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JPH0816030B2 - Silicon Nitride-Titanium Nitride Composite Conductive Material - Google Patents
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JPH0816030B2 - Silicon Nitride-Titanium Nitride Composite Conductive Material - Google Patents

Silicon Nitride-Titanium Nitride Composite Conductive Material

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Publication number
JPH0816030B2
JPH0816030B2 JP61291995A JP29199586A JPH0816030B2 JP H0816030 B2 JPH0816030 B2 JP H0816030B2 JP 61291995 A JP61291995 A JP 61291995A JP 29199586 A JP29199586 A JP 29199586A JP H0816030 B2 JPH0816030 B2 JP H0816030B2
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weight
parts
silicon nitride
titanium nitride
conductive material
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年厚 長屋
照高 影山
一義 大竹
準 丹羽
直人 三輪
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日本電装株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は窒化珪素−窒化チタン系複合導電材料に関
し、更に詳しくいえば無加圧焼成法により製造可能であ
って正の抵抗温度係数を有し、高温にて使用可能な窒化
珪素−窒化チタン系複合導電材料に関する。ここで、無
加圧焼成法とは、ホットプレス法および熱間静水圧プレ
ス(HIP)法等を除く焼成法で、例えば常圧焼成法又は
雰囲気加圧焼成法であるガス圧焼成法等をいう。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a silicon nitride-titanium nitride-based composite conductive material, and more specifically, it can be manufactured by a pressureless firing method and has a positive temperature coefficient of resistance. And a silicon nitride-titanium nitride-based composite conductive material that can be used at high temperatures. Here, the pressureless firing method is a firing method excluding a hot pressing method, a hot isostatic pressing (HIP) method, etc., for example, a gas pressure firing method such as a normal pressure firing method or an atmosphere pressure firing method. Say.

本複合導電材料は例えばセラミックヒータ、特に家庭
用暖房、各種乾燥等に用いられる遠赤外線ヒータおよび
排ガス中で使用されるディーゼルパティキュレートフィ
ルタの再生用セラミックヒータ等に利用することができ
る。
The present composite conductive material can be used, for example, as a ceramic heater, especially a far infrared heater used for household heating, various kinds of drying, etc., and a ceramic heater for regenerating a diesel particulate filter used in exhaust gas.

[従来の技術] 従来の窒化珪素−窒化チタン系複合導電材料としては
以下のものが知られている。
[Prior Art] The following are known as conventional silicon nitride-titanium nitride-based composite conductive materials.

その第1としては、窒化珪素と窒化チタン等を20〜75
重量%と、酸化アルミニウム、希土類金属の酸化物等の
うち一種または二種以上を10重量%以下含有した組成よ
りなる複合導電材料が知られている(特開昭58−9564
4)。この材料は高強度であり切削工具に適するもので
ある。
The first is 20 to 75% silicon nitride and titanium nitride.
There is known a composite conductive material having a composition containing 10% by weight or less of one kind or two or more kinds of aluminum oxide, oxides of rare earth metals and the like, by weight% (JP-A-58-9564).
Four). This material has high strength and is suitable for cutting tools.

第2としては窒化珪素30〜70容積部、窒化チタン等30
〜70容量部ならびに酸化アルミニウム等を上記窒化珪素
に対し1〜10重量部を混合、焼結して成る複合導電材料
が知られている(特開昭60−33265)。この材料は抵抗
温度係数が正で機械的強度が大きなものである。
Second, 30 to 70 parts by volume of silicon nitride, titanium nitride, etc. 30
There is known a composite conductive material obtained by mixing about 70 parts by volume, aluminum oxide or the like with 1 to 10 parts by weight of the above silicon nitride and sintering the mixture (JP-A-60-33265). This material has a positive temperature coefficient of resistance and high mechanical strength.

第3としては、窒化珪素と、窒化チタン等からなる導
電性セラミックスとを主要成分とする焼結体で発熱体が
構成されており、全体を100モル%としたときに前記導
電性セラミックスの割合は10〜80モル%であることを特
徴とするセラミックヒータが知られている(特開昭60−
60983)。このセラミックヒータは団粒焼結により比抵
抗を調整可能としたものである。
Thirdly, the heating element is composed of a sintered body containing silicon nitride and conductive ceramics such as titanium nitride as main components, and the ratio of the conductive ceramics when the whole is 100 mol%. Is known to be 10 to 80 mol% (Japanese Patent Laid-Open No. 60-
60983). This ceramic heater has a specific resistance that can be adjusted by aggregate sintering.

第4としては絶縁性を示すセラミックス例えば窒化珪
素等に窒化チタン等を添加することによって導電性をも
たせ放電加工機での研削穴開け等を可能にするものが知
られている(「機能材料」1986年2月号P71〜74)。
Fourthly, it is known that ceramics having insulating properties, for example, silicon nitride or the like is added with titanium nitride or the like so as to have conductivity to enable grinding and drilling with an electric discharge machine (“functional material”). February 1986 issue P71-74).

[発明が解決しようとする問題点] 従来の上記第1および第2の複合導電材料はいずれも
ホットプレス品であることを示している。又上記第3の
複合導電材料は常圧焼結により製造された焼結体である
が抵抗温度係数に関しては触れていない。又上記第4の
従来の複合導電材料は、その焼成法は不明であるがやは
り抵抗温度係数について触れていない。
[Problems to be Solved by the Invention] It is shown that the above-mentioned first and second composite conductive materials of the related art are both hot-pressed products. The third composite conductive material is a sintered body produced by pressureless sintering, but the temperature coefficient of resistance is not mentioned. Further, although the firing method of the fourth conventional composite conductive material is unknown, the temperature coefficient of resistance is not mentioned.

以上より上記従来の複合導電材料においては無加圧焼
結という比較的簡単でしかも試料形状の自由度が大きい
焼結法によって抵抗温度係数が正であるものを得たとい
う報告はない。
From the above, there is no report that in the above-mentioned conventional composite conductive material, one having a positive temperature coefficient of resistance was obtained by the pressureless sintering, which is relatively simple and has a large degree of freedom in sample shape.

本発明は、上記問題点を克服するものであり、抵抗温
度係数が正でありヒータとして好ましい特性をもつ窒化
珪素および窒化チタン材料を無加圧焼成法という簡単で
かつ試料形状の自由度が大きな焼結法で製造されること
が可能で、かつ高温にて使用可能なセラミック複合導電
材料を提供することを目的とする。
The present invention overcomes the above-mentioned problems, and a silicon nitride and titanium nitride material having a positive temperature coefficient of resistance and favorable characteristics as a heater is a pressureless firing method, which is simple and has a high degree of freedom in sample shape. It is an object to provide a ceramic composite conductive material that can be manufactured by a sintering method and can be used at high temperature.

[問題点を解決するための手段] 本発明の窒化珪素−窒化チタン系複合導電材料は、窒
化珪素および窒化チタンの混合物が100重量部であって
該混合物のうち該窒化珪素が50〜74重量部、該窒化チタ
ンが26〜50重量部と、 希土類酸化物、酸化アルミニウム、窒化アルミニウ
ム、酸化マグネシウム、スピネルおよび二酸化珪素のう
ちから選択される一種または二種以上の焼結助剤が3〜
20重量部と、 周期律表VI A族の金属、ならびに該金属の酸化物、珪
化物および焼成により珪化物となる化合物のうちから選
択される一種または二種以上の添加剤が1〜20重量部
と、から成る焼結体であることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In the silicon nitride-titanium nitride-based composite conductive material of the present invention, a mixture of silicon nitride and titanium nitride is 100 parts by weight, and the silicon nitride in the mixture is 50 to 74 parts by weight. Part, the titanium nitride is contained in an amount of 26 to 50 parts by weight, and one or more sintering aids selected from rare earth oxides, aluminum oxide, aluminum nitride, magnesium oxide, spinel and silicon dioxide are contained in an amount of 3 to 5 parts by weight.
1 to 20 parts by weight of 20 parts by weight and one or more additives selected from metals of Group VIA of the periodic table and oxides, silicides, and compounds of the metals that become silicides by firing. And a sintered body composed of parts.

本発明者は窒化珪素−窒化チタン系複合導電材料を詳
細に検討した結果、次のことが明らかになった。なお焼
結助剤としては希土類酸化物、アルミナ、スピネル、窒
化アルミニウムを用いた。
As a result of detailed study of the silicon nitride-titanium nitride-based composite conductive material, the present inventor has revealed the following. As the sintering aid, rare earth oxide, alumina, spinel, and aluminum nitride were used.

その1つにはホットプレスにて正の抵抗温度係数を有
する材料が得られること。
One of them is to obtain a material having a positive temperature coefficient of resistance by hot pressing.

第2としては無加圧焼成法にて抵抗−温度特性(以下
R−T特性という)が異常を示し、高温(400〜800℃)
で抵抗温度係数が負となること。
Second, resistance-temperature characteristics (hereinafter referred to as RT characteristics) are abnormal due to pressureless firing, and high temperature (400-800 ℃)
The temperature coefficient of resistance becomes negative.

第3にホットプレス法および無加圧焼成法のいずれの
製法においても耐酸化性が悪く高温(800〜1100℃)で
の使用は困難であること。
Thirdly, the oxidation resistance is poor and it is difficult to use at a high temperature (800 to 1100 ° C) in both the hot pressing method and the pressureless baking method.

上記R−T特性異常の原因は次の2点であると考えら
れる。その1つは窒化珪素と窒化チタンの熱膨張係数は
約3倍窒化チタンの方が大きいため、高温において低温
と異なった窒化チタンの導電パスが生じその結果R−T
特性が異常(この場合は抵抗温度係数が正でないことを
意味する)を示すことである。又第2に窒化チタンが焼
成時に凝集しやすくこの凝集がR−T特性を更に悪くす
ることである。
It is considered that the cause of the above-mentioned RT characteristic abnormality is the following two points. One of them is that the coefficient of thermal expansion of silicon nitride and titanium nitride is about 3 times larger than that of titanium nitride, so that a conductive path of titanium nitride different from that at low temperature occurs at high temperature, resulting in RT
The characteristic is abnormal (in this case, the temperature coefficient of resistance is not positive). Secondly, titanium nitride tends to aggregate during firing, and this aggregation further deteriorates the RT characteristic.

上記考えに至った根拠としては、まず第1に熱膨張係
数の近い材料を用いて複合導電材料を作製すると導電材
の分散が悪くてもR−T特性は正常であることである。
例えば窒化珪素−窒化タンタル、アルミナ−窒化チタン
の複合材料はいずれもR−T特性が正常であることを確
認した。その第2としてはホットプレス法では窒化チタ
ンの凝集は起りにくく無加圧焼成法では窒化チタンが凝
集することである。
The rationale for reaching the above-mentioned idea is that, firstly, when a composite conductive material is produced using a material having a close thermal expansion coefficient, the RT characteristic is normal even if the dispersion of the conductive material is poor.
For example, it was confirmed that the composite materials of silicon nitride-tantalum nitride and alumina-titanium nitride all have normal RT characteristics. Secondly, titanium nitride does not easily agglomerate in the hot pressing method and titanium nitride agglomerates in the pressureless firing method.

以上より無加圧焼成法にてR−T特性を正常にするた
めには窒化チタン粒子の分散を良好にすればよいが、窒
化珪素、窒化チタンはいずれも難焼結性のため比較的多
量の焼結助剤を要しこの助剤に由来する液相のため、窒
化チタンの凝集を避けるのは容易でない。
From the above, in order to normalize the RT characteristics by the pressureless firing method, the titanium nitride particles should be dispersed well, but both silicon nitride and titanium nitride are relatively hard to sinter, so that they are relatively large in amount. It is not easy to avoid agglomeration of titanium nitride due to the liquid phase derived from this sintering auxiliary agent.

本発明者は種々の鋭意研究の結果、窒化珪素および窒
化チタンに窒化珪素の一般的な焼結助剤である希土類酸
化物、アルミナ、マグネシア、スピネル等を加え、さら
にVI A族の金属等の添加剤を添加することによりR−T
特性が正常となることを発見し、本発明を完成したもの
である。
As a result of various earnest studies, the present inventor has added rare earth oxides, alumina, magnesia, spinel, etc., which are general sintering aids for silicon nitride, to silicon nitride and titanium nitride, and further added VIA group metals and the like. RT by adding additives
The inventors have found that the characteristics are normal and completed the present invention.

本複合導電材料において窒化珪素および窒化チタンの
混合割合が100重量部のうち該窒化チタンが26重量部未
満では比抵抗が急激に大きくなり再現性が悪く、又これ
が50重量部を越える場合には耐酸化性が悪く高温での使
用が困難なため好ましくない。
In the present composite conductive material, when the mixing ratio of silicon nitride and titanium nitride is 100 parts by weight and the titanium nitride is less than 26 parts by weight, the specific resistance rapidly increases and the reproducibility is poor, and when it exceeds 50 parts by weight. It is not preferable because it has poor oxidation resistance and is difficult to use at high temperatures.

本複合導電材料において用いられる焼結助剤は希土類
酸化物、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化マ
グネシウム、スピネルおよび二酸化珪素のうちから選択
される一種または二種以上が用いられる。これらの配合
量は、3〜20重量部である。この配合割合が3重量部未
満では窒化珪素の焼結性が良くなく、又この配合量が20
重量部を越える場合には高温強度が低下するため好まし
くない。
As the sintering aid used in the present composite conductive material, one or more selected from rare earth oxides, aluminum oxide, aluminum nitride, magnesium oxide, spinel and silicon dioxide are used. The blending amount of these is 3 to 20 parts by weight. If the mixing ratio is less than 3 parts by weight, the sinterability of silicon nitride is not good, and the mixing amount is 20%.
If the amount is more than parts by weight, the high temperature strength decreases, which is not preferable.

本複合導電材料に用いられる添加剤はさらにVI A族の
金属、ならびに該金属の酸化物、珪化物および焼成によ
り珪化物となる化合物から選択される一種または二種以
上のものが用いられる。ここでVI A族の金属とは、クロ
ム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)をい
う。このうち通常Moが用いられる。これは窒化チタンの
分散にはMo、Wがより効果的で、耐酸化性にはCr、Moが
より効果的のためである。さらにこの添加剤としては通
常Moの酸化剤、例えば酸化モリブデン(MoO3という)が
用いられる。これは酸化物の形で添加した方が窒化チタ
ンの分散が良くなるためである。又焼成により珪化物と
なる化合物としては、例えばモリブデン酸、モリブデン
酸アンモニウム等がある。これらの焼結助剤が1重量部
未満であるとR−T特性が異常となり、20重量部を越え
る場合には焼結体の強度が低下し、好ましくないからで
ある。
As the additive used in the present composite conductive material, one or two or more selected from the group VIA metals, and oxides, silicides and compounds of the metals which become silicides by firing are used. Here, the VIA group metal means chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W). Of these, Mo is usually used. This is because Mo and W are more effective for dispersion of titanium nitride, and Cr and Mo are more effective for oxidation resistance. Further, as this additive, an oxidizing agent of Mo, for example, molybdenum oxide (referred to as MoO 3 ) is usually used. This is because the titanium nitride is better dispersed when added in the form of oxide. Examples of the compound that becomes a silicide by firing include molybdic acid and ammonium molybdate. If the amount of these sintering aids is less than 1 part by weight, the RT characteristic becomes abnormal, and if the amount exceeds 20 parts by weight, the strength of the sintered body decreases, which is not preferable.

なお、この添加剤の配合量は、窒化珪素に比べて窒化
チタンの配合割合が多くなると少量となる傾向がある。
これはパーコレーション理論からも明確なように、窒化
チタンの添加量が多い程、導電パスが安定になるためと
考えられる。従って以下の試験例(No.3、8、10、12)
においてはMoO3配合割合が1.5重量部の場合、電流過渡
特性は異常を示すが、これは窒化チタンの配合割合が30
重量部であり、これが40〜50重量部等と多くしたとき
は、このMoO3の配合割合は1〜3重量部であっても電流
過渡特性は正常を示すものと考えられる。また本発明に
おいて金属Moを添加剤として使用することができ、この
場合には分子量がMoO3と比べて小さく当モルで言えばMo
O3、1.5重量部がMo、1重量部に相当することからも、
本添加剤の下限としては1重量部が適切といえる。
It should be noted that the blending amount of this additive tends to be small when the blending ratio of titanium nitride is larger than that of silicon nitride.
This is considered to be because the conductive path becomes more stable as the amount of titanium nitride added increases, as is clear from the percolation theory. Therefore, the following test examples (No. 3, 8, 10, 12)
In the case of the MoO 3 blending ratio of 1.5 parts by weight, the current transient characteristics show anomalous.
When it is increased to 40 to 50 parts by weight or the like, it is considered that the current transient characteristics are normal even if the mixing ratio of MoO 3 is 1 to 3 parts by weight. Further, in the present invention, metallic Mo can be used as an additive, and in this case, the molecular weight is smaller than that of MoO 3 and is equivalent to Mo.
From the fact that 1.5 parts by weight of O 3 corresponds to 1 part by weight of Mo,
It can be said that 1 part by weight is appropriate as the lower limit of this additive.

本複合導電材料としては室温時の比抵抗が10-1Ω・cm
以下で抵抗温度係数が正であるものが好ましい。室温時
の比抵抗をこのように限定したのは、10-1Ω・cmを越え
る場合には抵抗値の再現性が悪く、又R−T特性が異常
となりやすいためである。
This composite conductive material has a resistivity of 10 -1 Ωcm at room temperature.
In the following, those having a positive temperature coefficient of resistance are preferable. The reason why the specific resistance at room temperature is limited in this way is that the reproducibility of the resistance is poor and the RT characteristic is likely to be abnormal when the specific resistance exceeds 10 −1 Ω · cm.

本複合導電材料の製法としては、通常、所定量の原料
を所定の配合割合にて調合した後、水又はアルコール等
を媒体としてボールミル等で混合を行い、更にアクリル
系バインダ等を少量添加した後に所定形状に成形する。
これを脱脂した後1650〜1850℃程度の温度で窒素雰囲気
中にて無加圧焼成法又はホットプレス法で焼成する。焼
成温度が1650℃未満の場合には焼結体が緻密化せず、又
1850℃を越える場合には窒化珪素の分解が激しく緻密化
を阻害し、強度及び耐酸化性が低下するためである。
As the method for producing the composite conductive material, usually, after mixing a predetermined amount of raw materials in a predetermined mixing ratio, mixing with a ball mill or the like using water or alcohol as a medium, and further adding a small amount of an acrylic binder or the like. Mold into a predetermined shape.
After this is degreased, it is fired by a pressureless firing method or a hot pressing method in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 1650 to 1850 ° C. If the firing temperature is less than 1650 ° C, the sintered body will not be densified, and
This is because when the temperature exceeds 1850 ° C., the decomposition of silicon nitride is so severe that the densification is hindered and the strength and oxidation resistance are reduced.

[発明の効果] 本発明の窒化珪素−窒化チタン系複合導電材料は、窒
化珪素および窒化チタンの混合物が100重量部であって
該混合物のうち該窒化珪素が50〜74重量部、該窒化チタ
ンが26〜50重量部と、希土類酸化物等の、窒化珪素の一
般的な焼結助剤が3〜20重量部と、周期律表VI A族の金
属等の添加剤が1〜20重量部と、から成る焼結体である
ことを特徴とする。
[Effects of the Invention] In the silicon nitride-titanium nitride-based composite conductive material of the present invention, the mixture of silicon nitride and titanium nitride is 100 parts by weight, and the silicon nitride in the mixture is 50 to 74 parts by weight. 26 to 50 parts by weight, 3 to 20 parts by weight of a general sintering aid of silicon nitride such as rare earth oxides, and 1 to 20 parts by weight of additives such as metals of Group VIA of the periodic table. And a sintered body composed of

即ち本複合導電材料は、窒化珪素、窒化チタンおよび
窒化珪素の一般的な焼結助剤に加えてVI A族の金属等を
添加するものであり、これによりR−T特性が正常即ち
正の温度抵抗係数を有することとなるものである。従っ
て本複合導電材料は、ホットプレス法のみならず、試料
形状の自由度が大きくかつコストが安い無加圧焼成法を
用いて正の抵抗温度係数を有する材料とすることがで
き、さらに本導電材料はセラミックス焼結体であるので
高温にて使用可能な材料である。
That is, the present composite conductive material is a material in which a VIA group metal or the like is added in addition to general sintering aids of silicon nitride, titanium nitride, and silicon nitride, whereby the RT characteristic is normal or positive. It has a temperature resistance coefficient. Therefore, the present composite conductive material can be made into a material having a positive temperature coefficient of resistance not only by the hot pressing method but also by the pressureless firing method which has a large degree of freedom in the shape of the sample and is inexpensive. Since the material is a ceramic sintered body, it can be used at high temperatures.

本複合導電材料のうち特にイットリア、アルミナおよ
びMoO3を、添加したものが特に優れR−T特性が正常で
ありかつ耐酸化性も大幅に向上し、高温度ヒータ材料あ
るいは導電材料としては最も適している。
Among these composite conductive materials, the one to which yttria, alumina and MoO 3 are added is particularly excellent, the RT characteristic is normal, and the oxidation resistance is greatly improved, which is most suitable as a high temperature heater material or conductive material. ing.

上記VI A族の金属等の添加剤の添加により複合導電材
料の特性が向上する理由は、(1)窒化チタンの凝集防
止を図りうること、さらに(2)少なくともモリブデン
等はモリブデン珪化物として存在しておりこれが窒化チ
タン以外の第2導電相として働いていると考えられ、又
この層の存在により耐酸化性が向上したものと考えられ
る。
The reason why the characteristics of the composite conductive material are improved by adding the additive such as the metal of Group VI A is that (1) titanium nitride can be prevented from agglomerating, and (2) at least molybdenum and the like are present as molybdenum silicide. Therefore, it is considered that this acts as a second conductive phase other than titanium nitride, and it is considered that the presence of this layer improves the oxidation resistance.

[試験例] 以下、試験例により本発明を説明する。[Test Example] Hereinafter, the present invention will be described with reference to test examples.

試験例1 本試験例はMoO3の添加の有無について検討したもので
ある。
Test Example 1 This test example examines whether or not MoO 3 is added.

まず第1表に示した成分組成(No.1〜No.2)に調合し
た原料をポリポット中でアルミナボールミルを使用して
15時間水系で湿式混合をした。なお、No.2はMoO3を含ま
ないものであり、本発明に含まれない組成を示す。その
後アクリル系バインダを1.5重量%添加した後真空 冷凍乾燥を行った。
First of all, the raw materials prepared according to the component composition (No.1 to No.2) shown in Table 1 were used in an alumina ball mill in a poly pot.
Wet mixing was performed in an aqueous system for 15 hours. No. 2 does not contain MoO 3 and shows a composition not included in the present invention. After adding 1.5% by weight of acrylic binder, vacuum Freeze-drying was performed.

この乾燥粉末を400kgf/cm2の圧力で金型プレスをした
後、2000kgf/cm2の圧力でラバープレスを実施し、5×
5×50mmのテストピース形状に成形した。
After the mold press the dry powder at a pressure of 400 kgf / cm 2, performing rubber press under a pressure of 2000kgf / cm 2, 5 ×
It was molded into a 5 × 50 mm test piece shape.

この成形体を窒素気流中で550℃、2時間脱脂した
後、窒化珪素製のセッター中に入れ窒素9気圧の雰囲気
下で1750℃、4時間焼成して焼結体を得た。
This molded body was degreased in a nitrogen stream at 550 ° C. for 2 hours, placed in a silicon nitride setter, and fired at 1750 ° C. for 4 hours in an atmosphere of 9 atm of nitrogen to obtain a sintered body.

この焼結体を第4図および第5図に示す形状に研削す
る。なお、第4図はこの研削物の平面図を、第5図はそ
の正面図を示す。次いでこれらの図に示すA部に無電解
ニッケルメッキをした後、銀ペーストを焼付て電極を構
成して通電特性測定用試料とした。
This sintered body is ground into the shape shown in FIGS. 4 and 5. Incidentally, FIG. 4 shows a plan view of this ground product, and FIG. 5 shows a front view thereof. Then, after electroless nickel plating was applied to the portion A shown in these figures, a silver paste was baked to form an electrode, which was used as a sample for measuring current-carrying characteristics.

通電特性(R−T特性、電圧(V)−電流(I)特
性)の測定は下記の通り行なった。即ち、R−T特性の
測定は研削物の中央部にアスベストをまきつけた上に白
金線をまきつけ、さらにアスベストをまきつけた。この
白金線に通電することにより発熱させ、研削物を加熱し
たときの抵抗値を測定した。温度は熱電対により測温し
た。V−I特性は研削部の電極間に電圧を印加したとき
の電流値を読みとった。この結果を第1図〜第3図に示
した。これらの図によれば、本発明に含まれるNo.1は室
温〜1000℃の温度範囲において正の抵抗温度係数を有
し、V−I特性も正常であったが、一方、本発明に含ま
れないNo.2はいずれの特性も異常であった。
The energization characteristics (RT characteristics, voltage (V) -current (I) characteristics) were measured as follows. That is, in the measurement of the RT characteristic, asbestos was sprinkled on the center of the ground product, a platinum wire was sprinkled on the asbestos, and then asbestos was sprinkled on the platinum wire. The platinum wire was heated by being energized, and the resistance value when the grinding object was heated was measured. The temperature was measured with a thermocouple. For the VI characteristic, the current value when a voltage was applied between the electrodes of the ground portion was read. The results are shown in FIGS. According to these figures, No. 1 included in the present invention had a positive temperature coefficient of resistance in the temperature range of room temperature to 1000 ° C., and the VI characteristic was also normal. No. 2 which was not tested had abnormal characteristics.

試験例2 本試験例は窒化珪素、窒化チタン、焼結助剤(Y2O3
Al2O3)およびMoO3の適当な各配合割合を検討したもの
である。
Test Example 2 In this test example, silicon nitride, titanium nitride, a sintering aid (Y 2 O 3 ,
Al 2 O 3 ) and MoO 3 are properly investigated in respective blending ratios.

まず第2表に示す成分組成(No.3〜No.28)に調合し
た原料を試験例1と同様の方法で焼成し処理して同形状
の通電特性測定用試料を製作した。
First, the raw materials prepared to have the component compositions (No. 3 to No. 28) shown in Table 2 were fired and treated in the same manner as in Test Example 1 to produce a sample having the same shape for measuring current-carrying characteristics.

通電特性の測定は下記の通り行った。即ち通電による
試料の発熱温度が1100〜1250℃になるような電圧を印加
し、電流値の過渡特性を測定した。
The current-carrying characteristics were measured as follows. That is, a voltage was applied so that the exothermic temperature of the sample due to energization would be 1100-1250 ° C, and the transient characteristics of the current value were measured.

評価はこの電流値の過渡特性が正常な減衰を示すかど
うかにより行った。R−T特性が正常とは、室温から発
熱温度1200℃まで温度抵抗係数が常に正でありかつ変曲
点をもたないことを意味し第6図に示すような電流値の
過渡特性を示す。R−T特性が異常とは、R−T特性が
ある温度領域で負あるいは変曲点をもつことを意味し第
7図および第8図に示すような電流値の過渡特性を示
す。
The evaluation was performed based on whether the transient characteristic of this current value shows normal attenuation. The normal RT characteristic means that the temperature resistance coefficient is always positive and has no inflection point from room temperature to exothermic temperature of 1200 ° C., and shows transient characteristics of current value as shown in FIG. . Abnormal RT characteristics mean that the RT characteristics have a negative or inflection point in a certain temperature range, and show transient characteristics of current values as shown in FIGS. 7 and 8.

本試験例で行なったNo.3〜No.28の試 験品の比抵抗および電流値の過渡特性を第2表および第
6図〜第8図に示した。
No.3 to No.28 tests performed in this test example The transient characteristics of the specific resistance and current value of the test product are shown in Table 2 and FIGS. 6 to 8.

上記結果によれば、窒化珪素および窒化チタンの混合
物が100重量部であって該混合物のうち該窒化珪素が63
〜70重量部、該窒化チタンが30〜37重量部であり、希土
類酸化物および酸化アルミニウムの焼結助剤が8.4〜13
重量部であり、添加剤が3〜5.6重量部であるもの(No.
3、8、10、12を除いたもの)についてはいずれも電流
過渡特性が正常である。またこれらのうちNo.9を除いて
は比抵抗は84×10-3〜2.7×10-3Ω・cmといずれも10-1
Ω・cmよりも小さい。
According to the above results, the mixture of silicon nitride and titanium nitride is 100 parts by weight, and the silicon nitride of the mixture is 63 parts by weight.
˜70 parts by weight, the titanium nitride content is 30 to 37 parts by weight, and the rare earth oxide and aluminum oxide sintering aid is 8.4 to 13 parts by weight.
By weight, the additive is 3 to 5.6 parts by weight (No.
(Except for 3, 8, 10, and 12), the current transient characteristics are normal. In addition, except for No. 9, the specific resistance is 84 × 10 -3 to 2.7 × 10 -3 Ωcm, which is 10 -1 in all cases.
It is smaller than Ω · cm.

試験例3 本試験例では焼結助剤の種類(アルミナ(No.29)又
はスピネル(No.30))の検討を行なった。
Test Example 3 In this test example, the type of sintering aid (alumina (No. 29) or spinel (No. 30)) was examined.

第3表に示した成分組成(No.29、No.30)に調合した
原料をポリポット中でアルミナボールミルを使用して20
時間水系で湿式混合をした。その後ドラムドライヤーを
用いて乾燥した。
The raw materials prepared according to the compositional composition (No. 29, No. 30) shown in Table 3 were used in an alumina ball mill in a poly pot.
Wet mixing was carried out in an aqueous system for an hour. After that, it was dried using a drum dryer.

この乾燥粉末にワックス系のバインダを添加し混練し
た後、押出成形し10(外径)×7(内径)×650(長
さ)mmのパイプ状成形体を得た。この成形体を窒素気流
中500℃、2時間脱脂をした後、窒化珪素製セッター内
に入れ窒素9気圧の雰囲気下で1750℃、4時間焼成して
焼結体を得た。
A wax-based binder was added to this dry powder, and the mixture was kneaded and then extrusion-molded to obtain a pipe-shaped molded body having a size of 10 (outer diameter) × 7 (inner diameter) × 650 (length) mm. After degreasing this molded body in a nitrogen stream at 500 ° C. for 2 hours, it was placed in a silicon nitride setter and fired at 1750 ° C. for 4 hours in an atmosphere of 9 atm of nitrogen to obtain a sintered body.

この焼結体の外表面をショットブラストにて不用物を
取除いた後、第9図のA部に無電解ニッケルメッキをし
た後、銀ペーストを焼付て電極を形成し通電特性測定用
試料とした。
After removing unnecessary matters by shot blasting on the outer surface of this sintered body, after electroless nickel plating was applied to the portion A in FIG. 9, a silver paste was baked to form an electrode, which was used as a sample for measuring electric current characteristics. did.

この試料に交流100Vを印加した時の出力過渡特性を第
10図に示した。No.29の材料は出力の過渡特性が正常な
減衰を示しかつ温度の立ち上りが速くヒータとして好ま
しい特性を示した。即ち焼結助剤としてはイットリアお
よびアルミナを用いる方(No.29)がイットリアおよび
スピネル(MgAl2O4)を用いる場合(No.30)よりもより
優れた結果を示している。
The output transient characteristics when AC 100 V was applied to this sample
It is shown in Figure 10. The material of No. 29 showed a normal attenuation of the output transient characteristics and a rapid rise of temperature, and showed favorable characteristics as a heater. That is, the results using yttria and alumina as the sintering aid (No. 29) are superior to those using yttria and spinel (MgAl 2 O 4 ) (No. 30).

試験例4 本試験例では、MoO3の添加剤の有無および焼結助剤の
種類に対する焼結体の耐酸化性の検討を行なった。な
お、No.33、35はいずれもMoO3を含まない。
Test Example 4 In this test example, the oxidation resistance of the sintered body was examined depending on the presence or absence of the MoO 3 additive and the type of the sintering aid. No. 33 and 35 do not contain MoO 3 .

第4表に示したNo.31〜No.35の成分組成に配合した原
料を試験例1と同様の工程にて焼結体を得た。この焼結
体を3.5×3.5×42mmの角棒形状に研削した後、静止大気
中、800℃にて耐酸化性を調査した。この酸化性のテス
トは時間(最大約610時間)に対して酸化増量を検討し
た。この結果を第11図に示した。
Raw materials mixed in the composition No. 31 to No. 35 shown in Table 4 were obtained in the same process as in Test Example 1 to obtain a sintered body. This sintered body was ground into a 3.5 × 3.5 × 42 mm square rod shape, and then its oxidation resistance was examined at 800 ° C. in a still atmosphere. This oxidative test examined oxidative weight gain over time (up to about 610 hours). The results are shown in FIG.

本試験例においては、特に焼結助剤としてイットリ
ア、アルミナおよびMoO3を用いたもの(No.32、No.34)
は、他の物(No.31、No.33、No.35)に比較して特に耐
酸化性が優れているので、高温ヒータ材料としては極め
て優れている。なお、MoO3を含まず、焼結助剤としてイ
ットリアおよびスピネルを用い、かつ窒化珪素の配合割
合が比較的少ないもの(N o.35)は特に耐酸化性は悪い。
In this test example, particularly yttria, alumina and MoO 3 were used as sintering aids (No. 32, No. 34)
Is superior in oxidation resistance to other materials (No. 31, No. 33, No. 35) and is therefore extremely excellent as a high temperature heater material. It should be noted that yttrium and spinel are used as sintering aids without MoO 3 , and the compounding ratio of silicon nitride is relatively small (N o.35) has particularly poor oxidation resistance.

【図面の簡単な説明】 第1図は酸化モリブデンの有無による複合導電材料の抵
抗と温度の関係を示すグラフである。第2図は酸化モリ
ブデンを含む場合の複合導電材料の電圧−電流特性を示
すグラフである。第3図は酸化モリブデンを含まない場
合の電圧−電流特性を示すグラフである。 第4図は実施例1で用いられた焼結体の平面図である。
第5図は第4図で示す焼結体の正面図である。第6図は
試験例2におけるNo.6の複合導電材料の電流値の過渡特
性を示すグラフである。第7図は試験例2におけるNo.3
(本発明品以外の材料)の電流値の過渡特性を示すグラ
フである。第8図は試験例2におけるNo.8の複合導電材
料(本発明に含まれない)の電流値の過渡特性を示すグ
ラフである。第9図は試験例3において製造された焼結
体の概略説明図である。第10図は試験例3で製造された
複合導電材料(No.29、30)の出力の過渡特性を示すグ
ラフである。第11図は試験例4で製造された複合導電材
料の耐酸化性を示すグラフである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing the relationship between resistance and temperature of a composite conductive material with and without molybdenum oxide. FIG. 2 is a graph showing the voltage-current characteristics of the composite conductive material containing molybdenum oxide. FIG. 3 is a graph showing voltage-current characteristics when molybdenum oxide is not contained. FIG. 4 is a plan view of the sintered body used in Example 1.
FIG. 5 is a front view of the sintered body shown in FIG. FIG. 6 is a graph showing the transient characteristics of current value of No. 6 composite conductive material in Test Example 2. FIG. 7 shows No. 3 in Test Example 2
It is a graph which shows the transient characteristic of the electric current value of (materials other than this invention product). FIG. 8 is a graph showing transient characteristics of the current value of No. 8 composite conductive material (not included in the present invention) in Test Example 2. FIG. 9 is a schematic explanatory diagram of a sintered body produced in Test Example 3. FIG. 10 is a graph showing the output transient characteristics of the composite conductive material (No. 29, 30) manufactured in Test Example 3. FIG. 11 is a graph showing the oxidation resistance of the composite conductive material produced in Test Example 4.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05B 3/14 B 7512−3K C04B 35/58 102 K (72)発明者 丹羽 準 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 三輪 直人 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−140386(JP,A) 特開 昭62−78158(JP,A) 特開 昭60−33265(JP,A) 特開 昭60−60983(JP,A)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H05B 3/14 B 7512-3K C04B 35/58 102 K (72) Inventor Jun Niwa Kariya city 1-chome Showa-cho, Nippon Denso Co., Ltd. (72) Inventor Naoto Miwa 1-1-chome Showa-cho, Kariya, Aichi Prefecture, Nihon Denso Co., Ltd. (56) Reference JP 62-140386 (JP, A) ) JP-A-62-78158 (JP, A) JP-A-60-33265 (JP, A) JP-A-60-60983 (JP, A)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】窒化珪素およびチタンの混合物が100重量
部であって該混合物のうち該窒化珪素が50〜74重量部、
該窒化チタンが26〜50重量部と、 希土類酸化物、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、
酸化マグネシウム、スピネルおよび二酸化珪素のうちか
ら選択される一種または二種以上の焼結助剤が3〜20重
量部と、 周期律表VI A族の金属、ならびに該金属の酸化物、珪化
物および焼成により珪化物となる化合物のうちから選択
される一種または二種以上の添加剤が1〜20重量部と、
から成る焼結体であることを特徴とする窒化珪素−窒化
チタン系複合導電材料。
1. A mixture of silicon nitride and titanium is 100 parts by weight, and the mixture contains 50 to 74 parts by weight of silicon nitride.
26-50 parts by weight of the titanium nitride, a rare earth oxide, aluminum oxide, aluminum nitride,
3 to 20 parts by weight of one or more sintering aids selected from magnesium oxide, spinel and silicon dioxide, a metal of Group VIA of the periodic table, and oxides, silicides and 1 to 20 parts by weight of one or two or more additives selected from compounds that become silicides by firing,
A silicon nitride-titanium nitride-based composite conductive material, which is a sintered body made of.
【請求項2】窒化珪素および窒化チタンの混合物が100
重量部であって、該混合物のうち該窒化珪素が63〜70重
量部、該窒化チタンが30〜37重量部であり、希土類酸化
物および酸化アルミニウムの焼結助剤が8〜13重量部で
あり、添加剤が3〜6重量部である特許請求の範囲第1
項記載の窒化珪素−窒化チタン系複合導電材料。
2. A mixture of silicon nitride and titanium nitride is 100.
In the mixture, 63 to 70 parts by weight of the silicon nitride, 30 to 37 parts by weight of the titanium nitride, and 8 to 13 parts by weight of the sintering aid of rare earth oxide and aluminum oxide are included in the mixture. And the additive is 3 to 6 parts by weight.
Item 7. A silicon nitride-titanium nitride-based composite conductive material according to the item.
【請求項3】室温時の比抵抗が10-1Ω・cm以下で抵抗温
度係数が正である特許請求の範囲第1項記載の窒化珪素
−窒化チタン系複合導電材料。
3. The silicon nitride-titanium nitride-based composite conductive material according to claim 1, which has a specific resistance at room temperature of 10 −1 Ω · cm or less and a positive temperature coefficient of resistance.
【請求項4】周規律表VI A族の金属はモリブデン(Mo)
である特許請求の範囲第1項記載の窒化珪素−窒化チタ
ン系複合導電材料。
4. The metal of Group VI A of the Periodic Table is molybdenum (Mo).
The silicon nitride-titanium nitride based composite conductive material according to claim 1.
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