JPH0337155A - 導電性セラミックス複合体およびその製造法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、新規な導電性セラミックス複合体及びその製
造法に関するものである。更に詳細には、アルミナ及び
シリコンカーバイドを含む耐熱性、耐久性にすぐれ電気
ヒータ等の発熱体素子として好適な導電性セラミックス
複合体及び該複合体を工業的に製造する方法に関するも
のである。

［従来の技術］ 導電性セラミックスは、電気ヒータの発熱体として、特
に高温用の電気ヒータの発熱体として用いられているこ
とは周知である（例えば特開昭５７−１５２６９３号、
特公昭６０−１６３８６号、特公昭６０−２８７８１号
等）。このような導電性セラミックスは通常シリコンカ
ーバイド粉末等の焼成物であるが、かかるシリコンカー
バイド粉末は成形性が不良で任意の形状になし難いばか
りでなく、高価であるため汎用ヒータとしては使用し難
い。

また、多くの用途で、発熱体素子を絶縁体で保護するこ
とが要求されるが、保護用絶縁物として高温に耐えかつ
安価な絶縁物であるアルミナとは熱膨脂係数が異なるた
め一体化し難いという問題がある。

以上のような理由から、シリコンカーバイドを主体とす
る発熱体用の導電性セラミックスは限られた工業用ヒー
タの分野でしか用いられていないのが実情である。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上述の如きシリコンカーバイド粉末焼成体か
らなる導電性セラミックスの問題を解決し、比較的任意
の形状とすることができ、かつアルミナに近似した熱膨
張係数をもつ安価な導電性セラミックスを提供しようと
するものである。

更には、特殊な形状にすることを要求される分野や保護
絶縁物をつけることを要求される分野、例えば家庭用ヒ
ータ等の分野で、発熱体素子として容易に使用し得るよ
うな導電性セラミックスを提供しようとするものである
。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、上述の課題について鋭意研究の結果、連
通孔を有する多孔質アルミナの細孔内にシリコンカーバ
イドを主体とするセラミックスを充填した状態のセラミ
ックス複合体を形成することにより、従来のシリコンカ
ーバイド焼成物からなる導電性セラミックスの諸問題を
解決できることを見出だし、本発明に到達したものであ
る。

すなわち、本発明は、互いに連通した多数の細孔を有す
る多孔質アルミナからなる第１の相と、該多孔質アルミ
ナの細孔内に充填されており、がつ少くとも一部が連続
相をなして表面までつながっているシリコンカーバイド
を主成分とするセラミックスからなる第２の相、とで構
成されていることを特徴とする導電性セラミックス複合
体である。

本発明のセラミックス複合体をｔｆ４戒する多孔質アル
ミナは、互いに連通し少くとも一部が表面につながって
いる多数の細孔、いわゆる連続気泡を有するものであっ
て、孔のサイズが１〜１００μｍを中心に分布しており
、かつ、気孔率が５〜５０容量％のものが好適であり、
１０〜４０容量％のものが特に好ましい。多孔質アルミ
ナを構成する成分は、純粋のアルミナである必要はなく
少量の他の成分を含むもので差支えない。かかる多孔質
アルミナ自体は絶縁性である。

一方、上記多孔質アルミナの細孔内に充填されているセ
ラミックスは、シリコンカーバイドを主成分とする導電
性セラミックスである。このセラミックスは、ポリシラ
ン、ポリカルボシラン、ポリシラスチレン及びポリカル
ボシラスチレン共重合体よりなる群から選ばれた少くと
も１種の有機ケイ素ポリマーを前駆体とするものが好ま
しく、かかるセラミックスはシリコンカーバイドの他に
若干量の炭素を含むため、発熱体として適当な導電性を
有し、例えば電気抵抗にして１０−２〜１０１Ω・ｃｍ
程度の導電体である。上述の有機ケイ素ポリマーのうち
でも、ポリカルボシラン、ポリカルボシラスチレン共重
合体（ＰＣＳＳ）が特に好適であ・す、とりわけｐｃｓ
ｓが最適である。

かかるシリコンカーバイドを主体とする導電性セラミッ
クスは、多孔質アルミナの細孔内に実質上充填された状
態にあり、かつ少くともその一部が表面に達しているこ
とが必要である。

かかるセラミックス複合体を得るには、まず、例えば予
め所定の形状に底型・焼成した多孔質アルミナに有機ケ
イ素ポリマーを溶媒に溶かして含浸させる。有機ケイ素
ポリマーとしては、例えばポリシラン、ポリカルボシラ
ン、ポリシラスチレン、ポリカルボシラスチレン共重合
体等が挙げられる。これらのポリマーは安価な溶媒、例
えばアルキルベンゼン、具体的にはベンゼン、トルエン
、キシレン等に溶かして多孔質アルミナに含浸させられ
る。このうちポリオｌレボシラン、ポリカルボシラスチ
レン共重合体（ＰＣＳＳ）は特に導電性の高いセラミッ
クスになるので好ましく、特にＰＣＳＳが最適である。

予め作るアルミナは多孔質であって、孔のサイズが適当
であり、かつ、気孔率も適度のものが好ましい。孔のサ
イズは１〜１００μｍに中心サイズがあるものが好まし
く、孔が小さすぎると含浸が困難であったり、後述の再
焼成が難しかったりする。一方、孔が大きすぎると導電
相が剥げ易く、導電セラミックスとしての均一性が得難
くなる。

気孔率は５〜５０％が好ましく、小さすぎると導電セラ
ミックスの導電性をあげ難く、大きすぎると壊れ易いこ
とが多い。

多孔質アルミナの形態は、面状、棒状、ブロック状等が
挙げられる。熱論、特殊な形状、例えば均一に電気を通
すために、先に本発明者らが提案した特願昭６３−２９
２０９号によるもの等でもよい。

有機ケイ素ポリマーを均一に含浸した多孔質アルミナは
、次いで、不活性雰囲気中で有機ケイ素ポリマーがセラ
ミックス化する温度に加熱して再焼成し、多孔質アルミ
ナ内部でシリコンカーバイドを主成分とする導電性セラ
ミックスに転化させ、目的とする導電性のセラミックス
複合体となる。

［発明の効果コ 以上の如き本発明により、比較的任意の形状の、アルミ
ナ等の保護絶縁物で覆えるアルミナに近似した物性の導
電性セラミックス複合体が比較的容易に得られる。この
導電性セラミックス複合体は導電性、機械的物性等の各
種の好ましい性質を備え、かつ耐久性にすぐれ８００〜
１０００℃での使用にも十分耐えることができる。しか
も、任意の形状のものが得易く、安価であり、セラミッ
クス系保護絶縁物特にアルミナに熱膨張係数が近似して
いるため容易に一体化できるので、家庭用品等、広い用
途に用いることができる。

［実施例１ 次に、本発明の実施例及び比較例を挙げるが、本発明は
これにより限定されるものではない。尚、特に断りのな
い限り、各例中の「部」は重量部である。

実施例１ 市販の多孔質アルミナ板を入手した。これは水につける
と重量増が３０％あり、細孔の状態をＲ微鏡観察すると
、孔径ｌ０〜５０μｍの多数の連通孔が主体であった。

一方、次のようにしてポリカルボシラスチレン共重合体
を得た。すなわち、ジクロルジメチルシランとジクロル
メチルフェニルシランの等モルを使い、トルエン中で金
属ナトリウムを加えて重合してポリシラスチレンを得た
。このポリシラスチレンを４００℃で窒素雰囲気中で処
理し、軟化点１９０〜２００℃のポリカルボシラスチレ
ン共重合体を得た。

この共重合対１００部をトルエンｔ、ｏｏｏ部に溶かし
、この共重合体溶液を上記のアルミナに含浸させた。−
昼夜浸し、乾燥させた後、更に再度含浸させ、乾燥させ
た。

このサンプルを最高１，３００℃で、延べ時間３２時間
〈室温から６００℃までを緩やかに昇温し、以後昇温速
度を上げ１，３００℃とし、室温に戻した。〉で、窒素
気流中で焼成した。得られたセラミックス複合体は重量
１１５部、体積抵抗率１５Ωｃｍであった。このセラミ
ックス複合体に電気を通したところ、表面温度を１，０
００℃以上にすることができた。

厚さ５０μｍのアルミナ（アルコキシド法によると推定
される。三菱鉱業セメント製〉を入手し、上記のセラミ
ックス複合体サンプルにガラスを接着剤として貼合せ、
絶縁物被覆導電セラミックスとした。接着は上記サンプ
ルとアルミナ薄葉の間“に、薄葉のガラスを挟んで、ア
ルゴン気流中で１゜２００℃まで昇温し、溶融接着させ
た。得られた複層体は眉間の接着状態が良好で強靭なも
のとなった。

実施例２ 電解隔壁用として市販のセラミックス板を入手した。水
につけると重量増が２８％であり、緻密な多孔質アルミ
ナであった。

流動点２４１℃のポリカルボシラン（バーメチルポリシ
ランの転位物〉をキシレンに溶がして５％溶液とし、上
記のセラミックスの重量１００部のものに含浸させた。

−昼夜含浸後、乾燥し、再度含浸させ、乾燥した。

このサンプルを実施例１と同様に、最高１ｊ００℃で焼
成した。得られた複合セラミックスは、重量１０９部、
体積固有抵抗１８２Ωｃｍであった。このものは高温ヒ
ータの発熱体素子として有用なものであった。

実施例３ 「マシナブルセラミックス」と称する多孔質アルミナ（
日本通商製〉入手した。

実施例１で用いたポリカルボシラスチレンの溶液をこの
セラミックスに含浸させた。実施例１と同様に、含浸、
乾燥を繰り返した。

得られたサンプルの重量は元の多孔質アルミナ（マシナ
ブルセラミックス〉１００部に対して１１７部であった
。このサンプルを、窒素気流中で、最高１，３００℃で
焼成した。得られたセラミックス複合体の重量は１０９
部、体積固有抵抗は４２Ωｃｍであった。このセラミッ
クス複合体に電気を通したところ赤熱し、高温ヒータの
発熱体素子として有用なことが確認された。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに連通した多数の細孔を有する多孔質アルミ
   ナからなる第１の相と、該多孔質アルミナの細孔内に充
   填されており、かつ少くとも一部が連続相をなして複合
   体表面までつながっているシリコンカーバイドを主成分
   とするセラミックスからなる第２の相、とで構成されて
   いることを特徴とする導電性セラミックス複合体。
2. （２）第２の相が有機ケイ素ポリマーの焼成物である請
   求項（１）に記載の導電性セラミックス複合体。
3. （３）予め焼成した多孔質アルミナに、有機ケイ素ポリ
   マーの溶液を含浸させ、乾燥後焼成することを特徴とす
   る、導電性セラミックス複合体の製造法。
4. （４）有機ケイ素ポリマーが、ポリシラン、ポリカルボ
   シラン、ポリシラスチレン又はポリカルボシラスチレン
   共重合体の少くとも１種である請求項（３）に記載の導
   電性セラミックス複合体の製造法。