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金属膜正温度系数热敏原料的钻研doc

日期:2019-10-25 22:11 来源:

  

金属膜正温度系数热敏原料的钻研doc

金属膜正温度系数热敏原料的钻研doc

  *若权利人发现爱问平台上用户上传内容侵犯了其作品的信息网络传播权等合法权益时,请按照平台侵权处理要求书面通知爱问! 简介:本文档为《金属膜正温度系数热敏材料的研究doc》,可适用于战略管理领域 金属膜正温度系数热敏材料的研究摘要PTC材料是一种温度敏感性的导电材料PTCPositiveTemperatureCoefficient即正温度系数是指材料电阻率随自身温度升高而增大的一种特性。金属膜PTC热敏材料与传统的陶瓷PTC材料相比具有阻值极低、加热快速、安全系数高、工作寿命长、无噪音、功率衰减小、机械强度高、密封性好及灵活性强等优点。金属膜PTC热敏材料可以用于感温加热器、温度传感器和红外探测器。本文对金属膜设计和制备流程的各个环节进行了研究。选择镍和铁作为金属膜材料设计了金属膜的多层状结构此结构能够增强膜的界面效应同时使镍铁层间形成合金层从而对电阻温度系数的提升有重要作用。选择真空蒸发法制备镍铁多层膜利用金属熔点差采取轮转蒸发源的方法实现了镍铁多层膜的制备并用烘箱、温度计、万用表和高温导线实现金属膜电阻温度系数测试过程。本文对影响金属膜PTC效应的各个因素包括层数、金属比例和热处理温度进行了研究。当镍铁质量比为:时镍层和铁层的厚度处于一个比较理想的范围膜样品的电阻温度系数较大为ppm。是一个比较理想的热处理温度此热处理条件下镍铁质量比为:的膜样品的电阻温度系数较大。综合各因热处理分钟升温速率为s得到的素镍铁比为:的十二层镍铁膜样品在金属膜的电阻温度系数有较高值为ppm室温电阻为非线性误差较大达到。关键词:金属膜电阻温度系数PTC真空蒸发IAbstractPositiveTemperatureCoefficientPTCmaterialsaretemperaturesensitiveelectricmaterialsTheelectricresistivityofthematerialgoesupwiththetemperatureincreasingComparedwithtraditionalPTCceramicmaterialsPTCmetalfilmthermistorpossessesmanyadvantagessuchasextremelowresistancefastheatuphighsafetyfactorlongworkinglifenonoiselittlepowerattenuationhighmechanicalstrengthhighflexibilityandgoodsealingpropertiesPTCmetalfilmthermistorcanbeusedforthermalheaterstemperaturesensorsandinfrareddetectorInthispaperthedesignandpreparationofthemetalfilmhasbeenstudiedThenickelandironwereselectedtobeoriginalmaterialAmultilayerstructuremetalfilmhasbeenschemedoutThisstructureenhancedtheinterfacebetweenthefilmsandformednickelironalloylayerthuslargelyincreasingthetemperaturecoefficientoftheresistanceThemultilayernickelironfilmhasbeenpreparedbyvacuumevaporationprocesswhichutilizeddifferentmetalmeltingpointandrotaryevaporationsourceThetemperaturecoefficientofmetalfilmresistancehasbeentestedbyoventhermometermultimeterandhightemperaturewireThelayernumberproportionofmetalandtemperatureofheattreatmentonthePTCeffectofmetalfilmhasbeenstudiedWhenthequalityratioofnickelandironwas:thetemperaturecoefficientofresistanceofthefilmsamplewasmaximalppmItissummarizedthatthelayernichelironfilmwiththequalityratio:whichwasheatedatforhourswiththeheatingratesprocesseslargesttemperaturecoefficientofresistanceppmTheresistanceatroomtemperaturewasThenonlinearerrorwasKeywords:MetalfilmTemperaturecoefficientofresistancePTCVacuumevaporationII独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知除文中已经标明应用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段和汇编本学位论文。保密在年解密后试用本授权书。本论文属于不保密。请在以上方框内打“”学位论文作者签名指导教师签名日期年月日日期年月日绪论PTC效应概述自PWHaayman等人发现PTC效应至今已有半个世纪。PTC热敏电阻因其独特的机电热物理性能在国民经济的许多部门得到了广泛的应用。PTC是正温度系数热敏电阻器即它的电阻值随温度的升高而增大。PTC具有的个主要特性分别是电阻温度特性电压电流特性以及电流时间特性。、电阻温度特性电阻温度特性常简称阻温特性它是PTC热敏电阻最基本的特性表示在规定的电压下PTC元电阻值的对数与温度之间的关系按其特性又分为缓变型补偿型和开关型两类典型特性曲线见图所示。缓变型PTC元件在一定范围内电阻值与温度的关系近似为线性温度系数在用于温度补偿和温度检测。开关型PTC元件有一个突变点居里点在温度达到居里点后其阻值将急剧增加温度系数以上在居里点之前的电阻温度系数一般为。图电阻温度可达特性、电压电流特性静态特性电压电流特性亦称为伏安特性是PTC元件实际工作状态下的电压和电流之间的关系典型曲线见图。该曲线可粗略分为AB、BC和CD三部分。图电流电压特性在AB段由于PTC元件两端所加电压较低由功耗引起的温升电阻变化小称为等电阻段在BC段由于元件的功耗PUR可以通过自身电阻的变化调整基本保持不变称为等功率阶段就是说当电路工作在正常状态时PTC元件就处于低阻状态一旦电路出现故障或过载使工作电流增大PTC元件处于高阻状态促使电流自动降下来形成PTC元件的自动控制功能在CD段因受电压效应的影响电阻阻值增大速度减慢电流变化逐渐趋于平缓超过D点即进入负阻区电流开始回升静态伏安特性是确定PTC元件最佳工作状态的主要依据。、电流时间特性动态特性电流时间特性表示在PTC元件两端加上额定工作电压时流过元件的电流随时间而变化的特性典型曲线见图。图电流时间特性在PTC元件两端施加某一电压的瞬间由于其初始阻值小电流迅速增大。然后随着时间的推移PTC元件自身发热进入正温度系数特性区域电阻阻值急剧增加电流大幅度下降最后达到稳定状态。动态特性电流整个变化过程的时间是由于PTC元件的热容量、放热系数及输入电压所决定的当元件的热容量、放热系数小和输入电压越大则达到稳定的时间就越短。这种动态特性是PTC所特有的就是说PTC元件对于外加的电压具有较大的初始电流和突变连续衰减部分。动态特性因所通的电压不同还可分为交流和直流两种类型如图所示。图两种电压下的电流时间特性金属的电阻温度系数导体的电阻随着温度的升降而变化这主要是因为电阻率是温度的函数。对于金属导体电阻率与温度t间近似地存在线性关系tρρα式中t表示摄氏温度ρ表示时的电阻率α表示电阻的温度系数ρ表示t电阻率。根据量子理论电子属于费米Femi子对金属的导电做出贡献的并不是导体中的所有电子而只是费米能级附近的电子。通过计算我们可以得出金属导体中的电流密度为nejEmμτ与欧姆定律的微分形式jEσ比较可知电导率为nemμτσ故电阻率mneμρστ前面式中μτ的称为驰豫时间电子与原子实的碰撞可认为是完全弹性的则μτ与电子在一个平均自由程的运动时间相同故有lVμτ将式代入式得mVnelρ实验发现除非在极低温度下电子对热容量没有贡献因此可以说电子热运动的平均速率V受温度影响很小可以忽略不计但对于金属原子实可视为理想状态下作谐振动故其平均能量为maεω式中ω为谐振动的角频率为平均振幅依照能均分定理aKTε可知amTω而平均自由程l与原子实作谐振动时的平均振幅a的平方成反比即la由式可知lT。考虑到V的影响可以忽略视其为常量再由式可知电阻率ρ与T成正比设比例系数为β则Tρββt对比式与式可知α由以上讨论可知在理想状态下纯金属的α值约为但对于实际情况而言n、V大小会受温度的影响不同纯金属的α值是有所不同的。对于少数纯金属导体其n、V受温度影响较小它的α值接近对于大多数纯金属导体其n、V值的受温度影响较大因此它的α值较大一般会高于。金属膜PTC热敏材料的应用金属膜PTC材料用于感温加热器这是一种以电阻温度特性为基础的应用产品这些产品主要用于电梯、水泵以及连续运转的电气设备、烘箱等以防止过热超温。有的用于电热毯、电熨斗电饭煲等家电产品。近几年在提高绝缘程度扩大工作温度范围提高可靠性方面取得了新进展。PTC热敏电阻具有恒温作用当PTC发热元件通电时温度较低此时电阻小功率很大能迅速加热。温度逐渐上升到居里温度时由电阻温度曲线可知电阻急剧增大可达个数量级在恒压作用下通过元件的电流则减小相应元件温度亦降低于是电阻值减小。而这时由于电阻的减小又导致通过热敏电阻元件的电流增大元件温度升高电阻增大从而使电流又开始减小。这样通过重复上述过程元件本身就起到了自动调节温度的作用。因为PTC元件具有自然寿命长、自动恒温、无明火、高可靠性、节能效果显著等特点常用来做加热器的材料。PTC加热器可以自动调节温度而不需要再用恒温器和其他控制线路。它自动调节热量对功能稳定性可以起到明显的作用。它可以在各种电压条件下保持常温。PTC加热器在工业中应用广泛因为它能在小范围内产生恒定的高热量。此外对于要求严格控制热量的装置它可以自动调节热量因而使部件数量减至最少同时也节约了成本。而与陶瓷PTC加热器相比金属PTC加热器的七大优势、快速加热金属PTC电加热器启动时因开始温度低电阻值小所以输入电流较大功率相对也大从而使加热器很快发热。、安全系数高外壳不带电发热材料与外壳散热片采用氧化镁粉隔绝因此电加热器外壳不带电使用安全可靠。、自动恒温金属PTC发热材料是一种正温度系数很高的发热材料它的特性是随着温度的升高如空调器的风扇发生故障停转其电阻值大幅度增大即以PTC特性自动修正使加热器输入功率降低限制加热器温度升高。反之则输入功率增大。从而自动保持温度基本不变。、金属PTC发热材料本身发热寿命长又被封装在金属护套管中氧化镁粉中心与空气隔绝。同时加热器又能自动恒温保持工作在中低温状态中故加热器工作寿命很长。、无噪音金属PTC发热材料发热时无噪音同时翅片电热管紧绕两端铜焊发热时不会产生噪音。故本电热管组件工作时无噪音。、功率衰减小金属PTC电加热器与陶瓷PTC电加热器相比较功率衰减很小因此能长期输出额定功率长期保持很好的发热效果。、机械强度高、密封性好金属PTC发热材料抗拉强度高韧性好无脆裂缺陷。发热器做好后发热材料被紧压在金属护套管中的氧化镁粉中心两极用金属引出棒引出两端用硅橡胶密封结构牢固、密闭故不怕冲击不怕腐蚀。金属膜PTC材料用于温度传感器随着信息技术和微型计算机的开发和广泛应用对各类传感器提出更高要求。温度传感器生产量大使用范围广现代技术对它有许多严格的要求反应速度快精确度高稳定性好线形好容易与二次仪表或带微处理机的读数装置配套还要求体积小重量轻生产一致性好价格低廉耐冲耐震机械性能好。薄膜温度传感器是随着薄膜技术的成熟发展而发展起来的一种新型微传感器具有体积小、热响应时间短、精度高、便于集成等特点它可以替代传统的温度传感器而且更适合应用于物体表面快速和小间隙场所的温度测量。薄膜温度传感器能够满足温度传感技术小型化、集成化、阵列化、多功能化、智能化、系统化及网络化的发展趋势在MEMS、集成电路、微纳器件等领域具有广阔的应用前景。温度传感功能薄膜按传感机理可分为热电阻传感薄膜和热电偶传感薄膜。热敏传感功能薄膜作为热敏薄膜传感器的敏感嚼丛奖蝗嗣撬厥颖と鹊缱璐衅饔直怀莆と鹊缱。薄膜传感器与其同类传感器采用的敏感材料无本质上的区别例如薄膜铂热电阻与金属丝式铂热电阻都采用铂金属作为感温材料但由于制作工艺上的不同薄膜传感器在动态响应、灵敏度等方面都有着十分明显的优点。传统的传感器与其相比因功能差体积大已很难再满足要求而将被逐渐淘汰。发展高性能的、先进微薄膜传感器已成为必然。薄膜温度传感器稳态精度高更适于物体表面、快速和小间隙场所的稳态温度测量。薄膜热敏电阻可以集成在其它传感器上作为温度敏感元件制成多功能传感器实现其温度补偿如集成压力传感器即能实现测温功能又能对压力值进行温度补偿。薄膜温度传感器品种有金属膜的元素半导体膜的金属氧化膜的复合膜的。而为了使薄膜温度传感器具有更优异的性能其敏感材料在使用温度范围内应具有下列性能电阻温度曲线线性度好化学及物理性能稳定具有尽可能大而稳定的电阻温度系数材料资源丰富固有电阻大容易加工比热小、热导率大价格便宜。因而热敏薄膜的敏感材料大多数为金属如铜、钛、请问什么牌子的指甲刀套装好呀,银、铝、铂、镍等。铝薄膜热敏电阻作为温度传感器的热敏元件有许多优点工艺简单热处理温度低铝的再结晶温度低只有而且又可以直接作为内连线和压焊点。但是铝膜作为传感器的热敏元件的缺点是其灵敏度和电阻率低耐腐蚀性差这些都限制了它的使用。银的电阻率比铝还低因此作为热敏电阻灵敏度低但银的线性度比铝好。银与保护膜的粘附性较差可以采用多层结构解决这一问题例如铬镍银多层膜。铂薄膜热电阻测温范围大性能稳定线性度好缺点是铂价格昂贵为降低成本人们正在寻求用其它金属代替铂金属。在金属材料中镍的电阻温度系数大约为铂电阻温度系数的倍作为温度传感器镍有较高的灵敏度镍的可焊性好资源丰富价格只有铂材料的千分之一以上优点使镍逐渐代替铂成为优选的热敏材料。金属膜PTC材料用于红外探测器红外探测器技术的发展一直沿着光量子型致冷和热型非致冷红外探测器这两条途径进行。其中虽然光量子型红外焦平面阵列具有光响应灵敏度高和高转换率且已批量生产和应用在军事应用方面也极受重视但其共同的特点是必须致冷到K或更低的温度下工作这就需要复杂的低温杜瓦封装和有效的低温制冷系统所以难于实现系统的进一步小型化和可靠便携式摄像应用。同时由于HgCdTe和InSb的材料价格昂贵所以导致了系统成本居高不下难于在便携式摄像系统应用在军事领域的应用也受到限制更难进入民用领域这是红外摄像技术从单元探测器发展到多元阵列和二维凝视红外焦平面阵列所面临的一个突出问题。而非致冷红外焦平面阵列技术到世纪年代已取得突破性进展近年来已基本成熟并投入了批量生产。非致冷红外焦平面阵列技术的成熟使小型化、低成本、低功耗、高性能和高可靠的全被动式工作的红外摄像系统成为现实。热型红外探测器的机理是敏感元材料吸收的红外辐射使敏感元的温度发生变化从而使敏感元材料的某一可测物理量改变物理效应此物理量的变化再由设计的机制转化为电信号。热型红外探测器利用的探测材料的物理效应包括西贝克效应、热敏电阻效应、热释电效应、热弹性效应、隧道效应、液晶色变和气体压力改变等。探测材料是非致冷红外焦平面阵列的基础迄今为止国内外学者曾经开发和选用过近百种热电型探测材料。目前比较成功的三类非致冷红外焦平面阵列是热电堆型、热敏电阻型和热释电型。热敏电阻型非致冷红外焦平面阵列利用的是探测材料中存在的一种热敏电阻效应。对于这种探测材料最主要的是应具有高的电阻温度系数TCR。由于金属TCR材料易于获得可控制的读出速率及具有低的f噪声所以金属膜可以拿来用作非致冷微测热辐射计红外焦平面阵列的材料相继采用的有NiFe、Ti、Pt、Ni、Nb和Au等。测辐射热计的探测率高器件形成工艺比简单是室温红外探测的研究热点。这类器件依靠电阻温度效应材料而工作其红外响应薄膜材料的电阻温度系数是决定该器件性能最重要的参数之一追求高电阻温度系数一直是相关材料工作者的研究重点也是本课题的主要研究内容。课题的研究目的及内容研究背景年代后期利用薄膜制备技术制作的金属薄膜热敏元件发展起来到年代早期美、德成功地研制出蒸发制备Ni膜元件。国内的哈工大MEMS中心对Ni薄膜电阻进行了研究应用蒸发的Pt膜和镀膜法制备了Ni薄膜在常温至C间工作稳定有较好的重复性在C下TCR可达C线性度为。研究意义及目的金属膜PTC热敏材料与传统的陶瓷PTC材料相比具有阻值极低、加热快速、安全系数高、工作寿命长、无噪音、功率衰减小、机械强度高、密封性好及灵活性强等优点。本课题的研究目的就是选用正温度系数大的金属或合金材料设计制备具有一定几何形状和室温电阻值金属膜并预期获得能够长期稳定工作的电阻温度系数较高的PTC热敏电阻。研究内容本课题的研究内容一是金属膜制备流程各个环节的相关工艺包括对真空蒸发镀膜工艺、光刻腐蚀工艺、热处理工艺以及PTC效应的测试方法的研究二是影响金属膜PTC效应的各个因素包括金属膜层数、热处理温度和金属膜金属比例对金属膜PTC效应的影响。金属膜PTC热敏材料的选材与设计基片的选取可用于制造薄膜热敏电阻的基片材料有很多如氧化铝陶瓷、合成蓝宝石、玻璃、微晶玻璃、聚酰亚胺、合金钢等根据需要也可直接将热敏薄膜制备在需测试的工件表面上。对基片的要求如下化学和机械性能稳定绝缘性能高介质损耗低介电常数和导磁率要小导热性能好基片表面与薄膜之间结合牢固基片材料的热膨胀系数要尽量与热敏薄膜一致以减少薄膜的内应力。在综合考虑基片的绝缘强度、耐热性能、机械性能和膜材线膨胀系数的匹配性等因素选用的基片应目检无划痕且具有较好的表面光洁度以保证薄膜的连续性及热敏能。最开始实验采用硅片作为基片主要原因是硅片表面光洁平整易清洗耐高温具有一定的几何大小适用于蒸发设备等但由于本实验要重复实验流程许多次需要大量的基片而硅片的价格昂贵适用硅片作基片所需要的实验成本很高因而之后采用玻璃基片来代替硅基片。具体使用的是载玻片规格为mm×mm厚度为mmmm其优点有和硅片一样表面光洁平整。清洗程序比较简单。几何尺寸符合要求也适用于蒸发设备。耐高温能力虽然比不上硅片但对于本实验所需的温度已经足够。最重要的一点是其价格较便宜可降低实验成本。金属膜材料的选取一些常见的金属单质的电阻率和电阻温度系数如表所示表金属单质电阻率和电阻温度系数表金属名称温度电阻率电阻温度系数金属名称温度电阻率电阻温度系数 关于金属膜正温度系数热敏材料的研究.doc文档,爱问共享资料拥有内容丰富的相关文档,站内每天千位行业名人共享最新资料。 商务谈判能帮助企业增加利润。对于一个企业来说,增加利润一般有三种方法:1、增加营业额;2、降低成本;3、谈判。不空谈,优秀的谈判者通常具有哪些特质?谈判专家告诉你,掌握好谈判策略技、谈判技巧,快速让业绩和收入翻倍。 登录成功,如需使用密码登录,请先进入【个人中心】-【账号管理】-【设置密码】完成设置

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