JP3364269B2 - PTC thermistor material - Google Patents

PTC thermistor material

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JP3364269B2
JP3364269B2 JP09524693A JP9524693A JP3364269B2 JP 3364269 B2 JP3364269 B2 JP 3364269B2 JP 09524693 A JP09524693 A JP 09524693A JP 9524693 A JP9524693 A JP 9524693A JP 3364269 B2 JP3364269 B2 JP 3364269B2
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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、温度制御素子等に用い
られるPTCサーミスタ材料に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a PTC thermistor material used for temperature control elements and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年盛んに研究されている機能性材料の
一つにサーミスタがある。サーミスタは比抵抗が温度に
よって大きく変化する性質を利用した回路素子である。
2. Description of the Related Art A thermistor is one of the functional materials that have been actively studied in recent years. The thermistor is a circuit element that utilizes the property that the specific resistance greatly changes with temperature.

【0003】サーミスタにはその温度係数によりNTC
サーミスタとPTCサーミスタがある。NTCサーミス
タは負の温度係数(Negative Temperature Coefficient)
をもち、温度上昇と共に比抵抗が減少する材料であり、
温度センサーとして温度補償回路等に応用されている。
一方、PTCサーミスタは正の温度係数(Positive Temp
erature Coefficient)をもち、ある特定温度で比抵抗が
急激に上昇する材料であり、その性質を利用して、温度
制御素子、過電流制御素子、モーターの起動素子、定温
度発熱体として広く応用されている。
The thermistor has an NTC due to its temperature coefficient.
There are thermistors and PTC thermistors. NTC thermistor has a negative temperature coefficient
It is a material that has a specific resistance that decreases with increasing temperature.
It is used as a temperature sensor in temperature compensation circuits.
On the other hand, the PTC thermistor has a positive temperature coefficient (Positive Temp
It is a material that has a specific coefficient of temperature, and its specific resistance sharply increases at a certain temperature.By utilizing its properties, it is widely applied as a temperature control element, an overcurrent control element, a motor starting element, and a constant temperature heating element. ing.

【0004】このようなPTCサーミスタの代表的なも
のとしてBaTiO3 系セラミックスがある。BaTi
3 はペロブスカイト構造をもつ強誘電体で、そのPT
CR(正の比抵抗温度係数: Positive Temperature Co
efficient of Resistivity)特性は、その相転移温度付
近において発現する。そのため、PTCR特性は相転移
に基づくものとされている。PTCR特性の発現機構
は、結晶粒表面に過剰に存在する酸素や不純物により界
面アクセプター準位が形成され、これにより結晶中の電
子が捕獲され空乏層ができる。その結晶粒界にショット
キー型ポテンシャル障壁が生成する。この障壁がPTC
R特性を示す温度(キュリー温度:Tc)以上の温度で
の高い比抵抗を示す原因と考えられている。一方、Tc
以下の領域では、自発分極により50%の確率で粒界に
負の電荷が存在するためにアクセプターが補償され、障
壁の高さが低下するのでTc以下では低い比抵抗になる
ものと考えられている。さらに、Tc以上では自発分極
の消失によりこの障壁の高さが元に戻り、比抵抗が上昇
すると推定されている。
A typical example of such a PTC thermistor is BaTiO 3 ceramics. BaTi
O 3 is a ferroelectric substance having a perovskite structure, and its PT
CR (Positive Temperature Co
The efficient of Resistivity) characteristic appears near the phase transition temperature. Therefore, the PTCR characteristics are considered to be based on the phase transition. Regarding the mechanism of expressing the PTCR characteristics, an interface acceptor level is formed by oxygen and impurities excessively present on the surface of the crystal grain, whereby electrons in the crystal are trapped and a depletion layer is formed. A Schottky type potential barrier is generated at the grain boundary. This barrier is PTC
It is considered to be the cause of high specific resistance at a temperature equal to or higher than the temperature showing the R characteristic (Curie temperature: Tc). On the other hand, Tc
In the following region, the spontaneous polarization causes a negative charge at the grain boundary with a probability of 50%, so that the acceptor is compensated and the height of the barrier is lowered. There is. Furthermore, it is presumed that, above Tc, the barrier height returns to its original level due to the disappearance of spontaneous polarization, and the resistivity increases.

【0005】PTCR特性を示す材料として、BaTi
3 系セラミックスの他にPbTiO3 −TiO2 系セ
ラミックスも知られており、これらPTCR特性を発現
する材料の共通点はペロブスカイト構造を有する強誘電
体である。また、この強誘電体は原子価制御法によって
半導体化されることが重要であるとされている。
As a material showing PTCR characteristics, BaTi
In addition to O 3 -based ceramics, PbTiO 3 —TiO 2 -based ceramics are also known, and the common point of these materials exhibiting the PTCR characteristics is a ferroelectric having a perovskite structure. In addition, it is important that this ferroelectric substance is made into a semiconductor by a valence control method.

【0006】また、本発明者らは、特願平4−3310
75号において、擬ペロブスカイト型副格子をもち、そ
の多くが強誘電体であるビスマス層状構造酸化物のう
ち、Bi4 Ti3 12の組成をもち、Tiの一部がNb
で置換されている半導体化ビスマス層状構造酸化物を
得、この酸化物のBiの一部をSrで置換させることで
PTCR特性をもたせることを提案している。
[0006] The present inventors have also proposed Japanese Patent Application No. 4-3310.
No. 75, among the bismuth layer structure oxides having a quasi-perovskite type sublattice, most of which are ferroelectrics, have a composition of Bi 4 Ti 3 O 12 and part of Ti is Nb.
It has been proposed to obtain a semiconducting bismuth layered structure oxide which is substituted with, and to have PTCR characteristics by substituting a part of Bi of this oxide with Sr.

【0007】このビスマス層状構造酸化物は、200℃
をこえる温度範囲でPTCR特性を示し、さらに抵抗変
化も急峻な優れたものである。しかし、PTCR特性を
示す組成範囲が限られているため、成分の含有量制御等
が難しい。そのため、製造時に歩留り等の面で問題があ
り、さらに改良が望まれている。
This bismuth layer structure oxide has a temperature of 200.degree.
It exhibits excellent PTCR characteristics in a temperature range exceeding 40 ° C. and has a sharp change in resistance. However, it is difficult to control the content of the components because the composition range showing the PTCR characteristics is limited. Therefore, there is a problem in yield in manufacturing, and further improvement is desired.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、広い
組成範囲で優れたPTCR特性をもつPTCサーミスタ
材料を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a PTC thermistor material having excellent PTCR characteristics in a wide composition range.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】このような目的は下記
(1)〜(5)の本発明によって達成される。 (1) 酸化ビスマスと酸化チタンとを含む酸化物であ
り、Bi2Ti411相単独を主相として含有し、また
は、Bi2Ti411相とTiO2 相とを互いに相分離し
て主相として含有し、または、Bi2Ti411相とBi
4Ti312相とを互いに相分離して主相として含有する
半導体化された酸化物であり、前記酸化ビスマスをBi
23 、前記酸化チタンをTiO2 に換算したとき、B
23 /(Bi23 +TiO2 )が0.1モル%以
上、40モル%未満であり、前記酸化チタンの一部が酸
化ニオブ、酸化タンタルおよび酸化アンチモンの一種以
上で置換されているPTCサーミスタ材料。 (2) Bi23 /(Bi23 +TiO2 )が0.
1〜39.5モル%である上記(1)のPTCサーミス
タ材料。 (3) 前記酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化アンチモ
ンおよび酸化チタンを、それぞれNb25 、Ta2
5 、Sb25 およびTiO2 に換算したとき、(Nb
25 +Ta25 +Sb25 )/(Nb25 +T
25 +Sb25 +TiO2 )が0.05〜7.5
モル%である上記(1)または(2)のPTCサーミス
タ材料。 (4) 前記酸化ビスマスの一部が酸化ストロンチウ
ム、酸化カルシウムおよび酸化バリウムの一種以上で置
換されている上記(1)〜(3)のいずれかのPTCサ
ーミスタ材料。 (5) 前記酸化ストロンチウム、酸化カルシウム、酸
化バリウムおよび酸化ビスマスを、それぞれSrO、C
aO、BaOおよびBi23 に換算したとき、(Sr
O+CaO+BaO)/(SrO+CaO+BaO+B
23 )が40モル%以下である上記(4)のPTC
サーミスタ材料。
These objects are achieved by the present invention described in (1) to (5) below. (1) An oxide containing bismuth oxide and titanium oxide, containing the Bi 2 Ti 4 O 11 phase alone as a main phase, or separating the Bi 2 Ti 4 O 11 phase and the TiO 2 phase from each other. Contained as a main phase, or Bi 2 Ti 4 O 11 phase and Bi
4 Ti 3 O 12 phase is a semiconducting oxide which is phase-separated from each other and contains as a main phase.
2 O 3 , when the titanium oxide is converted to TiO 2 , B
i 2 O 3 / (Bi 2 O 3 + TiO 2 ) is 0.1 mol% or more and less than 40 mol%, and a part of the titanium oxide is replaced with one or more of niobium oxide, tantalum oxide and antimony oxide. PTC thermistor material. (2) Bi 2 O 3 / (Bi 2 O 3 + TiO 2 ) is 0.
The PTC thermistor material according to (1) above, which is 1 to 39.5 mol%. (3) The above niobium oxide, tantalum oxide, antimony oxide, and titanium oxide are added to Nb 2 O 5 and Ta 2 O, respectively.
When converted to 5 , Sb 2 O 5 and TiO 2 , (Nb
2 O 5 + Ta 2 O 5 + Sb 2 O 5 ) / (Nb 2 O 5 + T
a 2 O 5 + Sb 2 O 5 + TiO 2) is from 0.05 to 7.5
The PTC thermistor material according to the above (1) or (2), which is a mol%. (4) The PTC thermistor material according to any one of the above (1) to (3), wherein a part of the bismuth oxide is replaced with one or more of strontium oxide, calcium oxide and barium oxide. (5) The strontium oxide, calcium oxide, barium oxide and bismuth oxide are added to SrO and C, respectively.
When converted to aO, BaO and Bi 2 O 3 , (Sr
O + CaO + BaO) / (SrO + CaO + BaO + B
i 2 O 3 ) is 40 mol% or less, the PTC of the above (4)
Thermistor material.

【0010】[0010]

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成を詳細に説明
する。
Specific Structure The specific structure of the present invention will be described in detail below.

【0011】本発明のPTCサーミスタ材料は、酸化ビ
スマスと酸化チタンとを含む酸化物であり、酸化ビスマ
スはBi23 換算で0.1モル%以上で40モル%未
満含有されている。そして、酸化チタンの一部が酸化ニ
オブ、酸化タンタルおよび酸化アンチモンの一種以上で
置換されている。
The PTC thermistor material of the present invention is an oxide containing bismuth oxide and titanium oxide, and the bismuth oxide is contained in an amount of 0.1 mol% or more and less than 40 mol% in terms of Bi 2 O 3 . Then, a part of titanium oxide is replaced with one or more of niobium oxide, tantalum oxide and antimony oxide.

【0012】さらに、好ましくは前記酸化ビスマスの一
部を酸化カルシウム、酸化ストロンチウムおよび酸化バ
リウムの一種以上で置換することで、さらに優れた特性
をもつPTCサーミスタ材料が得られる。
Further, preferably by substituting a part of the bismuth oxide with one or more of calcium oxide, strontium oxide and barium oxide, a PTC thermistor material having more excellent properties can be obtained.

【0013】このような範囲の組成物を下記条件で焼成
して得られる焼結体は、実質的にBi2 Ti411の相
を主相とするか、さらに実質的にBi4 Ti3 12
相、実質的にTiO2 の相を前記の酸化ビスマスと酸化
チタンとの含有比率に応じて主相として含んでいる。そ
の際、酸化ビスマスがBi23 換算で20モル%で
は、通常Bi2 Ti411相単独であり、また20モル
%より少ない範囲では、通常Bi2 Ti411相とTi
2 相とを互いに相分離して主相として含有し、酸化ビ
スマスがBi23 換算で20モル%より多い範囲では
Bi2 Ti411相とBi4 Ti3 12相とを互いに相
分離した主相として含有する。このように、Bi2 Ti
411相を含む範囲でPTCR特性が示される。なお、
Bi2 Ti411相は、単斜晶構造をもち、また、Bi
4 Ti3 12相はビスマス層状構造をもち、TiO2
通常ルチル型構造である。なお、このような相は、X線
回折(XRD)により確認することができる。
The sintered body obtained by firing the composition within such a range under the following conditions substantially has a Bi 2 Ti 4 O 11 phase as a main phase, or further substantially has a Bi 4 Ti 3 phase. An O 12 phase, substantially a TiO 2 phase is contained as a main phase depending on the content ratio of bismuth oxide and titanium oxide. At that time, when the bismuth oxide is 20 mol% in terms of Bi 2 O 3 , it is usually the Bi 2 Ti 4 O 11 phase alone, and when it is less than 20 mol%, it is usually the Bi 2 Ti 4 O 11 phase and Ti.
O 2 phase is phase-separated from each other and contained as a main phase, and Bi 2 Ti 4 O 11 phase and Bi 4 Ti 3 O 12 phase are mutually separated in the range where bismuth oxide is more than 20 mol% in terms of Bi 2 O 3. Contains as the main phase separated. In this way, Bi 2 Ti
PTCR characteristics are exhibited in the range including the 4 O 11 phase. In addition,
The Bi 2 Ti 4 O 11 phase has a monoclinic structure, and
The 4 Ti 3 O 12 phase has a bismuth layer structure, and TiO 2 is usually a rutile type structure. Such a phase can be confirmed by X-ray diffraction (XRD).

【0014】さらに、これら互いに分離状態で存在する
各相は、通常0.1〜100μm 程度のグレインサイズ
であって、走査型電子顕微鏡で観察することができる。
Further, each of the phases existing in a separated state from each other has a grain size of usually about 0.1 to 100 μm and can be observed by a scanning electron microscope.

【0015】本発明の組成範囲の焼結体は、示差熱分析
(DTA)曲線上、PTCR特性を示す温度付近に相転
移を示すピークが認められる。すなわち、Bi2 Ti4
11相は250℃近傍で格子定数が変化する相転移を示
す。
In the sintered body having the composition range of the present invention, a peak showing a phase transition is recognized in the vicinity of the temperature showing the PTCR characteristic on the differential thermal analysis (DTA) curve. That is, Bi 2 Ti 4
The O 11 phase exhibits a phase transition in which the lattice constant changes near 250 ° C.

【0016】酸化ビスマスの含有比率は、Bi23
算で0.1モル%以上で40モル%未満であり、好まし
くは0.1〜39.5モル%、より好ましくは2〜39
モル%である。酸化ビスマスが少なすぎるとPTCR特
性が得られない。
The content ratio of bismuth oxide is 0.1 mol% or more and less than 40 mol% in terms of Bi 2 O 3 , preferably 0.1 to 39.5 mol%, more preferably 2 to 39.
Mol%. If the amount of bismuth oxide is too small, PTCR characteristics cannot be obtained.

【0017】なお、Bi23 含有量は、Bi23
[Bi23 +TiO2 (ただし非置換として算出)]
として算出する。
The Bi 2 O 3 content is Bi 2 O 3 /
[Bi 2 O 3 + TiO 2 (calculated as non-substitution)]
Calculate as

【0018】酸化チタンの一部を酸化ニオブ、酸化タン
タルおよび酸化アンチモンの1種〜3種で置換すること
により本発明の酸化物は半導体化し、PTCR特性をも
つ。
By substituting a part of titanium oxide with 1 to 3 of niobium oxide, tantalum oxide and antimony oxide, the oxide of the present invention is made into a semiconductor and has PTCR characteristics.

【0019】置換量は、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸
化アンチモンおよび酸化チタンを、それぞれNb2
5 、Ta25 、Sb25 およびTiO2 に換算した
とき、(Nb25 +Ta25 +Sb25 )/(N
25 +Ta25 +Sb25 +TiO2 )が0.
05〜7.5モル%、好ましくは0.5〜5モル%の範
囲である。このとき比抵抗値が低下し、半導体化し、良
好なPTCR特性を示す。
The substitution amounts of niobium oxide, tantalum oxide, antimony oxide and titanium oxide are Nb 2 O, respectively.
When converted into 5 , Ta 2 O 5 , Sb 2 O 5 and TiO 2 , (Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + Sb 2 O 5 ) / (N
b 2 O 5 + Ta 2 O 5 + Sb 2 O 5 + TiO 2 ) is 0.
It is in the range of 05 to 7.5 mol%, preferably 0.5 to 5 mol%. At this time, the specific resistance value is reduced, the semiconductor is formed, and good PTCR characteristics are exhibited.

【0020】なお、前記酸化ニオブ、酸化タンタルある
いは酸化アンチモンの1種〜3種は、酸化チタンと置換
されている以外に、酸化チタンとは置換されていない別
の化合物として存在していてもよい。
The niobium oxide, tantalum oxide, or antimony oxide may be present as a compound other than titanium oxide, which is not substituted with titanium oxide. .

【0021】置換量が多すぎると室温での比抵抗値が高
くなりすぎるため、実用上不適当であり、一方少なすぎ
ると半導体化せず、PTCR特性を示さなくなる。な
お、これらの2種以上で置換するとき、その置換比率は
任意である。
If the amount of substitution is too large, the specific resistance value at room temperature becomes too high, which is unsuitable for practical use. On the other hand, if the amount is too small, it does not become a semiconductor and does not show PTCR characteristics. When substituting two or more of these, the substitution ratio is arbitrary.

【0022】さらに、前記組成のうち、好ましくは酸化
ビスマスの一部を酸化ストロンチウム、酸化カルシウム
および酸化バリウムの1〜3種で置換すると、PTCR
特性がさらに向上する。これら酸化ストロンチウム、酸
化カルシウム及び酸化バリウムの1種以上の置換量は、
酸化ストロンチウム、酸化カルシウム、酸化バリウムお
よび酸化ビスマスを、それぞれSrO、CaO、BaO
およびBi23 に換算したとき、(SrO+CaO+
BaO)/(SrO+CaO+BaO+Bi23 )が
40モル%以下、好ましくは2〜30モル%である。置
換量が多すぎると後述する比抵抗変化幅が小さくなり、
実用上不適当である。
Further, in the above composition, preferably, when a part of bismuth oxide is replaced with 1 to 3 kinds of strontium oxide, calcium oxide and barium oxide, PTCR is obtained.
The characteristics are further improved. The substitution amount of one or more of these strontium oxide, calcium oxide and barium oxide is
Strontium oxide, calcium oxide, barium oxide and bismuth oxide were added to SrO, CaO and BaO, respectively.
And when converted to Bi 2 O 3 , (SrO + CaO +
BaO) / (SrO + CaO + BaO + Bi 2 O 3) is 40 mol% or less, preferably 2 to 30 mol%. If the amount of substitution is too large, the range of change in specific resistance described below becomes small,
It is inappropriate for practical use.

【0023】なお、このように置換する場合、酸化スト
ロンチウムを必須成分として置換量をSrO換算で0.
5モル%以上とし、前記の1〜3種を用いるとPTCR
特性はより一層好ましい結果を得る。
In the case of such substitution, strontium oxide is used as an essential component and the substitution amount is 0.10 in terms of SrO.
PTCR when 5 mol% or more and 1 to 3 kinds of the above are used
The properties give even more favorable results.

【0024】前記酸化ストロンチウム、酸化カルシウム
および酸化バリウムの1〜3種は、酸化ビスマスと置換
されている以外に、酸化ビスマスとは置換されていない
別の化合物として存在していてもよい。
The strontium oxide, calcium oxide and barium oxide 1 to 3 may be present as a compound other than bismuth oxide and not substituted with bismuth oxide.

【0025】なお、焼結体は実質的に前記各酸化物だけ
から構成される。
The sintered body is substantially composed of each of the above oxides.

【0026】本発明のPTCサーミスタ材料の製造に
は、一般に用いられる固相反応法や、シュウ酸塩等を共
沈させる湿式法や、金属アルコキシドを加水分解するア
ルコキシド法等いずれの方法も用いることができる。
For the production of the PTC thermistor material of the present invention, any of generally used solid-phase reaction method, wet method of coprecipitating oxalate or the like, and alkoxide method of hydrolyzing metal alkoxide can be used. You can

【0027】用いる原料には特に制限はないが、固相法
反応法では、通常各元素それぞれの原料粉末を混合して
用いる。この際、原料粉末は、酸化物あるいは後の焼成
により酸化物となるものである。すなわち通常前記の元
素を含む酸化物を用いればよいが、その他炭酸塩、水酸
化物等を用いることもできる。
The raw materials used are not particularly limited, but in the solid phase reaction method, the raw material powders of the respective elements are usually mixed and used. At this time, the raw material powder is an oxide or an oxide by subsequent firing. That is, normally, an oxide containing the above-mentioned element may be used, but other carbonates, hydroxides and the like may also be used.

【0028】このような原料を用い混合を行なう。混合
方法に特に制限はないが、例えばエタノール、水、ヘキ
サン等と共にボールミル等による湿式混合が好ましい。
Mixing is performed using such raw materials. The mixing method is not particularly limited, but wet mixing with a ball mill or the like together with ethanol, water, hexane or the like is preferable.

【0029】次いで、空気中で600〜900℃程度の
温度で30分〜5時間程度仮焼を行なう。仮焼後、ボー
ルミル等を用い、好ましくは湿式粉砕する。得られた粉
末を乾燥後、500kg/cm2 〜2t/cm2 程度の成形圧に
より成形し、昇温速度を50〜500℃/h程度、降温速
度を50〜500℃/h程度として、900〜1300℃
程度で30分〜10時間程度、還元性雰囲気中で焼成
し、焼結体を得る。
Then, calcination is performed in air at a temperature of about 600 to 900 ° C. for about 30 minutes to 5 hours. After calcination, it is preferably wet-milled using a ball mill or the like. After drying the obtained powder, it is molded under a molding pressure of about 500 kg / cm 2 to 2 t / cm 2 , and the temperature rising rate is about 50 to 500 ° C./h and the temperature lowering rate is about 50 to 500 ° C./h. ~ 1300 ° C
About 30 minutes to 10 hours, the firing is performed in a reducing atmosphere to obtain a sintered body.

【0030】本発明のPTCサーミスタ材料は、例えば
自己制御型発熱体、カラーテレビの消磁素子、モータの
起動素子、過電流制限素子等に利用される。
The PTC thermistor material of the present invention is used for, for example, a self-controlled heating element, a degaussing element for a color television, a starting element for a motor, an overcurrent limiting element and the like.

【0031】[0031]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below by showing specific examples of the present invention.

【0032】原料粉末は平均粒径0.5μm のBi2
3 、TiO2 、Nb25 、Ta25 、Sb25
SrO、CaOおよびBaOを使用した。前記の方法で
混合、仮焼、粉砕、混合後、得られた混合物粉末を約1
0mmφ×5mmの円柱状に成形した。この成形体を105
0℃、4時間、Ar雰囲気中で焼成して焼結体を得た。
The raw material powder is Bi 2 O having an average particle size of 0.5 μm.
3 , TiO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , Sb 2 O 5 ,
SrO, CaO and BaO were used. After mixing, calcining, pulverizing, and mixing by the above-mentioned method, about 1
It was formed into a cylindrical shape of 0 mmφ × 5 mm. This molded body is 105
A sintered body was obtained by firing in an Ar atmosphere at 0 ° C. for 4 hours.

【0033】実施例1 Bi23 とTiO2 とNb25 との組成比を表1に
示すように変化させ、試料1〜9を得た。ついで得られ
た焼結体のPTCR特性は、下記の比抵抗温度特性測定
法により測定し、得られた測定値より下記式を用いて比
抵抗変化幅(Δ)および比抵抗変化率(α)を算出して
評価した。
Example 1 Samples 1 to 9 were obtained by changing the composition ratio of Bi 2 O 3 , TiO 2 and Nb 2 O 5 as shown in Table 1. Then, the PTCR characteristics of the obtained sintered body were measured by the following specific resistance temperature characteristic measuring method, and from the obtained measured values, the specific resistance change width (Δ) and the specific resistance change rate (α) were calculated using the following formulas. Was calculated and evaluated.

【0034】<比抵抗温度特性測定法>焼結体の比抵抗
温度特性は、直流二端子法を用いて測定した。まず、I
n−Ga電極を焼結体表面に塗布してオーミック接合を
得た。さらに昇温による電極の酸化および蒸発を防ぐた
めにステンレス板で試料をはさんだ。測定は、大気中で
焼結体試料を昇温および降温し、試料を流れる電流値の
変化を記録することで行った。昇温速度は5℃/min と
して800℃まで昇温し、降温は炉冷速度とした。測定
装置として定電圧電源/モニタ(アドバンテスト;TR
−6143)を用いて5mV/cm の電界を試料に印加して
電流値を測定し、下記式により比抵抗(ρ)を算出し
た。
<Specific Resistance Temperature Characteristic Measurement Method> The specific resistance temperature characteristic of the sintered body was measured by using the DC two-terminal method. First, I
An n-Ga electrode was applied on the surface of the sintered body to obtain ohmic contact. Furthermore, the sample was sandwiched with a stainless steel plate to prevent oxidation and evaporation of the electrode due to temperature rise. The measurement was performed by raising and lowering the temperature of the sintered body sample in the air and recording the change in the current value flowing through the sample. The temperature rising rate was 5 ° C./min, and the temperature was raised to 800 ° C., and the temperature was lowered by the furnace cooling rate. Constant voltage power supply / monitor (Advantest; TR
-6143), an electric field of 5 mV / cm 2 was applied to the sample, the current value was measured, and the specific resistance (ρ) was calculated by the following formula.

【0035】〔比抵抗(ρ)算出式〕 ρ=(E/I)×(S/h) ただし、 E:印加電圧 I:試料を流れる電流 S:試料の断面積 h:試料の厚さ[Specific Resistance (ρ) Calculation Formula] ρ = (E / I) × (S / h) However, E: Applied voltage I: Current flowing through the sample S: Cross-sectional area of sample h: Thickness of sample

【0036】比抵抗変化幅(Δ)は、下記式により求め
た。
The width of change in specific resistance (Δ) was obtained by the following formula.

【0037】〔比抵抗変化幅(Δ)算出式〕 Δ=log(ρmax /ρmin ) ただし、 ρmax :昇温過程における最大比抵抗 ρmin :昇温過程における最少比抵抗[Calculation formula for specific resistance change width (Δ)] Δ = log (ρ max / ρ min ) where, ρ max : maximum specific resistance in the temperature rising process ρ min : minimum specific resistance in the temperature rising process

【0038】比抵抗変化率(α)は、下記式により求め
た。
The specific resistance change rate (α) was calculated by the following equation.

【0039】〔比抵抗変化率(α)算出式〕 α=ln10{log(ρ2 /ρ1 )/(T2 /T1 )}×100 ただし、 ρ1 :温度T1 における比抵抗 ρ2 :温度T2 における比抵抗[Calculation Formula for Rate of Change in Specific Resistance (α)] α = ln10 {log (ρ 2 / ρ 1 ) / (T 2 / T 1 )} × 100, where ρ 1 : specific resistance ρ 2 at temperature T 1 : Specific resistance at temperature T 2

【0040】前記T1 およびT2 は中間比抵抗(ρM
を示す温度±5℃以内の温度とし、中間比抵抗(ρM
は、下記式により求めた。 logρM =(logρmax +logρmin )/2
T 1 and T 2 are intermediate specific resistance (ρ M )
The temperature is within ± 5 ℃ and the intermediate resistivity (ρ M )
Was calculated by the following formula. log ρ M = (log ρ max + log ρ min ) / 2

【0041】組成比および得られた結果を表1に示す。
なお、表1の組成表示は組成比(モル比)で表示した。
各試料とも組成比の総計は1となるように表示した。な
お、酸化ビスマスを含まない試料1は、PTCR特性が
得られなかった。
The composition ratio and the obtained results are shown in Table 1.
The composition of Table 1 is shown by composition ratio (molar ratio).
The total composition ratio of each sample is shown to be 1. Sample 1 containing no bismuth oxide did not have PTCR characteristics.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】実施例2 Bi23 、TiO2 、Nb25 、Ta25 、Sb
25 、SrO、CaOおよびBaOの組成比を表2に
示すように変化させ、試料11〜17を得た。得られた
焼結体のPTCR特性を実施例1と同様に評価した。結
果を表2に示す。
Example 2 Bi 2 O 3 , TiO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 and Sb
Samples 11 to 17 were obtained by changing the composition ratio of 2 O 5 , SrO, CaO, and BaO as shown in Table 2. The PTCR characteristics of the obtained sintered body were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

【0044】なお、表2の組成表示も表1と同様であ
る。
The compositional representation of Table 2 is the same as that of Table 1.

【0045】[0045]

【表2】 [Table 2]

【0046】表1および表2に示した結果より、本発明
の組成範囲では優れた特性がえられることが明らかであ
る。
From the results shown in Tables 1 and 2, it is clear that excellent characteristics can be obtained in the composition range of the present invention.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明の組成により、広い組成範囲で優
れたPTCR特性をもつPTCサーミスタ材料を得るこ
とができ、製造上、製品歩留り等の向上に寄与すること
ができる。
The composition of the present invention makes it possible to obtain a PTC thermistor material having excellent PTCR characteristics in a wide composition range, and contributes to improvement in product yield in manufacturing.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 酸化ビスマスと酸化チタンとを含む酸化
物であり、Bi2Ti411相単独を主相として含有し、
または、Bi2Ti411相とTiO2 相とを互いに相分
離して主相として含有し、または、Bi2Ti411相と
Bi4Ti312相とを互いに相分離して主相として含有
する半導体化された酸化物であり、前記酸化ビスマスを
Bi23 、前記酸化チタンをTiO2 に換算したと
き、Bi23 /(Bi23 +TiO2 )が0.1モ
ル%以上、40モル%未満であり、前記酸化チタンの一
部が酸化ニオブ、酸化タンタルおよび酸化アンチモンの
一種以上で置換されているPTCサーミスタ材料。
1. An oxide containing bismuth oxide and titanium oxide, which contains Bi 2 Ti 4 O 11 phase alone as a main phase,
Alternatively, a Bi 2 Ti 4 O 11 phase and a TiO 2 phase are separated from each other and contained as a main phase, or a Bi 2 Ti 4 O 11 phase and a Bi 4 Ti 3 O 12 phase are separated from each other. When the bismuth oxide is converted into Bi 2 O 3 and the titanium oxide is converted into TiO 2 , the oxide is a semiconducting oxide contained as a main phase, and Bi 2 O 3 / (Bi 2 O 3 + TiO 2 ) is 0. A PTC thermistor material which is 1 mol% or more and less than 40 mol% and in which a part of the titanium oxide is replaced with one or more of niobium oxide, tantalum oxide and antimony oxide.
【請求項2】 Bi23 /(Bi23 +TiO2
が0.1〜39.5モル%である請求項1のPTCサー
ミスタ材料。
2. Bi 2 O 3 / (Bi 2 O 3 + TiO 2 ).
Is 0.1 to 39.5 mol%, and the PTC thermistor material according to claim 1.
【請求項3】 前記酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ア
ンチモンおよび酸化チタンを、それぞれNb25 、T
25 、Sb25 およびTiO2 に換算したとき、
(Nb25 +Ta25 +Sb25 )/(Nb2
5 +Ta25 +Sb25 +TiO2 )が0.05〜
7.5モル%である請求項1または2のPTCサーミス
タ材料。
3. The niobium oxide, tantalum oxide, antimony oxide and titanium oxide are added to Nb 2 O 5 and T, respectively.
When converted into a 2 O 5 , Sb 2 O 5 and TiO 2 ,
(Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + Sb 2 O 5 ) / (Nb 2 O
5 + Ta 2 O 5 + Sb 2 O 5 + TiO 2 ) is 0.05 to
7. The PTC thermistor material according to claim 1, which is 7.5 mol%.
【請求項4】 前記酸化ビスマスの一部が酸化ストロン
チウム、酸化カルシウムおよび酸化バリウムの一種以上
で置換されている請求項1〜3のいずれかのPTCサー
ミスタ材料。
4. The PTC thermistor material according to claim 1, wherein a part of the bismuth oxide is replaced with one or more of strontium oxide, calcium oxide and barium oxide.
【請求項5】 前記酸化ストロンチウム、酸化カルシウ
ム、酸化バリウムおよび酸化ビスマスを、それぞれSr
O、CaO、BaOおよびBi23 に換算したとき、
(SrO+CaO+BaO)/(SrO+CaO+Ba
O+Bi23 )が40モル%以下である請求項4のP
TCサーミスタ材料。
5. The strontium oxide, calcium oxide, barium oxide and bismuth oxide are added to Sr, respectively.
When converted to O, CaO, BaO and Bi 2 O 3 ,
(SrO + CaO + BaO) / (SrO + CaO + Ba
O + Bi 2 O 3 ) is 40 mol% or less, P of claim 4.
TC thermistor material.
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