JPS6328325B2 - - Google Patents
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- JPS6328325B2 JPS6328325B2 JP56064151A JP6415181A JPS6328325B2 JP S6328325 B2 JPS6328325 B2 JP S6328325B2 JP 56064151 A JP56064151 A JP 56064151A JP 6415181 A JP6415181 A JP 6415181A JP S6328325 B2 JPS6328325 B2 JP S6328325B2
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- Japan
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- thermistor
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- silicon carbide
- boron
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
- C04B35/575—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by pressure sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
本発明は感温抵抗体の１種である高温サーミス
タに関する。 サーミスタは電気抵抗の大きな温度依存性を利
用したセラミツクス温度センサで、温度測定や温
度制御に広く利用されている。サーミスタの実用
温度は動作抵抗や抵抗値の安定性によつて決ま
り、高温サーミスタは通常300〜1000℃の温度域
で使用される。 従来の高温サーミスタ素子にはスピネル系ペロ
ブスカイト系、ジルコニヤ系などがあり、一部実
用に供されている。しかしこれらのサーミスタ材
は500℃程度の温度域までは比較的安定した特性
をもつが、700℃以上の温度域では抵抗値の経時
安定性に欠ける難点があり、実用化の障害になつ
ている。また炭化ケイ素単結晶を用いた高温サー
ミスタも検討されたが、特性のばらつきが大きい
こと、単結晶の製造が困難であるなどの理由から
実用化されていない。 本発明の目的は、サーミスタ定数が大きくかつ
抵抗値の経時変化の少ない高温サーミスタを提供
するにある。 本発明は、炭化ケイ素を主成分とする多結晶焼
結体よりなるものにおいて、前記焼結体は各結晶
間に電気抵抗層が形成されていることを特徴とす
る高温サーミスタにある。 炭化ケイ素を主成分とする焼結体の各結晶間に
電気抵抗層を形成することは、サーミスタ定数が
大きく、かつ抵抗値の経時変化の少ない高温サー
ミスタを得ることができる。 炭化ケイ素の各結晶間に電気抵抗層を形成する
ものとして炭化ケイ素を主成分とするものにBe
（ベリリウム）、Ｂ（ホウ素）及びこれらの炭化物、
酸化物、窒化物の少なくとも１種をBeまたはＢ
に換算して0.1〜８重量％好ましくは0.5〜４重量
％含有した理論密度に対する相対密度が約90％以
上にホツトプレスされた焼結体である。 これにより、700℃あるいは1000℃における抵
抗率が1KΩ前後、サーミスタ定数が10000〜
16000、700〜1000℃の高温で長時間使用した時の
抵抗値変化が３％以内と少なく、特性のすぐれた
高温タイプのサーミスタを得ることができる。 炭化ケイ素に対するベリリウム、ホウ素あるい
はこれら各元素含有物質又はこれらの化合物の添
加は難焼結材である炭化ケイ素の高密度焼結に効
果があり、さらに得られた焼結体の抵抗値やサー
ミスタ定数が高温サーミスタとして実用的な値を
与える。特に好ましい添加成分は、ベリリウム
（Be）、酸化ベリリウム（BeO）、ホウ素(B)、酸化
ホウ素（B2O3）、窒化ホウ素（BN）、酸化ホウ素
（B4C）などである。これらの添加成分の含有量
とサーミスタ特性との関係は添加物の種類あるい
はその組合せで若干異なつてくるが、８重量％よ
り多くなると高温の酸化雰囲気における抵抗値の
経時変化が大きくなる傾向がある。一方、含有量
が0.1重量％より少なくなると高密度の焼結体が
得にくく、しかも抵抗値及びサーミスタ定数のば
らつきが大きくなる傾向がある。 実施例 １ 純度98.5％、平均粒径2μｍの炭化ケイ素粉末
に、ベリリウム量で0.05〜20重量％の酸化ベリリ
ウムを添加し、さらに有機バインダを加えて十分
に混合した。この原料組成物を1000Kg／cm2の圧力
で直径50mm、厚さ２mmに加圧成形した後、真空ホ
ツトプレス装置を用いて真空度10-3〜10-4トル、
圧力300Kg／cm2、温度2050℃、保持時間1hの条件
で焼結して炭化ケイ素焼結体（厚さ約１mm）を得
た。この円板形焼結体の両表面を軽く研削した
後、両表面にサーミスタの電極となるモリブデン
−タングステンの合金膜をメタライジングし、さ
らにその上にニツケルメツキ膜を施した。次に焼
結体をダイヤモンド切断機で１mm角×厚さ１mmの
大きさにチツプ化してサーミスタとした。 この素子の特性は第１表に示すように、ベリリ
ウム含有量が0.1〜８重量％の範囲にある素子は
1000℃における抵抗値並びにサーミスタ定数
（800〜1000℃）が高温サーミスタとして好適な値
である。 一方、本発明におけるベリリウム含有量が0.1
重量％未満の素子は、焼結体の相対密度が90％以
下で緻密性が低く、しかも抵抗値並びにサーミス
タ定数のばらつきが大きくなる傾向を有する。ま
たベリリウム含有量が８重量％を越えると抵抗値
が増加する難点がある。 ベリリウム含有量が異なる各素子について1000
℃で1000時間の加熱試験を行つた結果、第１表に
示すように初期抵抗値に対する1000時間後の抵抗
変化率は、ベリリウム含有量0.1〜８重量％の素
子が３％以内と少ないが、８重量％を越えると３
％以上となり高温或定性が低くなる傾向にあるこ
とが分つた。 実施例 ２ 実施例１と同じ炭化ケイ素粉末に、ホウ素量に
換算して0.05〜20重量％に相当する窒化ホウ素粉
末を添加した組成物を実施例１と同様な方法でサ
ーミスタを製作した。これらの素子の特性を第２
表に示す。ホウ素を0.1〜８重量％含む素子は、
1000℃における抵抗値並びにサーミスタ定数
（800〜1000℃）共に実施例１と同等であり、これ
らは実用的な値である。また高温加熱による抵抗
変化率は３％以下と少なく、高温タイプのサーミ
スタとしてすぐれた特性を有する。しかしホウ素
含有量0.1重量％未満の素子は焼結体の緻密性並
びに特性の均一性が低下し、また８重量％を越え
ると実施例１と同様に高温における経時安定性が
低下することが分る。 実施例 ３ 添加成分としてベリリウム並びにホウ素量で各
１重量％の酸化ベリリウム並びに窒化ホウ素粉末
を複合添加した組成物を実施例１と同様な方法で
サーミスタを製作した。素子の特性は、1000℃に
おける抵抗値1.2KΩ、サーミスタ定数（800〜
1000℃）14300、1000℃で1000時間の加熱放置に
よる抵抗値変化率は初期値の３％以内であり、
800〜1000℃の温度範囲で良好な特性をもつ高温
サーミスタである。 実施例 ４ 炭化ケイ素粉末に、１〜４重量％のホウ素量に
相当するホウ素(B)、酸化ホウ素（B2O3）、炭化ホ
ウ素（B4C）の各粉末をそれぞれ単独で添加した
組成物から実施例１と同様な方法でサーミスタ素
子を製作した。各添加物を含む素子の特性を第３
表に示す。
タに関する。 サーミスタは電気抵抗の大きな温度依存性を利
用したセラミツクス温度センサで、温度測定や温
度制御に広く利用されている。サーミスタの実用
温度は動作抵抗や抵抗値の安定性によつて決ま
り、高温サーミスタは通常300〜1000℃の温度域
で使用される。 従来の高温サーミスタ素子にはスピネル系ペロ
ブスカイト系、ジルコニヤ系などがあり、一部実
用に供されている。しかしこれらのサーミスタ材
は500℃程度の温度域までは比較的安定した特性
をもつが、700℃以上の温度域では抵抗値の経時
安定性に欠ける難点があり、実用化の障害になつ
ている。また炭化ケイ素単結晶を用いた高温サー
ミスタも検討されたが、特性のばらつきが大きい
こと、単結晶の製造が困難であるなどの理由から
実用化されていない。 本発明の目的は、サーミスタ定数が大きくかつ
抵抗値の経時変化の少ない高温サーミスタを提供
するにある。 本発明は、炭化ケイ素を主成分とする多結晶焼
結体よりなるものにおいて、前記焼結体は各結晶
間に電気抵抗層が形成されていることを特徴とす
る高温サーミスタにある。 炭化ケイ素を主成分とする焼結体の各結晶間に
電気抵抗層を形成することは、サーミスタ定数が
大きく、かつ抵抗値の経時変化の少ない高温サー
ミスタを得ることができる。 炭化ケイ素の各結晶間に電気抵抗層を形成する
ものとして炭化ケイ素を主成分とするものにBe
（ベリリウム）、Ｂ（ホウ素）及びこれらの炭化物、
酸化物、窒化物の少なくとも１種をBeまたはＢ
に換算して0.1〜８重量％好ましくは0.5〜４重量
％含有した理論密度に対する相対密度が約90％以
上にホツトプレスされた焼結体である。 これにより、700℃あるいは1000℃における抵
抗率が1KΩ前後、サーミスタ定数が10000〜
16000、700〜1000℃の高温で長時間使用した時の
抵抗値変化が３％以内と少なく、特性のすぐれた
高温タイプのサーミスタを得ることができる。 炭化ケイ素に対するベリリウム、ホウ素あるい
はこれら各元素含有物質又はこれらの化合物の添
加は難焼結材である炭化ケイ素の高密度焼結に効
果があり、さらに得られた焼結体の抵抗値やサー
ミスタ定数が高温サーミスタとして実用的な値を
与える。特に好ましい添加成分は、ベリリウム
（Be）、酸化ベリリウム（BeO）、ホウ素(B)、酸化
ホウ素（B2O3）、窒化ホウ素（BN）、酸化ホウ素
（B4C）などである。これらの添加成分の含有量
とサーミスタ特性との関係は添加物の種類あるい
はその組合せで若干異なつてくるが、８重量％よ
り多くなると高温の酸化雰囲気における抵抗値の
経時変化が大きくなる傾向がある。一方、含有量
が0.1重量％より少なくなると高密度の焼結体が
得にくく、しかも抵抗値及びサーミスタ定数のば
らつきが大きくなる傾向がある。 実施例 １ 純度98.5％、平均粒径2μｍの炭化ケイ素粉末
に、ベリリウム量で0.05〜20重量％の酸化ベリリ
ウムを添加し、さらに有機バインダを加えて十分
に混合した。この原料組成物を1000Kg／cm2の圧力
で直径50mm、厚さ２mmに加圧成形した後、真空ホ
ツトプレス装置を用いて真空度10-3〜10-4トル、
圧力300Kg／cm2、温度2050℃、保持時間1hの条件
で焼結して炭化ケイ素焼結体（厚さ約１mm）を得
た。この円板形焼結体の両表面を軽く研削した
後、両表面にサーミスタの電極となるモリブデン
−タングステンの合金膜をメタライジングし、さ
らにその上にニツケルメツキ膜を施した。次に焼
結体をダイヤモンド切断機で１mm角×厚さ１mmの
大きさにチツプ化してサーミスタとした。 この素子の特性は第１表に示すように、ベリリ
ウム含有量が0.1〜８重量％の範囲にある素子は
1000℃における抵抗値並びにサーミスタ定数
（800〜1000℃）が高温サーミスタとして好適な値
である。 一方、本発明におけるベリリウム含有量が0.1
重量％未満の素子は、焼結体の相対密度が90％以
下で緻密性が低く、しかも抵抗値並びにサーミス
タ定数のばらつきが大きくなる傾向を有する。ま
たベリリウム含有量が８重量％を越えると抵抗値
が増加する難点がある。 ベリリウム含有量が異なる各素子について1000
℃で1000時間の加熱試験を行つた結果、第１表に
示すように初期抵抗値に対する1000時間後の抵抗
変化率は、ベリリウム含有量0.1〜８重量％の素
子が３％以内と少ないが、８重量％を越えると３
％以上となり高温或定性が低くなる傾向にあるこ
とが分つた。 実施例 ２ 実施例１と同じ炭化ケイ素粉末に、ホウ素量に
換算して0.05〜20重量％に相当する窒化ホウ素粉
末を添加した組成物を実施例１と同様な方法でサ
ーミスタを製作した。これらの素子の特性を第２
表に示す。ホウ素を0.1〜８重量％含む素子は、
1000℃における抵抗値並びにサーミスタ定数
（800〜1000℃）共に実施例１と同等であり、これ
らは実用的な値である。また高温加熱による抵抗
変化率は３％以下と少なく、高温タイプのサーミ
スタとしてすぐれた特性を有する。しかしホウ素
含有量0.1重量％未満の素子は焼結体の緻密性並
びに特性の均一性が低下し、また８重量％を越え
ると実施例１と同様に高温における経時安定性が
低下することが分る。 実施例 ３ 添加成分としてベリリウム並びにホウ素量で各
１重量％の酸化ベリリウム並びに窒化ホウ素粉末
を複合添加した組成物を実施例１と同様な方法で
サーミスタを製作した。素子の特性は、1000℃に
おける抵抗値1.2KΩ、サーミスタ定数（800〜
1000℃）14300、1000℃で1000時間の加熱放置に
よる抵抗値変化率は初期値の３％以内であり、
800〜1000℃の温度範囲で良好な特性をもつ高温
サーミスタである。 実施例 ４ 炭化ケイ素粉末に、１〜４重量％のホウ素量に
相当するホウ素(B)、酸化ホウ素（B2O3）、炭化ホ
ウ素（B4C）の各粉末をそれぞれ単独で添加した
組成物から実施例１と同様な方法でサーミスタ素
子を製作した。各添加物を含む素子の特性を第３
表に示す。
【表】
【表】
【表】
これらの素子は、700℃における抵抗値が0.8〜
1.2KΩ、サーミスタ定数（500〜700℃）が11000
前後であり、500〜700℃の温度領域での使用に適
した高温サーミスタである。また700℃の温度で
1000時間の加熱試験を行つた結果、抵抗変化率は
３％以内で経時安定性にすぐれた素子である。 このように本発明に係るサーミスタは、サーミ
スタ定数が大きく、高温加熱による抵抗値の経時
変化が少ないという特徴を有している。加えて、
本発明になるサーミスタ素子は高純度で高密度の
炭化ケイ素焼結体を用いているため、耐熱性が高
く、機械的強度が大きく、熱衝撃性にも強いので
耐久性に富み、さらに焼結体の熱伝導率が酸化物
系サーミスタの10倍以上あり、しかも素子が小型
にでき熱容量が小さいので熱応答速度が極めて速
いなどの特徴も併せ有する。 以上の如く、本発明の炭化ケイ素焼結体からな
るサーミスタはすぐれた特性を有し、従来素子で
は得にくい700〜1000℃の高温領域での使用に好
適な高温タイプのサーミスタが得られる。
1.2KΩ、サーミスタ定数（500〜700℃）が11000
前後であり、500〜700℃の温度領域での使用に適
した高温サーミスタである。また700℃の温度で
1000時間の加熱試験を行つた結果、抵抗変化率は
３％以内で経時安定性にすぐれた素子である。 このように本発明に係るサーミスタは、サーミ
スタ定数が大きく、高温加熱による抵抗値の経時
変化が少ないという特徴を有している。加えて、
本発明になるサーミスタ素子は高純度で高密度の
炭化ケイ素焼結体を用いているため、耐熱性が高
く、機械的強度が大きく、熱衝撃性にも強いので
耐久性に富み、さらに焼結体の熱伝導率が酸化物
系サーミスタの10倍以上あり、しかも素子が小型
にでき熱容量が小さいので熱応答速度が極めて速
いなどの特徴も併せ有する。 以上の如く、本発明の炭化ケイ素焼結体からな
るサーミスタはすぐれた特性を有し、従来素子で
は得にくい700〜1000℃の高温領域での使用に好
適な高温タイプのサーミスタが得られる。
Claims (1)
- １ 炭化ケイ素を主成分とし、Be、Ｂ及びこれ
らの炭化物、酸化物、窒化物の少なくとも１種を
BeまたはＢに換算して0.1〜８重量％含有し、相
対密度約90％以上の炭化ケイ素ホツトプレス焼結
体からなる高温サーミスタ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56064151A JPS57180101A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | High temperature thermistor |
| US06/371,571 US4467309A (en) | 1981-04-30 | 1982-04-26 | High temperature thermistor |
| DE3216045A DE3216045C2 (de) | 1981-04-30 | 1982-04-29 | Hochtemperatur-NTC-Thermistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56064151A JPS57180101A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | High temperature thermistor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57180101A JPS57180101A (en) | 1982-11-06 |
| JPS6328325B2 true JPS6328325B2 (ja) | 1988-06-08 |
Family
ID=13249782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56064151A Granted JPS57180101A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | High temperature thermistor |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4467309A (ja) |
| JP (1) | JPS57180101A (ja) |
| DE (1) | DE3216045C2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS601803A (ja) * | 1983-06-17 | 1985-01-08 | 大同特殊鋼株式会社 | 測温抵抗素子 |
| JPS62285401A (ja) * | 1986-06-02 | 1987-12-11 | 株式会社村田製作所 | サ−ミスタの製造方法 |
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