新しいBi_4Ti_3O_<12>系セラミックスヒーターの発熱機構の解明

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05650666
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 岡田 益男 東北大学, 工学部, 教授 (80133049)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 煕巳 東北大学, 工学部, 助手 (70005289) ; 杉本 諭 東北大学, 工学部, 助教授 (10171175)
• Keywords: PTCRサーミスター / セラミックスヒーター / Bi_4Ti_3O_<12>化合物 / 発熱機構

Research Abstract

平成5年度は、高い温度で発熱するセラミックスヒーターを開発する目的で、Bi_4Ti_3O_<12>(Tc=675℃)強誘電体に着目し、原子価制御による半導体化を試み、セラミックスヒーターとしての可能性を追求する実験を行った。その結果、5mole%Nb添加により半導体化し、かつ270℃付近で3〜4桁の比抵抗が上昇するPTCR特性が観察された。また、Srを添加した試料においても同様なRTCR特性を安定して発現することが判明した。得られたPTCR特性は従来のPTCRサーミスター(BaTiO_3)の10ないし100倍の抵抗温度係数を持ち、急峻な比抵抗の立ち上がりをみせ、新しいPTCRサーミスターとして期待される。しかし、発熱温度がBi_4Ti_3O_<12>化合物のキュリー温度と一致せず、従来のHeywangのPTCR発現機構モデルでは説明できない。
さらに、PTCR特性を発現した試料を詳細に解析した結果、試料表面部のみ半導体化しており、その組成はBi_2Ti_4O_<11>に近い組成である。従って、Bi_2Ti_4O_<11>化合物がPTCR特性発現に何らかの寄与をしているものと考えられる。また、このPTCR特性は作製された全ての試料においてでなく、一部の試料においてのみ観察されているので、PTCR特性を安定に発現させる作製条件を確立することが必要である。