[发明专利]半导体陶瓷和使用该半导体陶瓷的半导体陶瓷元件

说明书

本发明涉及半导体陶瓷，特别是具有负电阻-温度特性的半导体陶瓷。本发明还涉及使用该半导体陶瓷的半导体陶瓷元件。

已知室温下具有高电阻和电阻随着温度升高而下降的负电阻-温度(″NTC″)特性的半导体陶瓷元件(具有NTC特性的元件下文称为“NTC元件”)。通过利用NTC特性，NTC元件可用于多种用途，如抑制骤增电流、延迟电动机的启动，以及保护卤素灯。

例如，NTC元件骤增电流装置通过吸收初始骤增电流来抑制过电流，以防止卤素灯或半导体元件(如集成电路或二极管)由于接通电源时流经电路的过电流而遭到破坏；并且防止这些元件使用寿命的缩短。此后，NTC元件通过自加热达到高温以使电阻值下降，在稳定的状态下，电能损耗相应降低了。

对于设计成在电动机启动后再注入润滑油的那些用于齿轮结构的电动机而言，当电流流经电动机以使齿轮立即以高旋转速度转动时，这些齿轮会由于润滑油供应不足而损坏。同样地，在研磨机中，研磨机通过磨石的旋转来研磨陶瓷表面，当驱动马达一启动研磨机就以高旋转速度转动时，陶瓷会破裂。为了避免这些问题，通过NTC元件来降低电动机的端电压，以延迟电动机的启动。此后，NTC元件通过自加热具有降低了的电阻，以使得电动机在稳定状态下正常运转。

已经用含过渡金属元素(如Mn，Co、Ni或Cu)的尖晶石复合氧化物来作为具有NTC特性并组成这些NTC元件的半导体陶瓷。

据报道，氧化钴镧(lanthanum cobalt oxides)具有NTC特性，常数B与温度有关；即常数B随温度升高而增加。(例如见V.G.Bhide和D.S.Rajoria的Phys.Rev.B6，[3]，1072，1972，等)。

当NTC元件用于抑制骤增电流时，它必须在温度升高时具有由自加热引起的电阻值下降。然而，使用尖晶石复合氧化物的常规半导体陶瓷通常的趋势是常数B随电阻的下降而下降。因此，在升高温度时电阻不能充分地降低，因此在稳定状态下无法降低电能损耗。

而且在常规半导体陶瓷中，电阻在低于0℃的低温下有相当大的增加，由此产生的电压降延迟了仪器或机器的启动。

使用常规氧化钴镧的常规半导体陶瓷元件的常数B在升高温度下高达6000K。然而，由于其常数B在低温下为4000K或更高，因此当它作为用于抑制骤增电流的NTC元件时，装配了该半导体陶瓷元件的仪器或机器在低温下会有相当大的电压降。

因此，本发明的一个目的是提供一种半导体陶瓷，其中常数B在升高温度下约保持在4000K或更高，以减少电能损耗，常数B在足够低的温度下降低，使电阻的增加大于所要求的数量，从而防止仪器或机器中的电压降。

本发明的另一个目的是提供一种使用了所述半导体陶瓷的半导体陶瓷元件。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种半导体陶瓷，它包括氧化钴镧作为主组分，以及至少一种选自Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ni、Cu和Zn的元素的氧化物作为次要组分。具有这种组成，常数B在升高的温度下保持在约4000K之上，从而使半导体陶瓷的电阻降低，使得电能损耗降低。另一方面，常数B在低温时变得足够低，以使得半导体陶瓷的电阻增加至适当水平，以防过电流流经仪器或机器，从而防止仪器或机器启动被不必要地延迟。

较好的是半导体陶瓷按元素计包含约0.001-1％(摩尔)的用作次要组分的氧化物。通过加入这一含量的次要组分，常数B在低温下为4000K或更低，从而更有效地缓和了半导体陶瓷的电阻值急剧增加。

较好的是上述氧化钴镧是La_xCoO₃(0.5≤x≤0.999)。具有这一组成，可以得到具有优良NTC特性的半导体陶瓷。

较好的是La_xCoO₃的一部分被选自Pr、Nd和Sm的至少一种元素所取代。具有这一组成，可以得到具有优良的NTC特性的半导体陶瓷。

根据本发明的第二方面，提供了一种半导体陶瓷元件，它包括半导体陶瓷和形成在陶瓷上的电极，所述半导体陶瓷包括氧化钴镧作为主组分，以及至少一种选自Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ni、Cu和Zn的元素的氧化物作为次要组分。具有这一结构，常数B在升高温度下保持在约4000K之上，从而降低了半导体陶瓷的电阻，使得电能损耗降低。此外，常数B在低温下足够低，从而使半导体陶瓷的电阻增至恰当水平，以防过电流流经仪器或机器，因此防止了仪器或机器的启动被不必要地延迟。