电器等领域。41、敏感陶瓷分类①物理敏感陶瓷：光敏陶瓷，如CdS、CdSe等；热敏陶瓷，如PTC陶瓷、NTC和CTR热敏陶瓷等；磁敏陶瓷，如InSb、InAs、GaAs等；5声敏陶瓷，如罗息盐、水晶、BaTiO3、PZT等；压敏陶瓷，如ZnO、SiC等；力敏陶瓷，如PbTiO3、PZT等。6②化学敏感陶瓷氧敏陶瓷，如SnO2、ZnO、ZrO2等；湿敏陶瓷，TiO2—MgCr2O4、ZnO-Li2O-V2O5等。生物敏感陶瓷也在积极开发之中。72.敏感陶瓷

3、的结构与性能陶瓷是由晶粒、晶界、气孔组成的多相系统，通过人为的掺杂，可以造成晶粒表面的组分偏离，在晶粒表层产生固溶、偏析及晶格缺陷等。8另外，在晶界处也会产生异质相的析出、杂质的聚集、晶格缺陷及晶格各向异性等。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学性能的显著变化。93.热敏陶瓷热敏陶瓷是一类电阻率、磁性、介电性等性质随温度发生明显变化的材料，主要用于制造温度传感器、线路温度补偿及稳频的元件--热敏电阻(thermistor)。热敏陶瓷具有灵敏度高、稳定性好、制造工艺简单及价格便宜等特点。10⑴热敏陶瓷的特性分类①电阻随温度升高而增大的热敏电

4、阻称为正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻(positivetemperaturecoefficient)；11②电阻随温度的升高而减小的热敏电阻称为负温度系数热敏电阻，简称NTC热敏电阻(negativetemperaturecoefficient)；③电阻在某特定温度范围内急剧变化的热敏电阻，简称为CTR临界温度热敏电阻(criticaltemperatureresistor)。12⑵陶瓷热敏电阻材料①BaTiO3PTC陶瓷BaTiO3陶瓷是否具有PTC效应，完全由其晶粒和晶界的电性能所决定。13纯BaTiO3具有较宽的禁带，常温下电子激发很少，其室温下的电阻率为1012

5、cm，已接近绝缘体，不具有PTC电阻特性。14将BaTiO3的电阻率降到104cm以下，使其成为半导体的过程称为半导化。即在其禁带中引入一些浅的附加能级：施主能级或受主能级。15通常情况下，施主能级多数是靠近导带底的；而受主能级多数是靠近价带顶的。施主能级或受主能级的电离能一般比较小，因此，在室温下就可受到热激发产生导电载流子，从而形成半导体。16形成附加能级主要通过两种途径：化学计量比偏离和掺杂，使得晶粒具有优良的导电性，而晶界具有高的势垒层，形成绝缘体。17BaTiO3的化学计量比偏离半导化采用在真空、惰性气体或还原性气体中加热BaTiO3。由于失氧，BaTiO3内

6、产生氧缺位，为了保持电中性，部分Ti4+将俘获电子成为Ti3+。在强制还原以后，需要在氧化气氛下重新热处理，才能得到较好的PTC特性，电阻率为1--103cm。18采用掺杂使BaTiO3半导化的方法之一是施主掺杂法，该法也称原子价控制法。如果用离子半径与Ba2+相近的三价离子(如La3+、Ce3+、Nd3+、Ga3+、Sm3+、Dy3+、Y3+、Bi3+、Sb3+等)置换Ba2+，或者用离子半径与Ti4+相近的五价离子(如Ta5+、Nb5+、Sb5+等)置换Ti4+，采用普通陶瓷工艺，即能获得电阻率为103--105cm的n型BaTiO3半导体。19五价离子掺杂浓度对B

7、aTiO3的电阻率影响很大。一般情况下，电阻率随掺杂浓度的增加而降低，达到某一浓度时，电阻率降至最低值，继续增加浓度，电阻率则迅速提高，甚至变成绝缘体。20BaTiO3的电阻率降至最低点的掺杂浓度(质量分数)为：Nd0.05％，Ce、La、Nb0.2％~0.3％，Y0.35％21采用掺杂使BaTiO3半导化的方法之二是AST掺杂法，以SiO2或AST(1/3A12O3·3/4SiO2·1/4TiO2)对BaTiO3进行掺杂，AST加入量3％(摩尔分数)于1260--1380℃烧成后，电阻率为