多功能敏感陶瓷PPT课件

1、多功能敏感陶瓷 多功能敏感陶瓷 各种陶瓷传感器，其功能都是单一的，显然，这各种陶瓷传感器，其功能都是单一的，显然，这 种单功能传感器与当前科学技术的迅速进展和社种单功能传感器与当前科学技术的迅速进展和社 会发展的安际需要是不相适应的。有必要研究把会发展的安际需要是不相适应的。有必要研究把 不同功能的传感一器集中在一个元件上的多功能不同功能的传感一器集中在一个元件上的多功能 传感器。于是，在这样的背景下传感器。于是，在这样的背景下 国内外从国内外从80年代年代 初期起，便着手研制新型的多功能敏感陶瓷，迄初期起，便着手研制新型的多功能敏感陶瓷，迄 今已有多种敏感陶瓷陆续问世，并已制成了各种今已有多

2、种敏感陶瓷陆续问世，并已制成了各种 类犁的多功能陶瓷传感器。类犁的多功能陶瓷传感器。 多功能敏感陶瓷 一、一、MgCr204-TiO2系敏感陶瓷系敏感陶瓷 MgCr204-Ti02系是一种具有优良物理、化学和热稳定性的系是一种具有优良物理、化学和热稳定性的 高温烧结金属氧化物陶瓷，通过控制陶瓷的烧结条件，可高温烧结金属氧化物陶瓷，通过控制陶瓷的烧结条件，可 以制成致密陶瓷或多孔性陶瓷。以制成致密陶瓷或多孔性陶瓷。 MgCr204-Ti02多孔陶瓷多孔陶瓷 的晶粒之间存在着晶界或气孔。这些晶界或气孔很容易吸的晶粒之间存在着晶界或气孔。这些晶界或气孔很容易吸 附、凝聚水蒸汽和各种气体附、凝聚水蒸汽

3、和各种气体 当晶体表面的晶界处吸附水当晶体表面的晶界处吸附水 分或气体后分或气体后 其表面电导率会发生急剧变化，早期研制成其表面电导率会发生急剧变化，早期研制成 功的湿度传感器和气体传感器，就是分别利用功的湿度传感器和气体传感器，就是分别利用MgCr204- Ti02陶瓷的这些效应制成。陶瓷的这些效应制成。 多功能敏感陶瓷 这些这些 敏感元件的研制成功，表明这种系统的陶瓷原来就敏感元件的研制成功，表明这种系统的陶瓷原来就 是一种具有双重功能的敏感陶瓷。当进一步研究这种陶瓷是一种具有双重功能的敏感陶瓷。当进一步研究这种陶瓷 固有的多功能特性后发现，固有的多功能特性后发现， MgCr204-Ti0

4、2系多孔性陶瓷，系多孔性陶瓷， 当环境温当环境温 度在度在150 以下时，仅对水蒸气敏感，而在以下时，仅对水蒸气敏感，而在300 -550时的高温下，陶瓷呈现出时的高温下，陶瓷呈现出P型半导体特性，对型半导体特性，对 水蒸气的敏感性消失，而显示出对各种占毛体的敏感性。水蒸气的敏感性消失，而显示出对各种占毛体的敏感性。 利用利用系多孔特性陶瓷的这些特性，并借助于掩蔽技术和系多孔特性陶瓷的这些特性，并借助于掩蔽技术和 引入在电气上无串扰的分离技术引入在电气上无串扰的分离技术 便在单个元件上试制成便在单个元件上试制成 湿度一气体双重功能的传感器湿度一气体双重功能的传感器 多功能敏感陶瓷 这种多功能敏

5、感陶瓷元件的制备是：原材料采用高纯度的这种多功能敏感陶瓷元件的制备是：原材料采用高纯度的 MgO、Cr2O3和和Ti02。根据。根据MgCr204-Ti02系化学式配料，系化学式配料， 把粉料同玛瑙球和纯水放入有橡皮衬垫的球磨机肉湿磨把粉料同玛瑙球和纯水放入有橡皮衬垫的球磨机肉湿磨24 小时小时 烘干，添加胶合剂并压成烘干，添加胶合剂并压成40368 mm的长条，在的长条，在 1300 的空气中烧结的空气中烧结2小时，把烧结体切成小时，把烧结体切成 4X5025mm的试片。在试片的两个主表面上用丝网的试片。在试片的两个主表面上用丝网 印刷法涂复印刷法涂复RuO2浆料，并在浆料，并在800烧结烧

6、结 加成电极，其中加成电极，其中 电极的一个面兼作加热器使用。电极的一个面兼作加热器使用。PtIr引线用烧结的引线用烧结的RuO2 焊料焊接制成焊料焊接制成 引出端。图引出端。图1表示用表示用MgCr204-Ti02系陶瓷制系陶瓷制 作的湿度一气体双重功能传感器的结构。作的湿度一气体双重功能传感器的结构。 多功能敏感陶瓷 多功能敏感陶瓷 用该传感器检测湿度时，由于器件曝露在含有水蒸气和各用该传感器检测湿度时，由于器件曝露在含有水蒸气和各 种成分的气氛中，这些成分的吸附或粘附有油污和尘埃时，种成分的气氛中，这些成分的吸附或粘附有油污和尘埃时， 都会降低传感器，的湿敏特性。为此，在检测湿度以前必都

7、会降低传感器，的湿敏特性。为此，在检测湿度以前必 须把器件加到须把器件加到500的高温下进行热清洗，以便清除掉油的高温下进行热清洗，以便清除掉油 污等附着物。不仅如此，在每次检测湿度和气体以前，特污等附着物。不仅如此，在每次检测湿度和气体以前，特 别是在检测高浓度还原性气体后，容易产生不可逆的复原，别是在检测高浓度还原性气体后，容易产生不可逆的复原， 有时会使电阻值产生明显的滞后现象，故必须进行热清洗有时会使电阻值产生明显的滞后现象，故必须进行热清洗 使器件复原。器件用于检测气体时，由于气体的化学吸附，使器件复原。器件用于检测气体时，由于气体的化学吸附， 必须使传感器的工作温度高于水蒸汽的物理

8、吸附温度，一必须使传感器的工作温度高于水蒸汽的物理吸附温度，一 般把传感器加热到般把传感器加热到400左右的工作温度。这种加热温度左右的工作温度。这种加热温度 的控制是利用传感器陶瓷的高温热敏电阻特性进行自控的。的控制是利用传感器陶瓷的高温热敏电阻特性进行自控的。 多功能敏感陶瓷 图图2表示湿度一气体传感器的湿敏特性。出相对表示湿度一气体传感器的湿敏特性。出相对 湿度从湿度从0变化到变化到l00时，交流电阻以对数形式急时，交流电阻以对数形式急 剧地变化，滞后在剧地变化，滞后在5 RH范围内，交流电压在范围内，交流电压在5 V以内时，其特性几乎与电压无关，但当电压提以内时，其特性几乎与电压无关，

9、但当电压提 高到高到5 V以上时，在高湿度区将会受到焦耳热的影以上时，在高湿度区将会受到焦耳热的影 响。在响。在1-80温度范围内相对湿度和温度的关系，温度范围内相对湿度和温度的关系， 例如在例如在60%的相对湿度下约为的相对湿度下约为38RH 。 该器件若除去给定相对湿度所需的时间，响应时该器件若除去给定相对湿度所需的时间，响应时 间在几秒钟之内，有良好的响应性。间在几秒钟之内，有良好的响应性。 多功能敏感陶瓷 多功能敏感陶瓷 图图8表示在空气中各种不同浓度的气体检测灵敏表示在空气中各种不同浓度的气体检测灵敏 度与温度的关系。气体检测灵敏度通常是被定义度与温度的关系。气体检测灵敏度通常是被定

10、义 为气体中的电阻值为气体中的电阻值Rgas和大气中的电阻值和大气中的电阻值Rair的的 比值。由图可见，在含有还原性气体的气氛中，比值。由图可见，在含有还原性气体的气氛中， 其电阻值比在大气中的为高，在其电阻值比在大气中的为高，在300 -500 范范 围内对气体敏感。这种围内对气体敏感。这种P型半导体气体传感器对型半导体气体传感器对 于含有于含有H2S、乙醇等有机气体有较高的灵敏度，、乙醇等有机气体有较高的灵敏度， 而对而对CO、H 2和和C 3H4等气体的灵敏度低。故这种等气体的灵敏度低。故这种 传感器特别适合于检测传感器特别适合于检测H2S、乙醇、和烟等气体、乙醇、和烟等气体 之用。之

11、用。 多功能敏感陶瓷 多功能敏感陶瓷 二、二、BaTiO3-SrTiO3系敏感陶瓷系敏感陶瓷 BaTi03-SrTiO3系陶瓷是一种介电常数与温度有大的依赖关系的铁电系陶瓷是一种介电常数与温度有大的依赖关系的铁电 陶瓷材料，其介电常数随着温度上升而增大，在居里温度陶瓷材料，其介电常数随着温度上升而增大，在居里温度Tc附近达到附近达到 了极大值，在了极大值，在Tc以上则遵循居里一外斯定律，介电常数随着温度继续以上则遵循居里一外斯定律，介电常数随着温度继续 上升而急剧下降。利用这种陶瓷的电容量随温度变化的特性，便可用上升而急剧下降。利用这种陶瓷的电容量随温度变化的特性，便可用 来制成检测温度的传感

12、器。此外，来制成检测温度的传感器。此外， BaTi03-SrTiO3系也和系也和MgCr204 - TiO2系陶瓷一样，通过控制烧结条件，可以制成多孔性陶瓷，它的所系陶瓷一样，通过控制烧结条件，可以制成多孔性陶瓷，它的所 有细孔几乎都与外表面连通，水蒸汽经由细孔扩散到陶瓷内部并被吸有细孔几乎都与外表面连通，水蒸汽经由细孔扩散到陶瓷内部并被吸 附在晶界的表面上，而且能在短时间内达到吸附、解吸附的平衡状态。附在晶界的表面上，而且能在短时间内达到吸附、解吸附的平衡状态。 于是，利用陶瓷晶界表面吸附水分引起电阻值的变化，便可用来检测于是，利用陶瓷晶界表面吸附水分引起电阻值的变化，便可用来检测 湿度。因

13、此，采用这种陶瓷的上述双重特性，便在单个元件上制成了湿度。因此，采用这种陶瓷的上述双重特性，便在单个元件上制成了 温度一湿度多功能传感器温度一湿度多功能传感器 。 多功能敏感陶瓷 敏感元件的制备是首先根据敏感元件的制备是首先根据B a1-XS r xTi03(X=0 1)的化学式配料的化学式配料、球磨、烘、球磨、烘 干、压片、烧成和切片。在试片的两个主干、压片、烧成和切片。在试片的两个主 表面上涂敷表面上涂敷RuO2电极和焊接电极和焊接PfIr引线。引线。 图图4表示用表示用B aTi03-SrTiO3系敏感陶瓷制成系敏感陶瓷制成 的温度的温度-湿度传感器的结构。加热清洗用的湿度传感器的结构。

14、加热清洗用的 加热器采用傍热式而成辐射式结构。加热器采用傍热式而成辐射式结构。 多功能敏感陶瓷 多功能敏感陶瓷 多功能敏感陶瓷 图图5 (a)表示温度表示温度-湿度传感器的温度特性，湿度传感器的温度特性， 在在-40 至至+150 宽广温度范围内具有较高宽广温度范围内具有较高 的灵敏度，特别是在的灵敏度，特别是在-20 +20 范围内，范围内， 电容量几乎呈线性变化而无滞后现象。在电容量几乎呈线性变化而无滞后现象。在 高湿度区高湿度区(90%RH以上以上)，因湿度关系对灵，因湿度关系对灵 敏度有一敏度有一 定影响，定影响， 但仍不影响它的实际应但仍不影响它的实际应 用。器件在用。器件在150

15、以上显示图以上显示图5 (b)所示的所示的 通用电导式热敏电阻特性。通用电导式热敏电阻特性。 多功能敏感陶瓷 (BaSrTiO3)系温度系温度-湿度传感器的湿敏特性如图湿度传感器的湿敏特性如图6 所示。这种器件几乎可用于检测从所示。这种器件几乎可用于检测从1到到100%RH 的全湿度范围。由图可见，湿敏特性与温度和湿的全湿度范围。由图可见，湿敏特性与温度和湿 度有关，电阻值随温度和湿度增高而下降。但是，度有关，电阻值随温度和湿度增高而下降。但是， 当需要检测更精确的湿度时，可以根据图当需要检测更精确的湿度时，可以根据图5(a)所所 示的电容一温度特性，安装温度补偿电路便可自示的电容一温度特性，

16、安装温度补偿电路便可自 行校正，这是这种温度一湿度传感器的最大特点。行校正，这是这种温度一湿度传感器的最大特点。 此外，该传感器通过清洗可克服因表面污染而弓此外，该传感器通过清洗可克服因表面污染而弓l 起的性能恶化，故它是一种耐久性良好的器件。起的性能恶化，故它是一种耐久性良好的器件。 多功能敏感陶瓷 多功能敏感陶瓷 三、三、SrTiO3系敏感陶瓷系敏感陶瓷 1SrTiO3系陶瓷系陶瓷 众所周知，以众所周知，以ZnO-Bi2O3为主要成分的烧结陶瓷，以其高为主要成分的烧结陶瓷，以其高 的非欧姆特性和优良的浪涌承受能力，在过去的非欧姆特性和优良的浪涌承受能力，在过去20年里，一年里，一 直是制作

17、压敏电阻器的主要材料。但是，直是制作压敏电阻器的主要材料。但是， ZnO-Bi2O3系压系压 敏电阻器的电容量较小，往往导致响应速度慢和噪声吸收敏电阻器的电容量较小，往往导致响应速度慢和噪声吸收 性不好等问题。性不好等问题。1980年日本太阳诱电公司为了克服年日本太阳诱电公司为了克服ZnO- Bi2O3系压敏电阻器的这些缺陷，在系压敏电阻器的这些缺陷，在SrTiO3系中添加少量系中添加少量 杂质变成半导体陶瓷后，把绝缘反应物热扩散到陶瓷体内杂质变成半导体陶瓷后，把绝缘反应物热扩散到陶瓷体内 部研制成表现介电常数为部研制成表现介电常数为10000以上、电压非线性系数为以上、电压非线性系数为 15

18、、浪涌电流值为、浪涌电流值为18QOAcm2的既有介电性又有压敏的既有介电性又有压敏 性的多功能敏感陶瓷。特别是经性的多功能敏感陶瓷。特别是经 多功能敏感陶瓷 过最近几年来的不断改进，现已制成了过最近几年来的不断改进，现已制成了SrTiO3系系 高电容量的压敏电阻器，其电容量为高电容量的压敏电阻器，其电容量为ZnO-Bi2O3系系 压敏电阻器的压敏电阻器的10倍以上，称为复合功能元件。日倍以上，称为复合功能元件。日 本已把这种元件作为电子产品的电磁相容性本已把这种元件作为电子产品的电磁相容性(EMC) 中新型的中新型的EMC对策元件而获得了广泛的应用对策元件而获得了广泛的应用 。 多功能敏感陶

19、瓷 制备样品使用的原材料为高纯度的制备样品使用的原材料为高纯度的SrCO3、Ti02 、 Nb2O5 、Na2O和少量其他的添加物。按照配比称料、混和少量其他的添加物。按照配比称料、混 料、料、 烘干、添加胶合剂，在烘干、添加胶合剂，在108Pa压力下压成圆片，排胶压力下压成圆片，排胶 后把圆片置于后把圆片置于N2+H2还原性气氛中在还原性气氛中在1380-1470烧成半烧成半 导体陶瓷，然后将含有导体陶瓷，然后将含有Na或或N a2O的浆料印刷在半导体圆的浆料印刷在半导体圆 片的表面上，并在片的表面上，并在1100 -1250 的空气中进行高温处的空气中进行高温处 理，使印刷在表面的金属氧化

20、物扩散到晶界层中而成为高理，使印刷在表面的金属氧化物扩散到晶界层中而成为高 电阻值的绝缘层，这便制成了电阻值的绝缘层，这便制成了SrTiO3系多功能敏感陶瓷。系多功能敏感陶瓷。 1987年太阳诱电公司已用这种敏感陶瓷制成了三个品种年太阳诱电公司已用这种敏感陶瓷制成了三个品种 45种规格的种规格的SrTiO3系压敏电阻器，其中圆片型有直径为系压敏电阻器，其中圆片型有直径为5、 8、14)和和14mm四种规格的产品，压敏电压范围为四种规格的产品，压敏电压范围为15- 610V。其他日本公司如松下、村田以及美国、西德等众。其他日本公司如松下、村田以及美国、西德等众 多的公司也有大量多的公司也有大量S

21、rTiO3系压敏电阻器上市供应。系压敏电阻器上市供应。 多功能敏感陶瓷 图图7表示表示SrTiO3系陶瓷压敏电阻器的电容量系陶瓷压敏电阻器的电容量 -电压特性。由图可见，与外加电压相对应电压特性。由图可见，与外加电压相对应 的电流值，由于很大的非线性系数而急剧的电流值，由于很大的非线性系数而急剧 变化变化(压敏特性压敏特性)， 电容量电容量(电容器特性电容器特性)一直一直 到电流值达到到电流值达到1 mA附近的电压为止基本上附近的电压为止基本上 无变化。此外，在虚线所示的通常使用状无变化。此外，在虚线所示的通常使用状 态下，从它的电压态下，从它的电压-电流特性来看，不仅漏电流特性来看，不仅漏

22、电流低到微安级的幅度，而且它还具有为电流低到微安级的幅度，而且它还具有为 ZnOBi2O3系系 多功能敏感陶瓷 压敏电阻器压敏电阻器10倍以上的电容量，故可作为倍以上的电容量，故可作为 电容器工作。但在外加高电压使用状态下，电容器工作。但在外加高电压使用状态下， 由于电由于电-电流特性的关系，其阻抗急剧下降，电流特性的关系，其阻抗急剧下降， 而可用作浪涌吸收功能的压敏电阻器工作。而可用作浪涌吸收功能的压敏电阻器工作。 因此，可以认为因此，可以认为SrTi03系陶瓷压敏电阻器的系陶瓷压敏电阻器的 电路功能相当于一只大电容器的电容器与电路功能相当于一只大电容器的电容器与 一只大电压一只大电压-电流

23、非线性系数的压敏电阻器电流非线性系数的压敏电阻器 的并联组合。概括起来，这种的并联组合。概括起来，这种SrTi03系陶瓷系陶瓷 压敏电阻器具有如下四种功能：压敏电阻器具有如下四种功能： 多功能敏感陶瓷 多功能敏感陶瓷 高频噪声吸收功能。高频噪声吸收功能。上升快速脉冲性噪声吸上升快速脉冲性噪声吸 收功能收功能 浪涌吸收功能。浪涌吸收功能。 自己恢复功能。从自己恢复功能。从 SrTiO3系陶瓷压敏电阻器四种功能分析来看，它系陶瓷压敏电阻器四种功能分析来看，它 比比ZnOBi2O3系压敏电阻器具有更高的电容系压敏电阻器具有更高的电容 量，量， 不仅能抑制高电平的浪涌过电压和滤除低电平噪不仅能抑制高电

24、平的浪涌过电压和滤除低电平噪 声，而且它还具有良好的自已恢复功能。但声，而且它还具有良好的自已恢复功能。但 SrTiO3系陶瓷需要在还原性气氛中烧成，不如系陶瓷需要在还原性气氛中烧成，不如 ZnOBi2O3系可在空气中烧结那样简便。凶此，系可在空气中烧结那样简便。凶此， 可以预料可以预料SiTi03系陶瓷压敏电阻器今后将会得到系陶瓷压敏电阻器今后将会得到 越来越广泛的推广应用。越来越广泛的推广应用。 多功能敏感陶瓷 2(SrCa)TiO3陶瓷陶瓷 (SrC a)TiO3系陶瓷是在系陶瓷是在SrTiO3系陶瓷的基础上派生出来的系陶瓷的基础上派生出来的 既有介电性又有压敏性的多功能敏感陶瓷材料，其

25、制备方法既有介电性又有压敏性的多功能敏感陶瓷材料，其制备方法 与与SrTiO3系陶瓷的相同，所不同的只是在系陶瓷的相同，所不同的只是在SrTiO3系中用系中用C a 部分置换部分置换S r ，而获得了两种性能优良的，而获得了两种性能优良的Sr0.95Ca0.05TiO3和和 Sr 0.85C a 0.15TiO3系陶瓷组分。这些陶瓷具有系陶瓷组分。这些陶瓷具有12000-42000 的表现介电常数（的表现介电常数（SAPP)、12-20的非线性系数的非线性系数()和优良的浪和优良的浪 涌吸收能力涌吸收能力 。 多功能敏感陶瓷 (SiC a)TiO3系陶瓷的这些特性是通过控制基础半导体陶瓷的系陶

26、瓷的这些特性是通过控制基础半导体陶瓷的 晶粒尺寸来实现的。例如，晶粒尺寸来实现的。例如， Sr0.95Ca0.05TiO3系陶瓷的系陶瓷的SAPPs 随晶粒尺寸增大而增加，晶粒尺寸为随晶粒尺寸增大而增加，晶粒尺寸为17、24和和28 m时，时， SAPPs分别 分别为 为2500、30000和和3400，而对，而对Sr 0.85C a 0.15TiO3 系陶瓷来说，其系陶瓷来说，其SAPPs值受晶粒尺寸的影响远比前者为值受晶粒尺寸的影响远比前者为 大大 .(SrC a)TiO3系系陶瓷的压敏电压系系陶瓷的压敏电压V 1mA和和随着晶粒尺寸随着晶粒尺寸 的增大而显著降低，当晶粒尺寸为的增大而显著

27、降低，当晶粒尺寸为7、 9、20和和28 m时，时， 值分别为值分别为20、15.5、13.5和和12；而；而V 1mA则分别为则分别为390、200、 60和和25V。 多功能敏感陶瓷 值分别为值分别为20、15.5、13.5和和12；而；而V 1mA则分别为则分别为390、200、60和和 25V。 图图8和图和图9分别表示出分别表示出(SrC a)TiO3陶瓷压敏电阻器的陶瓷压敏电阻器的SAPP、 、介质损耗 介质损耗 角（角（tan) 和电流及直流偏置电场的关系曲线。由图可见，和电流及直流偏置电场的关系曲线。由图可见， 当流过当流过 压敏电阻器的电流为压敏电阻器的电流为3 x 10-7

28、 Acm2 的偏置电场下的偏置电场下,SAPP、 、和 和tan几几 乎乎乎无变化。但当流过压敏元乎无变化。但当流过压敏元 件的电流高于件的电流高于3 x 10-7 Acm2时，时， tan显著增加，而显著增加，而SAPP则呈缓慢变化的趋势。例如，则呈缓慢变化的趋势。例如， Sr0.95Ca0.05TiO3系样品的系样品的, SAPP在在20Vmm时为初始值的时为初始值的-5 ，而，而 tan在在13、20和和25Vmm时分别为初始值的时分别为初始值的+20 、+128和和 +680 。由图。由图9可见，在电压电流特性中显示的可见，在电压电流特性中显示的(SrC a)TiO3样品的样品的 绝缘

29、电阻，在绝缘电阻，在Sr0.85Ca0.15TiO3系样品中在系样品中在100Vm、电流为、电流为10-6 A cm 时几乎等效于在时几乎等效于在100Vmm下下103M cm的电阻率。的电阻率。 多功能敏感陶瓷 多功能敏感陶瓷 多功能敏感陶瓷 图图10表示当分别给表示当分别给(SrC a)TiO3系和系和SrTiO3系陶系陶 瓷压敏电阻器施加宽度为瓷压敏电阻器施加宽度为820s时各种高脉冲时各种高脉冲 波时，作为电流函数的压敏电压波时，作为电流函数的压敏电压V 1mA的变化曲线，的变化曲线， 高脉冲能量是每高脉冲能量是每5分钟加两次。由图可见，分钟加两次。由图可见， SrTiO3系样品的系样

30、品的V 1mA从从1000Acm2 起开始变化，起开始变化， 而而Sr0.85Ca0.15TiO3系样品来说，其系样品来说，其V 1mA在在2530A cm2以下几乎无变化，而在以下几乎无变化，而在3500A cm2时时V 1mA的变化为 的变化为-24 。故。故(SrC a)TiO3系陶瓷压敏电系陶瓷压敏电 阻器比阻器比SrTiO3系陶瓷压敏电阻器有更优良的浪涌系陶瓷压敏电阻器有更优良的浪涌 承载能力。承载能力。 多功能敏感陶瓷 综合上述，综合上述， (SrCa)TiO3系陶瓷压敏电阻器系陶瓷压敏电阻器 的非线性系数的非线性系数 和浪涌能量能力远比和浪涌能量能力远比S rTiO3 系的为优，

31、而且，系的为优，而且， (S rCa)TiO3系陶瓷压系陶瓷压 敏电阻器具有从敏电阻器具有从25mm到到400Vmm宽宽 广范围的压敏电压，其表观介电常数广范围的压敏电压，其表观介电常数SAPP 也比也比ZnO-Bi 2O3系压敏电阻器的为高。这系压敏电阻器的为高。这 些优良的介电和压敏特性，使些优良的介电和压敏特性，使(SrC a)TiO3 系陶瓷压敏电阻器将会获得人们的高度重系陶瓷压敏电阻器将会获得人们的高度重 视。视。 多功能敏感陶瓷 多功能敏感陶瓷 四、四、BaTiO3-BaSnO3系敏感陶瓷系敏感陶瓷 最近，我国清华大学材料科学和工程系试最近，我国清华大学材料科学和工程系试 制成一种

32、新型的制成一种新型的BaTiO3-B aSnO3(BTS)系系 多功能敏感陶瓷多功能敏感陶瓷 。这种陶瓷具有高的电容。这种陶瓷具有高的电容 量和表面电阻率，并能分别对温度、相对量和表面电阻率，并能分别对温度、相对 湿度和周围大气中存在的气体产生可逆性湿度和周围大气中存在的气体产生可逆性 响应，从而试制成用单个元件检测温度、响应，从而试制成用单个元件检测温度、 湿度和气体三种功能的传感器。湿度和气体三种功能的传感器。 多功能敏感陶瓷 样品制备使用的原材料是试剂级样品制备使用的原材料是试剂级B aCO3、SnO2、 和和TiO2 氧化物。按照组成配料后把粉料球磨、烘氧化物。按照组成配料后把粉料球磨

33、、烘 干并在干并在50MPa压力下压成圆片，生片在压力下压成圆片，生片在1200- 1350的空气中烧结的空气中烧结0.1-2小时，通过通常的热小时，通过通常的热 压烧结方法获得了相对密度小于压烧结方法获得了相对密度小于90% 和密度大于和密度大于 理论密度的理论密度的90% 的烧结体陶瓷。这种陶瓷显示出的烧结体陶瓷。这种陶瓷显示出 典型的树枝典型的树枝 多孔性结构。多孔性结构。 多功能敏感陶瓷 经用经用X射线衍射图形研究射线衍射图形研究BTS陶瓷的结构表明，陶瓷的结构表明，B a(Ti 1-xSnx)O3(x=0.22，简称，简称BTS-22)是一种具是一种具 有钙钛矿型结构的有钙钛矿型结构

34、的B aTiO3为基的固溶体。为了测为基的固溶体。为了测 试电性能，在试电性能，在 80.4mm样品的两个主表面上真样品的两个主表面上真 空沉积空沉积Au电极。沉积的电极。沉积的Au或烧结的或烧结的RuO2电极，电极， 都是具有平均气孔尺寸大于都是具有平均气孔尺寸大于1m 的多孔性结构。的多孔性结构。 电极与陶瓷的粘接有良好的附着强度，并对水蒸电极与陶瓷的粘接有良好的附着强度，并对水蒸 气和还原性气体具有优良的吸附和解吸附作用。气和还原性气体具有优良的吸附和解吸附作用。 多功能敏感陶瓷 BTS多孔陶瓷是一种具有大的介电常数多孔陶瓷是一种具有大的介电常数-温度依赖关系的温度依赖关系的 介质材料。

35、介质谱研究结果表明众多的介质材料。介质谱研究结果表明众多的BTS组分，特别是组分，特别是 BTS-22具有良好的敏感特性。图具有良好的敏感特性。图11(a)表示表示BTS-22的电容的电容 量与温度的关系特性，由图可见，量与温度的关系特性，由图可见，BTS-22陶瓷传感器能陶瓷传感器能 检测从检测从-40 至至+150宽广的温度范围，而只有宽广的温度范围，而只有-15以以 下才有极小的滞后现象，而且湿度对电容量的影响是极微下才有极小的滞后现象，而且湿度对电容量的影响是极微 小的。小的。BTS-22陶瓷传感器的湿度陶瓷传感器的湿度-电阻值特性如图电阻值特性如图11(b)所所 示。当相对湿度从接近

36、于示。当相对湿度从接近于1% 增加增加100% 时，电阻值按照时，电阻值按照 对数标尺迅速地下降。在小于对数标尺迅速地下降。在小于3% RH实验性误差范围内实验性误差范围内 没有观察到滞后回线。在没有观察到滞后回线。在1 -80温度范围内相对湿温度范围内相对湿 60%时，湿度时，湿度-电阻特性的温度系数约电阻特性的温度系数约4050(B常数常数)，该值，该值 与纯水的极相接近。与纯水的极相接近。 多功能敏感陶瓷 在大于在大于300的高温下，可逆的化学吸附成的高温下，可逆的化学吸附成 为主导，为主导，P型半导体型半导体BTS-22系陶瓷的电导系陶瓷的电导 随着气体的化学吸附而改变。电导率随着随着气体的化学吸附而改变。电导率随着 环境气氛中含有诸如丙烯、乙炔和乙烯环境气氛中含有诸如丙烯、乙炔和乙烯 (C3H6)、C2H2 以及以及C2 H4等官能团