Oxid-Keramik - Keramik: Wie ein alter Werkstoff hochmodern wird - page 117

die behandelten Titanate und Ferrite meist der Fall. In Rutil-Keramik
für Kondensatoren muss das Titankation als Ti 4+ und in Bariumhexafer-
rit-Hartmagneten das Eisenkation als Fe 3+ vorliegen. Man erreicht sie
durch einen oxidierenden Brand. Der Partialdruck des Sauerstoffs in der
Brennatmosphäre soll mindestens mit dem der Umgebungsluft identisch,
manchmal aber auch höher sein.
Wird aber bei reduzierender Atmosphäre gesintert (Abschn. 3.4 ) ,
dann enthalten die entsprechenden Werkstoffe auch eine relevante Men-
ge an Kationen mit der niedrigeren Wertigkeitsstufe in identischen
Koordinationspolyedern. Zwischen den Wertigkeitsstufen existiert ein
temperaturabhängiges Gleichgewicht. Befindet sich eine ausreichend
große Menge polyvalenter Kationen in den Kristallen, so dass, wieder
stark vereinfacht ausgedrückt, die freie Weglänge der Elektronen aus-
reicht, um von einem Kation der niedrigeren Wertigkeitsstufe, z. B. Ti 3+ ,
zu einem Ti 4+ -Kation zu gelangen, dann ist diese Elektronenbewegung
grundsätzlich möglich. Es tritt Elektronenleitung auf. Sie erfolgt analog
der n-Leitung durch Störstellen in traditionellen Halbleitern. Allerdings
sind die Leitfähigkeiten nicht so hoch. Auch bei Keramik-Halbleitern,
hier speziell den Oxidkeramik-Halbleitern, steigt die Leitfähigkeit mit
der Temperatur. Das wird technisch in NTC-Keramiken ausgenutzt.
Der Begriff NTC steht für „negative temperature coefficient“ des spe-
zifischen elektrischen Widerstands der halbleitenden Keramikerzeugnis-
se. Aufgrund der bei steigender Temperatur ansteigenden elektrischen
Leitfähigkeit gehören die Erzeugnisse zu den keramischen Heiß leitern.
Die Leitfähigkeits-Temperatur-Kurve nimmt aber in der Regel keinen li-
nearen Verlauf, sondern weist Bereiche mit einem starken Anstieg der
Leitfähigkeit bzw. einem starken Abfall des elektrischen Widerstands
auf. Beispiele dafür zeigt Abb. 5.16 .
In den NTC-Keramiken findet man die Oxide aller eben genannten
polyvalenten Elemente, aber auch von Zink und Lithium. Das in den Ke-
ramiken vorherrschende Kristallgitter ist das des Spinells. Die Kristalle
müssen sehr klein sein.
Der Effekt wird vor allem in Bauelementen zur Spannungsregelung in
Schaltkombinationen mit anderen Widerständen eingesetzt. Man findet
NTC-Keramik aber auch in Präzisionswiderstandsthermometern.