JPS61179084A - Ceramic heater and making thereof - 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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ディーゼルエンジンに装着されるセラミック
グロープラグに適用できるセラミックヒータに関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to a ceramic heater that can be applied to a ceramic glow plug installed in a diesel engine.

「従来の技術および発明が解決しようとする問題点」 セラミックヒータ、特に窒化珪素中にＷあるいはＮｏな
どの発熱抵抗体を埋設したセラミックヒータは、ホット
プレス中に、セラミック（ここでは特に窒化珪素）雰囲
気中の焼結反応により、セラミツクー発熱抵抗体境界面
に反応物質（ここではＷＳｉおよび鴫）を生成している
。その反応物質が生成することにより、セラミック・発
熱抵抗体境界面から発熱抵抗体内部に拡散、転移により
微小なりラブクや内部欠陥等を引き起こす。"Problems to be Solved by the Prior Art and the Invention" Ceramic heaters, especially ceramic heaters in which a heating resistor such as W or No is embedded in silicon nitride, are heated during hot pressing. Due to the sintering reaction in the atmosphere, reactants (in this case, WSi and carbon dioxide) are generated at the interface of the ceramic heating resistor. When the reactant is generated, it diffuses from the interface between the ceramic and the heating resistor into the inside of the heating resistor, causing minute scratches and internal defects due to transfer.

セラミックヒータがヒートサイクルまたは高温雰囲気中
にさらされることにより、発熱抵抗体の酸化が促進され
る。酸化された発熱抵抗体は、体積が膨張し、発熱抵抗
体を取り巻いているセラミックを圧迫し、セラミック内
部からクランクを発生させやすい。また、発熱抵抗体は
酸化されることにより、抵抗値が変化し、発生熱量にバ
ラツキが生じている。When the ceramic heater is exposed to a heat cycle or a high temperature atmosphere, oxidation of the heating resistor is promoted. The oxidized heating resistor expands in volume, presses the ceramic surrounding the heating resistor, and tends to generate a crank from within the ceramic. Furthermore, due to oxidation of the heating resistor, the resistance value changes and the amount of heat generated varies.

「問題点を解決するための手段」 発熱抵抗体に、非酸化物セラミックの被覆をコーティン
グする。また、発熱抵抗体に少なくとも一層の非酸化物
セラミックの被膜をコーティングした後、該発熱抵抗体
をカーボン型内で窒化珪素質粉末と共に８００〜１２０
０℃で６０〜２００ｋｇ／−の圧力で一層ホットプレス
をし、さらに、１０５０〜２０００℃で２５０〜５００
　ｋｔｒ　／　ａｊの圧力で２次ホットプレスをする。``Means for solving the problem'' The heating resistor is coated with a non-oxide ceramic coating. Further, after coating the heating resistor with at least one layer of non-oxide ceramic film, the heating resistor is placed in a carbon mold together with silicon nitride powder at a temperature of 800 to 120%.
Further hot pressing is carried out at a pressure of 60 to 200 kg/- at 0°C, and then at a pressure of 250 to 500 kg/- at 1050 to 2000°C.
Perform secondary hot pressing at a pressure of ktr/aj.

「第１実施例」 セラミックヒータの一例としてディーゼルエンジンに使
用されるグロープラグがある。第１図はグロープラグを
示し、符号１が発熱抵抗体、２が陽電極引出線、３が陰
電極引出線、４がＳ　％％の焼結体、５が陽電極取出し
金具、６はリード線、７は金属接触筒体、８は金属外筒
である。"First Embodiment" An example of a ceramic heater is a glow plug used in a diesel engine. Figure 1 shows a glow plug, where 1 is a heating resistor, 2 is a positive electrode lead wire, 3 is a negative electrode lead wire, 4 is a sintered body of S%, 5 is a positive electrode extraction fitting, and 6 is a lead. 7 is a metal contact cylinder, and 8 is a metal outer cylinder.

このグロープラグは次の工程で製作される。This glow plug is manufactured in the following steps.

発熱抵抗体１にコーティング ↓ 成形 ↓ ホットプレス ↓ 研削（電極出し） ↓ バレル ↓ 電極部Ｎｉメフキ　メッキ厚さ　１〜２０μｍ↓ メタライズ ↓ ブレージング組立およびブレージング ↓ 仕上げ　出荷検査 次に詳しく説明する。Coating on heating resistor 1 ↓ molding ↓ hot press ↓ Grinding (electrode extraction) ↓ barrel ↓ Electrode part Ni foil plating thickness 1~20μm↓ metallization ↓ Brazing assembly and brazing ↓ Finishing Shipping inspection This will be explained in detail next.

Ｗ　、Ｍｏの発熱抵抗体１をＣＶＤ　（化学気相成長法
）ニヨリ、ＴｉＮなどの非酸化物系セラミックの被膜９
を第２図に示すようにコーティングする。ＴｉＮのコー
ティング厚さは０．３〜１３μｍで、これ以下のコーテ
ィング厚さであればコーティングができにくく、これ以
上の厚さであればコーティング層がはかれやすい。A heating resistor 1 made of W, Mo is coated with a non-oxide ceramic coating 9 such as TiN by CVD (chemical vapor deposition).
is coated as shown in FIG. The coating thickness of TiN is 0.3 to 13 μm, and if the coating thickness is less than this, it is difficult to form a coating, and if it is thicker than this, the coating layer is likely to peel off.

また、ＳｉＣをコーティングした発熱抵抗体１にはさら
に異種のセラミックをコーティングする。Furthermore, the heating resistor 1 coated with SiC is further coated with a different type of ceramic.

この発熱抵抗体１を次に窒化珪素粉末原料中に投入し、
プレス成形する。Next, this heating resistor 1 is put into a silicon nitride powder raw material,
Press mold.

上記の成形体をカーボン治具中に組込み、ホットプレス
焼成方法で成形する。The above molded body is assembled into a carbon jig and molded using a hot press firing method.

ホットプレスは一層ホットプレスと二次ホットプレスを
行う。ＴｉＮのホットプレスは次の通りでである。The hot press includes a further hot press and a secondary hot press. The hot pressing of TiN is as follows.

一層ホットプレス 温度について　ＴｉＮコーティングを保護するために一
層ホットプレスで９００〜１２００℃にする。Regarding further hot pressing temperature: To protect the TiN coating, further hot pressing is performed at 900-1200°C.

その理由は完全に原料中のバインダ（有機物）を取り除
くためである。The reason for this is to completely remove binders (organic substances) from the raw materials.

圧力について　プレス後の原料の粒界の接触面積を広く
し焼結しやすくするために６０〜１５０　ｋｇ／ｃｄで
加圧する。Regarding pressure: Pressure is applied at 60 to 150 kg/cd in order to widen the contact area of the grain boundaries of the raw materials after pressing and facilitate sintering.

二次ホットプレス ガラス層の融点を考え、ＴｉＮ層に密着し、拡散層を形
成するため、温度を１４５０〜２０００℃、圧力を３０
０〜５００　ｋｇ／−とした。１４５０〜２０００℃の
温度は、窒化珪素とＣＶＤ　Ｌ、たＴｉＮとの界面に、
Ｔｉ−３ｔ　−Ｎ系を形成するのに最適温度である。Considering the melting point of the secondary hot-pressed glass layer, the temperature was set at 1450-2000°C and the pressure was set at 30°C in order to adhere closely to the TiN layer and form a diffusion layer.
0 to 500 kg/-. At a temperature of 1450 to 2000°C, the interface between silicon nitride and CVD L, TiN,
This is the optimum temperature for forming the Ti-3t-N system.

第１図に示すように　上記の焼成品を研削し、発熱抵抗
体ｌの電極１０・１１を露出させる。電極は、陽電極１
０、陰電極１１の２箇所を露出させる。As shown in FIG. 1, the above fired product is ground to expose the electrodes 10 and 11 of the heating resistor l. The electrode is positive electrode 1
0. Two locations of the negative electrode 11 are exposed.

両電極１０・１１の露出部を、メタライズする。ただし
、両電極１０・１１は、第３図で示すように、互いに交
わることのないように、隔ててメタライズ１２する。The exposed portions of both electrodes 10 and 11 are metalized. However, as shown in FIG. 3, both electrodes 10 and 11 are metalized 12 so as to be separated from each other so that they do not intersect with each other.

電圧を印加できるよう、第４図に示すように陽電極取出
し線金具５をブレージング炉に投入し、組付ける。In order to apply a voltage, the positive electrode lead-out wire fitting 5 is placed in a brazing furnace and assembled as shown in FIG.

所定の金具に組付は製品形状にする。Assemble the product into the specified metal fittings.

以上の方法で製作したテストサンプルを、昇温サイクル
の耐久試験を行った。その結果は第１表の通りである。The test sample produced by the above method was subjected to a temperature increase cycle durability test. The results are shown in Table 1.

第１表 試料　発熱抵抗体　　コーティング　外層のコーチイン
Ｎｏ、　　の種類　　　　層の種類　　　グ層の種類ｌ
　　　　　Ｗ　　　　　　ＴｉＮ ’ｌ　　　　　Ｗ　　　　　　ＴｉＣＮ３　　　　射　
　　　　ＡｌＮ ４　　　　１ｌｌＳｉＣＡｌＮ ３　　　　　Ｗ　　　　　　ＴｉＢよ ６　　　　　Ｍｏ　　　　　　ＴｉＮ ７ＭｏＴｉＣＮ ８　　　　　Ｍｏ　　　　　　ＡｌＮ ９　　　　　Ｍｏ　　　　　　ＳｉＣＡｌＮ１０　　　
　、　Ｍｏ　　　　　　ＴｉＢ２゜１１※　　　　　−
− １２※　　　　　Ｍｏ　　　　　　　　　−試料　　　
昇温サイクル試験　　　　　クラック等Ｎｏ、　　　０
　　１００　５００　１０００　１５００　　の欠陥の
発生（ＩｌΩ） １　　３６２　３６２　３６１　３６２　３６２　　　
なし２　　３６０　３６０　３６０　３６０　３６０　
　　なし３　　３７０　３７０　３７０　３７０　３７
０　　　なし４　　３５８　３５８　３５７　３５８　
３５Ｂ　　　なし５　　３６４　３６４　３６４　３６
４　３６４　　　なし６　　３６７　３６７　３６７　
３６７　３６Ｔ　　　なし７　　３５９　３５９　３５
９　３５９　３５９　　　なし８　　３６２　３６２　
３６２　３６２　３６２　　　なし９　　３６８　３６
８　３６８　３６８　３６８　　　なし１０　　３５９
　３５９　３５９　３５９　３５９　　　なし１１系　
３６４　３６５　３７１　３８０　３８７　　　　あり
１２来　３６８　３６８　３７０　３Ｂ２　３９１　　
　　ありＸ印の試料番号のものは本発明の範囲外である
。Table 1 Sample Heating resistor Coating Outer layer coach-in No. Type of layer Type of layer
W TiN 'l W TiCN3
AlN 4 1llSiCAlN 3 W TiByo6 Mo TiN 7MoTiCN 8 Mo AlN 9 Mo SiCAlN10
, Mo TiB2゜11* −
-12*Mo-sample
Temperature rising cycle test No cracks etc., 0
100 500 1000 1500 Occurrence of defects (IlΩ) 1 362 362 361 362 362
None 2 360 360 360 360 360
None 3 370 370 370 370 37
0 None 4 358 358 357 358
35B None 5 364 364 364 36
4 364 None 6 367 367 367
367 36T None 7 359 359 35
9 359 359 None 8 362 362
362 362 362 None 9 368 36
8 368 368 368 None 10 359
359 359 359 359 None 11 series
364 365 371 380 387 Yes 12 368 368 370 3B2 391
Sample numbers marked with an X are outside the scope of the present invention.

「第２実施例」 第１実施例と同様の工程であるが、第２実施例では−ま
たはＮｏ等の発熱抵抗線にＢＮコーティングしたものを
セラミック粉末体中に埋め込みプレス成形する。その後
、ホットプレス焼成する。次に、研削により電極１０・
１１を露出させる。そして、メタライズ１２を行ない陽
電極取出し金具５・金属接触筒体７とロウ付けして接合
する。``Second Example'' The steps are similar to those in the first example, but in the second example, a heat-generating resistance wire such as - or No coated with BN is embedded in a ceramic powder and press-molded. Then hot press firing. Next, the electrode 10 and
11 is exposed. Then, metallization 12 is performed and the positive electrode extraction fitting 5 and metal contact cylinder 7 are joined by brazing.

以上の方法で製作したテストサンプルを、昇温サイクル
の耐久試験を行った。その結果は第２表の通りである。The test sample produced by the above method was subjected to a temperature increase cycle durability test. The results are shown in Table 2.

第２表 試料　発熱抵抗体　　コーティング Ｎｏ、　　の種類　　　　層の種類 １　　　−　　　　　　ＢＮ ２　　　　　Ｗ　　　　　　　ＣＢＮ ３　　　　　Ｍｏ　　　　　　　ＢＮ ４　　　　　Ｍｏ　　　　　　　ＣＢＮ５※　　　−− ６※　　　Ｍｏ　　　　　　　− 試料　　　昇温サイクル試験　　　　　　クランク等Ｎ
ｏ、　　　０　１００　５００　１０００　１５００　
　の欠陥の発生（ｍΩ） １　　　３２０　　３１９　　３２０　　３２０　　　
　３２０　　　な　　　し２　　　３２６　　３２６　
　３２６　　３２６　　　　３２６　　　な　　　し３
　　　３１９　　３１９　　３１９　　３１９　　　３
１９　　　な　　　し４　　　３２７　　３２７　　３
２７　　３２７　　　３２７　　　な　　　し５※　３
２４　　３２４　　３２８　　３３２　　　　３３９　
　　あ　　　リ６※　３２８　　３３０　　３３２　　
３３９　　　３４７　　　あ　　　リ※印の試料番号の
ものは本発明の範囲外である。Table 2 Sample Heating resistor Coating No. Type Layer type 1 - BN 2 W CBN 3 Mo BN 4 Mo CBN5* -- 6* Mo - Sample Heating cycle test Crank etc. N
o, 0 100 500 1000 1500
Occurrence of defects (mΩ) 1 320 319 320 320
320 None 2 326 326
326 326 326 None 3
319 319 319 319 3
19 None 4 327 327 3
27 327 327 None 5* 3
24 324 328 332 339
A Ri6* 328 330 332
339 347 A Sample numbers marked with * are outside the scope of the present invention.

ＢＮはＳ　ｓＡと反応しがたいため、Ｓζ〜からＳｔを
拾って−（Ｍｏ）の周面に一５ｔ　（ＭｏＳｉ）が生成
しない。Since BN is difficult to react with S sA, 5t (MoSi) is not generated on the circumferential surface of −(Mo) by picking up St from Sζ.

そのため抵抗値の変化バラツキが生じない。Therefore, variation in resistance value does not occur.

一方、もちろんＢＮにより完全にＷ　（Ｍｏ）周面をコ
ートするので酸化による阿−が生成せずクランク等の欠
陥が生じたり電気伝導度の低下や抵抗値の変化がない。On the other hand, of course, since the peripheral surface of W (Mo) is completely coated with BN, there is no formation of oxides due to oxidation, no defects such as cranks, no decrease in electrical conductivity, and no change in resistance value.

「発明の効果」 本発明は、上述のような構成で、発熱抵抗体および電極
引出線の酸化による抵抗値の変化が少なく、且つ、一定
の抵抗値を維持したまま長時間使用できる。また、本発
明は発熱抵抗体および電極引出線の酸化や膨張によって
、焼結体にクランクを生じないため耐久性のよいセラミ
ックヒータの提供ができる。[Effects of the Invention] With the above-described configuration, the present invention has little change in resistance value due to oxidation of the heating resistor and electrode lead wire, and can be used for a long time while maintaining a constant resistance value. Further, the present invention can provide a highly durable ceramic heater since no cranking occurs in the sintered body due to oxidation or expansion of the heating resistor and electrode lead wires.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の具体的な実施例であるグロープラグの
縦断面図、第２図は発熱抵抗体または電極引出線にＴｉ
Ｎ等の非酸化物セラミックコーティングをした断面図、
第３図はセラミック焼結体のメタライズ処理部を示す縦
断面図、第４図はセラミック焼結体に陽電極取出し金具
、金属接触筒体を取付けた状態を示す正面図である。 １・・・発熱抵抗体FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a glow plug that is a specific embodiment of the present invention, and FIG.
Cross-sectional view with non-oxide ceramic coating such as N,
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the metallized portion of the ceramic sintered body, and FIG. 4 is a front view showing the ceramic sintered body with a positive electrode extraction fitting and a metal contact cylinder attached. 1...Heating resistor

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）窒化珪素質焼結体中にタングステン（Ｗ）または
モリブデン（Ｍｏ）からなる発熱抵抗体を埋設してなる
セラミックヒータにおいて、前記発熱抵抗体に非酸化物
セラミックの被膜をコーティングしたことを特徴とする
セラミックヒータ(1) In a ceramic heater in which a heating resistor made of tungsten (W) or molybdenum (Mo) is embedded in a silicon nitride sintered body, the heating resistor is coated with a non-oxide ceramic film. Features of ceramic heater （２）非酸化物セラミックの被膜が窒化チタン（ＴｉＮ
）、窒化炭化チタン（ＴｉＣＮ）、窒化アルミ（ＡＩＮ
）、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、立方晶
窒化ホウ素（ＣＢＮ）およびホウ化チタン（ＴｉＢ＿２
）から選ばれる特許請求の範囲第１項記載のセラミック
ヒータ(2) The non-oxide ceramic coating is titanium nitride (TiN).
), titanium nitride carbide (TiCN), aluminum nitride (AIN
), boron nitride (BN), silicon carbide (SiC), cubic boron nitride (CBN) and titanium boride (TiB_2
) The ceramic heater according to claim 1 selected from （３）窒化珪素質焼結体中にタングステン（Ｗ）または
モリブデン（Ｍｏ）からなる発熱抵抗体を埋設してなる
セラミックヒータの製法において、前記発熱抵抗体に少
なくとも一層の非酸化物セラミックの被膜をコーティン
グした後、該発熱抵抗体をカーボン型内で窒化珪素質粉
末と共に８００〜１２００℃で６０〜２００ｋｇ／ｃｍ
＾２の圧力で一次ホットプレスをし、さらに、１０５０
〜２０００℃で２００〜５００ｋｇ／ｃｍ＾２の圧力で
２次ホットプレスしたことを特徴とするセラミックヒー
タの製法(3) In a method for manufacturing a ceramic heater in which a heating resistor made of tungsten (W) or molybdenum (Mo) is embedded in a silicon nitride sintered body, the heating resistor is coated with at least one layer of non-oxide ceramic. After coating the heat generating resistor with silicon nitride powder in a carbon mold at 800 to 1200°C, the heating resistor is heated at 60 to 200 kg/cm.
First hot press at ^2 pressure, then 1050
A method for manufacturing a ceramic heater characterized by secondary hot pressing at ~2000°C and a pressure of 200 to 500 kg/cm^2 （４）コーティング手段がＣＶＤ（化学気相成長法）Ｐ
ＶＤ（物理気相成長法）、溶射、ドブ漬から選ばれる特
許請求の範囲第３項記載のセラミックヒータの製法(4) The coating method is CVD (chemical vapor deposition method) P
A method for manufacturing a ceramic heater according to claim 3, which is selected from VD (physical vapor deposition), thermal spraying, and doubling.