JPH04233187A - セラミックヒータおよびその製造方法 - Google Patents
セラミックヒータおよびその製造方法Info
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- JPH04233187A JPH04233187A JP2408976A JP40897690A JPH04233187A JP H04233187 A JPH04233187 A JP H04233187A JP 2408976 A JP2408976 A JP 2408976A JP 40897690 A JP40897690 A JP 40897690A JP H04233187 A JPH04233187 A JP H04233187A
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- Japan
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- ceramic
- ceramics
- sialon
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- Pending
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
予熱プラグやファンヒータの点火プラグなどに用いられ
るセラミックヒータおよびその製造方法に関するもので
ある。
予熱プラグやファンヒータの点火プラグなどに用いられ
るセラミックヒータおよびその製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、セラミックヒータは急速始動性と
高耐熱性を有することから、上記のような点火プラグな
どに広く応用されるようになって来た。従来のこの種の
ヒータは、窒化ケイ素セラミックスやサイアロンセラミ
ックスの焼結体中に、タングステンやモリブデンなどの
高融点金属からなる発熱体を埋設したものであった。ま
た、これらのヒータの製造方法は、窒化ケイ素セラミッ
クスやサイアロンセラミックスの成形体中にタングステ
ンやモリブデンなどの高融点金属の発熱体を付与した後
、焼成して得るものであった。
高耐熱性を有することから、上記のような点火プラグな
どに広く応用されるようになって来た。従来のこの種の
ヒータは、窒化ケイ素セラミックスやサイアロンセラミ
ックスの焼結体中に、タングステンやモリブデンなどの
高融点金属からなる発熱体を埋設したものであった。ま
た、これらのヒータの製造方法は、窒化ケイ素セラミッ
クスやサイアロンセラミックスの成形体中にタングステ
ンやモリブデンなどの高融点金属の発熱体を付与した後
、焼成して得るものであった。
【０００３】
【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、発熱体に金属を用いているため、焼結
時の母体のセラミックスと発熱体の収縮率が異なるため
、デラミネーションを起こしやすく、また強度も弱かっ
た。また、母体のセラミックスと発熱体の熱膨張係数が
著しく異なるため、動作を繰り返すうちに断線を起こし
やすく、耐久性に課題があった。
ミックヒータは、発熱体に金属を用いているため、焼結
時の母体のセラミックスと発熱体の収縮率が異なるため
、デラミネーションを起こしやすく、また強度も弱かっ
た。また、母体のセラミックスと発熱体の熱膨張係数が
著しく異なるため、動作を繰り返すうちに断線を起こし
やすく、耐久性に課題があった。
【０００４】本発明はこれらの課題を解決し、高い耐久
性を持ち、生産性にすぐれたセラミックヒータを得るこ
とを目的とするものである。
性を持ち、生産性にすぐれたセラミックヒータを得るこ
とを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はこれらの課題を
解決するために、サイアロンセラミックスの内部に窒化
ジルコニウムを１０ｗｔ％以上含むセラミックスの発熱
体を有するセラミックヒータを提案するものである。ま
た、サイアロンセラミックスの成形体の上に焼成後に発
熱体となる窒化アルミニウムと酸化ジルコニウムの混合
物を付与した後、その上にサイアロンセラミックスの成
形体を重ね、その後焼成することを特徴とするセラミッ
クヒータの製造方法を提案するものである。
解決するために、サイアロンセラミックスの内部に窒化
ジルコニウムを１０ｗｔ％以上含むセラミックスの発熱
体を有するセラミックヒータを提案するものである。ま
た、サイアロンセラミックスの成形体の上に焼成後に発
熱体となる窒化アルミニウムと酸化ジルコニウムの混合
物を付与した後、その上にサイアロンセラミックスの成
形体を重ね、その後焼成することを特徴とするセラミッ
クヒータの製造方法を提案するものである。
【０００６】
【作用】この構成によれば、発熱体がセラミックスであ
るため、母体のセラミックスとの焼結時の収縮率に大き
な差がなく、また熱膨張係数が近いため、繰り返し動作
させても断線を起こしにくいものとなる。また、窒化ジ
ルコニウムを含む発熱体を耐酸化性の強いサイアロンセ
ラミックス中に存在させることにより、耐酸化性が向上
することとなる。さらに、本発明の製造方法によれば、
窒化アルミニウムと酸化ジルコニウムの反応によってな
される発熱体の形成が母体のサイアロンセラミックスの
焼結と同時になされるため、発熱体と母体のサイアロン
セラミックスとの結合が堅固となり、耐久性の高いセラ
ミックヒータを得ることができることとなる。
るため、母体のセラミックスとの焼結時の収縮率に大き
な差がなく、また熱膨張係数が近いため、繰り返し動作
させても断線を起こしにくいものとなる。また、窒化ジ
ルコニウムを含む発熱体を耐酸化性の強いサイアロンセ
ラミックス中に存在させることにより、耐酸化性が向上
することとなる。さらに、本発明の製造方法によれば、
窒化アルミニウムと酸化ジルコニウムの反応によってな
される発熱体の形成が母体のサイアロンセラミックスの
焼結と同時になされるため、発熱体と母体のサイアロン
セラミックスとの結合が堅固となり、耐久性の高いセラ
ミックヒータを得ることができることとなる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
まず、β−サイアロン（Ｓｉ４Ａｌ２Ｏ２Ｎ６）粉末に
酸化イットリウム粉末を５ｗｔ％添加した混合物に結合
剤としてポリビニルブチラール、可塑剤としてジブチル
フタレート、溶媒としてイソプロピルアルコールを加え
、ボールミルでよく混練した。こうして得られたスラリ
ーをドクターブレート法で厚み０．２ｍｍに成形した。 次いでこの成形体を所定枚数積層した後、裁断し、１０
×５０×２ｍｍの成形体を得た。この成形体上に、窒化
アルミニウムと酸化ジルコニウムをモル比で３：１に混
合した混合粉に、結合剤としてポリビニルブチラール、
可塑剤としてジブチルフタレート、溶媒としてイソプロ
ピルアルコールを加え、ボールミルでよく混練しペース
ト状としたものを所定の発熱体の形状となるように印刷
した。このペーストが乾燥した後、前者と同様に作製し
たβ−サイアロンの形成体を重ね積層した。これを窒素
雰囲気中で２０００℃、２時間の焼成を行い、焼結させ
た。
酸化イットリウム粉末を５ｗｔ％添加した混合物に結合
剤としてポリビニルブチラール、可塑剤としてジブチル
フタレート、溶媒としてイソプロピルアルコールを加え
、ボールミルでよく混練した。こうして得られたスラリ
ーをドクターブレート法で厚み０．２ｍｍに成形した。 次いでこの成形体を所定枚数積層した後、裁断し、１０
×５０×２ｍｍの成形体を得た。この成形体上に、窒化
アルミニウムと酸化ジルコニウムをモル比で３：１に混
合した混合粉に、結合剤としてポリビニルブチラール、
可塑剤としてジブチルフタレート、溶媒としてイソプロ
ピルアルコールを加え、ボールミルでよく混練しペース
ト状としたものを所定の発熱体の形状となるように印刷
した。このペーストが乾燥した後、前者と同様に作製し
たβ−サイアロンの形成体を重ね積層した。これを窒素
雰囲気中で２０００℃、２時間の焼成を行い、焼結させ
た。
【０００８】このようにして得られた焼結体の構造は図
１に示す通り、β−サイアロンセラミックス１の母体と
発熱体２で構成されていた。上記発熱体２、すなわち焼
成前に窒化アルミニウムと酸化ジルコニウムの混合物で
あった部分は、Ｘ線回折分析の効果、窒化ジルコニウム
とアルミニウムの酸窒化物の複合焼結体となっていた。 そして、上記のようにして得られた焼結体の両端部に蒸
着により０．１μｍＴｉ−１．０μｍＭｎ−１．０μｍ
Ｃｕの電極を形成し、環元雰囲気中８００℃でアニール
した後、１μｍのＮｉメッキを施し電極３を形成した。
１に示す通り、β−サイアロンセラミックス１の母体と
発熱体２で構成されていた。上記発熱体２、すなわち焼
成前に窒化アルミニウムと酸化ジルコニウムの混合物で
あった部分は、Ｘ線回折分析の効果、窒化ジルコニウム
とアルミニウムの酸窒化物の複合焼結体となっていた。 そして、上記のようにして得られた焼結体の両端部に蒸
着により０．１μｍＴｉ−１．０μｍＭｎ−１．０μｍ
Ｃｕの電極を形成し、環元雰囲気中８００℃でアニール
した後、１μｍのＮｉメッキを施し電極３を形成した。
【０００９】このヒータを１２Ｖの直流電源に接続して
通電したところ、図２に示すような昇温カーブを示した
。図２に示すように本発明のヒータによれば、熱伝導性
の良いβ−サイアロンセラミックスを母体に使用してい
るため、９００℃まで約３秒前後での急速加熱が可能で
あり、またヒータ温度が１１００℃で一定になっており
、ヒータ温度の電流制御が可能なことを示している。
通電したところ、図２に示すような昇温カーブを示した
。図２に示すように本発明のヒータによれば、熱伝導性
の良いβ−サイアロンセラミックスを母体に使用してい
るため、９００℃まで約３秒前後での急速加熱が可能で
あり、またヒータ温度が１１００℃で一定になっており
、ヒータ温度の電流制御が可能なことを示している。
【００１０】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図３に示した。図３
によれば、通電開始より１０００時間を経てもほとんど
劣化していないことがわかる。さらに、通常窒化ジルコ
ニウムは酸化された場合、酸化ジルコニウムとなり、こ
の時に約２７％の体積膨張を伴うため、ヒータの破壊が
起こるが、本発明では図３に示すようにヒータの劣化な
どは認められず、発熱体中の窒化ジルコニウムは完全に
保護されていた。
場合のヒータ中央部での温度変化を図３に示した。図３
によれば、通電開始より１０００時間を経てもほとんど
劣化していないことがわかる。さらに、通常窒化ジルコ
ニウムは酸化された場合、酸化ジルコニウムとなり、こ
の時に約２７％の体積膨張を伴うため、ヒータの破壊が
起こるが、本発明では図３に示すようにヒータの劣化な
どは認められず、発熱体中の窒化ジルコニウムは完全に
保護されていた。
【００１１】次に、下記の（表１）に従来のセラミック
ヒータとの比較を示す。ここでの測定結果は、試料数１
０個で見た。
ヒータとの比較を示す。ここでの測定結果は、試料数１
０個で見た。
【００１２】
【表１】
【００１３】上記（表１）中での試料Ｎｏ．１は、発熱
体にタングステンを用いた以外は本発明と同じ構成とし
た従来例であり、また試料Ｎｏ．４は後述するように比
較例である。また、（表１）中の曲げ強度はスパン３０
ｍｍの３点曲げ法で測定した。さらに、１０００サイク
ル後の良品数は通電１０分、非通電１０分を１サイクル
として、１０００サイクル後の良品数の割合を示したも
のである。この（表１）からわかるように、従来のタン
グステンを発熱体に用いたものでは、発熱体と母体のβ
−サイアロンセラミックスとの結合性が悪いために曲げ
強度が弱く、本発明のもの（試料Ｎｏ．２，３）では発
熱体と母体のβ−サイアロンセラミックスとの結合性が
良いため、強い曲げ強度を示している。
体にタングステンを用いた以外は本発明と同じ構成とし
た従来例であり、また試料Ｎｏ．４は後述するように比
較例である。また、（表１）中の曲げ強度はスパン３０
ｍｍの３点曲げ法で測定した。さらに、１０００サイク
ル後の良品数は通電１０分、非通電１０分を１サイクル
として、１０００サイクル後の良品数の割合を示したも
のである。この（表１）からわかるように、従来のタン
グステンを発熱体に用いたものでは、発熱体と母体のβ
−サイアロンセラミックスとの結合性が悪いために曲げ
強度が弱く、本発明のもの（試料Ｎｏ．２，３）では発
熱体と母体のβ−サイアロンセラミックスとの結合性が
良いため、強い曲げ強度を示している。
【００１４】また、従来のタングステンを発熱体に用い
たものでは、発熱体と母体のβ−サイアロンセラミック
スとの熱膨張係数が著しく異なるため、１０００サイク
ルの寿命試験後には不良品（断線）が発生するが、本発
明のものでは両者の熱膨張係数に差がないために不良品
（断線）は発生せず、耐久性にすぐれていることがわか
る。さらに、（表１）よりわかるように発熱体中の窒化
ジルコニウム（ＺｒＮ）の量が１０ｗｔ％より少なくな
ると、試料Ｎｏ．４に示すように発熱体の導電性が失わ
れる。これは発熱体中の導電物質が窒化ジルコニウムの
みであるためである。また、窒化アルミニウムと酸化ジ
ルコニウムはモル比で３：１で反応するため、窒化アル
ミニウムと酸化ジルコニウムをモル比で３：１に配合し
た場合に発熱体中の窒化ジルコニウムの量が最も多くな
る。
たものでは、発熱体と母体のβ−サイアロンセラミック
スとの熱膨張係数が著しく異なるため、１０００サイク
ルの寿命試験後には不良品（断線）が発生するが、本発
明のものでは両者の熱膨張係数に差がないために不良品
（断線）は発生せず、耐久性にすぐれていることがわか
る。さらに、（表１）よりわかるように発熱体中の窒化
ジルコニウム（ＺｒＮ）の量が１０ｗｔ％より少なくな
ると、試料Ｎｏ．４に示すように発熱体の導電性が失わ
れる。これは発熱体中の導電物質が窒化ジルコニウムの
みであるためである。また、窒化アルミニウムと酸化ジ
ルコニウムはモル比で３：１で反応するため、窒化アル
ミニウムと酸化ジルコニウムをモル比で３：１に配合し
た場合に発熱体中の窒化ジルコニウムの量が最も多くな
る。
【００１５】なお、上記実施例ではサイアロンセラミッ
クスとして、β−サイアロンに酸化イットリウムを５ｗ
ｔ％添加したものを用いたが、これは他の組成のサイア
ロンを用いたり、他の焼結助剤を添加したり、また加え
ないものを用いても本発明の有効性に変わりがないこと
は言うまでもない。
クスとして、β−サイアロンに酸化イットリウムを５ｗ
ｔ％添加したものを用いたが、これは他の組成のサイア
ロンを用いたり、他の焼結助剤を添加したり、また加え
ないものを用いても本発明の有効性に変わりがないこと
は言うまでもない。
【００１６】また、窒化ジルコニウムを１０ｗｔ％以上
含むセラミックスとしては、上記実施例で示した窒化ア
ルミニウム以外に、窒化ケイ素などのセラミックスを用
いても良いものである。そして、セラミックスに含まれ
る窒化ジルコニウムの上限としては、焼結性を考慮して
その量が決定され、窒化アルミニウムの場合は５０ｗｔ
％程度となる。なお、窒化アルミニウムと酸化ジルコニ
ウムの混合物は、窒化アルミニウムの含まれる量によっ
て、焼成後に窒化ジルコニウムとアルミニウムの酸化物
または酸窒化物となる。
含むセラミックスとしては、上記実施例で示した窒化ア
ルミニウム以外に、窒化ケイ素などのセラミックスを用
いても良いものである。そして、セラミックスに含まれ
る窒化ジルコニウムの上限としては、焼結性を考慮して
その量が決定され、窒化アルミニウムの場合は５０ｗｔ
％程度となる。なお、窒化アルミニウムと酸化ジルコニ
ウムの混合物は、窒化アルミニウムの含まれる量によっ
て、焼成後に窒化ジルコニウムとアルミニウムの酸化物
または酸窒化物となる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、サイアロ
ンセラミックスの内部に窒化ジルコニウムを１０重量％
以上含むセラミックスの発熱体を有する構成にすること
により、発熱体がセラミックスであるため、母体のサイ
アロンセラミックスと発熱体との間に焼結時の収縮率の
差が小さいため、発熱体と母体のサイアロンセラミック
スとの結合性が良く、強度が強いものとなる。また、発
熱体と母体のサイアロンセラミックスの熱膨張係数の差
が小さいため、動作を繰り返しても断線は起こさず、耐
久性が著しく向上することになる。さらに、耐酸化性の
弱い窒化ジルコニウムを含む発熱体を耐酸化性の強いサ
イアロンセラミックス中に存在させることにより、発熱
体が保護され、耐酸化性の強いセラミックヒータが得ら
れることとなる。一方、サイアロンセラミックスの成形
体の上に窒化アルミニウムと酸化ジルコニウムの混合物
を付与した後、その上にサイアロンセラミックスの成形
体を重ね、その後焼結させることにより、発熱体の形成
が焼成時に窒化アルミニウムと酸化ジルコニウムの反応
によって窒化ジルコニウムとアルミニウムの酸化物また
は酸窒化物が生成することによってなされるため、難焼
結性の窒化ジルコニウムを含むセラミックスを容易に得
ることができ、母体のサイアロンセラミックスとの結合
も堅固となるため、耐久性が著しく向上するものとなる
。
ンセラミックスの内部に窒化ジルコニウムを１０重量％
以上含むセラミックスの発熱体を有する構成にすること
により、発熱体がセラミックスであるため、母体のサイ
アロンセラミックスと発熱体との間に焼結時の収縮率の
差が小さいため、発熱体と母体のサイアロンセラミック
スとの結合性が良く、強度が強いものとなる。また、発
熱体と母体のサイアロンセラミックスの熱膨張係数の差
が小さいため、動作を繰り返しても断線は起こさず、耐
久性が著しく向上することになる。さらに、耐酸化性の
弱い窒化ジルコニウムを含む発熱体を耐酸化性の強いサ
イアロンセラミックス中に存在させることにより、発熱
体が保護され、耐酸化性の強いセラミックヒータが得ら
れることとなる。一方、サイアロンセラミックスの成形
体の上に窒化アルミニウムと酸化ジルコニウムの混合物
を付与した後、その上にサイアロンセラミックスの成形
体を重ね、その後焼結させることにより、発熱体の形成
が焼成時に窒化アルミニウムと酸化ジルコニウムの反応
によって窒化ジルコニウムとアルミニウムの酸化物また
は酸窒化物が生成することによってなされるため、難焼
結性の窒化ジルコニウムを含むセラミックスを容易に得
ることができ、母体のサイアロンセラミックスとの結合
も堅固となるため、耐久性が著しく向上するものとなる
。
【図１】本発明の一実施例によるセラミックヒータの断
面図
面図
【図２】本発明のセラミックヒータによる通電特性を示
す図
す図
【図３】本発明のセラミックヒータによる連続通電特性
を示す図
を示す図
１ β−サイアロンセラミックス
２ 発熱体
３ 電極
Claims (2)
- 【請求項１】サイアロンセラミックスの内部に室化ジル
コニウムを１０ｗｔ％以上含むセラミックスの発熱体を
有するセラミックヒータ。 - 【請求項２】サイアロンセラミックスの成形体の上に焼
成後に発熱体となる酸化ジルコニウムと室化アルミニウ
ムの混合物を付与した後、その上にサイアロンセラミッ
クスの成形体を重ね、その後焼成することを特徴とする
セラミックヒータの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2408976A JPH04233187A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | セラミックヒータおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2408976A JPH04233187A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | セラミックヒータおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04233187A true JPH04233187A (ja) | 1992-08-21 |
Family
ID=18518366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2408976A Pending JPH04233187A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | セラミックヒータおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04233187A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06140132A (ja) * | 1992-10-28 | 1994-05-20 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 複層セラミックスヒーター |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP2408976A patent/JPH04233187A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06140132A (ja) * | 1992-10-28 | 1994-05-20 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 複層セラミックスヒーター |
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