1、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（10 3108 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,
2、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 12
3、50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，PT
4、C 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
5、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
6、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-T 1)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（10 3）。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
7、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。I t 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
8、。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
9、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
10、，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、
11、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 高 H 宽
12、W片数 使用电压/V绝缘电压开关温度/功率/W/mm /mm /mm /V (5m/s,风速)MZFR-8.5J96Z44-220V1 96 44 15 8 220 无绝缘 250 850MZFR-10.6J120Z44-220V1 120 44 15 10 220 无绝缘 250 1060MZFR-12.8J96Z66-220V1 96 66 15 12 220 无绝缘 250 1280MZFR-16J120Z66-220V1 120 66 15 15 220 无绝缘 250 1600MZFR-8.5J96Z44-110V1 96 44 15 8 110 无绝缘 250 850MZFR-10
13、.6J120Z44-110V1 120 44 15 10 110 无绝缘 250 1060MZFR-9.5J72Z66-110V1 72 66 15 9 110 无绝缘 250 950MZFR-12.8J96Z66-110V1 96 66 15 12 110 无绝缘 250 1280MZFR-4.4J48Z44-24V1 48 44 15 4 24 无绝缘 250 440MZFR-6.4J48Z44-24V1 72 44 15 6 24 无绝缘 250 640MZFR-8.5J96Z44-24V1 96 44 15 8 24 无绝缘 250 850MZFR-3.9J48Z44-24V1 48
14、44 15 4 24 无绝缘 240 390MZFR-5.8J72Z44-24V1 72 44 15 6 24 无绝缘 240 580MZFR-7.8J96Z44-24V1 96 44 15 8 24 无绝缘 240 780MZFR-9.6J120Z44-24V1 120 44 15 10 24 无绝缘 240 960MZFRJ-7.0J96Z44-220V1 96 48 20 8 220 3750 250 700MZFRJ-8.8J120Z44-220V1 120 48 20 10 220 3750 250 880MZFRJ-10.5J96Z66-220V1 96 72 20 12 220
15、3750 250 1050MZFRJ-13J120Z66-220V1 120 72 20 15 220 3750 250 1300MZFRJ-7.0J96Z44-110V1 96 48 20 8 110 2500 250 700MZFRJ-8.8J120Z44-110V1 120 48 20 10 110 2500 250 880MZFRJ-8.0J72Z66-110V1 72 72 20 9 110 2500 250 800MZFRJ-10.5J96Z66-110V1 96 72 20 12 110 2500 250 1050注：1）功率老化率非常优异，1000 小时功率老化率在 10%以内
16、，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-220V1 70 50 60 220 3750 80 18DL -30W60A-220V1 70 50 60 220 3750 120 30DL -50W60A-220V1 70 50 60 220 3750 190 50DL -35W120A-220V1 70 50 120 220 3750 80 35DL -60W120A-220V1 70 50 120 220 3750 120 60DL -100W120A
17、-220V1 70 50 120 220 3750 190 100DL -50W120A-220V1 70 50 200 220 3750 80 50DL -100W120A-220V1 70 50 200 220 3750 120 100DL -150W200A-220V1 70 50 200 220 3750 190 150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
18、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
19、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、陶瓷喷涂釉面。颜色有各种流行色。见本网站直发器、波浪板产品的专门介绍。 3. 使用注意。 1）发热功率在通电后由大到小，最后稳定。稳定功率与使用条件有关，同一件 PTC 发热器，使用条件不同，则功率可能相差几倍。散热越快则稳定功率越大；PTC的表面温度越高则功率越高。 2）工作电压的变化对表面温度的影响比较小。当工作电压增加 2 倍（或下降 1/2）时，表面温度的上升（或下降）8 左右。 3）我公司生产的 PTC 元件，本身可靠性很高、的寿命很长，但是如果装配不当，最终产品会出现功率和温度不稳定等情形。 4）多个 PTC 一起使用时，应并联，不可串联。
