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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| JP2015242742A JP2017108087A (en) | 2015-12-11 | 2015-12-11 | Composite material and PTC thermistor |
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