JPH09278537A - セラミック焼結体の製造方法 - Google Patents

セラミック焼結体の製造方法

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JPH09278537A
JPH09278537A JP8093973A JP9397396A JPH09278537A JP H09278537 A JPH09278537 A JP H09278537A JP 8093973 A JP8093973 A JP 8093973A JP 9397396 A JP9397396 A JP 9397396A JP H09278537 A JPH09278537 A JP H09278537A
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英晃 徳永
Mikinori Amisawa
幹典 網沢
Yasuo Wakahata
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空孔の数が少ないセラミック焼結体の製造方
法を提供することを目的としている。 【解決手段】 成形体1を不活性な粉末である酸化アル
ミニウム粉末2中に埋め込んで焼成することにより、成
形体1中の低融点物質の飛散を防ぐことができ、空孔の
少ないセラミック焼結体を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電気回路の
過電圧の保護を目的とするバリスタ素子などに用いられ
るセラミック焼結体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来からバリスタ素子に用いられるセラ
ミック焼結体は、ZnOを主成分とし、Bi23などの
副成分からなるセラミック原料と有機バインダとを混合
した混合物を成形し、その成形体を単独あるいは数個積
み重ねた状態で電気炉の中に設置し、焼成することによ
って製造していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この方法によると、ビ
スマス等の低融点である成分が焼成中に飛散するなどの
原因で、焼結体内部に多数の空孔が形成されることがわ
かった。このように空孔の多いセラミック焼結体は、機
械的強度が低下し、周囲の雰囲気等の影響を受けやす
い、あるいはめっき等の工程を行った際、メッキ液が焼
結体内部に浸入し、電気特性が劣化するなどの状態を引
き起こす。とりわけバリスタ素子においては、素子内部
に多くの空孔を有することは、高湿度、高電圧下におけ
る電気特性が著しく低下するという問題点を有してい
る。
【0004】そこで本発明は、空孔の数が少ないセラミ
ック焼結体を提供す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】この目的を達成するため
に、本発明は、焼成中に飛散する可能性を有する物質を
含有したセラミック成形体の表面を、このセラミック成
形体と不活性な粉末で覆って熱処理するものであり、こ
の方法によれば、その理由は現時点では明確になっては
いないが、セラミック成形体中の飛散する可能性を有す
る低融点物質が蒸発しづらくなるためか、結論として空
孔の数が少ないセラミック焼結体を提供することができ
る。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、焼成中に飛散する可能性を有する物質を含有したセ
ラミック成形体表面をこのセラミック成形体と不活性な
粉末で覆って熱処理するものであり、セラミック成形体
中の低融点物質が蒸発しづらくなると考えられるため空
孔の数が少ないセラミック焼結体を提供することができ
る。
【0007】請求項2に記載の発明は、不活性な粉末と
して、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムの内少なく
とも一種類を含有する粉末を用いるものであり、セラミ
ック成形体中の低融点物質が蒸発しづらくなると考えら
れるため空孔の数が少ないセラミック焼結体を提供する
ことができる。
【0008】請求項3に記載の発明は、不活性な粉末と
反応しないさやに、セラミック成形体と不活性な粉末と
を充填して熱処理するものであり、さやに充填すること
により、セラミック成形体の表面を不活性な粉末で均一
に被覆することができる。
【0009】請求項4に記載の発明は、酸化亜鉛を主成
分とし、副成分としてBi23を含有したセラミック成
形体を用いるものであり、低融点で飛散しやすいBi2
3が蒸発しづらくなると考えられるため空孔の数が少
ないセラミック焼結体を提供することができる。
【0010】請求項5に記載の発明は、セラミック成形
体と不活性な粉末とをさやに充填した後、セラミック成
形体と不活性な粉末とに圧力をかけて熱処理するもので
あり、熱処理中にセラミック成形体が収縮したとしても
常に不活性な物質で表面を被覆した状態にすることがで
きる。
【0011】請求項6に記載の発明は、酸化アルミニウ
ム、酸化ジルコニウムの内少なくとも一種類を含有する
材料で形成したさやを用いるものであり、さやも不活性
な物質で形成することにより、さやに充填した不活性な
粉末と反応することがない。
【0012】以下本発明の一実施の形態について図面を
参照しながら説明する。 (実施の形態1)図1は不活性な粉末中に成形体を埋め
込んだ状態を示す断面図であり、酸化アルミニウム板3
上において、成形体1表面を不活性な粉末である酸化ア
ルミニウム粉末2で覆っている。図2は図1における酸
化アルミニウム板3の代わりにさや4を用いたものであ
り、さや4を用いることにより成形体1表面を酸化アル
ミニウム粉末2で均一に覆うことができる。図4は一般
的なディスクタイプの酸化亜鉛バリスタの断面図を示す
もので、焼結体5とこの焼結体5の上、下両面に設けた
銀電極6で構成されている。
【0013】まず、少なくとも酸化亜鉛と酸化ビスマス
とを含むセラミックス材料に有機バインダを加えて混合
し、次に直径10mm、厚さ1.2mmとなるように1
t/cm2の圧力をかけて円板状の成形体1を得た。こ
のようにして得た成形体1を500℃で脱バインダした
後、図1に示すように縦150mm×横150mm×厚
さ2mmの酸化アルミニウム板3の上に、酸化アルミニ
ウム粉末2を50ccのせた後、成形体1を設置し、そ
の上からさらに酸化アルミニウム粉末2を50ccのせ
ることで成形体1を酸化アルミニウム粉末2中に完全に
埋め込み、930℃で焼成し、焼結体5を得た。焼成す
る際、直接成形体1同士が接することのないようにし
た。
【0014】不活性な物質である酸化アルミニウム粉末
2で成形体1の表面を覆う目的は、成形体1に含まれる
Bi23がその融点(825℃)以上の温度において、
急激に蒸気圧が上昇し、蒸発するのを遮蔽することであ
る。またその遮蔽効果をあげるために図2に示すよう
に、所定の焼成温度で安定である酸化アルミニウム、酸
化マグネシウムで形成されたさや4を用いて、成形体1
を埋め込む際の酸化アルミニウム粉末2で成形体1の表
面を均一に被覆する。
【0015】比較のために上記と同様の方法で作製した
成形体1を脱バインダした後、従来のようにNiの網の
上に設置し、930℃で焼成して焼結体を作成した。
【0016】次に得られた焼結体5に図4に示すように
直径7mmの銀ペーストを塗布した後、800℃で焼付
けて銀電極6を形成しバリスタ素子を得た。
【0017】(表1)に本実施形態のバリスタ素子と従
来のバリスタ素子の空孔率と湿度90%、60℃、印加
電圧DCV1mA×90%の条件下での試験結果を示
す。
【0018】
【表1】
【0019】ここでバリスタ電圧とは、電流が1mA流
れたときの電圧のことであり、以後V1mAと示す。
(表1)に示したように、本実施形態のバリスタ素子は
従来例のバリスタ素子に対し、それぞれ空孔率が減少
し、良好な特性を有していることがわかる。これは空孔
率と耐湿試験とが相関性をもっていることを示してお
り、空孔率が大きい場合、バリスタ素子表面から気化し
た水分が浸入し、それを起因として高電圧下では電流の
導電状態が変わり、その結果特性の劣化に結びついたも
のと考えられる。
【0020】なお、本実施形態では不活性な粉末として
酸化アルミニウム粉末を用いたが、焼結体5の主成分で
ある酸化亜鉛や副成分の酸化ビスマスなどと焼成温度に
おいて安定な酸化ジルコニウムや酸化アルミニウムと酸
化ジルコニウムを混合した粉末など不活性な粉末であれ
ば構わない。
【0021】さや4に関しても同様で、成形体1を覆う
不活性な粉末に対して、その焼成温度において安定な物
質であればどのような材質でも構わない。また焼結体5
の形状は、ディスクタイプに限らず、内部電極とセラミ
ック層とを交互に積層した積層体など、どのような形状
の成形体でも同様の効果がみられる。さらに、酸化亜鉛
バリスタにおいては酸化ビスマスの飛散を防ぐ方法とし
て、本実施形態に示したように遮蔽をすることによって
行ったが、成形体1の周囲を酸化ビスマス雰囲気にする
ために酸化アルミニウム粉末2中に酸化ビスマスを加え
るといったような蒸発成分を不活性物質中に添加するこ
とでさらに効果が大きくなる。
【0022】(実施の形態2)図3は、図2における酸
化アルミニウム粉末2の上に酸化アルミニウムの燃結体
5を設置したもので、酸化アルミニウムの燃結体5は焼
成中に一定の圧力が酸化アルミニウム粉末2に荷重され
るように作用するものである。
【0023】まず、実施の形態1と同様にして得た成形
体1を500℃で脱バインダした後、図3に示したよう
に100ccの酸化アルミニウムのさや4の中に40c
cの酸化アルミニウム粉末2を入れ、その上に成形体1
を設置し、さらに酸化アルミニウム粉末2を40ccを
充填することで成形体1を完全に埋め込み、930℃で
焼成した。
【0024】ここで焼成中に成形体1は焼結反応が進む
ため、焼成後の体積は大幅に減少する。そのため、焼成
中も常に成形体1表面が酸化アルミニウム粉末2で被覆
されているようにし、蒸発しやすい成分の飛散を制御す
るべきであるので、図3に示したように酸化アルミニウ
ム粉末2に一定の圧力(0.3g/mm2)がかかるよ
うに酸化アルミニウムの燃結体5を酸化アルミニウム粉
末2上に設置して焼成した。
【0025】次に得られた焼結体5に図4に示すように
直径7mmの銀ペーストを塗布した後、800℃で焼き
つけて電極6を形成しバリスタ素子を得た。
【0026】(表2)に高湿度・高電圧印加試験を行っ
た本実施の形態のバリスタ素子の空孔率と湿度90%、
60℃、印加電圧DCV1mA×90%の条件下での試
験結果を示す。
【0027】
【表2】
【0028】(表2)からもわかるように、それぞれ従
来例と比較して、特性は良好な方向に向かっている。
【0029】酸化亜鉛バリスタの成形体1の場合、焼成
における降温時(とりわけ酸化ビスマスの融点である8
25℃付近)に急激な温度変化をうけることは、特性上
ばらつきが生じる原因となったりするが、本実施例では
酸化アルミニウム粉末2中で熱処理を行うため、酸化ア
ルミニウム粉末2の熱容量によって急激な温度変化を受
けづらくなり均一な焼結体5を得ることができる。した
がって酸化アルミニウム粉末2、さや4、圧力印加用の
酸化アルミニウムの燃結体5の全熱容量は焼成時の昇温
速度に成形体1自体の昇温速度が追従する限り大きくす
るべきである。
【0030】本実施の形態ではさや4中にて一定加圧下
で焼成する際に、酸化アルミニウム粉末2上に酸化アル
ミニウムの燃結体5を用いたが、成形体1への影響がな
い限りどのような物質を設置しても構わず、単位面積当
たりの圧力が大きいほど有効的である。
【0031】なお実施形態1,2で酸化アルミニウムを
用いた場合、850℃以上で酸化アルミニウムと酸化ビ
スマスが反応することにより、余分な酸化ビスマスを除
去し、素子内において酸化ビスマスを均一に分布させる
という効果も見られる。
【0032】また、実施の形態1,2においては、不活
性な粉末として酸化アルミニウムを用いたが、酸化マグ
ネシウムでもまた酸化アルミニウムと酸化マグネシウム
の混合物でも構わない。さや4についても同様のことが
言える。
【0033】さらに本実施の形態においては、ディスク
型の酸化亜鉛バリスタ素子を例に示したが、内部電極層
とセラミック層とを交互に積層した積層体などどのよう
な形状でも構わず、成形体も熱処理により飛散する可能
性のある物質(熱処理温度よりも低い融点を有する物質
つまり蒸気圧の高い物質)ビスマス、鉛、硼素、アンチ
モンなどを含む材料で形成したものにおいても同様の効
果が得られる。
【0034】このように、酸化亜鉛バリスタにおいて
は、主に粒界相を形成する酸化ビスマスが低融点を有し
ており(825℃)、焼成の過程で酸化ビスマスがその
高い蒸気圧によって蒸発することがバリスタ素子内の空
孔の数を増加させる原因になっていると考えられ、バリ
スタの成形体を焼成する際に成形体表面を不活性な物質
で覆うことで酸化ビスマスの蒸発は大幅に抑制され、空
孔の数は減少し、その結果、高湿度・高電圧下における
特性の劣化が大幅に改善される。また酸化亜鉛バリスタ
の場合、焼成における降温時(とりわけ酸化ビスマスの
融点である825℃付近)に急激な温度変化をうけるこ
とは、特性上ばらつきが生じる原因となったりするが、
本発明では粉末中で熱処理を行うため、粉体の熱容量に
よって急激な温度変化を受けづらくなり均一な素子を得
ることができる。
【0035】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、より緻
密で空孔の数の少ない焼結体を提供することができる。
その結果、高湿度、高電圧下での特性の劣化の減少等と
いった耐候性の向上したセラミック素子が得られるもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による焼成方法を示す断
面図
【図2】本発明の他の実施の形態による焼成方法を示す
断面図
【図3】本発明の他の実施の形態による焼成方法を示す
断面図
【図4】一般的な酸化亜鉛バリスタの断面図
【符号の説明】
1 成形体 2 酸化アルミニウム粉末 4 さや

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼成中に飛散する可能性を有する物質を
    含有したセラミック成形体の表面を、このセラミック成
    形体と不活性な粉末で覆って熱処理するセラミック焼結
    体の製造方法。
  2. 【請求項2】 不活性な粉末として、酸化アルミニウ
    ム、酸化マグネシウムの内少なくとも一種類を含有する
    粉末を用いる請求項1に記載のセラミック焼結体の製造
    方法。
  3. 【請求項3】 不活性な粉末と反応しないさやに、セラ
    ミック成形体と前記不活性な粉末とを充填して熱処理す
    る請求項1に記載のセラミック焼結体の製造方法。
  4. 【請求項4】 酸化亜鉛を主成分とし、副成分としてB
    23を含有したセラミック成形体を用いる請求項1に
    記載のセラミック焼結体の製造方法。
  5. 【請求項5】 セラミック成形体と不活性な粉末とをさ
    やに充填した後、前記セラミック成形体と前記不活性な
    粉末とに圧力をかけて熱処理する請求項4に記載のセラ
    ミック焼結体の製造方法。
  6. 【請求項6】 さやは、酸化アルミニウム、酸化ジルコ
    ニウムの内少なくとも一種類を含有するもので形成され
    ている請求項4に記載のセラミック焼結体の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013203610A (ja) * 2012-03-29 2013-10-07 Ube Industries Ltd 無機繊維質セラミックス多孔体の製造方法
US20150137411A1 (en) * 2012-03-29 2015-05-21 Ube Industries, Ltd. Method for Producing Inorganic Fiber-Bonded Ceramic Material

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US9701587B2 (en) 2012-03-29 2017-07-11 Ube Industries, Ltd. Method for producing inorganic fiber-bonded ceramic material

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