熱敏電阻陶瓷系列之NTC熱敏陶瓷

一、NTC負溫度係數熱敏陶瓷（Negative Temperature Coefficient）

NTC熱敏電阻陶瓷是隨著溫度升高，電阻率按指數關係減小的一類陶瓷材料，它們大多數是尖晶石結構或其他結構的氧化物陶瓷，其中多數含有一種或多種過度金屬氧化物，主要成分是CoO、NiO、MnO、CuO、ZnO、MgO、Fe2O3、Cr2O3、Al2O3、ZrO2、TiO2等。

NTC熱敏電阻的發展經歷了漫長的階段：1834年，科學家首次發現了硫化銀有負溫度係數的特性，1930年，科學家發現氧化亞銅-氧化銅也具有負溫度係數的性能，並將之成功地運用在航空儀器的溫度補償電路中，隨後，由於電晶體技術的不斷發展，熱敏電阻器的研究取得重大進展，1960年研製出了NTC熱敏電阻器。

NTC熱敏電阻陶瓷主要應用於溫度測量和溫度補償等，其優點是電阻值受氧的影響不大，在空氣中穩定、靈敏度高、價格便宜。用於溫度測量時，熱敏電阻常數B越大靈敏度越高，而用於溫度補償時必須根據補償的對象適當地選擇B值。

二、NTC熱敏陶瓷電阻的分類

1.根據阻溫特性可分為三種類型：

①緩變型的熱敏電阻，在實際使用中這種類型是使用的最多的一類；

②以VO2為基本成分的具有臨界溫度係數熱敏電阻（CRT），在特定溫度內，其組織急劇下降，利用這種熱敏電阻可以製成固態無觸點開關，廣泛用於溫度的自動控制，過熱保護及製冷設備中；

③阻溫特性為直線的陶瓷熱敏元件，一般對於CdO-Sb2O3-WO3系和CdO-SnO2-WO3系陶瓷材料，在相當寬的溫度範圍內（-100~+300℃）其電阻率與溫度呈線性關係，由於阻溫特性的線性化，使得測量方便，容易做到數位化。

2.根據使用範圍可分為三種類型：

①低溫型：低溫NTC熱敏電阻陶瓷的使用溫度範圍一般在4.2~300K，一般以Fe、Co、Ni、Mn、Cu等兩種以上的過渡金屬氧化物為主要成分來形成尖晶石結構，為了降低B值，可摻入少量稀土元素如La、Nd、Yb等。主要應用在宇航以及一系列低溫工程與超導研究領域；

②中溫型：中溫NTC熱敏電阻陶瓷的使用溫度範圍一般在室溫~300℃，大多為尖晶石型含Mn氧化物陶瓷；

③高溫型：高溫NTC熱敏電阻陶瓷的使用溫度範圍一般在300~1000℃，一般由ZrO2-Y2O3系、ZrO2-CaO系螢石型結構的材料構成。下表給出了此種分類下典型的NTC熱敏電阻陶瓷的主要成分及應用。

表1 各種典型NTC熱敏電阻陶瓷的主要成分及應用

三、NTC熱敏電阻陶瓷的生產工藝及特點

NTC熱敏電阻陶瓷的製造工藝與一般陶瓷工藝相似，其工序隨材料種類、性能要求、外形、尺寸等略有不同。下圖給出了片狀、杆狀NTC陶瓷熱敏電阻生產工藝。

圖1.片狀、杆狀NTC陶瓷熱敏電阻生產工藝流程圖

下面主要說明NTC陶瓷熱敏電阻的生產工藝特點：

1.電極製備

NTC熱敏電阻陶瓷一般為ρ型半導瓷，與銀可形成可靠的歐姆接觸。因此NTC熱敏電阻絕大多數採用銀漿作電極材料。

2.阻值調整

在大量生產中，為了獲得各種規格的標準阻值，僅靠改變組分配比和燒結條件是很不夠的，必須採取調阻的措施，常用的方法是熱處理調阻。

3.敏化處理

NTC熱敏電阻的坯體經阻值調整後，其電氣參數雖已基本符合使用要求，但它的性能還不夠穩定，新生的晶體會吸附或吸收空氣中的氧，使阻值變化，因而在製造過程中常在200~600℃範圍內進行50~100h的熱處理以消除使用中的不穩定性。這一熱處理過程只改變材料的氧吸附或吸收的情況，並不改變其原來的晶體結構，稱之為敏化處理。

4.老練

裝配完成後，熱敏電阻產品的性能還不夠穩定，必須經過老練處理。老練是將產品在等於或高於工作溫度的恆溫箱中放置100~500h，或在略高於工作溫度範圍進行多次正負溫度循環。這相當於使產品在人為的條件下獲得加速老化的效果。在老練第一周，阻值變化較大，以後逐步趨向穩定。

四、NTC熱敏電阻的應用

NTC熱敏電阻由於靈敏度高、可靠性高及價格低廉，而被廣泛應用於家用電器、汽車以及工業生產設備的溫度傳感與控制。從元件的功能角度看，主要有以下作用：①溫度檢測及控制②溫度補償③抑制浪湧電流

圖2.NTC熱敏電阻陶瓷材料

大致可分為如下情況：

1.大功率型NTC熱敏電阻

應用範圍：適用於轉換電源、開關電源、UPS電源、各類電加熱器、電子節能燈、電子鎮流器、各種電子裝置電源電路的保護以及彩色顯示像管、白熾燈及其它照明燈具的燈絲保護。

2.補償性NTC熱敏電阻

應用範圍：適用於一般精度的溫度測量和在計量設備、電晶體電路中的溫度補償。

3.測溫型NTC熱敏電阻

應用範圍：主要用於汽車、內燃機車、大型電機、油浸變壓器等的冷卻系統作定點測溫的感溫元件，也可用在其它場合的溫度測量。

4.玻封測溫型NTC熱敏電阻

應用範圍：空調、暖氣設備、電子體溫計、液位傳感器、汽車電子、電子檯曆等領域。

5.CMF片式NTC熱敏電阻

應用範圍：半導體集成電路、液晶顯示、電晶體及移動通訊設備用石英振蕩器的溫度補償；可充當電池的溫度探測、計算機微處理器的溫度探測以及需要溫度補償的各種電路。