1. Основные параметры и характеристики тр прямого подогрева.

В ТР прямого подогрева сопротивление изменяется или под влиянием тепла, выделяющегося в них при прохождении электрического тока, или в результате изменения температуры окружающей среды.

Основными характеристиками ТР являются:

Температурная характеристика: зависимость сопротивления ТР от температуры, выражаемая соответствующей зависимостью.

Номинальное сопротивление: сопротивление ТР при определенной температуре окружающей среды (обычно при 20...25С).

Коэффициент температурной чувствительности: коэффициент в показателе экспоненты температурной характеристики ТР. Значение этого коэффициента, зависящие от свойств материала ТР, практически постоянно для данного ТР в рабочем диапазоне температур и для различных типов ТР, находится в пределах от 700К до 5000К. Коэффициент температурной чувствительности может быть найден экспериментально путем измерения сопротивления при температурах и:

(5)

ТКС: показывает относительное изменение сопротивления ТР при изменении температуры на 1С:

(6)

ТКС зависит от температуры:

(7)

3. Материалы, применяемые для изготовления тр с отрицательным ткс.

Известно, что некоторые соединения (ZnO, NiO, Cu₂O) часто имеют неточный стехиометрический состав; у них избыток катионов или анионов, что существенно влияет на диэлектрические (д/э) свойства этих материалов, в частности, на проводимость. Чистый оксид никеля (NiO) является довольно хорошим изолятором. Из-за избытка атомов кислорода в кристаллической решетке, NiO приобретает свойства п/п. Проводимость нестехиометрического NiO возрастает в результате перемещения (перескока) заряда от Ni³⁺ к Ni²⁺ по схеме:

Ni₁³⁺ + Ni₂²⁺ = Ni₁²⁺ + Ni₂³⁺

Однако проводимость нестехиометрического NiO имеет плохую воспроизводимость и она нестабильна при многократных температурных воздействиях. Для повышения воспроизводимости резистивных свойств, в NiO добавляют оксид лития (Li₂O) и производят спекание смеси оксидов при высоких температурах (1300С...1400С) на воздухе. Получаемый при этом смешанный кристалл NiO–Li₂O имеет тем большую проводимость, чем больше Li₂O содержится в выбранной смеси оксидов. Полученную по керамической технологии смесь оксидов лития и никеля использовали качестве одного из первых материалов для изготовления ТР с отрицательным ТКС [2].

Позднее для изготовления ТР с отрицательным ТКС стали использовать системы различных 3d-оксидов, между которыми в процессе термического синтеза образуются соединения с высокой электропроводностью. Исходные компоненты подбирают таким образом, чтобы циклы термообработки производились только в нормальной атмосфере, что облегчает обеспечение стабильной работы таких ТР в воздушной среде без специальных мер защиты от окисляющего действия кислорода.

Для изготовления ТР, рассчитанных на работу в среднем диапазоне рабочих температур, во многих странах получили наибольшее распространение двойные и тройные системы оксидов марганца, кобальта, никеля и меди [1].

4. Электропроводность в системах оксидов марганца, кобальта, никеля и меди.

1. Электропроводность в двойных системах.

В системе MnO–CuO шпинель CuMn₂O₄ с высокой электропроводностью в чистом виде образуется в исходном составе смеси оксидов с величиной атомного соотношения Cu:Mn = 0,5. Монофазную кубическую шпинель CuMn₂O₄ получали при обжиге шихты в нормальной атмосфере в течении 15...20 часов в интервале температур 850...950С с последующей закалкой на воздухе. Медленное охлаждение приводило к частичному распаду шпинели и появлению в материале Mn₂O₃ фазы кубической модификации. При обжиге составов, близких к CuMn₂O₄, при температурах выше 1000С происходит диссоциация шпинели CuMn₂O₄ с выделением O₂:

12 CuMn₂O₄ = 6 Cu₂Mn₂O₅ + 4 Mn₃O₄ + O₂

Температурные зависимости проводимости материалов в системе MnO–CuO, где шпинель CuMn₂O₄ является основной или единственной кристаллической фазой, приведены на Рис. 1.

Судя по характеру температурных зависимостей электропроводности материалов в системе MnO–CuO в широком интервале температур от 200К до 1000К, по-видимому, наблюдается один и тот же механизм электропроводности. Увеличение электропроводности на 5...6 порядков свидетельствует об очень большой концентрации носителей заряда. Подвижность носителей заряда так же резко возрастает с температурой.

В системе MnO–CoO можно выделить образование двух химических соединений: CoMn₂O₄ со структурой типа кубической шпинели и MnCo₂O₄ со структурой тетрагонально искаженной шпинели. Между MnO и CoO образуется непрерывный ряд твердых растворов в зависимости от режима термического синтеза. Шпинели CoMn₂O₄ и MnCo₂O₄ находятся в этом ряду.

Электропроводность составов в системе MnO–CoO значительно ниже электропроводности составов в системе MnO–CuO.

В системе CoO–NiO в зависимости от условий синтеза образуется серия шпинелей, включающих NiCo₂O₄. Состав образующихся шпинелей выражается общей формулой: Ni_xCo_yO₄, где x – изменяется от 0,52 до 1,2 , а y– от 1,8 до 2,48.

Электропроводность Co–Ni полупроводников немного ниже электропроводности Cu–Mn полупроводников. Электропроводность, например, состава, содержащего 25 ат.% Ni в смеси NiO–CoO, составляет после отжига 10^-2 Ом^-1См^-1 при комнатной температуре [2].