JP2565443B2 - 単一相スピネル型金属酸化物サーミスタ材料の製造法 - Google Patents
単一相スピネル型金属酸化物サーミスタ材料の製造法Info
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- Inorganic Chemistry (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に温度センサとし
て用いられるサーミスタ材料等を原料の金属酸化物から
生成する単一相スピネル型金属酸化物サーミスタ材料の
製造法に関するものである。
て用いられるサーミスタ材料等を原料の金属酸化物から
生成する単一相スピネル型金属酸化物サーミスタ材料の
製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】全ゆる分野において、エレクトロニクス
化が益々発達している今日、高精度でかつ安定した温度
センサの開発が求められている。この点で、金属酸化物
を原料としたサーミスタ（ＮＴＣサーミスタ）は古くか
ら注目され、実際に温度センサとして広い分野で活用さ
れている。このサーミスタには、従来からＭｎ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等の組合わせが使用されている。
化が益々発達している今日、高精度でかつ安定した温度
センサの開発が求められている。この点で、金属酸化物
を原料としたサーミスタ（ＮＴＣサーミスタ）は古くか
ら注目され、実際に温度センサとして広い分野で活用さ
れている。このサーミスタには、従来からＭｎ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等の組合わせが使用されている。
【０００３】一般に、ＮＴＣサーミスタはＭｎ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕなどの２つ以上の酸化物粉末を組合わ
せ、用途に応じた形に成形し、１１００℃〜１５００℃
で焼結したものをガラスや合成樹脂により、被覆して金
属ホルダ或いはガラスホルダ等の中に収め、センサ形状
にして使用している。
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕなどの２つ以上の酸化物粉末を組合わ
せ、用途に応じた形に成形し、１１００℃〜１５００℃
で焼結したものをガラスや合成樹脂により、被覆して金
属ホルダ或いはガラスホルダ等の中に収め、センサ形状
にして使用している。
【０００４】従来、金属酸化物を原料とするサーミスタ
材料は、金属酸化物や種々の金属塩（硫酸塩、硝酸塩、
炭酸塩など）を所定の割合で混合し、加熱分解の後に全
てを酸化物とし、これを仮焼、本焼の目的でそれぞれ空
気中で加熱して焼結体を調製する。
材料は、金属酸化物や種々の金属塩（硫酸塩、硝酸塩、
炭酸塩など）を所定の割合で混合し、加熱分解の後に全
てを酸化物とし、これを仮焼、本焼の目的でそれぞれ空
気中で加熱して焼結体を調製する。
【０００５】典型的な焼成パターンの一例を挙げると、
室温から１０００℃までを１時間、更に１４００℃まで
１時間の速度で昇温し、１４００℃で１時間保持して焼
結を行う。その後に、１０００℃まで１時間掛けて冷却
し、１０００℃で１時間保持して、更に１時間で７００
℃付近まで冷却し、その後は炉内放冷して焼結体を回収
する。このような焼成パターンで得られる酸化物相は、
概ね最高加熱温度と冷却速度によって決定されることに
なる。
室温から１０００℃までを１時間、更に１４００℃まで
１時間の速度で昇温し、１４００℃で１時間保持して焼
結を行う。その後に、１０００℃まで１時間掛けて冷却
し、１０００℃で１時間保持して、更に１時間で７００
℃付近まで冷却し、その後は炉内放冷して焼結体を回収
する。このような焼成パターンで得られる酸化物相は、
概ね最高加熱温度と冷却速度によって決定されることに
なる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように金属酸化物を用いてサーミスタ材料を生成する
と、焼成・焼結温度で酸化物に相分離を生ずる場合が多
い。焼成後に、スピネル安定相の温度領域で長時間熱処
理しても、この焼成で生じた相分離を解消することは不
可能に近い。これは、図１に示すＭｎ−Ｃｏ−Ｎｉ酸化
物の相図において、領域Ｂ、Ｃからスピネル安定相であ
る領域Ａに遷移できないことに相当する。
ように金属酸化物を用いてサーミスタ材料を生成する
と、焼成・焼結温度で酸化物に相分離を生ずる場合が多
い。焼成後に、スピネル安定相の温度領域で長時間熱処
理しても、この焼成で生じた相分離を解消することは不
可能に近い。これは、図１に示すＭｎ−Ｃｏ−Ｎｉ酸化
物の相図において、領域Ｂ、Ｃからスピネル安定相であ
る領域Ａに遷移できないことに相当する。
【０００７】このような酸化物相は、岩塩型酸化物とス
ピネル型酸化物の混晶から構成されるので、電気伝導に
重要な役割を担うスピネル相の組成が、配合組成と異な
ることが多く、組成に固有な電気的特性値に基づいてサ
ーミスタ材料の設計を行っても設計通りの組成は容易に
作れない。また、構成相の存在割合が焼成バッチの僅か
な差異により異なることは以前から知られているが、焼
成バッチの完全な制御は容易ではなく、製品間の抵抗値
にばらつきが生じ、このことは歩留りを低下させる要因
の１つとなっている。
ピネル型酸化物の混晶から構成されるので、電気伝導に
重要な役割を担うスピネル相の組成が、配合組成と異な
ることが多く、組成に固有な電気的特性値に基づいてサ
ーミスタ材料の設計を行っても設計通りの組成は容易に
作れない。また、構成相の存在割合が焼成バッチの僅か
な差異により異なることは以前から知られているが、焼
成バッチの完全な制御は容易ではなく、製品間の抵抗値
にばらつきが生じ、このことは歩留りを低下させる要因
の１つとなっている。
【０００８】本発明の目的は、製品間の抵抗値のばらつ
きがなく、設計が容易で、長期の使用においても高精度
で信頼性の高いサーミスタの材料となる単一相スピネル
型金属酸化物サーミスタ材料の製造法を提供することに
ある。
きがなく、設計が容易で、長期の使用においても高精度
で信頼性の高いサーミスタの材料となる単一相スピネル
型金属酸化物サーミスタ材料の製造法を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る単一相スピネル型金属酸化物サーミス
タ材料の製造法は、所定の雰囲気中でＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ
を主成分とする酸化物原料を燒結温度で加熱して岩塩型
酸化物による単一相を作った後に、温度をスピネル安定
相温度域に急冷し、その後に十分な酸素を含む雰囲気中
でスピネル安定相温度域内の高温に保つことにより酸化
してスピネル型酸化物を生成することを特徴とする。
めの本発明に係る単一相スピネル型金属酸化物サーミス
タ材料の製造法は、所定の雰囲気中でＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ
を主成分とする酸化物原料を燒結温度で加熱して岩塩型
酸化物による単一相を作った後に、温度をスピネル安定
相温度域に急冷し、その後に十分な酸素を含む雰囲気中
でスピネル安定相温度域内の高温に保つことにより酸化
してスピネル型酸化物を生成することを特徴とする。
【００１０】
【作用】上述の構成を有する単一相スピネル型金属酸化
物サーミスタ材料の製造法は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉを主成
分とする酸化物原料を焼結温度で加熱して岩塩型酸化物
を生成した後に急冷することによって、岩塩型酸化物の
単一相を損ねることなくスピネル安定相温度とし、これ
を酸化することにより立方晶スピネル単一相が生成され
る。
物サーミスタ材料の製造法は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉを主成
分とする酸化物原料を焼結温度で加熱して岩塩型酸化物
を生成した後に急冷することによって、岩塩型酸化物の
単一相を損ねることなくスピネル安定相温度とし、これ
を酸化することにより立方晶スピネル単一相が生成され
る。
【００１１】
【実施例】本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は先に述べたようにＭｎ−Ｃｏ−Ｎｉ酸化物
（モル比３．０：１．９：１．１）の結晶相と温度及び
酸素分圧の相図であり、この３成分系酸化物は焼成温度
の上昇に伴い、領域Ａの立方晶スピネル結晶単一相か
ら、領域Ｂの立方晶スピネル＋岩塩型、領域Ｃの正方晶
スピネル＋岩塩型結晶を経て、領域Ｄの岩塩型結晶単一
相に変化する。また、焼成時の雰囲気の酸素濃度に対応
して結晶相が変化する。
する。図１は先に述べたようにＭｎ−Ｃｏ−Ｎｉ酸化物
（モル比３．０：１．９：１．１）の結晶相と温度及び
酸素分圧の相図であり、この３成分系酸化物は焼成温度
の上昇に伴い、領域Ａの立方晶スピネル結晶単一相か
ら、領域Ｂの立方晶スピネル＋岩塩型、領域Ｃの正方晶
スピネル＋岩塩型結晶を経て、領域Ｄの岩塩型結晶単一
相に変化する。また、焼成時の雰囲気の酸素濃度に対応
して結晶相が変化する。
【００１２】このような酸化物は仮焼の後に、次のよう
にしてサーミスタ材料となる。先ず、出発の仮焼物であ
る複合酸化物を、空気中において従来の焼成パターンで
焼結温度まで昇温する。この段階では、領域Ｄの金属複
合酸化物は岩塩型酸化物となっている。ここで、領域Ａ
の単一のスピネル型酸化物を得るために、以下の(1)又
は(2) に示す方法を行う。
にしてサーミスタ材料となる。先ず、出発の仮焼物であ
る複合酸化物を、空気中において従来の焼成パターンで
焼結温度まで昇温する。この段階では、領域Ｄの金属複
合酸化物は岩塩型酸化物となっている。ここで、領域Ａ
の単一のスピネル型酸化物を得るために、以下の(1)又
は(2) に示す方法を行う。
【００１３】(1) そのまま空気中或いは十分な酸素を含
む雰囲気中で必要に応じて所定時間保持した後に室温ま
で急冷する。次に、スピネル安定相の温度領域で、岩塩
型酸化物を酸化させてスピネル型酸化物にするために、
空気中或いは十分な酸素を含む雰囲気中での熱処理を行
う。
む雰囲気中で必要に応じて所定時間保持した後に室温ま
で急冷する。次に、スピネル安定相の温度領域で、岩塩
型酸化物を酸化させてスピネル型酸化物にするために、
空気中或いは十分な酸素を含む雰囲気中での熱処理を行
う。
【００１４】(2) 不活性雰囲気或いは低酸素分圧下にお
き、所定時間保持した後に、スピネル型酸化物が安定相
となる温度領域まで急冷する。次に、(1) と同様にスピ
ネル安定相の温度領域で岩塩型酸化物を酸化させてスピ
ネル型酸化物にするために、空気中或いは十分な酸素を
含む雰囲気中で熱処理を行う。
き、所定時間保持した後に、スピネル型酸化物が安定相
となる温度領域まで急冷する。次に、(1) と同様にスピ
ネル安定相の温度領域で岩塩型酸化物を酸化させてスピ
ネル型酸化物にするために、空気中或いは十分な酸素を
含む雰囲気中で熱処理を行う。
【００１５】具体的な条件は第１、第２、第３段階に分
けて設定される。 第１段階：岩塩型酸化物単一相を作る温度範囲は、雰囲
気の違いによって異なる。非酸化性雰囲気（Ａｒ、Ｎ
2 、混合ガス、真空等) の場合には、温度Ｔを１２００
℃〜１５００℃、好ましくは１３５０℃〜１４５０℃に
保持する。この温度Ｔは、１０００℃＜Ｔ＜１２００℃
であると単一相になり難いことと、Ｔ＞１５００℃では
分解・蒸発が生じて量比が変動することにより前述のよ
うに上限と下限が定まっている。また、空気中或いは十
分な酸素を含む雰囲気中においては、温度Ｔを１４００
℃〜１５００℃に保持する。これも前者と同様の理由に
より定まっており、酸素濃度の違いにより温度範囲に差
が生じている。
けて設定される。 第１段階：岩塩型酸化物単一相を作る温度範囲は、雰囲
気の違いによって異なる。非酸化性雰囲気（Ａｒ、Ｎ
2 、混合ガス、真空等) の場合には、温度Ｔを１２００
℃〜１５００℃、好ましくは１３５０℃〜１４５０℃に
保持する。この温度Ｔは、１０００℃＜Ｔ＜１２００℃
であると単一相になり難いことと、Ｔ＞１５００℃では
分解・蒸発が生じて量比が変動することにより前述のよ
うに上限と下限が定まっている。また、空気中或いは十
分な酸素を含む雰囲気中においては、温度Ｔを１４００
℃〜１５００℃に保持する。これも前者と同様の理由に
より定まっており、酸素濃度の違いにより温度範囲に差
が生じている。
【００１６】第２段階：スピネル安定相温度域まで急冷
する。スピネル安定相温度域は厳密には組成に依存する
が、多くの場合１１００℃以下である。第１段階で調製
した結晶相の岩塩型酸化物、つまり図１の領域Ｄから、
領域Ｃ、Ｂのスピネル相と岩塩型酸化物相が共存する状
態を迅速に通過させ、安定相がスピネル型酸化物である
領域Ａの温度まで急冷する。このときの急冷条件は８０
℃／分以上の速度で速いほど好ましく、これ以下の速度
では目的とする単一相が得られない。雰囲気は通常では
非酸化性雰囲気を用いるが、特に２００℃／分以上にお
いては急冷条件が良ければ酸素を含んでいても支障はな
い。
する。スピネル安定相温度域は厳密には組成に依存する
が、多くの場合１１００℃以下である。第１段階で調製
した結晶相の岩塩型酸化物、つまり図１の領域Ｄから、
領域Ｃ、Ｂのスピネル相と岩塩型酸化物相が共存する状
態を迅速に通過させ、安定相がスピネル型酸化物である
領域Ａの温度まで急冷する。このときの急冷条件は８０
℃／分以上の速度で速いほど好ましく、これ以下の速度
では目的とする単一相が得られない。雰囲気は通常では
非酸化性雰囲気を用いるが、特に２００℃／分以上にお
いては急冷条件が良ければ酸素を含んでいても支障はな
い。
【００１７】第３段階：スピネル安定相温度域即ち５０
０℃＜Ｔ＜１１００℃の温度で、酸化を目的とするアニ
ーリングを行う。これは、ＭＯで表される岩塩型酸化物
からＭ3 Ｏ4 で表されるスピネル型酸化物にするには、
更に酸化する必要があるためである。この場合に、５０
０℃以下の温度では長時間を要するので得策でない。ま
た、雰囲気は二酸化炭素や酸素、空気などスピネル相を
保持するに十分な酸素ポテンシャルを持つ雰囲気であれ
ばよい。
０℃＜Ｔ＜１１００℃の温度で、酸化を目的とするアニ
ーリングを行う。これは、ＭＯで表される岩塩型酸化物
からＭ3 Ｏ4 で表されるスピネル型酸化物にするには、
更に酸化する必要があるためである。この場合に、５０
０℃以下の温度では長時間を要するので得策でない。ま
た、雰囲気は二酸化炭素や酸素、空気などスピネル相を
保持するに十分な酸素ポテンシャルを持つ雰囲気であれ
ばよい。
【００１８】以上の過程の実施例は以下のようになる。
図２は第１の実施例の試料の温度の時間変化を示し、ス
テップ０でＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉの各硝酸塩をモル比で３．
０：１．９：１．１となるように秤取混合したものを蒸
発乾固させて、ステップ１で空気中において１０００℃
で３時間仮焼して出発試料とした。
図２は第１の実施例の試料の温度の時間変化を示し、ス
テップ０でＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉの各硝酸塩をモル比で３．
０：１．９：１．１となるように秤取混合したものを蒸
発乾固させて、ステップ１で空気中において１０００℃
で３時間仮焼して出発試料とした。
【００１９】ステップ２において、これを空気中で室温
から１０００℃まで１時間、１０００℃〜１４００℃ま
で１時間の速度で昇温し、ステップ３で１４００℃にお
いて３時間保持して、単一の岩塩型酸化物とした後に、
ステップ４で水中に投下することにより室温まで急冷し
た。次のステップ５で、スピネル安定相の温度領域であ
る１０００℃において空気中での熱処理を行った。出発
試料が粉末の場合は、岩塩型酸化物を酸化させて単一の
スピネル型酸化物にするために、３時間を要した。ま
た、出発試料からφ２５×５ｍｍのペレットを調製し
て、同様の実験を行った結果では１２時間を要した。
から１０００℃まで１時間、１０００℃〜１４００℃ま
で１時間の速度で昇温し、ステップ３で１４００℃にお
いて３時間保持して、単一の岩塩型酸化物とした後に、
ステップ４で水中に投下することにより室温まで急冷し
た。次のステップ５で、スピネル安定相の温度領域であ
る１０００℃において空気中での熱処理を行った。出発
試料が粉末の場合は、岩塩型酸化物を酸化させて単一の
スピネル型酸化物にするために、３時間を要した。ま
た、出発試料からφ２５×５ｍｍのペレットを調製し
て、同様の実験を行った結果では１２時間を要した。
【００２０】図３は第２の実施例の温度変化を示し、第
１の実施例と同じ出発試料をステップ２、３において、
窒素中１４００℃で３時間焼成・焼結し、結晶相を完全
に岩塩型にした後に、ステップ４’において２５０℃／
分の速度で、スピネルが安定相である温度領域である１
０００℃まで降温し、ステップ５で直ちに雰囲気を空気
に切り換え熱処理を行った。出発試料が粉末の場合に
は、岩塩型酸化物を酸化させて単一のスピネル型酸化物
にするために、１２時間を要することが判明した。ま
た、出発試料からφ２５×５ｍｍのペレットを調製して
同様の実験を行った結果では７２時間を要した。
１の実施例と同じ出発試料をステップ２、３において、
窒素中１４００℃で３時間焼成・焼結し、結晶相を完全
に岩塩型にした後に、ステップ４’において２５０℃／
分の速度で、スピネルが安定相である温度領域である１
０００℃まで降温し、ステップ５で直ちに雰囲気を空気
に切り換え熱処理を行った。出発試料が粉末の場合に
は、岩塩型酸化物を酸化させて単一のスピネル型酸化物
にするために、１２時間を要することが判明した。ま
た、出発試料からφ２５×５ｍｍのペレットを調製して
同様の実験を行った結果では７２時間を要した。
【００２１】ペレット試料を用いて第２の実施例の方法
で得た単一相スピネル型酸化物を、ガラス封入の代りに
窒素中において３００℃と１００℃で導電率を測定した
ところ、５０００時間以上経ても変化は見られなかっ
た。また、サーミスタ定数にも同様に変化は認められ
ず、安定性が極めて良いことが確認された。
で得た単一相スピネル型酸化物を、ガラス封入の代りに
窒素中において３００℃と１００℃で導電率を測定した
ところ、５０００時間以上経ても変化は見られなかっ
た。また、サーミスタ定数にも同様に変化は認められ
ず、安定性が極めて良いことが確認された。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る単一相
スピネル型金属酸化物サーミスタ材料の製造法は、これ
を用いて生成したサーミスタ材料を使用してサーミスタ
を作製することにより、次に挙げるような効果を生ず
る。 (1) スピネルに固有な半導体特性を十分に活用すること
ができる。 (2) 相分離の出現に基づく特性値のばらつきがなくなる
ために、歩留りが著しく向上する。 (3) スピネル相に基づくサーミスタ材料の設計可能な領
域が広まる。
スピネル型金属酸化物サーミスタ材料の製造法は、これ
を用いて生成したサーミスタ材料を使用してサーミスタ
を作製することにより、次に挙げるような効果を生ず
る。 (1) スピネルに固有な半導体特性を十分に活用すること
ができる。 (2) 相分離の出現に基づく特性値のばらつきがなくなる
ために、歩留りが著しく向上する。 (3) スピネル相に基づくサーミスタ材料の設計可能な領
域が広まる。
【図１】Ｍｎ−Ｃｏ−Ｎｉ酸化物の相図である。
【図２】第１の実施例の温度チャート図である。
【図３】第２の実施例の温度チャート図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 所定の雰囲気中でＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉを主
成分とする酸化物原料を燒結温度で加熱して岩塩型酸化
物による単一相を作った後に、温度をスピネル安定相温
度域に急冷し、その後に十分な酸素を含む雰囲気中でス
ピネル安定相温度域内の高温に保つことにより酸化して
スピネル型酸化物を生成することを特徴とする単一相ス
ピネル型金属酸化物サーミスタ材料の製造法。 - 【請求項２】 前記所定の雰囲気は非酸化性雰囲気であ
り、前記燒結温度は１２００℃〜１５００℃の間の温度
であり、前記急冷の速度が８０℃／分以上であり、前記
スピネル安定相温度域内の高温は５００℃〜１１００℃
の間の温度である請求項１に記載の単一相スピネル型金
属酸化物サーミスタ材料の製造法。 - 【請求項３】 前記所定の雰囲気は空気或いは十分な酸
素を含む雰囲気であり、前記十分な高温は１３５０℃〜
１５００℃の間の温度であり、前記急冷の速度が８０℃
／分以上であり、前記スピネル安定相温度域内の高温は
５００℃〜１１００℃の間の温度である請求項１に記載
の単一相スピネル型金属酸化物サーミスタ材料の製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3333994A JP2565443B2 (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 単一相スピネル型金属酸化物サーミスタ材料の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3333994A JP2565443B2 (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 単一相スピネル型金属酸化物サーミスタ材料の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05139706A JPH05139706A (ja) | 1993-06-08 |
| JP2565443B2 true JP2565443B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=18272307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3333994A Expired - Fee Related JP2565443B2 (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 単一相スピネル型金属酸化物サーミスタ材料の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2565443B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100113321A (ko) | 2009-04-13 | 2010-10-21 | 한국기계연구원 | 고밀도 및 나노결정립 스피넬계 부온도계수 서미스터 후막 및 이의 제조방법 |
| JP5541670B2 (ja) * | 2009-11-18 | 2014-07-09 | 日本電信電話株式会社 | リチウム空気二次電池及びリチウム空気二次電池の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2622123B2 (ja) * | 1987-09-21 | 1997-06-18 | 古河電気工業株式会社 | フレーク状酸化物超電導体の製造方法 |
| JPH01305804A (ja) * | 1988-06-01 | 1989-12-11 | Sanyo Electric Co Ltd | 超電導体の製造方法 |
-
1991
- 1991-11-22 JP JP3333994A patent/JP2565443B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05139706A (ja) | 1993-06-08 |
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