新規に開発したBi金属分散型PTCRセラミックスヒーターの実用化に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555203
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 岡田 益男 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80133049)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 海原 伸男 TDK株式会社, 電子デバイス事業本部技術統括部, 第一技術部課長(研究職) ; 淀川 正忠 TDK株式会社, 電子デバイス事業本部技術統括部, 第一技術部副部長(研究職) ; 亀川 厚則 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90292242) ; 布田 良明 トーキン株式会社, R&Dセンター, 第2研究部担当部長(研究職)
• Keywords: PTCRサーミスタ / Bi金属 / セラミックス複合体 / セラミックスヒーター / Bi金属の融点 / PTCR特性発現温度制御 / ホットプレス

Research Abstract

本研究ではBi系金属/セラミックス複合体のPTCR特性について、特性発現の有無を検証し、その実用化の可能性を検討するため、焼結法、還元法、ホットプレス法により複合体を作製し、検討を行った結果、以下のような知見を得た。
(l)Bi金属を絶縁性または半導性のセラミックス母相中に分散させた複合体はBi金属の融点270℃におけるPTCR特性を発現する。またBi金属相を合金化し、融点を低温側や高温側に変化させることにより制御可能である。
(2)PTCR特性の大きさは様々な比抵抗を有する母相セラミックスを選択することにより制御可能である。
(3)室温比抵抗の値も母相セラミックスの選択により制御可能である。
(4)母相の高密度化とBi粒径の微細化により、PTCR特性を向上させることができる。Bi粒径を数μm程度まで微細化させ、O.76Bi-O.24SrBi_4(Ti_<0.95>Nb_<0.05>)_4O_<15>組成で、1125℃、2時間、焼結した試料は、室温比抵抗約l00Ωm、PTCR特性の大きさ約5桁で、繰り返し測定に対する劣化が比較的小さい良好なPTCR特性を発現した。
(5)ホットプレスにより作製した本系試料xBi/(1-x)SrBi_4(Ti_<0.95>Nb_<0.05>)_4O_<15>において組成の最適化を行った結果、粗大粒Bi(粒径60〜1OOmm)ではx=0.68、微細粒Bi(粒径1〜2mm)ではx=0.55付近で、比抵抗変化幅がそれぞれ4〜5桁、6〜7桁程度のPTCR特性が得られた。また、この微細粒Biを用いて作製したO.55Bi-0.45SrBi_4(Ti_<0.95>Nb_<0.05>)_4O_<15>では、3回目の測定までその室温比抵抗にも比抵抗変化幅にも全く変化が見られなかった。

Research Products

• [Publications] T.Sawaguchi: "New PTC Materials Based on Bi MetalCeramics Composites"Materials Transactions,JIM. Vol.38,No.4. 353-358 (1997)
• [Publications] T.Sawaguchi: "Microstructures and PTCR Properties of Bismuth Metal/Strontium-Bismuth-Titanate Ceramic Composites"Materials Transactions,JIM. Vol.40・No.5. 353-358 (1999)
• [Publications] 加納貴志: "ホットプレス法により作製したBi金属/セラミックス複合体のPTCR特性"粉体および粉末冶金. 第46巻第7号. 752-756 (1999)