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JPS6143841B2 - - Google Patents
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JPS6143841B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6143841B2
JPS6143841B2 JP53160118A JP16011878A JPS6143841B2 JP S6143841 B2 JPS6143841 B2 JP S6143841B2 JP 53160118 A JP53160118 A JP 53160118A JP 16011878 A JP16011878 A JP 16011878A JP S6143841 B2 JPS6143841 B2 JP S6143841B2
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JP
Japan
Prior art keywords
thermistor
atom
zirconium
manganese
atomic
Prior art date
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Expired
Application number
JP53160118A
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Japanese (ja)
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JPS5588305A (en
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Toshio Tate
Minoru Akitani
Yorikichi Kuwaori
Fumio Ishizuka
Sadahiko Kato
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Mitsui Kinzoku Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsui Mining and Smelting Co Ltd filed Critical Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

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

本発明は、金属酸化物の焼結体サーミスタ組成
物に関するものである。 サーミスタは、一般に次式に示す抵抗−温度特
性で表わされ、負の抵抗温度係数(以下B定数と
称す)を有する抵抗体である。 R=RpExP(B/T−B/T) R=温度T(K)の時の抵抗値 Rp=温度Tp(K)の時の抵抗値 B=サーミスタの抵抗温度係数(K) これ等は、トランジスター回路の温度補償、調
理器や暖房器などの家電製品の温度制御、フレー
ム検知、および温度測定など多くの分野で使用さ
れるようになり、特に最近では、250℃以上の温
度域での使用に耐え、しかも安定性の高い高精度
のサーミスタが要望されている。 従来、一般に使用されているサーミスタは使用
温度250℃以下のものが大半である。最近それ以
上の温度で使用できるAl2O3系、Al2O3−MgO系
およびZrO2系などのサーミスタが開発されてい
るが、抵抗値やB定数などの特性値の変動係数
(ばらつき)が大きいため、安定した製造ができ
なかつたり、また高温通電負荷による抵抗変化率
が大きく寿命特性において劣つているなどの問題
点がある。 また使用温度域100〜600℃用サーミスタとして
マンガン−ジルコニウム系サーミスタが検討され
ているが、同様に製造における抵抗値やB定数な
どの特性値の変動係数が大きく、しかも寿命特性
も劣つている。 本発明は、以上の点に鑑みて使用温度100〜600
℃においてB定数が大きく、抵抗値やB定数など
の特性値の変動係数が小さく、しかも寿命特性が
優れたサーミスタ組成物を提供するものである。 本発明者等はマンガン−ジルコニウム系サーミ
スタについて種々研究を行い次の知見を得た。 マンガンとジルコニウムの酸化物の混合組成物
に、 (1) ニツケル酸化物を添加すると抵抗値が小さく
なり、また、抵抗値およびB定数などの特性値
の変動係数が小さくなり、しかも高温通電負荷
による抵抗変化率が小さくなる。 (2) ベリリウム、カルシウム、マグネシウム、バ
リウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金
属、亜鉛、コバルト、クロム、鉄、チタン、ラ
ンタン、イツトリウム、セリウムなどの遷移金
属およびアルミニウム、珪素、錫、鉛、ビスマ
スなどの金属またはそれらの化合物の中から選
ばれた1種または2種以上を添加すると希望の
抵抗値に調節でき、しかもB定数が大きくな
る。 本発明は上記の知見にもとずいて得られたもの
であつて、元素成分として、ジルコニウム10〜75
原子%、マンガン25〜85原子%およびニツケル
0.1〜25原子%を含む酸化物焼結体からなるサー
ミスタ組成物並びに元素成分として、ジルコニウ
ム10〜75原子%、マンガン25〜85原子%及びニツ
ケル0.1〜25原子%の化合物混合体にベリリウ
ム、カルシウム、マグネシウム、バリウム、スト
ロンチウムなどのアルカリ土類金属、亜鉛、コバ
ルト、クロム、鉄、チタン、ランタン、イツトリ
ウム、セリウム、などの遷移金属およびアルミニ
ウム、珪素、錫、鉛、ビスマスなどの金属または
それらの化合物の中から選ばれた1種または2種
以上を外割で元素成分として0.1〜30原子%添加
した酸化物焼結体からなるサーミスタ組成物であ
る。 本発明において、ジルコニウム10原子%以下、
マンガン25原子%以下、およびニツケル0.1原子
%以下の範囲、およびジルコニウム75原子%以
上、マンガン85原子%以上およびニツケル25原子
%以上の範囲では、抵抗値およびB定数などの特
性値の変動係数が大きく、安定した品質のサーミ
スタを得難く、また寿命特性も著しく悪くなる。
しかしながら、ジルコニウム10〜75原子%、マン
ガン25〜85原子%およびニツケル0.1〜25原子%
の範囲ではB定数が4000K以上と大きく、しかも
特性値の変動係数は小さく、且つ寿命特性が優れ
ている。 アルカリ土類金属、遷移金属およびその他の金
属の添加量が外割で0.1原子%以下では抵抗値の
調節効果が小さく、また30原子%以上では特性値
の変動係数が大きく、寿命特性が劣る。しかしな
がら0.1〜30原子%では、抵抗値の調節効果が大
きく、またB定数が大きくなる。 本発明のサーミスタ組成物が、B定数が大き
く、特性値の変動係数が小さく、しかも寿命特性
が優れている理由については不明である。 本発明に使用する原料としては、ジルコニウム
はたとえば酸化ジルコニウム;マンガンはたとえ
ば炭酸マンガン、二酸化マンガンなど;ニツケル
はたとえば酸化ニツケル、炭酸ニツケルなどが挙
げられる。またアルカリ土類金属は、酸化物、水
酸化物、炭酸化物などがある。遷移金属およびそ
の他の金属は、金属状物、酸化物、水酸化物、炭
酸化物などがある。 本発明によるサーミスタ組成物は上記の原料を
用いて所定の組成範囲に入るように配合調製した
のち900〜1100℃で仮焼し、この仮焼物を用い
て、所定の形状のサーミスタに成形後1200〜1500
℃において焼成することにより得られる。 サーミスタの形状としては、ビード形、ロツド
形、デイスク形、ワツシヤ形およびフレーク形な
どがあり、本発明のサーミスタ組成物は、これ等
の形状のサーミスタに適している。 本発明によるサーミスタの抵抗値の変動係数は
10〜20%でありB定数の変動係数はすべて3%以
下であつて、いずれも著しく小さく安定した製造
が可能である。 また、本発明のサーミスタ組成物は、温度450
℃において直流10ミリワツト印加での100時間後
の抵抗変化率が3%以下であり、更に1000時間後
の抵抗変化率が5%以下と小さく高温通電負荷特
性においても著しく優れている。 以上の効果があるので、本発明のサーミスタ組
成物は100〜600℃の温度範囲で使用するサーミス
タ材料として特に推奨される。 以下、実施例によつて本発明を具体的に説明す
る。 実施例 市販の試薬特級炭酸マンガン、酸化ジルコニウ
ム、酸化ニツケルなどを用いて表−1に示す組成
になるように所定量配合し、配合原料をボールミ
ルによつて5時間湿式混合(純水使用))したの
ち、脱水乾燥し900〜1100℃で2時間仮焼する。
次に仮焼物をボールミルによつて3時間湿式粉砕
(純水使用)したのち脱水乾燥する。 上記の仮焼粉末にデキストリン20%溶液を約20
%添加し、ペースト状に混練し、300ミクロンの
線間隔に張つた2本の白金、ロジウム線(線径60
ミクロン)の上に混練したペーストを粒状に塗付
して自然乾燥したのち、空気雰囲気において1200
〜1500℃で2時間焼成して、本発明のサーミスタ
組成物からなるビード形サーミスタ素子が得られ
る。 上記のビード形サーミスタ素子をコバール線に
スポツト溶接したのちガラス封入後、450℃にお
いて20時間エージングしてビード形サーミスタと
する。 このようにして得た各々のビード形サーミスタ
について300および400℃の抵抗値を精密形ブリツ
ジ抵抗計を用いて測定し、この温度間のB定数を
算出して表−2に示した。 またサーミスタ100個製造した場合の抵抗値
(300℃において)およびB定数の変動係数を表−
2に示した。 更に各サーミスタを450℃において、10ミリワ
ツト印加した100時間および1000時間後の抵抗変
化率(R−R/R×100%Rt:t時間後の抵抗値
、Rp :出発時の抵抗値)を表−2に示した。 本発明によるサーミスタとの比較のため、ニツ
ケルを含有しないマンガン−ジルコニウム組成物
を用いてビード形サーミスタを同一方法で試作し
抵抗値、B定数、および高温通電負荷による抵抗
変化率など同様に測定し併記した。 以上の結果から明らかなように本発明によるサ
ーミスタは製造上安定しており、B定数も大き
く、しかも寿命特性においても著しく優れてい
た。
The present invention relates to a sintered metal oxide thermistor composition. A thermistor is generally expressed by the resistance-temperature characteristic shown in the following equation, and is a resistor having a negative temperature coefficient of resistance (hereinafter referred to as B constant). R = R p ExP (B / T - B / T p ) R = resistance value at temperature T (K) R p = resistance value at temperature T p (K) B = temperature coefficient of resistance of thermistor (K) ) These have come to be used in many fields such as temperature compensation of transistor circuits, temperature control of home appliances such as cookers and heaters, flame detection, and temperature measurement. There is a demand for a highly accurate thermistor that can withstand use in a temperature range and is highly stable. Conventionally, most thermistors commonly used have operating temperatures of 250°C or less. Recently, Al 2 O 3- based, Al 2 O 3 -MgO-based, and ZrO 2 -based thermistors that can be used at higher temperatures have been developed, but the coefficient of variation (dispersion) of characteristic values such as resistance value and B constant Since the resistance is large, stable manufacturing is not possible, and the rate of change in resistance due to high-temperature current load is large, resulting in poor life characteristics. Further, manganese-zirconium thermistors are being considered as thermistors for use in the temperature range of 100 to 600°C, but they similarly have large coefficients of variation in characteristic values such as resistance and B constant during manufacture, and also have poor life characteristics. In view of the above points, the present invention has been developed at a working temperature of 100 to 600.
The present invention provides a thermistor composition that has a large B constant at ℃, a small coefficient of variation of characteristic values such as resistance value and B constant, and excellent life characteristics. The present inventors conducted various studies on manganese-zirconium based thermistors and obtained the following findings. When (1) nickel oxide is added to a mixed composition of manganese and zirconium oxides, the resistance value becomes smaller, and the coefficient of variation of characteristic values such as resistance value and B constant becomes smaller, and moreover, The resistance change rate becomes smaller. (2) Alkaline earth metals such as beryllium, calcium, magnesium, barium, and strontium; transition metals such as zinc, cobalt, chromium, iron, titanium, lanthanum, yttrium, and cerium; and aluminum, silicon, tin, lead, and bismuth. By adding one or more selected metals or their compounds, the desired resistance value can be adjusted and the B constant can be increased. The present invention was obtained based on the above findings, and contains zirconium 10 to 75 as an elemental component.
atomic%, manganese 25-85 atomic% and nickel
A thermistor composition consisting of an oxide sintered body containing 0.1 to 25 at%, and a compound mixture of 10 to 75 at% zirconium, 25 to 85 at% manganese, and 0.1 to 25 at% nickel as elemental components, beryllium, and calcium. , alkaline earth metals such as magnesium, barium, and strontium, transition metals such as zinc, cobalt, chromium, iron, titanium, lanthanum, yttrium, cerium, and metals or their compounds such as aluminum, silicon, tin, lead, and bismuth. This is a thermistor composition made of an oxide sintered body to which one or more selected from the above is added in an amount of 0.1 to 30 atomic % as an elemental component. In the present invention, 10 atomic % or less of zirconium,
The coefficient of variation of characteristic values such as resistance value and B constant is It is difficult to obtain a thermistor that is large and of stable quality, and its life characteristics are also significantly deteriorated.
However, zirconium 10-75 atom%, manganese 25-85 atom% and nickel 0.1-25 atom%
In this range, the B constant is as large as 4000K or more, the coefficient of variation of characteristic values is small, and the life characteristics are excellent. If the amount of alkaline earth metals, transition metals, and other metals added is less than 0.1 atomic %, the effect of adjusting the resistance value is small, and if it is more than 30 atomic %, the coefficient of variation of the characteristic values is large and the life characteristics are poor. However, at 0.1 to 30 atomic %, the effect of adjusting the resistance value is large and the B constant becomes large. It is unclear why the thermistor composition of the present invention has a large B constant, a small coefficient of variation of characteristic values, and excellent life characteristics. Examples of raw materials used in the present invention include zirconium such as zirconium oxide; manganese such as manganese carbonate and manganese dioxide; and nickel such as nickel oxide and nickel carbonate. Furthermore, alkaline earth metals include oxides, hydroxides, carbonates, and the like. Transition metals and other metals include metallic substances, oxides, hydroxides, carbonates, and the like. The thermistor composition according to the present invention is prepared using the above-mentioned raw materials so that it falls within a predetermined composition range, and then calcined at 900 to 1100°C, and then molded into a thermistor of a predetermined shape using this calcined product. ~1500
Obtained by firing at ℃. Thermistor shapes include bead, rod, disk, washer, and flake shapes, and the thermistor composition of the present invention is suitable for these shapes. The coefficient of variation of the resistance value of the thermistor according to the present invention is
The coefficient of variation of the B constant is 10 to 20%, and all the coefficients of variation of the B constant are 3% or less, which are extremely small and stable production is possible. Further, the thermistor composition of the present invention has a temperature of 450
The resistance change rate after 100 hours at 10 milliwatts of direct current at ℃ is less than 3%, and the resistance change rate after 1000 hours is less than 5%, and it has excellent high-temperature current load characteristics. Because of the above effects, the thermistor composition of the present invention is particularly recommended as a thermistor material used in the temperature range of 100 to 600°C. Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples. Example Using commercially available reagents such as special grade manganese carbonate, zirconium oxide, nickel oxide, etc., the prescribed amounts were blended to have the composition shown in Table 1, and the blended raw materials were wet-mixed for 5 hours using a ball mill (using pure water). After that, it is dehydrated and dried and calcined at 900-1100℃ for 2 hours.
Next, the calcined product is wet-pulverized (using pure water) for 3 hours using a ball mill, and then dehydrated and dried. Add about 20% dextrin solution to the above calcined powder.
%, kneaded it into a paste, and made two platinum and rhodium wires (wire diameter 60
After applying the kneaded paste in granular form on top of micron) and drying it naturally, apply 1200 m
By baking at ~1500°C for 2 hours, a bead-shaped thermistor element made of the thermistor composition of the present invention is obtained. The above bead-shaped thermistor element was spot-welded to Kovar wire, sealed in glass, and aged at 450°C for 20 hours to form a bead-shaped thermistor. For each of the bead-shaped thermistors thus obtained, the resistance values at 300 and 400°C were measured using a precision bridge resistance meter, and the B constants between these temperatures were calculated and shown in Table 2. In addition, the resistance value (at 300℃) and the coefficient of variation of the B constant when 100 thermistors are manufactured are shown in the table.
Shown in 2. Furthermore, the rate of change in resistance after 100 and 1000 hours of applying 10 milliwatts to each thermistor at 450°C (R t - R p /R p × 100% R t : resistance value after t hours, R p : starting point) Table 2 shows the resistance value). For comparison with the thermistor of the present invention, a bead-type thermistor was prototyped using the same method using a manganese-zirconium composition that does not contain nickel, and the resistance value, B constant, and resistance change rate due to high-temperature current load were similarly measured. Also listed. As is clear from the above results, the thermistor according to the present invention was stable in production, had a large B constant, and was extremely excellent in life characteristics.

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 元素成分として、ジルコニウム10〜75原子
%、マンガン25〜85原子%、およびニツケル0.1
〜25原子%を含む酸化物焼結体からなるサーミス
タ組成物。 2 元素成分として、ジルコニウム10〜75原子
%、マンガン25〜85原子%、およびニツケル0.1
〜25原子%の化合物混合体にベリリウム、カルシ
ウム、マグネシウム、バリウム、ストロンチウム
などのアルカリ土類金属、亜鉛、コバルト、クロ
ム、鉄、チタン、ランタン、イツトリウム、セリ
ウムなどの遷移金属およびアルミニウム、珪素、
錫、鉛、ビスマスなどの金属またはそれらの化合
物の中から選ばれた1種または2種以上を外割で
元素成分として0.1〜30原子%添加した酸化物焼
結体からなるサーミスタ組成物。
[Claims] 1. Elemental components: 10 to 75 atom% zirconium, 25 to 85 atom% manganese, and 0.1 atom% nickel.
A thermistor composition consisting of an oxide sintered body containing ~25 at.%. 2 Elemental components: 10 to 75 atom% zirconium, 25 to 85 atom% manganese, and 0.1 atomic% nickel.
~25 atomic percent of the compound mixture contains beryllium, alkaline earth metals such as calcium, magnesium, barium, strontium, transition metals such as zinc, cobalt, chromium, iron, titanium, lanthanum, yttrium, cerium, and aluminum, silicon,
A thermistor composition comprising an oxide sintered body to which 0.1 to 30 atomic % of one or more selected from metals such as tin, lead, bismuth, or compounds thereof are added as an elemental component.
JP16011878A 1978-12-27 1978-12-27 Thermistor composition Granted JPS5588305A (en)

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JPS6022302A (en) * 1983-07-18 1985-02-04 松下電器産業株式会社 Oxide semiconductor for thermistor
JPS61168205A (en) * 1985-01-21 1986-07-29 松下電器産業株式会社 Manufacture of oxide semiconductor for thermistor
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