第五章敏感陶瓷

1、1随着科学技术的发展，在随着科学技术的发展，在工业生产领工业生产领域域、科学研究领域科学研究领域和人们的日常生活中，和人们的日常生活中，需要需要迅速增加。迅速增加。2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，在各种类型的敏感元件中，占占有十分重要的地位。有十分重要的地位。 在某些传感器中，是关键材料之一在某些传感器中，是关键材料之一，用于制造，用于制造敏感元件敏感元件。 多属于多属于，是继，是继半导半导体材料之后，又一类新型体材料之后，又一类新型半导体电子陶瓷。半导体电子陶瓷。3用于制造用于制造，是根据某，是根据某些陶瓷的些陶瓷的、等物理量对等物理量对、及及

2、某种气体、某种离子的变化特别某种气体、某种离子的变化特别敏感的特性敏感的特性而制得的。而制得的。按其按其相应的特性相应的特性，可把这些材料分别称，可把这些材料分别称作作、及及。4此外，还有具有此外，还有具有的的压力压力、位置位置、速度速度、声波声波等敏感陶瓷，具有铁氧体性质的等敏感陶瓷，具有铁氧体性质的及具及具有有多种敏感特性的多种敏感特性的等。等。这些这些已广泛应用于已广泛应用于工业检测工业检测、控制仪控制仪器器、交通运输系统交通运输系统、汽车、机器人、防止公害、防、汽车、机器人、防止公害、防灾、公安及家用电器等领域。灾、公安及家用电器等领域。 5物理敏感陶瓷：物理敏感陶瓷：，如，如CdS、

3、CdSe等；等；，如，如PTC陶瓷、陶瓷、NTC和和CTR热敏陶瓷等；热敏陶瓷等；，如，如InSb、InAs、GaAs等；等；6，如罗息盐、水晶、，如罗息盐、水晶、BaTiO3、PZT等；等；，如，如ZnO、SiC等；等；，如，如PbTiO3、PZT等。等。7化学敏感陶瓷化学敏感陶瓷，如，如SnO2、ZnO、ZrO2等；等；，TiO2MgCr2O4、ZnO-Li2O-V2O5等。等。也在积极开发之中。也在积极开发之中。 8是由是由晶粒、晶界、气孔晶粒、晶界、气孔组成的多相组成的多相系统，通过人为的掺杂，可以造成晶粒表系统，通过人为的掺杂，可以造成晶粒表面的面的，在晶粒表层产生，在晶粒表层产生、

4、及及等。等。 9另外，在晶界另外，在晶界 处也会产生处也会产生、及及等。等。这些这些的的组成组成、结构结构变化，变化，显著改变了显著改变了晶界的电性能晶界的电性能，从而导致整个，从而导致整个陶瓷陶瓷电学性能电学性能的显著变化。的显著变化。10即：即：可以通过可以通过或者使或者使而造成而造成等方法获得等方法获得半导性。半导性。：它们的：它们的，利用这一特性，可制成，利用这一特性，可制成各种不同类型的陶瓷敏感器件，如热敏、各种不同类型的陶瓷敏感器件，如热敏、气敏、湿敏、压敏、光敏器件等。气敏、湿敏、压敏、光敏器件等。11是一类是一类、等性质随等性质随发生发生明显变化明显变化的材料，主要用的材料，主

5、要用于制造于制造、及及-(thermistor)。具有具有灵敏度高灵敏度高、稳定性好稳定性好、制制造工艺简单造工艺简单及及价格便宜价格便宜等特点。等特点。12按照热敏陶瓷的按照热敏陶瓷的特性，一般可分特性，一般可分为三大类：为三大类：热敏电阻称为热敏电阻称为，简称，简称PTC热敏电阻热敏电阻( positive temperature coefficient )；13PTC热敏陶瓷热敏陶瓷的电阻的电阻温度曲线温度曲线（R-T曲线）如右曲线）如右图所示：图所示： 其中，居里温其中，居里温度度Tc可通过掺杂来可通过掺杂来调整。调整。1419世纪末，著名物理家居里在自己的实验室世纪末，著名物理家居里

6、在自己的实验室里发现磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到里发现磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到一定温度时，原来的磁性就会消失。后来，人们一定温度时，原来的磁性就会消失。后来，人们把这个温度叫把这个温度叫“居里温度居里温度”（ the Curie temperature ）。）。 15，也称，也称或或，是指材，是指材料可以在料可以在和和之间改变的温度，即铁电之间改变的温度，即铁电体从体从转变成转变成引的相变温度。也可以说引的相变温度。也可以说是发生二级相变的转变温度。是发生二级相变的转变温度。当温度当温度时该物质成为时该物质成为，此时和材料有关的磁场很难改变。此时和材料有关的磁场很难改变。当

7、温度当温度时时,该物质成为该物质成为，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。16PTC是一种以钛酸钡是一种以钛酸钡(BaTiO3)为主要成分的为主要成分的材料，具有材料，具有的特性，的特性，特别是在居里温度点附近电特别是在居里温度点附近电阻值跃升有阻值跃升有37个数量级。个数量级。 17的的热敏电阻热敏电阻称为称为，简称，简称NTC热敏电热敏电阻阻( negative temperature coefficient )；热敏电阻，简称为热敏电阻，简称为CTR( critical temperature resistor )。 18BaTiO3 PTC陶

8、瓷陶瓷19当当BaTiO3陶瓷材料中的晶粒充分半导化，陶瓷材料中的晶粒充分半导化，而晶界具有适当绝缘性时，才具有而晶界具有适当绝缘性时，才具有PTC效应。效应。 PTC效应完全是由其晶粒和晶界的电效应完全是由其晶粒和晶界的电性能决定，没有晶界的单晶不具有性能决定，没有晶界的单晶不具有PTC效应。效应。20由于在常温下陶瓷是绝缘体，要使它们变成由于在常温下陶瓷是绝缘体，要使它们变成半导体，需要一个半导化。半导体，需要一个半导化。所谓半导化，是指在禁带中形成附加能级：所谓半导化，是指在禁带中形成附加能级：施主能级或受主能级。在室温下，就可以受到热施主能级或受主能级。在室温下，就可以受到热激发产生导

9、电载流子，从而形成半导体。激发产生导电载流子，从而形成半导体。21形成附加能级的方法：通过化学计量比偏离形成附加能级的方法：通过化学计量比偏离和掺杂。和掺杂。A、化学计量比偏离、化学计量比偏离在氧化物半导体陶瓷的制备过程中，通过控制烧在氧化物半导体陶瓷的制备过程中，通过控制烧结温度、烧结气氛以及冷却气氛等，产生化学计结温度、烧结气氛以及冷却气氛等，产生化学计量的偏离。量的偏离。B、掺杂、掺杂在氧化物中，掺入少量高价或低价杂质离子，引在氧化物中，掺入少量高价或低价杂质离子，引起氧化物晶体的能带畸变，分别形成施主能级和起氧化物晶体的能带畸变，分别形成施主能级和受主能级。从而形成受主能级。从而形成n

10、型或型或p型半导体陶瓷。型半导体陶瓷。22纯纯BaTiO3具有具有，常温下电子常温下电子激发很少激发很少，其，其室温下的电阻率室温下的电阻率为为1012cm，已接近绝缘体，不具有已接近绝缘体，不具有PTC电阻特性。电阻特性。23将将BaTiO3的电阻率降到的电阻率降到104cm以下，以下，使其使其成为半导体的过程成为半导体的过程称为称为。即在其禁带中引入一些即在其禁带中引入一些：施主能级或受主能级。：施主能级或受主能级。24通常情况下，通常情况下，多数是多数是靠近导带靠近导带底的底的；而；而多数是多数是靠近价带顶的靠近价带顶的。施主能级施主能级或或受主能级受主能级的的一般比较一般比较小，因此，

11、在室温下就可小，因此，在室温下就可产生产生，从而形成半导体。，从而形成半导体。25形成形成主要通过两种途径：主要通过两种途径：和和，使得，使得具有具有优良优良的导电性的导电性，而，而具有具有高的势垒层高的势垒层，形成，形成绝缘体。绝缘体。 26BaTiO3的的半导化半导化采用采用在在真空、惰性气体或还原性气体真空、惰性气体或还原性气体中加热中加热BaTiO3。由于由于失氧失氧，BaTiO3内产生内产生氧缺位氧缺位，为，为了了保持电中性保持电中性，部分，部分Ti4+将俘获电子成为将俘获电子成为Ti3+。在强制还原以后，需要在强制还原以后，需要在氧化气氛下在氧化气氛下重新热处理，才能得到较好的重新

12、热处理，才能得到较好的PTC特性，特性，电阻率为电阻率为1-103cm。 27采用采用使使BaTiO3半导化的方法之一是半导化的方法之一是，该法也称，该法也称。如果用离子半径与如果用离子半径与Ba2+相近的三价离子相近的三价离子(如如La3+、Ce3+、Nd3+、Ga3+、Sm3+、Dy3+、Y3+、Bi3+、Sb3+等等)置换置换Ba2+，或者用离子半径与或者用离子半径与Ti4+相近的五价离子相近的五价离子(如如Ta5+、Nb5+、Sb5+等等)置置换换Ti4+，采用采用普通陶瓷工艺普通陶瓷工艺，即能获得电阻率，即能获得电阻率为为103-105cm的的n型型BaTiO3半导体。半导体。28五

13、价离子五价离子对对BaTiO3的电阻率的电阻率影响很大。影响很大。一般情况下，电阻率一般情况下，电阻率，达到某一浓度时达到某一浓度时，电阻率降至最低，电阻率降至最低值，值，继续增加浓度继续增加浓度，电阻率则迅速提高，甚，电阻率则迅速提高，甚至变成绝缘体。至变成绝缘体。29 BaTiO3的电阻率降至最低点的的电阻率降至最低点的(质量分数质量分数)为：为：Nd 0.05，Ce、La、Nb 0.20.3，Y 0.35 30采用采用使使BaTiO3半导化半导化的方法之二的方法之二是是， 以， 以 S i O2或或 A S T ( 1/3A12O3 3/4SiO21/4TiO2 )对对BaTiO3进进行

14、掺杂，行掺杂，AST加入量加入量3(摩尔分数摩尔分数)于于1260 -1380烧成后，电阻率为烧成后，电阻率为40-100cm。31典型的典型的PTC如下：如下： 主成分主成分：( Ba0.93Pb0.03Ca0.04 )TiO3 + 0.0011Nb2O5 + 0.01TiO2(先预烧先预烧)； 辅助成分辅助成分摩尔分数：摩尔分数：Sb2O3 0.06，MnO2 0.04，SiO2 0.5，A12O3 0.167，Li2CO3 0.1。 32一般陶瓷材料都有一般陶瓷材料都有，但，但温度系数的温度系数的绝对值小绝对值小，稳定性差稳定性差，不能应用，不能应用于于高温和低温高温和低温场合。场合。是

15、用是用特定组分合成特定组分合成，其电阻率随温度升高按指数关系减小其电阻率随温度升高按指数关系减小的一类的一类陶瓷陶瓷33NTC具有电阻值随具有电阻值随着温度升高而减小的特着温度升高而减小的特性，按照使用温度可分性，按照使用温度可分为低温（为低温（-1300）、）、常温（常温（-50350）及）及高温（高温（300）用三种）用三种类型，主要应用于温度类型，主要应用于温度测量和温度补偿。测量和温度补偿。34绝大多数是具有绝大多数是具有的的过渡金属固熔体过渡金属固熔体。NTC热敏电阻通常都是以热敏电阻通常都是以Mn3O4为主材料，同为主材料，同时引入时引入CoO、NiO、CuO、Fe2O3等，使其在

16、高温等，使其在高温下形成尖晶石结构的半导体材料，主要有二元、三下形成尖晶石结构的半导体材料，主要有二元、三元及四元系材料。元及四元系材料。 其中，其中，有有: Cu-Mn、Co-Mn、Ni-Mn等。等。35其中，其中，最有实用意义的最有实用意义的为为Co-Mn系材料系材料。它在。它在20时的电阻率为时的电阻率为103cm，主晶相为主晶相为MnCo2O4。随着随着Mn含量的增大含量的增大，则形成，则形成MnCo2O4和和MnCo2O4的固溶体，电阻的固溶体，电阻率逐渐增大。率逐渐增大。36有：有：Mn-Co-Ni、Mn-Cu-Ni、Mn-Cu-Co等等和和Cu-Fe-Ni、Cu-Fe-Co等等。

17、在在中，随着中，随着Mn含量的含量的增大，电阻率增大。增大，电阻率增大。此外，还有此外，还有Cu-Fe-Ni，CO四元系等。四元系等。 37工作温度工作温度的热敏电阻的热敏电阻(NTC)常称为常称为。有广泛的应用前景，尤其有广泛的应用前景，尤其在在汽车空气燃料比汽车空气燃料比传感器方面，有很大的传感器方面，有很大的实用价值。实用价值。38其中，主要使用的两种其中，主要使用的两种为：为： (1) Pr、Er、Tb、Nd、Sm等氧化物，加入等氧化物，加入适量适量其他过渡金属氧化物其他过渡金属氧化物，在，在 烧结后，可在烧结后，可在 工作。工作。39(2)MgAl2O4-MgCr2O4-LaCrO3

18、或或(LaSr)CrO3 三元系材料三元系材料 该系材料适用于该系材料适用于温区。温区。40工作温度在工作温度在的热敏电阻材料的热敏电阻材料(NTC)称为称为。以以为为主，加入主，加入La、Nd、Pd等的氧化物。等的氧化物。主要材料有主要材料有Mn-Ni-Fe-Cu、Mn-Cu-Co、Mn-Ni-Cu等。等。 41（1）化学计量比偏离）化学计量比偏离 采用氧化或还原气氛烧结，分别产生采用氧化或还原气氛烧结，分别产生p型和型和n型型半导体，形成电子或空穴导电。半导体，形成电子或空穴导电。（2）掺杂）掺杂 在主成分中引入少量与主成分金属离子种类不在主成分中引入少量与主成分金属离子种类不同、电价不等

19、的金属离子，产生不等价置换，从而同、电价不等的金属离子，产生不等价置换，从而产生产生产生产生p型和型和n型半导体，实现电子或空穴导电。型半导体，实现电子或空穴导电。42主要是指主要是指的半导体陶瓷，的半导体陶瓷，在在68附近附近达到达到3-4个数量级，具有个数量级，具有, 因此称为因此称为或或。43这种这种具有具有和和，故可作，故可作或或。这一这一特定温度特定温度称称。电阻值的急剧变化，通常是电阻值的急剧变化，通常是随温度的升随温度的升高高，在临界温度附近在临界温度附近，。44V是是，它有，它有5价、价、4价等多种价价等多种价态，因此，态，因此，V系有多种氧化物，如系有多种氧化物，如V2O5、

20、VO2、V2O3、VO等。等。这些氧化物各有这些氧化物各有。每种。每种V系氧化物与系氧化物与B、Si、P、Mg、Ca、Sr、Ba、Pb、La、Ag等氧化物形成等氧化物形成，可上，可上、下移动其临界温度。、下移动其临界温度。 45热敏电阻在热敏电阻在中的应用最广中的应用最广，它虽不适于，它虽不适于高精度的测量高精度的测量，但其，但其价格低价格低廉廉，多用于，多用于等。等。46有两种用途：有两种用途：一是用于一是用于，PTC热敏电阻通过热敏电阻通过自身发热而工作，达到设定温度后，便自动恒自身发热而工作，达到设定温度后，便自动恒温，因此不需另加控制电路，如用于温，因此不需另加控制电路，如用于、等。等

21、。47二是用作二是用作，如，如彩电消磁器彩电消磁器、节能灯用节能灯用电子镇流器电子镇流器、程控电话保安器程控电话保安器、冰箱电机启动器冰箱电机启动器等。等。48在现代社会，人们在现代社会，人们在生活和工作中在生活和工作中使用使用和接触的和接触的越来越多，其中某些越来越多，其中某些易燃、易易燃、易爆、有毒气体爆、有毒气体及其及其混合物混合物一旦泄露到大气中一旦泄露到大气中，会造成，会造成大气污染大气污染，甚至引起，甚至引起爆炸和火灾爆炸和火灾。49是一种是一种陶瓷材陶瓷材料，料，(或称或称)由由于其具有于其具有灵敏度高灵敏度高、性能稳定性能稳定、结构简单结构简单、体积小体积小、价格低廉价格低廉、

22、使用方便使用方便等优点，等优点，得到迅速发展。得到迅速发展。 50利用陶瓷的表面性质可制成气敏元件，它们对探测的气体有敏感性，同时又有稳定的物理和化学性质。气敏陶瓷元件设备结构简单、灵敏度高、使用方便、价格便宜等优点，主要用于防灾报警，在防止火灾及检测计量等方面，用途很广。但它也有好多缺点，比如选择性差，重复性和稳定性也需进一步提高。51气敏陶瓷大致可分为气敏陶瓷大致可分为、及及三种：三种：52 按照按照来分类，如来分类，如SnO2型、型、ZnO型、型、 -Fe2O3型、型、 -Fe2O3型、钙钛矿化合型、钙钛矿化合物型、物型、TiO2型等。型等。53是一类介于是一类介于的奇特固体的奇特固体材

23、料，其材料，其主要特征主要特征是它的是它的，如，如ZrO2氧敏陶瓷氧敏陶瓷，K2SO4、Na2SO4等碱金属硫酸盐等。等碱金属硫酸盐等。54用用作母线，表面用作母线，表面用陶瓷涂层陶瓷涂层、触媒材料触媒材料、防晶粒生长材料防晶粒生长材料以及以及防触媒中防触媒中毒材料毒材料等涂层所制成。等涂层所制成。 55吸附气体分子时吸附气体分子时，半导体的，半导体的将随将随半导体类型半导体类型和和气体分子种类气体分子种类的的不同而变化。不同而变化。56吸附气体一般分为物理吸附和化学吸附吸附气体一般分为物理吸附和化学吸附两大类。被吸附的气体一般也可分为两类。两大类。被吸附的气体一般也可分为两类。具有具有称为称

24、为氧化性氧化性(或电子受容性或电子受容性)气体气体，如，如O2、NOx等。等。具有具有称为称为还原性还原性(或电子供出性或电子供出性)气体气体，如，如H2、CO、乙醇等。乙醇等。5758SnO2系气敏陶瓷是系气敏陶瓷是，是，是以以SnO2为基材为基材，加入催化剂、黏结加入催化剂、黏结剂等剂等，按照，按照常规的陶瓷工艺方法常规的陶瓷工艺方法制成的。制成的。 59 以以为基为基本原料，本原料，粉料越细粉料越细，比表面积越大比表面积越大，对，对被测气体越敏感被测气体越敏感。60制造制造的方法有的方法有、及及等。等。61用用SnCl4或或SnCl2制备制备SnO2，这两种方这两种方法最后均需煅烧，其法

25、最后均需煅烧，其对于对于SnO2粉粉料的料的、影响很大。影响很大。62所用所用多为多为，它们有不同的作用，主要是，它们有不同的作用，主要是Sb2O3、V2O5、MgO、PbO、CaO等。等。63SnO2系气敏陶瓷制造的气敏元件有如下特点：系气敏陶瓷制造的气敏元件有如下特点：，出现，出现最高灵敏度的温度较低最高灵敏度的温度较低，约在约在300；，在，在低浓度范围，这种变化十分明显，非常适用低浓度范围，这种变化十分明显，非常适用于于对低浓度气体的检测对低浓度气体的检测；64，而且，而且；，待测气体，待测气体可通过可通过气敏元件电阻值的变化气敏元件电阻值的变化直接转化为直接转化为信号，且阻值变化大，

26、可用信号，且阻值变化大，可用简单电路简单电路实现实现自动测量；自动测量；65，；，和和。 66利用利用吸附还原气体时吸附还原气体时来检测还原气体来检测还原气体，已广泛应用于，已广泛应用于家用家用、生产用、生产用和和等。等。67对对特别敏特别敏感，广泛用于感，广泛用于CO报警报警和和工作环境的空气工作环境的空气监测监测等。等。68已进入已进入对于对于可燃性气体可燃性气体，例如，例如H2、CO、甲烷、丙烷甲烷、丙烷、乙醇、酮或芳香族气体等，具有、乙醇、酮或芳香族气体等，具有，因而，因而SnO2气敏元件气敏元件。 69氧化锌系气敏陶瓷元件最突出的优点氧化锌系气敏陶瓷元件最突出的优点是是，一般加入适量

27、的，一般加入适量的来来提高陶瓷元件的灵敏度提高陶瓷元件的灵敏度。70对异丁烷、丙烷、乙对异丁烷、丙烷、乙烷等烷等有较高灵敏度有较高灵敏度，碳氢化合，碳氢化合物中物中。71的的氧化锌气敏陶瓷元件氧化锌气敏陶瓷元件对对H2、CO灵敏度灵敏度较高，对较高，对碳氢化合物灵敏度碳氢化合物灵敏度较差。较差。的的氧化锌气敏陶瓷元件氧化锌气敏陶瓷元件对对乙醇、乙醇、苯和煤气苯和煤气较灵敏，且成本也较低。较灵敏，且成本也较低。72的结构与二氧化锡的结构与二氧化锡的不同，可以把它做成的不同，可以把它做成，将，将半导体元件半导体元件与催化物与催化物分离，这样可以分离，这样可以更换催化剂更换催化剂来来提高提高元件的气

28、体选择性元件的气体选择性，其缺点是，其缺点是。 73常见的铁的氧化物有常见的铁的氧化物有：FeO、Fe2O3和和Fe3O4；74其中，其中，Fe2O3有有： Fe2O3和和 Fe2O3均被发现具有均被发现具有。 Fe2O3具有具有结构。从结构。从热稳热稳定性定性来看来看 Fe2O3较优，但从较优，但从灵敏度灵敏度而言则而言则比比 Fe2O3差。差。75最大的特点最大的特点是是也能得到也能得到较高的催化性较高的催化性，高高温下热稳定性好温下热稳定性好。 Fe2O3对对丙烷气体丙烷气体较灵敏，但对较灵敏，但对甲烷甲烷就不灵敏。就不灵敏。76 Fe2O3的的好，对好，对甲烷乃至甲烷乃至异丁烷异丁烷都

29、非常灵敏，对都非常灵敏，对水蒸气和乙醇水蒸气和乙醇等却不等却不灵敏。灵敏。 Fe2O3作作非常非常合适。因它对合适。因它对水蒸气和乙醇水蒸气和乙醇等不灵敏，故不等不灵敏，故不会因会因水蒸气及酒精的存在水蒸气及酒精的存在而误报。而误报。 77，通常是指，通常是指空气中水蒸气的含量空气中水蒸气的含量。湿度与人类的日常生活和生产活动有着湿度与人类的日常生活和生产活动有着十分密切的关系，因此需要随时监测空气湿十分密切的关系，因此需要随时监测空气湿度。度。可将可将湿度的变化湿度的变化以以输出，易于实现输出，易于实现远距离监测远距离监测、记录和、记录和反馈的自动控制。反馈的自动控制。 78湿敏陶瓷是指对空

30、气或其它气体、液体和固体物质中水分含量敏感的陶瓷材料。湿敏电阻可将温度的变化转换为电讯号，易于实现湿度指示，记录和控制自动化。优秀的湿敏传感器陶瓷应具备下列特性：高可靠性和长寿命；用于各种有腐蚀性气体的场合时，传感器的特性不变；用于多种污染环境，其特性不漂移；传感器特性的温度稳定性好；能用于宽的湿度范围和温度范围；在全湿度量程内，传感器的变化要易于测量；便于生产，价格便宜；有好的互换性。对于湿敏陶瓷元件来说，提高灵敏度、再现性和稳定性是我们目前需要解决的主要问题。79以湿敏材料制造的以湿敏材料制造的配以配以即成为即成为。根据湿敏材料的根据湿敏材料的性能性能及其及其使用功能使用功能可分为以下四类

31、：可分为以下四类：80，如，如LiCl电解质型。电解质型。，有电解质型，有电解质型(离子离子交换树脂交换树脂)、膨润型、电容型。、膨润型、电容型。，有电容型、电阻，有电容型、电阻型、阻抗型。型、阻抗型。，如半导体硅材料。，如半导体硅材料。其中，最常用的为其中，最常用的为湿湿敏电阻型。敏电阻型。81湿敏陶瓷材料湿敏陶瓷材料种类种类繁多，繁多，化学组成化学组成复复杂。杂。按按可将可将湿敏半导体陶瓷湿敏半导体陶瓷分为分为、和和。 82MgCr2O4-TiO2系湿敏陶瓷是系湿敏陶瓷是多孔湿敏陶瓷多孔湿敏陶瓷结构，结构，达达30-40，具有，具有良好的透湿性能良好的透湿性能。MgCr2O4-TiO2系湿

32、敏陶瓷的系湿敏陶瓷的可采可采用用传统陶瓷的制造方法传统陶瓷的制造方法，但原料必须采用化学，但原料必须采用化学纯或分析纯级。纯或分析纯级。83MgCr2O4-TiO2系湿敏陶瓷的制造工艺系湿敏陶瓷的制造工艺流程如下：流程如下：MgO、Cr2O3、TiO2 称量称量 球磨球磨 干燥干燥 造粒造粒 干压干压烧结烧结 切片切片 电极电极 引线引线 装配装配 测试测试 84MgCr2O4-TiO2系系具有具有很高的很高的湿度活性湿度活性，湿度响应快湿度响应快，对温度、时间、，对温度、时间、湿度和电负荷的湿度和电负荷的，是很有应用前，是很有应用前途的途的湿敏传感器陶瓷材料湿敏传感器陶瓷材料，已用于，已用于

33、。程序控制的微波炉，根据程序控制的微波炉，根据处于微波炉处于微波炉蒸汽排口处的蒸汽排口处的的相对湿度反馈的相对湿度反馈信息，调节烹调参数。信息，调节烹调参数。 85此外，目前比较常见的此外，目前比较常见的还有还有ZnCr2O4为主晶相系为主晶相系半导体陶瓷半导体陶瓷，以，以及新研究的及新研究的。 86陶瓷湿度传感器结构陶瓷湿度传感器结构87Si-Na2O-V2O5系湿敏陶瓷是系湿敏陶瓷是，其主晶相是具有半导性，其主晶相是具有半导性的硅粉。的硅粉。烧结温度较低烧结温度较低(一般低于一般低于900)，烧结，烧结时时固相反应不完全固相反应不完全，烧结后收缩率很小烧结后收缩率很小。其阻值为其阻值为10

34、2-107 ，随相对湿度，随相对湿度以指数规以指数规律律变化，测量范围为变化，测量范围为(25100)RH。88Si-Na-V系湿敏陶瓷的系湿敏陶瓷的是由于是由于Na2O和和V2O5吸附水分，使吸湿后硅粉粒间的吸附水分，使吸湿后硅粉粒间的电阻值显著降低。电阻值显著降低。这种元件的这种元件的是是温度稳定性较好温度稳定性较好，可在，可在100下工作，阻值范围可调，工作寿命长。下工作，阻值范围可调，工作寿命长。是是响应速度慢响应速度慢，有，有明显湿滞现象明显湿滞现象，不，不能用于能用于湿度变化不剧烈的场合湿度变化不剧烈的场合。89湿敏陶瓷的应用很广泛，主要湿敏陶瓷的应用很广泛，主要应用于应用于家电家

35、电、汽车汽车、医疗医疗、工业设工业设备备、农、林、畜牧业农、林、畜牧业等领域。等领域。 90一般电阻器的电阻值可以认为是一个恒一般电阻器的电阻值可以认为是一个恒定值，即流过它的电流与施加电压成线性关定值，即流过它的电流与施加电压成线性关系。系。压敏陶瓷是指压敏陶瓷是指，用这，用这种材料制成的电阻称为种材料制成的电阻称为。91压敏陶瓷对电压变化极为敏感，且其电阻与电压呈非线性关系。在某一临界电压以下电阻值很高，几乎没有电流通过，但当电压超过其压敏电压时，电阻迅速下降，电流急剧增大。这种呈浪涌形的特殊伏安特性可用做电压保护装置。目前应用最广，性能最好的是ZnO压敏半导体陶瓷，它的耐压特性范围为，已

36、经形成了系列化产品，被广泛用作各种电子仪器、电视机、录音机和电力控制设备的低压和高压的过电压保护元件，高能量浪涌吸收元件和高压稳压元件。92制造制造有有SiC、ZnO、BaTiO3、Fe2O3、SnO2、SrTiO3等。等。其中其中BaTiO3、Fe2O3利用的是利用的是，而，而SiC、ZnO、SrTiO3利用的是利用的是。目前，应用最广、性能最好的是目前，应用最广、性能最好的是。 93压敏电阻陶瓷具有压敏电阻陶瓷具有，对，对电压变化非常敏感。电压变化非常敏感。在在某一临界电压某一临界电压以下，压敏电阻陶瓷电以下，压敏电阻陶瓷电阻值非常高，几乎没有电流；但当阻值非常高，几乎没有电流；但当超过这

37、一超过这一临界电压时临界电压时，电阻将急剧变化，并且有电流，电阻将急剧变化，并且有电流通过。随着电压的少许增加，电流会很快增通过。随着电压的少许增加，电流会很快增大。大。压敏电阻陶瓷的这种电流压敏电阻陶瓷的这种电流-电压特性曲线电压特性曲线如图所示。如图所示。 941.齐钠二极管；齐钠二极管；2.SiC压敏电阻；压敏电阻；3.ZnO压敏电阻；压敏电阻；4.线性电阻；线性电阻；5.ZnO压敏电阻。压敏电阻。 压敏电阻的压敏电阻的I-U特性曲线特性曲线95由图可见，压敏电阻陶瓷的由图可见，压敏电阻陶瓷的，其电阻值，其电阻值在一定电流范围在一定电流范围内内呈非线性变化。呈非线性变化。因此，因此，又称

38、又称，用，用这种陶瓷制造的器件叫这种陶瓷制造的器件叫。 96ZnO系压敏电阻陶瓷是压敏电阻陶瓷中系压敏电阻陶瓷是压敏电阻陶瓷中。成分是成分是ZnO，并添加并添加Bi2O3、CoO、MnO、Cr2O3、Sb2O3、TiO2、SiO2、PbO等等氧化物氧化物经改性烧结经改性烧结而成。而成。97ZnO压敏电阻器的应用很广，可归结压敏电阻器的应用很广，可归结为如下两方面：为如下两方面： 过压保护过压保护 稳定电压稳定电压98各种大型整流设备、大型电磁铁、大型各种大型整流设备、大型电磁铁、大型电机、通讯电路、民用设备电机、通讯电路、民用设备在开关时在开关时，会引会引起很高的过电压起很高的过电压，需要进行保护，以延长使，需要进行保护，以延长使用寿命。故在电路中接入用寿命。故在电路中接入可以抑制可以抑制过电压。过电压。此外，此外，还可作还可作晶体管保护晶体管保护、变变压器次级电路的半导体器件的保护压器次级电路的半导体器件的保护以及以及大气大气过电压保护过电压保护等。等。 99由于由于具有具有优异的非线性优异的非线性和短的响应时间，且温度系数小、压敏电压和短的响应时间，且温度系数小、压敏电压的稳定度高的稳定度高，故