KR19990078395A

KR19990078395A - 저항소자

Info

Publication number: KR19990078395A
Application number: KR1019990010956A
Authority: KR
Inventors: 사와무라겐타로
Original assignee: 사토 히로시; 티디케이 가부시기가이샤
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 1999-10-25
Also published as: CN1230869A; US5997998A; CN1126432C; TW444514B; HK1022234A1; EP0948001A1

Abstract

절연체재료 기판층과 절연체재료 기판층위에 설치되거나 또는 그 속에 매설된 도전체층과의 적층구조 소결체로 이루어진 저항소자에 있어서, 전기도전체층으로서 텅스텐과 탄소로 이루어지고 또 텅스텐과 탄소의 원자비가 1:0.4 내지 1:0.98인 재료를 사용한다. 이와 같은 저항소자는 1400℃이상 또한 1500℃이상에서 사용이 가능하며, 제어회로를 설치하지 않고 약 3초 이내에 1100℃이상으로 급속승온되며 동시에 승강온의 반복이나 고온에서의 산화에 견디는 등의 내구성이 뛰어난 세라믹스로 이루어진 착화성능이 좋은 급속승온 저항소자이다.

Description

저항소자{resistance element}

본 발명은 신규 저항소자, 보다 상세하게는 컴퓨터 등을 응용한 제어회로를 설치하지 않고, 약 3초 이내에 1100℃ 이상의 급속승온이 가능하며, 동시에 승강온의 반복이나 공기중 1500 내지 1550℃정도의 고온에서의 산화에 견디는 등 내구성이 뛰어나서 기체연료나 액체연료의 착화 등에 사용되는 통전식 저항소자 및 서미스터 등의 저항소자에 관한 것이다.

종래, 천연가스, 프로판가스, 등유 등의 기체연료나 액체연료의 착화에는 세라믹스를 사용한 통전식 저항소자가 일반적으로 사용되고 있다.

이 종류의 착화용 저항소자는 2 내지 3초간 정도로 1000℃ 이상의 온도에 도달하는 급속승온과 공기 중에서 1500 내지 1550℃ 정도의 고온에 견디기 위해, 뛰어난 내열충격성 및 내산화성이 요구된다.

이와 같은 요구에 응하기 위해, 종래의 세라믹스 저항소자는 통상 질화규소 (Si₃N₄)에 텅스텐이나 탄화텅스텐 등의 발열체를 매설하고 소성하여 제작되었다.

그러나 이 경우, 질화규소는 난소결성이기 때문에, 소결조제로서 희토류원소를 사용하여 치밀화가 도모되고 있으나, 희토류원소를 첨가하면 1400℃ 이상에서의 내산화성이 저하되는 문제가 발생한다. 따라서, 사용온도의 상한을 1400℃로 억제함으로써 실용화하고 있는데, 급속가열을 할 경우에는 컴퓨터 등을 응용한 제어회로가 필요해져서 비용의 상승을 초래했다. 이와 같은 비용의 증대를 피하기 위해서는 저항소자의 최고 도달 온도를 높게 설정할 필요가 있는데, 종래의 저항소자로는 최고 도달 온도를 더욱 높이는 것은 곤란하며, 실제적인 문제로서 비용이나 내산화성을 고려하면 승온 속도를 희생시킬 수밖에 없는 것이 실상이었다.

또한 종래의 저항소자에 사용되는 도전체층은 예를 들어 상기와 같은 텅스텐이나 탄화텅스텐 등으로 이루어진 발열체인데, 텅스텐의 일부가 규화되면, 도전체층의 저항값이 증대되어 특성저하를 초래한다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 이와 같은 사정을 감안하여, 1400℃ 이상, 나아가 1500℃ 이상에서의 사용이 가능하고, 제어회로를 설치하지 않고도 약 3초 이내에 1100℃ 이상으로 급속승온이 가능하며, 동시에 승강온의 반복이나 고온에서의 산화에 견디는 등 내구성이 뛰어난 세라믹스로 이루어진, 착화성능이 좋은 통전식 저항소자를 저렴한 비용으로 제공하는 데에 있다.

본 발명자는 뛰어난 성능을 갖은 저항소자를 개발하기 위해, 주의깊게 연구를 거듭한 결과, 절연체재료 기판층과 절연체재료 기판층 위에 설치되거나 또는 그 속에 매설된 도전체층의 적층구조 소결체로 이루어진 저항소자에 있어서, 상기 도전체층으로서 텅스텐과 탄소로 이루어지며 또한 탄소가 원자비 1:1 보다도 작은 특정의 조성을 갖는 도전체층을 이용함으로써 것으로 15초간의 통전에 의해 소자온도를 1500℃ 이상까지 도달시키고, 그 후 통전을 정지함으로써 소자를 냉각하는 조작을 반복하는 사이클 시험을 50000회 이상 행하여도 저항값의 변화가 10% 이하인 저항소자를 얻게 되어, 상기의 목적을 달성할 것으로 보고 이 지견을 기초로 해서 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 절연체재료 기판층과 절연체재료 기판층 위에 설치되거나 또는 그 속에 매설된 도전체층과의 적층구조 소결체로 이루어진 저항소자에 있어서, 상기 도전체층이 텅스텐과 탄소로 이루어지고 또한 텅스텐과 탄소와의 원자비가 1:0.4 내지 1:0.98과 같은 구성이다.

이와 같은 본 발명의 저항소자에 있어서는 도전체층에 특정 비율의 텅스텐과 탄소로 이루어진 것을 사용함으로써 이 도전체층의 열팽창률 및 강도가 안정되고, 그 결과 15초간의 통전으로 소자온도를 1500℃까지 도달시키고, 그 후 15초간 통전을 정지하는 것으로 소자의 냉각 조작을 반복하는 사이클 시험에서 50000회 이상의 사용이 가능해진다.

또 도전체층에 추가로 질화규소, 실리머나이트, 물라이트, 질화 알루미늄, 산질화규소 및 사이아론 중 적어도 1종을 소정의 체적 점유율의 범위로 함유시킴에 따라 이 도전체층의 열팽창률 및 강도가 안정되고 덧붙여, 도전체층과 절연체재료 기판층의 접합이 강고해지는 결과, 15초간의 통전에 의해 소자온도를 1550℃까지 도달시켜, 그 후 15초간 통전을 정지하는 것에 의해 소자를 냉각하는 조작을 반복하는 가혹한 조건의 사이클시험에서 50000회 이상의 사용이 가능해진다.

본 발명의 저항소자는 예를 들어 천연가스, 프로판가스, 등유 등의 기체연료나 액체연료의 착화용으로 적절하게 사용된다.

도 1은 본 발명의 저항소자에 있어서 적층구조 소결체의 일예의 부분 분해 사시도.

도 2는 실시예로 제작한 저항소자의 사시도.

이하, 본 발명의 적합한 실시예에 대해 설명한다.

본 발명의 저항소자는 절연체재료 기판층과 절연체재료 기판층위에 설치되거나 또는 그 속에 매설된 도전체층과의 적층구조 소결체로 이루어진 것이다.

상기의 절연체재료 기판층으로는 종래, 급속승온 발열소자에 사용되는 공지의 재료 중에서 적절하게 선택하여 사용할 수 있는데, 특히 질화규소, 산화규소, 산화알루미늄을 함유한 사이아론으로 구성된 것이 적합하다.

질화규소(Si₃N₄)는 산화가 되면 표면에 순수한 산화규소(SiO₂)보호막이 형성되어, 내산화성이 부여되는 것으로 알려져 있다. 그러나 질화규소는 난소결성이기 때문에 단독으로는 소결에 의한 치밀화가 달성되지 않는다.

따라서 본 발명에 있어서는 질화규소 소결체의 치밀화를 촉진하기 위해, 질화규소 100몰에 대해 산화규소가 5 내지 30몰, 바람직하게는 9 내지 21몰, 산화 알루미늄이 3 내지 10몰, 바람직하게는 4 내지 8몰의 범위로 함유된 사이아론으로 이루어진 절연체재료가 바람직하게 사용된다.

산화규소의 함유량이 5몰 미만에서는 얻어지는 절연체 재료의 치밀화가 충분히 진행되지 못하고, 30몰을 초과하면 절연체 재료의 기계적 강도가 저하되어 15초간의 통전으로 소자온도를 1500℃까지 도달시키고 그 후 통전을 정지함으로써 소자의 냉각 조작을 반복하는 사이클시험에서 절연체재료 기판층이 파손되기 쉬워진다.

산화알루미늄의 함유량이 3몰 미만에서는 얻어지는 절연체 재료의 치밀화가 충분히 진행되지 못하고, 10몰을 초과하면 절연체 재료의 치밀화가 진행되지만 내산화성이 저하되어 1500℃ 이상에서의 사용이 곤란해지는 것뿐만 아니라 기계적 강도도 저하된다.

또 본 발명의 저항소자에 있어서 절연체재료 기판층으로서 희토류원소를 함유하는 사이아론으로 이루어진 절연체 재료를 사용할 수도 있다. 희토류원소 산화물로서는 예를 들어 이트륨, 사마륨, 란타늄, 세륨, 네오디뮴 등의 산화물을 들 수 있다. 이들 중에서 이트륨 산화물, 란타늄 산화물 및 세륨 산화물이 적합하다. 이들 희토류 원소산화물은 단독으로 사용해도 되고 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.

한편, 본 발명의 저항소자에 있어서의 도전체층으로서는 고융점, 저열팽창율 및 저전기비저항을 갖는 재료가 사용되고, 특히 융점 2000℃ 이상, 열팽창률 6.0×10^-6/℃ 이하, 및 전기비저항 10^-5Ω·cm 이하가 적합하다.

본 발명에 있어서 이와 같은 재료로서 텅스텐과 탄소로 이루어지면서 텅스텐과 탄소와의 원자비가 1:0.4 내지 1:0.98의 범위 내에 있는 재료가 사용된다.

도전체층의 텅스텐은 절연체재료 기판층에 사이아론을 주성분으로한 것을 사용했을 경우, 소성시 또는 통전발열시에 일부가 규화되어서 이 텅스텐의 규화물은 열팽창계수가 6.0×10^-6/℃를 초과하여, 강도가 취약해지는 것으로 알려져 있다. 이 때문에 통전의 온오프 반복을 하는 사이클시험에 의해 저항값이 증가하는 등의 특성저하가 일어나기 쉽다. 그러나 본 발명과 같이 텅스텐과 탄소가 특정 원자비의 범위에서 공존하면 텅스텐이 안정되어 저항값이 증가하는 등의 특성저하가 일어나기 어려워진다.

텅스텐과 탄소와의 원자비가 0.4 미만일 경우 통전의 온오프 반복을 행하는 사이클시험에 의해, 저항값이 증대하는 등의 특성저하가 일어나기 쉽다. 한편, 텅스텐과 탄소와의 원자비가 1의 경우 관리된 상태에서는 텅스텐의 규화가 방지되어 문제가 없을 것이라고 생각되지만 실제로는 이하와 같은 문제가 있다. 즉, 도전체층은 통상 페이스트상의 재료를 인쇄하여 설치되기 때문에 반죽화를 위해 사용되고 있는 유기 바인더가 소성시에 일부 잔류탄소로서 도전체층에 존재하게 된다. 예를 들어 열간프레스 소성으로는 통상 1원자% 정도의 탄소가 잔류하기 위해서 텅스텐과 탄소와의 원자비 1:1의 조성보다도 탄소과잉이 된다. 따라서 텅스텐과 탄소와의 원자비 1:1의 조성에서 탄소를 2원자% 정도 줄인 조성으로 설정하면 소성 후에 탄소가 과잉 존재하는 경우는 없어져서 양호한 특성이 실현된다. 따라서 텅스텐과 탄소의 원자비의 상한은 상기와 같이 0.98로 설정된다.

본 발명에서는 도전체층에 추가로 질화규소, 실리머나이트, 물라이트, 질화알루미늄, 산질화규소 및 사이아론 중 적어도 1종을 체적 점유율 6%에서 65%의 범위, 바람직하게는 10%에서 60%의 범위로 함유하고 있는 재료가 적절하게 사용된다. 여기서, 본 발명에 있어서의 체적점유율이란 물질이 실온(25℃)에서 혼합상태에 있을 때, 각각의 물질이 점유하는 체적을 백분율로 표시한 것이다. 구체적으로 예를 들어 90cc의 W₂C와 10cc의 질화알루미늄을 혼합한 계에서 W₂C의 체적 점유율은 90%, 질화알루미늄의 체적 점유율은 10%가 된다.

상기와 같이 질화규소, 실리머나이트, 물라이트, 질화알루미늄, 산질화규소 및 사이아론 중 적어도 1종을 체적 점유율 6%에서 65%의 범위로 도전체층에 함유시키면 상술한 사이클시험, 연속통전시험 등의 신뢰성시험에서 특성이 더욱 향상된다. 상기 첨가물질의 함유량이 6% 미만에서는 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으며, 65%를 초과하면 도전체층의 저항온도 특성이 불안정해져서 바람직하지 못하다.

상기의 첨가물질은 모두 절연성물질이기 때문에 도전체층의 저항온도특성에는 영향을 미치지 못하고, 도전체층의 저항온도특성을 해칠 우려는 없다. 또 상기의 질화규소, 실리머나이트, 물라이트, 질화알루미늄 및 산질화규소는 모두 사이아론의 구성화합물이며, 도체의 저항온도 특성에 영향을 미치기 어려우며, 동시에 도전체층과 절연체재료 기판층과의 접합이 좋아지기 때문에 양호한 신뢰성이 기대된다.

또한, 역시 사이아론의 구성화합물인 산화규소는 융점이 1713℃로 낮기 때문에 첨가하여도 1700 내지 1800℃에서 소성을 할 때 유동화되어 도체영역에서 절연체재료 기판층으로 이행되기 때문에 첨가효과는 기대할 수 없다. 또 산화알루미늄은 첨가량이 많으면 도체의 저항온도특성을 저하시키는 경우가 있어서 첨가물질로는 적당하지 않다.

다음으로 본 발명의 저항소자의 제조방법에 대해서는 특별히 제한이 없고, 종래 세라믹스계 발열소자의 제조에 있어서 관용되고 있는 방법을 사용할 수 있다.

예를 들어, 우선 소요량의 평균입경 0.1 내지 1.5㎛ 정도의 α형 질화규소분말과 산화알루미늄분말, 산화규소분말을 적당한 용매를 사용하고 필요하면 그 위에 공지의 바인더나 분산제 등을 첨가하여 볼밀 등으로 습식혼합해서 슬러리를 조제한다. 이어서 훑개날법, 프레스 성형법, 추출성형법 등에 의해 원하는 형상으로 성형한다.

다음으로, 이와 같이 얻어진 성형체의 표면에 텅스텐과 탄소를 소정의 비율로 함유하고, 필요에 따라 상기와 같은 질화규소, 실리머나이트, 물라이트, 질화알루미늄, 산질화규소 및 사이아론 중 적어도 1종을 체적점유율 6%에서 65%의 범위로 함유한 도체 페이스트를 사용하여 소정의 패턴을 인쇄한다. 그 후 패턴인쇄된 성형체에 미인쇄의 성형체를 적층하거나, 또는 패턴인쇄된 성형체를 말아서 원하는 형상으로 성형한 후, 그 성형물을 소성한다. 소성방법에 대해서는 특별한 제한이 없고, 공지의 방법, 예를 들어 열간프레스 소성법, 상압소성법, 질소가스압력소성법, 열간정수압 (HIP)소성법 등이 사용된다. 또 소성온도는 통상 1900℃이하, 바람직하게는 1700 내지 1800℃의 범위로 설정된다. 이 소성에 있어서는 질화가스 분위기하 등 비산화성 분위기 하에서 실시하는 것이 유리하다.

다음으로 이와 같이 얻어진 소결체에 표면연삭가공이나 절단가공을 적용하여서, 외부전원에 접속하기 위한 전극을 도전체층에 붙임으로써 원하는 저항소자를 얻을 수 있다.

다음으로 본 발명을 실시예로 더욱 상세하게 설명할 것인며 본 발명은 이들 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

α-Si₃N₄분말 100몰, Al₂O₃분말 6.86몰, SiO₂분말 10몰 및 아크릴계 바인더와 에탄올, 톨루엔을 각각 적량 첨가하고 볼밀에서 혼합하여 슬러리를 조제하였다. 이어서 이 슬러리를 훑개날법에 의해 시트상으로 성형한 후, 건조처리하여 두께 500㎛의 시트로 제작한 다음 한 쪽이 60mm의 정방형이 되도록 절단하였다.

다음으로 텅스텐과 탄소와의 원자비를 표 1에 나타낸 것과 같이 변화시킨 도체페이스트를 상기의 시트에 인쇄하여, 이 인쇄시트의 상하에 인쇄하지 않은 시트를 4층, 합계 9층이 되도록 적층해서 적층체를 제작하였다.

이 적층체를 1기압의 질소가스 분위기중 250kg/cm²의 가압하에서 1750℃로 1시간 열간프레스소성하여 적층구조 소결체를 얻었다. 도 1은 이 적층구조 소결체의 부분 분해 사시도이며, 사이아론으로 이루어진 절연체 재료기판(1")상에 형성된 텅스텐-탄소로 이루어진 도전체층(2)이 사이아론으로 이루어진 절연체재료 기판층(1,1')에 매설되어있는 상태를 나타내고 있다.

다음으로 이 적층구조 소결체를 다이아몬드 지석으로 절단가공하고 이어서 절단면 도전체층의 노출부에 텅스텐-니켈전극을 때워서 붙인 후, 니켈도금처리하고 또 동선을 납땜하여 전극탄자를 설치해서 소자를 제작하였다. 도 2는 이와 같이 하여 얻어진 저항소자의 사시도이다. 도 2에 있어서 3은 저항소자, 4,4'는 전극이며 A는 히터부영역, B는 리드부영역을 나타낸다. 또한 전극부는 금속성 몰드에 넣어 외기와 차단하였다.

이 저항소자에 대해 이하와 같은 평가를 하였다.

즉 공기 속에서 15초간 통전함에 따라 1500℃로 승온(통전개시 3초간으로 1500℃에 도달)시켜, 15초간 정지함으로써 실온부근까지 냉각시키는 것을 반복하는 사이클시험을 실시하였다. 초기 저항값보다 10% 증가한 점에 있어서의 회수(승강온의 양쪽 과정을 1회 카운트로 한다)를 조사하였다. 초기 저항값은 1회째 통전에 의한 1500℃에 있어서의 저항값으로 하였다. 시료 수는 각각 20이며 회수는 평균값을 채용하였다. 결과를 표 1에 나타냈다. 또한 50000회 이상을 합격으로 한다.

탄소 / 텅스텐 (원자비)	사이클 회수
0.1 *	35817
0.4	69550
0.5	78239
0.98	63371
1.05 *	42754
(*: 비교예)

표 1에 나타난 바와 같이 탄소/텅스텐(원자비)이 0.4 내지 0.98의 범위 내에 있는 저항소자는 모두 사이클회수가 50000회 이상이었다.

(실시예 2)

실시예 1과 같은 조건으로 제작한 저항소자는 1500℃로 유지되도록 연속통전했을 때, 저항값의 변화가 초기값에 대해 10% 변화된 시간을 조사하였다. 초기 저항값은 통전을 개시하고 1500℃가 된 직후의 저항값으로 하였다. 시료 수는 각각 20이며 평균값을 채용하였다. 결과를 표 2에 나타냈다.

탄소 / 텅스텐 (원자비)	연속통전시간(시간)
0.1 *	2154
0.4	6731
0.5	8239
0.98	7372
1.05 *	2754
(*: 비교예)

표 2에 나타난 바와 같이 탄소/텅스텐(원자비)이 0.4 내지 0.98의 범위 내에 있는 저항소자는 모두 통전시간이 6000시간 이상이며, 상기의 원자비 범위 외의 저항소자에 비해 양호했다.

(실시예 3)

α-Si₃N₄분말 100몰, Al₂O₃분말 6.8몰, SiO₂분말 9.3몰 및 아크릴계 바인더와 에탄올, 톨루엔을 각각 적량 첨가하고 몰밀에서 혼합하여, 슬러리를 조제하였다. 이어서 이 슬러리를 훑개날법에 의해 시트상으로 성형한 후 건조처리하여 두께 500㎛의 시트를 제작하여 한 쪽이 60mm의 정방형이 되도록 절단하였다.

다음으로 텅스텐과 탄소의 원자비를 1:0.5로 정한 다음, 질화규소, 실리머나이트, 물라이트, 질화알루미늄, 산질화규소 및 사이아론을 표 3에 나타낸 첨가량으로 첨가한 19종의 도체 페이스트를 조제하여, 이 도체 페이스트를 상기의 시트에 인쇄하였다. 다음으로 이 인쇄시트의 상하에 인쇄하지 않은 시트를 2층, 합계 5층이 되도록 적층하여 적층체를 제작하였다. 또한 도전체층의 형상용 페이스트에 사용한 사이아론 (1),(2)의 조성은 각각 하기에 나타낸 것이다.

사이아론 (1) 의 조성

·질화규소 : 81몰

·산화규소 : 16몰

·산화알루미늄 : 3몰

사이아론 (2)의 조성

·질화규소 : 83몰

·산화규소 : 9몰

·산화알루미늄 : 8몰

이 적층체를 1기압의 질소가스 분위기속, 250kg/cm²의 가압하에서 1700℃로 1시간 가열프레스 소성하여 도 1에 나타낸 적층구조 소결체를 얻었다.

다음으로 이 적층구조 소결체를 다이아몬드 지석으로 절단 가공하고, 이어서 절단면 도전체층의 노출부에 텅스텐-니켈전극을 때워서 붙인 후, 니켈도금처리하고 또 동선을 납땜하여 전극탄자를 설치하고 도 2에 표시된 저항소자를 제작하였다. 또한 전극부는 금속성 몰드에 넣어 외기와 차단시켰다.

이 저항소자에 대해 이하와 같은 평가를 실시하였다.

상기의 실시예 1보다 더욱 엄격한 조건으로 즉, 공기 속에서 15초간 통전시키는 것으로 1550℃로 승온(통전개시 3초간으로 1550℃에 도달)시켜, 15초간 정지하는 것으로 실온부근까지 냉각시키는 것을 반복하는 사이클시험을 하였다. 초기의 저항값보다 10% 증가한 점에 있어서의 회수(승강온의 양쪽 과정을 1회 카운트로 한다)를 조사하였다. 초기 저항값은 1회째 통전에서 1550℃에 있어서의 저항값으로 하였다. 시료 수는 각각 20이며, 회수는 평균값을 채용하였다. 결과를 표 3에 나타냈다. 또한 50000회 이상을 합격으로 한다.

도전체층 (탄소 / 텅스텐 = 0.5)	사이클 회수
첨가물질	사이클 회수	첨가량 (체적 %)
사이아론 (1)	5 *	37570
사이아론 (1)	6	52598
사이아론 (1)	10	286681
사이아론 (1)	30	875893
사이아론 (1)	60	849548
사이아론 (1)	65	811978
사이아론 (1)	70 *	저항값 불안정
사이아론 (2)	5 *	34768
사이아론 (2)	6	50066
사이아론 (2)	10	315410
사이아론 (2)	30	889366
사이아론 (2)	60	842443
사이아론 (2)	65	807675
사이아론 (2)	70 *	저항값 불안정
질화규소	30	875863
산질화규소	30	826273
실리머나이트	30	881529
물라이트	30	835572
질화알루미늄	30	819366
(*: 비교예)

표 3에 나타난 바와 같이 사이아론(1), 사이아론(2), 질화규소, 실리머나이트, 물라이트, 질화알루미늄 또는 산질화규소를 체적점유율로 6 내지 65%의 범위로 도전체층에 함유한 저항소자는 실시예 1보다 더욱 엄격한 1550℃에서의 사이클시험에서도 사이클회수가 50000회 이상이었다.

(실시예 4)

실시예 3과 동일한 조건으로 제작한 저항소자에 1550℃로 유지되도록 연속통전을 했을 때, 저항값의 변화가 초기값에 대해 10% 변화될 때까지의 시간을 조사하였다. 초기 저항값은 통전을 개시하고 1550℃이 된 직후의 저항값으로 하였다. 시료 수는 각각 20이며 평균값을 채용하였다. 결과를 표 4에 나타냈다.

도전체층 (탄소 / 텅스텐 = 0.5)	사이클 회수
첨가물질	사이클 회수	첨가량 (체적 %)
사이아론 (1)	5 *	2715
사이아론 (1)	6	5099
사이아론 (1)	10	6369
사이아론 (1)	30	8450
사이아론 (1)	60	7867
사이아론 (1)	65	6701
사이아론 (1)	70 *	저항값 불안정
사이아론 (2)	5 *	2529
사이아론 (2)	6	5002
사이아론 (2)	10	5998
사이아론 (2)	30	8024
사이아론 (2)	60	7775
사이아론 (2)	65	7277
사이아론 (2)	70 *	저항값 불안정
질화규소	30	8010
산질화규소	30	8101
실리머나이트	30	8901
물라이트	30	7965
질화알루미늄	30	7227
(*: 비교예)

표 4에 나타난 바와 같이 사이아론(1), 사이아론(2), 질화규소, 실리머나이트, 물라이트, 질화알루미늄 또는 산질화 규소를 체적점유율로 6 내지 65%의 범위로 도전체층에 포함한 저항소자는 실시예 1보다 더욱 엄격한 1550℃에서의 연속통전시험에서도 모두 통전시간이 5000시간 이상이었다.

(실시예 5)

α- Si₃N₄분말 100몰, Al₂O₃분말 7몰, SiO₂분말 21몰 및 아크릴계 바인더와 에탄올, 톨루엔을 각각 적량 함유하고 볼밀에서 혼합하여 슬러리를 조제하였다. 이어서 이 슬러리를 훑개날법에 의해 시트상으로 성형한 후, 건조처리를 하여 두께 500㎛의 시트를 제작하고 한 쪽이 60mm의 정방형으로 절단하였다.

다음으로 텅스텐과 탄소의 원자비를 1:0.5로 정한 다음, 실시예 3에 있어서 사용한 사이아론(1)과 동조성 사이아론을 체적점유율로 40%가 되도록 첨가한 도체 페이스트를 조제한 후 이 도체 페이스트를 상기 시트에 인쇄하였다. 다음으로 이 인쇄 시트의 상하에 인쇄하지 않은 시트를 2층, 합계 5층이 되도록 적층하여 적층체를 제작하였다.

이 적층체를 1기압의 질소가스 분위기 중, 250kg/cm²의 가압하에서 1700℃에서 1시간 열간프레스 소성하여 도 1에 표시된 적층구조 소결체를 얻었다.

다음으로 이 적층구조 소결체를 다이아몬드 지석으로 절단 가공하고 이어서 절단면에 있어서 도전체층의 노출부에 텅스텐-니켈전극을 때워 붙인 후, 니켈도금 처리를 하고 또 동선을 납땜하여 전극탄자를 설치하고, 도 2에 표시된 저항소자를 제작하였다. 또한 전극부는 금속성 몰드에 넣어 외기와 차단시켰다.

이 저항소자에 대해 실시예 3과 동일한 조건으로 사이클 시험을 행하여, 초기 저항값보다 10% 증가한 점에 있어서의 회수를 조사하였다. 그 결과, 이 저항소자는 실시예 1보다 더욱 엄격한 1550℃에서의 사이클시험에 978302회였으며 지극히 양호한 것이었다.

(실시예 6)

실시예 5와 동일한 조건으로 제작한 저항소자에 1550℃로 유지되도록 연속통전했을 때, 저항값의 변화가 초기값에 비해 10% 변화될 때까지의 시간을 조사하였다. 초기 저항값은 통전을 개시하고 1550℃이 된 직후의 저항값으로 하였다. 시료 수는 각각 20이며 평균값을 채용하였다. 그 결과, 이 저항소자는 실시예 1보다도 더욱 엄격한 1550℃에서의 연속통전시험에 있어서 9718시간의 통전시간을 나타내서 지극히 양호하였다.

본 발명의 저항소자에 있어서는 도전체층에 특정 비율의 텅스텐과 탄소로 이루어진 것을 사용함으로써 이 도전체층의 열팽창률 및 강도가 안정되고, 그 결과 15초간의 통전으로 소자온도를 1500℃까지 도달시키고, 그 후 15초간 통전을 정지하는 것으로 소자의 냉각 조작을 반복하는 사이클 시험에서 50000회 이상의 사용이 가능해진다.

질화규소, 실리머나이트, 물라이트, 질화알루미늄, 산질화규소 및 사이아론 중 적어도 1종을 체적 점유율 6%에서 65%의 범위로 도전체층에 함유시키면 상술한 사이클시험, 연속통전시험 등의 신뢰성시험에서 특성이 더욱 향상된다.

Claims

절연체재료 기판층, 및 절연체재료 기판층 위에 설치되거나 또는 그 속에 매설된 고융점, 저열팽창률 그리고 저전기 비저항을 갖는 도전체층과의 적층구조 소결체로 이루어진 저항소자에 있어서, 상기 도전체층은 텅스텐과 탄소로 이루어지고, 또한 텅스텐과 탄소의 원자비는 1:0.4 내지 1:0.98인 것을 특징으로 하는 저항소자.
제 1 항에 있어서, 상기 절연체재료 기판층은, 질화규소 100몰에 대해 산화규소가 5 내지 30몰, 산화알루미늄이 3 내지 10몰의 범위로 함유된 사이아론으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저항소자.
제 1 항에 있어서, 상기 도전체층은, 질화규소, 실리머나이트, 물라이트, 질화알루미늄, 산질화규소 및 사이아론 중 적어도 1종을 체적점유율 6% 내지 65%의 범위로 함유하는 것을 특징으로 하는 저항소자.
제 3 항에 있어서, 상기 절연체재료 기판층은, 질화규소 100몰에 대해 산화규소 5 내지 30몰, 산화알루미늄이 3 내지 10몰의 범위로 함유된 사이아론으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저항소자.