JPH0547455A - セラミツク製ヒーター - Google Patents
セラミツク製ヒーターInfo
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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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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
O3 が挙げられる。
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
O3 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。
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。
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。
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
e2 O3,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 O3 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。
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
e2 O3,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 O3 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。
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。
°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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20790091A JPH0760730B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | セラミック製ヒーター |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20790091A JPH0760730B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | セラミック製ヒーター |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0547455A true JPH0547455A (ja) | 1993-02-26 |
JPH0760730B2 JPH0760730B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=16547436
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20790091A Expired - Lifetime JPH0760730B2 (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | セラミック製ヒーター |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0760730B2 (ja) |
Cited By (5)
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 |
US5430427A (en) * | 1993-01-22 | 1995-07-04 | Therm-O-Disc, Incorporated | NTC sensor rod for glass cooktops |
US5449886A (en) * | 1993-03-09 | 1995-09-12 | University Of Cincinnati | Electric heating element assembly |
FR2780845A1 (fr) * | 1998-07-06 | 2000-01-07 | Electricite De France | Resistance electrique chauffante pour four electrique et procede de fabrication d'une telle resistance |
JP2011523174A (ja) * | 2008-06-09 | 2011-08-04 | 2ディー ヒート リミテッド | 自己調節電気抵抗発熱体 |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP20790091A patent/JPH0760730B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
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 |
US5430427A (en) * | 1993-01-22 | 1995-07-04 | Therm-O-Disc, Incorporated | NTC sensor rod for glass cooktops |
US5449886A (en) * | 1993-03-09 | 1995-09-12 | University Of Cincinnati | Electric heating element assembly |
FR2780845A1 (fr) * | 1998-07-06 | 2000-01-07 | Electricite De France | Resistance electrique chauffante pour four electrique et procede de fabrication d'une telle resistance |
EP0971561A1 (fr) * | 1998-07-06 | 2000-01-12 | Electricite De France | Résistance électrique chauffante pour four électrique et procédé de fabrication d'une telle résistance |
US6146550A (en) * | 1998-07-06 | 2000-11-14 | Electricite De France-Service National | Electrical resistance heating element for an electric furnace and process for manufacturing such a resistance element |
JP2011523174A (ja) * | 2008-06-09 | 2011-08-04 | 2ディー ヒート リミテッド | 自己調節電気抵抗発熱体 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0760730B2 (ja) | 1995-06-28 |
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