JPS6051661A - 導電性セラミツクス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は良好な電気伝導性を有する導電性セラミックス
に関する。

〔発明の背景〕

従来から周知の導（社）性セラミックスとしては、シリ
コンカーバイド（ｓｔｃ）系、ランタンクロメ−）　（
ＬａＣｒＯｓ　）系、ジルコニア（ＺｒＯ２）系などが
知られている。しかし上記の導電性セラミックスは電気
抵抗が比較的太きく、１ｏｏｏｃの高温時で１０−２Ω
口程度が下限である。また上記導電性セラミックスは抵
抗温度特性が負、すなわち温度上昇と共に電気抵抗が減
少するため電流の急増による熱暴走を生じやすく、ヒー
タとして使用した場合には温度制御がむずかしくなる。

さらに上記導電性セラミックスは通常多孔質で機械的強
度が小さいなどの欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は従来の導電性セラミックスがもつ上記の欠点を
解消すべくなされたもので、機械的強度が大きく、電気
抵抗が小さく、かつ正の抵抗温度特性を有する新規の導
電性セラミックスを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は酸化アルミニウム（ｋｔ２０３）または炭化ケ
イ素（ｓｉｃ）と導電性物質を組合せて複合化すること
により、本発明の目的を達成し得る材料を見い出した。

すなわち本発明は、Ａ　Ｌ　２０３　またはＳｉＣを主
成分とする基材相中に、金属に類似した性質をもつ非酸
化物系の導電性物質を分散混合し、緻密に焼結してなる
導電性のセラミックスを提供するものである。本発明に
おける非酸化物系の導電物質としては、周期律表のｌｌ
ａ族元素のうちスカンジウム（ＳＣ）、イツトリウム（
Ｙ）およびランタン（Ｌａ）の炭化物、窒化物またけホ
ウ化物等の化合物、例えばスカンジウム化合物の５ｃＩ
３２゜ＳＣＣ，８ＣＮ、イツトリウム化合物のＹＢ２゜
ＹＩ１４　、ＹＢｓ　、ＹＯ２、ＹＮおよびランタン化
合物のＬ　ａＢ　４１　Ｌ　ａＢ　ａ　ｔ　Ｌ　ａＣｚ
　＃　Ｌ　ａＮ等が用いられる。これらの材料は高導電
性と正の抵抗温度特性を有し、しかも高融点で耐酸化性
にも（９）れるためガに１戊材として好適である。

一方基材にはＡｔ２０３．３　ｉ　Ｃまたは５ｊｓＮ４
の１種と各々の成分に適した焼結助剤並びに粒成長を抑
制する成分を添加したものが好ましい。基材成分に上記
材料を選んだ理由は、耐熱温度が高く、熱的、化学的な
安定性に優れ、機械的強度も大きく、シかも耐熱衝撃性
罠も医れるためである。

これらの特長は、例えば本発明を高温ヒータ材とした場
合、耐熱・耐酸化性に優れると共に通電により瞬間的に
赤熱させた時に加えられる熱衝撃に対しても浸れた耐久
性を有し、導電材との組合せ上好適である。

本発明の導電性セラミックスは１、基材成分の粉末と前
記４電拐とをそれぞれ８０〜２０容積チ、２０〜８０容
積チの範囲に調合し、これに成形バインダとして例えば
ポリビニルアルコール（Ｐ　ＶＡ　）水溶液を加え混合
した凌、所定の形状に成形し、これを真空中あるいは非
酸化性雰囲気中１５００〜２２００　Ｃの温度で焼結す
ることにより、理論密度比で９０チ以上の密度並びに室
温時で１Ωｍ以下の抵抗率を有する焼結体を製造するこ
とができる。

本発明において、基材成分と導ｒ１７材とを上記割合に
限定した理由は、導電材が２０容＄％より少ないと焼結
体の抵抗率が１Ωαより大きく、しかも導電材添加量に
対する抵抗率変化が急峻となり抵抗率制御が困難となり
、さらに基材がＳｉＣの場合には抵抗温度特性が負とな
るためである。また８０容（ＨＨ％よりも多くなると、
得られる焼結体の機械的強度、耐酸化性、耐熱衝撃性な
どの特性が低下するため好ましくない。

〔発明の実施例〕

次に、実施例により本発明の詳細な説明する。

実施例１ 基材には平均粒径が約３μｍのＡｔ１Ｏｓ　、　Ｓ　ｉ
ＣおよびＳｉ３Ｎ４の各粉末を、また導電材には平均粒
径が約２μｍのＹ　Ｂ　ａ粉末を用いた。焼結助剤は、
ＳｉＣにはＡ　Ｌ　２０　ｓ粉末を２％、５ｆｓＮ４　
およびＡ　ｔ２０　ｓ　にはＭｇＯ粉末を５％および１
％（いずれも市川％）添加した。上記基材とＹ　Ｂ　６
粉末を種々の割合に調合し、さらにその全量に対して３
％ＰＶＡ溶液を１５チ加え攪拌らいかい機で混合した。

次いで混合原料粉は金型を用いて１０００　Ｋｇ　／　
ｃＡの圧力を加えて成形体とした。この成形体を黒鉛ダ
イスに入れ、真空度１０−３〜１０−５Ｔｏｒｒの減圧
下でホットプレス焼結（圧力は３００　Ｋｇ／ｃ４一定
）した。焼結温度はＡｔ２０３系が１６００Ｃ，８１ｓ
Ｎｉ系が１７００Ｃおよび８ｉＣ系が２０００Ｇである
。得られた焼結体はいずれも相対密度が９５−以上に緻
密化した。また焼結体の室温における抵抗率とＹＢ６混
合量との関係は図に示す如くである。同図において曲線
ＡはＳｉＣ基、曲線ＢおよびＣは５ｊｓＮ４基およびＡ
ｔ２０ｓ基の焼結体である。図の結果から、導電材であ
るＹＢ６の混合量を２０容８！ｉ％以上適当に選ぶこと
により、抵抗率を大略１〜５　Ｘ　１０−５Ωｍの範囲
で任意の値のものが得られる。

第１表は上記の焼結体における相対密度、抵抗温度係数
（２０〜８００Ｃ）及び室温時の曲げ強さである。Ｙ　
Ｂ　６混合量が２０〜８０容ｔ＋７％の焼結体は相対密
［９７％以上、室温の曲げ強さ２０Ｋｇ／ｆｆ１以上で
あり、高密度で高強度の特性を有する。ＹＢ６混合量が
８０容積チ以上になると相対密度及び曲げ強さが低減す
る。一方抵抗温度係数け、ｓ　ｉ　３　Ｎ４基及びＡ　
１２０　ｓ基複合材はＹ　Ｂ　ｓ２０２０容積チで正の
値をもつ。ＳｉＣ基の複合材はＹＢ６２０容積チは負の
温度係数をもつが、約３０容量％以上では正の抵抗温度
係数を有する。

実施例２ ｋ１２０ｓ粉末は実施例１と同じもの、また導電材は市
販の純度９９チ以上、粒径５μｍ以下のＳＣ，Ｙおよび
Ｌａの各種化合物を用いた。Ａｌ　ｔ　Ｏｓ粉末６０容
積チと、導電材粉末４０容積−からなる組成物を混合し
、圧力１０００　Ｋｇ　／　ｃｒ／ｌの圧力で円板状に
成形した後、真空ホットプレス装置を用いて真空ホット
プレス焼結した。ホットプレス焼結の争件は、圧力３０
０に９／ｉ、温度１７００Ｃ１時間１　ｂである。

得られた複合焼結体の特性を第２表に示した。

試作した複合焼結体の相対密度はいずれも９７チ以上で
高密度である。抵抗率は導電材の種類により多少異なる
が高導電性であり、曲げ強さも３５１（り／闘２以上で
高強度を有する。また第１表の焼結体全部について室温
と８００Ｃ加熱時の抵抗値を１１！４べた結果、導電材
の種類によって抵抗変化の値は異なるがいずれも温度が
高くなると抵抗は増大し、正の湿度特性を有する。

実施例３ 実施例１と同じｓｉ、Ｎ、粉末を用い、これにＬａＢ４
またはＬａＢ６粉末（平均粒径はいずれも２μｍ）を混
合量を変えて添加し、実施例１と同じ条件で成形、ホッ
トプレス焼結して５ｉ３Ｎ４−４．ａｆ３４系及びＳ　
ｊ　３Ｎ４−ＬａＢｅ系の複合焼結体を作製した。両系
の抵抗率と導電材混合量との関係は、第１図の曲線Ｂ、
Ｃとほぼ同等である。またさ 曲げ強も第１表に示した値とほぼ同等であり、抵＾ 抗温度特性は室温〜８００Ｃの間で正である。

〔発明の効果〕

以上、実施例で詳述したように、本発明になる導電性セ
ラミックスは導電材粉末の混合量を調整することにより
１〜５　Ｘ　１０−５Ωｍの範囲で任意の抵抗率のもの
が得らる。また抵抗温度特性が正のものが得られるため
赤熱状態でも電流暴走による溶断を起さず、さらに緻密
質で機械的強度が大きいので耐酸化性や耐熱衝撃性にも
浸れた材料である。

したがってこのような特長をもつ本発明の導電性セラミ
ックスの用途としては、例えば各種のヒータ、自動車用
のグロープラグ、液体及び気体燃料点火用の電気着火器
、あるいは高温用の電ｒＡまだは導体などに好適である
。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の１例に係る導電性セラミックスの第１頁の
続き ■Ｉｎｔ、ＣＩ、’　識別記号　庁内整理番号／／　Ｈ
０１Ｃ７１０２６９１８−５ＥＣ発明者　小　杉　哲　
夫　日立市幸町３丁「所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化アルミニウム、炭化ケイ素または窒化ケイ素の
   １種及びその焼結助剤を適量含む暴利に導電材として周
   期律表中［［ａ族元素の炭化物、窒化物およびホウ化物
   の少なくとも１種を２０〜８０容量チ混合してなる組成
   物を焼結して得られる導電性セラミックス。 ２、室温時の電気抵抗率が１Ωα以下で、かつ抵抗温度
   特性が正である特許請求の範囲第１項記載の導電性セラ
   ミックス。 ３、前記１１１ａ族元素はスカンジウム、イツトリウム
   まだはランタンである特許請求の範囲第１項記載の導電
   性セラミックス。