JP3178083B2 - Barium titanate-based ceramic semiconductor and method for producing the same - Google Patents

Barium titanate-based ceramic semiconductor and method for producing the same

Info

Publication number
JP3178083B2
JP3178083B2 JP14325892A JP14325892A JP3178083B2 JP 3178083 B2 JP3178083 B2 JP 3178083B2 JP 14325892 A JP14325892 A JP 14325892A JP 14325892 A JP14325892 A JP 14325892A JP 3178083 B2 JP3178083 B2 JP 3178083B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
barium titanate
based ceramic
ceramic semiconductor
silicon dioxide
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP14325892A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH05315106A (en
Inventor
哲也 西
史高 石森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sekisui Kasei Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=15334567&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3178083(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Sekisui Kasei Co Ltd filed Critical Sekisui Kasei Co Ltd
Priority to JP14325892A priority Critical patent/JP3178083B2/en
Publication of JPH05315106A publication Critical patent/JPH05315106A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3178083B2 publication Critical patent/JP3178083B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気抵抗がPTC特性
(正の温度係数特性)を示すチタン酸バリウム系セラミ
ックス半導体およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a barium titanate-based ceramic semiconductor exhibiting PTC characteristics (positive temperature coefficient characteristics) and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】チタン酸バリウム(BaTiO3 )に微
量のBi、Nb、W、Ta、Sbあるいは、希土類元素
を添加したチタン酸バリウム系セラミックス半導体がP
TC特性を有することは従来より知られている。
2. Description of the Related Art A barium titanate-based ceramic semiconductor in which a small amount of Bi, Nb, W, Ta, Sb or a rare earth element is added to barium titanate (BaTiO 3 ) is a P-based semiconductor.
It is conventionally known to have TC characteristics.

【0003】例えば、特開昭53−59888号公報に
は、チタン酸バリウムに希土類元素、Ta、Nbまたは
Sbを添加すると共に、二酸化ケイ素(SiO2 )を添
加し、酸素の存在下で焼成することによって、優れた電
気特性を有するチタン酸バリウム系セラミックス半導体
が得られることが開示されている。
For example, JP-A-53-59888 discloses that barium titanate is added with a rare earth element, Ta, Nb or Sb, silicon dioxide (SiO 2 ) is added, and firing is performed in the presence of oxygen. It is disclosed that a barium titanate-based ceramic semiconductor having excellent electric characteristics can be obtained by this.

【0004】また、特開昭53−75495号公報に
は、上記のチタン酸バリウム系セラミックス半導体に過
剰の酸化チタン(TiO2 )を1.0〜5.0モル%、二酸
化ケイ素を0.5 〜10.0モル%を添加すれば、破壊電圧が
高くなると共に、熱衝撃を受けても破壊しにくくなるこ
とが述べられている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-75495 discloses that the above barium titanate-based ceramic semiconductor contains 1.0 to 5.0 mol% of excess titanium oxide (TiO 2 ) and 0.5 to 10.0 mol% of silicon dioxide. It is described that the addition of mol% increases the breakdown voltage and makes it difficult to break even when subjected to a thermal shock.

【0005】さらに、特開昭57−53902号公報で
は、酸化チタンの過剰量を0.5〜2.0モル%にし、二酸
化ケイ素の添加量を0.5 〜2.5モル%にすることによ
り、二重構造(粒径の大きい粒子と小さい粒子が混在し
た結晶構造)を有するチタン酸バリウム系セラミックス
半導体が得られることが開示されており、これにより、
耐電圧が高く、電流変動が少なくなると記載されてい
る。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-53902, the excess amount of titanium oxide is set to 0.5 to 2.0 mol%, and the addition amount of silicon dioxide is set to 0.5 to 2.5 mol%. It is disclosed that a barium titanate-based ceramic semiconductor having a double structure (a crystal structure in which large and small particles are mixed) can be obtained.
It is described that the withstand voltage is high and the current fluctuation is reduced.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
構成では、組織の粒子において大きな粒子径の差を有
し、チタン酸バリウム系セラミックス半導体に電圧を印
加すると、局所的に電流密度が高くなることがあり、こ
れによって、局部加熱が起こり、そのときの熱応力でチ
タン酸バリウム系セラミックス半導体が破壊されること
があるという問題点を有している。
However, in the above-mentioned conventional structure, the structure particles have a large difference in particle diameter, and when a voltage is applied to the barium titanate-based ceramic semiconductor, the current density locally increases. As a result, there is a problem that local heating occurs and the barium titanate-based ceramic semiconductor may be destroyed by thermal stress at that time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るチ
タン酸バリウム系セラミックス半導体は、上記の課題を
解決するために、Biまたは希土類元素等の半導体化剤
と、二酸化ケイ素と、過剰な酸化チタンとを含むチタン
酸バリウム系セラミックス半導体において、二酸化ケイ
素の添加量と酸化チタンの過剰量の合計が2.0〜4.0モ
ル%に設定されており、かつ、空孔率が2%以下に制御
されていることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a barium titanate-based ceramic semiconductor, comprising: a semiconductor agent such as Bi or a rare earth element; In the barium titanate-based ceramic semiconductor containing titanium oxide, the sum of the added amount of silicon dioxide and the excess amount of titanium oxide is set to 2.0 to 4.0 mol%, and the porosity is 2%. It is characterized in that it is controlled as follows.

【0008】請求項2の発明に係るチタン酸バリウム系
セラミックス半導体の製造方法は、上記の課題を解決す
るために、原料として少なくとも炭酸バリウムと、Bi
または希土類元素等の半導体化剤と、二酸化ケイ素と、
過剰な酸化チタンとを混合し、焼成することによりチタ
ン酸バリウム系セラミックス半導体を製造する方法にお
いて、上記の二酸化ケイ素の平均粒径が10μm以下に
設定されていることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a barium titanate-based ceramic semiconductor, wherein at least barium carbonate as a raw material and Bi
Or a semiconducting agent such as a rare earth element, and silicon dioxide,
A method for producing a barium titanate-based ceramic semiconductor by mixing and firing an excess titanium oxide, wherein the average particle diameter of the silicon dioxide is set to 10 μm or less.

【0009】[0009]

【作用】請求項1の構成によれば、Biまたは希土類元
素等の半導体化剤と、二酸化ケイ素と、過剰な酸化チタ
ンとを含むチタン酸バリウム系セラミックス半導体にお
いて、二酸化ケイ素の添加量と酸化チタンの過剰量の合
計が2.0〜4.0モル%に設定されており、かつ、空孔率
が2%以下に制御されているので、緻密な粒子構造にな
る。これにより、組織を構成する粒子において、均一で
微細な粒子径を有することによって、電圧印加時の電流
密度の局所的な増大が起こりにくくなるため、高電圧ま
で熱応力による破壊が起こりにくくなる。
According to the first aspect of the present invention, in a barium titanate-based ceramic semiconductor containing a semiconducting agent such as Bi or a rare earth element, silicon dioxide, and excess titanium oxide, the amount of silicon dioxide added and the amount of titanium oxide Is set to 2.0 to 4.0 mol% and the porosity is controlled to 2% or less, resulting in a dense particle structure. Accordingly, since the particles constituting the structure have a uniform and fine particle diameter, local increase of the current density at the time of applying a voltage is less likely to occur, so that breakdown due to thermal stress up to a high voltage is less likely to occur.

【0010】請求項2の構成によれば、原料として少な
くとも炭酸バリウムと、Biまたは希土類元素等の半導
体化剤と、二酸化ケイ素と、過剰な酸化チタンとを混合
し、焼成することによりチタン酸バリウム系セラミック
ス半導体を製造する方法において、上記の二酸化ケイ素
の平均粒径が10μm以下に設定されているので、空孔
率が2%以下の緻密なチタン酸バリウム系セラミックス
半導体を製造することができる。
According to the second aspect of the present invention, at least barium carbonate, a semiconducting agent such as Bi or a rare earth element, silicon dioxide, and excess titanium oxide are mixed as raw materials, and the mixture is calcined to obtain barium titanate. In the method for producing a ceramic ceramic semiconductor, a dense barium titanate ceramic semiconductor having a porosity of 2% or less can be produced since the average particle diameter of the silicon dioxide is set to 10 μm or less.

【0011】[0011]

【実施例】本発明の一実施例について図1ないし図3に
基づいて説明すれば、以下の通りである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0012】本実施例では、炭酸バリウム(BaC
3 )、炭酸ストロンチウム(SrCO3 )、酸化チタ
ン(TiO2 )、二酸化ケイ素(SiO2 )、炭酸マン
ガン(MnCO3 )、酸化ディスプロシウム(Dy2
3 )を表1〜5の組成(モル%)に配合して、チタン酸
バリウム系セラミックス半導体試料を作製した。
In this embodiment, barium carbonate (BaC)
O 3 ), strontium carbonate (SrCO 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), manganese carbonate (MnCO 3 ), dysprosium oxide (Dy 2 O)
3 ) was blended with the compositions (mol%) of Tables 1 to 5 to prepare barium titanate-based ceramic semiconductor samples.

【0013】炭酸バリウムおよび酸化チタンは、チタン
酸バリウム系セラミックス半導体の主成分であり、これ
らがチタン酸バリウムの骨格を構成する。また、過剰の
酸化チタンは、チタン酸バリウム系セラミックス半導体
を安定化する。
Barium carbonate and titanium oxide are main components of a barium titanate-based ceramic semiconductor, and these constitute a skeleton of barium titanate. Excess titanium oxide stabilizes the barium titanate-based ceramic semiconductor.

【0014】炭酸ストロンチウムの成分であるSrは、
チタン酸バリウム骨格のBaと置換し、これにより、チ
タン酸バリウム系セラミックス半導体のキュリー点を移
動させることができる。二酸化ケイ素は、過剰の酸化チ
タンと同様に、チタン酸バリウム系セラミックス半導体
を安定化する。炭酸マンガンの成分であるMnは粒界障
壁を高くするための、いわゆる鉱化剤として働く。これ
により、室温の比抵抗を制御できる。酸化ディスプロシ
ウムの成分であるDyは、チタン酸バリウムを半導体化
するための不純物として働き、上記Mnと同様、室温の
比抵抗を制御できる。
Sr, a component of strontium carbonate, is
By substituting with Ba of the barium titanate skeleton, the Curie point of the barium titanate-based ceramic semiconductor can be shifted. Silicon dioxide stabilizes a barium titanate-based ceramic semiconductor, like excess titanium oxide. Mn, which is a component of manganese carbonate, acts as a so-called mineralizer for increasing the grain boundary barrier. Thereby, the specific resistance at room temperature can be controlled. Dy, which is a component of dysprosium oxide, acts as an impurity for converting barium titanate into a semiconductor, and can control the specific resistance at room temperature, like Mn.

【0015】[0015]

【表1】 [Table 1]

【0016】[0016]

【表2】 [Table 2]

【0017】[0017]

【表3】 [Table 3]

【0018】[0018]

【表4】 [Table 4]

【0019】[0019]

【表5】 次に、上記のチタン酸バリウム系セラミックス半導体試
料の製造方法を説明する。
[Table 5] Next, a method of manufacturing the barium titanate-based ceramic semiconductor sample will be described.

【0020】まず、上記の配合物をイオン交換水とナイ
ロンコーティングした鉄球と一緒にボールミルに投入
し、24時間湿式混合した。それから、これをろ過、乾
燥し、1100〜1150℃の温度で1〜5時間仮焼し
た。次に、仮焼した試料を粉砕し、これにバインダーと
してのポリビニールアルコール(PVA)を2重量%含
んだ水溶液を加えてスラリーとし、スプレードライヤー
により造粒乾燥した。
First, the above-mentioned composition was put into a ball mill together with ion-exchanged water and an iron ball coated with nylon, and wet-mixed for 24 hours. Then, this was filtered, dried, and calcined at a temperature of 1100 to 1150 ° C for 1 to 5 hours. Next, the calcined sample was crushed, and an aqueous solution containing 2% by weight of polyvinyl alcohol (PVA) as a binder was added to the crushed sample to form a slurry, which was then granulated and dried by a spray drier.

【0021】造粒粉は、円盤状成形器に充填され、これ
を1.0トン/cm2 の圧力で押圧することにより、直径1
6.4 mm 、厚さ2.5 mm の円盤に成形された。それから
成形品を焼成鞘に詰め、電気炉で3℃/min の昇温速度
で加熱し、1300〜1380℃で0〜10時間保持し
て焼成した後、3〜0.5℃/min の降温速度で冷却し
た。
The granulated powder is filled in a disc-shaped molding machine, and is pressed at a pressure of 1.0 ton / cm 2 to form a powder having a diameter of 1 ton / cm 2.
It was formed into a 6.4 mm, 2.5 mm thick disk. Then, the molded product is packed in a sintering sheath, heated in an electric furnace at a rate of 3 ° C./min, held at 1300 to 1380 ° C. for 0 to 10 hours, and then baked at a temperature of 3 to 0.5 ° C./min. Cooled at speed.

【0022】以上のようにして、直径13.5 mm 、厚さ
2.0 mm の円盤状の試料が作製された。
As described above, the diameter is 13.5 mm and the thickness is
A 2.0 mm disc-shaped sample was prepared.

【0023】上記の試料に、両面に銀ペーストおよびカ
バー用銀ペーストを焼き付けて、オーミック・コンタク
トさせた電極を形成し、比抵抗、破壊電圧、PTC特
性、空孔率を測定した。
A silver paste and a silver paste for a cover were baked on both surfaces of the sample to form ohmic contact electrodes, and the specific resistance, breakdown voltage, PTC characteristics, and porosity were measured.

【0024】これらの測定方法は以下の通りである。The measuring methods are as follows.

【0025】(1)比抵抗の測定方法 試料を測定用の試料ホルダーに取り付け、25℃に保た
れたタバイ・エスペック社製の測定槽(MINI-SUBZERO M
C-810P)内に装着して、横河ヒューレット・パッカード
社製の直流抵抗計(マルチメーター 3878A)を用いて電
気抵抗を測定した。
(1) Measuring method of specific resistance A sample was attached to a sample holder for measurement, and a measuring tank (MINI-SUBZERO M manufactured by Tabi Espec Co., Ltd.) kept at 25 ° C.
C-810P), and the electric resistance was measured using a DC resistance meter (multimeter 3878A) manufactured by Yokogawa Hewlett-Packard Company.

【0026】試料の径および厚さについては予め測定し
ておき、次式により比抵抗(ρ)を算出した。 ρ = R・S/t ρ:比抵抗 (Ωcm) R:電気抵抗の測定値 (Ω) S:電極の面積 (cm2 ) t:試料の厚さ (cm) (2)破壊電圧の測定方法 試料を測定用の試料ホルダーに取り付け、高砂社製の交
流安定化電源(FREQU-ENCY CONVERSION AC POWER SUPPL
Y AA330F, FR-EQUENCY/VOLTAGE CONTROLLER FOA1MG) 、
ヒューレット・パッカード社製の交流抵抗計(マルチメ
ーター 3457A)および交流電流計(マルチメーター AD
VANTEST)を接続し、印加電圧を100 mV から徐々に上
げながら、そのときの電流を測定した。
The diameter and thickness of the sample were measured in advance, and the specific resistance (ρ) was calculated by the following equation. ρ = RS · t / ρ: Specific resistance (Ωcm) R: Measured value of electric resistance (Ω) S: Area of electrode (cm 2 ) t: Thickness of sample (cm) (2) Measuring method of breakdown voltage Attach the sample to the sample holder for measurement, and use the Takasago AC stabilized power supply (FREQU-ENCY CONVERSION AC POWER SUPPL).
Y AA330F, FR-EQUENCY / VOLTAGE CONTROLLER FOA1MG),
Hewlett-Packard AC resistance meter (multimeter 3457A) and AC ammeter (multimeter AD
VANTEST), and the current was measured while gradually increasing the applied voltage from 100 mV.

【0027】そして、印加電圧に対して電流値をプロッ
トし、電流の極小値を示す電圧を破壊電圧とした。
Then, the current value was plotted against the applied voltage, and the voltage showing the minimum value of the current was defined as the breakdown voltage.

【0028】(3)PTC特性の測定方法 試料を測定用の試料ホルダーに取り付け、上記の測定槽
内に装着して、−50〜180℃までの温度変化に対す
る試料の電気抵抗の変化を上記の直流抵抗計を用いて測
定した。
(3) Method of Measuring PTC Characteristics A sample is mounted on a sample holder for measurement and mounted in the above-mentioned measuring tank, and the change in the electrical resistance of the sample with respect to a temperature change from −50 to 180 ° C. is measured as described above. It was measured using a DC resistance meter.

【0029】それから、上記(1)と同様に、比抵抗を
算出し、温度に対して比抵抗をプロットした。そして、
キュリー点付近で急激な立ち上がったときの比抵抗と、
25℃における比抵抗との比を求め、その桁数をPTC
効果を評価するための尺度とした。これが大きいほど、
比抵抗の立ち上がり幅が大きいことを示す。
Then, similarly to the above (1), the specific resistance was calculated, and the specific resistance was plotted against the temperature. And
The specific resistance when rising sharply near the Curie point,
Find the ratio with the specific resistance at 25 ° C,
The scale was used to evaluate the effect. The larger this is,
This indicates that the rise width of the specific resistance is large.

【0030】(4)空孔率の測定方法 島津製作所製の乾式自動密度計によって真密度を測定
し、次式より空孔率を求めた。 P = ((ρt −ρa )/ρt )×100 〔%〕 P :空孔率 ρt :真密度 ρa :嵩密度 表1〜5に示した組成の試料について、上記の測定方法
によって得られた比抵抗、破壊電圧、PTC効果、空孔
率の測定結果を表6〜10に示す。また、この測定結果
に基づいて、チタン酸バリウム系セラミックス半導体と
しての適否を判定し、その結果を適したものから順に
○、△、×の3段階で示した。
(4) Method of Measuring Porosity True density was measured by a dry automatic densitometer manufactured by Shimadzu Corporation, and the porosity was determined by the following equation. P = ((ρ t −ρ a ) / ρ t ) × 100 [%] P: Porosity ρ t : True density ρ a : Bulk density For the samples having the compositions shown in Tables 1 to 5, the above-mentioned measurement method is used. Tables 6 to 10 show the measurement results of the specific resistance, the breakdown voltage, the PTC effect, and the porosity obtained by the method. Further, based on the measurement results, the suitability as a barium titanate-based ceramic semiconductor was determined, and the results were shown in three stages of △, Δ, and × in order from the most suitable one.

【0031】表6は、表1の組成から明らかなように、
酸化ディスプロシウムの添加量を変えたときの諸物性の
変化を示している。
Table 6 shows that, as is clear from the composition of Table 1,
It shows changes in various physical properties when the amount of dysprosium oxide added was changed.

【0032】試料番号1〜7の試料は、比較例を示して
いる。これらの試料では、比抵抗は低いけれども、PT
C効果および破壊電圧が充分でない。焼結時、降温速度
を遅くすれば、比抵抗を30〜50Ωcmに制御すること
はできるが、PTC効果、破壊電圧の大幅な向上は見ら
れなかった。
Samples Nos. 1 to 7 are comparative examples. In these samples, although the specific resistance is low, PT
C effect and breakdown voltage are not enough. At the time of sintering, if the cooling rate is reduced, the specific resistance can be controlled to 30 to 50 Ωcm, but the PTC effect and the breakdown voltage are not significantly improved.

【0033】試料番号7の試料の粒子構造を示す電子顕
微鏡写真を図3に示す。拡大倍率は500倍である。
FIG. 3 shows an electron micrograph showing the particle structure of Sample No. 7. The magnification is 500 times.

【0034】[0034]

【表6】 表7は、表2の組成から明らかなように、酸化チタンの
過剰量を変えたときの諸物性の変化を示している。
[Table 6] Table 7 shows changes in various physical properties when the excess amount of titanium oxide was changed, as is clear from the composition in Table 2.

【0035】[0035]

【表7】 試料番号8の試料は比較例を示しており、比抵抗が高い
にもかかわらず、PTC効果および破壊電圧が共に低い
ため、実用的ではない。
[Table 7] Sample No. 8 shows a comparative example, which is not practical because both the PTC effect and the breakdown voltage are low despite the high specific resistance.

【0036】これに対し、酸化チタンの過剰量を多くし
た試料番号10〜14の試料では、PTC効果、破壊電
圧ともに大幅に向上している。しかしながら、酸化チタ
ンの過剰量が多過ぎると、試料番号15の試料のよう
に、逆に特性が悪化している。
On the other hand, in samples Nos. 10 to 14 in which the excess amount of titanium oxide was increased, both the PTC effect and the breakdown voltage were greatly improved. However, when the excess amount of titanium oxide is too large, the characteristics are deteriorated as in the sample of sample No. 15.

【0037】表8は、表3の組成から明らかなように、
二酸化ケイ素の添加量を変えたときの諸物性の変化を示
している。
Table 8 shows that, as is clear from the composition of Table 3,
The graph shows changes in various physical properties when the addition amount of silicon dioxide is changed.

【0038】[0038]

【表8】 試料番号16の試料は比較例を示しており、比抵抗が高
いにもかかわらず、PTC効果および破壊電圧が共に低
いため、実用的ではない。
[Table 8] Sample No. 16 shows a comparative example, which is not practical because both the PTC effect and the breakdown voltage are low despite the high specific resistance.

【0039】これに対し、酸化チタンの過剰量を多くし
た試料番号18〜21の試料では、PTC効果、破壊電
圧ともに大幅に向上している。しかしながら、二酸化ケ
イ素の添加量を3.5モル%以上にすると、試料番号22
の試料のように、比抵抗だけが大きくなるため、逆に特
性が悪化している。
On the other hand, in the samples of Sample Nos. 18 to 21 in which the excess amount of titanium oxide was increased, both the PTC effect and the breakdown voltage were greatly improved. However, when the addition amount of silicon dioxide was set to 3.5 mol% or more, Sample No. 22
In contrast, only the specific resistance is increased as in the sample (1), and conversely, the characteristics are deteriorated.

【0040】試料番号19の試料の粒子構造を示す電子
顕微鏡写真を図1および図2に示す。図1の拡大倍率は
500倍であり、図2の拡大倍率は1000倍である。
FIGS. 1 and 2 show electron micrographs showing the particle structure of Sample No. 19. The magnification of FIG. 1 is 500 times and the magnification of FIG. 2 is 1000 times.

【0041】表9は、表4から明らかなように、マンガ
ンの添加量を変えたときの諸物性の変化を示している。
Table 9 shows changes in various physical properties when the amount of manganese added was changed, as is apparent from Table 4.

【0042】マンガンの添加量を0.08モル%以上にする
と、試料番号26の試料のように、比抵抗が急激に増大
し、実用的でなくなることが分かる。
It can be seen that when the amount of manganese added is 0.08 mol% or more, the specific resistance sharply increases as in the sample of sample No. 26, making it impractical.

【0043】[0043]

【表9】 表10は、表5から明らかなように、二酸化ケイ素の平
均粒径を変えたときの諸物性の変化を示している。
[Table 9] Table 10 shows changes in various physical properties when the average particle diameter of silicon dioxide was changed, as is clear from Table 5.

【0044】平均粒径が5μmの二酸化ケイ素を原料と
した試料番号19の試料と、平均粒径が40μmの二酸
化ケイ素を原料とした試料番号27の試料を比較する
と、試料番号27の試料は比抵抗の低下に伴って破壊電
圧も低下し、空孔率も大きく増加した。また、試料番号
19の試料と、平均粒径が0.012 μmの二酸化ケイ素を
原料とした試料番号28の試料を比較すると、試料番号
28の試料は比抵抗に対する破壊電圧が高くなり、空孔
率が大幅に減少した。
A comparison was made between the sample No. 19 using silicon dioxide having an average particle diameter of 5 μm as a raw material and the sample No. 27 using silicon dioxide having an average particle diameter of 40 μm as a raw material. As the resistance decreased, the breakdown voltage decreased, and the porosity greatly increased. Also, comparing the sample of sample No. 19 with the sample of sample No. 28 using silicon dioxide having an average particle diameter of 0.012 μm as a raw material, the sample of sample No. 28 has a higher breakdown voltage with respect to the specific resistance, and has a lower porosity. Significantly reduced.

【0045】また、平均粒径が10μm以下の二酸化ケ
イ素を配合原料として用いると、チタン酸バリウム系セ
ラミックス半導体の空孔率を2%以下に制御できること
が分かる。
It is also found that the porosity of the barium titanate-based ceramic semiconductor can be controlled to 2% or less when silicon dioxide having an average particle diameter of 10 μm or less is used as a compounding material.

【0046】[0046]

【表10】 以上の結果から、チタン酸バリウム系セラミックス半導
体の原料において、酸化チタンの過剰量を0.8〜3.5モ
ル%に、二酸化ケイ素の添加量を0.5〜3.0モル%にそ
れぞれ設定し、かつ、両者のトータル量を2.0〜4.0モ
ル%となるように設定し、マンガンの添加量を0.04〜0.
07モル%に設定することによって、液相成分の最適化が
図られる。すなわち、高温で充分な液相が生じる。これ
により、それぞれの粒子を接点を介在させることなく、
焼結させることができる。
[Table 10] From the above results, in the raw material of the barium titanate-based ceramic semiconductor, the excess amount of titanium oxide was set to 0.8 to 3.5 mol%, and the addition amount of silicon dioxide was set to 0.5 to 3.0 mol%. And the total amount of both is set to be 2.0 to 4.0 mol%, and the amount of manganese added is set to 0.04 to 0.4 mol%.
By setting the molar ratio to 07 mol%, the liquid phase component can be optimized. That is, a sufficient liquid phase is generated at a high temperature. This allows each particle to intervene without contact
Can be sintered.

【0047】さらに、原料の二酸化ケイ素の平均粒径を
10μm以下にすることにより、空孔率が2%以下にな
り、粒径が小さく揃ったチタン酸バリウム系セラミック
ス半導体が得られる。
Further, by setting the average particle size of silicon dioxide as a raw material to 10 μm or less, the porosity becomes 2% or less, and a barium titanate-based ceramic semiconductor having a uniform particle size can be obtained.

【0048】このため、本実施例のチタン酸バリウム系
セラミックス半導体では、比抵抗が小さくなり、かつ、
PTC効果、破壊電圧が非常に高くなる。また、電流−
電圧特性が安定であり、バリスター特性を示さず、抵抗
−温度特性の再現性が高い。このため、高電圧下での使
用および、熱衝撃の大きな条件下での使用に耐えること
ができる。
For this reason, the barium titanate-based ceramic semiconductor of this embodiment has a low specific resistance and
The PTC effect and breakdown voltage become very high. Also, the current-
Voltage characteristics are stable, do not show varistor characteristics, and the reproducibility of resistance-temperature characteristics is high. Therefore, it can withstand use under a high voltage and use under a condition of a large thermal shock.

【0049】さらに、焼成時、降温速度を遅くすれば、
粒界への酸素の拡散が促進されるので、ポテンシャル障
壁が高くなる。このため、比抵抗が高くなるが、破壊電
圧をさらに高くすることができる。
Further, at the time of firing, if the temperature decreasing rate is reduced,
Since the diffusion of oxygen to the grain boundaries is promoted, the potential barrier is increased. For this reason, although the specific resistance increases, the breakdown voltage can be further increased.

【0050】[0050]

【発明の効果】請求項1の発明に係るチタン酸バリウム
系セラミックス半導体は、以上のように、二酸化ケイ素
の添加量と酸化チタンの過剰量の合計が2.0〜4.0モル
%に設定されており、かつ、空孔率が2%以下に制御さ
れているので、緻密な粒子構造になる。これにより、電
圧印加時の電流密度の局所的な増大が起こりにくくなる
ため、高電圧まで熱応力による破壊が起こりにくくなる
という効果を奏する。
As described above, in the barium titanate-based ceramic semiconductor according to the first aspect of the present invention, the sum of the added amount of silicon dioxide and the excess amount of titanium oxide is set to 2.0 to 4.0 mol%. And the porosity is controlled to 2% or less, resulting in a dense particle structure. As a result, local increase in current density during voltage application is less likely to occur, so that there is an effect that breakdown due to thermal stress does not easily occur up to a high voltage.

【0051】請求項1の発明に係るチタン酸バリウム系
セラミックス半導体の製造方法は、以上のように、原料
の二酸化ケイ素の平均粒径が10μm以下に設定されて
いるので、空孔率が2%以下のチタン酸バリウム系セラ
ミックス半導体を製造できるという効果を奏する。
In the method for producing a barium titanate-based ceramic semiconductor according to the first aspect of the present invention, as described above, since the average particle diameter of the raw material silicon dioxide is set to 10 μm or less, the porosity is 2%. The following barium titanate-based ceramic semiconductor can be produced.

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

【図1】本発明の試料番号19のチタン酸バリウム系セ
ラミックス半導体の粒子構造を示す電子顕微鏡写真であ
る。
FIG. 1 is an electron micrograph showing a particle structure of a barium titanate-based ceramic semiconductor of Sample No. 19 of the present invention.

【図2】図1の粒子構造を2倍に拡大したチタン酸バリ
ウム系セラミックス半導体の粒子構造を示す電子顕微鏡
写真である。
FIG. 2 is an electron micrograph showing the particle structure of a barium titanate-based ceramic semiconductor in which the particle structure of FIG. 1 is magnified twice.

【図3】比較例を示すものであり、試料番号7のチタン
酸バリウム系セラミックス半導体の粒子構造を示す電子
顕微鏡写真である。
FIG. 3, which shows a comparative example, is an electron micrograph showing the particle structure of a barium titanate-based ceramic semiconductor of Sample No. 7.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−75495(JP,A) 特開 平2−142101(JP,A) 特開 昭64−22001(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-53-75495 (JP, A) JP-A-2-142101 (JP, A) JP-A 64-22001 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】Biまたは希土類元素等の半導体化剤と、
二酸化ケイ素と、過剰な酸化チタンとを含むチタン酸バ
リウム系セラミックス半導体において、 二酸化ケイ素の添加量と酸化チタンの過剰量の合計が2.
0〜4.0モル%に設定されており、かつ、空孔率が2%
以下に制御されていることを特徴とするチタン酸バリウ
ム系セラミックス半導体。
1. A semiconducting agent such as Bi or a rare earth element,
In a barium titanate-based ceramic semiconductor containing silicon dioxide and excess titanium oxide, the sum of the added amount of silicon dioxide and the excess amount of titanium oxide is 2.
0 to 4.0 mol%, and the porosity is 2%
A barium titanate-based ceramic semiconductor which is controlled as follows.
【請求項2】原料として少なくとも炭酸バリウムと、B
iまたは希土類元素等の半導体化剤と、二酸化ケイ素
と、過剰な酸化チタンとを混合し、焼成することにより
チタン酸バリウム系セラミックス半導体を製造する方法
において、 上記の二酸化ケイ素の平均粒径が10μm以下に設定さ
れていることを特徴とするチタン酸バリウム系セラミッ
クス半導体の製造方法。
2. A raw material comprising at least barium carbonate and B
a method for producing a barium titanate-based ceramic semiconductor by mixing and firing a semiconductor agent such as i or a rare earth element, silicon dioxide, and an excess of titanium oxide, wherein the silicon dioxide has an average particle size of 10 μm A method for producing a barium titanate-based ceramic semiconductor, which is set as follows.
JP14325892A 1992-05-07 1992-05-07 Barium titanate-based ceramic semiconductor and method for producing the same Expired - Fee Related JP3178083B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14325892A JP3178083B2 (en) 1992-05-07 1992-05-07 Barium titanate-based ceramic semiconductor and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14325892A JP3178083B2 (en) 1992-05-07 1992-05-07 Barium titanate-based ceramic semiconductor and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05315106A JPH05315106A (en) 1993-11-26
JP3178083B2 true JP3178083B2 (en) 2001-06-18

Family

ID=15334567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14325892A Expired - Fee Related JP3178083B2 (en) 1992-05-07 1992-05-07 Barium titanate-based ceramic semiconductor and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3178083B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200903527A (en) * 2007-03-19 2009-01-16 Murata Manufacturing Co Laminated positive temperature coefficient thermistor

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5375495A (en) * 1976-12-16 1978-07-04 Nichicon Capacitor Ltd Semiconductor ceramic material in barium titanate group
JPS6422001A (en) * 1987-07-17 1989-01-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacture of barium titanate positive temperature coefficient thermistor
JPH0812811B2 (en) * 1988-11-24 1996-02-07 日本碍子株式会社 Method of manufacturing voltage non-linear resistor

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05315106A (en) 1993-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4384989A (en) Semiconductive barium titanate
US4096098A (en) Semiconductor ceramic composition
US4606116A (en) Non-linear resistor and method of manufacturing the same
US4581159A (en) Voltage-dependent resistor and method of manufacturing same
US6071842A (en) Barium titanate-based semiconductor ceramic
JP3178083B2 (en) Barium titanate-based ceramic semiconductor and method for producing the same
JP4058140B2 (en) Barium titanate semiconductor porcelain
JP3254316B2 (en) Barium titanate-based semiconductor porcelain composition
JP2000264726A (en) Semiconductor porcelain
JPH07297009A (en) Positive temperature coefficient thermistor and manufacturing method thereof
JPS6243522B2 (en)
JP3598177B2 (en) Voltage non-linear resistor porcelain
JP2689439B2 (en) Grain boundary insulation type semiconductor porcelain body
JPH07220902A (en) Barium titanate semiconductor ceramic
JPH04144201A (en) Positive temperature coefficient thermistor and manufacture thereof
JP3699195B2 (en) Positive characteristic semiconductor porcelain and manufacturing method thereof
JPS5948521B2 (en) Method for manufacturing positive characteristic semiconductor porcelain
JP3124896B2 (en) Manufacturing method of semiconductor porcelain
JP4800956B2 (en) Barium titanate semiconductor porcelain composition
JPH07335404A (en) Manufacture of positive temperature coefficient thermistor
KR910006015B1 (en) Semiconductive sintered materials of batio3 and the making process
JPH09320811A (en) Ptc thermistor material and manufacture thereof
JP2705019B2 (en) Porcelain semiconductor composition and method for producing the same
JP2588951C (en)
JPH02106903A (en) High-temperature ptc thermistor and manufacture thereof

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090413

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090413

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100413

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100413

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110413

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120413

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees