鈦酸鋇材料的特性
時(shí)間：2022-06-29
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鈦酸鋇主要用于電子陶瓷、PTC熱敏電阻、電容器等多種電子元器件的配制。
鈦酸鋇晶體有這樣的特性：當(dāng)它受壓力而改變形狀的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生電流，一通電又會(huì)改變形狀。于是，人們把鈦酸鋇放在超聲波中，它受壓便產(chǎn)生電流，由它所產(chǎn)生的電流的大小可以測(cè)知超聲波的強(qiáng)弱。相反，用高頻電流通過(guò)它，則可以產(chǎn)生超聲波?，F(xiàn)在，幾乎所有的超聲波儀器中，都要用到鈦酸鋇。除此之外，鈦酸鋇還有許多用途。例如：鐵路工人把它放在鐵軌下面，來(lái)測(cè)量火車通過(guò)時(shí)候的壓力；醫(yī)生用它制成脈搏記錄器。用鈦酸鋇做的水底探測(cè)器，是銳利的水下眼睛，它不只能夠看到魚(yú)群，而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。
PTC（Positive Temperature Coeff1Cient）是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象或材料，可專門用作恒定溫度傳感器．該材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3為主要成分的燒結(jié)體，其中摻入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物進(jìn)行原子價(jià)控制而使之半導(dǎo)化，常將這種半導(dǎo)體化的BaTiO3等材料簡(jiǎn)稱為半導(dǎo)（體）瓷；同時(shí)還添加增大其正電阻溫度系數(shù)的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工藝成形、高溫?zé)Y(jié)而使鈦酸鉑等及其固溶體半導(dǎo)化，從而得到正特性的熱敏電阻材料．其溫度系數(shù)及居里點(diǎn)溫度隨組分及燒結(jié)條件（尤其是冷卻溫度）不同而變化．
鈦酸鋇晶體屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，是一種鐵電材料，純鈦酸鋇是一種絕緣材料．在鈦酸鋇材料中加入微量稀土元素，進(jìn)行適當(dāng)熱處理后，在居里溫度附近，電阻率陡增幾個(gè)數(shù)量級(jí)，產(chǎn)生PTC效應(yīng)，此效應(yīng)與BaTiO3晶體的鐵電性及其在居里溫度附近材料的相變有關(guān)．鈦酸鋇半導(dǎo)瓷是一種多晶材料，晶粒之間存在著晶粒間界面．該半導(dǎo)瓷當(dāng)達(dá)到某一特定溫度或電壓，晶體粒界就發(fā)生變化，從而電阻急劇變化．
鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)起因于粒界（晶粒間界）．對(duì)于導(dǎo)電電子來(lái)說(shuō)，晶粒間界面相當(dāng)于一個(gè)勢(shì)壘．當(dāng)溫度低時(shí)，由于鈦酸鋇內(nèi)電場(chǎng)的作用，導(dǎo)致電子極容易越過(guò)勢(shì)壘，則電阻值較?。?dāng)溫度升高到居里點(diǎn)溫度（即臨界溫度）附近時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)受到破壞，它不能幫助導(dǎo)電電子越過(guò)勢(shì)壘．這相當(dāng)于勢(shì)壘升高，電阻值突然增大，產(chǎn)生PTC效應(yīng)．鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)的物理模型有海望表面勢(shì)壘模型、丹尼爾斯等人的鋇缺位模型和疊加勢(shì)壘模型，它們分別從不同方面對(duì)PTC效應(yīng)作出了合理解釋．
實(shí)驗(yàn)表明，在工作溫度范圍內(nèi)，PTC熱敏電阻的電阻-溫度特性可近似用實(shí)驗(yàn)公式表示：
RT=RT0expBp（T-T0）
式中RT、RT0表示溫度為T、T0時(shí)電阻值，Bp為該種材料的材料常數(shù)．
PTC效應(yīng)起源于陶瓷的粒界和粒界間析出相的性質(zhì)，并隨雜質(zhì)種類、濃度、燒結(jié)條件等而產(chǎn)生顯著變化．最近，進(jìn)入實(shí)用化的熱敏電阻中有利用硅片的硅溫度敏感元件，這是體型且精度高的PTC熱敏電阻，由n型硅構(gòu)成，因其中的雜質(zhì)產(chǎn)生的電子散射隨溫度上升而增加，從而電阻增加．PTC熱敏電阻于1950年出現(xiàn)，隨后1954年出現(xiàn)了以鈦酸鋇為主要材料的PTC熱敏電阻．PTC熱敏電阻在工業(yè)上可用作溫度的測(cè)量與控制，也用于汽車某部位的溫度檢測(cè)與調(diào)節(jié)，還大量用于民用設(shè)備，如控制瞬間開(kāi)水器的水溫、空調(diào)器與冷庫(kù)的溫度，利用本身加熱作氣體分析和風(fēng)速機(jī)等方面．下面簡(jiǎn)介一例對(duì)加熱器、馬達(dá)、變壓器、大功率晶體管等電器的加熱和過(guò)熱保護(hù)方面的應(yīng)用。
PTC熱敏電阻除用作加熱元件外，同時(shí)還能起到“開(kāi)關(guān)”的作用，兼有敏感元件、加熱器和開(kāi)關(guān)三種功能，稱之為“熱敏開(kāi)關(guān)”，如圖2和3所示．電流通過(guò)元件后引起溫度升高，即發(fā)熱體的溫度上升，當(dāng)超過(guò)居里點(diǎn)溫度后，電阻增加，從而限制電流增加，于是電流的下降導(dǎo)致元件溫度降低，電阻值的減小又使電路電流增加，元件溫度升高，周而復(fù)始，因此具有使溫度保持在特定范圍的功能，又起到開(kāi)關(guān)作用．利用這種阻溫特性做成加熱源，作為加熱元件應(yīng)用的有暖風(fēng)器、電烙鐵、烘衣柜、空調(diào)等，還可對(duì)電器起到過(guò)熱保護(hù)作用．
無(wú)錫隆傲電子有限公司成立于2006年，致力于功能陶瓷材料暨元器件的生產(chǎn)與研究。公司坐落在美麗的太湖之濱，富有江南文化傳承的蕩口古鎮(zhèn)。公司主營(yíng)產(chǎn)品：鈦酸鹽粉體、鋯酸鹽粉體、鋁酸鹽粉體、錫酸鹽粉體、功能瓷料，球形納米粉體材料 & 陶瓷或金屬微珠（微米級(jí)），以及與之相關(guān)的超高壓電容器、陶瓷PTC熱敏電阻器、微波元件、結(jié)構(gòu)陶瓷。
鈦酸鋇晶體有這樣的特性：當(dāng)它受壓力而改變形狀的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生電流，一通電又會(huì)改變形狀。于是，人們把鈦酸鋇放在超聲波中，它受壓便產(chǎn)生電流，由它所產(chǎn)生的電流的大小可以測(cè)知超聲波的強(qiáng)弱。相反，用高頻電流通過(guò)它，則可以產(chǎn)生超聲波?，F(xiàn)在，幾乎所有的超聲波儀器中，都要用到鈦酸鋇。除此之外，鈦酸鋇還有許多用途。例如：鐵路工人把它放在鐵軌下面，來(lái)測(cè)量火車通過(guò)時(shí)候的壓力；醫(yī)生用它制成脈搏記錄器。用鈦酸鋇做的水底探測(cè)器，是銳利的水下眼睛，它不只能夠看到魚(yú)群，而且還可以看到水底下的暗礁、冰山和敵人的潛水艇等。
PTC（Positive Temperature Coeff1Cient）是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象或材料，可專門用作恒定溫度傳感器．該材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3為主要成分的燒結(jié)體，其中摻入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物進(jìn)行原子價(jià)控制而使之半導(dǎo)化，常將這種半導(dǎo)體化的BaTiO3等材料簡(jiǎn)稱為半導(dǎo)（體）瓷；同時(shí)還添加增大其正電阻溫度系數(shù)的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工藝成形、高溫?zé)Y(jié)而使鈦酸鉑等及其固溶體半導(dǎo)化，從而得到正特性的熱敏電阻材料．其溫度系數(shù)及居里點(diǎn)溫度隨組分及燒結(jié)條件（尤其是冷卻溫度）不同而變化．
鈦酸鋇晶體屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，是一種鐵電材料，純鈦酸鋇是一種絕緣材料．在鈦酸鋇材料中加入微量稀土元素，進(jìn)行適當(dāng)熱處理后，在居里溫度附近，電阻率陡增幾個(gè)數(shù)量級(jí)，產(chǎn)生PTC效應(yīng)，此效應(yīng)與BaTiO3晶體的鐵電性及其在居里溫度附近材料的相變有關(guān)．鈦酸鋇半導(dǎo)瓷是一種多晶材料，晶粒之間存在著晶粒間界面．該半導(dǎo)瓷當(dāng)達(dá)到某一特定溫度或電壓，晶體粒界就發(fā)生變化，從而電阻急劇變化．
鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)起因于粒界（晶粒間界）．對(duì)于導(dǎo)電電子來(lái)說(shuō)，晶粒間界面相當(dāng)于一個(gè)勢(shì)壘．當(dāng)溫度低時(shí)，由于鈦酸鋇內(nèi)電場(chǎng)的作用，導(dǎo)致電子極容易越過(guò)勢(shì)壘，則電阻值較?。?dāng)溫度升高到居里點(diǎn)溫度（即臨界溫度）附近時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)受到破壞，它不能幫助導(dǎo)電電子越過(guò)勢(shì)壘．這相當(dāng)于勢(shì)壘升高，電阻值突然增大，產(chǎn)生PTC效應(yīng)．鈦酸鋇半導(dǎo)瓷的PTC效應(yīng)的物理模型有海望表面勢(shì)壘模型、丹尼爾斯等人的鋇缺位模型和疊加勢(shì)壘模型，它們分別從不同方面對(duì)PTC效應(yīng)作出了合理解釋．
實(shí)驗(yàn)表明，在工作溫度范圍內(nèi)，PTC熱敏電阻的電阻-溫度特性可近似用實(shí)驗(yàn)公式表示：
RT=RT0expBp（T-T0）
式中RT、RT0表示溫度為T、T0時(shí)電阻值，Bp為該種材料的材料常數(shù)．
PTC效應(yīng)起源于陶瓷的粒界和粒界間析出相的性質(zhì)，并隨雜質(zhì)種類、濃度、燒結(jié)條件等而產(chǎn)生顯著變化．最近，進(jìn)入實(shí)用化的熱敏電阻中有利用硅片的硅溫度敏感元件，這是體型且精度高的PTC熱敏電阻，由n型硅構(gòu)成，因其中的雜質(zhì)產(chǎn)生的電子散射隨溫度上升而增加，從而電阻增加．PTC熱敏電阻于1950年出現(xiàn)，隨后1954年出現(xiàn)了以鈦酸鋇為主要材料的PTC熱敏電阻．PTC熱敏電阻在工業(yè)上可用作溫度的測(cè)量與控制，也用于汽車某部位的溫度檢測(cè)與調(diào)節(jié)，還大量用于民用設(shè)備，如控制瞬間開(kāi)水器的水溫、空調(diào)器與冷庫(kù)的溫度，利用本身加熱作氣體分析和風(fēng)速機(jī)等方面．下面簡(jiǎn)介一例對(duì)加熱器、馬達(dá)、變壓器、大功率晶體管等電器的加熱和過(guò)熱保護(hù)方面的應(yīng)用。
PTC熱敏電阻除用作加熱元件外，同時(shí)還能起到“開(kāi)關(guān)”的作用，兼有敏感元件、加熱器和開(kāi)關(guān)三種功能，稱之為“熱敏開(kāi)關(guān)”，如圖2和3所示．電流通過(guò)元件后引起溫度升高，即發(fā)熱體的溫度上升，當(dāng)超過(guò)居里點(diǎn)溫度后，電阻增加，從而限制電流增加，于是電流的下降導(dǎo)致元件溫度降低，電阻值的減小又使電路電流增加，元件溫度升高，周而復(fù)始，因此具有使溫度保持在特定范圍的功能，又起到開(kāi)關(guān)作用．利用這種阻溫特性做成加熱源，作為加熱元件應(yīng)用的有暖風(fēng)器、電烙鐵、烘衣柜、空調(diào)等，還可對(duì)電器起到過(guò)熱保護(hù)作用．
無(wú)錫隆傲電子有限公司成立于2006年，致力于功能陶瓷材料暨元器件的生產(chǎn)與研究。公司坐落在美麗的太湖之濱，富有江南文化傳承的蕩口古鎮(zhèn)。公司主營(yíng)產(chǎn)品：鈦酸鹽粉體、鋯酸鹽粉體、鋁酸鹽粉體、錫酸鹽粉體、功能瓷料，球形納米粉體材料 & 陶瓷或金屬微珠（微米級(jí)），以及與之相關(guān)的超高壓電容器、陶瓷PTC熱敏電阻器、微波元件、結(jié)構(gòu)陶瓷。
