JP2000016866A - チタン酸バリウム系半導体材料の製造方法 - Google Patents

チタン酸バリウム系半導体材料の製造方法

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JP2000016866A
JP2000016866A JP10188367A JP18836798A JP2000016866A JP 2000016866 A JP2000016866 A JP 2000016866A JP 10188367 A JP10188367 A JP 10188367A JP 18836798 A JP18836798 A JP 18836798A JP 2000016866 A JP2000016866 A JP 2000016866A
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barium titanate
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Shinsuke Haruta
慎輔 治田
Hiroshi Oda
大28561 小田
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Ube Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い範囲において低比抵抗な半導体化領域を
有し特性が安定したチタン酸バリウム系半導体材料を製
造する方法を提供するものである。 【解決手段】 チタン酸バリウム系磁器組成物におい
て、希土類元素、Nb、Ta、WおよびSbのうち少な
くとも一種を含有した原料粉末の成形体を焼結する工程
と、次に後処理としてその焼結体にマイクロ波を照射し
て加熱する工程と、を含んでなるチタン酸バリウム系半
導体材料の製造方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気抵抗の温度係
数が正の特性を示す半導体磁器(以下PTC素子と略
す)の製造方法において、半導体化範囲の広い、低比抵
抗なチタン酸バリウム系半導体材料を提供するチタン酸
バリウム系半導体材料の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】チタン酸バリウム系半導体材料は、チタ
ン酸バリウムを主成分とし、Bi、Sb、Ta、Laな
どの希土類元素などのうち一種類以上を微量含有させた
もので、常温における比抵抗が低く、そのキュリー温度
以上で著しい正の抵抗温度特性を示すことが良く知られ
ている。この特性を利用して、TV用の消磁回路素子や
定温発熱体などとして使用されている。しかし、チタン
酸バリウムに加える半導体化剤が0.2モル%を越える
と常温の比抵抗は再び上昇し、0.8モル%で再び絶縁
体となる。この現象に関しては、現在でも様々な議論が
なされており明らかにされていない。しかし、この現象
には焼結体粒子の微小化をともなっており、粒成長が半
導体化と深く関連しているようである。そのため、低比
抵抗材料を得るためには、高濃度領域において粒成長さ
せることが必要となる。しかし、従来の製造方法では粒
成長促進が不可能であり、チタン酸バリウム系半導体磁
器を得るために、半導体化剤の添加量の上限が0.6モ
ル%までと制限されていた。また、低比抵抗を示す半導
体化領域が狭いため、製品化の際のバラツキの原因にな
っていた。一方、半導体化範囲を広げるために、Mnを
添加する方法が知られている。
【0003】例えば特開昭50−76112号公報に
は、チタン酸バリウム系磁器組成物を基本組成物とし、
この基本組成物のうちBaの1.5〜15モル%をC
e、Y、Laなどの希土類元素、Biのうち1種以上と
置換し、かつ基本組成の100モルに対し、Mnを0.
10〜0.30モル%含有しているチタン酸バリウム系
半導体磁器組成物が開示されている。
【0004】しかしながら、前記特開昭50−7611
2号公報記載の方法による効果は、YなどによりBaサ
イトを置換した材料でのみに得られる特性であり、N
b、TaなどでTiサイトを置換した材料については適
用されていない。また、微量のMnを狭い範囲で制御す
る必要があり、使用原料や外部環境からのMn、Feな
どの不純物混入を極少に防ぐことが不可欠となる。これ
らから、前記特開昭50−76112号公報記載の方法
は、半導体化領域を広げるための本質的な解決手法とは
言い難い。今日まで、より一層の低抵抗化のため材料組
成や製造方法に関する多くの提案がなされているが、ど
れも不十分である。
【0005】
【発明の目的】本発明の目的は、前記の問題点を解決
し、広い範囲において低比抵抗な半導体化領域を有し特
性が安定したチタン酸バリウム系半導体材料を製造する
方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来法に
より作製された焼結体をマイクロ波により後処理するこ
とによって、従来絶縁体となっていた半導体化剤の添加
範囲においても、Mnなどの添加物によらず低比抵抗な
チタン酸バリウム半導体磁器の得られることを見出し
た。すなわち、本発明は、チタン酸バリウム系磁器組成
物において、希土類元素、Nb、Ta、WおよびSbの
うち少なくとも一種を含有した原料粉末の成形体を焼結
する工程と、次に後処理としてその焼結体にマイクロ波
を照射して加熱する工程と、を含んでなることを特徴と
するチタン酸バリウム系半導体材料の製造方法に関す
る。
【0007】
【作用】本発明の正の抵抗温度係数を有するチタン酸バ
リウム系半導体材料の製造方法により、その生成機構は
未だ明らかではないが、半導体化領域が広範囲で、優れ
たPTCR特性を有するチタン酸バリウム系半導体材料
が得られる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法は、先ず、一般
的な方法により作製した原料粉末を用意する。次に、そ
の原料粉末を所望の形状に成形し、原料の成形体を得
る。そして、その原料成形体を電気炉に代表される従来
法により焼結させる。次に後処理としてその焼結体に最
適な条件においてマイクロ波を照射し、再度加熱させ
る。このとき、焼結体にマイクロ波を照射すると、焼結
体内部から急速に加熱される。本発明に使用されるマイ
クロ波としては、周波数が過度に低い場合には、加熱む
らが生じ易く抵抗が高くなることがあるため、5GHz
以上、特に6GHz以上の周波数のマイクロ波が好まし
い。高周波数側における周波数については特に限定され
ず、通常市販されているマイクロ波発生装置を好適に使
用することができる。
【0009】半導体化剤の添加量が0.2モル%未満の
ような低濃度の焼結体においては、マイクロ波照射によ
り、異常粒成長が抑制され均一な粒子構造となる。特
に、6GHz以上の周波数のマイクロ波を使用した場合
には、低比抵抗のチタン酸バリウム系半導体材料を製造
することができる。一方、半導体化剤の添加量が0.2
モル%以上と高濃度の焼結体においては、物質の拡散反
応が活性化されるため、粒成長が促進される。そのた
め、半導体化剤が高濃度の場合でも、十分に半導体化が
実現される。特に、6GHz以上の周波数のマイクロ波
を使用した場合には、従来公知の方法では得られなかっ
た半導体化剤の添加量が1モル%〜7モル%と高濃度の
焼結体において、広い範囲において低比抵抗な半導体化
領域を有し、特性が安定したチタン酸バリウム系半導体
材料を製造することができる。
【0010】本発明におけるマイクロ波加熱による後処
理条件として、加熱温度は1150〜1450℃である
ことが好ましい。1150℃よりも過度に低い温度であ
ると、本発明の効果が得られず、一方、1450℃より
も過度に高い温度になると、素子の表面が溶けてしまい
良好な焼結体の作製が困難になる。
【0011】また、加熱時間は5〜30分程度であるこ
とが好ましい。加熱時間が5分未満であると拡散反応が
十分でなく、一方、30分を越えると良好な焼結体が得
られない。
【0012】さらに、必要に応じてマイクロ波照射によ
り得られた焼結体を、適切な条件にて再び熱処理するこ
とで、キュリー温度での抵抗変化の大きさを向上させる
ことができる。
【0013】
【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明を
具体的に説明する。 実施例1 出発原料として、BaCO3、TiO2、Nb25、La
23を所定の比率になるように調合し、ジルコニアボー
ルを用いて18時間湿式ボールミル混合を行い、乾燥
後、1150℃で2時間仮焼した。この仮焼粉末を粉砕
し、さらにポリビニルアルコールを2wt%加えて10
00kg/cm2の圧力で直径8.73mm、厚さ2.
7mmの円板に成形した。この成形体を電気炉で、大気
中、1450℃、20時間の条件で焼結した。
【0014】次に後処理として以下の条件においてマイ
クロ波を照射し、焼結体を加熱した。共振周波数を6G
Hz、マイクロ波出力を600Wとし、大気中において
1300℃、約5分間保持した。昇温および冷却速度
は、いずれも30℃/分で行った。このセラミックス
に、オーミックコンタクトが良好なAg電極を焼き付け
てPTC素子を得た。このPTC素子について、室温
(25℃)における比抵抗を測定した。また、得られた
製品間には特性のバラツキがほとんど見られなかった。
【0015】比較例1 比較のために、マイクロ波による後処理を施さなかった
PTC素子についても、同様な測定を行った。なお、上
記実施例では出発原料として炭酸塩、もしくは酸化物を
用いたが、これは特に重要ではなく、熱分解等により所
定の成分比を与える原料を用いても良い。
【0016】また、上記実施例では、PTCR特性向上
のためのMnや焼結助剤としてのSiO2などは添加し
ていないが、それらを含有させた原料成形体において
も、本発明と同様の効果が得られる。
【0017】さらに、チタン酸バリウムのBaサイトの
一部をPb、Sr、Caで同時置換し、添加物としてM
n、SiO2を含有させたものでも良い。
【0018】図1に、各PTC素子における室温比抵抗
の半導体化剤依存性を示す。
【0019】図1から明らかなように、各実施例のPT
C素子は比較例のものに比べ、半導体化の濃度範囲が大
幅に増大する。これに対して、比較例では、半導体化剤
の添加量が0.02〜0.6モル%の範囲からはずれる
と、急激に比抵抗が増加して、半導体材料が得られな
い。以上述べたように、本発明はPTC素子において材
料組成によらず半導体化領域を従来の10倍と格段に改
良する事ができ、その学術かつ産業上の効果は格別のも
のである。
【0020】
【発明の効果】本発明によると、マイクロ波加熱を後処
理として用いることで、従来よりも広い範囲に低比抵抗
な半導体化領域を有するチタン酸バリウム系半導体材料
を製造することができる。しかも、材料組成に対する依
存性が小さいため、様々な用途に対応したPTC素子を
製造でき、また製造工程における管理が容易となり、工
業的な利用価値は極めて高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】各PTC素子における室温比抵抗の半導体化剤
依存性を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタン酸バリウム系磁器組成物におい
    て、希土類元素、Nb、Ta、WおよびSbのうち少な
    くとも一種を含有した原料粉末の成形体を焼結する工程
    と、次に後処理としてその焼結体にマイクロ波を照射し
    て加熱する工程と、を含んでなることを特徴とするチタ
    ン酸バリウム系半導体材料の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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