JPH09213462A - 炭化珪素質発熱体 - Google Patents
炭化珪素質発熱体Info
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Abstract
た耐久性を示す緻密な炭化珪素質発熱体を提供する。 【解決手段】本発明は、相対密度90%以上の炭化珪素
からなる発熱部とTiまたはZrの硼化物と炭化珪素を
基本成分とする発熱部とから構成された炭化珪素質発熱
体によって構成される。
Description
関し、特に耐酸化性に優れ低抵抗化した非発熱部を有す
る炭化珪素質発熱体に関する。
結晶炭化珪素材からなり、非発熱部は再結晶炭化珪素材
の開放気孔部にSiを含浸し低抵抗化した導電性の高い
材料から構成されたものが広く使用されている。
炭化珪素質発熱体においては、発熱部が多孔質であり強
度的にも不十分であるため、特に小型肉薄化が要求され
る例えば小型点火器などの用途や更なる耐熱、耐食性、
または気密性を必要とされる分野にはその使用が限定さ
れていた。又、各種の焼結助剤を添加し高密度化させた
炭化珪素焼結体は、耐熱・耐食性に優れ高強度ではある
が、発熱体材料として用いるには、電気抵抗値の制御法
の難しさの他にも、適切な非発熱部を構成する難しさが
あり実用化されていない。緻密な炭化珪素質発熱部を持
つ発熱体体としては、例えば特開昭55−150582
号公報に発熱部材料よりも小さな電気比抵抗をもつ常圧
焼結体又は反応焼結体を非発熱部材料として接合した発
熱体が提案されていた。この発熱体は、非発熱部材料の
電気比抵抗が十分に小さくないため、非発熱部が発熱し
やすく、特に発熱体の小型化が要求される場合、発熱部
から非発熱部への熱伝導も大きく、電極部温度の上昇を
低く抑えることが難しい。仮に、発熱部と電極部の距離
を確保するために非発熱部を長くした場合、発熱部と非
発熱部との電気抵抗の差が少なくなり通電時に非発熱部
も発熱してしまうため、電極部の熱履歴による劣化を抑
えるのが困難であった。
する発熱部が相対密度90%以上に緻密化させた炭化珪
素質焼結体からなり、また非発熱部はTiまたはZrの
硼化物を含む高導電性の炭化珪素質複合焼結体から構成
されることを特徴とする炭化珪素質発熱体である。本発
明による発熱体を構成する非発熱部は、TiまたはZr
の硼化物を含む高導電性の炭化珪素質複合焼結体で構成
され、焼結助剤としてはB、B化合物、Al、Al化合
物、Cのうち少なくとも1種以上を添加し焼結される。
TiまたはZrの硼化物を含有する理由は、炭化珪素の
焼結を損なわずに非発熱部に高い導電性を与えることが
でき、また十分な耐酸化性を持つ非発熱部が得られるた
めである。TiまたはZrの硼化物の含有率としては、
10〜30体積%であることが好ましい。TiおよびZ
rの硼化物は、金属硼化物の中で耐酸化性に優れる方に
分類されるが、炭化珪素に比べると耐酸化性は劣るため
30体積%以上含有すると非発熱部の耐久性が劣化す
る。炭化珪素質発熱体を通電発熱したとき、炭化珪素は
熱伝導率が大きいため、非発熱部は、発熱部との境界付
近で最高1000℃程度の温度まで上昇する。また、含
有率が10体積%以下では高い導電性を持つ非発熱部は
得られない。本発明による発熱部および非発熱部は、使
用する用途に応じ腐食性ガスに対する耐食性や更成る耐
酸化性を付与するなどの目的で、周期律表VIa族の珪
化物または硼化物を5体積%以下ならば含有することが
できる。5体積%より多いと電気抵抗値の再現性が得ら
れにくくなったり、焼結性が劣化し緻密な焼結体が得ら
れにくくなるなどの悪影響を生じる。
1は本発明による両端子型の板状発熱体の形状を示すも
ので、発熱部1が相対密度90%以上である耐熱性およ
び化学的安定性に優れた炭化珪素質焼結体であり、非発
熱部2および3はTiまたはZrの硼化物を10〜30
体積%含有する高導電性の炭化珪素質焼結体で構成され
た耐久性に優れた炭化珪素質発熱体6である。図2は本
発明による片端子型のコの字型発熱体の形状を示すもの
である。すなわち、本発明による炭化珪素質発熱体は、
十分な長さを持つ非発熱部を構成できるため、発熱部か
らの熱伝導による電極部の温度上昇を小さくでき、電極
部の信頼性を確保できるものである。
剤として0.3重量%の硼素粉末と2重量%のカーボン
ブラックを添加しエタノール中でボールミル混合した。
この混合スラリーに結合材および可塑剤を適量加え、乾
燥造粒したものから発熱部を形成する。ついで、粒径
0.5μmの炭化珪素粉末と金属硼化物としてTiB2
またはZrB2粉末を表1に記載の体積比になるように
配合した。更にこの配合粉末に対し、0.3重量%の炭
化硼素粉末と3重量%のカーボンブラックを添加し、エ
タノール中でボールミル混合を行った。この混合スラリ
ーに結合材および可塑剤を適量加え、乾燥造粒したもの
から非発熱部を形成する。得られた発熱部および非発熱
部の造粒物を2つの仕切り板を挿入した金型内の中央部
に発熱部混合粉末を、両端に非発熱部混合粉末を充填し
たのち、仕切り板を抜取り加圧成形を行った。得られた
発熱部・非発熱部一体の成形体をAr雰囲気に保持され
た加熱炉内で1950℃の温度で加熱した。その後、窒
素ガス雰囲気に保持された加熱炉内で2200℃の温度
で加熱処理して、非発熱部の組成が異なる2種類の両端
子型の板状発熱体素子を得た。得られた板状発熱体素子
の非発熱部に電極をろう付けし、発熱部温度が1450
℃になるように電圧を印加し1000h経過するまで通
電発熱した。通電発熱前の発熱体素子の発熱部と非発熱
部の抵抗比(発熱部の電気抵抗Ω/非発熱部の電気抵抗
Ω)を測定した結果、どちらの発熱体も発熱部と非発熱
部とが十分な抵抗差を示し、通電発熱時に非発熱部が異
常発熱することはなく、電極部温度を800℃以下に保
持できた。また、板状発熱体の通電発熱前後での抵抗変
化率を測定した結果、抵抗変化率が小さく十分な耐久性
を示した。尚、表1には、耐久性の評価として、抵抗変
化率が10%以下のものを〇とし、10%以上のものを
×として示してある。 (比較例1)非発熱部を形成する金属硼化物として、Z
rB2およびWB2を表1に示す比率で配合した以外は
実施例1〜2と同一の方法で板状発熱体を作成し、同様
の方法で評価した。通電発熱中に、非発熱部が著しい酸
化膨張を起こし、抵抗変化が大きく耐久性が不十分であ
った。 (比較例2)非発熱部を形成する金属硼化物として、T
iB2およびCrB2を表1に示す比率で配合した以外
は実施例1〜2と同一の方法で板状発熱体を作成した。
発熱部と非発熱部との電気抵抗の差が小さく、電圧を印
加すると非発熱部の温度上昇が大きくなり電極が溶断し
た。また、非発熱部を構成する焼結体中には、CrB2
が溶出したと思われるマクロポアーが散在していた。 (実施例3〜5)粒径0.7μmの炭化珪素粉末98体
積%と2体積%のIVa族の珪化物粉末のうち1種を配
合し、この配合粉末に対し焼結助剤として0.6重量%
の硼素粉末、3重量%のカーボンブラック、及び0.3
重量%のアルミナを添加し、これにアクリル系バインダ
ー、可塑剤、および分散剤を加えトルエン等の有機溶剤
中で混合し所望の粘度のスラリーに調合した。このスラ
リーからドクターブレード法によって成形したグリーン
シートから発熱部を形成する。ついで、粒径0.7μm
の炭化珪素粉末を72体積%、TiB2粉末を25体積
%、およびIVa族の硼化物粉末のうち1種を3体積%
配合した。この配合粉末に対し、0.3重量%の炭化硼
素粉末と3重量%のカーボンブラックを添加し、これに
アクリル系バインダー、可塑剤、および分散剤を加えト
ルエン等の有機溶剤中で混合し所望の粘度のスラリーに
調合した。このスラリーからドクターブレード法によっ
てシート状に成形した。これを非発熱部を形成するグリ
ーンシートとした。得られた発熱部および非発熱部のグ
リーンシートを積層し型に入れ減圧中でプレスした。こ
の積層体を加工し、図2に示すコの字形状にした。得ら
れた発熱部・非発熱部一体型の成形体をAr雰囲気に保
持された加熱炉内で1900℃の温度で保持し、その後
窒素ガスを加熱炉内に注入しながら2200℃の温度ま
で加熱処理して片端子型の発熱体素子を得た。得られた
板状発熱体素子の非発熱部に電極をろう付けし、発熱部
温度1450℃になるように電圧を印加し1000h経
過するまで通電発熱した。通電発熱前の発熱体素子の発
熱部と非発熱部の抵抗比(発熱部の電気抵抗Ω/非発熱
部の電気抵抗Ω)を測定した結果、本実施例3〜5によ
る発熱体はすべて、発熱部と非発熱部は十分な抵抗差を
示し、通電発熱時に非発熱部が異常発熱することはな
く、電極部温度を300℃以下に保持できた。また、通
電発熱前後の抵抗変化率を測定した結果、いずれの片端
子型発熱体も抵抗変化率が小さく優れた耐久性を示し
た。
質発熱体に対し、緻密で耐熱・耐食性に優れ耐久性の高
い炭化珪素質発熱体を提供することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 相対密度90%以上の炭化珪素質焼結体
からなる発熱部とTiまたはZrの硼化物を含む炭化珪
素質複合焼結体からなる非発熱部とで構成されることを
特徴とする炭化珪素質発熱体。 - 【請求項2】 発熱部および非発熱部を構成する炭化珪
素質焼結体が5体積%以下の周期律表VIa族の硼化物
または珪化物の1種以上を含有することを特徴とする請
求項1記載の炭化珪素質発熱体。
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---|---|---|---|
JP05359696A JP3740544B2 (ja) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | 炭化珪素質発熱体 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1996
- 1996-02-06 JP JP05359696A patent/JP3740544B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN104602371B (zh) * | 2015-01-28 | 2016-06-08 | 周献 | 复合碳化硅电热元件及其生产方法 |
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