JPH03152892A - セラミックヒータ - Google Patents
セラミックヒータInfo
- Publication number
- JPH03152892A JPH03152892A JP1289515A JP28951589A JPH03152892A JP H03152892 A JPH03152892 A JP H03152892A JP 1289515 A JP1289515 A JP 1289515A JP 28951589 A JP28951589 A JP 28951589A JP H03152892 A JPH03152892 A JP H03152892A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- heater
- zrn
- phase
- high temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Resistance Heating (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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
本発明は一般家庭用、産業機器用、及び自動車用等の広
汎に利用し得る耐熱衝撃性および高温強度に優れたセラ
ミックヒータに関するものである。
汎に利用し得る耐熱衝撃性および高温強度に優れたセラ
ミックヒータに関するものである。
従来の技術
従来、ディーゼルエンジンの余熱プラグ、暖房機の燃料
着火用などに用いられているヒータは耐熱金属製シーズ
中に発熱コイル及びその周囲にＭｇＯなどの耐熱絶縁粉
末を充填した、いわゆるシーズヒータである。
着火用などに用いられているヒータは耐熱金属製シーズ
中に発熱コイル及びその周囲にＭｇＯなどの耐熱絶縁粉
末を充填した、いわゆるシーズヒータである。
しかし、このようなシーズヒータでは予熱開始からシー
ズ表面温度が始動可能な温度に達するまでに５砂川上か
かり、急速加熱性に欠ける。また、加熱速度を早めるた
めに電流値を増加すると、発熱コイルの溶断あるいは、
高熱によるシーズの破損等が生じ易（なり、耐久性が著
しく低下する。このため、急速始動性を有し、高温耐久
性に優れたヒータの開発が待ち望まれていた。
ズ表面温度が始動可能な温度に達するまでに５砂川上か
かり、急速加熱性に欠ける。また、加熱速度を早めるた
めに電流値を増加すると、発熱コイルの溶断あるいは、
高熱によるシーズの破損等が生じ易（なり、耐久性が著
しく低下する。このため、急速始動性を有し、高温耐久
性に優れたヒータの開発が待ち望まれていた。
従来、セラミックスを用いたヒータとしては窒化珪素や
アルミナの焼結体中にタングステン、モリブデンなどを
用いた金属線状発熱抵抗体を埋設したものがある。
アルミナの焼結体中にタングステン、モリブデンなどを
用いた金属線状発熱抵抗体を埋設したものがある。
発明が解決しようとする課題
このような従来のセラミックヒータは熱膨張係数が大き
く異なる金属とセラミックを組み合わせているため、焼
成条件が狭く、かつヒータとして用いる場合でも急速加
熱による熱衝撃や長時間の昇降温を反復使用した時に抵
抗体金属とセラミックが反応して脆弱相を生じ抵抗値が
増大したり、亀裂部の熱応力疲労による断線を生ずる等
の欠点があった。
く異なる金属とセラミックを組み合わせているため、焼
成条件が狭く、かつヒータとして用いる場合でも急速加
熱による熱衝撃や長時間の昇降温を反復使用した時に抵
抗体金属とセラミックが反応して脆弱相を生じ抵抗値が
増大したり、亀裂部の熱応力疲労による断線を生ずる等
の欠点があった。
本発明は従来のシーズヒータあるいはセラミックヒータ
の加熱特性、高温耐久性を改善し、急速加熱性及び高温
耐久性に優れたセラミックヒータを提供することを目的
とするものである。
の加熱特性、高温耐久性を改善し、急速加熱性及び高温
耐久性に優れたセラミックヒータを提供することを目的
とするものである。
課題を解決するための手段
上記課題を解決するために本発明は、ヒータの抵抗値を
小さくして瞬間的に大電流を通電させればよく、高温耐
久性を得るにはヒータ材料を高融点でしかも耐酸化性の
優れたものにずれば良い。
小さくして瞬間的に大電流を通電させればよく、高温耐
久性を得るにはヒータ材料を高融点でしかも耐酸化性の
優れたものにずれば良い。
また、ヒータの発熱時における電流の暴走による断線を
防ぐため、かつ、その温度抵抗係数を利用してヒータ表
面の温度を一定に電流制御するために、ヒータは正の抵
抗温度計数（ＴＣＲ）を持つことが好ましい。
防ぐため、かつ、その温度抵抗係数を利用してヒータ表
面の温度を一定に電流制御するために、ヒータは正の抵
抗温度計数（ＴＣＲ）を持つことが好ましい。
本発明は、焼結助剤を含有するサイアロン焼結体中に、
導電性を有するＺｒＮ粉末を分散させた複合セラミック
が室温時の比抵抗５Ω・ｃｍ以下で、正のＴＣＲを有し
、発熱温度領域で優れた耐久性があることを見出した。
導電性を有するＺｒＮ粉末を分散させた複合セラミック
が室温時の比抵抗５Ω・ｃｍ以下で、正のＴＣＲを有し
、発熱温度領域で優れた耐久性があることを見出した。
すなわち本発明は、Ｙ２Ｏ３２〜１０ｗｔ％、サイアロ
ン４０〜６０ｗｔ％。
ン４０〜６０ｗｔ％。
ＺｒＮ３０〜５８ｗｔ％を添加し、混合、成形した後常
圧焼結、ガス圧焼結あるいはホットプレス等の手法を用
いて焼結体としセラミックヒータとするものである。
圧焼結、ガス圧焼結あるいはホットプレス等の手法を用
いて焼結体としセラミックヒータとするものである。
作用
本発明において、２〜ｌＱｗｔ％のＹ２Ｏ３を加えるの
は磁器のち密化を促進するためであり、Ｙ２Ｏ３が２
ｗ ｔ％以内ではホットプレス等の加圧焼結法を用いて
のち密化せず、Ｙ２Ｏ３が１０ｗｔ％を越えると高温強
度が大きく低下するからである。
は磁器のち密化を促進するためであり、Ｙ２Ｏ３が２
ｗ ｔ％以内ではホットプレス等の加圧焼結法を用いて
のち密化せず、Ｙ２Ｏ３が１０ｗｔ％を越えると高温強
度が大きく低下するからである。
サイアロンの添加料を４０〜６０ ｗ ｔ％とするのは
、４０ ｗ ｔ％以内では高温強度が著しく低下すると
同時に高密度化もしにくくなり、６０ ｗ ｔ％を越え
ると焼結性が低下するからである。ここで、サイアロン
は、β−サイアロンであることが好ましい。即ち、一般
式Ｓ １ｅ−ｚＡｅＺＯＺＮ８−Ｚ（０＜Ｚ≦４．２）
で表わされるものがそれであり、これはβ−サイアロン
がα−サイアロンより耐熱性高温強度が高いためである
。また、サイアロンとして一般式Ｍｘ （Ｓ １Ａ（ｌ
） ＋２ （○、Ｎ）１６（但しＯ＜ｘ≦２．Ｍ：Ｌ
ｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ。
、４０ ｗ ｔ％以内では高温強度が著しく低下すると
同時に高密度化もしにくくなり、６０ ｗ ｔ％を越え
ると焼結性が低下するからである。ここで、サイアロン
は、β−サイアロンであることが好ましい。即ち、一般
式Ｓ １ｅ−ｚＡｅＺＯＺＮ８−Ｚ（０＜Ｚ≦４．２）
で表わされるものがそれであり、これはβ−サイアロン
がα−サイアロンより耐熱性高温強度が高いためである
。また、サイアロンとして一般式Ｍｘ （Ｓ １Ａ（ｌ
） ＋２ （○、Ｎ）１６（但しＯ＜ｘ≦２．Ｍ：Ｌ
ｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ。
Ｌａ）で表わされるα−サイアロンを用いても、調製可
能である。導電性付与金属化合物としてＺｒＮを選んだ
のはＺｒＮが高温において熱力学的に安定で高温におけ
る強度、耐酸化性が優れていると同時にサイアロンとの
なじみがよく複合系としたときに良好な焼結性を示すか
らである。ＺｒＮの添加量を３０〜５８ ｗ ｔ％とす
るのは、３０ ｗ ｔ％以下では抵抗値が太き（なりす
ぎ発熱抵抗体としては使用できなくなり、また５ ８
ｗ ｔ％以上では複合セラミックの焼結性が低下し、強
度的に使用できなくなるからである。
能である。導電性付与金属化合物としてＺｒＮを選んだ
のはＺｒＮが高温において熱力学的に安定で高温におけ
る強度、耐酸化性が優れていると同時にサイアロンとの
なじみがよく複合系としたときに良好な焼結性を示すか
らである。ＺｒＮの添加量を３０〜５８ ｗ ｔ％とす
るのは、３０ ｗ ｔ％以下では抵抗値が太き（なりす
ぎ発熱抵抗体としては使用できなくなり、また５ ８
ｗ ｔ％以上では複合セラミックの焼結性が低下し、強
度的に使用できなくなるからである。
実施例
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
ＺｒＮ粉末（平均粒径２μｍ）に対しβ−サイアロン粉
末（平均粒径０．５μｍ、Ｚ＝２）、αザイアロン粉末
（平均粒径０．５μｍ：Ｙｏ５Ｓ ｉ９．７ｓＡｆ！
２．２５００．７６Ｎ＋５．２５）、 Ｙ２Ｏ３（平均
粒径１．０μｍ）を第１表に示した組成に配合の後、出
発原料に対し５０ｗｔ％の有機溶剤を加えてアルミナポ
ット中で混合、攪拌し、ついでセラミックグリーンシー
トを得るための可塑剤としてジブチルフタレート、結合
剤としてポリビニールブチラール（分子量４５０００〜
５５０００）を添加してさらに混練を行い３Ｘ１０４〜
１０×１０’ｐｏｉｓｅのスラリーを調整し、ドクター
ブレード法にて厚み０．２＋ｎｍのグリーンシートを作
成した。このグリーンシートを所定枚数加圧積層した後
切断し１０Ｘ１０Ｘ５０Ｘ２（とした。ついで、ホット
プレス（温度１８００℃、圧力５００に１ｒ／ ｃＪ
）により焼成して焼結体を得、これらの試料の相対密度
、室温及び１０００℃における３点曲げ強度、耐酸化性
、耐熱衝撃性、比抵抗を第１表にまとめた。
末（平均粒径０．５μｍ、Ｚ＝２）、αザイアロン粉末
（平均粒径０．５μｍ：Ｙｏ５Ｓ ｉ９．７ｓＡｆ！
２．２５００．７６Ｎ＋５．２５）、 Ｙ２Ｏ３（平均
粒径１．０μｍ）を第１表に示した組成に配合の後、出
発原料に対し５０ｗｔ％の有機溶剤を加えてアルミナポ
ット中で混合、攪拌し、ついでセラミックグリーンシー
トを得るための可塑剤としてジブチルフタレート、結合
剤としてポリビニールブチラール（分子量４５０００〜
５５０００）を添加してさらに混練を行い３Ｘ１０４〜
１０×１０’ｐｏｉｓｅのスラリーを調整し、ドクター
ブレード法にて厚み０．２＋ｎｍのグリーンシートを作
成した。このグリーンシートを所定枚数加圧積層した後
切断し１０Ｘ１０Ｘ５０Ｘ２（とした。ついで、ホット
プレス（温度１８００℃、圧力５００に１ｒ／ ｃＪ
）により焼成して焼結体を得、これらの試料の相対密度
、室温及び１０００℃における３点曲げ強度、耐酸化性
、耐熱衝撃性、比抵抗を第１表にまとめた。
（以 下 余 白）
（１）比抵抗は４端子法で測定した値を示す。
（２）耐酸化性は空気中１２Ｏ０℃、２４Ｈｒ処理後の
酸化の程度を示す。
酸化の程度を示す。
（３） 耐熱衝撃性は次のようにして測定した。即ち
、試験温度に保持した電気炉中に試料を１０分間入れ、
処理後ただちに水中に投下して急冷し、試料のクラック
発生の有無を赤色探傷剤を用いて調べ、試料にクラック
が生じていない場合には、電気炉の温度を５０℃上昇さ
せ上記の実験を同一試料にて繰り返していく。なお、上
記の実験は３００℃より始めた。
、試験温度に保持した電気炉中に試料を１０分間入れ、
処理後ただちに水中に投下して急冷し、試料のクラック
発生の有無を赤色探傷剤を用いて調べ、試料にクラック
が生じていない場合には、電気炉の温度を５０℃上昇さ
せ上記の実験を同一試料にて繰り返していく。なお、上
記の実験は３００℃より始めた。
（実施例２）
実施例１と同様の方法により作成したサイアロン−Ｚｒ
Ｎ複合焼結体を１１０Ｘ５０Ｘ１（＋ｎ）の板状試験片
に切り出して第１図のし−タ１を製作した。
Ｎ複合焼結体を１１０Ｘ５０Ｘ１（＋ｎ）の板状試験片
に切り出して第１図のし−タ１を製作した。
ヒータ１の両端部にはマスク蒸着により０．１μｍＴ
ｉ−１，０μｍＭｏ−１，ＯμｍＣｕの電極が形成され
、還元雰囲気中８００℃でアニールした後１μｍのＮｊ
メツキを施しリード線接続用端子と］ Ｏ した。第２図はこのヒータ１を直流電源回路に接続し１
２Ｖの電圧を加えて通電した場合の昇温結果を示したも
のである。横軸は通電時間、縦軸はヒータの中央部での
表面温度である。
ｉ−１，０μｍＭｏ−１，ＯμｍＣｕの電極が形成され
、還元雰囲気中８００℃でアニールした後１μｍのＮｊ
メツキを施しリード線接続用端子と］ Ｏ した。第２図はこのヒータ１を直流電源回路に接続し１
２Ｖの電圧を加えて通電した場合の昇温結果を示したも
のである。横軸は通電時間、縦軸はヒータの中央部での
表面温度である。
本発明によるセラミックヒータでは９００℃まで約３秒
前後での急速加熱が可能であり、従来のシーズヒータよ
りはるかに優れている。またヒータ温度は１１００℃で
一定になっており、正のＴＣＲを有することがわかる。
前後での急速加熱が可能であり、従来のシーズヒータよ
りはるかに優れている。またヒータ温度は１１００℃で
一定になっており、正のＴＣＲを有することがわかる。
また、このヒータを空気中で連続通電した場合のヒータ
中央部での温度変化を第３図に示した。
中央部での温度変化を第３図に示した。
通電初期より５００時間以内であれば温度変化はなく１
０００時間通電後であっても温度変化は２Ｏ℃以内であ
り十分な高温耐久性のあることが確認できた。
０００時間通電後であっても温度変化は２Ｏ℃以内であ
り十分な高温耐久性のあることが確認できた。
発明の効果
以上のように本発明によるサイアロン−ＺｒＮ複合焼結
体は低抵抗率のため速熱性に優れ、かっＴＣＲが正であ
るため、電流暴走による断線がなく、さらに高温での強
度と耐酸化性が優れているため、急速な昇温速度及び高
温耐久性が要求される直熱方式のヒータ、すなわちディ
ーゼルエンジンの余熱プラグや暖房機の燃料着火用ヒー
タなどに最適である。
体は低抵抗率のため速熱性に優れ、かっＴＣＲが正であ
るため、電流暴走による断線がなく、さらに高温での強
度と耐酸化性が優れているため、急速な昇温速度及び高
温耐久性が要求される直熱方式のヒータ、すなわちディ
ーゼルエンジンの余熱プラグや暖房機の燃料着火用ヒー
タなどに最適である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例によるセラミックヒータの外
観図、第２図は試料８を用いたヒータに通電した場合の
昇温特性を示した図、第３図は同じヒータで連続通電し
た場合の高温耐久性を示す図である。 １・・・・・・ヒータ、２・・・・・・電極。
観図、第２図は試料８を用いたヒータに通電した場合の
昇温特性を示した図、第３図は同じヒータで連続通電し
た場合の高温耐久性を示す図である。 １・・・・・・ヒータ、２・・・・・・電極。
Claims (3)
- （１）Ｙ＿２Ｏ＿３２〜１０ｗｔ％，サイアロン４０〜
６０ｗｔ％，ＺｒＮ３０〜５８ｗｔ％よりなるサイアロ
ンとＺｒＮの複合セラミック焼結体よりなり、粒界相と
ＺｒＮ相とサイアロン相とからなる複合組織を有するこ
とを特徴とするセラミックヒータ。 - （２）粒界相がＹ，Ｓｉ，Ｏ，Ｎ，Ａｌを含む非晶質相
である請求項１記載のセラミックヒータ。 - （３）室温時の比抵抗が５Ω・ｃｍ以下で、かつ抵抗温
度係数が正である請求項１または２記載のセラミックヒ
ータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1289515A JPH03152892A (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | セラミックヒータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1289515A JPH03152892A (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | セラミックヒータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03152892A true JPH03152892A (ja) | 1991-06-28 |
Family
ID=17744266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1289515A Pending JPH03152892A (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | セラミックヒータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03152892A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106700897A (zh) * | 2016-12-08 | 2017-05-24 | 长兴天晟能源科技有限公司 | 一种ZrN‑SiAlON基不锈钢用耐高温抗氧化涂料 |
-
1989
- 1989-11-07 JP JP1289515A patent/JPH03152892A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106700897A (zh) * | 2016-12-08 | 2017-05-24 | 长兴天晟能源科技有限公司 | 一种ZrN‑SiAlON基不锈钢用耐高温抗氧化涂料 |
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