JPS58128687A - セラミツク発熱体 - 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】 本発明社、耐酸化性にすぐれ、スポーリング特性および
高温強度も良好で、電気炉用発熱体やグロープラグ用発
熱体等として用い得る導電性のセラミック発熱体に関す
るものである。

従来より発熱体としては、金属の場合にはニッケルーク
ロム合金、鉄−クロム−アル之ニウム合金等の耐熱合金
が使用され、セラミックの場合には炭化珪素、珪化モリ
ブデン等が使用されている。

しかしながら金属発熱体の場合ＫＦｉ使用温度は１００
０〜１１００℃程度が限界であ抄、それ以上の高温では
酸化腐食、溶断などが生じて使用不可能である０炭化珪
素（ＳｔＯ）の場合は１６００℃、珪化モリブデン（ｍ
ｏｓ５）の場合は１８００°Ｃ程度まで使用可能なもの
の、炭化珪素は比抵抗が極めて高いので小型化に間融が
あり、珪化モリブデンは１３００℃以上で軟化が始まり
、高温強度、ス＋Ｎ−ＩＪング特性の面で問題があり、
例えば自動車のグロープラグ等の要求仕様を満足するこ
とが゛できなかった。

本発明は珪化モリブデンの極めてすぐれた耐酸化性を利
用すると同時に高温で軟化する欠点を除去し、かつ熱膨
張係数を低下させスポーリング特性を改善したセラミッ
ク発熱体を提供することを目的とするものである。そし
てこの目的を達成するため本発明は耐酸化性にすぐれた
導電材である珪化モリブデンに１１気絶縁材で熱Ｗ＃膜
係数が小さく、すぐれた耐熱性高１材である窒化珪素（
５１５Ｍ＜　）を混合し焼結したセラミック発熱体を提
供する。更に具体的には本発明は、７０重量９６（以下
、単に％とする）以下の窒化珪素、也部珪化モリブデン
の混合物を焼結してなるセラミック発熱体を提供する。

史に本発明は上記の如く改善された特性を有するととも
に、常圧焼結可能なセラミック発熱体を提供することを
目的とし、７０９６以下の窒化珪素の他に、１０％以下
の酸化アルミニウム＜　ｈｔ＊ｏｓ　）、＃化アルミニ
ウムと酸化マグネシウム（Ｍｇ０）の混合物、酸化アル
ミニウムと酸化マグネシウムのスピネル（Ｍｇ＊ｔ　ｓ
ｏ　４　）の少くともＩＩＩＩｌｌを含み、残部珪化モ
リブデンの混合物を焼結してなるセラミック発熱体を提
供する。

以下、本発明の詳細を実験例に基いて説明する。

第１表に示す各檀高温材料ｔｌ−１０００℃、１５時間
の条件で電気炉中で学化テストを行なった。

各材料の重量変化率およびテスト前の初期比抵抗を同表
に示す。試料としては材料粉末をホットプレスにより理
論密度９０優以上の密度に焼結させたものを各々同一形
状に切出した試料を用い、重量変化率はテスト終了後に
試料をアセトンで洗浄し１７１置変化を測定して求めた
。なおＮｉ−０ｒ材料は市販品を用いた。

第１表より、Ｓ１０とＭｏ５１ｇは耐酸化性が極めて良
好であり、他の材料は可成り酸化されることがわかる。

しかしながらＳｉＯは初期比抵抗が非常に高く、これを
用いて発熱体を形成すると大型化するので実用性に劣る
。なお表中、ＭｏＢ１の重量変化率がｉイナスであるの
け、アセトン洗浄中に酸化部分が剥離したことによるも
のと認められる。

第２表にＭｏ１ｌ、　　とＳｉ、Ｎ４の粉末を＆女の割
合で混合し、ホットプレスにより焼結した焼結晶の物性
値を示す。重量変化率は第１表の場合と同様、空気中１
０００’Ｃ，１５時間の条件で酸化テストをした際の重
量変化率であり、抗折強度は１３００℃での３点曲げ試
験で試料が破壊もしくは変形したときの荷重を示す。抗
折強度試験は４０Ｘ３Ｘ４鵠に切出した試料をクロスヘ
ッド速度α５■／ｍ　ｉ　ｎにして行なった。

熱膨張係数は室温〜８００’Ｃの平均熱膨張係数である
。試料は圧力１５０１Ｉ９１０ＩＳＱ度１５００〜１７
ｏＯ°Ｃのホットプレスによね焼結し焼結−度（嵩密麿
／理論密度）９０％以上としたものを用いた。

第２表に示されるように、酸化による重量変化はいずれ
の試料もＭｏ５ｔｘｊｌ独の場合と同様８１　、Ｍ　、
の混入によってもほとんどないことがわかる。比抵抗は
、８１１Ｎ、単独（Ｍｏ８１ｉ＝Ｏ）では完全に絶縁体
であるが、Ｍｏ５ｉｔの混入により急激に減少し、Ｍｏ
８１ｇ　３０％以上で実用し得る程度まで減少する。高
温抗折強度は８１゜Ｍ４の混入割合が増加するにつれて
急速に増大し、熱膨張係数は８１．Ｍ４の混入割合が増
加するＫつれて減少し８１．Ｎ、自体のそれに近づく。

このように、Ｍｏ８１ｍと８１．Ｎ４の混合物の焼結体
は、Ｍｏ８１ｍ単独のものに比し、比抵抗は増加するも
のの実用可能な比抵抗を示すＳｔ。

Ｎ、の添加幅は広く、また８１．Ｎ、の混入により高１
強度が増加し、熱膨張係数も減少してスホ゛−リング特
性も向上するというすぐれた効果を発揮する。混合物に
おけるＳｉ、Ｎ、量は７０優以下とすべきで、７０％を
こえると比抵抗の増大により実用上間層がある。また、
８１ｓＮ４添加量はたとえ微少でもＭｏ　８１ｍ単独よ
りも抗折強度を上げ熱膨張係数を低下せしめてスホ゛−
リング特性を向上せしめるが、これ等の特性を顕著に改
善するにＦｉｌｏ％以上の添加が望ましい。

次に、上記のようにＭｏ８１Ｂとｓｌ、　Ｍ４の混合物
の焼結体はすぐれた特性を示すが、その焼結はホットプ
レスあるいはホットアイソスタティックプレス等の加圧
焼成によらなければ焼成できない。因みに発明者らの実
験では、上記混合物を常圧により焼成した場合、焼結度
はせいぜい７０％であった。そこで発明者らは更に実験
研究を行なった結果、上記混合物に更にｋｌ。

０”　ＳＡ　ｌ　＠　ＯｓとＭｇＯの混合物、’ＩＫＡ
ｌ、Ｏ，の少くとも１椙を加えた混合物は常圧焼成でも
高い焼結度が得られることを確認した。

図は実験結果を示すものである。１〜ｄは常圧焼結で、
・〜ｈはホットプレスであって、混合物組成はａおよび
・がともに５０％Ｍｏ５５　＋５０％Ｓｉ、Ｎ、、ｂお
よびｆが４５　優ｕｏｓ１＝＋５０　＊　Ｓｉ３Ｎ４＋
　５　＊　ＡｊｌＯｎ、０およびｇが４５％Ｍｏ５１ｇ
　＋５　０％　Ｓｉ３Ｎ４＋　５４（ＭｇＯ＋人ｌ。

０、）、ｄおよびｈが４５　％ＭＯ３ｉｌ＋５（ｌｆ８
１゜Ｎ４＋５倦ＭｇＡ！、０４である。常圧焼成条件は
Ｎ。

中１気圧で１６００℃、２時間とし、ホットプレスの条
件は１５０に９／ｃｌｌｌ加圧１．１６００℃、１時間
とした。

＆−％−ｄより知られるように常圧焼結の場合、上記ア
ルミナ系添加物を加えたものはＭｏ５ｉｌと５ｉｌＮ４
のみのものに比べ極めて良好な焼結度を示す。また、ホ
ットプレスの場合で４上Ｅ添加物を加え゛たものは焼結
度が向トする。第３表はＭｇＡｌ＊Ｏｍ　ｋ加えた場合
の酸化による重量変化率と抗折強度を示す。

第　３　表 第２表の場合と同様、良好な結果が得られた。

なお、上記アルミナ系添加物の添加量は１０９６以下で
よく、それをこえると却って高温強度等の特性が低下す
る。アルミナ系添加物の添加量はたとえ微少でもそれな
りの焼結性向りを示すが、３優以上添加することが望ま
しい。

以上説明したように、本発明の発熱体は珪化モリブデン
に所定割合の窒化珪素を混合し１これを焼結してなる焼
結体であって、耐酸化性にすぐれ、高１強度も良好であ
り、熱膨張係数も小さくスポーリング特性も良好である
。また、珪化モリブデンおよび窒化珪素に、更に酸化ア
ルミニウム、酸化アルミニウムと酸化マグネシウムの混
合物、およびこれ等のスピネルの少くとも１楠を所定割
合で添加しこれを焼結してなるセラミック発熱体は焼結
性にすぐれ、たとえ常圧焼結による場合でも極めて高い
焼結度を示詐 す。常圧焼結では褒雑形状の製品も賑佐可能であり、か
つ低コストとなる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明品および比較品の常圧焼結およびホントプレ
スによる焼結度を示す図である。 ＼；じ／

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）７０重量％以下の窒化珪素、残部珪化モリブデン
   の混合物を焼結してなる導電性セラミック発熱体 （ｚ）ｑｏｙｉｔｔ＊％以下の窒化珪素、１０重量％以
   下の酸化アル文ニウム、酸化アルミニウムと酸化マグネ
   シウムの混合物、酸化アル文ニウムと酸化マグネシウム
   のスピネルの少くとも一榔、残部珪化モリブデンの混合
   物を焼結してなる導電性セラミック発熱体。