功能陶瓷材料PPT

.
18
热敏电阻材料的要求： 1. 高温物理、化学、电气特性稳定，尤其电阻对高温
直流负荷随时间变化小； 2. 在使用湿度范围内无相变； 3. B值可根据需要进行调整； 4. 陶瓷烧结体与电极的膨胀系数接近。
.
19
NTC热敏电阻陶瓷三大类： 1. 低温型； 2. 中温型； 3. 高温型。
.
20
CTR热敏电阻陶瓷
第八章 功能陶瓷
.
1
8.1 功能陶瓷及其分类
功能陶瓷是指利用电、磁、声、光、热、力 学直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性 质来实现某种应用功能的陶瓷。广泛应用于电子 技术、能源开发、传感技术和生物技术等各个领 域。
功能陶瓷通常根据其本征的功能及其主要用 途进行分类：
机械材料；热学材料；电学材料； 光学材料；化学材料；生物材料。
（半导体）
.
22
压敏陶瓷
定义：是指具有非线性伏－
安特性、对电压变化敏感的 半导体陶瓷。
特点：它在某一临界电压以 下电阻值非常高，几乎没有 电流，但当超过这一临界电 压时，电阻将急剧变化，并 且有电流通过。随着电压的 少许增加，电流会很快增大。 其I－V特性曲线如下图
•m
105 104 103 102 101 100 10-1
0
CTR
PTC
NTC
50
100
150
200
t/℃
.
12
PTC热敏陶瓷种类
两个系列：
BaTiO3基PTC
特点：具有优良PTC效应，Tc温度区域电阻率跃变达 103－107
V2O3基PTC材料 特点：在常温下电阻率很小，其PTC属于金属－绝缘
～20
0.01 － 有/有
V2O3系热敏电阻 (1~3)*10-3
5~400 5～30 －20～＋150 约4 约1 约400 无/无
.
14
PTC热敏陶瓷的应用
实用价值特性： 电阻率－温度、电流－电压、电流－时间、 等温发热电阻、收缩振荡、发热。
.
15
应用方面：
a. 对温度敏感，如马达的过热保护、液面深度 探测、温度控制和报警、非破坏性保险丝、 晶体管过热保护、温度电流控制器等；
.
8
8.2 敏感陶瓷
定义：当作用于材料元件上的某一外界条件 如温度、压力、湿度、气氛、电场、磁场、 光及射线等改变时，能引起该材料某种物理 性能的变化，从而能从这些元件上准确迅速 地获得某种有用的信号。 分类：热敏、压敏、湿敏、气敏、声波敏感 陶瓷、磁敏和多敏性陶瓷
.
9
热敏陶瓷 热敏陶瓷是一类其电阻率随温度发生明显 变化的材料。
.
6
生物活性陶瓷
表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷（生物降解陶瓷）
表面生物活性陶瓷特点：通常含有羟基，可做成多孔性， 生物组织可长入并同其表面发生牢固的键合
生物吸收性陶瓷特点：能部分吸收或者全部吸收，在生 物体内能诱发新生组织的生长。
.
7
生物活性陶瓷主要物质
1. 生物活性玻璃 2. 羟基磷灰石陶瓷 3. 磷酸三钙
t
1 dR B RdT T2
.
17
热敏电阻常数B可以表征和比较陶瓷材料的温度 特性，B值越大，热敏电阻的电阻对于温度的变化 率越大。一般常用的热敏电阻陶瓷的B＝2000～ 6000K，高温型热敏电阻陶瓷的B值约为10000～ 15000K。
NTC热敏电阻的温度系数αT在工作温度范围内 并不是常数，是随温度的升高而迅速减小。B值越 大，则在同样温度下的αT也越大，即制成的传感器 的灵敏性越高。因此温度系数只表示NTC热敏电阻 陶瓷在某个特定温度下的热敏性
.
2
陶瓷功能材料的改进方法
a. 从材料的组成上直接调节，优化其内在品质， 包括采用非化学式计量、离子置换、加入不 同类型杂质，使不同相在微观级复合，形成 不同性质的晶界层等。
b. 通过改变外界条件，即改变工艺条件和提高 陶瓷材料的性能，达到获得优质材料的目的。

.
3
1）生物陶瓷
概念：具有特殊生理行为的陶瓷材料，可以 作为生物体部分功能或形态修复材料。
定义：是一种具有开关特性的负温度系数 的热敏电阻。当达到临界温度时，引起半 导体陶瓷－金属相变。
CRT热敏电阻主要是以VO2为基本成分的 半导体陶瓷，在68℃附近具有很大的负温 度系数，故称为剧变温度热敏电阻。
应用方面：
CRT热敏电阻陶瓷的应用主要是利用其在 特定温度附近电阻剧变的特性，用于电路 的过热保护和火灾报警等方面。
性能要求：
1.无毒性，生物兼容性 2.物理、化学稳定性 3.生物亲和性 4.易消毒 5.抗血栓性
.
4
生物陶瓷分类
1. 生物惰性陶瓷 2. 生物活性陶瓷 3. 生物复合材料
.
5
生物惰性材料
特点：结构稳定，化学键合力强，具有高机 械强度、耐磨性及化学稳定性。
主要材料包括：氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等
主要用途：外科手术中的生物假体，如人工 关节等
分类：PTC、NTC、CTR
.
10
1. PTC热敏电阻陶瓷
1）居里温度Tc 2）PTC热敏陶瓷材料 3）PTC热敏陶瓷的应用
.
11
居里温度Tc
在小于Tc温度区域，电 阻随温度升高而下降，服从 eΔE/2KT规律
在Tc附近时，发生相变， 随温度升高，电阻急剧升高， 称为PTC温度区域
在大于Tc的温度区域， 有呈负温度特征，服从 eΔE/2KT规律
b. 延迟，如彩色电视机自动消磁、马达启动器、 延迟开关等；
c. 加热器，如等温发热件、空调加热器等。
.
16
NTC热敏电阻陶瓷
定义：指随温度升高而其 电阻率按指数关系减 小的 一类陶瓷材料。 负温度系数的温度－电阻 特性：
R
R0
expB(1 T
1 T0
)
式中，R，R0分别为在T和T0（K）时的电阻；B为热敏电阻常数。由此 可得到电阻温度系数：
.
21
CRT热敏电阻陶瓷的制备
CRT热敏电阻陶瓷主要是指以VO2为基本成分的 半导体陶瓷，其制备方法是将V2O5和V或 V2O3粉末混合，放入石英管中，抽真空后加 热至熔点以上。另一方法是将上述粉末的混合 物在可控制氧分压的气氛中烧结。
VO2热敏陶瓷的热敏原理：
金红石结构 单斜结构 67℃
（导体）
体型相变，没有电压效应和频率效应，可用于大电 流领域的过流保护
.
13
性能 室温电阻率ρ20/Ω•cm 无负载电阻增加比 最大负载电阻增加比 转变温度/℃ 温度系数/(%/℃) 最大额定电流密度/(A/mm2) 最大电流密度/(A/mm2) 电压/频率相关
BaTiO3系热敏电阻
3~10000 103~107 约150 －30～＋320