JPS61148792A - セラミツクヒ−タ及びその製造方法 - Google Patents
セラミツクヒ−タ及びその製造方法Info
- Publication number
- JPS61148792A JPS61148792A JP26961784A JP26961784A JPS61148792A JP S61148792 A JPS61148792 A JP S61148792A JP 26961784 A JP26961784 A JP 26961784A JP 26961784 A JP26961784 A JP 26961784A JP S61148792 A JPS61148792 A JP S61148792A
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- Japan
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- silicon nitride
- tungsten
- ceramic heater
- ceramic
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は窒化珪素質焼結体内にタングステン系発熱抵抗
体が埋設されて成るセラミックヒータ及びその製造方法
に関する。
体が埋設されて成るセラミックヒータ及びその製造方法
に関する。
（従来の技術）
従来一般に用いられているセラミックヒータには第１〜
第３図に示すような構造のものがあり、アルミナ質又は
窒化珪素質セラミック１の中に櫛歯状、渦巻状など任意
の形状、幅、長さの発熱抵抗体パターン２．３が埋設さ
れている。そしてその始端にリード端子２′ を設け、
該リード端子から通電することにより、セラミックヒー
タとして埋設された発熱抵抗体がノユール熱を発生する
ようになっている（例えば特開昭５７−６７２ ！３６
号公報参照）。
第３図に示すような構造のものがあり、アルミナ質又は
窒化珪素質セラミック１の中に櫛歯状、渦巻状など任意
の形状、幅、長さの発熱抵抗体パターン２．３が埋設さ
れている。そしてその始端にリード端子２′ を設け、
該リード端子から通電することにより、セラミックヒー
タとして埋設された発熱抵抗体がノユール熱を発生する
ようになっている（例えば特開昭５７−６７２ ！３６
号公報参照）。
（解決すべき問題点）
発熱抵抗体パターンが内蔵されたセラミノクヒ−タは、
セラミンクがアルミナのものは耐熱衝撃性が悪く、室温
（２０℃）から８００℃までの立上がり試験を行い５秒
より早く立上がらせると全数にクラックが発生してしま
い、また１０００℃以上の飽和温度で約３０秒間保存し
た後、電源を切り６０秒間経過してから再び飽和温度ま
で上昇させるというくり返し試験（加熱サイクルテスト
）を行い発熱抵抗体自体の抵抗値変化を調べたところ、
飽和温度１０００℃で１５００サイクルくり返した場合
は約１０％も抵抗値が増加してしまう。このことは例え
ば、ディーゼルエンジン用のグロープラグとして飽和温
度に近い高い温度域でくり返し使用するような場合、抵
抗値が増加する結果同一の印加電圧では発熱量が漸減し
て行き、安定した高温発熱特性をもったセラミックヒー
タを提供することができないことを意味する。また高い
温度にまで急速に発熱させた場合、アルミナセラミック
を用いたものでは熱衝撃によって破損することがある。
セラミンクがアルミナのものは耐熱衝撃性が悪く、室温
（２０℃）から８００℃までの立上がり試験を行い５秒
より早く立上がらせると全数にクラックが発生してしま
い、また１０００℃以上の飽和温度で約３０秒間保存し
た後、電源を切り６０秒間経過してから再び飽和温度ま
で上昇させるというくり返し試験（加熱サイクルテスト
）を行い発熱抵抗体自体の抵抗値変化を調べたところ、
飽和温度１０００℃で１５００サイクルくり返した場合
は約１０％も抵抗値が増加してしまう。このことは例え
ば、ディーゼルエンジン用のグロープラグとして飽和温
度に近い高い温度域でくり返し使用するような場合、抵
抗値が増加する結果同一の印加電圧では発熱量が漸減し
て行き、安定した高温発熱特性をもったセラミックヒー
タを提供することができないことを意味する。また高い
温度にまで急速に発熱させた場合、アルミナセラミック
を用いたものでは熱衝撃によって破損することがある。
そのため、アルミナセラミックに代えて窒化珪素セラミ
ックを使用することにより、前記欠点を解消することが
本出願人により提案され（＠掲公開公報参照）、かなり
の改善が図られたが、該窒化珪素セラミック体内にタン
グステンフィラメント又はタングステンペーストを埋入
し同時一体焼成をする際、焼成温度が１７５０℃を越え
て焼成されるため（これより低い温度ではセラミックが
緻密な焼結体とならず耐熱衝撃性などが良好でない）、
焼成されたタングステン発熱体に硬度変化が生じ脆化す
る結果、該ヒーターを長時間使用した場合、発熱体にク
ラックが容易に発生し断線することとなる。
ックを使用することにより、前記欠点を解消することが
本出願人により提案され（＠掲公開公報参照）、かなり
の改善が図られたが、該窒化珪素セラミック体内にタン
グステンフィラメント又はタングステンペーストを埋入
し同時一体焼成をする際、焼成温度が１７５０℃を越え
て焼成されるため（これより低い温度ではセラミックが
緻密な焼結体とならず耐熱衝撃性などが良好でない）、
焼成されたタングステン発熱体に硬度変化が生じ脆化す
る結果、該ヒーターを長時間使用した場合、発熱体にク
ラックが容易に発生し断線することとなる。
ここで、タングステン発熱体に硬度変化が生じ脆化する
原因は、１７５０℃を越える高温焼成ではタングステン
と窒化珪素との反応が進み、この反応生成物が脆性のも
のであることのためであると考えられる。
原因は、１７５０℃を越える高温焼成ではタングステン
と窒化珪素との反応が進み、この反応生成物が脆性のも
のであることのためであると考えられる。
（問題点を解決するための手段）
本発明者は以上の点に鑑み鋭意研究の結果、長時間の使
用によってもタングステン発熱体にクラックが生ぜず、
断線も発生しなく、しかも：高温耐酸化性及び高温強度
の優れたセラミックヒータ及びその製造方法を開発した
。
用によってもタングステン発熱体にクラックが生ぜず、
断線も発生しなく、しかも：高温耐酸化性及び高温強度
の優れたセラミックヒータ及びその製造方法を開発した
。
すなわち本発明は、（１）窒化珪素（Ｓｉ、ｊＬ）９４
重量％以上と、マグネシア（ＭｇＯ）とクロミア（Ｃｒ
２０ｓ）あるいはマグネシアとクロミアの化合物６重量
％以下とからなる窒化珪素質焼結体内にタングステンフ
ィラメント又はタングステン含有ペーストからなる発熱
抵抗体が埋設されてなることを特徴とするセラミックヒ
ータ、及び（２）窒化珪素（Ｓｉ、Ｎ、’）９４重量％
以上と、マグネシア（ＭｇＯ）とクロミア（Ｃｒ２０ｓ
）あるいはマグネシアと゛クロミアの化合ＩＩ＆１６重
量％以下とからなる窒化珪素質セラミック素地中にタン
グステンフィラメント又はタングステン含有ペーストか
らなる発熱抵抗体を埋設し、これを非酸化性雰囲気中で
１６００〜１７５０℃の範囲内でホットプレスすること
を特徴とするセラミックヒータ−の製造方法、である。
重量％以上と、マグネシア（ＭｇＯ）とクロミア（Ｃｒ
２０ｓ）あるいはマグネシアとクロミアの化合物６重量
％以下とからなる窒化珪素質焼結体内にタングステンフ
ィラメント又はタングステン含有ペーストからなる発熱
抵抗体が埋設されてなることを特徴とするセラミックヒ
ータ、及び（２）窒化珪素（Ｓｉ、Ｎ、’）９４重量％
以上と、マグネシア（ＭｇＯ）とクロミア（Ｃｒ２０ｓ
）あるいはマグネシアと゛クロミアの化合ＩＩ＆１６重
量％以下とからなる窒化珪素質セラミック素地中にタン
グステンフィラメント又はタングステン含有ペーストか
らなる発熱抵抗体を埋設し、これを非酸化性雰囲気中で
１６００〜１７５０℃の範囲内でホットプレスすること
を特徴とするセラミックヒータ−の製造方法、である。
本発明において、Ｍ、０とＣｒ２０１あるいはこれらの
化合物（ＭｇＣｒ２Ｌ）を添加するのは、焼成中にＭｇ
ＯとＣｒ２Ｏコが反応して生成されるＭｇＣｒ２０．が
低温（１６００″Ｃより少し高温）で焼結可能であるこ
とのため、！！遺された窒化珪素質セラミック中のタン
グステン発熱抵抗体が脆化しないことの理由からである
。
化合物（ＭｇＣｒ２Ｌ）を添加するのは、焼成中にＭｇ
ＯとＣｒ２Ｏコが反応して生成されるＭｇＣｒ２０．が
低温（１６００″Ｃより少し高温）で焼結可能であるこ
とのため、！！遺された窒化珪素質セラミック中のタン
グステン発熱抵抗体が脆化しないことの理由からである
。
そして、ＭｇＯとＣｒ２Ｏ３あるいはこれらの化合物（
ＭｇＣｒ２０ｎ）の添加量を６重量％以下としたのは、
それ以上に増量させると、焼結体の窒化珪素量が相対的
に少なくなり窒化珪素本来の良耐熱衝撃性が十分に発揮
できなくなること′と、また本来の高温高強度特性を保
持できなくなるほか、耐酸化性の向上も達成できなくな
るためである。
ＭｇＣｒ２０ｎ）の添加量を６重量％以下としたのは、
それ以上に増量させると、焼結体の窒化珪素量が相対的
に少なくなり窒化珪素本来の良耐熱衝撃性が十分に発揮
できなくなること′と、また本来の高温高強度特性を保
持できなくなるほか、耐酸化性の向上も達成できなくな
るためである。
（実施例）
窒化珪素セラミックヒータの製造法は、各種割合で、Ｍ
ｇＯとＣｒ２Ｏ，あるいはＭｇＣｒｚＯ４が添加配合さ
れた窒化珪素粉末体で所定形状に成形するに際し、発熱
抵抗体を構成する高融点金属の−っであるタングステン
の線状体（薄い板状体でもよい）を発熱抵抗体６とすべ
く櫛歯状に形成したものを所定形状の金型中に設置し、
それに窒化珪素粉末を充填し、プレス成形を行った後、
ホットプレス法で焼結することにより行なわれ、窒化珪
素セラミック体６中にタングステン発熱抵抗体が埋設さ
れてなるヒータが製造された。
ｇＯとＣｒ２Ｏ，あるいはＭｇＣｒｚＯ４が添加配合さ
れた窒化珪素粉末体で所定形状に成形するに際し、発熱
抵抗体を構成する高融点金属の−っであるタングステン
の線状体（薄い板状体でもよい）を発熱抵抗体６とすべ
く櫛歯状に形成したものを所定形状の金型中に設置し、
それに窒化珪素粉末を充填し、プレス成形を行った後、
ホットプレス法で焼結することにより行なわれ、窒化珪
素セラミック体６中にタングステン発熱抵抗体が埋設さ
れてなるヒータが製造された。
それらについてのデータを表１に示す。
例１
平均粒径０．９μｍのＣｌ−５ｉ）Ｎ、と平均粒径１．
１μｍのＭｇＣｒ２Ｌを表１の組成比のごとくにひよう
量、混合し、これにＳｉＪ＜製ボールを入れてメタノー
ル媒体を用い、２４時間分故混合して、添加剤入りの窒
化珪素粉末原料を得た。
１μｍのＭｇＣｒ２Ｌを表１の組成比のごとくにひよう
量、混合し、これにＳｉＪ＜製ボールを入れてメタノー
ル媒体を用い、２４時間分故混合して、添加剤入りの窒
化珪素粉末原料を得た。
この粉末原料を金型に入れ０．５ｔ／ｃＩ１１２の加圧
力でプレス成形し、同時にタングステンフィラメントを
埋設して成形した後、表１記載の温度、時間及び圧力下
でホットプレスした。
力でプレス成形し、同時にタングステンフィラメントを
埋設して成形した後、表１記載の温度、時間及び圧力下
でホットプレスした。
それを、３Ｘ４×４０ＩｎＩＩｌに研削した後、各種特
性試験を行い、その結果を表１に示した。
性試験を行い、その結果を表１に示した。
例２
平均粒径０．９μＩ１１のα−Ｓｉ、Ｈ，＆こ平均粒径
１．１μｍのＭ、Ｏと平均粒径１．１μＩのＣｒ２Ｏ，
とをモル比で約１：１になるように秤量、混合したもの
を出発原料とした後は、例１と同様にして実験を行い、
その結果を表１に示した。
１．１μｍのＭ、Ｏと平均粒径１．１μＩのＣｒ２Ｏ，
とをモル比で約１：１になるように秤量、混合したもの
を出発原料とした後は、例１と同様にして実験を行い、
その結果を表１に示した。
以上の試験において、曲げ強度測定は、ＩＩＳ Ｒ１６
０１規定による４点曲げ法により、酸化増量測定は空気
中、１３００℃１４時間加熱による重量増を測定し、単
位面積当たりの重量増加率を示し、また耐熱衝撃試験は
高温加熱した検体ヒータを水中（２５℃程度）に投下し
ｒこ際の形状破壊発生の温度差を示す。
０１規定による４点曲げ法により、酸化増量測定は空気
中、１３００℃１４時間加熱による重量増を測定し、単
位面積当たりの重量増加率を示し、また耐熱衝撃試験は
高温加熱した検体ヒータを水中（２５℃程度）に投下し
ｒこ際の形状破壊発生の温度差を示す。
そして、加熱サイクルテストについては、検体ヒーター
にフィラメント通電を行い、室温；１２５０℃の加熱サ
イクル（５００サイクル）を行って、その結果を（＾、
Ｂ、Ｅ）、 （Ｃ）、（Ｄ、Ｆ）及び（０）に段階評価
した。
にフィラメント通電を行い、室温；１２５０℃の加熱サ
イクル（５００サイクル）を行って、その結果を（＾、
Ｂ、Ｅ）、 （Ｃ）、（Ｄ、Ｆ）及び（０）に段階評価
した。
＾、Ｂ、Ｅ： ＠度が低く開気孔が多いため、ｌ１１フ
ィラメント自体が使用中に酸化されて断線する。
ィラメント自体が使用中に酸化されて断線する。
Ｃ： ホットプレス温度が高く、ホットプレス時の
１１Ｉフイラメントの強度が弱（なり微少クラックが生
じる。このクラ／りが使用中に断線の原因となる。
１１Ｉフイラメントの強度が弱（なり微少クラックが生
じる。このクラ／りが使用中に断線の原因となる。
Ｄ、Ｆ： Ｓｉ、Ｎ、が酸化された際に生じる５１０
２中に余剰のＭ、が固溶し、〃ラスの融点を下げ、酸素
の拡散を速め、結果として耐酸化特性以にのことから、
試料番号３〜９．１１．１４．１５のものは本発明範囲
のものであるが、これらは耐熱１Ｉｉ１ｐ、性（Δし）
：５００℃以上、耐酸化性（１３００℃、４時間）：０
．２ｎ＋ｇ／ｃｍ２以下、曲げ強度：９０にｇ／ｍ♂以
上であって、セラミックヒータとしての性能が非常にす
ぐれているものであるといえる。
２中に余剰のＭ、が固溶し、〃ラスの融点を下げ、酸素
の拡散を速め、結果として耐酸化特性以にのことから、
試料番号３〜９．１１．１４．１５のものは本発明範囲
のものであるが、これらは耐熱１Ｉｉ１ｐ、性（Δし）
：５００℃以上、耐酸化性（１３００℃、４時間）：０
．２ｎ＋ｇ／ｃｍ２以下、曲げ強度：９０にｇ／ｍ♂以
上であって、セラミックヒータとしての性能が非常にす
ぐれているものであるといえる。
これに則し試料番号１．２のものは、マグネシアとクロ
ミアの化合物の添加量が６重量％を越え、耐熱衝撃性、
対酸化性及び機械的強度のいずれもが良好でなく加熱サ
イクルテスト結果もＡ、Ｂであって好ましくなく、また
資料番号１０のものは、成分組成は本発明範囲内である
が焼成温度が１７５０℃を越えた１８００″Ｃ″Ｃある
ため、加熱サイクルテスト結果がＣであってタングステ
ンフィラメントに像中クラックが生じている。試料番号
１２．１３．１６のものはＭＦＩＯとＣｒ２Ｊの合量、
又はＭｇＣｒ２Ｏ４の添Ｅ、Ｆであって問題がある。
ミアの化合物の添加量が６重量％を越え、耐熱衝撃性、
対酸化性及び機械的強度のいずれもが良好でなく加熱サ
イクルテスト結果もＡ、Ｂであって好ましくなく、また
資料番号１０のものは、成分組成は本発明範囲内である
が焼成温度が１７５０℃を越えた１８００″Ｃ″Ｃある
ため、加熱サイクルテスト結果がＣであってタングステ
ンフィラメントに像中クラックが生じている。試料番号
１２．１３．１６のものはＭＦＩＯとＣｒ２Ｊの合量、
又はＭｇＣｒ２Ｏ４の添Ｅ、Ｆであって問題がある。
（発明の効果）
上記のとおり本発明によれば、耐熱衝撃性（Δｔ）：５
００℃以上、耐酸化性（１３００℃、４時間）：０．２
ｍｇ／Ｃｍ２以下、曲げ強度：９０Ｋｇ／ｍ♂以トの特
性を持つセラミックヒータが得られ、これはセラミック
ヒータとしての性能が非常にすぐれているものである。
００℃以上、耐酸化性（１３００℃、４時間）：０．２
ｍｇ／Ｃｍ２以下、曲げ強度：９０Ｋｇ／ｍ♂以トの特
性を持つセラミックヒータが得られ、これはセラミック
ヒータとしての性能が非常にすぐれているものである。
従ってこのセラミックヒータを使用すれば、例えばディ
ーゼルエンジンのか命を長期化でさ、該エンジンを搭載
した自動車、船舶等の走行安定性を高めることができる
など、斯界に貢献するところが非常に大きい。
ーゼルエンジンのか命を長期化でさ、該エンジンを搭載
した自動車、船舶等の走行安定性を高めることができる
など、斯界に貢献するところが非常に大きい。
第１〜第３図は各種セラミックヒータの形状、構造を示
す一部断面図であり、第２図は円筒状ヒータ、第２図は
平板状ヒータ、ｔＩ＆３図はグロープラグを示す。 １：窒化珪素質セラミック ２．３： タングステン発熱抵抗体 ２′ ：リード端子 第１図
す一部断面図であり、第２図は円筒状ヒータ、第２図は
平板状ヒータ、ｔＩ＆３図はグロープラグを示す。 １：窒化珪素質セラミック ２．３： タングステン発熱抵抗体 ２′ ：リード端子 第１図
Claims (2)
- （１）窒化珪素（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）９４重量％以上と、
マグネシア（ＭｇＯ）とクロミア（Ｃｒ＿２Ｏ＿３）あ
るいはマグネシアとクロミアの化合物６重量％以下とか
らなる窒化珪素質焼結体内にタングステンフィラメント
又はタングステン含有ペーストからなる発熱抵抗体が埋
設されて成ることを特徴とするセラミックヒータ。 - （２）窒化珪素（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）９４重量％以上と、
マグネシア（ＭｇＯ）とクロミア（Ｃｒ＿２Ｏ＿３）あ
るいはマグネシアとクロミアの化合物６重量％以下とか
らなる窒化珪素質セラミック素地中にタングステンフィ
ラメント又はタングステン含有ペーストからなる発熱抵
抗体を埋設し、これを非酸化性雰囲気中で１６００〜１
７５０℃の範囲内でホットプレスすることを特徴とする
セラミックヒータの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26961784A JPH0697631B2 (ja) | 1984-12-22 | 1984-12-22 | セラミツクヒ−タ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26961784A JPH0697631B2 (ja) | 1984-12-22 | 1984-12-22 | セラミツクヒ−タ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61148792A true JPS61148792A (ja) | 1986-07-07 |
| JPH0697631B2 JPH0697631B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=17474843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26961784A Expired - Lifetime JPH0697631B2 (ja) | 1984-12-22 | 1984-12-22 | セラミツクヒ−タ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697631B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6444838A (en) * | 1987-08-12 | 1989-02-17 | Snow Brand Milk Products Co Ltd | Sensor used in power conductive heating method |
| JPH01122590A (ja) * | 1987-11-06 | 1989-05-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータの製造方法 |
| JPH03110785A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-10 | Kunimitsu Inoue | 筒形電熱器 |
-
1984
- 1984-12-22 JP JP26961784A patent/JPH0697631B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6444838A (en) * | 1987-08-12 | 1989-02-17 | Snow Brand Milk Products Co Ltd | Sensor used in power conductive heating method |
| JPH01122590A (ja) * | 1987-11-06 | 1989-05-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータの製造方法 |
| JPH03110785A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-10 | Kunimitsu Inoue | 筒形電熱器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0697631B2 (ja) | 1994-11-30 |
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