上世纪五十年代以来,科学家发现本来是绝缘体的金属氧化物陶瓷,如钛酸钡、二氧化钛、二氧化锡和氧化锌等,只要掺入微量的其他金属氧化物,它们就会变得有导电能力,它们的电阻介于绝缘体和金属之间,人们称它们为半导体陶瓷。各种半导体陶瓷的电阻会分别随环境的温度、湿度、气氛、光线强弱和施加电压等的变化而改变几十到几百万倍(它们分别被叫做热敏、湿敏、气敏、光敏、和电压敏陶瓷),利用这些陶瓷可以制造各种各样的电子器件为人类服务。
半导体陶瓷
半导体陶瓷生产工艺的共同特点是必须经过半导化过程。半导化过程可通过掺杂不等价离子取代部分主晶相离子(例如,BaTiO3中的Ba2+ 被La3+ 取代),使晶格产生缺陷,形成施主或受主能级,以得到n型或p型的半导体陶瓷。另一种方法是控制烧成气氛、烧结温度和冷却过程。例如氧化气氛可以造成氧过剩,还原气氛可以造成氧不足,这样可使化合物的组成偏离化学计量而达到半导化。半导体陶瓷敏感材料的生产工艺简单,成本低廉,体积小,用途广泛。分类
压敏陶瓷
指伏安特性为非线性的陶瓷。如碳化硅、氧化锌系陶瓷。它们的电阻率相对于电压是可变的,在某一临界电压下电阻值很高,超过这一临界电压则电阻急剧降低。典型产品是氧化锌压敏陶瓷,主要用于浪涌吸收、高压稳压、电压电流限制和过电压保护等方面。
热敏陶瓷
半导体陶瓷
又称热敏电阻陶瓷,指电导率随温度呈明显变化的陶瓷。有三种类型:①负温系数热敏电阻(简称NTC),如一些过渡金属如锰、铁、钴、镍等的氧化物半导体陶瓷,特点是随着温度升高,电阻呈指数减小。②正温系数热敏电阻(简称PTC),如掺杂的钛酸钡半导体陶瓷,特点是随着温度升高电阻增大,并在居里点有剧变。③剧变型热敏电阻(简称CTR),如氧化钒及其掺杂半导体陶瓷,具有负温系数,并在某一温度,电阻产生急剧变化,变化值可达3~4个数量级。热敏陶瓷主要用于温度补偿、温度测量、温度控制、火灾探测、过热保护和彩色电视机消磁等方面。光敏陶瓷
指具有光电导或光生伏特效应的陶瓷。如硫化镉、碲化镉、砷化镓、磷化铟、锗酸铋(见彩图)等陶瓷或单晶。当光照射到它的表面时电导增加。主要用作自动控制的光开关和太阳能电池等。气敏陶瓷指电导率随着所接触气体分子的种类不同而变化的陶瓷。如氧化锌、氧化锡、氧化铁、五氧化二钒、氧化锆、氧化镍和氧化钴等系统的陶瓷。主要用于对不同气体进行检漏、防灾报警及测量等方面。
湿敏陶瓷
指电导率随湿度呈明显变化的陶瓷。如四氧化三铁、氧化钛、氧化钾-氧化铁、铬酸镁-氧化钛及氧化锌-氧化锂-氧化钒等系统的陶瓷。它们的电导率对水特别敏感,适宜用作湿度的测量和控制。
近来,控制系统已经愈益系统化,需要能够检测两种或几种物理和化学参数,并给出互不干扰电信号的多功能敏感元件。适应这种需要的湿度-气体敏感陶瓷和温度-湿度敏感陶瓷等多功能敏感陶瓷正在研制中。
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