居里温度高于120℃的PTC材料，称为高温PTC材料。一般来说，高温度PTC作为恒温发热和高功率发热元件
的较为常见，由于高温PTC材料与低温材料相比，其组成和工艺均有较大的差别，而且前者要长期地在高
温（居里温度附近）工作，因此存在着寿命和可靠性不如后者的问题。本文将对这些问题进行探讨，以便
能为使用者提供一些有用的参考。
1． 高温PTC材料的特点。
PTC材料是以BaTiO3为基的半导体陶瓷材料。这种材料的电阻率在某一区域内随温度上升而急剧上升，电
阻率突变上升的温度称为居里温度。BaTiO3居里温度为120℃。当用一部分Pb2+来置换Ba2+后，成为Ba
（1-X）PbX TiO3材料，其居里温度随着Pb2+含量的增加而上升。目前已经实用化的PTC发热材料的最高温
度为300℃。
从海旺模型得知，BaTiO3半导体陶瓷的PTC效应来源于材料介电常数的异常变化。Pb2+来置换Ba2+后，介
电常数的异常变化减少，故PTC效应不如不含Pb的材料大。所谓PTC效应即材料电阻--温度曲线中最大电阻
与最小电阻之比。含Pb高温PTC材料的PTC效应随居里温度TC的变化如图1所示。此外，随着含Pb量的提高
，控制烧成时PbO气体的挥发是不容易的。烧成时PbO气体的挥发，使PTC材料的结构成分偏离，无法烧成
结构均匀一致的陶瓷体。这些原因都会使高温PTC材料不如低温PTC材料寿命长、可靠性高。
2．PTC材料的老化。
PTC材料的老化指的是材料的常温电阻率随时间增加而增加的现象。可用ρ=ρO+Alogt来表示，式中ρ表
示材料的常温电阻率，ρO为初始电阻率，t为时间，A称为老化系数。材料处于不同的环境温度时，老化
系数也不同，见图2。当环境温度与居里温度接近时，老化系数最大，也就是说，PTC材料老化得最快。
PTC材料在居里温度以上时，晶体结构为立方顺电相，没有铁电性，材料为高电阻。当温度低于居里温度
时，晶体结构变为四方铁电相，具有铁电性。材料的铁电性抵消了部分晶界受主态，故材料在居里温度以
下为低电阻。但是，如果材料的铁电性下降，不能有效地抵消晶界主态，则电阻率会上升。PTC材料在经
过一段时间后，由于材料内部应力的释放，空间电荷的重新分配等原因，铁电性会下降，电阻则上升。在
居里温度附近，上述过程进行得比较快，故老化系数增加。如果材料在居里温度以上及以下反复变动，晶
体结构也会在立方相和四方相之间反复变化，上述作用会加剧，材料的老化作用加剧。
要减少PTC材料的老化，均匀一致的材料内部结构，小的内应力是必需的。这需要从各个工序入手，特别
是烧成工序。原材料应具有较高的活性，合成反应要充分。另外，烧成时既要防止PbO的挥发，又要使材
料具有较多好的PTC效应。烧结后期的降温过程太快对材料的老化性能的提高不利，是因为降温太快会使
材料内部存在较多的内应力，应力的释放则影响材料的常温电阻。此外，内应力的存在也会使材料的可靠
性下降。
3. 击穿电压。
在PTC元件的两端加上电压，当电压值较低时，随着电压值的增加，电流值也增加，如图3中A段。随后,再
增加电压值电流反而下降,如B段,这一阶段就是PTC元件的定功率阶段。电压上升到VB后,电流复而随电压
上升,这时,元件很容易被烧毁,电压VB称为击穿电压。为了使PTC元件具有较高的可靠性，击穿电压VB必须
是使用电压的两倍以上。VB值与环境散热条件有关，散热越快，VB值越高。
要想使PTC元件具有较高的击穿电压，除了要提高PTC效应外，还要使陶瓷体内部具有微晶结构。居里温度
越高的PTC材料，PTC效应越小，故击穿电压也越低。但是，当PTC效应相同时，居里温度越高，则击穿电
压越高。此外，如果材料内部存在着杂质点，由于电场在杂质点周围局部集中，会使元件在较低的电压下
击穿。有时，由于工艺控制不当，元件边缘的PTC效应小于中部或电阻值小于中部，边缘部分的VB较低，
会使边缘部分预先击穿。
4. 电流的影响。
给PTC元件加上电压后，元件内部有电流通过，由于种种原因，元件内部的各部分发热量不均匀，而致使
各部分热膨胀不一致，元件在这种膨胀应力发热量不均匀，而致使各部分热膨胀不一致，元件在这种膨胀
应力的作用下而开裂。材料内部晶粒电阻与晶界电阻不相等，再加结构的不均匀，或者内部分层及裂纹等
都可能导致开裂。另外，由PbO在烧成过程中的挥发，或其他因素而引起材料内部电阻不均匀，也可能导
致开裂。
元件表面所镀覆的电极，电阻要足够小，否则，也会因为电流的热效应而烧毁电极甚至使整个元件烧毁。
此外，电极的边缘往往容易引起热损毁，需要在制造过程中加以注意。
5. PTC效应的下降。
PTC元件在真空、还原性气氛使用时，PTC效应会明显下降，击穿电压VB下降，致使可靠性降低。下降后的
样品，可在大气中高温加热，可使其PTC效应得到恢复。PTC效应下降的原因是PTC材料内部晶界中的氧被
解吸释放出来，晶界缺氧时，PTC效应下降。当在大气中重新加热时，晶界重新吸附氧，PTC效应得以恢复
。
要使PTC元件长期可靠性工作，必须避免在缺氧的环境及还原气氛中使用，如氮气、二氧化碳气体、氨气
、水蒸气、有机物气体等。
对于结构松、晶粒粗的PTC材料，气体的扩散过程容易进行，PTC效应在异常气氛中下降得快。因此，要求
材料结构致密，晶粒较细。元件的边缘部分是接触异常气氛的前沿，是元件击穿的弱点。
6. 功率的下降。
当PTC在高功率的场合（如液体加热，空气加热等）使用时，如控制不当，则会引起功率下降。
PTC电阻的增加是功率下降的原因之一。首先应选用电阻变化比较小的PTC发热元件是防止功率下降
的首要条件。选用电阻比较小的PTC，在使用中引起的电阻少量增加，则功率下降不明显。相反，选用比
较大的电阻时，PTC电阻的少量增加也会导致功率明显下降。
防止导热结构在使用中变松，是防止PTC发热件功率下降的又一重要条件。结构变送，会使功率下
降。结构材料应选择耐高温的，结构应不容易在高温下或冷热冲击下变松。
7. 使用者应注意的问题。
高温PTC作发热元件时，绝大部分采用接触方式引出电极。接触方式是否可靠会影响到元件的可靠性。如
果引出电极与元件表面电极接触较松，接触电阻大，则接触面容易出现跳火现象。跳火后又使接触面的金
属氧化，增加接触电阻。最后PTC元件因电极接触电阻太大而不发热，或因跳火而使元件烧毁。PTC元件表
面电极必须用不易氧化、电阻率极小的材料，不然也会出现上述跳火现象。
采用上螺丝拧紧或其他压紧方法的压接方式引出电极，这可减少上述的跳火现象，也使元件的散热加快，
对元件的可靠性有利，但是，如果压紧力太大，则元件会在使用中因膨胀力作用而开裂。若PTC不断地通
、断电，因热的作用使接触的电极板以及外部结构不断地受膨胀力的冲击，可能会导致结构变松而打火。
在制作高功率组件时，往往使用有机硅导热胶强化散热效果或粘接。这样，PTC元件表面电极与引出电极
之间容易形成绝缘接触层的跳火的可能性。要避免以上现象，一是要尽可能减薄有机硅绝缘层，二是将元
件表面制成凹凸状的表面。
有机硅导热胶应采用无溶剂的或溶剂少的，否则，有机溶剂对PTC元件有不良影响，往往使PTC效应下降，
击穿电压下降。
使用PTC元件加热蒸发各种有机及无机物质。需要注意的是，所要蒸发的物质切勿与PTC元件直接接触，要
有可靠的措施防止各种物质扩散进入元件内部。用于加热或煮沸水时，也要防止元件与水接触。
如上所述，使用居里温度较低的PTC元件比居里温度较高的元件可靠性要高。因此，在开发PTC应用产品时
，应尽可能采用较低居里温度的元件，特别是选用280℃以上居里温度的元件时，更应慎重些。当产品需
要较高的表面温度和较大的功率时，应增加传热效果，以减少PTC表面与产品表面的温度差。这样亦可达
到提高产品表面温度及功率的效果。在需要低电阻、高耐压的场合下，也往往选用居里温度较低的PTC元
件。
作为恒温加热应用时，PTC元件的老化使产品的表面温度有微微的降低，大多数应用产品可不考虑这一变
化。有时，散热结构对产品的影响甚至超过PTC元件的影响。而当PTC元件需要输出较大的功率时，元件老
化的影响将变得重要。在长时间工作后，PTC元件的输出功率将下降，下降的幅度从2%-20%。下降率由元
件的制造工艺及居里温度的不同而不同。选择电阻值比较小的PTC元件，即使PTC的常温电阻增大一点，也
不会导致功率的下降。跟恒温加热应用一样，产品结构的变化也是功率下降的主原因。
PTC元件存在着时间老化（表现为电阻值升高、表面温度下降及功率下降）问题，以及电热击穿效应、电
流效应和PTC效应下降等引起的可靠性问题。使用者除了选择质量较优的PTC元件外，也要根据元件的特点
，正确地使用。