JP2507151B2 - Conductive ceramics sintered body and method for producing the same - Google Patents

Conductive ceramics sintered body and method for producing the same

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JP2507151B2
JP2507151B2 JP2173810A JP17381090A JP2507151B2 JP 2507151 B2 JP2507151 B2 JP 2507151B2 JP 2173810 A JP2173810 A JP 2173810A JP 17381090 A JP17381090 A JP 17381090A JP 2507151 B2 JP2507151 B2 JP 2507151B2
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隆 井上
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 この発明は、導電性セラミックス焼結体及びその製造
方法に関する。ことに、電気エネルギーにより発熱させ
るヒーター材料に使用される。
The present invention relates to a conductive ceramics sintered body and a method for manufacturing the same. In particular, it is used in heater materials that generate heat with electric energy.

(ロ)従来の技術 暖房機や調理器等の電化製品に使用されるヒーター
は、通常ニクロム線又は帯などの金属系発熱体が主流で
あり、一部PTCセラミック発熱体が使用されている。こ
れら発熱体は、いずれも輻射用あるいは温風発生用とし
て使用されている。
(B) Conventional technology In heaters used for electric appliances such as heaters and cookers, metal-based heating elements such as nichrome wires or bands are usually the mainstream, and PTC ceramic heating elements are used in part. All of these heating elements are used for radiation or generation of warm air.

セラミック発熱体としては、従来よりSiC系セラミッ
クスを主体とするヒーター用導電性セラミック材料の提
案が各種なされている(例えば、USP866444、特公昭57
−41796、特公昭61−38144、特開昭58−209084、特開昭
60−27653、特開昭60−51661、特開昭61−146760)。
As a ceramic heating element, various proposals have been made on a conductive ceramic material for a heater, which is mainly composed of SiC ceramics (for example, USP866444, Japanese Patent Publication 57).
-41796, JP-B-61-38144, JP-A-58-209084, JP-A-SHO
60-27653, JP-A-60-51661, JP-A-61-146760).

(ハ)発明が解決しようとする課題 前述のごとく、金属系発熱体においては、固有抵抗
(比抵抗)が小さすぎる(ニクロム線で100〜200μΩ・
cm)ため、ヒーターとして必要な電力に対して発熱面積
を大きくかつ均一にすることができず効率的な発熱に問
題があるばかりか、形状も線か帯であるため、立体的な
ヒーター(例えばハニカム型ヒーター)を作ることがで
きなかった。また、熱膨張率が大きいため発熱時の変形
等に問題があると共に高温酸化及び腐食を起こし易いた
め耐久性(特に水蒸気雰囲気中や腐食性ガス中での耐久
性)にも同様に問題があった。PTCセラミック発熱体に
おいては、発熱体自体が高価であること、材料的に熱衝
撃性が劣るため、急熱急冷等の条件下では使用できない
こと、また本ヒーターはキューリー点をもつ(現在、市
場にあるヒーターはキューリー点250℃以下)のため高
温度を発熱させることができないという問題点がある。
また従来から、いろいろな形で提案されている導電性セ
ラミックにおいては、コスト及び製造上の電気特性のバ
ラツキが大きいことがネックとなって、工業的に利用さ
れているものはほとんどなく、一部SiC系ヒーターが工
業用電気炉ヒーターとして利用されているのみである。
しかしこれもコストが高く一般電化製品に使用されるこ
とはなかった。
(C) Problems to be Solved by the Invention As described above, in the metal-based heating element, the specific resistance (specific resistance) is too small (100 to 200 μΩ for Nichrome wire.
cm), the heat generation area cannot be made large and uniform with respect to the electric power required as a heater, and there is a problem in efficient heat generation. In addition, since the shape is a line or band, a three-dimensional heater (for example, We couldn't make a honeycomb heater. Also, since the coefficient of thermal expansion is large, there is a problem such as deformation during heat generation, and there is also a problem in durability (especially durability in a steam atmosphere or corrosive gas) due to high temperature oxidation and corrosion. It was The PTC ceramic heating element is expensive and cannot be used under conditions such as rapid heating and quenching because the heating element itself is inferior in thermal shock, and this heater has a Curie point (currently on the market). Since the heater in (1) has a Curie point of 250 ° C or less), there is a problem that it cannot generate high temperature heat.
Further, in the conventional conductive ceramics, which have been proposed in various forms, there are few industrially used ones due to the large variation in the electrical characteristics in the cost and manufacturing. SiC-based heaters are only used as industrial electric furnace heaters.
However, this was also expensive and was never used for general electric appliances.

この発明は、このような問題点を全て解決するもの
で、安価なSiC原料を使用し、比較的簡単な製造工程で
電気特性のバラツキが極めて少なく大量生産ができるた
め、安価でありまた一般電化製品に使用され易い比抵抗
をもつことにより、高面積の発熱体(例えばハニカム型
ヒーター、広面積の面ヒーター等)でかつ耐久性が優
れ、低温度から高温度まで巾広い温度で使用可能なヒー
ターに利用できる導電性セラミックス焼結体及びその製
造方法を提供することを目的とする。
The present invention solves all of these problems, uses inexpensive SiC raw material, and has relatively little variation in electrical characteristics in a relatively simple manufacturing process, and can be mass-produced. By having a specific resistance that is easy to use in products, it is a high-area heating element (for example, a honeycomb heater, a wide-area surface heater, etc.) and has excellent durability, and it can be used at a wide range of temperatures from low to high. An object of the present invention is to provide a conductive ceramics sintered body that can be used for a heater and a method for manufacturing the same.

(ニ)課題を解決するための手段 この発明によれば、弗化水素酸を含む酸により高純度
化処理された炭化珪素粒子が金属シリコンの窒化により
生成する窒化珪素で多孔状に結合されてなる、10-1〜10
2Ω・cmの比抵抗を有する導電性セラミックス焼結体が
提供される。
(D) Means for Solving the Problems According to the present invention, the silicon carbide particles that have been highly purified by an acid containing hydrofluoric acid are bonded in a porous manner with silicon nitride produced by nitriding of metal silicon. Naru, 10 -1 ~ 10
Provided is a conductive ceramic sintered body having a specific resistance of 2 Ω · cm.

上記炭化珪素粒子は、導電性セラミックス焼結体を構
成するためのものであって、通常99重量%以上の純度を
有すると共に1〜10μmの平均粒径を有するものが好ま
しい。この中でも2〜7μmの平均粒径を有するものが
特に好ましい。平均粒径が10μm超では、成形機の摩耗
が著しく製造上問題があると同時に摩耗粉が原料内に混
入し、焼結物の物性及び電気特性に悪い影響を与える。
また、1μm未満では、炭化珪素粉の高純度化が困難で
かつ成形性が悪くなり焼結体の電気特性のバラツキが大
きくなる。この炭化珪素粒子は、炭素粉末とケイ石を間
接式抵抗炉で1800〜1900℃に加熱して得られる市販の炭
化珪素粒子に比べて粒子表面に存在する酸化珪素(Si
O2)や鉄分等の不純物の極めて少ないものを用いること
ができる。この炭化珪素粒子の製造は、例えば市販の平
均粒径1〜10μmの炭化珪素を弗化水素酸を含む酸水溶
液で処理して行うことができる。この弗化水素酸を含む
酸は、弗化水素酸のみを用いてもよいが、弗化水素酸と
それ以外の酸を混合して用いてもよい。弗化水素酸以外
の酸としては、硝酸、塩酸、硫酸等であり、これらの酸
を混合した弗化水素酸水溶液も用いることができる。
The silicon carbide particles are for constituting a conductive ceramics sintered body, and preferably have a purity of usually 99% by weight or more and an average particle size of 1 to 10 μm. Among these, those having an average particle diameter of 2 to 7 μm are particularly preferable. If the average particle size exceeds 10 μm, the abrasion of the molding machine is significant and there is a problem in production, and at the same time, abrasion powder is mixed in the raw material, which adversely affects the physical properties and electrical characteristics of the sintered product.
On the other hand, if it is less than 1 μm, it is difficult to highly purify the silicon carbide powder, the moldability is deteriorated, and the variation in the electrical characteristics of the sintered body is increased. This silicon carbide particle is a silicon oxide (Si oxide) present on the particle surface as compared with a commercially available silicon carbide particle obtained by heating carbon powder and silica in an indirect resistance furnace at 1800 to 1900 ° C.
It is possible to use those containing very few impurities such as O 2 ) and iron. The silicon carbide particles can be produced, for example, by treating commercially available silicon carbide having an average particle diameter of 1 to 10 μm with an acid aqueous solution containing hydrofluoric acid. As the acid containing hydrofluoric acid, only hydrofluoric acid may be used, or hydrofluoric acid and other acids may be mixed and used. Acids other than hydrofluoric acid include nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid and the like, and hydrofluoric acid aqueous solution prepared by mixing these acids can also be used.

上記窒化珪素は、炭化珪素粒子を多孔状に結合させる
ためのものであっても、平均粒径1〜10μmの金属珪素
粉末を炭化珪素粒子と混合し、この金属珪素粉末を窒化
させると共に炭化珪素粒子間にわたって結着させて用い
ることができる。
Even if the silicon nitride is used to bond the silicon carbide particles in a porous manner, the metal silicon powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm is mixed with the silicon carbide particles to nitrid the metal silicon powder, and the silicon carbide It can be used by binding the particles.

この発明における導電性セラミックス焼結体は、電気
エネルギーにより発熱するヒーターを構成するためのも
のであって、比抵抗が10-1〜102Ω・cm、好ましくは0.5
〜50Ω・cmのものを用いることができる。
The conductive ceramics sintered body in the present invention is for constituting a heater that generates heat by electric energy, and has a specific resistance of 10 −1 to 10 2 Ω · cm, preferably 0.5.
It is possible to use one having a value of -50 Ω · cm.

次に、この発明の導電性セラミックス焼結体の製造方
法について述べる。
Next, a method for manufacturing the conductive ceramics sintered body of the present invention will be described.

この発明によれば、弗化水素酸を含む酸により純度99
重量%以上に高純度化処理された平均粒径1〜10μmの
炭化珪素粉末60〜90重量部と平均粒径1〜10μmの金属
珪素粉末10〜40重量部からなる原料に、成形助剤と水を
加えて混合し、この混合物を、所定形状に成形した後窒
素雰囲気中で加熱焼結することによって請求項1の導電
性セラミックス焼結体を形成することを特徴とする導電
性セラミックス焼結体の製造方法が提供される。
According to the present invention, an acid containing hydrofluoric acid has a purity of 99%.
A raw material consisting of 60 to 90 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle size of 1 to 10 μm and 10 to 40 parts by weight of a metal silicon powder having an average particle size of 1 to 10 μm, which has been highly purified to a weight percentage or more, and a forming aid. Water is added and mixed, and the mixture is molded into a predetermined shape and then sintered by heating in a nitrogen atmosphere to form the conductive ceramics sintered body according to claim 1, wherein the conductive ceramics sintered body is formed. A method of manufacturing a body is provided.

この発明においては、弗化水素酸により純度99重量%
以上に高純度化処理された平均粒径1〜10μmの炭化珪
素粉末60〜90重量部と平均粒径1〜10μmの金属珪素粉
末10〜40重量部からなる原料を用いる。
In the present invention, purity of 99% by weight with hydrofluoric acid
A raw material comprising 60 to 90 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle size of 1 to 10 μm and 10 to 40 parts by weight of metallic silicon powder having an average particle size of 1 to 10 μm is used.

上記炭化珪素粉末の量は、60重量部未満では得られる
導電性セラミックス焼結体の比抵抗が大きくなるので好
ましくなく、90重量部超では強靭性が低下するので好ま
しくない。この中でも特に65〜75重量部が好ましい。
If the amount of the above-mentioned silicon carbide powder is less than 60 parts by weight, the specific resistance of the obtained conductive ceramics sintered body becomes large, which is not preferable, and if it exceeds 90 parts by weight, the toughness deteriorates, which is not preferable. Among these, 65 to 75 parts by weight is particularly preferable.

上記金属珪素粉末の量は、10重量部未満では得られる
導電性セラミックス焼結体の強靭性が低下するので好ま
しくなく、40重量部超では比抵抗が大きくなるので好ま
しくない。この中でも特に25〜35重量部が好ましい。
If the amount of the above-mentioned metallic silicon powder is less than 10 parts by weight, the toughness of the obtained conductive ceramics sintered body will be deteriorated, and if it exceeds 40 parts by weight, the specific resistance will be large, which is not preferable. Among these, 25 to 35 parts by weight is particularly preferable.

この発明においては、上述の原料に成形助剤と水を加
えて混合する。成形助剤は、有機樹脂バインダー、界面
活性剤等が挙げられ、通常炭化珪素粉末と金属珪素粉末
の合計量100重量部に対して5〜20重量部用いることが
できる。水は、通常15〜30重量部用いることができる。
In the present invention, a molding aid and water are added to the above raw materials and mixed. Examples of the molding aid include organic resin binders and surfactants, and usually 5 to 20 parts by weight can be used per 100 parts by weight of the total amount of silicon carbide powder and metallic silicon powder. Water can usually be used in an amount of 15 to 30 parts by weight.

上記有機樹脂バインダーは、N2雰囲気中1000℃までの
加熱で80〜98%が熱分解で気化された、2〜20%が炭素
系物質として残存する有機樹脂バインダー(例えば高分
子セルロース樹脂等)を使用するのが好ましく、これら
のバインダーは焼成時窒素雰囲気中に微量に含まれる酸
素により原料のSiC及び金属シリコンが酸化されるのを
防止することもできる。つまり、窒素雰囲気で1000℃ま
で加熱される時、2〜20%炭素として残存する有機樹脂
系バインダーを使用するため焼成時窒素雰囲気中に含ま
れる微量の酸素と炭素が優先的に反応すると同時に高温
時には、金属シリコンとも反応し一部炭化珪素を生成す
る。これらのことにより原料中の炭化珪素及び金属シリ
コンが酸化から防止され、焼成物の比抵抗を下げると共
に比抵抗のバラツキを低減することになる。有機樹脂バ
インダーの残存量が2%以下では酸化防止効果が劣り、
また20%以上であると焼結性等に悪影響をおよぼし強度
が低下する。また、界面活性剤としては、例えば脂肪酸
ソルビタンエステルポリエチレングリコール等の非イオ
ン系界面活性剤が好ましい。上記混合は、通常ミキサー
で混合し、更にニーダー混練して行うのが好ましい。
The organic resin binder is an organic resin binder in which 80 to 98% is vaporized by thermal decomposition by heating up to 1000 ° C. in a N 2 atmosphere, and 2 to 20% remains as a carbon-based substance (for example, a polymer cellulose resin). Is preferably used, and these binders can also prevent the raw material SiC and metallic silicon from being oxidized by a small amount of oxygen contained in the nitrogen atmosphere during firing. In other words, when heated up to 1000 ° C in a nitrogen atmosphere, an organic resin binder that remains as carbon in 2 to 20% is used, so a small amount of oxygen and carbon contained in the nitrogen atmosphere during firing react preferentially and at the same time high temperature. At times, it also reacts with metallic silicon to partially generate silicon carbide. As a result, silicon carbide and metallic silicon in the raw material are prevented from being oxidized, so that the specific resistance of the fired product is reduced and the variation in the specific resistance is reduced. When the residual amount of the organic resin binder is 2% or less, the antioxidant effect is poor,
Further, if it is 20% or more, the sinterability is adversely affected and the strength is reduced. Further, as the surfactant, for example, a nonionic surfactant such as fatty acid sorbitan ester polyethylene glycol is preferable. It is preferable that the above mixing is usually carried out by mixing with a mixer and further kneading.

この発明においては、この混合物を、所定形状に形成
し乾燥した後、窒素雰囲気中で加熱焼結することによっ
て炭化珪素粒子が多孔状に結合されてなる10-1〜102Ω
・cmの比抵抗を有する導電性セラミックス焼結体を形成
する。この成形は、例えば押出成形機等を用いて、例え
ば板状、ハニカム状等の形状として行うことができる。
In the present invention, this mixture is formed into a predetermined shape, dried, and then heat-sintered in a nitrogen atmosphere so that silicon carbide particles are bonded in a porous form 10 -1 to 10 2 Ω.
-Form a conductive ceramics sintered body having a specific resistance of cm. This molding can be performed, for example, by using an extrusion molding machine or the like into a plate shape, a honeycomb shape, or the like.

加熱焼結は、上記乾燥した混合物を、窒素雰囲気中、
例えば400〜600℃で2〜6時間加熱して成形助剤等のガ
ス発生性の物質を除去し、再び窒素雰囲気中で1300〜14
50℃に昇温して2〜24時間反応焼結させて行うことがで
きる。
The heating and sintering is performed on the dried mixture in a nitrogen atmosphere,
For example, heating at 400-600 ° C for 2-6 hours to remove gas-generating substances such as molding aids, and again for 1300-14 in a nitrogen atmosphere.
It can be performed by heating to 50 ° C. and reacting and sintering for 2 to 24 hours.

得られた導電性セラミックス焼結体は、適宜所定の寸
法に加工し、この上に電極を形成して暖房機や調理器等
のヒーターを構成することができる。
The obtained conductive ceramics sintered body can be appropriately processed into a predetermined size, and electrodes can be formed on the sintered body to form a heater such as a heater or a cooker.

(ホ)作用 弗化水素酸を含む酸が、炭化珪素粒子表面に存在する
酸化珪素(SiO2)や鉄分を溶解除去して炭化珪素粒子を
高純度化し、高純度化処理された炭化珪素が導電性セラ
ミックス焼結体を構成して比抵抗を下げる。また、窒素
雰囲気で炭化珪素粒子と共に金属珪素を加熱して行う窒
化珪素による焼結は炭化珪素粒子が、酸化されることな
く、一部窒素原子が炭化珪素粒子内に固溶され、適度の
比抵抗をもつようになり多孔質で軽量かつ強靭な導電性
セラミックス焼結体を形成する。
(E) Action Acid containing hydrofluoric acid dissolves and removes silicon oxide (SiO 2 ) and iron existing on the surface of the silicon carbide particles to highly purify the silicon carbide particles, so that the silicon carbide subjected to the high purification treatment is A conductive ceramic sintered body is formed to reduce the specific resistance. Further, in the sintering with silicon nitride, which is performed by heating metallic silicon together with silicon carbide particles in a nitrogen atmosphere, the silicon carbide particles are not oxidized and some nitrogen atoms are solid-solved in the silicon carbide particles. It becomes resistive and forms a porous, lightweight and tough conductive ceramics sintered body.

(ヘ)実施例 以下、この発明の実施例により更に具体的に説明する
が、この発明はこれらの実施例に限定されない。
(F) Examples Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例1 炭化珪素粉末の作製 炭素粉末(コークス)と珪石粉末との混合物に直線電
流を通ずることによって1800〜1900℃に強熱して生成し
た炭化珪素のかたまりを破砕、粉砕、水洗して粒度をそ
ろえ、更に、この炭化珪素粉末を弗化水素酸水溶液で処
理して、炭化珪素粉末の表面に製造工程中(炭化珪素の
合成時あるいは粉砕時)生成付着されるSiO2(二酸化珪
素)や鉄等の不純物を除去し、平均粒径5.5μm、純度9
9%以上の高純度炭化珪素粉末を作製する。得られた炭
化珪素粉末と比較のための2種市販炭化珪素粉末のそれ
ぞれの平均粒径と純度は、第1表に示すとおりである。
Example 1 Preparation of Silicon Carbide Powder A lump of silicon carbide produced by igniting at 1800 to 1900 ° C. by passing a linear current through a mixture of carbon powder (coke) and silica powder was crushed, crushed and washed with water to obtain a particle size. Furthermore, the silicon carbide powder is treated with an aqueous solution of hydrofluoric acid to form SiO 2 (silicon dioxide) or iron which is formed and adhered to the surface of the silicon carbide powder during the manufacturing process (when synthesizing or crushing silicon carbide). And other impurities are removed, the average particle size is 5.5 μm, and the purity is 9
9% or more of high purity silicon carbide powder is produced. The average particle size and the purity of the obtained silicon carbide powder and two kinds of commercially available silicon carbide powder for comparison are as shown in Table 1.

導電性セラミックス焼結体の作製 炭化珪素粉末(純度99%以上、平均粒径5.5μm)70
重量部、金属シリコン粉末(平均粒径5.9μm)30重量
部、成形助剤としてメチルセルロース系有機樹脂バイン
ダー及び脂肪酸ソルビタンエステルポリエチレングリコ
ール(非イオン系界面活性剤)合計12重量部、それに水
21重量部加え、ミキサーで約5分混合する。この混合物
をコンティニアスニーダーで充分混練した後に高圧真空
押出成型機で、厚み1mm、巾70mmのシートを成形圧力30k
g/cm2で押出成形し、板状テストピースとする。また同
様な方法で外形寸法22.5×22.5mm、セル寸法1.5mm、リ
ブ厚み0.5mmの角型ハニカムを成形圧力60kg/cm2で押出
成形しハニカムテストピースとする。これらの乾燥グリ
ーンを窒素雰囲気中で500℃、3時間脱バインダーした
後に窒素雰囲気中で1400℃で6時間反応焼結させて板状
とハニカム状のセラミックス焼結体を形成した。
Preparation of conductive ceramics sintered body Silicon carbide powder (purity 99% or more, average particle size 5.5 μm) 70
Parts by weight, 30 parts by weight of metal silicon powder (average particle size 5.9 μm), 12 parts by weight of methyl cellulose organic resin binder and fatty acid sorbitan ester polyethylene glycol (nonionic surfactant) as a molding aid, and water.
Add 21 parts by weight and mix with a mixer for about 5 minutes. After thoroughly kneading this mixture with a continuous kneader, use a high-pressure vacuum extruder to form a sheet with a thickness of 1 mm and a width of 70 mm at a molding pressure of 30 k.
Extrude at g / cm 2 to make a plate-shaped test piece. Further, a rectangular honeycomb having an outer dimension of 22.5 × 22.5 mm, a cell dimension of 1.5 mm and a rib thickness of 0.5 mm is extruded at a molding pressure of 60 kg / cm 2 by the same method to obtain a honeycomb test piece. These dried greens were debindered in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. for 3 hours and then reacted and sintered in a nitrogen atmosphere at 1400 ° C. for 6 hours to form plate-shaped and honeycomb-shaped ceramic sintered bodies.

導電性セラミックス焼結体の物性と電気特性 上述のようにして得られた板状及びハニカム状導電性
セラミックス焼結体の物性値及び比抵抗値は、第2表に
示すとおりである。
Physical Properties and Electrical Properties of Conductive Ceramics Sintered Body Physical properties and specific resistance values of the plate-shaped and honeycomb-shaped conductive ceramics sintered bodies obtained as described above are as shown in Table 2.

なお、電気特性を測定するための電極は、オーミック
型銀ペーストを塗布後580℃で10分焼付したものを用い
た。上記板状セラミックス焼結体は、直径20mmに切断し
て上記と同様の電極を形成した後、温度に対する比抵抗
変化を測定したところ、第1図のグラフ図で示すような
比抵抗を呈した。この結果、得られた導電性セラミック
ス焼結体は、後述の比較例と比べて低くそのバラツキが
著しく改善されていることが確認された。
The electrode for measuring the electrical characteristics used was an ohmic silver paste applied and then baked at 580 ° C. for 10 minutes. The plate-shaped ceramics sintered body was cut to a diameter of 20 mm to form an electrode similar to the above, and then the change in specific resistance with respect to temperature was measured. As a result, a specific resistance as shown in the graph of FIG. 1 was exhibited. . As a result, it was confirmed that the obtained conductive ceramics sintered body was lower than the Comparative Examples described later and the variation was remarkably improved.

比較例1 実施例1において、上述のように作製された炭化珪素
粉末を用いる代わりに、第1表に示す市販品Aの炭化珪
素粉末を用い、この他は実施例1と同様にして導電性セ
ラミックス焼結体を作製した。
Comparative Example 1 In Example 1, instead of using the silicon carbide powder produced as described above, the silicon carbide powder of the commercial product A shown in Table 1 was used, and otherwise the conductivity was the same as in Example 1. A ceramic sintered body was produced.

この導電性セラミックス焼結体の比抵抗は、常温にお
いて150Ω・cmであり、高いものであった。
The specific resistance of this conductive ceramics sintered body was 150 Ω · cm at room temperature, which was high.

比較例2 実施例1において、上述のように作製された炭化珪素
粉末を用いる代わりに、第1表に示す市販品Bの炭化珪
素粉末を用い、この他は実施例1と同様にして導電性セ
ラミックス焼結体を作製した。
Comparative Example 2 In Example 1, instead of using the silicon carbide powder produced as described above, a commercially available product B silicon carbide powder shown in Table 1 was used, and otherwise the conductivity was the same as in Example 1. A ceramic sintered body was produced.

この導電性セラミックス焼結体の比抵抗は、常温にお
いて1940Ω・cmであり、著しく高いものであった。
The specific resistance of this conductive ceramics sintered body was 1940 Ω · cm at room temperature, which was extremely high.

このようにして作られた導電性セラミックス焼結体
は、安価なSiC及び金属シリコンを使用し、比較的簡単
な製造工程で大量生産がでるため定コストで、電気特性
のバラツキが極めて少なく低熱膨張率で耐久性の良い発
熱ヒーターとして適正な材料となる。
The conductive ceramics sintered body made in this way uses inexpensive SiC and metallic silicon, and can be mass-produced with a relatively simple manufacturing process, so it has a constant cost, very little variation in electrical characteristics, and low thermal expansion. The material is suitable as a heating heater with good durability.

実施例2 実施例1において、炭化珪素粉末と金属シリコン粉末
との配合比率を70/30とする代わりに、80/20、75/25、7
0/30、65/35と変化させ、この他は実施例1と同様にし
て導電性セラミックス焼結体を作製した。得られた板状
とハニカム状セラミックス焼結体の物性値及び比抵抗値
は、第3表に示すとおりである。
Example 2 Instead of setting the compounding ratio of silicon carbide powder and metallic silicon powder to 70/30 in Example 1, 80/20, 75/25, 7
A conductive ceramics sintered body was produced in the same manner as in Example 1 except that 0/30 and 65/35 were changed. The physical properties and specific resistance values of the obtained plate-shaped and honeycomb-shaped ceramics sintered bodies are as shown in Table 3.

このように、炭化珪素と金属シリコンの配合比を変化
させることにより必要に応じて比抵抗の異なる焼結体を
つくることが可能となる。なお、炭化珪素の配合率を90
%以上にすると強度が著しく低下するためヒーター材料
として不適であり、また60%以下にすると比抵抗が著し
く高くなりヒーター材料としては適さない。
In this way, by changing the compounding ratio of silicon carbide and metallic silicon, it becomes possible to produce sintered bodies having different specific resistances as needed. In addition, the blending ratio of silicon carbide is 90
If it is more than 60%, the strength is remarkably reduced, and it is not suitable as a heater material. If it is 60% or less, the specific resistance is remarkably increased and it is not suitable as a heater material.

実施例3 実施例1と同様の原料配合したものを大型押出成形機
を用い厚み3mm、巾150mmのシートを成形圧力35kg/cm2
押出成形する。また同様に外形寸法140×40、セル寸法
2.2×2.2、リブ厚み0.5mmのハニカムを成形圧力50kg/cm
2で押出成形する。これらの成形品を乾燥後適当な寸法
に切断し実施例1と同様の条件で焼成する。これらの焼
成サンプルにそれぞれアルミ溶射により電極を形成し発
熱ヒーターとする。
Example 3 A sheet having a thickness of 3 mm and a width of 150 mm was extruded at a forming pressure of 35 kg / cm 2 using a large-sized extrusion molding machine by mixing the same raw materials as in Example 1. Similarly, the external dimensions are 140 x 40 and the cell dimensions are
Forming honeycomb with 2.2 x 2.2 and 0.5 mm rib thickness 50 kg / cm
Extrude with 2 . After drying these molded products, they are cut to an appropriate size and fired under the same conditions as in Example 1. An electrode is formed on each of these fired samples by thermal spraying of aluminum to form a heating heater.

第2図に得られた面状(板状)ヒーターの説明図を示
す。面ヒーター1は常温抵抗40Ωをもち、外寸220mm×2
50mm×3mm、電極巾10mm、電極間距離200mmで電極2の間
にリード板3を介して150Vの電圧を印加した時、ヒータ
ー温度は平均300℃、電力1200Wとなり、暖房用や調理用
の面状発熱ヒーターとして極めて適切なものである。
FIG. 2 shows an explanatory view of the obtained sheet-shaped (plate-shaped) heater. The surface heater 1 has a room temperature resistance of 40Ω and an external dimension of 220mm x 2
When a voltage of 150V is applied between the electrodes 2 through the lead plate 3 with 50mm × 3mm, electrode width 10mm, and electrode distance 200mm, the heater temperature is 300 ℃ on average and the power is 1200W. It is extremely suitable as a heat generating heater.

第3図はハニカムヒーターの説明図である。ハニカム
ヒーター4は常温抵抗13Ωをもち、外寸法140(巾)×4
0(高さ)×20(奥行)mmで、高さ方向に相対する電極
5が形成されておりこの電極5にリード板6を介して電
圧を印加させ発熱させる。セル7は寸法2×2mmで厚み
0.5mmのリブ8で囲われた空孔で奥行方向に貫通してい
る。第4図は、第3図で示したハニカムヒーター4を利
用した温風発生機の説明図である。モーター9に接続さ
れたファン10により、送風路11に冷風が送り込まれ、整
流板12によって整流された風は、発熱されたハニカムヒ
ーター4を通過し、温風となって出ていく。この時、ハ
ニカムヒーター4に形成されている電極5に100Vの交流
電圧を印加し、送風量毎分1m3にした時、平均温風温度
は約120℃で(室温20℃時)ヒーターの平均温度は約200
℃、電力は1200Wである。これは、通常電気温風ファン
ヒーターとして極めて適切な発熱体である。実際の商品
とする場合は、第4図の温風発生機には、温度制御及び
安全装置としてのサーモスタットあるいはサーミスタあ
るいは電流リミッター等が回路として組み込まれる。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the honeycomb heater. Honeycomb heater 4 has room temperature resistance of 13Ω and outer dimension 140 (width) x 4
An electrode 5 having a size of 0 (height) × 20 (depth) mm and facing in the height direction is formed, and a voltage is applied to the electrode 5 via a lead plate 6 to generate heat. Cell 7 has dimensions 2 x 2 mm and thickness
It is a hole surrounded by a 0.5 mm rib 8 and penetrates in the depth direction. FIG. 4 is an explanatory view of a warm air generator using the honeycomb heater 4 shown in FIG. Cold air is sent to the air passage 11 by the fan 10 connected to the motor 9, and the air rectified by the rectifying plate 12 passes through the heat-generated honeycomb heater 4 and exits as warm air. At this time, when an AC voltage of 100 V was applied to the electrode 5 formed on the honeycomb heater 4 and the air flow rate was 1 m 3 per minute, the average warm air temperature was about 120 ° C. (at room temperature 20 ° C.) The temperature is about 200
C, power is 1200W. This is a very suitable heating element, usually as an electric hot air fan heater. In the case of an actual product, the warm air generator shown in FIG. 4 is equipped with a thermostat, a thermistor or a current limiter as a circuit as a temperature control and safety device.

(ト)発明の効果 この発明によれば、広い面積の面を必要とする面状発
熱体ハニカム状発熱体として適切な比抵抗を有すると同
時に耐久性が優れ比抵抗のバラツキが少なく、低コスト
の発熱ヒーター材料としての導電性セラミックス焼結体
及びその製造方法を提供する。
(G) Effect of the Invention According to the present invention, a sheet heating element that requires a surface of a large area has a suitable specific resistance as a honeycomb heating element, and at the same time has excellent durability and a small variation in the specific resistance, resulting in low cost. The present invention provides a conductive ceramics sintered body as a heat generating heater material and a method for manufacturing the same.

【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明の実施例で作製した板状導電性セラミ
ックス焼結体の温度−比抵抗特性の図、第2図はこの発
明の導電性セラミックス焼結体を用いた面状ヒーターの
説明図、第3図はこの発明の導電性セラミックス焼結体
を用いたハニカムヒーターの説明図、第4図はこの発明
の導電性セラミックス焼結体を用いた温風発生機の説明
図である。 1……面状ヒーター、2……電極、 3……リード板、4……ハニカムヒーター、 5……電極、6……リード板、 7……セル、8……リプ、 9……モーター、10……ファン、 11……送風路、12……整流板。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing the temperature-resistivity characteristics of a plate-shaped conductive ceramics sintered body produced in an example of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing the conductive ceramics sintered body of the present invention. FIG. 3 is an explanatory view of a planar heater used, FIG. 3 is an explanatory view of a honeycomb heater using the conductive ceramics sintered body of the present invention, and FIG. 4 is a hot air generation using the conductive ceramics sintered body of the present invention. It is an explanatory view of a machine. 1 ... Sheet heater, 2 ... Electrode, 3 ... Lead plate, 4 ... Honeycomb heater, 5 ... Electrode, 6 ... Lead plate, 7 ... Cell, 8 ... Lip, 9 ... Motor, 10 …… fan, 11 …… blower, 12 …… rectifier plate.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】弗化水素酸を含む酸により高純度化処理さ
れた炭化珪素粒子が金属シリコンの窒化により生成する
窒化珪素で多孔状に結合されてなる、10-1〜102Ω・cm
の比抵抗を有する導電性セラミックス焼結体。
1. Silicon carbide particles highly purified by an acid containing hydrofluoric acid are porous bonded with silicon nitride produced by nitriding metallic silicon. 10 −1 to 10 2 Ω · cm
Conductive ceramics sintered body having specific resistance of.
【請求項2】弗化水素酸を含む酸により純度99重量%以
上に高純度化処理された平均粒径1〜10μmの炭化珪素
粉末60〜90重量部と平均粒径1〜10μmの金属珪素粉末
10〜40重量部からなる原料に、成形助剤と水を加えて混
合し、この混合物を、所定形状に成形した後窒素雰囲気
中で加熱焼結することによって請求項1の導電性セラミ
ックス焼結体を形成することを特徴とする導電性セラミ
ックス焼結体の製造方法。
2. 60 to 90 parts by weight of silicon carbide powder having an average particle size of 1 to 10 .mu.m and highly purified by an acid containing hydrofluoric acid to a purity of 99% by weight or more, and metallic silicon having an average particle size of 1 to 10 .mu.m. Powder
The conductive ceramics sinter according to claim 1, wherein a raw material consisting of 10 to 40 parts by weight is mixed with a molding aid and water, and the mixture is molded into a predetermined shape and then heat-sintered in a nitrogen atmosphere. A method for producing a conductive ceramics sintered body, which comprises forming a body.
【請求項3】成形助剤が、窒素雰囲気中1000℃までの加
熱によって80〜98重量%が気化され、2〜20重量%が炭
素系物質として残存する有機樹脂系バインダーからなる
請求項2の製造方法。
3. The molding aid as claimed in claim 2, wherein 80 to 98% by weight is vaporized by heating up to 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere and 2 to 20% by weight is an organic resin binder which remains as a carbonaceous substance. Production method.
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