JPH03152893A - セラミックヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般家庭用、産業機器用、及び自動車用等に
広汎に利用できる耐熱衝撃性および高温強度に優れたセ
ラミックヒータに関するものである。

従来の技術 従来、ディーゼルエンジンの余熱プラグ、暖房機の燃料
着火用などに用いられているヒータは、耐熱金属製シー
ズ中に発熱コイル及びその周囲にＭｇＯなどの耐熱絶縁
粉末を充填した、いわゆるシーズヒータである。

しかし、このようなシーズヒータでは予熱開始からシー
ズ表面温度が始動可能な温度に達するまでに５秒以上か
かり、急速加熱性に欠ける。また、加熱速度を早めるた
めに電流値を増加すると、発熱コイルの溶断あるいは、
高熱によるシーズの破損等が生じ易くなり、耐久性が著
しく低下する。このため、急速始動性を有し、高温耐久
性に優れたヒータの開発が待ち望まれていた。

従来、セラミックスを用いたヒータとしては、窒化珪素
やアルミナの焼結体中にタングステン。

モリブデンなとを用いた金属線状発熱抵抗体を埋設した
ものがある。

発明が解決しようとする課題 このような従来のセラミックヒータは、熱膨張係数が大
きく異なる金属とセラミックを組み合わせているため、
焼成条件が狭く、かつヒータとして用いる場合でも急速
加熱による熱衝撃や長時間の昇降温を反復使用した時に
抵抗体金属とセラミックが反応して脆弱相を生じ、抵抗
値が増大したり、亀裂部の熱応力疲労による断線を生ず
る等の欠点があった。

本発明は従来のシーズヒータあるいはセラミックヒータ
の加熱特性、高温耐久性を改善し、急速加熱性及び高温
耐久性に優れたセラミックヒータを提供することを目的
とするものである。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発明は、急速加熱性を実現
するには、ヒータの抵抗値を小さくして瞬間的に大電流
を通電させればよく、高温耐久性を得るにはヒータ材料
を高融点でしかも耐酸化性の優れたものにすれば良い。

また、ヒータの発熱時における電流の暴走による断線を
防ぐため、かつ、その温度抵抗係数を利用してヒータ表
面の温度を一定に電流制御するために、ヒータは正の抵
抗温度計数（Ｔ　ＣＲ）を持つことが好ましい。

本発明は焼結助材を含有するサイアロン焼結体中に、導
電性を有するＭｏＳｉ。およびＷＳｉ２の１種もしくは
２種の金属珪化物粉末を分散させた複合セラミックが室
温時の比抵抗５Ω・Ｃ以下で、正のＴＣＲを有し、発熱
温度領域で優れた耐久性があることを見出した。すなわ
ち本発明は、Ｙ２Ｏ３１〜１０ｗｔ％、サイアロン２０
〜６０ｗｔ％。

ＭｏＳｉ２およびＷＳｉ２の１種もしくは２種の金属珪
化物３０〜７９ｗｔ％を添加し、混合、成形した後加圧
焼結しセラミックヒータとするものである。

作用 本発明において、１〜１０ｗｔ％のＹ　２０３を加える
のは磁器のち密化を促進するためであり、Ｙ２Ｏ３が１
ｗｔ％以内では焼結せず、Ｙ２Ｏ３が１０ｗｔ％を越え
ると高温強度が大きく低下するからである。サイアロン
の添加量を２０〜６０ｗｔ％とするのは、２０ｗｔ％以
内では高温強度が著しく低下し、５　Ｑ　ｗ　ｔ％を越
えると抵抗値が大きくなり過ぎ発熱抵抗体としては使用
できなくなるからである。ここでサイアロンは、β−サ
イアロ ンであることが好ましい。即ち、一般式５ｉ６−２Ａ　
ｆ　ｚｏｚＮｓ−ｚ　（０＜　Ｚ≦４．２）で表わされ
るものがそれであり、これはβ−サイアロンがα−サイ
アロンより耐熱性高温強度が高いためである。また、サ
イアロンとして一般弐Ｍｘ　（ｓ　ｉ、　Ａｊ’）　＋
２（０，Ｎ）＋６（但し０＜ｘ≦２．Ｍ：　Ｌ　ｉ、Ｃ
ａ。

Ｍｇ、Ｙ、Ｌａ）で表わされるα−サイアロンを用いて
も、調整可能である。導電性付与金属化合物として、Ｍ
ｏＳｉ２およびＷＳｉ２の１種もしくは２種の金属珪化
物を選んだのは、それらが高温において、熱力学的に安
定で高温における強度。

耐酸化性が優れていると同時に、サイアロンとのなじみ
がよく複合系としたときに良好な焼結性を示すからであ
る。金属珪化物の添加量を３０〜７９ｗｔ％とするのは
、３０ｗｔ％以下では抵抗値が大きくなりすぎ発熱抵抗
体としては使用できなくなり、また、７９ｗｔ％以上で
は複合セラミックの強度が大きく低下するからである。

実施例 以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１） Ｍ　ｏ　Ｓ　ｉ　２粉末（平均粒径２μｍ）、ＷＳｉ２
粉末（平均粒径２μｍ）に対し、β−サイアロン粉末（
平均粒径０．５μｍ、Ｚ＝２）、　α−サイアロン粉末
（平均粒径０．５　μｍ　：　Ｙｏ、５Ｓ　１９７５Ａ
　１２□５００．７５Ｎ＋５．２５）　Ｙ２Ｏ３（平均
粒径１．０μｍ）を第１表に示した組成に配合の後、出
発原料に対し５０ｗｔ％の有機溶剤を加えてアルミナポ
ット中で混合、攪拌し、ついでセラミックグリーンシー
トを得るための可塑剤としてジブチルフタレート、結合
剤としてポリビニールブチラール（分子量４５０００〜
５５０００）を添加して、さらに混練を行い３Ｘ１０’
〜１０Ｘ１０’ｐｏ　ｉ　ｓ　ｅのスラリーを調整し、
ドクターブレード法にて厚み０．２＋ｏｎ＋のグリーン
シートを作成した。このグリーンシートを所定枚数加圧
積層した後、切断し、１０Ｘ５０Ｘ２（＋ｎｍ）とした
。ついで、ホットプレス（温度１８００℃、圧力５００
ｋｇ／ｃａｒ）により焼成して焼結体を得、これらの試
料の相対密度、室温及び１０００℃における３点曲げ強
度。

耐酸化性、耐熱衝撃性、比抵抗を焼成条件と共に第１表
にまとめた。

（以　　下　　余　　白） （１）　　比抵抗は４端子法で測定した値を示す。

（２）耐酸化性は空気中１２００℃、２４時間処理後の
酸化の程度を示す。

（３）　　耐熱衝撃性は次のようにして測定した。即ち
、試験温度に保持した電気炉中に試料を１０分間入れ、
ただちに水中に投下して急冷し、試料のクラック発生の
有無を赤色探傷剤を用いて調べ、試料にクラックが生じ
ていない場合には、電気炉の温度を５０℃上昇させ上記
の実験を同一試料にて繰り返していく。なお、上記の実
験は３００℃より始めた。

（実施例２） 実施例１と同様の方法により作成したサイアロン−金属
珪化物複合焼結体を１０　ｘ　５０　Ｘ　１　（ｎ＋ｍ
）の板状試験片に切り出して第１図のヒータ１を製作し
た。ヒータ１の両端部にはマスク蒸着により０．１μｍ
Ｔｉ−１，０μｍＭｏ−１，０μｍＣｕの電極が形成さ
れ、還元雰囲気中８００℃でアニールした後１μｍのＮ
ｉメツキを施し、リード線接続用端子とした。第２図は
、このヒータ１を直流電源回路に接続し、１２Ｖの電圧
を加えて通電した場合の昇温結果を示したものである。

横軸は通電時間、縦軸はヒータの中央部での表面温度で
ある。本発明によるセラミックヒータでは、９００℃ま
で約３秒前後での急速加熱が可能であり、従来のシーズ
ヒータよりはるかに優れている。また、ヒータ温度は１
０００℃〜１１００℃で一定になっており、正のＴＣＲ
を有することがわかる。

また、このヒータを空気中で連続通電した場合のヒータ
中央部での温度変化を第３図に示した。

通電初期より５００時間以内であれば温度変化はなく、
１０００時間通電後であっても温度変化は２０℃以内で
あり、十分な高温耐久性のあることが確認できた。

発明の効果 本発明によるサイアロン−金属珪化物複合焼結体は低抵
抗率のため速熱性に優れ、かつＴＣＲが正であるため、
電流暴走による断線がなく、さらに高温での強度と耐酸
化性が優れているため、急１ ２ 速な昇温速度及び高温耐久性が要求される直熱方式のヒ
ータ、すなわちディーゼルエンジンの余熱プラグや暖房
機の燃料着火用ヒータなとに最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるセラミ、ツクヒータの
外観図、第２図は試料３，８，１５．１８を用いたヒー
タに通電した場合の昇温特性を示す図、第３図は第２図
と同じヒータで連続通電した場合の高温耐久性を示す図
である。 １・・・・・・ヒータ、２・・・・・・電極。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｙ＿２Ｏ＿３１〜１０ｗｔ％，サイアロン２０〜
   ６０ｗｔ％，金属珪化物３０〜７９ｗｔ％よりなるサイ
   アロンと金属珪化物の複合セラミック焼結体よりなり、
   粒界相と金属珪化物相とサイアロン相とからなる複合組
   織を有することを特徴とするセラミックヒータ。
2. （２）金属珪化物がＭＯＳｉ＿２およびＷＳｉ＿２の１
   種もしくは２種より成る請求項１記載のセラミックヒー
   タ。
3. （３）粒界相がＹ，Ｓｉ，Ｏ，Ｎ，Ａｌを含む非晶質相
   である請求項１記載のセラミックヒータ。
4. （４）室温時の比抵抗が５Ω・ｃｍ以下で、かつ抵抗温
   度係数が正である請求項１，２または３記載のセラミッ
   クヒータ。