JPH01243388A - セラミックスヒーター - Google Patents
セラミックスヒーターInfo
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- JPH01243388A JPH01243388A JP63070810A JP7081088A JPH01243388A JP H01243388 A JPH01243388 A JP H01243388A JP 63070810 A JP63070810 A JP 63070810A JP 7081088 A JP7081088 A JP 7081088A JP H01243388 A JPH01243388 A JP H01243388A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
-
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- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
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- Organic Chemistry (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、2種類の導電性化合物を含み、残部が主とし
て窒化珪素および/またはサイアロンからなる導電性セ
ラミックス焼結体製のヒーターに関するものである。
て窒化珪素および/またはサイアロンからなる導電性セ
ラミックス焼結体製のヒーターに関するものである。
αまたはβSi3N4を主成分とする窒化珪素および5
is−zAl、O2N、−、(z =0−4.2)で示
されるβサイアロン、MX(SiIAl)12(OIN
)ts(X<29MはLi、Mg、Ca、Y、希土類元
素(La、Ce除く)〕で示されるαサイアロン、およ
びこれらの複合したα+βサイアロンからなるサイアロ
ンは、高温強度および耐酸化性に優れ、熱膨張係数が小
さく耐熱衝撃性が非常に良いため、近年種々の分野にお
いて利用されている。また一方で、これらは極めて廻加
工性材料でもあるため、その対策として放電加工を可能
とするために導電性を付与するとの提案もなされている
(特開昭57−188453号公報、特開昭57−20
0255号公報、特開昭59−207881号公報。
is−zAl、O2N、−、(z =0−4.2)で示
されるβサイアロン、MX(SiIAl)12(OIN
)ts(X<29MはLi、Mg、Ca、Y、希土類元
素(La、Ce除く)〕で示されるαサイアロン、およ
びこれらの複合したα+βサイアロンからなるサイアロ
ンは、高温強度および耐酸化性に優れ、熱膨張係数が小
さく耐熱衝撃性が非常に良いため、近年種々の分野にお
いて利用されている。また一方で、これらは極めて廻加
工性材料でもあるため、その対策として放電加工を可能
とするために導電性を付与するとの提案もなされている
(特開昭57−188453号公報、特開昭57−20
0255号公報、特開昭59−207881号公報。
特開昭60−33265号公報など)、また、これらを
ヒーター材として用いるとの提案もなされている(特開
昭60−60983号公報、特開昭62−140386
号公報など)。
ヒーター材として用いるとの提案もなされている(特開
昭60−60983号公報、特開昭62−140386
号公報など)。
上記の導電性を有する窒化珪素またはサイアロンは導電
性化合物としてIVa、Va、VIa族の遷移金属元素
の炭化物、窒化物などを使用する。これらの化合物は一
般に高融点であるため、高温での焼結においても変質す
ることはない、しかし、これらの化合物は、窒化珪素ま
たはサイアロンに比べ耐酸化性が悪いという問題点があ
り、これにより最高使用温度が制限される場合もある。
性化合物としてIVa、Va、VIa族の遷移金属元素
の炭化物、窒化物などを使用する。これらの化合物は一
般に高融点であるため、高温での焼結においても変質す
ることはない、しかし、これらの化合物は、窒化珪素ま
たはサイアロンに比べ耐酸化性が悪いという問題点があ
り、これにより最高使用温度が制限される場合もある。
また、これらの化合物は電気抵抗率が10−5Ω・1オ
ーダーのものが多く、このため例えばヒーター材として
10゛3Ω・1以上の高い電気抵抗率を得ようとした場
合、ili気抵抗抵抗率激に変化する部分となり。
ーダーのものが多く、このため例えばヒーター材として
10゛3Ω・1以上の高い電気抵抗率を得ようとした場
合、ili気抵抗抵抗率激に変化する部分となり。
安定したバラツキの少ない電気抵抗率の値を得ることは
極めて困難であり、これが実用化の大きな妨げとなって
いる。ここでバラツキとは、ロフト間のバラツキ、焼結
体間のバラツキ、焼結体内部のバラツキを示す。
極めて困難であり、これが実用化の大きな妨げとなって
いる。ここでバラツキとは、ロフト間のバラツキ、焼結
体間のバラツキ、焼結体内部のバラツキを示す。
以上のように、従来提案されている導電性を有する窒化
珪素またはサイアロンは優れた材料ではあるが、上記の
ような問題点も有しているものである。
珪素またはサイアロンは優れた材料ではあるが、上記の
ような問題点も有しているものである。
本発明は、以上の問題点に鑑み耐酸化性に優れ、かつ高
電気抵抗域における抵抗率のバラツキが少ないセラミッ
クス焼結体製のヒーターを提供するものである。
電気抵抗域における抵抗率のバラツキが少ないセラミッ
クス焼結体製のヒーターを提供するものである。
本発明者は、前記問題点を解決するために種々の導電性
化合物について検討を行なった結果、従来から用いられ
ているIVa、VaおよびVIa族の酸化物、窒化物等
からなる導電性化合物とSiCとを共に添加することに
より、耐酸化性および高電気抵抗域における電気抵抗率
のバラツキ改善をなし得ることを知見し5本発明を完成
するに至った。
化合物について検討を行なった結果、従来から用いられ
ているIVa、VaおよびVIa族の酸化物、窒化物等
からなる導電性化合物とSiCとを共に添加することに
より、耐酸化性および高電気抵抗域における電気抵抗率
のバラツキ改善をなし得ることを知見し5本発明を完成
するに至った。
すなわち本発明は、窒化珪素系セラミックスを母材とし
第1の導電性化合物として0.1〜50vol%のSi
C、ならびに第2の導電性化合物として10〜70vo
l%のNa、VaおよびVIa族の遷移金属元素の炭化
物、窒化物および酸化物の1種または2種以上の化合物
を1種以上含む導電性セラミックス焼結体からなること
を特徴とするセラミックスヒーターである。
第1の導電性化合物として0.1〜50vol%のSi
C、ならびに第2の導電性化合物として10〜70vo
l%のNa、VaおよびVIa族の遷移金属元素の炭化
物、窒化物および酸化物の1種または2種以上の化合物
を1種以上含む導電性セラミックス焼結体からなること
を特徴とするセラミックスヒーターである。
SiCはその焼結体特性より明らかなように、耐酸化性
に極めて優れた材料であり、しかも電気抵抗率は101
〜104Ω・G程度の半導体的な性質を有している。
に極めて優れた材料であり、しかも電気抵抗率は101
〜104Ω・G程度の半導体的な性質を有している。
本発明においては、以上のような性質を有するSiCと
rVa、Va、VIa族の炭化物、窒化物等の化合物を
複合添加することにより、従来の導電性を有する窒化珪
素またはサイアロンの問題点を改善したヒーターを製造
することが可能となった。本発明は窒化珪素、サイアロ
ンに広く適用できるものであり、サイアロンについても
αサイアロン。
rVa、Va、VIa族の炭化物、窒化物等の化合物を
複合添加することにより、従来の導電性を有する窒化珪
素またはサイアロンの問題点を改善したヒーターを製造
することが可能となった。本発明は窒化珪素、サイアロ
ンに広く適用できるものであり、サイアロンについても
αサイアロン。
βサイアロン、α+βサイアロンのいずれであっても所
定の効果を得ることができる。なお、βサイフロンにあ
っては、zく1の場合常温、高温強度が優れ、硬さ、靭
性も高いものとなるので望ましい。
定の効果を得ることができる。なお、βサイフロンにあ
っては、zく1の場合常温、高温強度が優れ、硬さ、靭
性も高いものとなるので望ましい。
IVa、Va、VIa族の遷移金属元素の化合物として
は、種々のものを選ぶことが可能であるが。
は、種々のものを選ぶことが可能であるが。
TiNを用いる場合には、焼結性、強度、耐酸化性等の
面から好ましい結果が得られる。SiCの添加量を0.
1〜50vol%とするのは、0.1vol%未満では
本発明の効果が期待できず、50vol%を越えると焼
結性が低下し、緻密な焼結体を得ることが困難となるか
らである。さらに好ましくは3〜30vol%である。
面から好ましい結果が得られる。SiCの添加量を0.
1〜50vol%とするのは、0.1vol%未満では
本発明の効果が期待できず、50vol%を越えると焼
結性が低下し、緻密な焼結体を得ることが困難となるか
らである。さらに好ましくは3〜30vol%である。
また、IVa、Va、VIa族の遷移金属元素の化合物
量を10〜70vol%とするのは、1Ovol%未満
では十分な導電性を得ることができず、また70シo1
%を越えると焼結性が低下し、また窒化珪素およびサイ
アロンの本来持つ特性である高温特性が低下するためで
ある。さらに好ましくは15〜50voL%である。
量を10〜70vol%とするのは、1Ovol%未満
では十分な導電性を得ることができず、また70シo1
%を越えると焼結性が低下し、また窒化珪素およびサイ
アロンの本来持つ特性である高温特性が低下するためで
ある。さらに好ましくは15〜50voL%である。
上記の本発明導電性セラミックス焼結体製ヒーターは、
次のような製造方法により得ることができる。すなわち
Si、N、粉末、Al、03粉末、AIN粉末、 nl
a族元素の酸化物粉末、MgO粉末等を所定の窒化珪素
および/またはサイアロンとなるように配合し、これら
に対し第1の導電性化合物であるSiC粉末と第2の導
電性化合物であるIVa、Va、VIa族の遷移金属元
素の炭化物、窒化物、酸化物等のうち1種または2種以
上の化合物粉末を1種以上所定量添加し、混合、所定の
形状への成形の後、非酸化性雰囲気中で焼結する。
次のような製造方法により得ることができる。すなわち
Si、N、粉末、Al、03粉末、AIN粉末、 nl
a族元素の酸化物粉末、MgO粉末等を所定の窒化珪素
および/またはサイアロンとなるように配合し、これら
に対し第1の導電性化合物であるSiC粉末と第2の導
電性化合物であるIVa、Va、VIa族の遷移金属元
素の炭化物、窒化物、酸化物等のうち1種または2種以
上の化合物粉末を1種以上所定量添加し、混合、所定の
形状への成形の後、非酸化性雰囲気中で焼結する。
ここで焼結は常圧焼結、ガス圧焼結、HIP焼結、ホッ
トプレス等の各種方法を選ぶことができる。
トプレス等の各種方法を選ぶことができる。
焼結の雰囲気は非酸化性雰囲気で行なうことが好ましく
、N2ガス雰囲気、加圧N、ガス雰囲気、減圧N2ガス
雰囲気、N2を含む不活性ガス雰囲気等必要に応じ各種
の条件で焼結を行なうことが可能である。
、N2ガス雰囲気、加圧N、ガス雰囲気、減圧N2ガス
雰囲気、N2を含む不活性ガス雰囲気等必要に応じ各種
の条件で焼結を行なうことが可能である。
なお、IVa、Va、VIa族の遷移金属元素の化合物
は、焼結中にそれらの化合物に変化するものを原料とし
て用いることもできる。
は、焼結中にそれらの化合物に変化するものを原料とし
て用いることもできる。
また、焼結後にHIP処理によりさらに特性の向上を図
ったり、熱処理を行ない粒界相を結晶化させたりするこ
とも可能である。
ったり、熱処理を行ない粒界相を結晶化させたりするこ
とも可能である。
なお、特開昭59−207881号にはIVa、Va、
VIa族の窒化物等とSiCの複合化の可能性は開示さ
れているが、具体的実施例の記載もなく、また本願発明
の効果の記載もないから本願発明の進歩性を否定するも
のではない。
VIa族の窒化物等とSiCの複合化の可能性は開示さ
れているが、具体的実施例の記載もなく、また本願発明
の効果の記載もないから本願発明の進歩性を否定するも
のではない。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明する
。
。
実施例I
SL、N4粉末(粒度0.7μ糟、α化率93%)、Y
2O。
2O。
粉末(粒度1 p m、99.99%)、AIN粉末(
粒度1pn+)、A1□0.粉末(粒度0.5μm、9
9.5%)を用い、焼結体の2の値が0.4となるよう
に配合した。ここでY2O、量は6%1t%一定とした
。これに対し、TiN粉末(粒度1.5μm)を25ν
o1%添加し、さらにSiC粉末(粒度0.7μ+m)
をO〜60vol%添加し、原料粉末とした。
粒度1pn+)、A1□0.粉末(粒度0.5μm、9
9.5%)を用い、焼結体の2の値が0.4となるよう
に配合した。ここでY2O、量は6%1t%一定とした
。これに対し、TiN粉末(粒度1.5μm)を25ν
o1%添加し、さらにSiC粉末(粒度0.7μ+m)
をO〜60vol%添加し、原料粉末とした。
これらを混合成形の後、1750℃、5時間、1気圧窒
素中で焼結した。得られた焼結体の特性を第1表に示す
。
素中で焼結した。得られた焼結体の特性を第1表に示す
。
第1表よりSiCの添加により耐酸化性が向上可能であ
ることがわかる。また、SiC添加量が50vol%を
越えた場合には焼結性が低下する。
ることがわかる。また、SiC添加量が50vol%を
越えた場合には焼結性が低下する。
実施例2
実施例1と同様の粉末を用い、Si、N4粉末に対しY
2O3粉末とAIN粉末を5L3N、に対しくY2O,
+9AIN)が20mo1%添加した。これに対しSi
Cを20vol%添加し、さらにT i Nを5−80
vol%添加したものを原料粉末とした。これらを混合
成形の後、1730℃、4時間、5気圧窒素中で焼結し
た。
2O3粉末とAIN粉末を5L3N、に対しくY2O,
+9AIN)が20mo1%添加した。これに対しSi
Cを20vol%添加し、さらにT i Nを5−80
vol%添加したものを原料粉末とした。これらを混合
成形の後、1730℃、4時間、5気圧窒素中で焼結し
た。
得られた焼結体の特性を第2表に示す。
第2表よりTiN添加量は、10〜70vol%におい
て良好な特性が得られることがわかる。
て良好な特性が得られることがわかる。
実施例3
実施例1と同様の粉末およびMgO粉末(平均粒径1.
0μm)を用いて各種組成のS i3Nいサイアロンを
配合した。これに対しSiC15vol%とTiN25
vol%を加え、これを原料粉末とした。これらを混合
成形の後、各種焼結条件にて焼結した。得られた焼結体
の特性を第3表に示す。
0μm)を用いて各種組成のS i3Nいサイアロンを
配合した。これに対しSiC15vol%とTiN25
vol%を加え、これを原料粉末とした。これらを混合
成形の後、各種焼結条件にて焼結した。得られた焼結体
の特性を第3表に示す。
第3表
実施例4
実施例1と同様の粉末およびIVa、Va、VIa族の
遷移金属の化合物粉末(平均粒径1.5−3.0μm)
を用い、Z=O,Sのβサイアロンとなるような組成に
配合した(YsOi量は7+++o1%)、これに対し
、各種化合物粉末を30vol%添加し、さらにSiC
粉末を15vol%添加し、これを原料粉末とした。こ
れらを混合、成形の後1700〜1800℃、3〜6時
間、1気圧窒素雰囲気中で焼結した。得られる焼結体の
特性を第4表に示す。
遷移金属の化合物粉末(平均粒径1.5−3.0μm)
を用い、Z=O,Sのβサイアロンとなるような組成に
配合した(YsOi量は7+++o1%)、これに対し
、各種化合物粉末を30vol%添加し、さらにSiC
粉末を15vol%添加し、これを原料粉末とした。こ
れらを混合、成形の後1700〜1800℃、3〜6時
間、1気圧窒素雰囲気中で焼結した。得られる焼結体の
特性を第4表に示す。
第4表
実施例5
実施例1と同様の粉末を用い、Z=0.4のβサイアロ
ンとなるような組成に配合した(y、o、量は6mo1
%)、これに対し、TiN粉末を2O−30vol%と
SiC粉末を0〜20vol%添加したものを原料粉末
とし、混合、成形の後、1750℃×3時間、1気圧窒
素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体の相対密度、電
気抵抗率およびバラツキを第5表に示す。
ンとなるような組成に配合した(y、o、量は6mo1
%)、これに対し、TiN粉末を2O−30vol%と
SiC粉末を0〜20vol%添加したものを原料粉末
とし、混合、成形の後、1750℃×3時間、1気圧窒
素雰囲気中で焼結した。得られた焼結体の相対密度、電
気抵抗率およびバラツキを第5表に示す。
ここでバラツキは、多数の粉末ロットからとった焼結体
間のバラツキを示す。
間のバラツキを示す。
これより、SiCを添加することにより電気抵抗率のバ
ラツキを小さくすることが可能であることがわかる。
ラツキを小さくすることが可能であることがわかる。
実施例6
実施例1と同様の粉末を用いてZ=0.3のβサイアロ
ンとなるように配合した( y a o−量は5wt%
)。
ンとなるように配合した( y a o−量は5wt%
)。
これに対しTiNおよびSiCを第6表記載の景添加し
、これを原料粉末とした。これらを混合の後第1図のヒ
ーター形状(第1@(a)上面図、(b)側面図)に成
形し、1750〜1850℃、4〜6時間、5気圧窒素
雰囲気中で焼結した。得られたヒーターにつき電気抵抗
およびその分布範囲を測定した。ここで測定個数は各1
00ケとした。結果を第6表に示す(電気抵抗(Ω)は
平均値)。
、これを原料粉末とした。これらを混合の後第1図のヒ
ーター形状(第1@(a)上面図、(b)側面図)に成
形し、1750〜1850℃、4〜6時間、5気圧窒素
雰囲気中で焼結した。得られたヒーターにつき電気抵抗
およびその分布範囲を測定した。ここで測定個数は各1
00ケとした。結果を第6表に示す(電気抵抗(Ω)は
平均値)。
第6表
以上より本発明のヒーターを用いれば、従来のSiCを
添加しないものに比べ、電気抵抗率のバラツキを大幅に
減少することができることがわかる。
添加しないものに比べ、電気抵抗率のバラツキを大幅に
減少することができることがわかる。
実施例7
実施例6のT i N量26vol%、SiC量1.5
vol%の材料にて作製したヒーターを直流電源に接続
し、11Vを加えて通電し先端部の温度を測定した。結
果を第2図に示す。
vol%の材料にて作製したヒーターを直流電源に接続
し、11Vを加えて通電し先端部の温度を測定した。結
果を第2図に示す。
これより本ヒーターは速熱性を有することがわかる。
以上の実施例により、本発明のSiCとrVa、Va、
VIa族の遷移金属元素の化合物の複合添加により得ら
れた導電性を有する窒化珪素またはサイアロン焼結体製
のヒーターはSiCを添加しない従来の焼結体製のヒー
ターに比べ、耐酸化性の改善および高抵抗側での電気抵
抗率のバラツキの抑制が可能となることがわかる。
VIa族の遷移金属元素の化合物の複合添加により得ら
れた導電性を有する窒化珪素またはサイアロン焼結体製
のヒーターはSiCを添加しない従来の焼結体製のヒー
ターに比べ、耐酸化性の改善および高抵抗側での電気抵
抗率のバラツキの抑制が可能となることがわかる。
さらに本発明によるヒーターは高密度、高強度の特性を
有するため、ヒーター形状は前記した形状に限らず棒状
、板状などの構造にすることも可能である。
有するため、ヒーター形状は前記した形状に限らず棒状
、板状などの構造にすることも可能である。
本発明により、従来の導電性を有する窒化珪素、サイア
ロン製ヒーターにおいて最大の問題であった、耐酸化性
および高抵抗側での電気抵抗率のバラツキを著しく改善
することができる。これにより、従来材では不可能であ
った高温用途への適用が可能となる他、高抵抗側での電
気的性質を利用した分野への適用が可能となる。
ロン製ヒーターにおいて最大の問題であった、耐酸化性
および高抵抗側での電気抵抗率のバラツキを著しく改善
することができる。これにより、従来材では不可能であ
った高温用途への適用が可能となる他、高抵抗側での電
気的性質を利用した分野への適用が可能となる。
第1図は実施例に基づいたヒーターの形状を示す図、第
2図は本発明の実施例になるヒーターの昇温特性を示す
図である。 出願人 日立金属株式会社 、 +。 −5″ 第1図 第2図 通電時間(sec)
2図は本発明の実施例になるヒーターの昇温特性を示す
図である。 出願人 日立金属株式会社 、 +。 −5″ 第1図 第2図 通電時間(sec)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 窒化珪素系セラミックスを母材とし第1の導電性化
合物として0.1〜50vol%のSiC、ならびに第
2の導電性化合物として10〜70vol%のIVa、V
aおよびVIa族の遷移金属元素の炭化物、窒化物および
酸化物の1種または2種以上の化合物を1種以上含む導
電性セラミックス焼結体からなることを特徴とするセラ
ミックスヒーター。 2 窒化珪素系セラミックスがαまたはβ Si_3N_4を主体とする窒化珪素である特許請求の
範囲第1項記載のセラミックスヒーター。 3 窒化珪素系セラミックスがサイアロンである特許請
求の範囲第1項記載のセラミックスヒータ4 第2の導
電性化合物がTiNである特許請求の範囲第1項ないし
第3項いずれかに記載のセラミックスヒーター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63070810A JPH01243388A (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | セラミックスヒーター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63070810A JPH01243388A (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | セラミックスヒーター |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01243388A true JPH01243388A (ja) | 1989-09-28 |
Family
ID=13442295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63070810A Pending JPH01243388A (ja) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | セラミックスヒーター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01243388A (ja) |
-
1988
- 1988-03-24 JP JP63070810A patent/JPH01243388A/ja active Pending
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