KR880001083B1 - 티탄산 바리움 세라믹 반도체 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

티탄산 바리움 세라믹 반도체

제 1 도는 BaTi_0.96Sn_0.04O₃+0.01 TiO₂+0.02365 SiO₂의 조성물 Mn(NO₃)₂및 Nb₂O₅의 첨가량에 따른 상온 비저항 변화도, (기본조성 BaTiO₃를 기준으로 TiO₂및 SiO₂가 각각 1 및 2.365mol% 첨가된 것임)

제 2 도는 BaTi_0.96Sn_0.04O₃+0.01 TiO₂+0.02365 SiO₂+0.0002 Nb₂O₅의 조성물 Mn의 첨가량에 따른 온도 및 상온비저항 특성도, (기본조성 BaTiO₃를 기준으로 TiO₂를 1mol%, Nb₂O₅를 0.02mol% 로 고정시키고 Mn 량만을 변화 시킨것임)

제 3 도는 BaTi_0.96Sn_0.04O₃+0.01 TiO₂+0.0002 Nb₂O₅+0.000272 Mn(NO₃)₂의 조성물에 SiO₂의 첨가량에 따른 상온 비저항 및 입경의 변화도.

제 4 도는 BaTi_0.96Sn_0.04O₃+0.0002 Nb₂O₅+0.02365=SiO₂0.000272 Mn(NO₃)₂의 조성물에 TiO₂의 첨가량에 따른 상온 비저항 및 저항증가율(최대저항/최소저항)의 변화도.

본 발명의 정특성 저항온도계수(PTC)를 갖는 티탄산 바리움 세라믹 반도체로서 공업용 원료인 BaCo₃,TiO₂기본 조성에 Nb, Mn 이온 및 TiO₂를 과잉첨가하는 것에 의해 저항이 급증하는 온도(TC) 120℃이하이며 특히 내전압이 뛰어나 디가우싱(degaussing) 소자로 응용하기에 적합한 티탄산 바리움 세라믹 반도체에 관한 것이다.

종래에는 강유전체 재료로 알려져 BaTiO₃은 상온에서 10¹⁰

-Cm 이상의 높은 저항율을 가진 절연체의 일종이다.

여기서 극히 고순도인 BaTiO₃에 0.1-0.3 mol%정도의 미량의 린타나이트(Lanthanite)계 첨가물 또는 Bi, Ta, Nb등을 첨가하여 보통의 요업적인 방법으로 소성하면 상온에서의 비저항( )이 10³-10⁵

·Cm의 낮은 저항값을 갖고 120℃ 근처에서 저항이 급증하는 정특성 온도 저항계수(PTC)갖는다는 것은 이미 알려진 사실이다.

또 공업적으로 이용하기 위해 공업용 품위의 순도를 갖는 BaCo₃, TiO 기본계에 SiO₂, Al₂O₃, TiO₃를 첨가하여 만들수 있다는 것이 알려져 있다. 그러나 이런것은 상온에서의 비저항이 높고 또 최대 저항값이 그리 높지 않고 Tc가 120℃로써 일정하여 여러가지 실제상의 응용에는 적합하지 않았다.

이를 개선하기 위해 BaCo₃기본 조성에 Al₂O₃, SiO₂, TiO₃를 첨가한 재료에 SnO₂를 Tc를 떨어뜨리고 저항상승폭을 높인 재료가 개발되었으나 이것은 내전압 특성에 있어 정격 100V에서의 사용에는문제가 없으니 220V 등 고전압에서는 내전압특성이 나빠 고전압용 무접점스위치 혹은 컬러 TV의 디가우싱(Degaussing)소재로서는 바람직하지 않는 단점이 있다.

이에 본 발명에서는 BaCo₃기본 조성에 SnO₂를 첨가하여 Tc가 120℃ 이하로 내릴 수 있게 하였고 Nb₂O₂, Mn(NO₃)₂, SiO₂및 TiO₃를 첨가시키므로서 상온 비저항이 70-300

·Cm 저항 증가폭이 5×10⁵내전압이 250-300V 의 특성을 갖는 티탄산 바리움 세라믹 반도체 재료에 관한 것으로써 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

공업용품위의 98-99%, 순도의 BaCo₃, TiO₃에 99.5% 순도의 SnO₂, SiO₂, Nb₂O₅를 다음의 조성비로 칭량배합한다.

상기의 조성비로 배합한 원료분말을 마노옥석을 이용한 폴리에칠렌 볼밀(poluthulene ball mill)에 순수화 함께 첨가한 후 희석시킨 초산망간수용액Mn(NO₃)₂을 0.000272 mol%를 같이 투입하여 20시간 이상 혼합시킨다.

이 혼합된 원료를 전기로에서 탈수시킨 뒤 전기로에서 1.100℃의 온도로 1-3시간 가소시킨다.

이 가소된 원료를 볼밀(ball mill)에서 다시 충분히 분쇄시킨뒤 PVA 정결제를 사용하여 800Kg/C㎡의 압력으로 지름 12.5mm 높이 2.5mm의 디스크상으로 성형한뒤 1.350℃의 온도에서 1시간 소성시켰다.

제 1 도에서 Ba(Ti_0.96Sn_0.04)O₃의 기본조성에 1 mol%의 TiO₂및 0.365 mol%의 SiO₂를 첨가한 것에 Nb₂O₅및 Mn(NO₃)₂를 변화시켜서 첨가한 결과 Nb₂O₅양의 첨가량이 0.06 mol% 이하에서는 상온비저항은 거의 10²

, Cm정도에서 Mn(NO₃)₂의 첨가량과 함께 증가한다.

그러나 Nb₂O₅첨가량이 0.0 mol%로 되면 낮은 저항(10³

-Cm 정도)를 나타내고 Mn(NO₃)₂양의 범위는 0.08-0.12 mol%범위로 한정된다.

낮은 상온 비저항을 갖기 위해 Nb₂O₅의 양을 0.02 mol%로 고정시키고 Mn(NO₃)₂의 량을 변화시킨 결과 제 2 도에서처럼 Mn(NO₃)₂첨가량이 증가할수록 저항 증가율(Rmax/Rmin)이 증가 폭이 크고 상온 비저항도 증가한다.

따라서 10³

·Cm이하의 낮은 비저항을갖고 저항증가율(Rmax/Rmin)의 저항 증가폭도 크기 위해서는 Nb₂O₅량은 0.02-0.06 mol% 사이와 Mn(NO₃)₂량은 0.0270-0.08 mol% 사이가 적합함을 제 1 도에서와 같이 확인되며 이때 내전압은 200-380V이고 정온도계수 α는 거의 12-15% ℃인 것으로 측정되는 것이다. 제 3 도에서는 상기한 기본 조성물 SiO₂첨가량에 대한 도표로서 SiO₂는 자기의 입경을 제어하여 내전압을 크게하여 상온 비저항도 감소한다는 것을 알 수 있으며 저항증가율(Rmax/Rmin)값도 SiO₂가 2.365-3.94 mol5 사이에서 크게 된다.

비저항, 입경의 관계에서 SiO₂의 첨가는 2.365 mol%가 최적량이라 생각된다.

제 4 도에서는 과잉으로 첨가되는 TiO₂의 량에 대한 도표로서 TiO₂의 량은 상온 비저항과 저항 증가율에 영향을 줌을 알 수 있으며 저항증가율은 TiO₂의 증가와 함께 증가하나 비저항을 고려하면 TiO₂과잉량으로서 1-1.5 mol%가 최적이다.

이상과 같은 본 발명은 상온 비저항이 70-300

·Cm이고, 정특성변화인 저항증가율(Rmax/Rmin)이 5×10⁵정도이며, 내전압이 250-300V 의 특성을 갖게 되고 이 재료는 고내압으로 잔류 전류가 적이 디가우싱(Degaussing)용 소자로서 이용될 수 있고 특히 고전압용 무접점 스위치로서 적합하다.

Claims (1)

1. 공업용 품위의 순도 98-99% 정도인 BaCo₃와 TiO₃을 1 : 1의 몰비로 혼합된 기본 조성물에 대해 4 mol%의 SnO₂, 0.02-0.06 mol% 의 Nb₂O₅, 0.027-0.08 mol%의 Mn(NO₃)₂, 2.365-3.94 mol%의 SiO₂및 1-1.5 mol%의 TiO₂를 첨가하여서된 티탄산 바리움 세라믹 반도체.

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