JPH05234710A - チタン酸バリウム系半導体磁器の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正の温度係数を示すチタン酸バリウム系半導
体磁器の製造方法に関し、結晶粒子径が大きくなると耐
電圧の低下が、また結晶粒子径が小さくなると抵抗値の
上昇が起こり絶縁体化する傾向があるという課題を解決
し、低抗値の上昇がなく、耐電圧の高いチタン酸バリウ
ム系半導体磁器を得ることが可能な製造方法を提供する
ことを目的とするものである。 【構成】 チタン酸バリウム系半導体磁器の原料粉末に
対して、前記組成物と同組成の原料粉末をあらかじめ本
焼成以下の温度で熱処理したものを５〜４０ｗｔ％添加
した後、本焼成する製造方法により、抵抗値の上昇がな
く、なおかつ耐電圧の高い正の温度係数を示すチタン酸
バリウム系半導体磁器を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は過電流保護用素子や温度
制御用素子などに使用され、特定の温度で抵抗値が急激
に増大するという物性を有したチタン酸バリウム系半導
体磁器の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）に希
土類元素を微量添加すると半導体化し、そのキュリー点
付近の温度で正の抵抗温度係数（Positive Temperature
Coefficient；以下、ＰＴＣ特性という）を示すことは
従来より広く知られており、このＰＴＣ特性を利用し
て、過電流防止素子、温度制御用素子、モータ起動用素
子、ヒータ用素子といったさまざまな用途に応用されて
きている。

【０００３】このようなチタン酸バリウム系半導体磁器
を製造するには、まず炭酸バリウムと酸化チタンからな
る主成分にキュリー点移動元素として鉛やストロンチウ
ム、半導体元素として希土類元素やアンチモン、ニオブ
など、また抵抗温度係数の改良のためマンガン、さらに
焼結助剤としてシリカなどを添加し混合した後、１００
０〜１２００℃程度の温度で仮焼し、再び粉砕した後造
粒、成形して、通常１３００〜１４００℃の温度で本焼
成して、チタン酸バリウム系半導体磁器を得ていたもの
であった。

【０００４】上記従来のチタン酸バリウム系半導体磁器
の製造方法について説明する。炭酸バリウム（ＢａＣＯ
₃）を１．０mol、酸化チタン（ＴｉＯ₂）を１．０１mo
l、イットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を０．００２２mol、二酸化珪
素（ＳｉＯ₂）を０．０２４mol、二酸化マンガン（Ｍｎ
Ｏ₂）を０．０００３molそれぞれ秤量し、ボールミルに
て２０時間湿式混合した後、乾燥した。これに純水を５
ｗｔ％添加して仮成形した後、１１００℃、２時間仮焼
した（以下、これを仮焼粉という）。仮焼した後、再び
ボールミルにて２０時間粉砕し、乾燥した後、５％ポリ
ビニルアルコール（ＰＶＡ）溶液を５ｗｔ％加えて、所
望の大きさに成形した。次にその成形物の本焼成を行っ
た。本焼成は昇降温度３００℃／時間として、焼成温度
１３５０℃で２時間保持した。

【０００５】このようにして得られたチタン酸バリウム
系半導体磁器にＮｉメッキを施した後、Ａｇ電極を焼き
つけて特性を測定し、この試料の結晶粒径、耐電圧およ
び抵抗値を測定した結果を（表１）の試料番号１に示し
た。

【０００６】

【表１】

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の製造方法に
よって得られたチタン酸バリウム系半導体磁器に求めら
れる特性の１つである耐電圧は、同焼結体の結晶粒子径
に依存することが知られており、耐電圧の向上のために
は結晶粒子径をできるだけ小さくし、さらに均一である
ことが要求されるものであった。

【０００８】しかしながら、結晶粒子径があまりにも微
細化すると抵抗値が高くなり絶縁体化する傾向があり、
一般には５μｍ以上の結晶粒子径が必要とされており、
この結晶粒子径の微細化および均一化に関しては、従来
より組成面あるいはプロセス面からさまざまな検討が行
われてきている。

【０００９】また、組成面で粒成長を抑制する効果のあ
る成分を添加し粒成長を抑制する方法を用いたとしても
抵抗値が高くなってしまったり、プロセス面で焼成温度
を抑えて微細化してもＰＴＣ特性が不良となって良好な
ＰＴＣ特性を有するものが得られないなどの課題を有し
たものであった。

【００１０】本発明は上記従来の課題を解決し十分な耐
電圧をもちなおかつ満足なＰＴＣ特性を有するチタン酸
バリウム系半導体磁器を得る製造方法を提供することを
目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のチタン酸バリウム系半導体磁器の製造方法で
は、チタン酸バリウム系半導体磁器の秤量された原料
に、上記組成物と同組成に秤量された原料をあらかじめ
本焼成温度以下である１０００〜１３００℃の温度で熱
処理し粉砕したものを５〜４０ｗｔ％添加、混合した後
に再び粉砕し造粒、成形して本焼成する製造方法とした
ものである。

【００１２】

【作用】この製造方法により、所望するチタン酸バリウ
ム系半導体磁器と同組成の原料粉体を１０００〜１３０
０℃程度の温度であらかじめ熱処理する過程で一旦結晶
化がおこり、本焼成における焼結化および粒成長化にお
ける核となるような粒子を形成させることができ、この
核となる粒子が結晶粒の成長を抑制することで異常粒成
長のない均一微細な結晶粒子径を有する焼結体を得るこ
とができ、十分なＰＴＣ特性をもち、さらに耐電圧の向
上が達成できるチタン酸バリウム系半導体磁器を得るこ
とができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例によるチタン酸バリ
ウム系半導体磁器の製造方法について以下に説明する。

【００１４】なお、本実施例による配合組成は上記従来
例と同様であり、この秤量された組成に、さらに従来例
で説明したところの仮焼粉を５〜４０ｗｔ％の範囲で添
加した。また、これ以降の試料作製工程は従来例と全く
同様である。

【００１５】このようにして作製した試料の結晶粒子
径、耐電圧および抵抗値を測定した結果を（表１）の試
料番号４〜９に示す。

【００１６】次に、上記実施例における仮焼粉の添加量
を１，３，４５，５０ｗｔ％とした場合の試料を上記実
施例と同様の製造方法で作製してその特性を測定し、こ
の試料の結晶粒子径、耐電圧および抵抗値を測定した結
果を（表１）の試料番号２，３，１０，１１にそれぞれ
示した。

【００１７】なお、上記熱処理の温度は１０００〜１３
００℃が最適条件であり、１０００℃以下では結晶化が
うまく進まず、逆に１３００℃以上になると焼結化が進
行するためにその後の粉砕の工程が非常に困難となる。
また、あらかじめ熱処理した粉体を添加する際の添加量
は５〜４０ｗｔ％が特性の向上のために望ましいことが
（表１）から推察される。その理由としては、添加量が
５ｗｔ％以下であると結晶粒の成長が抑制されず抵抗値
は低いものの耐電圧の向上が認められない。また、４０
ｗｔ％以上になると逆に耐電圧は向上するものの、抵抗
値が高くなりすぎ、焼結体の結晶粒子が明確な粒子形態
を示さなくなるからである。

【００１８】このように仮焼粉が５〜４０ｗｔ％の範囲
では抵抗値の上昇がなく、耐電圧の高い素子を得ること
ができる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明のチタン酸バリウ
ム系半導体磁器の製造方法によれば、所望するチタン酸
バリウム系半導体磁器の原料粉末と同組成の粉体をあら
かじめ本焼成温度以下の温度で熱処理したものを５〜４
０ｗｔ％添加した後、本焼成するという容易な製造方法
により従来の製造方法によって得られるチタン酸バリウ
ム系半導体磁器に比べて抵抗値には影響を与えずに耐電
圧を大きく向上させることができる。従って、より軽薄
化および高電圧化への応用が可能となるものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チタン酸バリウム系半導体磁器の秤量され
   た原料に、この組成物と同組成に秤量された原料をあら
   かじめ本焼成以下の温度である１０００〜１３００℃で
   熱処理し粉砕したものを５〜４０ｗｔ％添加、混合した
   後、再び粉砕し造粒、成形して本焼成することを特徴と
   するチタン酸バリウム系半導体磁器の製造方法。