JPH04154672A - 電子部品用セラミック焼結体の製造方法 - 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］ 本発明はセラミックバリスタ等の電子線節用セラミック
焼結体の製造方法に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ＺｎＯ
を主成分とする電圧非直線抵抗体（以下、単にバリスタ
と称する）は、数種類の酸化物原料を混合した後に、有
機結合剤を使用して造粒し、続いてこれを円盤状のディ
スク（バリスタ成形体）に仕上げて焼成することで得ら
れる。バリスタ成形体を焼成する方法として、多数のバ
リスタ成形体を酸化マグネシウム（マグネシア）を主成
分とする載置台のｖ字状の溝部に直立に配置して焼成す
る方法がある。この方法によれば、複数のバリスタ成形
体を積重ねて焼成する場合に問題となるバリスタ成形体
どうしの付着を回避できる。

しかしながら、この焼成方法では、焼成時に載置台に接
触した部分及びその近傍部分において一部の金属酸化物
が載置台に吸い込まれて成形体の組成比が変化するとい
う現象が生じることが本願発明者によって確認された。

第５図は、′従来の焼成方法によって製作されたＺｎＯ
を主成分とするバリスタ焼結体１ｂのｓｂ　　　　（酸
化アンチモン）の分布状態を点によって模式的に示した
ものである。図示のように、載置台２に接触した部分及
びその近傍部分において、５ｂ２０３の含有量が著しく
低下し、５ｂ２０３が焼結体の全体に均一に分布されて
いないことがわかる。５ｂ２０３は、結晶粒（ＺｎＯ結
晶粒）の増大を抑制する作用を有する金属酸化物であり
、Ｓ　ｂ　２　ｏ−ｓの含有量が小さい上記の部分では
結晶の粒径が著しく大きくなっていることが確められた
。このように結晶粒径の大きい部分が生じるとサージ耐
量に優れたバリスタを得ることが困難になる。

今、ＺｎＯを主成分とするバリスタについて述べたが、
別の組成のセラミックにおいても同様な問題が生じる。

そこで、本発明の目的は出発原料の組成の変動を抑制す
ることができる電子部品用セラミック焼結体の製造方法
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、焼成時に移動し昌
い金属酸化物を含有している複数の金属酸化物の成形体
を形成する工程と、前記移動し易い金属酸化物を含むセ
ラミック焼結体から成る載置体を用意する工程と、前記
載置体に前記成形体を載置して前記成形体を焼成して焼
結体を得る工程とを有することを特徴とする電子部品用
セラミック焼結体の製造方法に係わるものである。

なお、ＺｎＯを主成分とし且つ５ｂ２０３　（酸化アン
チモン）を含むバリスタの製作に本発明は好適なもので
あ゛す、この場合には成形体載置用物体にＳ　ｂ　２０
　ｇを含めることが望ましい。

［作　用］ 本発明に係わる載置体は成形体に含まれている移動しや
すい金属酸化物と同一の金属酸化物を含むので、成形体
側から載置体側への金属酸化物の流出や拡散等による移
動を抑制することができる。

これにより成形体の組成か維持され、良質な焼結体が得
られる。

ＺｎＯを主成分とするバリスタの場合においては、５ｂ
２０３を載置体に含めることにより、成形体の５ｂ２０
３の成形体外への移動が制限され。

結晶粒の均一化が達成される。

［実施例］ 次に、第１図〜第４図及び第６図を参照して本発明の実
施例に係わるＺｎＯを主成分とするバリスタ素子の製造
方法を説明する。

まず、９３．２モル％のＺｎＯ（酸化亜鉛）、０．３モ
ル％のＢｉ２Ｏ３（酸化ビスマス）く１゜５モル％の５
ｂ２０３　（酸化アンチモン）、１゜０モル％の０００
（酸化コバルト）、２．５モル％のＭｇ０（酸化マグネ
シウム）、０．５モル％のＭｎ０（酸化マンガン）、１
．０モル％のＮｉ０（酸化ニッケル）から成る基礎成分
１００重量部に対して０．０５重量部の８２０　ａ　　
＜酸化ホウ素）と０．００３重量部のＡｌ２Ｏ３（酸化
アルミニウム）を添加した原料粉末をボールミルで十分
に混合し、この混合物をスプレードライヤ（造粒機）で
造粒した。上記金属酸化物のうち、５ｂ２０３は後述の
バリスタ焼結体を形成する際に、ＺｎＯ結晶粒の粒径が
増大することを抑制するよ、　　うに機能する融点が約
６５６℃の低融点金属酸化物である。

次に、造粒された原料を圧縮成形して目標寸法直径約１
０ａｍ、厚さ約３１の円盤状のバリスタ成形体１を製作
した。

次に、このバリスタ成形体１を焼結するために、第１図
〜第３図に示す溝３を有する載置台２及び２枚の載置板
４を用意した。載置板４はバリスタ成形体１の原料と同
じ金属酸化物つまり、ＺｎＯ。

Ｂｉ２Ｏ３，５ｂ２０３、ＣｏＯｌＭｇＯＳＭｎＯｌＮ
ｉＯＳＢ　Ｏ、Ａｌ２Ｏ３の混合物を板状に成形し、し
かる後、焼成したものから成るセラミック焼結体である
。但し、載置板４のＳ　ｂ　２０３の含有率はバリスタ
成形体ｌの原料に含まれる５ｂ２０３の含有率よりも大
きい約２．０モル゛％となっている。載置台２は酸化マ
グネシウム（マグネシア）を主成分とする焼結体であり
、この一方の主面にＶ字状の溝３が設けられている。

次に、載置台２の溝３を構成する２つの面に載置板４を
配置し、この上に上記のバリスタ成形体１を複数枚直立
させて且つ互いに隣接させて配置した。バリスタ成形体
１は、第１図から明らかなように、２箇所で載置板４に
当接し、バリスタ成形体１のそれ以外の部分は載置板４
に接しない。

また、バリスタ成形体１は載置台２に対しては全く接し
ていない。

上記の様に配置した状態で、バリスタ成形体１を載置台
２及び載置板４と共に加熱炉に収容し、バリスタ成形体
１を焼成した。焼成のための熱処理温度と時間は５００
℃までは約り００℃／時間、その後は約り５０℃／時間
の割合で１２５０℃まで昇温し、１２５０℃（ピーク温
度）を１時間保持し、その後自然冷却した。なお、この
熱処理は大気雰囲気中で行った。これにより、バリスタ
成形体１の焼結体１ａが得られた。この焼結体１ａの組
成は出発原料と実質的に同じである。

次に、第６図に示すようにバリスタ焼結体１ａの両生面
にＡｇ（銀）ペーストを塗布して焼付けて一対の電極５
．６を形成し、バリスタ素子を完成させた。

次に、バリスタ素子のサージ耐量を調べるために、まず
、バリスタ素子に１ｍＡを流した時の電極５．６間の電
圧（バリスタ電圧）Ｖｉａを測定し、その後、電気学会
規格２１２番に従って、８×２０μｓ、２５０ＯＡのサ
ージ電流を３０秒間隔で５回バリスタ素子に印加し、再
び１ｍＡにおけるバリスタ電圧Ｖｌｂを測定した。そし
て、最初のバリスタ電圧Ｖｌａとサージ−印加後のバリ
スタ電圧Ｖｌｂとに基づいてバリスタ電圧の変化率ｄを
次式で求めた。

ｄ　−［（Ｖｉａ−Ｖｌｂ）　／Ｖｉａｌ　Ｘ　１００
　（％）このバリスタ電圧の変化率ｄが１０％以上にな
るまで上記の測定を繰返した。この結果、４０回の測定
でバリスタ電圧の変化率ｄは１０％以上になった。即ち
４０Ｘ５−２００回のサージ電流の印加でバリスタ電圧
Ｖｌが１０％以上低下した。

一方、第５図に従う従来のバリスタ素子に対して同様な
測定を行ったところ、７回の測定（７×５−３５回のサ
ージ電流印加）でバリスタ電圧Ｖ１は１０％以上低下し
た。測定回数（サージ電流印加回数）か多い程サージ耐
量が大きいことを意味するので、本発明に従ってバリス
タ素子のサージ耐量が大幅に向上していることが努る。

なお、上記の測定結果は１０個のバリスタ素子の平均値
である。

また、本実施例に従うバリスタ焼結体１ａ及び従来のバ
リスタ焼結体１ｂの結晶状態を顕微鏡で観察したところ
、本実施例に従うバリスタ焼結体１ａにおいては粒径が
均一で且つ小さかった。これに対して従来のバリスタ焼
結体１ｂでは第５図に示す５ｂ２０３の濃度の低い領域
で粒径が不均一で且つ大きかった。

また、本実施例の焼結体１ａにおける５ｂ２０３の分布
濃度を測定したところ、第４図で点によって模式的に示
すように５ｂ２０３は均一に分布していた。即ち、この
分布は、第５図に示す従来の焼結体１ｂにおけるＳ　ｂ
　２０　ａの分布よりも大幅に改善されていた。

本実施例にけるＳ　ｂ　２０　ｇの均一分布は、ｓｂＯ
を含有する載置板４を使用することによって達成されて
いる。載置板４は焼結体１ａと同一物質から成り、且つ
５ｂ２０３の含有率が焼結体１ａよりも大きい約２．０
モル％となっているので、焼成時に成形体１の５ｂ２０
８が載置板４に拡散又は流動で移動することが制限され
る。このように５ｂ２０３及びその他の低融点物質の載
置板４への移動が抑制されると、均一性の良い結晶粒が
形成され、上述のようにサージ電流耐量が向上する。

［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば
次の変形が可能なものである。

（１）　載置台２に低融点物質である５ｂ２０３を含有
させて載置板４を省き、Ｓｂ　Ｏ含有載置台２に成形体
１を載せるようｔｏこしてもよい。

（２）　焼結体から成る載置板４の形状は種々の変更が
可能であり、例えば、載置台２の溝３の形状に合せて断
面■字形状としても良い。

（３）　載置板４等の載置体をバリスタ焼結体１ａと同
一物質で形成することが望ましいが、Ｓｂ　２０　ｓを
含む別の組成の焼結体であってもよい。

（４）　本発明は、５ｂ２０３のように結晶粒の増大を
抑制する機能を有する金属酸化物の流れ出し防止に特に
有効であるが、例えばＢｉ２Ｏ３や８２０３等の低融点
金属酸化物の流れ出し防止にも適用して効果がある。

（５）　載置台２を例えばＺｒ（ジルコニウム：から成
る焼結体で形成することができる。

（６）　バリスタ以外のセラミック焼結体の製造にも本
発明を適用し得る。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば移動し易い成分の分布の
均一性を高めることができ、特性の良い焼結体を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わるバリスタ焼結体
の製造装置を示す正面図、 第２図は第１図の装置の一部切欠平面図、第３図は第１
図の載置台及び載置板を示す斜視図、 第４図は第１の実施例のバリスタ焼結体における５ｂ２
０３の分布を模式的に示す図、第５図は従来のバリスタ
焼結体における５ｂ２０８の分布を模式的に示す図、 第６図はバリスタ素子を示す正面図である。 １、・、成形体、１ａ・・・焼結体、４・・・酸化アン
チモ；　ンを含む載置板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］焼成時に移動し易い金属酸化物を含有している複
   数の金属酸化物の成形体を形成する工程と、 前記移動し易い金属酸化物を含むセラミック焼結体から
   成る載置体を用意する工程と、 前記載置体に前記成形体を載置して前記成形体を焼成し
   て焼結体を得る工程と を有することを特徴とする電子部品用セラミック焼結体
   の製造方法。 ［２］前記移動し易い金属酸化物は前記焼成の温度より
   も融点の低い物質である請求項１記載の電子部品用セラ
   ミック焼結体の製造方法。 ［３］前記成形体は酸化亜鉛を主成分とするバリスタ材
   料の成形体であり、前記融点の低い物質は酸化アンチモ
   ンである請求項２記載の電子部品用セラミック焼結体の
   製造方法。