JPH0547455A - セラミツク製ヒーター - Google Patents

セラミツク製ヒーター

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JPH0547455A
JPH0547455A JP20790091A JP20790091A JPH0547455A JP H0547455 A JPH0547455 A JP H0547455A JP 20790091 A JP20790091 A JP 20790091A JP 20790091 A JP20790091 A JP 20790091A JP H0547455 A JPH0547455 A JP H0547455A
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Hisashi Kinugasa
比佐志 衣笠
Hideto Hashiguchi
英人 橋口
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気抵抗の温度依存性を、500°C以下の
低温域のみならず、500°Cを越える高温域までの広
範囲で解消し、制御系の簡素化等を図るとともに、汎用
性を拡大する。 【構成】 多孔質炭化けい素焼結体に、それの温度抵抗
特性を一定にする所定量のニッケル化合物、および第2
成分としてTi,Cr,Mn,Fe,Coから選ばれた
遷移金属化合物を含有させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、暖房、乾燥、調理等
の比較的低温域での加熱用電源として利用されるヒータ
ーで、特に、物理的、化学的に優れているだけでなく、
耐熱性、強度、経済性などヒーターとして具備すべき諸
条件においても、金属製材料よりも優れた炭化けい素
(SiC)を発熱体材料として使用するセラミック製ヒ
ーターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】SiC単体を発熱体材料とするセラミッ
ク製ヒーターの使用される温度範囲は約900〜160
0°Cであり、従来のこの種のセラミック製ヒーター
は、一般工業用加熱の熱源として多く使用されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】SiC発熱体は、ニク
ロム線等の主として低温域での発熱体材料として古くか
ら使用されてきた金属材料に比較して、既述のように、
ヒーターとしての諸条件において優れているにも拘わら
ず、一般工業用加熱の熱源などの比較的狭い温度範囲で
の用途に制約されていた。その主たる原因は、SiC発
熱体の電気的特性、つまり、温度抵抗特性にある。即
ち、SiC発熱体の電気抵抗は温度依存性が強い。図6
はSiC発熱体の温度抵抗特性図を示し、同図から明ら
かなように、400°C付近を境にして、それ以下の低
温域では負特性、それ以上の高温域では正特性を持って
いる。従って、暖房、乾燥、調理などのように、比較
的、低温域で使用される場合は、温度の上昇に伴い電気
抵抗が急激に小さくなるために、発熱量をほぼ一定に保
持するためには、電圧や電流の制御系が必要となり、ヒ
ーター全体としてのコストアップの原因となっている。
【0004】この点に着目して、本出願人は、多孔質S
iC焼結体に、それの温度抵抗をほぼ一定にする所定量
のニッケル化合物を含有させて、温度抵抗特性の負特性
を消失させるようにしたものを既に提案している。しか
し、このニッケル化合物を添加しただけでは、500°
C以上での特性が負性抵抗となり、高温域での使用につ
いて改善の余地が残されていた。
【0005】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、電気抵抗の温度依存性を解消して、暖房等の低温域
での使用に際しても、電圧や電流の制御系を不要にで
き、かつ急速昇温を可能にし、しかも高温域での温度抵
抗特性にも優れたセラミック製ヒーターを提供すること
を目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係るセラミック製ヒーターは、多孔質S
iC焼結体に、それの温度抵抗特性をほぼ一定にする所
定量のニッケル(Ni)化合物、および第2成分として
Ti,Cr,Mn,Fe,Coから選ばれた遷移金属化
合物を含有させたものである。
【0007】上記ニッケル化合物を3〜20重量%、好
ましくは5〜10重量%に、また、第2成分として遷移
金属化合物を3〜10重量%、好ましくは5〜10重量
%に設定するのが好ましい。
【0008】
【作用】この発明によれば、第1成分として、Ni化合
物を含有させることにより、SiC単体の場合にみられ
る温度抵抗特性の負特性を消失させて、低温域での使用
に際して、電圧や電流の制御系を用いなくとも、温度変
化にかかわらず、ほぼ一定の電気抵抗が保たれる。この
ような特性のニッケル化合物の他に、Ti,Cr,M
n,Fe,Coから選ばれた遷移金属化合物を第2成分
として添加することによって、800〜900°Cの高
温まで抵抗値を一定にして、ヒーターの汎用性の拡大を
図ることができる。
【0009】特に、上記ニッケル化合物および遷移金属
化合物の含有量を特定することにより、広い温度領域に
わたる優れた温度抵抗特性の実現が確実になる。
【0010】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1は棒型ヒーターの概略構成図を示し、この
棒型ヒーターは、発熱部1の両端にメタリコン部2A,
2Aを含む冷端部2,2を設けたもので、その冷端部
2,2は金属シリコンの含浸により電気抵抗を下げてい
る。上記のような棒型ヒーターの発熱体材料として、こ
の発明では、多孔質SiC焼結体に、3重量%〜20重
量%の範囲のNi化合物ならびにTi,Cr,Mn,F
e,Coから選ばれた遷移金属化合物を含有させたもの
である。尚、上記Ni化合物としては、NiOやNiC
3 が挙げられる。
【0011】次に、本発明者が行なった実験例について
説明する。純度が97%以上の高純度のSiCの粉末
(GC8000)70〜94重量%に、第1成分として
のNiOもしくはNiCO3 粉末(試薬1級)を3〜2
0重量%、第2成分としてのTi,Cr,Co,Mn,
Feから選ばれた遷移金属化合物を3〜10重量%、そ
れぞれ添加し、さらに、成形助材としてポリエチレング
リコール#4000(3部)およびメタノール溶剤とし
てステアリン酸(1部)を添加し、ボールミルで混合し
た後、スプレードライヤーで乾燥造粒する。このように
して得られた造粒粉を金型にとり、1000〜2000
kg/cm2の面圧を加えて、5×5×50リットルの
角柱を成形した後、これを真空焼成炉にセットし、15
00°Cまでは10-1〜10-2Torr下で焼成し、つ
づいて、アルゴンガス(大気圧)下で2000°Cまで
昇温し、1時間保持して焼成を完了する。その後、自然
冷却して電気抵抗測定用試料を得る。
【0012】上記のようにして得られた試料は、SiC
の密度が2.0g/cm3 、気孔率が35〜40%、平
均的気孔径が約2μmであり、ほとんど収縮が認められ
なかったが、粒子はネッキングしており、曲げ強度も8
〜15kg/mm2 で、気孔率35%〜40%の多孔質
であっても、比較的高強度の焼結体が得られた。上記S
iCにCoなどの遷移金属化合物を添加することによ
り、SiCの粒界表面に上記遷移金属が反応してSi化
合物となり、この結果、抵抗が一定となる。また、この
遷移金属は、比較的融点が高いが、なかでも温度による
抵抗変化が起こりにくいように、融点が1000°C以
上のものから選ぶのがよい。
【0013】次に、上記焼結体試料の両端にAgペース
トで0.1φの白金線を焼き付け、恒温炉中にセット
し、常温〜800°Cでの抵抗を2点法により測定し
た。その結果を図2に表で示し、各特性を図3〜図5に
示す。図2の表ならびに図3の特性図から明らかなよう
に、NiOの添加量が3重量%以上のものにおいて、5
00°Cまでは抵抗の不変性が認められ、SiC単体の
場合の負特性が完全に消失していることが確認できた。
【0014】なお、NiOの添加量が1重量%未満の場
合では、負特性の消失効果がほとんどなく、3重量%未
満〜1重量%の場合では、負特性の消失効果を有するも
のの、抵抗が高すぎてヒーターとして好ましくない。ま
た、10重量%〜20重量%の場合は、負特性の消失効
果を有するものの、必要な発熱量を得るための抵抗とし
て十分でない。また、NiO単独の場合、500°Cを
越えると、抵抗は負特性を示しているが、MnO2 ,F
2 3,CoOをそれぞれ第2成分として5%添加し
たものでは、抵抗が500°Cを越えて800°Cまで
はほぼ一定となった。とくに、Cr2 3 およびCoO
を添加したものは、抵抗変化率が小さく、ヒーターとし
て好ましい結果が得られた。これは、Coなどの金属元
素が粒子境界に入り易く、低温での伝導性が改良される
ことによる。しかし、図2および図4に示すように、第
2成分の添加量を10重量%まで増やすと、再び高温に
おいて、負の温度抵抗特性となり、ヒーターとして好ま
しくない結果となった。第2成分がFeO3 のもので
は、10重量%まで増やしても、高温での抵抗が安定し
ているが、熱サイクルで抵抗が変化し、不安定になるお
それがある。
【0015】以上の実験結果から総合的に判断すると、
この発明に係るセラミック製ヒーターにおけるNi化合
物の含有量は、3〜20重量%で、好ましくは5〜10
重量%の範囲が適当であり、また、第2成分として遷移
金属化合物の含有量は、3〜10重量%で、好ましくは
5〜10重量%の範囲が適当であると言える。
【0016】上記ヒーターに直接通電してRT→800
°Cまで急速昇温させた場合、従来のものでは、1KW
を投入するとして、20〜30分はかかっていたが、こ
の実施例のものでは、5分程度に短縮された。
【0017】尚、上記実施例では、棒型(JIS第2
種)のヒーターに適用したものを示したが、これ以外に
も、板型、柄付型、割型、ヘアピン型、三相型、スパイ
ラル型、コの字型など電気回路的に可能なものであれ
ば、どのような形状のヒーターに適用しても良い。
【0018】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、多孔
質SiC焼結体に所定量のNi化合物、および第2成分
としてTi,Cr,Mn,Fe,Coから選ばれた遷移
金属化合物を含有させたので、SiC単体の場合にみら
れる温度抵抗特性の低温域での負特性を消失させること
ができ、暖房、乾燥、調理などの比較的低温で使用され
る場合の発熱量を、電圧や電流の制御系を用いることな
く、ほぼ一定に保持することができるばかりでなく、5
00°Cを越える高温域においての抵抗の減少が抑制さ
れて広範囲に温度抵抗特性を一定にすることができる。
したがって、急速昇温を高い加熱効率の下で実現でき、
かつ汎用性の拡大を図り得る。
【0019】また、請求項2によれば、Ni化合物と遷
移金属化合物の各含有量を特定したことにより、好適な
温度抵抗特性のヒーターを確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例による棒型のセラミック製ヒ
ーターの概略構成図である。
【図2】この発明におけるセラミック製ヒーターの添加
剤による抵抗特性を表にして示した図である。
【図3】遷移金属化合物の一成分系の添加による抵抗温
度特性を示す図である。
【図4】二成分添加系での抵抗温度特性を示す図であ
る。
【図5】含有量を異ならせた二成分添加系での抵抗温度
特性を示す図である。
【図6】SiC単体の場合の温度抵抗特性図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多孔質炭化けい素焼結体に、それの温度
    抵抗特性をほぼ一定にする所定量のニッケル化合物、お
    よび第2成分としてTi,Cr,Mn,Fe,Coから
    選ばれた遷移金属化合物を含有させてなるセラミック製
    ヒーター。
  2. 【請求項2】 ニッケル化合物を3〜20重量%、好ま
    しくは5〜10重量%に設定し、第2成分として遷移金
    属化合物を3〜10重量%、好ましくは5〜10重量%
    に設定してなる請求項1のセラミック製ヒーター。
JP20790091A 1991-08-20 1991-08-20 セラミック製ヒーター Expired - Lifetime JPH0760730B2 (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5420399A (en) * 1992-01-16 1995-05-30 University Of Cincinnati Electrical heating element, related composites, and composition and method for producing such products using dieless micropyretic synthesis
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JPH0760730B2 (ja) 1995-06-28

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