JPH04317481A - ＡｌＮセラミックヒータ用発熱体及びその形成方法 - Google Patents
ＡｌＮセラミックヒータ用発熱体及びその形成方法Info
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- JPH04317481A JPH04317481A JP7884491A JP7884491A JPH04317481A JP H04317481 A JPH04317481 A JP H04317481A JP 7884491 A JP7884491 A JP 7884491A JP 7884491 A JP7884491 A JP 7884491A JP H04317481 A JPH04317481 A JP H04317481A
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Landscapes
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- Powder Metallurgy (AREA)
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。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＡｌＮセラミックヒー
タ用発熱体及びその形成方法に関する。
タ用発熱体及びその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックス基体上に発熱を目的とする
金属層を形成したセラミックヒータは、家庭電化製品、
各種製造装置などに広く使用され始めている。このよう
なセラミックヒータのセラミックス基体として従来一般
にアルミナが使用されているが、熱伝導性、耐熱衝撃性
に問題がある。一方、高熱伝導性セラミックスであるＡ
ｌＮは熱応答性、均熱性、耐熱衝撃性という点で優れて
おり、ヒータ材として有望視されている。
金属層を形成したセラミックヒータは、家庭電化製品、
各種製造装置などに広く使用され始めている。このよう
なセラミックヒータのセラミックス基体として従来一般
にアルミナが使用されているが、熱伝導性、耐熱衝撃性
に問題がある。一方、高熱伝導性セラミックスであるＡ
ｌＮは熱応答性、均熱性、耐熱衝撃性という点で優れて
おり、ヒータ材として有望視されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】セラミックス基体上に
発熱を目的とする金属層（以下発熱体と呼ぶ）を形成す
る方法は、厚膜ペースト（有機バインダ中に貴金属粉末
及びガラスフリットを含むペースト）を基板にスクリー
ン印刷した後、焼成することにより発熱体を形成する厚
膜印刷法が一般的である。しかしながら、従来のアルミ
基板用ペーストをＡｌＮ基板に使用した場合、（１）ガ
ラスとＡｌＮ基板の熱膨張率のミスマッチ（２）ＡｌＮ
基板へのガラスの濡れ性の不良（３）ガラスとＡｌＮ基
板の反応によりガスが発生し、膨れが生じる という問題のために接合性が著しく低下するため、Ａｌ
Ｎ専用の厚膜ペーストを開発する必要がある。また、厚
膜法により形成された発熱体はガラス成分により基板と
接合するので、７００〜１０００℃の温度範囲で動作さ
せる場合、ガラス成分の溶融による発熱体の特性変化、
密着強度の低下等が問題となる。
発熱を目的とする金属層（以下発熱体と呼ぶ）を形成す
る方法は、厚膜ペースト（有機バインダ中に貴金属粉末
及びガラスフリットを含むペースト）を基板にスクリー
ン印刷した後、焼成することにより発熱体を形成する厚
膜印刷法が一般的である。しかしながら、従来のアルミ
基板用ペーストをＡｌＮ基板に使用した場合、（１）ガ
ラスとＡｌＮ基板の熱膨張率のミスマッチ（２）ＡｌＮ
基板へのガラスの濡れ性の不良（３）ガラスとＡｌＮ基
板の反応によりガスが発生し、膨れが生じる という問題のために接合性が著しく低下するため、Ａｌ
Ｎ専用の厚膜ペーストを開発する必要がある。また、厚
膜法により形成された発熱体はガラス成分により基板と
接合するので、７００〜１０００℃の温度範囲で動作さ
せる場合、ガラス成分の溶融による発熱体の特性変化、
密着強度の低下等が問題となる。
【０００４】本発明者は、ＡｌＮセラミックヒータにお
いて、ガラス成分の代わりに活性金属を含有する発熱体
をＡｌＮセラミックス基体表面に形成した場合、７００
〜１０００℃の温度範囲で動作させても、発熱体の特性
変化、密着強度の低下等の上記の問題が発生しないこと
を発見した。本発明の目的は、７００〜１０００℃の温
度範囲で動作させても、問題のない発熱体を形成する方
法を提供することにある。
いて、ガラス成分の代わりに活性金属を含有する発熱体
をＡｌＮセラミックス基体表面に形成した場合、７００
〜１０００℃の温度範囲で動作させても、発熱体の特性
変化、密着強度の低下等の上記の問題が発生しないこと
を発見した。本発明の目的は、７００〜１０００℃の温
度範囲で動作させても、問題のない発熱体を形成する方
法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、活性金属を含
有する貴金属から成るＡｌＮセラミックヒータ用発熱体
である。このような発熱体は、ＡｌＮセラミックス基体
上に形成する貴金属抵抗体に、活性金属、その酸窒化物
、窒化物、及び水素化物から選ばれた１種以上を含有さ
せて焼成することによって形成することができる。
有する貴金属から成るＡｌＮセラミックヒータ用発熱体
である。このような発熱体は、ＡｌＮセラミックス基体
上に形成する貴金属抵抗体に、活性金属、その酸窒化物
、窒化物、及び水素化物から選ばれた１種以上を含有さ
せて焼成することによって形成することができる。
【０００６】
【作用】本発明の具体的構成を作用と共に説明する。発
熱体の主成分としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ
、Ｉｒ、Ａｇ、Ａｕ、これらの合金または混合物である
Ｐｔ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｒｈ、Ａ
ｕ−Ｒｈ、Ｒｕ−Ｐｄ、Ｏｓ−Ｐｄ、Ｉｒ−Ｐｄ、Ｐｔ
−Ｐｄ−Ａｇ、Ａｕ−Ｐｄ−Ａｇ、Ｐｔ−Ｒｈ−Ｐｄ等
がある。
熱体の主成分としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ
、Ｉｒ、Ａｇ、Ａｕ、これらの合金または混合物である
Ｐｔ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｒｈ、Ａ
ｕ−Ｒｈ、Ｒｕ−Ｐｄ、Ｏｓ−Ｐｄ、Ｉｒ−Ｐｄ、Ｐｔ
−Ｐｄ−Ａｇ、Ａｕ−Ｐｄ−Ａｇ、Ｐｔ−Ｒｈ−Ｐｄ等
がある。
【０００７】発熱体に含有させる活性金属としてはＴｉ
、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ａｌ及びその合金等が
ある。発熱体に含有させる活性金属は１種類である必要
はなく複数でもかまわない。活性金属の含有量が、０．
１重量％以下の場合は、接合層を形成するための活性金
属の絶対量の足りないためにＡｌＮ基体との十分な密着
性が得られず、３０重量％以上の場合は、抵抗体におけ
る活性金属の含有率が大きすぎるためにＴＣＲなどの特
性が悪化する。したがって、活性金属の含有量は０．１
〜３０重量％が好ましく、０．５〜１５重量％がより好
ましい。
、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ａｌ及びその合金等が
ある。発熱体に含有させる活性金属は１種類である必要
はなく複数でもかまわない。活性金属の含有量が、０．
１重量％以下の場合は、接合層を形成するための活性金
属の絶対量の足りないためにＡｌＮ基体との十分な密着
性が得られず、３０重量％以上の場合は、抵抗体におけ
る活性金属の含有率が大きすぎるためにＴＣＲなどの特
性が悪化する。したがって、活性金属の含有量は０．１
〜３０重量％が好ましく、０．５〜１５重量％がより好
ましい。
【０００８】焼成温度は、発熱体の材料により異なるの
で一概にはいえないが、７００〜１２００℃がよく、９
００〜１１００℃がより好ましい。保持時間は１分〜１
２時間が好ましく、１０分〜５時間がより好ましい。昇
温中に活性金属が酸化する恐れがあるので、焼成は、１
×１０−３Ｔｏｒｒ以下の真空中、またはＮ２ 、Ａｒ
、Ｈ２ 等の非酸化雰囲気で行うことが望ましい。
で一概にはいえないが、７００〜１２００℃がよく、９
００〜１１００℃がより好ましい。保持時間は１分〜１
２時間が好ましく、１０分〜５時間がより好ましい。昇
温中に活性金属が酸化する恐れがあるので、焼成は、１
×１０−３Ｔｏｒｒ以下の真空中、またはＮ２ 、Ａｒ
、Ｈ２ 等の非酸化雰囲気で行うことが望ましい。
【０００９】詳細な機構は不明であるが、貴金属に活性
金属を含有させた発熱体は活性金属、Ａｌ、Ｎ、Ｏから
なる接合層を介してＡｌＮ基体と強力に接合していると
考えられる。さらに、発熱体自体もガラス成分を含まな
いため、発熱体を７００〜１０００℃の温度範囲で動作
させても、厚膜法における接合層が融解したり、融解し
たガラスとＡｌＮが反応する等の問題は発生しない。
金属を含有させた発熱体は活性金属、Ａｌ、Ｎ、Ｏから
なる接合層を介してＡｌＮ基体と強力に接合していると
考えられる。さらに、発熱体自体もガラス成分を含まな
いため、発熱体を７００〜１０００℃の温度範囲で動作
させても、厚膜法における接合層が融解したり、融解し
たガラスとＡｌＮが反応する等の問題は発生しない。
【００１０】
【発明の効果】ＡｌＮ基体上の発熱体に活性金属を含有
させることにより、７００〜１０００℃の温度範囲で動
作させても、発熱体の特性変化、密着強度の低下等の問
題が発生しなくなった。
させることにより、７００〜１０００℃の温度範囲で動
作させても、発熱体の特性変化、密着強度の低下等の問
題が発生しなくなった。
【００１１】
実施例１
導電成分として、平均粒径１．０μｍのＰｔ粉末２５重
量部、平均粒径２．０μｍのＰｄ粉末７０重量部、平均
粒径１．０μｍのＴｉＨ２ 粉末５重量部からなる混合
粉末を用い、有機バインダとしてエチルセルロースを用
い、溶剤としてテルピネオールを用い、導電成分含有量
が８０重量％となるように３本ロールミルで混練し、抵
抗体ペーストを得た。この抵抗体ペーストをＡｌＮ基板
上にスクリーン印刷後、１５０℃で１０分間乾燥した。 その後、１×１０−３Ｔｏｒｒ以下の真空中で１０００
℃で１５分焼成し、発熱体を形成した。
量部、平均粒径２．０μｍのＰｄ粉末７０重量部、平均
粒径１．０μｍのＴｉＨ２ 粉末５重量部からなる混合
粉末を用い、有機バインダとしてエチルセルロースを用
い、溶剤としてテルピネオールを用い、導電成分含有量
が８０重量％となるように３本ロールミルで混練し、抵
抗体ペーストを得た。この抵抗体ペーストをＡｌＮ基板
上にスクリーン印刷後、１５０℃で１０分間乾燥した。 その後、１×１０−３Ｔｏｒｒ以下の真空中で１０００
℃で１５分焼成し、発熱体を形成した。
【００１２】上記発熱体に絶縁ガラス層を形成し、電極
を形成し、リード線を取り付けた。ヒータ素子完成後、
５〜８個の試料について、１時間通電後３０分間通電停
止というサイクルで耐久試験を５００時間行った。通電
時の温度制御は試料上の測定点の温度が設定温度に達し
たときに電源がＯＮ・ＯＦＦする方式を用いた。電源と
しては、定電力電源を用いた。表１に各設定温度での耐
久試験後のヒータ素子の抵抗値の変化率を示す。 比較例１ 導電成分として、平均粒径１．０μｍのＰｔ粉末２５重
量部、平均粒径２．０μｍのＰｄ粉末７５重量部からな
る混合粉末を用い、有機バインダとしてエチルセルロー
スを用い、溶剤としてテルピネオールを用い、導電成分
含有量が８０重量％となるように３本ロールミルで混練
し、抵抗体ペーストを得た。このペーストをＡｌＮ基板
上にスクリーン印刷後、１５０℃で１０分間乾燥した。 その後、空気中で９５０℃で１０分焼成し、発熱体を形
成し、実施例と同一条件で耐久試験を行い抵抗値の変化
率を比較した。その結果を表２に示す。明らかに、活性
金属を含有した発熱体の方が抵抗値の変化が小さい。 実施例２ 導電成分として、平均粒径２．０μｍのＡｕ粉末２０重
量部、平均粒径１．０μｍのＰｄ粉末６５重量部、平均
粒径２．５μｍのＲｕ粉末５重量部、平均粒径１．０μ
ｍのＮｂＮ粉末４重量部、平均粒径１．０μｍのＺｒＨ
粉末１重量部からなる混合粉末を用い、有機バインダと
して、エチルセルロース、溶剤として、テルピネオール
を用い、導電成分含有量が７０重量％となるように３本
ロールミルで混練し、抵抗体ペーストを得た。このペー
ストをＡｌＮ基板上にスクリーン印刷後、１５０℃で１
０分間乾燥した。その後、Ａｒ雰囲気中で１１００℃で
１０分焼成し、発熱体を形成した。
を形成し、リード線を取り付けた。ヒータ素子完成後、
５〜８個の試料について、１時間通電後３０分間通電停
止というサイクルで耐久試験を５００時間行った。通電
時の温度制御は試料上の測定点の温度が設定温度に達し
たときに電源がＯＮ・ＯＦＦする方式を用いた。電源と
しては、定電力電源を用いた。表１に各設定温度での耐
久試験後のヒータ素子の抵抗値の変化率を示す。 比較例１ 導電成分として、平均粒径１．０μｍのＰｔ粉末２５重
量部、平均粒径２．０μｍのＰｄ粉末７５重量部からな
る混合粉末を用い、有機バインダとしてエチルセルロー
スを用い、溶剤としてテルピネオールを用い、導電成分
含有量が８０重量％となるように３本ロールミルで混練
し、抵抗体ペーストを得た。このペーストをＡｌＮ基板
上にスクリーン印刷後、１５０℃で１０分間乾燥した。 その後、空気中で９５０℃で１０分焼成し、発熱体を形
成し、実施例と同一条件で耐久試験を行い抵抗値の変化
率を比較した。その結果を表２に示す。明らかに、活性
金属を含有した発熱体の方が抵抗値の変化が小さい。 実施例２ 導電成分として、平均粒径２．０μｍのＡｕ粉末２０重
量部、平均粒径１．０μｍのＰｄ粉末６５重量部、平均
粒径２．５μｍのＲｕ粉末５重量部、平均粒径１．０μ
ｍのＮｂＮ粉末４重量部、平均粒径１．０μｍのＺｒＨ
粉末１重量部からなる混合粉末を用い、有機バインダと
して、エチルセルロース、溶剤として、テルピネオール
を用い、導電成分含有量が７０重量％となるように３本
ロールミルで混練し、抵抗体ペーストを得た。このペー
ストをＡｌＮ基板上にスクリーン印刷後、１５０℃で１
０分間乾燥した。その後、Ａｒ雰囲気中で１１００℃で
１０分焼成し、発熱体を形成した。
【００１３】上記発熱体に絶縁ガラス層を形成し、電極
を形成し、リード線を取り付けた。ヒータ素子完成後、
５〜８個の試料について、１時間通電後３０分間通電停
止というサイクルで耐久試験を８００時間行った。通電
時の温度制御は試料上の測定点の温度が設定温度に達し
たときに電源がＯＮ・ＯＦＦする方式を用いた。電源と
しては、定電力電源を用いた。表３に各設定温度で耐久
試験後のヒータ素子の抵抗値の変化率を示す。 比較例２ 導電成分として、平均粒径２．０μｍのＡｕ粉末２０重
量部、平均粒径１．０μｍのＰｄ粉末７５重量部、平均
粒径２．５μｍのＲｕ粉末５重量部からなる混合粉末を
用い、有機バインダとして、エチルセルロール、溶剤と
して、テルピネオールを用い、導電成分含有量が７０重
量％となるように３本ロールミルで混練し、抵抗体ペー
ストを得た。このペーストをＡｌＮ基板上にスクリーン
印刷後、１５０℃で１０分間乾燥した。その後、空気中
で９８０℃で１０分焼成し、発熱体を形成し、実施例と
同一条件で耐久試験を行い抵抗値の変化率を比較した。 その結果を表４に示す。明らかに、活性金属を含有した
発熱体の方が抵抗値の変化が少ない。
を形成し、リード線を取り付けた。ヒータ素子完成後、
５〜８個の試料について、１時間通電後３０分間通電停
止というサイクルで耐久試験を８００時間行った。通電
時の温度制御は試料上の測定点の温度が設定温度に達し
たときに電源がＯＮ・ＯＦＦする方式を用いた。電源と
しては、定電力電源を用いた。表３に各設定温度で耐久
試験後のヒータ素子の抵抗値の変化率を示す。 比較例２ 導電成分として、平均粒径２．０μｍのＡｕ粉末２０重
量部、平均粒径１．０μｍのＰｄ粉末７５重量部、平均
粒径２．５μｍのＲｕ粉末５重量部からなる混合粉末を
用い、有機バインダとして、エチルセルロール、溶剤と
して、テルピネオールを用い、導電成分含有量が７０重
量％となるように３本ロールミルで混練し、抵抗体ペー
ストを得た。このペーストをＡｌＮ基板上にスクリーン
印刷後、１５０℃で１０分間乾燥した。その後、空気中
で９８０℃で１０分焼成し、発熱体を形成し、実施例と
同一条件で耐久試験を行い抵抗値の変化率を比較した。 その結果を表４に示す。明らかに、活性金属を含有した
発熱体の方が抵抗値の変化が少ない。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】
【表４】
Claims (2)
- 【請求項１】活性金属を含有する貴金属から成るＡｌＮ
セラミックヒータ用発熱体。 - 【請求項２】ＡｌＮセラミックス基体上に形成する貴金
属抵抗体に、活性金属、その酸窒化物、窒化物、及び水
素化物から選ばれた１種以上を含有させて焼成すること
を特徴とするＡｌＮセラミックヒータ用発熱体の形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7884491A JPH04317481A (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | ＡｌＮセラミックヒータ用発熱体及びその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7884491A JPH04317481A (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | ＡｌＮセラミックヒータ用発熱体及びその形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04317481A true JPH04317481A (ja) | 1992-11-09 |
Family
ID=13673138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7884491A Withdrawn JPH04317481A (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | ＡｌＮセラミックヒータ用発熱体及びその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04317481A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000045621A1 (fr) * | 1999-01-29 | 2000-08-03 | Mitsubishi Pencil Co., Ltd. | Unite de chauffage a base de carbone et procede d'elaboration |
-
1991
- 1991-04-11 JP JP7884491A patent/JPH04317481A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
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