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PTC的制造及应用1(2006-11-17 09:16:55) 一PTC元件的特点。 PTC是正温度系数电阻（Positive Temperature Coefficient）的缩写。最常用的PTC是一类以钛酸钡（Ba TiO3）为基本组成的半导电阻体。这种电阻体在较低温度时，是处于低阻态；但当温度在某一温度（称为居里温度）以上时，其自身电阻急剧上升38个数量级（103108倍），电阻体具有较大的温度系数。下面，我们就介绍以BaTiO3为基的PTC材料。二、PTC材料的生产工艺配料 目前，国内外绝大部分厂家均采用固相合成法工艺。所用的原料有BaCO3, SrCO3, Pb3O4, TiO2, Nb2O5, MnCO3 ,SiO2等粉体，纯度一般应在.5以上。原料的纯度、所含杂质的种类及含量、原料的化学活性等等都对最终产品的性能产生非常大的影响。配料的精度也对产品性能产生极大的影响。球磨粉碎、去水 将称好的几种原料粉、磨球、纯水装入球磨机中球磨粉碎，以及混合均匀。球磨好的原料可以直接放入烘箱内烘干，也可采用过滤、离心分离、真空抽滤等方法去水后再烘干。固相合成 固相合成也叫预烧，是将混合好的原料放入高温炉中进行反应，形成均匀的固溶体，固溶体的通式可写成(Ba x,Sr y, Pb z)TiO3，其中x+y+z，固相合成的温度根据材料和配比选择为1000 1250之间，保温时间24小时。二次球磨 固相合成后，物料结成块，并且有一定的晶粒长大，需要进行球磨粉碎，以利烧成。二次球磨的方法与合成前的球磨类似。成形 PTC材料可制成各种形状，如：圆片、方片、蜂房状等。片状元件用干压法成形，在物料中加入粘合用的PVA溶液，然片用过筛法或喷雾干燥法将物料造粒，再在冲压机上加压成形。蜂房状元件用挤出方法成形。烧成 将成形后的坯片放入高温炉中，按一定的烧成条件，烧成具有所需PTC特性的半导体陶瓷。烧成曲线和烧成气氛对产品的性能影响很大，在生产中要严格控制好，以便提高产品性能和成品率。 三、PTC材料的内部结构及电极形成。1. PTC的结构如图所示，PTC材料是一种多晶体陶瓷，由晶粒、气孔及晶界组成。晶粒的尺寸大概在210m之间,每个晶粒内部都具有电极取向,而且晶粒都是具有较小电阻的施主型半导体。晶界层是一层复杂的结构层，其电阻是晶粒的几倍到几十倍。 2电极形成 图2表示了在PTC陶瓷体上附上电极层的示意图。在工作时，PTC元件的两个电极分别接外电路的两个电极。电极层的制造方法有：化学镀镍、烧渗及各种活性金属层。 化学镀的方法为：将PTC陶瓷体表面经敏化、活化处理，然后在镀液中浸渍，镀上一层镍层，再经250 500的高温处理即可。 烧渗电极的方法为：在PTC陶瓷表面涂覆一层电极浆料，然后在400800温度下烧渗，使金属电极层牢固地附在PTC陶瓷上。电极浆料的组成为金属粉、玻璃粉、有机粘结剂以及有机溶剂。常用的金属粉有铝粉、银粉、镍粉、锌粉等。四 、PTC的性能 特性。特性即是PTC的电阻与温度的关系。PTC陶瓷体的电阻与其自身的温度有关。在温度低于Tmin时,电阻随温度的上升与下降,呈现负的温度系数。如曲线中的段。若温度在Tmin与Tmax之间陶瓷体的电阻随温度上升而急剧增大，呈现正的温度系数，如曲线中的段，具有应用价值的也就是这一段。当温度高于max后，陶瓷体的电阻又随温度上升而下降。max与min之比值为PTC效应，通常希望PTC效应越大越好。与min的两倍对应的温度被定义为材料的居里温度（或居里点），居里温度高于 120时，称为高温PTC材料；反之称为低温PTC材料。R25指的是PTC在25的常温下的电阻值。另一个代表PTC特性的数值是值，即材料的电阻温度系数，其计算公式为 （）2.303*(lgR2-lgR1)/(T2-T1)R25值可根据用途选定为1-100K.PTC效应一般要大于3个数量级（103）。值一般要大于10%/特性。 PTC的特性即是PTC陶瓷体的电流与加在其上的电压的关系。 在电压较低时，陶瓷体的电流随电压的升高而增大如段；电压继续升高，电流反而随电压升高而下降，如段，通常应用的也就是此段；当电压上升到B后，电流复而随电压上升而增大，这时，PTC易于被击穿烧毁。 需要指出的是，曲线要受测试时的环境温度和散热条件的影响。当环境温度下降及散热加快时，曲线会上移、右移，如图4虚线所示。It特性。 当给 PTC陶瓷加上一个额定电压后，流经陶瓷体的电流将随时间延长而变化。在加上电压后的短时间（0-0.5秒）内，电流达到最大电流max，随后，电流逐渐下降，最后降至而稳定下来。 t曲线亦会随环境温度和散热条件的不同而变化。当环境温度下降，以及散热加快时，曲线上移，如图5中虚线所示。 五、PTC的应用 利用PTC的电阻与温度关系。 在图中，段曲线所示，PTC的电阻随温度上升而增大。利用这种特性，我们可做成恒温发热体、过热保护器及温度传感器等。 恒温发热。在常温下，PTC是低电阻。在加上电压后，电流较大，温度上升。但当PTC陶瓷体充分发热后，电阻增大，电流减小，发热功率P= U2/R比散热功率小，故温度下降；温度下降后，又导致电阻减小，电流增大，加大发热功率，温度复而上升；这样的负反馈将使发热体的温度维持恒定。 过热保护器。PTC热敏电阻与负载一起串联在电路中，而且两者距离非常近。因负载电阻的阻抗远比常温时的PTC的阻抗大，PTC上的电压降非常小，PTC基本上不发热。但当意外原因使负载发热，PTC感受到负载的热量而使其自身和温度升高，PTC的电阻将会急剧增大。这样流经PTC的电流将会减小，也就是电路的电流减小，保护了负载不会因电流过大而烧坏。负载可以是电机，变压器以及电路元件等等。 利用PTC的电流与电压特性 在图中的段，PTC所施加的电压越高，电流越小。利用这一特性可做成过电流保护元件。如果PTC的居里温度和电阻选择适当，即是一种过电流保护电路。PTC串联在电路中，当电路正常工作时，PTC不发热；但当电路的电流异常增大时，PTC发热后温度升高，自身电阻增加而电压降增加，电流则减小，可保护电路不会被大电流烧坏。当电路恢复正常后，PTC的温度下降，电路又可流过正常的电流。这样的过电流保护元件相当于一只永久性保险丝。目前，这种元件已用于电话交换机等设备的保护。 3. 利用PTC的电流与时间特性 PTC热敏电阻与消磁线圈串接在电源电路中，可组成彩色电电视机消磁电路。当电路接通的一瞬间，电路的电流达到 30A以上，继而逐渐减小，最后电流稳定在4-6mA。 这样达到消除彩电显像管上的地磁或其余剩磁的目的。 PTC元件以及配合继电器、双金属开关、晶体管等可做成各种各样的电流保护、温度保护、延时开关、温度传感等多种电路。 目前，PTC可以应用的领域有：录像机、计算机以及其他精密设备的干燥防潮，仓库、家庭、衣物、药材的干燥防潮。热风室内加热、热风干燥。电热驱蚊器、开水壶、按摩器、电烙铁、电熨斗、加湿机、卷发器、直发器等器具的加热。彩电彩显消磁器、冰箱等各种单相马达的启动器、电路延时器、荧火灯延时启动器。电话等通信设施、马达、变压器、计算机等设备仪器的过流、超温保护。各种仪器、设备、家用电器的温度传感和温度补偿。空气加热器1. 结构图吹风型空气加热器对流型空气加热器2.用途举例。 房间加热，浴室加热，空调机加热，烘房加热，干衣机，干手器，电器仪表防潮防结露，电控柜加热。 3. 使用注意。 对于吹风型，风速对发热功率的影响很大，一般来说，风速越大，功率越大；在没有风吹时，加热器也不会损坏，但功率会明显下降。对于对流型，应保持空气可以自由流动。4. 常用产品。常见吹风型空气加热器部件号长L/mm高H/mm宽W/mm片数使用电压/V绝缘电压/V开关温度/功率/W(5m/s,风速)MZFR-8.5J96Z44-220V19644158220无绝缘250850MZFR-10.6J120Z44-220V1120441510220无绝缘2501060MZFR-12.8J96Z66-220V196661512220无绝缘2501280MZFR-16J120Z66-220V1120661515220无绝缘2501600MZFR-8.5J96Z44-110V19644158110无绝缘250850MZFR-10.6J120Z44-110V1120441510110无绝缘2501060MZFR-9.5J72Z66-110绝缘250950MZFR-12.8J96Z66-110V196661512110无绝缘2501280MZFR-4.4J48Z44-24V1484415424无绝缘250440MZFR-6.4J48Z44-24V1724415624无绝缘250640MZFR-8.5J96Z44-24V1964415824无绝缘250850MZFR-3.9J48Z44-24V1484415424无绝缘240390MZFR-5.8J72Z44-24V1724415624无绝缘240580MZFR-7.8J96Z44-24V1964415824无绝缘240780MZFR-9.6J120Z44-24V112044151024无绝缘240960MZFRJ-7.0J96Z44-220V196482082203750250700MZFRJ-8.8J120Z44-220V11204820102203750250880MZFRJ-10.5J96Z66-220V19672201222037502501050MZFRJ-13J120Z66-220V112072201522037502501300MZFRJ-7.0J96Z44-110V196482081102500250700MZFRJ-8.8J120Z44-110V11204820101102500250880MZFRJ-8.0J72Z66-110V172722091102500250800MZFRJ-10.5J96Z66-110V19672201211025002501050注：1）功率老化率非常优异，1000小时功率老化率在10%以内，电阻老化率在50%以内。2）可按照客户要求尺寸制造。常见对流型空气加热器部件号长L/mm宽W/mm高H/mm使用电压/V绝缘电压/V外壳温度/功率/WDL -18W60A-220V170506022037508018DL -30W60A-220V1705060220375012030DL -50W60A-220V1705060220375019050DL -35W120A-220V1705012022037508035DL -60W120A-220V17050120220375012060DL -100W120A-220V170501202203750190100DL -50W120A-220V1705020022037508050DL -100W120A-220V170502002203750120100DL -150W200A-220V170502002203750190150注：1）外壳温度超过80的，可以加可通风的附加外壳，使附加外壳的温度不超过80。2）可按照客户要求尺寸制造。3) 不需要加风机，无噪声；若用风机散热，可大大提高功率。3）表中只列出使用电压为220230V的品种。其他电压的品种有3V36V，100400V均可以制造，尺寸、功率等与220230V的品种相同。外壳型PTC 发热件1. 结构图2.用途举例。 1）特点是结构简单，容易安装，自动恒温，不需要温度控制，漏电流小，寿命长。加热液体的产品，在没有液体时，也不会损坏。产品终端温度260以下的场合，使用PTC加热有很大优势。主要用途有：直发器，卷发器，熔蜡器，蒸汽发生器，开水器、热水器，保温杯、热奶器，咖啡加热器，过胶机，热熔胶枪，巧克力挤出器。本网站对铝管型水加热产品有专门介绍。 2）陶瓷绝缘型。特点是结构紧凑，体积可以较小，密封性好，可以做成防水型，成本低，自动恒温，不需要温度控制。适用于加热温度50250，功率比较小的场合。主要用途：药水型电热灭蚊器，药片型电热灭蚊器，两用型电热灭蚊器，加香器，按摩器，直发器等。 3）直发器平夹板、波浪板。结构有铝壳外喷涂陶瓷漆、铝壳氧化、铝壳电镀、铝壳喷铁氟纶、陶瓷抛光、陶