JPH04324901A - Manufacture of barium titanate porcelain semiconductor - Google Patents

Manufacture of barium titanate porcelain semiconductor

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JPH04324901A
JPH04324901A JP3095543A JP9554391A JPH04324901A JP H04324901 A JPH04324901 A JP H04324901A JP 3095543 A JP3095543 A JP 3095543A JP 9554391 A JP9554391 A JP 9554391A JP H04324901 A JPH04324901 A JP H04324901A
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JP
Japan
Prior art keywords
barium titanate
semiconductor
manufactured
zirconia plate
paste
Prior art date
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Pending
Application number
JP3095543A
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Japanese (ja)
Inventor
Keishin Ohara
佳信 尾原
Yasuhiro Nakagami
中上 恭宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sekisui Kasei Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Plastics Co Ltd
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Filing date
Publication date
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  • Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、低温ヒーター
や温度検知等の面状素子として多くの応用分野で利用で
きるPTC(Positive Temperatur
e Coefficient Thermistor)
特性を有するチタン酸バリウム系磁器半導体の製造方法
に関するものである。
[Industrial Application Field] The present invention is directed to PTC (Positive Temperature Coating) which can be used in many application fields as a planar element such as a low-temperature heater or a temperature sensor.
e Coefficient Thermistor)
The present invention relates to a method for manufacturing a barium titanate-based ceramic semiconductor having characteristics.

【0002】0002

【従来の技術】キュリー点以上の温度において正の抵抗
温度係数を有し、室温における抵抗率が非常に小さいと
いうPTC特性を有するチタン酸バリウム系磁器半導体
は、従来、キュリー点移動物質を含むチタン酸バリウム
系組成物に半導体化剤等を加えて粉末を作製し、この粉
末と、低温で消失する樹脂等のバインダーとを混練した
後にこれを所定の形状に加圧成形し、次いで、高温で焼
成するという方法によって製造されている。
[Prior Art] Barium titanate-based ceramic semiconductors, which have the PTC characteristic of having a positive temperature coefficient of resistance at temperatures above the Curie point and having very low resistivity at room temperature, have conventionally been made using titanium containing a Curie point shifting substance. A powder is prepared by adding a semiconducting agent, etc. to a barium acid composition, and after kneading this powder with a binder such as a resin that disappears at low temperatures, this is pressure-molded into a predetermined shape, and then is molded at a high temperature. It is manufactured by a firing method.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に加圧成形によって作製した成形体を焼成する従来の製
造方法では、大きなサイズの成形体を作製することが困
難であり、また、大きな形状になる程、焼成時に破損を
生じ易い。特に、樹脂と混練してグリーンシート成形を
しても、焼成時にそり等が発生して、大面積のPTC素
子を安定的に製造することができないという問題を生じ
ている。
[Problems to be Solved by the Invention] However, with the conventional manufacturing method of firing a molded body produced by pressure forming as described above, it is difficult to produce a molded body of a large size, and The more likely it is that damage will occur during firing. In particular, even if it is kneaded with a resin and molded into a green sheet, warping and the like occur during firing, making it impossible to stably manufacture large-area PTC elements.

【0004】0004

【課題を解決するための手段】本発明のチタン酸バリウ
ム系磁器半導体の製造方法は、上記課題を解決するため
に、チタン酸バリウム系半導体の粉末をバインダー液に
分散させてペースト状に作製し、これをジルコニア板表
面に塗布した後、焼成することを特徴とするものである
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the method for manufacturing a barium titanate-based ceramic semiconductor of the present invention involves dispersing barium titanate-based semiconductor powder in a binder liquid to produce a paste. , which is characterized in that it is applied to the surface of a zirconia plate and then fired.

【0005】[0005]

【作用】上記の方法においては、チタン酸バリウム系磁
器半導体がジルコニア板表面を覆う膜状に形成される。 この場合、チタン酸バリウム系半導体の粉末を分散させ
たペーストがまず作製され、このペーストのジルコニア
板表面への塗布形状がほぼそのまま保持された形状の焼
結体としてチタン酸バリウム系磁器半導体が形成される
。したがって、ジルコニア板の大きさに応じてより大き
な面積を有するチタン酸バリウム系磁器半導体を作製す
ることができる。また、焼成時においてはジルコニア板
が支持板として機能することから、焼成過程でのそり等
の変形が抑制され、ジルコニア板の表面形状に沿って所
望形状通りの焼結体が安定的に作製される。なお、上記
のジルコニア板はチタン酸バリウム系半導体の粉末とは
殆ど反応せず、このため、上記焼成後には緻密な構造で
均質な焼結膜として形成され、また、従来の加圧成形体
の焼成によって得られるものと同等のPCT特性を有す
るチタン酸バリウム系磁器半導体が得られている。
[Operation] In the above method, a barium titanate ceramic semiconductor is formed into a film covering the surface of a zirconia plate. In this case, a paste in which barium titanate-based semiconductor powder is dispersed is first prepared, and a barium titanate-based ceramic semiconductor is formed as a sintered body that maintains almost the same shape of the paste applied to the surface of the zirconia plate. be done. Therefore, it is possible to produce a barium titanate ceramic semiconductor having a larger area depending on the size of the zirconia plate. In addition, since the zirconia plate functions as a support plate during firing, deformation such as warping during the firing process is suppressed, and a sintered body with the desired shape can be stably produced along the surface shape of the zirconia plate. Ru. The zirconia plate described above hardly reacts with the barium titanate-based semiconductor powder, and therefore, after the above-mentioned firing, it is formed as a homogeneous sintered film with a dense structure. A barium titanate-based ceramic semiconductor having PCT characteristics equivalent to that obtained by the above method has been obtained.

【0006】[0006]

【実施例】本発明の一実施例について図1ないし図4に
基づいて説明すれば、以下の通りである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.

【0007】本発明に係るチタン酸バリウム系磁器半導
体を、図1に示す工程P1〜P6を経て作製した。すな
わち、まず初めにチタン酸バリウム系半導体粉末を作製
した(P1)後、この粉末とバインダーとを混合するこ
とによって、上記粉末が均一に分散したペーストを作製
した(P2)。次いで、このペーストをジルコニア板上
に塗布した後、乾燥し(P3)、その後、焼成する(P
4)。これによって、ジルコニア板上に膜形状でチタン
酸バリウム系磁器半導体が形成された評価試料を作製し
た。こうして得られた試料にさらに電極を形成し(P5
)、その後、電気特性の測定を行った(P6)。
A barium titanate ceramic semiconductor according to the present invention was manufactured through steps P1 to P6 shown in FIG. That is, first, barium titanate-based semiconductor powder was produced (P1), and then this powder and a binder were mixed to produce a paste in which the powder was uniformly dispersed (P2). Next, this paste is applied onto a zirconia plate, dried (P3), and then fired (P3).
4). As a result, an evaluation sample was prepared in which a barium titanate ceramic semiconductor was formed in the form of a film on a zirconia plate. Electrodes were further formed on the sample thus obtained (P5
), and then the electrical characteristics were measured (P6).

【0008】以下、上記各工程での具体的な製造条件、
及び特性の測定結果について説明する。
[0008] Hereinafter, specific manufacturing conditions in each of the above steps,
and the measurement results of the characteristics will be explained.

【0009】チタン酸バリウム系半導体粉末の作製工程
では、まず、無水炭酸バリウム(BaCO3、堺化学社
製、BW−KL)680.72g 、および、高純度二
酸化チタン(TiO2、東邦チタニウム社製)290.
12gに、キュリー点移動物質としての無水炭酸ストロ
ンチウム(SrCO3、本荘ケミカル社製)26.80
g、鉱化剤としての炭酸マンガン(MnCO3、和光純
薬社製、99.9%)0.2087g、安定化剤として
の二酸化ケイ素(SiO2、レアメタリック社製、99
.9%)1.0908g、半導体化剤としての三酸化ア
ンチモン(Sb2O3、レアメタリック社製、99.9
%)1.0584gを加えて、5リットル容量のボール
ミルに入れ、これに水3.5リットルと、直径25mm
のナイロンコーティングされた鉄球40個とを加えて2
4時間粉粋混合した後、濾過して、その混合物を130
℃にて乾燥した。
In the process of producing barium titanate semiconductor powder, first, 680.72 g of anhydrous barium carbonate (BaCO3, manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd., BW-KL) and 290 g of high-purity titanium dioxide (TiO2, manufactured by Toho Titanium Co., Ltd.) ..
12g, anhydrous strontium carbonate (SrCO3, manufactured by Honjo Chemical Co., Ltd.) as a Curie point transfer substance 26.80
g, manganese carbonate (MnCO3, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 99.9%) as a mineralizing agent, 0.2087 g, silicon dioxide (SiO2, manufactured by Rare Metallic Co., Ltd., 99%) as a stabilizer.
.. 9%) 1.0908g, antimony trioxide (Sb2O3, manufactured by Rare Metallic Co., Ltd., 99.9g as a semiconducting agent)
%) 1.0584g, put it in a 5 liter capacity ball mill, add 3.5 liters of water and a diameter of 25 mm.
40 nylon-coated iron balls and 2
After mixing the powder for 4 hours, it was filtered and the mixture was heated to 130%
Dry at ℃.

【0010】その後、上記乾燥混合物を成形用金型〔6
5mm(径)×45mm(高さ)〕に入れ、150kg
/cm2 の加圧下に成形した。次いで、その成形物を
電気炉に入れ、180℃/時の昇温速度において加熱し
、1150℃において2時間仮焼した。この仮焼物を乳
鉢で粉粋することにより、チタン酸バリウム系半導体の
粉末を得た。
[0010] Thereafter, the dry mixture was put into a mold [6].
5mm (diameter) x 45mm (height)], 150kg
It was molded under pressure of /cm2. Next, the molded product was placed in an electric furnace, heated at a temperature increase rate of 180° C./hour, and calcined at 1150° C. for 2 hours. This calcined product was ground in a mortar to obtain barium titanate semiconductor powder.

【0011】ペーストの作製工程では、上記粉末500
gをボールミルに入れ、バインダー液として15wt%
ポリビニルアルコール水溶液75gを加え、さらに、分
散剤(パスキンM30、共栄社製)25g、分散剤(オ
リコックスKD800、共栄社製)3g、消泡剤(ソル
ホームCR500、共栄社製)2g、イオン交換水0.
5リットル、および直径20mmのナイロンコーティン
グされた鉄球20個を加えて、24時間混合した。これ
により、チタン酸バリウム系半導体粉末をバインダー液
に分散させたペーストを作製した。
[0011] In the paste production process, the above powder 500
Put g into a ball mill and add 15wt% as binder liquid.
Add 75 g of a polyvinyl alcohol aqueous solution, and further add 25 g of a dispersant (Paskin M30, manufactured by Kyoei Co., Ltd.), 3 g of a dispersant (Oricox KD800, manufactured by Kyoei Co., Ltd.), 2 g of an antifoaming agent (Solhome CR500, manufactured by Kyoei Co., Ltd.), and 0.0 g of ion-exchanged water.
5 liters and 20 20 mm diameter nylon coated iron balls were added and mixed for 24 hours. In this way, a paste was prepared in which barium titanate semiconductor powder was dispersed in a binder liquid.

【0012】そして、ジルコニア板上への塗布工程では
、図2に示すように、チタン酸バリウム粒子とは反応性
がないジルコニア板1(香蘭社製、10mm×10mm
×厚み5mm)の表面に、上記のように作製したペース
ト2を塗布し、ほぼ1mm厚さの塗膜を形成し、80℃
において乾燥した。
In the coating process on the zirconia plate, as shown in FIG.
× 5 mm thick), paste 2 prepared as above was applied to the surface to form a coating film approximately 1 mm thick, and heated to
It was dried at.

【0013】その後、電気炉に入れて1360℃におい
て1時間焼成した。
[0013] Thereafter, it was placed in an electric furnace and fired at 1360°C for 1 hour.

【0014】上記の焼成により、ジルコニア板1の表面
を覆う膜形状の焼結体3が得られる。この焼結体3の電
気特性を評価するために、図3に示すように、焼結体3
の表面に電極4を形成し、チタン酸バリウム系磁器半導
体の評価試料6として作製した。上記電極4は、オーミ
ック性の銀ペースト(デグサ社製)を塗布した後、58
0℃において5分間焼付けを行い、さらにその表面に、
カバー銀電極を塗布し、560℃において5分間焼付け
を行うことによって形成した。
By the above firing, a film-shaped sintered body 3 covering the surface of the zirconia plate 1 is obtained. In order to evaluate the electrical properties of this sintered body 3, as shown in FIG.
An electrode 4 was formed on the surface of the sample, and an evaluation sample 6 of a barium titanate ceramic semiconductor was prepared. After applying ohmic silver paste (manufactured by Degussa), the electrode 4 was
Baking was performed at 0°C for 5 minutes, and the surface was further coated with
The cover was formed by applying a silver electrode and baking at 560° C. for 5 minutes.

【0015】上記試料6を測定用の試料ホルダーに取り
付けて、測定槽(ヤマト社製、FINEOVEN  D
H42)内に装着し、室温から200℃までの温度変化
に対する電気抵抗の変化を直流抵抗計(YHP製、マル
チメーター3478A)を用いて測定した。
[0015] The sample 6 was attached to a sample holder for measurement, and a measurement tank (manufactured by Yamato Co., Ltd., FINEOVEN D
H42), and changes in electrical resistance with respect to temperature changes from room temperature to 200° C. were measured using a DC resistance meter (manufactured by YHP, Multimeter 3478A).

【0016】その結果の一例を図4に示す。図のように
、ジルコニア板上にペーストを塗布し焼成することによ
り作製された試料6は、室温における電気抵抗が小さく
、温度の上昇とともに電気抵抗も急上昇するという優れ
たPTC特性を備えている。
An example of the results is shown in FIG. As shown in the figure, sample 6, which was manufactured by applying a paste on a zirconia plate and firing it, has excellent PTC characteristics, such as having low electrical resistance at room temperature and rapidly increasing electrical resistance as the temperature rises.

【0017】また、走査型電子顕微鏡を用いて焼結体3
の表面を観察したところ、これは、緻密なチタン酸バリ
ウム粒子によって構成された焼結体であることが確認さ
れた。つまり、ジルコニア板1はチタン酸バリウム系半
導体材料とは殆ど反応しないことから、焼成過程におい
て、ジルコニア板1側からの不純物の侵入等を生じるこ
となく、チタン酸バリウム系半導体材料の焼結が進行す
る。これによって、良好なPCT特性を有する焼結体3
が形成される。また、界面においても不要な反応層が介
在することはなく、この結果、ジルコニア板1に対する
焼結体3の強固な被着状態が保持されると共に、焼結体
3自身も高強度を有する膜として形成されている。
[0017] Furthermore, using a scanning electron microscope, the sintered body 3
When the surface of the sample was observed, it was confirmed that this was a sintered body composed of dense barium titanate particles. In other words, since the zirconia plate 1 hardly reacts with the barium titanate semiconductor material, sintering of the barium titanate semiconductor material progresses without impurities entering from the zirconia plate 1 side during the firing process. do. This results in a sintered body 3 having good PCT characteristics.
is formed. Further, there is no unnecessary reaction layer at the interface, and as a result, the sintered body 3 is firmly adhered to the zirconia plate 1, and the sintered body 3 itself is a film having high strength. It is formed as.

【0018】なお、本実施例の製造方法により作製され
たチタン酸バリウム系磁器半導体は、温度センサーや低
温発熱面状ヒーター等の工業用材料、また、高機能材料
として、温度ヒューズ、スイッチング電源のコンパレー
ター、電解コンデンサーの保護回路、カラーTV自動消
磁装置、自動車等のモーター起動装置、電子機器の加熱
防止装置、遅延素子、タイマ、液面計、無接点スイッチ
、リレー接点保護装置など多くの分野で利用することが
できる。
The barium titanate-based ceramic semiconductor manufactured by the manufacturing method of this example can be used as an industrial material such as temperature sensors and low-temperature heating planar heaters, and as a high-performance material for thermal fuses and switching power supplies. Comparators, protection circuits for electrolytic capacitors, color TV automatic degaussing devices, motor starting devices for automobiles, heating prevention devices for electronic equipment, delay elements, timers, liquid level gauges, non-contact switches, relay contact protection devices, and many other fields. It can be used in

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明のチタン酸バリウム系磁器半導体
の製造方法は、以上のように、チタン酸バリウム系半導
体の粉末をバインダー液に分散させてペースト状に作製
し、これをジルコニア板表面に塗布した後、焼成するも
のである。
Effects of the Invention As described above, the method for manufacturing a barium titanate-based ceramic semiconductor of the present invention involves dispersing barium titanate-based semiconductor powder in a binder liquid to make a paste, and applying this to the surface of a zirconia plate. After coating, it is fired.

【0020】これにより、ジルコニア板表面への塗膜形
状をほぼ保持した形状で焼結体が形成されるので、上記
ジルコニア板の面積に応じてより大面積のチタン酸バリ
ウム系磁器半導体を作製することできる。また、焼成時
には、ジルコニア板が支持板として機能し、焼成過程で
のそり等の変形が抑制される。この結果、より大面積の
素子を簡便に、かつ再現性良好に製造できるという効果
を奏する。
[0020] As a result, a sintered body is formed in a shape that substantially maintains the shape of the coating film on the surface of the zirconia plate, so a barium titanate-based ceramic semiconductor having a larger area can be produced in accordance with the area of the zirconia plate. I can do that. Further, during firing, the zirconia plate functions as a support plate, and deformation such as warping during the firing process is suppressed. As a result, it is possible to easily manufacture a device with a larger area with good reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明を適用して作製したチタン酸バリウム系
磁器半導体の製造工程を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the manufacturing process of a barium titanate-based ceramic semiconductor manufactured by applying the present invention.

【図2】上記製造工程中におけるペーストが塗布された
ジルコニア板を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a zirconia plate coated with paste during the above manufacturing process.

【図3】上記製造工程を経て作製された評価試料の斜視
図である。
FIG. 3 is a perspective view of an evaluation sample produced through the above manufacturing process.

【図4】上記評価試料での温度と電気抵抗との測定結果
の一例を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing an example of the measurement results of temperature and electrical resistance of the evaluation sample.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    ジルコニア板 2    塗膜 3    焼結体 1 Zirconia plate 2 Coating film 3 Sintered body

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】チタン酸バリウム系半導体の粉末をバイン
ダー液に分散させてペースト状に作製し、これをジルコ
ニア板表面に塗布した後、焼成することを特徴とするチ
タン酸バリウム系磁器半導体の製造方法。
1. Manufacture of a barium titanate-based ceramic semiconductor characterized by dispersing barium titanate-based semiconductor powder in a binder liquid to make a paste, applying this to the surface of a zirconia plate, and then firing it. Method.
JP3095543A 1991-04-25 1991-04-25 Manufacture of barium titanate porcelain semiconductor Pending JPH04324901A (en)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59208802A (en) * 1983-05-13 1984-11-27 松下電器産業株式会社 Method of producing thick film positive temperature coefficient semiconductor element
JPH02114601A (en) * 1988-10-25 1990-04-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of electronic components

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