KR0135637B1 - 써미스터 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 400°K 이상의 높은 B정수를 갖는 써미스터 조성물에 관한 것으로, 특히, χ산화망간(Mn₃O₄)+y산화코발트(Co₃O₄)+z산화크롬(Cr₂O₃)을 기본조성으로 하여 제조되는 써미스터 원료로써, 탄산리듐(Li₂CO₃), 산화아연(ZnO), 산화니켈(NiO), 산화철(Fe₂O₃), 산화티탄산(TiO₂), 산화니오븀(NbO₅)을 소량 첨가하여 B정수를 크게 저하시키지 않고, 비저항을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속 산화물계 써미스터 조성물에 관한 것이다.

Description

써미스터 조성물

제1도는 본 발명 금속 산화물계 써미스터 조성비를 나타낸 기본 3원계도.

제2도는 Cr₂O₃함량에 따른 써미스터의 비저항과 B정수의 변화도.

본 발명은 산화망간(Mn₃O₄)+산화코발트(Co₃O₄)+산화크롬(Cr₂O₃)을 기본조성으로 하여 제조되는 써미스터 원료에 관한 것으로서, 탄산리듐(Li₂CO₃), 산화아연(ZnO), 산화니켈(NiO), 산화철(Fe₂O₃), 산화티탄산(TiO₂), 산화니오븀(NbO₅)을 소량 첨가하여 비저항을 조절할 수 있는 금속 산화물계 써미스터 조성물에 관한 것이다.

금속 산화물계 써미스터는 천이금속 산화물을 조합하여 만든 온도에 따라 전기저항이 지수함수적으로 감소하는 반도체 소자의 일종으로서 기본 조성이나, 소결온도에 따라 결정구조 및 소결성에 기인하여 상온저항 및 B정수에 큰 차이를 나타낸다.

이러한 소자는 온도감지소자, 온도보상 및 조절소자, 전압조절용소자 그리고 각종 정밀측정 및 분석기기의 핵심소자로 널리 응용되고 있다.

특히, 온도감지소자의 경우 온도에 따라 저항변화가 큰 즉, B정수가 높은 소자를 사용함으로써 좋은 감도를 발현시킬 수 있다.

종래에 개발된 소재로는 스핀널계 망간-니켈-코발트-구리계 및 헤마타이트계인 철-티타늄계가 있으며, 이중 스핀널계 구조의 써미스터의 경우 조성에 따라 넓은 저항범위와 큰 B정수를 나타냄으로써 광범위하게 응용된다.[참조 : 1. Thermistors(ed. b y E. D. Macklen), Electrochemical Pub., Ayr, Scotland(1979). 2. Ceramic Mater ials for electronic(ed. by R. C. Buchanan), Marcel Dekker, New York(1986). 3. 미국 특허(3408311, 1968. 10. 29)]

그러나, 이같은 스핀넬계인 망간-니켈-코발트-구리계 써미스터의 경우 산화동은 인체에 흡수되는 경우 유해물질이 작용하기 때문에 공해발생의 문제점을 지니고 있다.

또한, 상온 비저항이 500∼1KΩ·cm인 범위에서 B정수가 3500∼3700°K 정도로써 감도증진을 위해서는 동일 비저항 범위에서 B정수가 4000℃K이상인 소재의 개발의 필요성이 대두되었다.

따라서, 본 발명은 χ산화망간(Mn₃O₄)+y산화코발트(Co₃O₄)+z산화크롬(Cr₂O₃)을 기본 조성으로 조성비율은 중량비(%)로

41≤χ≤51.5

44≤y≤51.5

1≤z≤9의 범위(χ+y+z=100)

이와 같은 본 발명은 써미스터 원료 조성 기본 3성분계로 나타내면 제1도와 같다.

또한, 표 1에서와 같은 다른 첨가제를 소량 첨가하여 상온 비저항이 500∼1KΩ·cm이며 B정수가 4000°K 이상인 고감도의 양호한 특성을 갖는 감지 소자를 제조할 수 있는 금속 산화물계 써미스터 원료를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 본 발명의 금속 산화물계 써미스터는 일반적으로 널리 사용되는 산화물 혼합방법으로 제작이 가능하다.

* 기준 조성(특허의 조성)

이하, 본 발명의 실시예를 통하여 써미스터의 제조과정을 설명한다.

먼저, 산화망간(MnO), 산화코발트(CoO), 산화크롬(CrO) 및 소량의 표 1의 첨가제를 중량에 따라 정확히 칭량하여 지르코니아 볼밀(Ball Mill)에서 증류수와 함께 잘 혼합 및 분쇄를 행한다.

이때, 사용되는 원료는 하소(Calcination) 공정을 통하여 산화물로의 전환이 용이한 화합물 즉, 수산화물 및 탄산염등이 포함된 원료 화합물도 가능하다.

혼합 및 분쇄가 완료된 시료는 800℃에서 하소를 한 후, PVA 수용액등의 일반적인 결합제를 미량 첨가하여 1ton/cm 의 압력으로 가압성형하여 알루미나 기판위에 올려 놓고 전기로로 1170℃∼1230℃의 온도로 1시간 동안 소결을 행한다.

소결시에는 결합제등 유기물의 휘발을 위하여 600℃에서 1시간 유지하며 승온 및 냉각속도는 300℃/ hr로 한다.

이후, 소결제의 양면에 은paste를 Screen 인쇄하여 전극을 형성하며 800℃에서 30분간 열처리하고 24시간 경과 후 전기적 특성을 측정한다.

시편의 전기적 특성 특징은 25℃로 유지된 실리콘 오일 항온조에서 2단 자법으로 측정하였으며 B정수는 25℃와 50℃ 사이에서 다음과 같은 식에 의해 계산된다.

제2도는 표 1에서 나타난 본 발명의 실시예 조성으로 이루어진 산화크롬(Cr₂O₃) 함량에 따른 금속 산화물계 써미스터의 비저항과 B정수 변화 관계를 보인 그래프이다.

이와 같은 제조과정을 통하여 얻어진 본 발명의 금속 산화물계 써미스터는 소량의 첨가물로 비저항을 고정, 비저항 500∼1KΩ·cm인 범위에서 B정수가 4000°K 이상인 고감도의 양호한 전기적 특성의 써미스터 제조가 가능함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 금속 산화물계 써미스터는 스핀넬계 결정구조를 가지며 표 1에서와 같이 산화크롬이 첨가됨에 따라 비저항이 감소하다가 4.5중량(%) 이상에서 다시 비저항이 계속 증가한다.

또한, 산화망간(Mn₃O₄)이 증가함에 따라 비저항과 B정수가 계속 증가하는 특징을 갖고 있음을 알 수 있다.

또한, 산화망간(Mn₃O₄)-산화코발트(Co₃O₄)-산화크롬(Cr₂O₃) 기본조성에 탄산리튬, 산화아연, 산화니켈, 산화철, 산화티탄 및 산화니오븀을 소량 첨가할 때 즉 1∼3중량% 첨가할 때 B정수를 크게 저하시키지 않고 비저항을 유용하게 조절할 수 있다.

이상 모든 조성물의 소결온도는 1170℃∼1230℃ 정도로 일정하게 소결온도 및 첨가제에 따라 비저항과 B정수를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 써미스터 조성물이다.

Claims (7)

1. χ Mn₃O₄+y Co₃O₄+z Cr₂O₃계를 기본조성으로 하고 중량비(%)로

   41≤χ≤51.5

   44≤y≤51.5

   1≤z≤9 단, (χ+y+z=100)

   조성범위를 갖는 금속 산화물계 써미스터 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 탄산리듐을 1∼3중량% 첨가하여 비저항을 조절할 수 있는 써미스터 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 산화아연을 1∼3중량% 첨가하여 비저항을 조절할 수 있는 써미스터 조성물.
4. 제 1 항에 있어서, 산화니켈을 1∼3중량% 첨가하여 비저항을 조절할 수 있는 써미스터 조성물.
5. 제 1 항에 있어서, 산화철을 1∼3중량% 첨가하여 비저항을 조절할 수 있는 써미스터 조성물.
6. 제 1 항에 있어서, 산화티탄을 1∼3중량% 첨가하여 비저항을 조절할 수 있는 써미스터 조성물.
7. 제 1 항에 있어서, 산화니오븀을 1∼3중량% 첨가하여 비저항을 조절할 수 있는 써미스터 조성물.