KR930006337B1 - 금속산화물계 써미스터 재료 - Google Patents

금속산화물계 써미스터 재료 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

금속산화물계 써미스터 재료
재1도는 본 발명 금속산화물계 써미스터 재료의 조성비를 나타낸 3원계도.
제2도는 본 발명의 일실시예에 대한 저항-온도 특성관계를 보인 그래프.
본 발명은 MnCo3-NiO-CuO-ZnO-CO3O4-Fe2O3-TiO2계를 기본조성으로 하는 금속화물계 NTC써미스터 재료에 관한 것이다.
일반적으로 써미스터는 온도변화에 따라 대단히 크고 비직선적인 저항변화를 나타내는 반도체소자의 일종으로서 주로 철(Fe), 니켈(Ni), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo) 및 코발트(Co)등의 산화물을 혼합하여 소결함으로써 제조되어 진다.
특히, 전이금속산화물을 조합하여 제조된 금속산화물계 써미스터는 온도에 따라 전기저항이 지수함수적으로 감소하는 반도체소자로서 그 원료성분의 조성이나 소결온도에 따라 결정구조 및 소결성에 큰 차이가 나타나기 때문에 상온저항 및 온도에 따른 저항변화에 큰 차이를 나타낸다.
이와 같은 금속산화물계 써미스터는 상기 온도에 따른 저항치의 지수함수적 감소특성을 이용하여 온도감지소자, 온도보상 및 조절소자, 전압조절용소자를 비롯한 각종 정밀측정 및 분석기기의 핵심소자로 널리 사용되고 있다.
종래의 금속산화물계 써미스터는 재료로는 스핀넬계인 망간-니켈-코발트-구리계와 헤마타이트계인 철-티타늄계가 사용되고 있으며, 전자의 스핀넬계 써미스터의 경우 조성에 따라 넓은 저항범위와 큰 B정수를 나타냄으로써 광범위하게 응용될 수 있는 것으로 알려져 있다[참조 : 1. Thermistors(ed. by E.D. Macklen), Electrochemical Pub., Ayr, Scotland(1979). 2. Semiconducting temperature sensors and their applications(ed. by H.B. Sachse), John and Wiley, New York (1975). 3. Ceramic Materials for electronic(ed. by R.C.Buchanan), Marcel Dekker, New York(1986)].
그러나, 이같은 스핀넬계의 망간-니켈-코발트-구리계 써미스터의 경우 산화코발트의 가격이 매우 높기 때문에 제조비용면에서 불리한 점이 있으며, 또한 산화동은 인체에 흡수되는 경우 건강을 해치는 유해물질로 작용하기 때문에 써미스터의 제조시 공해발생의 문제점을 지니고 있다[참조 : Hawley's condensed chemical dictionary, 11th edition(ed. by N. L. Sax and R. J. Lewis, Sr.), Van Nostrand Reinhold Co., New York(1987)].
따라서 본 발명은 금속산화물계 써미스터 재료로서 고가의 산화코발트를 값싼 산화철과 산화티타늄으로 대체하여 써미스터 재료의 제조원가를 낮추는 한편 유해물질인 산화동을 무해한 산화아연으로 치환함으로써 써미스터 재료의 제조시에 뒤따르는 공해문제를 제거함과 아울러 다성분계 산화물계에서 존재하는 공융반응(eutectic reaction)에 의해 액상소결을 유도하여 소결온도를 낮춤으로써 적은 제조 비용으로 양호한 특성을 갖는 써미스터를 제조할 수 있는 금속산화물계 써미스터 재로를 제공하는데 그 목적이 있다.
이같은 본 발명의 금속산화물계 써미스터 재료의 조성은, a탄산망칸(MnCO3)+b산화니켈(NiO)+c산화동(CuO)+d산화아연(ZnO)+e산화코발트(CO3O4)+f산화철(Fe2O3)+g산화티탄(TiO2)계를 기본조성으로 하고, 그 조성비율은 중량비로,
29≤a+b≤66
0≤c+d≤48
0≤e+f+g≤54
(단, a+b+c+d+e+f+g=100)
이같은 본 발명의 금속산화물계 써미스터 재료의 조성을 3성분계로 나타내면 제1도와 같다.
본 발명의 금속산화물계 써미스터 재료를 이용하여 NTC써미스터를 제조하는 과정은 일반적으로 널리 사용되는 산화물 혼합방법을 통해 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시예를 통하여 써미스터의 제조과정을 설명한다.
아래의 표 1과 같은 망간-니켈-아연-구리-코발트-철-티타늄계 금속산화물로서 aMnCO3+bNiO+cCuO+dZnO+eCo3O4+fFe2O3+gTiO2, 21.90≤a≤53.68, 7.15≤b≤13.56, 0≤c≤50.76, 0≤d≤35.05, 0≤e≤30.61, 0≤f≤38.26, 0≤g≤4.17(단, a+b+c+d+e+f+g=100) 조성으로 탄산망간, 산화니켈, 신화동, 산화아연, 산화코발트, 산화철 및 산회티탄올 10-4g까지 정확히 칭량하여 지르코니아 볼밀중에서 증류수와 함게 충분히 혼합 및 분쇄를 행한다.
이때 사용되는 원료로는 하소(calcination) 공정을 통하여 산화물로의 전환이 용이한 화합물 즉, 수산화물 및 탄산염등이 포함된 원료화합물도 가능하다.
혼합 및 분쇄가 완료된 시료는 750℃-850℃에서 해소를 한 다음 PVA수용액과 같은 일반적인 결합제를 미량 첨가하여 1ton/cm2의 압력으로 가압성형한 후 알루미나판 위에 올려놓고 전기로중에서 1000℃-1200℃의 온도로 2시간동안 소결을 행한다. 소결시에는 결합제를 비롯한 유기물의 휘발을 위하여 600℃에서 1시간 유지하며 승온 및 냉각소도는 300℃/hr로 한다.
이후, 소결체의 양면에 은페이스트를 스크린인쇄하여 전극을 형성하며 550℃에서 10분간 열처리하고 24시간 방지한 후 전기적특성을 측정한다. 시편의 전기적특성 측정은 25℃로 유지된 실리콘 오일 항온조에서 2단자법을 통해 행해지며 B정수는 다음과 같은 식에 의해 계산된다.
[표 1]
망간-니켈-아연-코발트-철-티타늄계 금속산화물 써미스터의 조성 및 특성
제2도는 위의 표 1에 나타나 있는 본 발명의 실시예 조성으로 이루어진 금속산화물계 써미스터의 저항과 온도와의 관계를 보인 그래프이다.
이같은 제조과정을 통하여 얻어진 본 발명의 금속산화물계 써미스터는 스핀널계 구조를 띠며, 산화철이 산화티탄과 함께 상당량 첨가된다 하더라도 충분히 고용되어 넓은 저항범위의 우수한 써미스터 제조가 가능함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 금속산화물계 써미스터 재료는 고가의 산화코발트 전부 또느 대부분을 값싼 산화철 및 산화티타늄으로 대체시킴에 의해 써미스터의 제조비용을 절감할 수 있음은 물론 써미스터의 제조시 유해물질로 작용하는 산화구리의 사용을 배제함으로써 제조작업의 안정성을 도모할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 위의 표 1에서와 같이 산화동이 첨가될 경우에는 산화코발트, 산화철 및 산화티탄이 첨가량을 크게 변화시킬 수 있음에 따라 저항범위를 광범위하게 조절할 수 있고, B정수를 높일 수가 있다.
한편, 본 발명의 금속산화물계 써미스터 재료는 다성분계 조성으로써 상호 공융반응(eutectic reaction)에 의해 1000℃-1200℃에서 소결이 행해짐에 따라 종래의 망간-니켈-코발트-동계써미스터의 소결 온도에 비해 100℃-250℃ 정도 소결온도를 낮출 수 있어 써미스터의 제조비용을 낮출 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

  1. aMnCO3+bNiO+cCuO+dZnO+eCo3O4+fFe2O3+gTiO2계를 기본조성으로 하고 중량비로, 21.90≤a≤53.68, 7.15≤b≤13.56, 0≤c≤50.76, 0≤d≤35.05, 0≤e≤30.61, 0≤f≤38.26, 0≤g≤4.17(단, a+b+c+d+e+f+g=100)의 조성범위를 갖는 금속산화물계 써미스터 재료.
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