JPH10214674A - セラミック発熱体 - Google Patents

セラミック発熱体

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Publication number
JPH10214674A
JPH10214674A JP9019343A JP1934397A JPH10214674A JP H10214674 A JPH10214674 A JP H10214674A JP 9019343 A JP9019343 A JP 9019343A JP 1934397 A JP1934397 A JP 1934397A JP H10214674 A JPH10214674 A JP H10214674A
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JP
Japan
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specific resistance
heating element
magnesia
ceramic
perovskite
Prior art date
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Pending
Application number
JP9019343A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuji Hayazaki
哲治 早崎
Katsuto Hashimoto
勝人 橋本
Kazunori Takenouchi
一憲 竹之内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】優れた耐熱性と、温度変化に対する比抵抗のバ
ラツキが小さい温度制御が容易なセラミック発熱体を提
供する。 【解決手段】セラミック発熱体を、化学式が (La1-X X )(B)O3 0.05≦X<1 A:Mg,Ca,Sr,Ba等の周期律表2a族元素 B:Mn,Cr で表されるペロブスカイト系酸化物とマグネシアとから
なる複合セラミックスにより形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック発熱体
に関するものであり、特に、液体燃料気化装置や加湿
器、あるいは複写機、印刷機、プリンターなどに内蔵さ
れている加熱用ヒーターとして好適なものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
発熱体としてはニクロムやカンタルなどの金属発熱体、
あるいはランタンクロマイトやランタンマンガナイトの
LaイオンをCaイオンやSrイオンで一部置換したペ
ロブスカイト系酸化物セラミックスや、CaO、MgO
を含有したジルコニアセラミックスからなるセラミック
発熱体が使用されていた。
【0003】しかしながら、金属発熱体は耐熱性に乏し
く、ペロブスカイト系酸化物セラミックスは温度の上昇
に伴って比抵抗が小さくなり、温度変化に対する比抵抗
のバラツキが大きいことから、温度制御が難しいといっ
た課題があった。しかも、比抵抗が小さくなり過ぎる
と、電流の急増による熱暴走を生じる恐れもあった。
【0004】そこで、ペロブスカイト系酸化物セラミッ
クスからなるセラミック発熱体の外周をアルミナ保護管
で被覆するなどの対策も提案されているが、アルミナは
上記ランタンクロマイトやランタンマンガナイトなどの
ペロブスカイト系酸化物と反応し易く、所望の比抵抗が
得られなくなるといった恐れがあった。
【0005】一方、ジルコニアセラミックスは、常温
(25℃)付近における比抵抗が103 Ω・cm程度と
セラミック発熱体としては比抵抗が大きく、少なくとも
800〜1000℃の予熱が必要であり、常温付近で発
熱させることができないといった課題があった。
【0006】かくして本発明は、常温域において発熱さ
せるのに必要な比抵抗(10-2〜10Ω・cm)を有
し、温度変化に対する比抵抗のバラツキが小さく、かつ
耐熱性に優れたセラミック発熱体を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、化学式が、 (La1-X X )(B)O3 0.05≦X<1 A:Mg,Ca,Sr,Ba等の周期律表2a族元素 B:Mn,Cr で表されるペロブスカイト系酸化物とマグネシアとの複
合セラミックスによりセラミック発熱体を形成したもの
である。
【0008】また、本発明は上記ペロブスカイト系酸化
物とマグネシアを重量比で1:9〜7:3としたもので
ある。
【0009】以下、本発明について詳述する。
【0010】本発明は前述した通り、化学式が (La1-X X )(B)O3 0.05≦X<1 A:Mg,Ca,Sr,Ba等の周期律表2a族元素 B:Mn,Cr で表されるペロブスカイト系酸化物とマグネシアとの複
合セラミックスにより形成したものであり、この複合セ
ラミックスは常温域において比抵抗を10-2〜10Ω・
cmとすることができるため、発熱体として良好に発熱
させることができる。しかも、温度変化に対する比抵抗
のバラツキが小さいことから温度制御が容易であり、さ
らには耐熱性に優れることから長期間にわたって使用す
ることができる。
【0011】その上、複合セラミックスの比抵抗は、絶
縁材料であるマグネシアの含有量を適宜調整することで
容易に調整することが可能である。
【0012】この複合セラミックスの常温域における比
抵抗を10-2〜10Ω・cmとするには、ペロブスカイ
ト系酸化物とマグネシアの重量比を7:3〜1:9とす
ることが必要である。
【0013】これはマグネシアの重量比が3より少なく
なる(ペロブスカイト系酸化物の重量比が7より多くな
る)と、温度変化に対する比抵抗のバラツキを抑える効
果が小さくなるからであり、逆に、マグネシアの重量比
が9より多くなる(ペロブスカイト系酸化物の重量比が
1より少なくなる)と、比抵抗が大きくなり過ぎるため
にセラミック発熱体として使用し難いからである。
【0014】ところで、ペロブスカイト系酸化物におい
て、Laの一部をAの元素で置換するのは、セラミック
スの内部に格子欠損を形成させてLaにホッピング伝導
を付与することにより導電性を増大させるためであり、
Laの置換比率Xが0.05未満では比抵抗が大きくな
り過ぎるために発熱させることができず、Laの置換比
率Xが1となると焼結体を製作することができないとい
った不都合があるからである。
【0015】一方、マグネシアは純度98%以上のもの
が良く、特にSiO2 やAl2 3等の不純物が1%未
満であるものが良い。これは、SiO2 やAl2 3
の不純物が多量に含まれていると焼成の際にペロブスカ
イト系酸化物と反応するために所望の比抵抗が得られな
くなるからである。
【0016】このような複合セラミックスからなるセラ
ミック発熱体を製作するには、まず、ペロブスカイト系
酸化物として、La2 3 と、Cr2 3 又はMn2
3 の粉末を混合し、さらにLaの置換材料である、Ca
O、SrOなどの周期律表第2a族元素の酸化物をそれ
ぞれ所定量添加したあとバインダーを加えて混練し、ス
プレードライヤーにて造粒体を成形し、この成形体を粉
砕してペロブスカイト系酸化物原料を作製する。そし
て、このペロブスカイト系酸化物原料に純度99%以上
のマグネシア原料を重量比で7:3〜1:9の割合で混
合し、バインダーを加えて混練して泥漿を作製し、押出
成形法や鋳込成形法により形成するか、あるいは泥漿を
スプレードライヤーにて乾燥させて造粒体を製作し、こ
の造粒体を金型内に充填してメカプレス成形法やラバー
プレス成形法により形成することで円筒状や棒状などの
所定形状をした成形体を製作する。
【0017】しかるのち、この成形体を酸化雰囲気や大
気雰囲気、あるいは真空雰囲気下にて1200〜140
0℃の焼成温度で1〜2時間程度焼成することにより得
ることができる。
【0018】ここで、焼成温度を1200〜1400℃
とするのは、1200℃より低い温度では焼結性が悪い
ために強度が小さく、所定の比抵抗も得ることができな
いためにセラミック発熱体として使用できないからであ
り、逆に、1400℃より高くなると温度変化に対する
比抵抗が負の特性を示すからである。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。
【0020】ペロブスカイト系酸化物としてLa0.2
0.8 MnO3 を50重量%と、純度99%のMgOを
50重量%添加し、バインダーを加えて混練乾燥するこ
とで造粒体を製作し、この造粒体を金型内に充填してメ
カプレス成形法により1.0ton/cm2 の成形圧に
て円筒状の成形体を形成し、酸化雰囲気下にて1250
℃の焼成温度で2時間焼成することによりLa0.2 Ca
0.8 MnO3 とMgOとからなる複合セラミックスを形
成した。そして、この複合セラミックスに研削加工を施
することにより、外径12mm、内径3mm、長さ70
mmの円筒状をしたセラミック発熱体を製作した。
【0021】そして、このセラミック発熱体の比抵抗を
四端子法にて測定したところ、表1のように常温(25
℃)において0.3Ω・cmと、発熱体として使用する
のに必要な10-2〜10Ω・cmの比抵抗を有してい
た。
【0022】また、このセラミック発熱体を、200
℃、400℃、600℃の各温度にそれぞれ加熱したと
きの比抵抗を測定したところ、比抵抗の変化幅は表1の
ように大きく変化しても0.2Ω・cm程度と殆ど変化
していなかった。
【0023】そこで、比較例としてMgOの代わりにA
2 3 、Al2 3 ・SiO2 (Al2 3 25重量
%,SiO2 25重量%)、MgO・SiO2 (MgO
25重量%,SiO2 25重量%)と、La0.2 Ca
0.8 MnO3 とからなる複合セラミックスによりセラミ
ック発熱体を試作して比抵抗を測定したところ、表1の
ように常温時の比抵抗は10-2Ω・cmと発熱体として
使用するのに必要な比抵抗を有していたものの、200
℃以上に加熱するとその比抵抗は10-3Ω・cm以下に
まで低下し、発熱体としては使用し難いものであった。
【0024】このように、本発明のセラミック発熱体
は、常温域において発熱させるのに必要な10-2〜10
Ω・cmの比抵抗を有するとともに、温度変化に対する
比抵抗のバラツキが小さいことから、安定して発熱させ
ることができるとともに、印加電圧を適宜調整すること
によりセラミック発熱体の発熱温度を容易に制御するこ
とができる。
【0025】
【表1】
【0026】次に、La0.2 Ca0.8 MnO3 (ランタ
ンカルシウムマンガナイト)とMgO(マグネシア)の
含有量をそれぞれ変化させた複合セラミックスによりセ
ラミック発熱体をそれぞれ形成し、これらのセラミック
発熱体を200℃、400℃、600℃の各温度にそれ
ぞれ加熱したときの比抵抗を測定した。
【0027】それぞれの結果は表2に示す通りである。
【0028】
【表2】
【0029】この結果、常温(25℃)では試料No.
1〜8の全てが発熱体として必要な比抵抗(10-2〜1
0Ω・cm)を有していたものの、試料No.8はマグ
ネシアの重量比が1と少ないことから、200℃以上に
加熱すると比抵抗が10-3Ω・cm台にまで低下し、発
熱体としては使用し難いものであった。
【0030】これに対し、試料No.1〜7はランタン
カルシウムマンガナイトとマグネシアの重量比が1:9
〜7:3の範囲にあるために600℃にまで発熱させて
も比抵抗が大きく変化することはなく、高温域において
も安定して発熱させることができることが判った。
【0031】この結果、ペロブスカイト系酸化物とマグ
ネシアの重量比は1:9〜7:3とすることが良いこと
が判る。
【0032】さらに、La1-X CaX MnO3 (0.0
5≦X<1)とMgOの含有量を共に50重量%とし、
MgOの純度を90%、99%、99.5%、99.9
%と異ならせた複合セラミックス、及びランタンカルシ
ウムマンガナイトの置換比率Xを異ならせた複合セラミ
ックスによりそれぞれセラミック発熱体を形成し、これ
らのセラミック発熱体を、200℃、400℃、600
℃の各温度にそれぞれ加熱したときの比抵抗を測定し
た。
【0033】それぞれの結果は表3に示す通りである。
【0034】
【表3】
【0035】この結果、まず、試料No.5は、マグネ
シアの純度が90.0%と不純物が多いために200℃
以上の温度下では比抵抗が10-3〜10-4Ω・cm台に
まで低下し、発熱体としては使用し難いものであった。
【0036】また、マグネシアの純度が98.0%の試
料No.4では、常温から400℃までの比抵抗が10
-2〜10Ω・cmの範囲あるため、低い温度域では発熱
体として使用可能であったが、600℃に加熱すると比
抵抗が7×10-3Ω・cmにまで低下した。
【0037】これに対し、マグネシアの純度を99.0
%以上とした試料No.1〜3では、常温から600℃
温度域において比抵抗が10-2〜10Ω・cmの範囲に
あり、高温域においても発熱体として良好に使用できる
ことが判った。
【0038】このことから、マグネシアの純度は98.
0%以上、好ましくは99%以上のものが良いことが判
る。
【0039】一方、試料7,8のようにランタンカルシ
ウムマンガナイトの置換比率Xを0.5,0.6とした
ものにおいても複合セラミックスの比抵抗に大きな変化
はなく、発熱体として使用可能であった。
【0040】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、セラミ
ック発熱体を、化学式が (La1-X X )(B)O3 0.05≦X≦1 A:Mg,Ca,Sr,Ba等の周期律表2a族元素 B:Mn及び/又はCr で表されるペロブスカイト系酸化物とマグネシアとの複
合セラミックスにより形成したことから、比抵抗を10
-2〜10Ω・cmとすることができ、発熱体として良好
に発熱させることができる。しかも、マグネシアの含有
量を調整することで、使用目的に応じた比抵抗を容易に
得ることができるとともに、温度変化に対する比抵抗の
バラツキが小さいことから、セラミック発熱体の温度制
御を容易に行うことができ、さらには耐熱性にも優れる
というように、長期間にわたって安定した発熱と、温度
制御が容易なセラミック発熱体とすることができ、液体
燃料気化装置や加湿器、あるいは複写機、印刷機、プリ
ンターなどに内蔵されている加熱用ヒーターとして好適
に用いることができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化学式が (La1-X X )(B)O3 0.05≦X<1 A:Mg,Ca,Sr,Ba等の周期律表2a族元素 B:Mn,Cr で表されるペロブスカイト系酸化物とマグネシアとの複
    合セラミックスからなるセラミック発熱体。
  2. 【請求項2】上記ペロブスカイト系酸化物とマグネシア
    の重量比を1:9〜7:3としたことを特徴とする請求
    項1に記載のセラミック発熱体。
JP9019343A 1997-01-31 1997-01-31 セラミック発熱体 Pending JPH10214674A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9019343A JPH10214674A (ja) 1997-01-31 1997-01-31 セラミック発熱体

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JP9019343A JPH10214674A (ja) 1997-01-31 1997-01-31 セラミック発熱体

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ID=11996765

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JP9019343A Pending JPH10214674A (ja) 1997-01-31 1997-01-31 セラミック発熱体

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JP (1) JPH10214674A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11387021B2 (en) 2018-07-10 2022-07-12 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ceramic member and electronic device
US11776717B2 (en) 2018-07-05 2023-10-03 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ceramic member and electronic device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11776717B2 (en) 2018-07-05 2023-10-03 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ceramic member and electronic device
US11387021B2 (en) 2018-07-10 2022-07-12 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ceramic member and electronic device

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