熱敏電阻陶瓷是功能陶瓷的一種，功能陶瓷的發(fā)展始于上世紀(jì)30年代，經(jīng)歷從電介質(zhì)陶瓷→壓電鐵電陶瓷→半導(dǎo)體陶瓷→快離子導(dǎo)體陶瓷→高溫超導(dǎo)陶瓷的發(fā)展過程，目前已發(fā)展成為性能多樣、品種繁多、使用廣泛、市場占有份額很高的一大類先進(jìn)陶瓷材料。近幾十年來，在人類社會對能源、計算機(jī)、信息、汽車和家電等現(xiàn)代技術(shù)的迫切需求的牽引下，作為一種對溫度或電流敏感的元件，熱敏電阻得以迅速發(fā)展。
熱敏功能陶瓷器件正朝著超低阻、高耐壓、高可靠、大功率、片式化發(fā)展。熱敏電阻陶瓷按阻溫特性可分為三種：①正溫度系數(shù)熱敏電阻陶瓷，簡稱PTC熱敏陶瓷；②負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻陶瓷，簡稱NTC熱敏陶瓷；③臨界溫度熱敏電阻陶瓷，簡稱CTR熱敏陶瓷。本周讓我們先來了解一下PTC熱敏電阻陶瓷。
1.PTC熱敏電阻陶瓷
PTC是Positive Temperature Coefficient的縮寫，意思是正的溫度系數(shù)，泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件。通常我們提到的PTC是指正溫度系數(shù)熱敏電阻，簡稱PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻，超過一定的溫度（居里溫度）時，它的電阻值會隨著溫度的升高呈階躍性的增高。目前使用的PTC材料主要分為陶瓷基PTC材料和高分子基PTC材料兩種類型。陶瓷基PTC材料于1955年被荷蘭菲利普公司的Herman最早發(fā)行并公開報道，后經(jīng)貝爾實驗室和日本村田制作所研究生產(chǎn)于1961年開始實用化。陶瓷材料通常用作高電阻的優(yōu)良絕緣體，而陶瓷PTC熱敏電阻是以鈦酸鋇為基，摻雜其它的多晶陶瓷（主要是摻雜BaTiO3系陶瓷）制備的，具有較低的電阻及半導(dǎo)特性。BaTiO3是鐵電體，作為高容量電容器及壓電陶瓷已被廣泛應(yīng)用。但是再通過BaTiO3進(jìn)行摻雜，控制燒結(jié)氣氛（氧化氣氛），還可獲得晶粒充分半導(dǎo)化，晶界具有適當(dāng)電絕緣性的PTC熱敏陶瓷。
2.BaTiO3陶瓷產(chǎn)生PTC效應(yīng)的條件
BaTiO3陶瓷是否具有PTC效應(yīng)，完全由其晶粒和晶界的電性能決定，沒有晶界的單晶不具有PTC效應(yīng)。大量試驗結(jié)果表明，晶粒和晶界都充分半導(dǎo)化及晶粒半導(dǎo)化，而晶界或邊界層充分絕緣化的BaTiO3陶瓷都不具有PTC效應(yīng)，而只有晶粒充分半導(dǎo)化，晶界具有適當(dāng)絕緣性的BaTiO3陶瓷才具有顯著的PTC效應(yīng)。
3.PTC熱敏陶瓷電阻的應(yīng)用
（1）應(yīng)用在燃濾加熱器中：
通過在燃油濾清器中增設(shè)恒溫PTC熱敏電阻類型的加熱器，可以提升燃油的溫度，從而增加燃油的流動性。這可以避免燃油在寒冷地區(qū)或低溫條件下發(fā)生膠質(zhì)、石蠟析出，以及水滴結(jié)冰堵塞濾芯，解決低溫條件下發(fā)動機(jī)噴嘴易堵塞，供油不暢等問題。
（2）應(yīng)用在LED照明設(shè)備中：
盡管LED具有高效照明、低耗電的特點，但作為高亮度LED元件本身卻處于異常的高溫狀態(tài)。村田制作所生產(chǎn)的陶瓷PTC熱敏電阻“POSISTOR”能簡單實現(xiàn)LED照明設(shè)備過熱保護(hù)的方法，不僅能降低成本，還能提高LED照明設(shè)備的安全性。
（3）應(yīng)用在空調(diào)器上：
PTC加熱器具具有節(jié)能、恒溫、安全、壽命長的特點，并逐漸取代電熱管成為解決空調(diào)器低溫制熱效果差的問題。PTC電加熱能夠根據(jù)房間溫度的變化以及室內(nèi)機(jī)風(fēng)量的大小改變發(fā)熱量，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，從而達(dá)到迅速、強(qiáng)勁制熱的目的，有效改善空調(diào)在寒冷無地暖地區(qū)的運用。
（4）應(yīng)用在電源電路設(shè)計中
PTC熱敏電阻元件能夠在電路發(fā)生短路故障時發(fā)揮自身特性，內(nèi)阻迅速無窮倍增大，來阻斷電路中的大電流，有效保護(hù)電路安全。當(dāng)故障排除時，又會恢復(fù)到最初的低阻狀態(tài)，繼續(xù)導(dǎo)通電路。使用PTC熱敏電阻可以對電源電路進(jìn)行有效的限流保護(hù)，合理的設(shè)計熱敏電阻能使電源電路可靠高效的運行。
（5）應(yīng)用在通信設(shè)備上
PTC熱敏陶瓷電阻可以用來加熱芯片，應(yīng)用在通信設(shè)備的低溫加熱領(lǐng)域，根據(jù)其在-40℃低溫下，電阻值很小，功率大，可對設(shè)備進(jìn)行快速加熱；待加熱到芯片能正常啟動時，PTC熱敏電阻的溫度還沒達(dá)到居里溫度，加熱器就會被關(guān)停。因此它可以滿足設(shè)備低溫下的加熱要求。