热敏电阻陶瓷系列之PTC热敏陶瓷

热敏电阻陶瓷是功能陶瓷的一种，功能陶瓷的发展始于上世纪30年代，经历从电介质陶瓷→压电铁电陶瓷→半导体陶瓷→快离子导体陶瓷→高温超导陶瓷的发展过程，目前已发展成为性能多样、品种繁多、使用广泛、市场占有份额很高的一大类先进陶瓷材料。近几十年来，在人类社会对能源、计算机、信息、汽车和家电等现代技术的迫切需求的牵引下，作为一种对温度或电流敏感的元件，热敏电阻得以迅速发展。

热敏功能陶瓷器件正朝着超低阻、高耐压、高可靠、大功率、片式化发展。热敏电阻陶瓷按阻温特性可分为三种：①正温度系数热敏电阻陶瓷，简称PTC热敏陶瓷；②负温度系数热敏电阻陶瓷，简称NTC热敏陶瓷；③临界温度热敏电阻陶瓷，简称CTR热敏陶瓷。本周让我们先来了解一下PTC热敏电阻陶瓷。

1.PTC热敏电阻陶瓷

PTC是Positive Temperature Coefficient的缩写，意思是正的温度系数，泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻。PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度（居里温度）时，它的电阻值会随着温度的升高呈阶跃性的增高。目前使用的PTC材料主要分为陶瓷基PTC材料和高分子基PTC材料两种类型。陶瓷基PTC材料于1955年被荷兰菲利普公司的Herman最早发行并公开报道，后经贝尔实验室和日本村田制作所研究生产于1961年开始实用化。陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体，而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基，掺杂其它的多晶陶瓷（主要是掺杂BaTiO3系陶瓷）制备的，具有较低的电阻及半导特性。BaTiO3是铁电体，作为高容量电容器及压电陶瓷已被广泛应用。但是再通过BaTiO3进行掺杂，控制烧结气氛（氧化气氛），还可获得晶粒充分半导化，晶界具有适当电绝缘性的PTC热敏陶瓷。

2.BaTiO3陶瓷产生PTC效应的条件

BaTiO3陶瓷是否具有PTC效应，完全由其晶粒和晶界的电性能决定，没有晶界的单晶不具有PTC效应。大量试验结果表明，晶粒和晶界都充分半导化及晶粒半导化，而晶界或边界层充分绝缘化的BaTiO3陶瓷都不具有PTC效应，而只有晶粒充分半导化，晶界具有适当绝缘性的BaTiO3陶瓷才具有显著的PTC效应。

3.PTC热敏陶瓷电阻的应用

（1）应用在燃滤加热器中：

通过在燃油滤清器中增设恒温PTC热敏电阻类型的加热器，可以提升燃油的温度，从而增加燃油的流动性。这可以避免燃油在寒冷地区或低温条件下发生胶质、石蜡析出，以及水滴结冰堵塞滤芯，解决低温条件下发动机喷嘴易堵塞，供油不畅等问题。

（2）应用在LED照明设备中：

尽管LED具有高效照明、低耗电的特点，但作为高亮度LED元件本身却处于异常的高温状态。村田制作所生产的陶瓷PTC热敏电阻“POSISTOR”能简单实现LED照明设备过热保护的方法，不仅能降低成本，还能提高LED照明设备的安全性。

（3）应用在空调器上：

PTC加热器具具有节能、恒温、安全、寿命长的特点，并逐渐取代电热管成为解决空调器低温制热效果差的问题。PTC电加热能够根据房间温度的变化以及室内机风量的大小改变发热量，调节室内温度，从而达到迅速、强劲制热的目的，有效改善空调在寒冷无地暖地区的运用。

（4）应用在电源电路设计中

PTC热敏电阻元件能够在电路发生短路故障时发挥自身特性，内阻迅速无穷倍增大，来阻断电路中的大电流，有效保护电路安全。当故障排除时，又会恢复到最初的低阻状态，继续导通电路。使用PTC热敏电阻可以对电源电路进行有效的限流保护，合理的设计热敏电阻能使电源电路可靠高效的运行。

（5）应用在通信设备上

PTC热敏陶瓷电阻可以用来加热芯片，应用在通信设备的低温加热领域，根据其在-40℃低温下，电阻值很小，功率大，可对设备进行快速加热；待加热到芯片能正常启动时，PTC热敏电阻的温度还没达到居里温度，加热器就会被关停。因此它可以满足设备低温下的加热要求。