JP2017108087A - Composite material and PTC thermistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は正の抵抗温度特性を示す複合材料に関し、さらに詳しくは、キュリー温度が比較的低い複合材料に関する。 The present invention relates to a composite material exhibiting a positive resistance temperature characteristic, and more particularly to a composite material having a relatively low Curie temperature.
また、本発明は、上記本発明の複合材料を使用したPTCサーミスタに関する。 The present invention also relates to a PTC thermistor using the composite material of the present invention.
絶縁性材料からなるマトリックスの内部に、融解により体積が減少する金属からなる導電性フィラーを分散させ、分散された導電性フィラーによりパーコレーションパス(導電パス)を形成した、正の抵抗温度特性を示す複合材料が知られている。 A positive resistance temperature characteristic is shown in which a conductive filler made of a metal whose volume is reduced by melting is dispersed inside a matrix made of an insulating material, and a percolation path (conductive path) is formed by the dispersed conductive filler. Composite materials are known.
たとえば、特許文献1(特開2008-187199号公報)には、SiO2−PbO−B2O3系ガラスからなる絶縁性のマトリックスの内部に、Biからなる導電性フィラーを分散させ、導電性フィラーによりパーコレーションパスを形成した複合材料が開示されている。 For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-187199), a conductive filler made of Bi is dispersed in an insulating matrix made of SiO 2 —PbO—B 2 O 3 based glass, thereby making it electrically conductive. A composite material in which a percolation path is formed by a filler is disclosed.
Biは、融解すると体積が減少する性質を有する金属である。Biが融解すると、体積が約3.59%減少する。なお、Biの融点は、約271.5℃である。 Bi is a metal that has the property of decreasing in volume when melted. As Bi melts, the volume decreases by about 3.59%. The melting point of Bi is about 271.5 ° C.
特許文献1に開示された複合材料は、たとえば、室温では、マトリックスの内部に分散されたBiからなる導電性フィラーは固体であり、導電性フィラーが繋がってパーコレーションパスが形成されており、導電性を示す。 In the composite material disclosed in Patent Document 1, for example, at room temperature, the conductive filler made of Bi dispersed in the matrix is a solid, and the conductive filler is connected to form a percolation path. Indicates.
ところが、複合材料の温度が上昇し、271.5℃を超えると、Biからなる導電性フィラーが融解し、Biからなる導電性フィラーの体積が減少することにより、パーコレーションパスが分断され、急激に抵抗が上昇する。 However, when the temperature of the composite material rises and exceeds 271.5 ° C., the conductive filler made of Bi is melted, and the volume of the conductive filler made of Bi is reduced, so that the percolation path is divided, and suddenly Resistance rises.
特許文献1に開示された複合材料は、室温において0.78Ωcmであった抵抗率が、270℃付近から急激に上昇し、最大では108Ωcmに達するとされている。 In the composite material disclosed in Patent Document 1, the resistivity, which was 0.78 Ωcm at room temperature, suddenly increases from around 270 ° C., and reaches a maximum of 10 8 Ωcm.
導電フィラーに、純金属のBiではなく、Bi合金を使用する場合もある。 In some cases, Bi alloy is used for the conductive filler instead of pure metal Bi.
たとえば、同じ特許文献1には、マトリックスにSiO2−PbO−B2O3系ガラスを使用し、導電性フィラーにBi-Pb-Sn-Sb合金を使用した複合材料が開示されている。ただし、特許文献1には、Bi-Pb-Sn-Sb合金におけるBi、Pb、Sn、Sbの配合比率は記載されていない。 For example, the same Patent Document 1 discloses a composite material using SiO 2 —PbO—B 2 O 3 based glass as a matrix and Bi—Pb—Sn—Sb alloy as a conductive filler. However, Patent Document 1 does not describe the mixing ratio of Bi, Pb, Sn, and Sb in the Bi—Pb—Sn—Sb alloy.
また、特許文献2(特開2001-35704号公報)には、マトリックスにアルミナを使用し、導電性フィラーにBi80-Ga20モル%合金を使用した複合材料が開示されている(特許文献2の表2参照)。 Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-35704) discloses a composite material using alumina as a matrix and Bi80-Ga20 mol% alloy as a conductive filler (Table of Patent Document 2). 2).
特許文献2に開示された複合材料は、たとえば、室温において4.25×106Ωcmの抵抗率を示し、320℃において9.45×106Ωcmの抵抗率を示すとされている(特許文献2の表2の実施例番号2-1参照)。 For example, the composite material disclosed in Patent Document 2 is said to exhibit a resistivity of 4.25 × 10 6 Ωcm at room temperature and 9.45 × 10 6 Ωcm at 320 ° C. (Patent Document) 2 (see Example No. 2-1 in Table 2).
特許文献1や特許文献2に開示された複合材料は、融点が271.5℃のBiを、純金属のまま、あるいは合金の主金属として導電性フィラーに使用しているため、抵抗が急激に上昇するキュリー温度が比較的高いという問題があった。Biを合金化することにより、キュリー温度を若干下げることはできるが、200℃よりも低くすることは難しかった。 Since the composite materials disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 use Bi having a melting point of 271.5 ° C. as a pure metal or as a main metal of an alloy as a conductive filler, the resistance rapidly increases. There was a problem that the Curie temperature rising was relatively high. By alloying Bi, the Curie temperature can be lowered slightly, but it has been difficult to make it lower than 200 ° C.
そのため、これらの複合材料を使用したPTCサーミスタは、30℃〜200℃にキュリー温度が設定されるような温度センサなどには使用することができず、極めて限られた用途にしか使用することができなかった。 Therefore, PTC thermistors using these composite materials cannot be used for temperature sensors where the Curie temperature is set to 30 ° C. to 200 ° C., and can be used only for extremely limited applications. could not.
そこで、本発明の発明者は、導電性フィラーに、Biに代わる他の金属を使用することを試みた。 Therefore, the inventors of the present invention tried to use another metal instead of Bi for the conductive filler.
融解すると体積が減少する性質を有する金属としては、Biの他に、Sb、Gaがある。Sbは、融解することにより体積が約0.94%減少する。Gaは、融解することにより体積が約3.4%減少する。Sbの融点は約630.6℃である。Gaの融点は約29.8℃である。 In addition to Bi, there are Sb and Ga as metals having the property of reducing the volume when melted. Sb is reduced in volume by about 0.94% by melting. Ga is reduced in volume by about 3.4% by melting. The melting point of Sb is about 630.6 ° C. The melting point of Ga is about 29.8 ° C.
Sbは、融解による体積の減少率が小さく、また融点がBiよりも高いため、Biに代わる導電性フィラーの金属としては適切ではない。 Since Sb has a small volume reduction rate due to melting and its melting point is higher than Bi, it is not suitable as a conductive filler metal to replace Bi.
そこで、導電性フィラーに、Gaを純金属のまま使用して複合材料を作製した。しかしながら、作製した複合材料は、Gaの融点を超えて温度が上昇しても、抵抗が見込みどおりには上昇しなかった。すなわち、Gaを純金属のまま導電性フィラーに使用した複合材料は、充分な正の抵抗温度特性を示さず、PTCサーミスタの素子材料として使用することができなかった。 Therefore, a composite material was manufactured using Ga as a pure metal for the conductive filler. However, the resistance of the fabricated composite material did not increase as expected even when the temperature rose beyond the melting point of Ga. That is, the composite material using Ga as a pure metal as a conductive filler does not exhibit a sufficient positive resistance temperature characteristic and cannot be used as an element material for a PTC thermistor.
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems.
本発明の発明者は、GaがBiと遜色のない融解による体積減少率を備えているにもかかわらず、Gaを純金属のまま導電性フィラーに使用した複合材料が、Gaの融点を超えて温度が上昇しても、抵抗が上昇しない原因を調査、研究した。そして、種々の実験、分析の結果、融解したGaの濡れ性が高すぎることが、抵抗が上昇しない原因であることを解明した。すなわち、Gaは、濡れ性が高く、融解して体積が減少しても、体積が減少したことにより発生したマトリックス内部の空隙の内壁に張り付き、張り付いた液体のGaによりパーコレーションパスが完全には分断されないことを解明した。 The inventor of the present invention has found that the composite material using Ga as a conductive filler as a pure metal exceeds the melting point of Ga, even though Ga has a volume reduction rate due to melting comparable to Bi. We investigated and studied the reason why resistance did not increase even when temperature increased. As a result of various experiments and analyses, it was clarified that the wettability of molten Ga is too high, which is the cause of the resistance not increasing. That is, Ga has high wettability, and even when it melts and decreases in volume, it sticks to the inner wall of the void inside the matrix generated by the decrease in volume. Clarified that it was not divided.
そこで、本発明の複合材料は、絶縁性材料からなるマトリックスと、マトリックスの内部に分散された、融解により体積が減少する金属からなる導電性フィラーと、を備え、導電性フィラーがGa合金からなり、Ga合金が、Gaと、Gaが融点を超えて液化した際に、液化したGaの濡れ性を低下させる濡れ性抑制金属を含み、Ga合金に占める前記Gaの割合が50体積%以上となるようにした。 Therefore, the composite material of the present invention includes a matrix made of an insulating material and a conductive filler made of a metal that is dispersed inside the matrix and whose volume is reduced by melting, and the conductive filler is made of a Ga alloy. When the Ga alloy contains Ga and a wettability suppressing metal that lowers the wettability of Ga when Ga exceeds the melting point, the Ga content in the Ga alloy is 50% by volume or more. I did it.
濡れ性抑制金属の体積割合が大きいと、複合材料の温度がGaの融点を超えて上昇し、Ga合金から純Gaの液体成分が融解して流出したあとの濡れ性抑制金属により、パーコレーションパスが分断されず、抵抗が上昇しない虞がある。しかし、本発明では、上記の構成とすることにより、パーコレーションパスが確実に分断され、抵抗が上昇する。 When the volume ratio of the wettability suppressing metal is large, the temperature of the composite material rises above the melting point of Ga, and the percolation path is caused by the wettability suppressing metal after the liquid component of pure Ga melts and flows out from the Ga alloy. There is a risk that the resistance will not increase without being divided. However, in the present invention, with the above configuration, the percolation path is reliably divided and the resistance is increased.
なお、濡れ性抑制金属には、たとえば、Gaよりも融点の高い金属を使用することができる。ただし、濡れ性抑制金属は、Gaよりも融点の高い金属には限定されず、Gaよりも融点の低い金属であっても良い。 For example, a metal having a higher melting point than Ga can be used as the wettability suppressing metal. However, the wettability suppressing metal is not limited to a metal having a higher melting point than Ga, and may be a metal having a lower melting point than Ga.
また、濡れ性抑制金属の種類を選択し、かつ、Gaとの配合比率を調整することにより、キュリー温度を調整することができる。 Moreover, Curie temperature can be adjusted by selecting the kind of wettability suppression metal and adjusting a compounding ratio with Ga.
Ga合金に占めるGaの割合は、70体積%以上であることが好ましい。Gaの割合が70体積%以上であると、パーコレーションパスがより確実に分断され、抵抗が上昇する。 The proportion of Ga in the Ga alloy is preferably 70% by volume or more. When the proportion of Ga is 70% by volume or more, the percolation path is more reliably divided and the resistance increases.
Ga合金に占めるGaの割合は、90体積%以上であることがより好ましい。Gaの割合が90体積%以上であると、さらにパーコレーションパスがより確実に分断され、さらに確実に抵抗が上昇するからである。 The proportion of Ga in the Ga alloy is more preferably 90% by volume or more. This is because when the Ga content is 90% by volume or more, the percolation path is more reliably divided and the resistance is more reliably increased.
なお、Ga合金に占めるGaの割合は、95モル%以上であることがさらに好ましい。Gaの割合が95モル%以上であると、パーコレーションパスがさらに確実に分断され、さらに確実に抵抗が上昇するからである。 The proportion of Ga in the Ga alloy is more preferably 95 mol% or more. This is because when the Ga content is 95 mol% or more, the percolation path is more reliably divided and the resistance is more reliably increased.
濡れ性抑制金属は、Bi、Sn、Pb、Cd、Sb、CuおよびZnから選ばれる、1種、または2種以上の金属であることが好ましい。これらの金属であれば、Gaが融点を超えて液化した際に、液化したGaの濡れ性を低下させることができるからである。 The wettability suppressing metal is preferably one or more metals selected from Bi, Sn, Pb, Cd, Sb, Cu and Zn. This is because these metals can reduce the wettability of liquefied Ga when Ga is liquefied beyond the melting point.
濡れ性抑制金属がBiであることがより好ましい。上述したとおり、Biも融解により体積が減少する性質を有する金属であるため、複合材料の温度がBiの融点を超えて上昇した場合には、Ga-Bi合金を構成するGa、Biの両方の体積が減少するため、確実にパーコレーションパスが分断され、抵抗を上昇させることができるからである。 More preferably, the wettability suppressing metal is Bi. As described above, since Bi is a metal having a property that the volume is reduced by melting, when the temperature of the composite material rises beyond the melting point of Bi, both of Ga and Bi constituting the Ga—Bi alloy are obtained. This is because the volume is reduced, so that the percolation path is surely divided and the resistance can be increased.
絶縁材料には、たとえば、ガラス、セラミックスおよび樹脂の少なくとも1種を使用することができる。 For the insulating material, for example, at least one of glass, ceramics, and resin can be used.
本発明の複合材料を使用して、PTCサーミスタを作製することができる。 A PTC thermistor can be made using the composite material of the present invention.
本発明の複合材料は、導電性フィラーが、Gaと、Gaの融点を超えて温度が上昇し、Gaが融解した際に、融解したGaの濡れ性を低下させる濡れ性抑制金属とからなるGa合金からなり、かつ、Ga合金に占めるGaの割合を50体積%以上となるようにしているため、先行技術よりもキュリー温度を確実に低くすることができる。 In the composite material of the present invention, the conductive filler is composed of Ga and a wettability suppressing metal that lowers the wettability of the molten Ga when the temperature exceeds the melting point of Ga and the Ga is melted. Since it is made of an alloy and the proportion of Ga in the Ga alloy is 50% by volume or more, the Curie temperature can be reliably lowered as compared with the prior art.
本発明のPTCサーミスタは、上記本発明の複合材料を使用しているため、キュリー温度が比較的低い。 Since the PTC thermistor of the present invention uses the composite material of the present invention, the Curie temperature is relatively low.
以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、実施形態は、本発明の実施の形態を例示的に示したものであり、本発明が実施形態の内容に限定されることはない。また、図面は、実施形態の理解を助けるためのものであり、必ずしも厳密に描画されていない場合がある。たとえば、描画された構成要素ないし構成要素間の寸法の比率が、明細書に記載されたそれらの寸法の比率と一致していない場合がある。また、明細書に記載されている構成要素が、図面において省略されている場合や、個数を省略して描画されている場合などがある。 The embodiment is an example of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the content of the embodiment. Further, the drawings are for helping understanding of the embodiment, and may not be drawn strictly. For example, a drawn component or a dimensional ratio between the components may not match the dimensional ratio described in the specification. In addition, the constituent elements described in the specification may be omitted in the drawings or may be drawn with the number omitted.
図1(A)、(B)に、本発明の実施形態にかかる複合材料の模式図を示す。ただし、図1(A)はパーコレーションパスが繋がっている状態を示し、図1(B)はパーコレーションパスが分断された状態を示す。 1A and 1B are schematic views of a composite material according to an embodiment of the present invention. However, FIG. 1A shows a state where the percolation path is connected, and FIG. 1B shows a state where the percolation path is divided.
複合材料は、絶縁性材料からなるマトリックス1を備える。本実施形態においては、マトリックス1にエポキシ系樹脂を使用した。 The composite material includes a matrix 1 made of an insulating material. In this embodiment, an epoxy resin is used for the matrix 1.
複合材料のマトリックス1には、Ga合金からなる金属フィラー2が分散されている。本実施形態においては、Ga合金に、Ga95モル%、Bi5モル%のGa-Bi合金を使用した。なお、Ga95モル%、Bi5モル%を体積比に換算すると、Gaが約92.3体積%、Biが約8.7体積%になる。 A metal filler 2 made of a Ga alloy is dispersed in the matrix 1 of the composite material. In the present embodiment, a Ga—Bi alloy containing 95 mol% Ga and 5 mol% Bi is used as the Ga alloy. In addition, when Ga95 mol% and Bi5 mol% are converted into a volume ratio, Ga will be about 92.3 volume% and Bi will be about 8.7 volume%.
金属フィラー2を構成するGa-Bi合金において、Biは、Gaの融点を超えて温度が上昇し、Gaが融解した際に、融解したGaの濡れ性を低下させる濡れ性抑制金属として添加されている。 In the Ga—Bi alloy constituting the metal filler 2, Bi is added as a wettability suppressing metal that lowers the wettability of the molten Ga when the temperature rises beyond the melting point of the Ga and the Ga melts. Yes.
複合材料は、常温(25℃)においては、図1(A)に示すように、金属フィラー2を構成するGa-Bi合金が固体であり、金属フィラー2どうしが繋がってパーコレーションパスPPが形成されている。複合材料は、パーコレーションパスPPが繋がっているため低い抵抗を示す。 As shown in FIG. 1A, the composite material is a solid Ga—Bi alloy constituting the metal filler 2 at a normal temperature (25 ° C.), and the metal filler 2 is connected to form a percolation path PP. ing. The composite material exhibits low resistance because the percolation path PP is connected.
複合材料は、温度が上昇し、Gaの融点である約29.8℃に達すると、金属フィラー2を構成するGa-Bi合金から純Gaの液体成分が融解して流出する。上述したとおり、Gaは融解すると体積が減少するため、金属フィラー2全体としての体積が減少する。また、融解して流出したGaは、濡れ性抑制金属であるBiの働きにより濡れ性が抑制されているため、金属フィラー2の体積が減少したことによりマトリックス1の内部に形成された空隙の内壁に張り付くことがない。 When the temperature of the composite material rises and reaches about 29.8 ° C., which is the melting point of Ga, the liquid component of pure Ga melts and flows out from the Ga—Bi alloy constituting the metal filler 2. As described above, since the volume of Ga decreases when it melts, the volume of the metal filler 2 as a whole decreases. Further, Ga that has melted and flowed out has its wettability suppressed by the action of Bi, which is a wettability-inhibiting metal. There is no sticking to.
この結果、複合材料は、図1(B)に示すように、内部に形成されたパーコレーションパスPPが分断されて、抵抗が上昇する。なお、本実施形態においては、Ga-Bi合金中のBiの体積比が約8.7体積%と小さいので、Ga-Bi合金からGaが融解して流出したあとのBi(濡れ性抑制金属)により、パーコレーションパスPPが分断されずに繋がったまま維持されることがない。 As a result, as shown in FIG. 1B, in the composite material, the percolation path PP formed inside is divided, and the resistance increases. In this embodiment, since the volume ratio of Bi in the Ga—Bi alloy is as small as about 8.7 volume%, Bi (wetting suppression metal) after Ga has melted and flowed out from the Ga—Bi alloy. Thus, the percolation path PP is not maintained without being divided.
なお、Ga-Bi合金を構成するBiの体積比は、50体積%未満である。Biが50体積%未満であれば、パーコレーションパスPPが確実に分断されるからである。また、Ga-Bi合金を構成するBiの体積比は、30体積%未満であることがより好ましい。Biが30体積%未満であれば、パーコレーションパスPPがより確実に分断されるからである。なお、本実施形態のようにBiが10体積%未満であれば、パーコレーションパスPPがよりさらに確実に分断される。 In addition, the volume ratio of Bi which comprises a Ga-Bi alloy is less than 50 volume%. This is because if the Bi is less than 50% by volume, the percolation path PP is reliably divided. The volume ratio of Bi constituting the Ga—Bi alloy is more preferably less than 30% by volume. This is because if the Bi is less than 30% by volume, the percolation path PP is more reliably divided. If Bi is less than 10% by volume as in this embodiment, the percolation path PP is more reliably divided.
次に、実施形態にかかる複合樹脂の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the composite resin concerning embodiment is demonstrated.
まず、GaとBiを、Ga95モル%、Bi5モル%の割合で配合し、加熱した状態で充分に撹拌して、Ga95モル%、Bi5モル%のGa-Bi合金を作製した。 First, Ga and Bi were blended at a ratio of Ga 95 mol% and Bi 5 mol%, and stirred sufficiently in a heated state to prepare Ga-Bi alloys of Ga 95 mol% and Bi 5 mol%.
次に、作製したGa-Bi合金をアトマイズ処理し、Ga-Bi合金粉末を作製した。図2に、作製したGa-Bi合金粉末のSEM写真を示す。なお、作製したGa-Bi合金粉末は、54μmのメッシュに通したうえで使用した。 Next, the produced Ga—Bi alloy was atomized to produce Ga—Bi alloy powder. In FIG. 2, the SEM photograph of the produced Ga-Bi alloy powder is shown. The produced Ga—Bi alloy powder was used after passing through a 54 μm mesh.
Ga-Bi合金粉末の作製と並行して、2液混合型のエポキシ系樹脂を準備した。 In parallel with the production of the Ga—Bi alloy powder, a two-component mixed epoxy resin was prepared.
次に、エポキシ系樹脂とGa-Bi合金粉末を、それぞれ秤量したうえで混合した。混合割合は、エポキシ系樹脂を70体積%、Ga-Bi合金粉末を30体積%とした。エポキシ系樹脂とGa-Bi合金粉末の混合割合は、複合樹脂のキュリー温度などに影響を与える。エポキシ系樹脂とGa-Bi合金粉末の混合割合は、適宜、調整することができる。ただし、Ga-Bi合金粉末の割合が低すぎると、複合樹脂が常温においても導電性を発現しない虞があり、Ga-Bi合金粉末の割合が高すぎると、温度が上昇しても複合樹脂の抵抗が上昇しない虞がある。続いて、エポキシ系樹脂とGa-Bi合金粉末の混合物を、自転・公転ミキサーを使用して、撹拌混合するとともに、脱気処理をおこなった。 Next, the epoxy resin and the Ga—Bi alloy powder were weighed and mixed. The mixing ratio was 70% by volume for the epoxy resin and 30% by volume for the Ga—Bi alloy powder. The mixing ratio of the epoxy resin and the Ga—Bi alloy powder affects the Curie temperature of the composite resin. The mixing ratio of the epoxy resin and the Ga—Bi alloy powder can be adjusted as appropriate. However, if the proportion of the Ga—Bi alloy powder is too low, the composite resin may not exhibit conductivity even at room temperature. If the proportion of the Ga—Bi alloy powder is too high, the composite resin may not be electrically conductive even if the temperature rises. Resistance may not increase. Subsequently, the mixture of the epoxy resin and the Ga—Bi alloy powder was stirred and mixed using a rotation / revolution mixer, and deaerated.
次に、撹拌混合および脱気処理されたエポキシ系樹脂とGa-Bi合金粉末の混合物を、160℃で硬化させた後、所定の大きさにダイシング処理をして、本実施形態にかかる複合材料を完成させた。 Next, the mixture of the epoxy-based resin and the Ga—Bi alloy powder that has been stirred and mixed and degassed is cured at 160 ° C., and then is diced to a predetermined size, and the composite material according to the present embodiment Was completed.
次に、本実施形態の複合材料をPTC素子の材料に使用して、PTCサーミスタを作製した。具体的には、幅0.5mm、厚さ0.5mm、長さ1.0mmの直方体にダイシングされた本実施形態の複合材料をPTC素子とし、そのPTC素子の両端にAgを主成分とする導電性樹脂からなる外部電極を形成して、本実施形態にかかるPTCサーミスタを完成させた。 Next, a PTC thermistor was fabricated using the composite material of the present embodiment as a material for the PTC element. Specifically, the composite material of this embodiment diced into a rectangular parallelepiped having a width of 0.5 mm, a thickness of 0.5 mm, and a length of 1.0 mm is a PTC element, and Ag is a main component at both ends of the PTC element. An external electrode made of a conductive resin was formed to complete the PTC thermistor according to this embodiment.
図3に、本実施形態にかかるPTCサーミスタの抵抗温度特性を示す。また、図3には、比較例として、金属フィラーに純金属のGaからなるGa粉末を使用した試料の抵抗温度特性を示す。なお、比較例の試料は、金属フィラーにGa粉末を使用した以外については、本実施形態のPTCサーミスタと同様の方法で作製した。 FIG. 3 shows resistance temperature characteristics of the PTC thermistor according to the present embodiment. FIG. 3 shows a resistance temperature characteristic of a sample using Ga powder made of pure metal Ga as a metal filler as a comparative example. In addition, the sample of the comparative example was produced by the method similar to the PTC thermistor of this embodiment except having used Ga powder for the metal filler.
図3から分かるように、本実施形態にかかるPTCサーミスタは30℃近傍にキュリー温度があり、優れた正の抵抗温度特性を示している。一方、比較例の試料は、温度が上昇しても抵抗は上昇せず、PTCサーミスタとして機能しなかった。 As can be seen from FIG. 3, the PTC thermistor according to the present embodiment has a Curie temperature in the vicinity of 30 ° C., and exhibits excellent positive resistance temperature characteristics. On the other hand, the sample of the comparative example did not function as a PTC thermistor because the resistance did not increase even when the temperature increased.
以上、実施形態にかかる複合材料およびPTCサーミスタについて説明した。しかしながら、本発明が上述した内容に限定されることはなく、発明の主旨に沿って、種々の変更をなすことができる。 The composite material and the PTC thermistor according to the embodiment have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described contents, and various modifications can be made in accordance with the gist of the invention.
たとえば、実施形態においては、濡れ性抑制金属としてBiを使用したが、これに代えて、Sn、Pb、Cd、Sb、Cu、Znなどの金属を使用しても良い。あるいは、Biを含めた、Sn、Pb、Cd、Sb、Cu、Znなどから選択した2種の金属を、濡れ性抑制金属として使用するようにしても良い。 For example, in the embodiment, Bi is used as the wettability suppressing metal, but instead of this, metals such as Sn, Pb, Cd, Sb, Cu, and Zn may be used. Or you may make it use 2 types of metals selected from Sn, Pb, Cd, Sb, Cu, Zn etc. including Bi as a wettability suppression metal.
また、実施形態においては、Ga-Bi合金におけるGaとBiの配合比率を、Ga95モル%、Bi5モル%(Ga約92.3体積%、Bi約8.7体積%)としたが、Gaと濡れ性抑制金属の割合はこの比率には限られない。ただし、良好な正の抵抗温度特性を発現させるためには、Gaの割合が50体積%以上であることが必要であり、Gaの割合が70体積%以上であることが好ましく、Gaの割合が90体積%以上であることがより好ましい。 In the embodiment, the mixing ratio of Ga and Bi in the Ga—Bi alloy is set to Ga 95 mol% and Bi 5 mol% (Ga about 92.3% by volume, Bi about 8.7% by volume). The ratio of the wettability suppressing metal is not limited to this ratio. However, in order to develop good positive resistance temperature characteristics, it is necessary that the proportion of Ga is 50% by volume or more, the proportion of Ga is preferably 70% by volume or more, and the proportion of Ga is More preferably, it is 90 volume% or more.
さらに、実施形態においては、マトリックスの材料にエポキシ系樹脂を使用したが、マトリックスの材料はこれには限られない。たとえば、他の種類の樹脂であっても良いし、ガラスやセラミックスであっても良い。あるいは、複数種類の材料を混合して使用しても良い。なお、マトリックスの材料にセラミックスを使用した場合には、セラミックス材料とGa合金からなるフィラー材料を混合し、成型した後、所定のプロファイルで焼成して複合材料を作製する場合がある。 Furthermore, in the embodiment, an epoxy resin is used as the matrix material, but the matrix material is not limited to this. For example, another type of resin may be used, or glass or ceramics may be used. Alternatively, a mixture of a plurality of types of materials may be used. When ceramics is used as the matrix material, a ceramic material and a filler material made of a Ga alloy are mixed, molded, and then fired with a predetermined profile to produce a composite material.
1・・・マトリックス
2・・・導電性フィラー
PP・・・パーコレーションパス
1 ... Matrix 2 ... Conductive filler PP ... Percolation path
Claims (8)
前記マトリックスの内部に分散された、融解により体積が減少する金属からなる導電性フィラーと、を備える複合材料であって、
前記導電性フィラーがGa合金からなり、
前記Ga合金が、Gaと、Gaの融点を超えて温度が上昇し、前記Gaが融解した際に、融解した前記Gaの濡れ性を低下させる濡れ性抑制金属を含み、
前記Ga合金に占める前記Gaの割合が50体積%以上である複合材料。 A matrix of insulating material;
A conductive filler that is dispersed inside the matrix and is made of a metal whose volume is reduced by melting,
The conductive filler is made of a Ga alloy,
The Ga alloy includes Ga and a wettability suppressing metal that lowers the wettability of the Ga when the temperature rises beyond the melting point of the Ga and the Ga melts,
The composite material whose ratio of the said Ga to the said Ga alloy is 50 volume% or more.
前記PTC素子の表面に形成された1対の外部電極と、を備えたPTCサーミスタ。 A PTC element formed from the composite material according to any one of claims 1 to 7,
And a pair of external electrodes formed on the surface of the PTC element.
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