KR100401748B1 - A PTC ceramic pre-heater and the preparing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보조난방장치용 PTC 세라믹히터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강유전체인 바륨 티타네이트(BaTiO3)를 주성분으로 하고 여기에 Si, Ti, Fe, V, Cu, Pb, 및 Sn 성분을 포함하여 상온에서는 낮은 비저항을 가지며 강유전체의 전이온도 이상에서는 높은 비저항을 가져 저온특성이 좋으며 발열량이 우수하고 냉각수의 빠른 가열성능으로 겨울철 성애제거 및 난방효과를 상승시키며, 내구수명 연장에 의한 차량의 품질을 향상시킬 수 있는 정저항온도계수(PTC) 터미스터(thermistor)인 보조난방장치용 PTC 세라믹히터 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a PTC ceramic heater for an auxiliary heating device and a method of manufacturing the same, and more particularly, a barium titanate (BaTiO 3 ), which is a ferroelectric, as a main component, and includes Si, Ti, Fe, V, Cu, Pb, and It has low specific resistance at room temperature, including Sn component, and has high specific resistance above transition temperature of ferroelectric material. It has good low temperature characteristics, and it has good calorific value and fast heating performance of cooling water, which increases winter defrosting and heating effect. The present invention relates to a PTC ceramic heater for auxiliary heating device, which is a positive resistance temperature coefficient (PTC) thermistor capable of improving the quality of a vehicle, and a manufacturing method thereof.

Description

보조난방장치용 PTC 세라믹히터 및 그 제조방법{A PTC ceramic pre-heater and the preparing method thereof}PTC ceramic heater for auxiliary heating device and its manufacturing method {A PTC ceramic pre-heater and the preparing method

본 발명은 보조난방장치용 PTC 세라믹히터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강유전체인 바륨 티타네이트(BaTiO3)를 주성분으로 하여 여기에 Si, Ti, Fe, V, Cu, Pb, 및 Sn 성분을 포함하여 상온에서는 낮은 비저항을 가지며 강유전체의 전이온도 이상에서는 높은 비저항을 가져 저온특성이 좋으며 발열량이 우수하고 냉각수의 빠른 가열성능으로 겨울철 성애제거 및 난방효과를 상승시키며, 내구수명 연장에 의하여 차량의 품질을 향상시킬 수 있는 정저항온도계수(positive temperature coefficient of electrical resistivity, 이하 PTC'라 함) 터미스터(thermistor)인 보조난방장치용 세라믹히터 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a PTC ceramic heater for auxiliary heating device and a method of manufacturing the same, and more particularly, based on the ferroelectric barium titanate (BaTiO 3 ), and includes Si, Ti, Fe, V, Cu, Pb, and It has low specific resistance at room temperature, including Sn component, and has high specific resistance above transition temperature of ferroelectric material. It has good low temperature characteristics, and it has good calorific value and fast heating performance of cooling water to increase defrosting and heating effect in winter. The present invention relates to a ceramic heater for an auxiliary heating device which is a positive temperature coefficient of electrical resistivity (PTC ') thermistor capable of improving the quality of a vehicle, and a manufacturing method thereof.

직접분사식 엔진을 사용하는 차량은 겨울철 난방 및 성애제거를 위해 시동 후 엔진 가열에 의하여 냉각수를 가열하여 사용하는 방식을 채택하고 있다.Vehicles using direct injection engines adopt the method of heating and using the coolant by heating the engine after starting for winter heating and defrosting.

DI 디젤 엔진의 경우 약 30 ∼ 40 % 정도 열원 저하가 발생됨에 따라 난방 및 성애제거를 위해서는 대략 40 분 정도의 장시간이 소요된다. 이를 해결하기 위하여 냉각수를 보다 빨리 가열시킬 수 있는 보조 히터 시스템을 수입하여 사용하는데 히터의 재료가 금속성으로 되어 있어, 히터의 성능이 규격을 만족하지 못하거나 가격면에서도 원가상승의 요인이 되고 있다.In the case of DI diesel engine, about 30 to 40% of heat source is degraded, so it takes about 40 minutes for heating and defrosting. In order to solve this problem, an auxiliary heater system capable of heating the cooling water is imported and used. The heater material is made of metal, so that the performance of the heater does not meet the specifications or is a factor in the cost increase.

현재 중대형 자동차의 경우 냉각수를 가열하기 위하여 보조 히터를 사용하는데 그 열원이 금속 글로우 플러그(Glow Plug)이다. 금속 글로우 플러그는 발열 온도가 낮으며, 냉각수에 의해 표면부식(cavitation)이 발생되어 내구 수명을 감소시키는 문제점을 가지고 있으며, 상기 금속 글로우 플러그의 전량을 수입에 의존하고 있어 원가상승의 주요요인이 되고 있다. 또한, 냉각수에 완전히 충전되지 않은 상태에서 전원 인가시 글로우 플러그는 대기상태에서 발열을 하게 되는데, 이때 적열취성과 같은 표면산화와 표면부식 등의 현상이 발생되어 히터의 수명이 크게 단축되는 문제점이 있었다.Currently, medium and large vehicles use an auxiliary heater to heat the coolant, and the heat source is a metal glow plug. The metal glow plug has a low heat generation temperature and has a problem of reducing the service life due to surface cavitation caused by cooling water, and the total amount of the metal glow plug depends on imports, which is a major factor in the cost increase. have. In addition, the glow plug generates heat in the standby state when the power is not fully charged in the cooling water. At this time, a phenomenon such as surface oxidation and surface corrosion, such as red brittleness, occurs, which greatly shortens the life of the heater. .

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 종래 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 노력하였다. 그 결과, 동일 이상의 성능을 발휘할 수 있는 세라믹(PTC)히터 소자를 개발함에 있어, 강유전체인 바륨 티타네이트(BaTiO3)를 주성분으로 하고 Si, Ti, Fe, V, Cu, Pb, 및 Sn 성분을 포함하여 상온에서는 낮은 비저항을 가지며, 강유전체의 전이온도 이상에서는 높은 비저항을 가지므로서 저온특성이 좋고 발열량이 우수하며 냉각수를 빨리 가열할 수 있어 겨울철 성애제거 및 난방효과를 상승시킬 수 있는 보조난방장치용 세라믹히터를 개발하여 본 발명을 완성하였다.As described above, the present invention has been made to solve the problems as described above. As a result, in developing a ceramic (PTC) heater element capable of exhibiting the same performance or higher, the main component is barium titanate (BaTiO 3 ), which is a ferroelectric material, and Si, Ti, Fe, V, Cu, Pb, and Sn components. Including a low specific resistance at room temperature, and a high specific resistance above the transition temperature of ferroelectric material, it has good low temperature characteristics, excellent heat generation, and can quickly heat the cooling water. The present invention was completed by developing a ceramic heater.

도 1은 본 발명에 따른 PTC 세라믹히터의 제조공정을 나타낸 것이다.1 shows a manufacturing process of the PTC ceramic heater according to the present invention.

본 발명은 Si 0.005 ∼ 0.02 중량%, Ti 0.005 ∼ 0.02 중량%, Fe 0.001 ∼ 0.002 중량%, V 0.001∼ 0.002 중량%, Cu 0.023 ∼ 0.1중량%, Pb 0.015 ∼ 0.20 중량%, Sn 0.1∼ 0.25 중량%, 및 BaTiO395 ∼ 99.75 중량%로 이루어진 보조난방장치용 PTC 세라믹히터를 그 특징으로 한다.In the present invention, 0.005% to 0.02% by weight of Si, 0.005% to 0.02% of Ti, 0.001% to 0.002% of Fe, 0.001% to 0.002% of V, 0.023% to 0.1% of Cu, 0.015% to 0.20% of Pb, and 0.1% to 0.25% of Sn. %, And BaTiO 3 95 to 99.75% by weight PTC ceramic heater for auxiliary heating device is characterized by.

또한, 본 발명은In addition, the present invention

a) Si 0.005 ∼ 0.02 중량%, Ti 0.005 ∼ 0.02 중량%, Fe 0.001 ∼ 0.002 중량%, V 0.001∼ 0.002 중량%, Cu 0.023 ∼ 0.1중량%, Pb 0.015 ∼ 0.20 중량%, Sn 0.1∼ 0.25 중량%, 및 BaTiO395 ∼ 99.75 중량%로 이루어진 성분을 조합한 후, 알루미나 볼(ball)로 원료분말을 직경 0.5 ㎛ 이하로 볼밀링하고,a) 0.005 to 0.02 weight percent Si, 0.005 to 0.02 weight percent Ti, 0.001 to 0.002 weight percent Fe, 0.001 to 0.002 weight percent V, 0.023 to 0.1 weight percent Cu, 0.015 to 0.20 weight percent Pb, 0.1 to 0.25 weight percent Sn , And BaTiO 3 95 to 99.75% by weight of a component, and then ball milling the raw powder with an alumina ball to a diameter of 0.5 μm or less,

b) 상기 분말을 열풍건조기에서 40 ∼ 50 분 동안 슬러리를 건조한 후 소성 및 분쇄하고,b) the powder is dried in a hot air dryer for 40 to 50 minutes, calcined and pulverized,

c) 상기 b)단계에서 얻어진 원료분말과 유기바인더를 90 : 10의 중량비로 혼합하고, 및c) mixing the raw material powder and the organic binder obtained in step b) in a weight ratio of 90:10, and

d) 상기 c)단계의 혼합물을 성형(forming), 디왁싱(dewaxing) 및 소결(sintering)하는 단계를 포함하는 보조난방장치용 PTC 세라믹히터의 제조방법을 또 다른 특징으로 한다.d) a method of manufacturing a PTC ceramic heater for an auxiliary heating device, comprising the step of forming, dewaxing and sintering the mixture of step c).

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 보조난방장치용 세라믹히터를 제조함에 있어, 강유전체인 바륨 티타네이트에 특정 화학성분을 첨가함으로써 바륨 티타네이트에 반도성을 띠게하여 저항을 감소시키고 발열량을 증가시키는 세라믹 히터(PTC 세라믹) 및 그 제조방법을 제공한다.In the present invention, in manufacturing a ceramic heater for auxiliary heating device, by adding a specific chemical component to the ferroelectric barium titanate to make the barium titanate semi-conductive to reduce the resistance and increase the calorific value (PTC ceramic) and It provides a manufacturing method.

세라믹 재료 중 PTC 란, 상온 근처의 온도에서는 수십 Ω-cm 정도로 낮은 비저항을 가져 전류를 잘 통하게 하나, 자신의 저항 때문에 발생하는 주울(Joule)열이나 주위 온도의 변화에 의해 강유전체(ferroelectrics)의 전이온도 (transformation 또는 Curie temperature) 이상의 온도로 유지되면 수 MΩ-cm 이상의 높은 비저항을 가져 전류를 차단하는 재료의 톡특한 전기적 특성을 말한다. 이러한 전기적 특성을 이용한 다양한 소자들이 개발되고 있으며, 자동차용 소자 등에도 다양하게 응용되고 있다.PTC is a ceramic material, which has a specific resistance as low as several tens of Ω-cm at a temperature near room temperature, so that current flows well.However, the transition of ferroelectrics due to Joule heat or ambient temperature change caused by its resistance When it is maintained above the temperature (transformation or Curie temperature), it has a high specific resistance of several MΩ-cm or more, and it is a unique electrical property of a material that blocks current. Various devices using these electrical characteristics have been developed, and various applications have been applied to automobile devices.

PTC 세라믹에서 온도변화에 따른 재료의 저항변화는 크게 두 가지로 나눌 수 있다.In PTC ceramics, the resistance change of a material with temperature can be divided into two types.

먼저, 전기저항이 비교적 높은 절연체와 반도체의 경우에는 온도가 증가하면 전자여기(transition)가 증가하여 전기전도에 기여할 수 있는 전자의 수가 증가하여 전기저항이 감소한다. 이런 온도에 따른 저항변화를 부저항 온도 계수( Negative Temperature Coefficient : NTC ) 라고 한다.First, in the case of an insulator and a semiconductor having a relatively high electric resistance, when the temperature increases, the electron excitation (transition) increases, and the number of electrons that can contribute to the electric conduction increases and the electric resistance decreases. This change in resistance with temperature is called the Negative Temperature Coefficient (NTC).

이와 반대로 전기 전도체의 경우에는 온도가 증가하면 전자 격자의 열진동(phonon)이 증가하고 따라서 전자의 이동 속도가 감소하여 저항이 증가한다. 이런 온도에 따른 저항 변화를 상기한 정저항온도계수(PTC, Positive Temperature Coefficient) 라고 한다.In contrast, in the case of an electric conductor, as the temperature increases, the phonon of the electron lattice increases, and thus, the movement speed of the electron decreases, thereby increasing the resistance. This change in resistance with temperature is referred to as the positive temperature coefficient (PTC) described above.

일반적으로 세라믹은 이온결합이나 공유결합으로 되어 있어 전자들이 이온에 밀착되어 있으므로 에너지 결합 갭(energy band gap)이 커서 비교적 저항이 큰 절연체역할을 하며 온도에 따른 저항변화도 NTC 특성을 보인다. 이와 같은 세라믹의 NTC 특성 때문에 온도센서에 세라믹을 광범위하게 사용할 수 있다. 하지만 강유전체인 다결정 세라믹(Polycrystalline ceramics)에 적당한 원소들을 첨가하면 세라믹이 PTC 특성을 보이게 된다.In general, ceramics are ion-bonded or covalently bonded, so electrons are in close contact with the ions, so the energy band gap is large, which serves as a relatively insulator, and the resistance change with temperature also shows NTC characteristics. Because of the NTC characteristics of ceramics, ceramics can be used extensively in temperature sensors. However, when the appropriate elements are added to the ferroelectric polycrystalline ceramics, the ceramic exhibits PTC characteristics.

상기 PTC 세라믹의 일반적 성질은 다음과 같다.General properties of the PTC ceramic is as follows.

본 발명에서 사용하는 BaTiO3는 PTC 세라믹의 주성분으로 가장 많이 쓰이는 성분으로, 강유전체로서 일반적으로 밴드 갭(band gap)이 커서 전기저항이 큰 재료로 알려져 있다. 상기와 같은 전기부도체가 PTC의 특성인 저온에서 낮은 저항을 갖기 위해서는 자유전자의 수를 증가시켜 주어야 하므로 상기 재료에 전자를 낼 수 있는 원소를 첨가하는 방법이 사용된다.BaTiO 3 used in the present invention is a component most frequently used as a main component of PTC ceramics. As a ferroelectric material, a large band gap is generally known as a material having high electric resistance. Since the electrical conductor as described above has to increase the number of free electrons in order to have a low resistance at low temperatures, which is a characteristic of PTC, a method of adding an electron-producing element to the material is used.

BaTiO3PTC의 경우는 Sb+5, Nb+5, Ta+5및 La+3, Pr+3, Na+, Gd+3, Y+3등을 첨가하여 밴드 갭(band gap)내에 불순물 수준(level)을 이용하여 자유전자를 만들어 전기저항을 적게 만든다. 상기에서 +5 가로 충전되어있는 전이금속이온들은 BaTiO3내에서 Ti+4를 치환하고 재료의 전체적인 전기적 중성을 유지하기 위하여 자유전자를 방출하여 BaTiO3를 n-형 반도성을 띄게 하여 저항을 감소시킨다. 그리고 +3 로 충전되어 있는 희토류 금속 이온들은 Ba+4를 치환하고 자유전자를 방출하여 BaTiO3를 n-형 반도성을 띄게 하여 저항을 감소시킨다. PTC 세라믹은 다른 전자가의 이온들을 첨가(doping)하여 재료의 전기저항을 낮추게 된다.In the case of BaTiO 3 PTC, impurity levels in the band gap are added by adding Sb +5 , Nb +5 , Ta +5 and La +3 , Pr +3 , Na + , Gd +3 , Y +3, etc. level) to make free electrons and to make electric resistance less. The transition metal ion is + 5 in the horizontal charge will decrease the resistance and the n- type semiconductive significantly the BaTiO 3 by substituting Ti +4 and emit free electrons in order to maintain overall electroneutrality of the material in the BaTiO 3 Let's do it. The rare earth metal ions charged with +3 replace Ba +4 and release free electrons, thereby reducing the resistance by making BaTiO 3 n-type semiconducting. PTC ceramics lower the electrical resistance of the material by doping other valence ions.

종래에 알려진 바와 같이 단결정 BaTiO3로는 PTC 현상을 만들 수 없으므로, PTC 현상을 만들기 위해서는 강유전체의 다결정을 사용해야 한다. 다결정에서만 PTC 현상이 관측되는 주된 이유는 바로 퀴리(Curie) 온도 이상에서 PTC 가 높은 저항을 갖게 되는 이유와 동일하다.As known in the art, a single crystal BaTiO 3 cannot produce a PTC phenomenon, and thus a polycrystal of ferroelectric material must be used to produce a PTC phenomenon. The main reason why the PTC phenomenon is observed only in polycrystals is the same as the reason why PTC has high resistance above Curie temperature.

다결정 세라믹의 일반적인 제조 공정은 분말을 성형하고 소결하여 치밀한 구조를 만드는 것으로 이루어져 있다. 즉, 고온에서 소결한 후에 냉각 공정을 거치게 되는데 냉각시 물질은 확산에 의하여 움직이게 된다. 확산은 시간이 걸리게 되고 따라서 냉각 속도에 따라서 입자 계면과 입자 내부에서의 물질은 차이가 날 수 있다. 물질의 차이는 전자 구조의 차이를 유발하여 결과적으로 입자 계면과 입자 내부의 전자구조를 다르게 만들게 되는데, PTC 세라믹에서는 입자 계면의 전자 구조를 입자 내부와 다르게 하여 입자계면 전자 방해층을 만들어 준다.입자계면 전자 방해층은 재료의 전체저항을 증가시키는 역할을 한다. 퀴리(Curie) 온도 이상에서 PTC가 높은 저항을 갖는 주된 이유가 바로 입자계면 방해층(grain boundary depletion layer) 때문이라는 것은 여러 가지 실험과도 일치하는 현상으로써 많은 사람들이 동의하고 있다.The general manufacturing process of polycrystalline ceramics consists of molding and sintering the powder to create a dense structure. That is, after sintering at high temperature, the cooling process is performed, and during cooling, the material is moved by diffusion. Diffusion takes time and therefore the material at the particle interface and inside the particle can vary depending on the cooling rate. The difference in material causes the electronic structure to be different, resulting in different electronic structures inside the particle interface and inside the particle. PTC ceramics create a grain boundary electron blocking layer by changing the electronic structure at the particle interface different from the inside of the particle. The interfacial electron blocking layer serves to increase the overall resistance of the material. Many agree that the main reason for PTC's high resistance above Curie temperature is due to the grain boundary depletion layer.

PTC 특성은 BaTiO3와 같은 강유전체에서만 발생한다는 사실은 PTC 현상이 강유전현상과 밀접한 관계가 있을 것이라는 예측을 하게 한다. 강유전체는 퀴리(Curie)온도 이상에서는 강유전성을 잃고 강유전체 특성을 보이며 퀴리온도 이하에서만 강유전성이 보존된다.The fact that PTC properties only occur in ferroelectrics such as BaTiO 3 makes the prediction that PTC phenomena will be closely related to ferroelectric phenomena. Ferroelectrics lose ferroelectricity and exhibit ferroelectric properties above Curie temperature, and ferroelectricity is preserved only below Curie temperature.

강유전성의 주된 특성은 크게 두 가지로 표현되는데, 하나는 자발 분극이고 다른 하나는 이력 특성이다.There are two main characteristics of ferroelectricity: spontaneous polarization and hysteresis.

자발 분극이란 퀴리온도 이하에서는 강유전재료의 격자이방성(lattice anisotropy) 때문에 전장을 걸어주지 않은 상태에서 분극이 발생하는 현상이다. 강유전체를 퀴리온도 이하로 유지하면 자발분극에 의하여 마치 전지와 같이 전하를 저장하고 있는 형태로 존재할 것으로 여겨지나, 실제로는 그렇지 않다. 즉, 전하를 저장하고 있는 형태로 되지 않는 것은 전하를 저장하고 있는 경우의 계 전체의 에너지가 높아서 재료의 미세한 부분이 동일한 결정배열을 하는 전계(electric domain)로 나누어 지게되고 상기 전계가 재료전체에 불규칙하게 배열되어 있기 때문에 재료전체의 전하는 서로 상쇄되는 것이다.Spontaneous polarization is a phenomenon in which polarization occurs under the Curie temperature without applying an electric field due to lattice anisotropy of ferroelectric materials. If the ferroelectric is kept below the Curie temperature, spontaneous polarization is considered to exist in the form of storing charge like a battery, but in reality it is not. In other words, when the charge is not stored, the energy of the entire system when the charge is stored is divided so that minute parts of the material are divided into an electric domain having the same crystal arrangement, and the electric field is applied to the entire material. Since they are arranged irregularly, the charges of the whole material cancel each other out.

강유전체는 전장을 걸어주게 되면 전계는 전하를 저장하며 전장의 방향으로재배치하므로 전장과 분극 사이에 이력특성을 보이게 되는데 바로 이 이력특성이 강유전체의 전계구조를 나타내는 다른 하나의 중요한 특성이다. PTC 세라믹은 다른 전자가의 이온의 첨가 때문에 n-형 반도성을 띄게 되지만, 입자계면방해층 때문에 높은 저항을 갖게 되는데 퀴리 온도 이하에서는 전계의 전하가 입자계면저항층을 상쇄하여 저항이 낮아지는 것으로 설명되고 있다. 그러므로 재료 내에 전계구조를 가질 수 있는 강유전체 만이 PTC 세라믹이 될 수 있는 것이다.When a ferroelectric is applied to an electric field, the electric field stores electric charges and is relocated in the direction of the electric field, thereby showing hysteretic characteristics between the electric field and polarization, which is another important characteristic of the electric field structure of the ferroelectric. PTC ceramics have n-type semiconductivity due to the addition of other valence ions, but they have high resistance due to the grain boundary layer, but below the Curie temperature, the electric charges cancel the grain boundary layer to lower the resistance. Being explained. Therefore, only ferroelectrics that can have an electric field structure in the material can be PTC ceramics.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 특성을 가지는 PTC 세라믹히터를 제조하기 위하여, 상기 바륨티타네이트를 주성분으로 하고 이종전자가를 가지는 원소, 동종 원자가를 가지는 원소, 입계조제, 소결제 등을 첨가하는 것이 바람직하다.Therefore, in the present invention, in order to manufacture a PTC ceramic heater having the above characteristics, it is preferable to add the barium titanate as a main component and an element having a heterogeneous valence, an element having the same valence, a grain boundary aid, a sintering agent, and the like. desirable.

본 발명에서 사용하는 이종전자가 첨가원소로는 Y, La, Sb, Ce, Nb 등이 있으며, 이는 결함 구조를 변화시키며 저항 변화 및 입자크기를 조절한다. 그 사용량은 0 ∼ 0.008 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.Heterogeneous electrons used in the present invention include Y, La, Sb, Ce, Nb, etc., which changes the defect structure and adjusts the resistance change and the particle size. It is preferable to add the usage-amount in 0 to 0.008 weight%.

본 발명에서 사용하는 동종 전자가 원소로는 Sr, Pb, Ca, Sn 등이 있으며, 이는 치환 고용체로 작용하여 퀴리 온도를 조절한다. 그 사용량은 0 ∼ 0.002 중량%로 사용하는 것이 좋다.Homogenous valence elements used in the present invention include Sr, Pb, Ca, Sn and the like, which acts as a substituted solid solution to control the Curie temperature. It is good to use the usage-amount in 0 to 0.002 weight%.

또한, 본 발명에서 사용하는 입계 조제로는 입계의 방해충 조절과 저항 변화폭을 조절하기 위한 것으로, 구체적 예로는 Mn, Fe, V 및 Cu 성분을 첨가하는 것이 바람직하다. 그 사용량은 0 ∼ 0.002 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the grain boundary preparation used in the present invention is to control the interfering insects of the grain boundary and to control the width of the resistance change. Specifically, Mn, Fe, V and Cu components are preferably added. It is preferable to use the usage-amount in 0 to 0.002 weight%.

본 발명에서 사용하는 소결제로는 소결 온도 저하 및 입자 크기를 조절하는 역할을 하며, 구체적 예를 들면 Si, Ti 및 Ge 성분을 첨가하는 것이 바람직하다.그 사용량은 0.005 ∼ 0.02 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.As the sintering agent used in the present invention serves to lower the sintering temperature and to control the particle size, it is preferable to add, for example, Si, Ti and Ge components. desirable.

이때, 유해물은 성분함량이 0.0002 ∼ 0.005 중량%로 함유될 경우 PTC 특성을 저하시키므로, 최소 레벨로 조절하지 않으면 PTC 특성이 저하된다. 이러한 유해성분으로는 Na, K, Al, P 및 Mg 등이 있다.At this time, when the harmful content is contained in the component content of 0.0002 to 0.005% by weight deteriorates the PTC characteristic, if not adjusted to the minimum level, the PTC characteristic is reduced. Such harmful components include Na, K, Al, P and Mg.

바람직하게, 본 발명의 PTC 세라믹히터는 Si 0.005 ∼ 0.02 중량%, Ti 0.005 ∼ 0.02 중량%, Fe 0.001 ∼ 0.002 중량%, V 0.001∼ 0.002 중량%, Cu 0.023 ∼ 0.1중량%, Pb 0.015 ∼ 0.20 중량%, Sn 0.1∼ 0.25 중량%, 및 BaTiO395 ∼ 99.75 중량%로 이루어진 이루어지는 것이 좋다.Preferably, the PTC ceramic heater of the present invention is Si 0.005 to 0.02 wt%, Ti 0.005 to 0.02 wt%, Fe 0.001 to 0.002 wt%, V 0.001 to 0.002 wt%, Cu 0.023 to 0.1 wt%, Pb 0.015 to 0.20 wt %, 0.1 to 0.25 wt% Sn, and 95 to 99.75 wt% BaTiO 3 is preferable.

한편, 본 발명의 PTC 세라믹 히터는 상기 조성의 성분들을 조합한 후, 알루미나 볼로 원료분말 직경 0.5 ㎛ 이하로 볼밀링하고, 120 ℃의 열풍건조기에서 40 ∼ 50 분 동안 슬러리를 건조(온도상승 5 ℃/min)한 후 소성 및 분쇄하고 바인더 혼합, 성형, 디왁싱 및 소결하여 제조할 수 있다.On the other hand, the PTC ceramic heater of the present invention, after combining the components of the above composition, ball milling with alumina balls to a diameter of 0.5 μm or less, and drying the slurry in a hot air dryer at 120 ° C. for 40 to 50 minutes (temperature rise 5 ° C.). / min), followed by firing and pulverization, binder mixing, molding, dewaxing and sintering.

상기 소성은 통상적인 전기로에서 아르곤 기체 분위기하에서 480 ℃의 분위기 로(Furnace)에서 60 분간 하소(예비소결)(온도 상승 15 ℃/min)하는 것이 바람직하다. 상기 분쇄는 알루미나 볼을 사용하여 4시간 동안 하소 분말 직경 0.5 ㎛ 이하가 되도록 분쇄하는 것이 좋다.The firing is preferably performed by calcination (pre-sintering) (temperature rise 15 ° C./min) for 60 minutes in a furnace at 480 ° C. under an argon gas atmosphere in a conventional electric furnace. The pulverization is preferably pulverized to a calcination powder diameter of 0.5 ㎛ or less for 4 hours using an alumina ball.

또한, 상기 바인더 혼합은 원료분말과 유기바인더(예를 들면 PVA205)를 90: 10의 중량비로 혼합하는 것이 좋다.In addition, in the binder mixing, the raw material powder and the organic binder (for example, PVA205) may be mixed at a weight ratio of 90:10.

상기 성형은 3.4 kg·f/㎟의 압력하에서 pressing하고, 460 ℃를 유지하는 전기로에서 120분간 탈지작업(승온 및 냉각속도: 10 ℃/min)하여 디왁싱 한 다음1350 ℃의 분위기 로에서 2시간 동안 소결을 한다.The molding was pressed under a pressure of 3.4 kg · f / mm 2, de-waxed for 120 minutes (heating and cooling rate: 10 ° C./min) in an electric furnace maintaining 460 ° C., and then 2 hours in an atmosphere furnace at 1350 ° C. Sintering.

이때 승온속도는 20 ℃/min이고, 냉각조건은 1000 ℃를 유지한 상태에서 2시간 동안 유지시킨 후 다음부터는 20 ℃/min의 조건으로 냉각한다.At this time, the temperature increase rate is 20 ℃ / min, the cooling conditions are maintained for 2 hours in the state of maintaining the 1000 ℃ and then cooled to the condition of 20 ℃ / min.

그리고, 통상적인 전극 프린팅으로 전극 프린팅(printing)하고 통상적인 전극 소부 작업으로 전극 소부하여 PTC 세라믹히터를 제조할 수 있다.Then, the PTC ceramic heater can be manufactured by electrode printing by conventional electrode printing and electrode baking by conventional electrode baking.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited thereto.

[실시예]EXAMPLE

다음 표 1의 조성의 성분들을 조합한 후, 알루미나 볼로 원료분말 직경 0.5 ㎛ 이하로 볼밀링하고, 열풍건조기에서 40 ∼ 50분 동안 120 ℃에서 슬러리를 건조(온도상승 5 ℃/min)한 후 일반적인 전기로에서 아르곤 기체 분위기하 480 ℃에서 60 분간 하소(예비소결)(온도 상승 15 ℃/min)한 다음, 알루미나 볼을 사용하여 4시간 동안 하소분말 직경 0.5 ㎛ 이하가 되도록 분쇄하였다. 이후, 상기 조성의 원료 성분 혼합물 90 중량%와 나머지 10 중량%의 유기바인더(PVA205)를 혼합하여 바인더 혼합하고, 3.4 kg·f/㎟에서 성형한 후, 일반적인 전기로에서 460 ℃에서 120분간 탈지작업(승온 및 냉각속도: 10 ℃/min)하여 디왁싱하고, 1350 ℃에서 2시간 동안 승온속도 20 ℃/min이고, 냉각조건 1000 ℃에서 2시간 동안 유지 후 20 ℃/min 동안 소결하였다. 그리고, 통상적인 전극 프린팅으로 전극 프린팅하고 통상적인 전극 소부 작업으로 전극 소부하여 PTC 세라믹히터를 제조하였다.Next, after combining the components of the composition of Table 1, ball milling with alumina balls to a diameter of 0.5 μm or less, and drying the slurry (temperature rise 5 ° C./min) at 120 ° C. for 40 to 50 minutes in a hot air dryer. After calcination (pre-sintering) (temperature rise 15 ° C./min) for 60 minutes at 480 ° C. in an argon gas atmosphere in an electric furnace, it was pulverized to an calcination powder diameter of 0.5 μm or less for 4 hours using an alumina ball. Thereafter, 90 wt% of the raw material mixture of the above composition and the remaining 10 wt% of the organic binder (PVA205) were mixed and binder mixed, and molded at 3.4 kg · f / mm 2, followed by degreasing at 460 ° C. for 120 minutes in a general electric furnace. (Warming and cooling rate: 10 ° C / min) was dewaxed, and the temperature rising rate 20 ° C / min for 2 hours at 1350 ° C, and maintained for 2 hours at 1000 ° C cooling conditions and then sintered for 20 ° C / min. Then, the electrode was printed by conventional electrode printing and the electrode was baked by a conventional electrode baking operation to prepare a PTC ceramic heater.

상기 실시예에 의하여 제조된 PTC 세라믹 히터의 물성은 다음과 같다.Physical properties of the PTC ceramic heater manufactured by the above embodiment are as follows.

① Dimension : L25.0 x W14.5 x T0.85① Dimension: L25.0 x W14.5 x T0.85

② Resistance : 0.17 Ω(Supplied voltage : 12.5 Vdc)② Resistance: 0.17 Ω (Supplied voltage: 12.5 Vdc)

③ Tc : 200℃③ Tc: 200 ℃

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 PTC 세라믹히터는 상온에서는 낮은 비저항을 가지며 강유전체의 전이온도 이상에서는 높은 비저항을 가져 저온특성이 좋으며 발열량이 우수하고 냉각수의 빠른 가열성능으로 겨울철 성애제거 및 난방효과를 상승시키며, 내구수명 연장에 의한 차량 품질 향상시킬 수 있다.As described above, the PTC ceramic heater according to the present invention has a low specific resistance at room temperature and a high specific resistance above the transition temperature of the ferroelectric material, and thus has a low temperature characteristic, excellent heat generation, and rapid heating performance of cooling water to remove winter defrost and heating effect. It can increase the vehicle quality by extending the service life.

Claims (2)

Si 0.005 ∼ 0.02 중량%, Ti 0.005 ∼ 0.02 중량%, Fe 0.001 ∼ 0.002 중량%, V 0.001 ∼ 0.002 중량%, Cu 0.023 ∼ 0.1 중량%, Pb 0.015 ∼ 0.20 중량%, Sn 0.2 ∼ 0.025 중량%, 및 BaTiO395 ∼ 99.75 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 보조난방장치용 PTC 세라믹히터.Si 0.005-0.02 wt%, Ti 0.005-0.02 wt%, Fe 0.001-0.002 wt%, V 0.001-0.002 wt%, Cu 0.023-0.1 wt%, Pb 0.015-0.20 wt%, Sn 0.2-0.025 wt%, and BaTiO 3 PTC ceramic heater for auxiliary heating device characterized in that consisting of 95 to 99.75% by weight. a) Si 0.005 ∼ 0.02 중량%, Ti 0.005 ∼ 0.02 중량%, Fe 0.001 ∼ 0.002 중량%, V 0.001∼ 0.002 중량%, Cu 0.023 ∼ 0.1중량%, Pb 0.015 ∼ 0.20 중량%, Sn 0.1∼ 0.25 중량%, 및 BaTiO395 ∼ 99.75 중량%로 성분을 조합한 후, 알루미나 볼(ball)로 원료분말 직경 0.5 ㎛ 이하로 볼밀링하고,a) 0.005 to 0.02 weight percent Si, 0.005 to 0.02 weight percent Ti, 0.001 to 0.002 weight percent Fe, 0.001 to 0.002 weight percent V, 0.023 to 0.1 weight percent Cu, 0.015 to 0.20 weight percent Pb, 0.1 to 0.25 weight percent Sn , And BaTiO 3 95 to 99.75% by weight of the components, and then ball milling to a raw material powder diameter of 0.5 ㎛ or less with an alumina ball, b) 상기 분말을 120 ℃를 유지하는 열풍건조기에서 40 ∼ 50분 동안 슬러리를 건조한 후 소성 및 분쇄하고,b) firing and pulverizing the slurry after drying the slurry for 40 to 50 minutes in a hot air dryer maintaining the powder at 120 ° C; c) 상기 b) 단계에서 얻어진 원료분말과 유기바인더를 90 : 10의 중량비로 혼합하고, 및c) mixing the raw material powder and the organic binder obtained in step b) in a weight ratio of 90:10, and d) 상기 c) 단계의 혼합물을 성형, 디왁싱 및 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조난방장치용 PTC 세라믹히터의 제조방법.and d) molding, dewaxing and sintering the mixture of step c).
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190010130A (en) 2017-07-21 2019-01-30 대우전자부품(주) PTC rod of PTC heater
KR20190010132A (en) 2017-07-21 2019-01-30 대우전자부품(주) Connecting structure of ptc rod and busbar
KR20190073670A (en) 2017-12-19 2019-06-27 대우전자부품(주) PTC heater of dual type
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KR20190073667A (en) 2017-12-19 2019-06-27 대우전자부품(주) PTC heater

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4222783A (en) * 1978-02-06 1980-09-16 Ngk Insulators, Ltd. Barium titanate series ceramics having a positive temperature coefficient of electric resistance
JPH05190261A (en) * 1992-01-10 1993-07-30 Murata Mfg Co Ltd Heating unit having positive resistance temperature characteristic
JPH0640768A (en) * 1992-07-23 1994-02-15 Inax Corp Production of ptc ceramics having high characteristic
JPH09320809A (en) * 1996-05-30 1997-12-12 Sekisui Plastics Co Ltd Barium titanate semiconductor ceramic composition and heater using it
JP2000095562A (en) * 1998-07-24 2000-04-04 Murata Mfg Co Ltd Raw material composition for positive temperature coefficient thermistor, porcelain for positive temperature coefficient thermistor, and production of its porcelain

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4222783A (en) * 1978-02-06 1980-09-16 Ngk Insulators, Ltd. Barium titanate series ceramics having a positive temperature coefficient of electric resistance
JPH05190261A (en) * 1992-01-10 1993-07-30 Murata Mfg Co Ltd Heating unit having positive resistance temperature characteristic
JPH0640768A (en) * 1992-07-23 1994-02-15 Inax Corp Production of ptc ceramics having high characteristic
JPH09320809A (en) * 1996-05-30 1997-12-12 Sekisui Plastics Co Ltd Barium titanate semiconductor ceramic composition and heater using it
JP2000095562A (en) * 1998-07-24 2000-04-04 Murata Mfg Co Ltd Raw material composition for positive temperature coefficient thermistor, porcelain for positive temperature coefficient thermistor, and production of its porcelain

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190010130A (en) 2017-07-21 2019-01-30 대우전자부품(주) PTC rod of PTC heater
KR20190010132A (en) 2017-07-21 2019-01-30 대우전자부품(주) Connecting structure of ptc rod and busbar
KR20190073670A (en) 2017-12-19 2019-06-27 대우전자부품(주) PTC heater of dual type
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