[发明专利]制造半导体陶瓷组成物的工艺以及采用半导体陶瓷组成物的加热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造具有正电阻温度系数(PTC)的半导体陶瓷组成物的工艺及采用该半导体陶瓷组成物的加热器。

背景技术

BaTiO₃半导体陶瓷组成物已被公认为是显示出正电阻温度特性的材料。当SrTiO₃或PbTiO₃被添加到BaTiO₃半导体陶瓷组成物时，居里温度可能改变，但是仅仅PbTiO₃是使得可以正向改变的添加材料。但是，由于PbTiO₃包含引起环境污染的元素，因此希望不使用PbTiO₃的材料作为添加材料。因此，提出了其中BaTiO₃中的一部分Ba用Bi-Na代替的半导体陶瓷组成物(参见专利文献1)。

在通过例如在还原气氛中的烧结来处理BaTiO₃材料以便减小室温电阻率的情况下，存在电阻温度系数(跳跃特性)减小的问题。当跳跃特性减小时，存在在目标温度下不发生转换的问题。因此，为了提高跳跃特性，提出了在超过1100℃的高温下进行热处理(专利文献2)。

专利文献1：WO2006/106910

专利文献2：JP-A-56-169301

发明内容

近年来，鉴于其热阻特性的提高，PTC材料频繁地用于高温环境中。但是，期望跳跃特性的进一步提高来使得该材料可以用于更高的温度环境中。没有Pb并且其中一部分Ba用Bi-Na代替的BaTiO₃-(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃材料自身具有足够的跳跃特性，但是鉴于上述需要，必须提高跳跃特性。尽管上述热处理可以被认为提高了其跳跃特性，但是可以证实的是，尽管仅仅采用了适合于包含Pb的BaTiO₃材料的热处理，也不会使跳跃特性提高。

鉴于以上情况，进行本发明，并且目的是提高其中BaTiO₃-(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃材料等中的BaTiO₃的一部分Ba用Bi-Na代替的半导体陶瓷组成物的跳跃特性。

解决问题的手段

由于本发明人已经对BaTiO₃-(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃材料进行了热处理，据证实，PTC特性被高温热处理损害，以致在1280℃的处理温度下，元素变为绝缘体。因此其原因被认为是，由原子价控制形成的三价Ti被氧化为四价Ti，从而减少了载流子。

此外，由于包含Pb的BaTiO₃材料的跳跃特性取决于晶粒边界的含氧量，在还原烧结过程中导致的氧缺陷之后，需要引入氧到晶粒边界中。因此，除非在800℃或更高温度下进行热处理来恢复氧缺陷，否则不能获得可用的跳跃特性。另一方面，在BaTiO₃-(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃材料中，不仅晶粒边界的含氧量而且材料的成分分布也会影响跳跃特性。因此，可以仅仅通过引入氧到晶粒边界中而不恢复氧缺陷来提高跳跃特性。因此，已经发现即使当在600℃或更低的温度下进行热处理时，也可以提高跳跃特性。

基于以上发现，本发明通过在600℃或更低的温度下热处理其中一部分Ba用Bi-Na代替的半导体陶瓷组成物来提高跳跃特性。该热处理可以在空气中进行，但是优选在含氧气氛中进行。更迅速地，氧气气氛中的热处理是优选的。

此外，本发明通过形成电极到其中一部分Ba用Bi-Na代替的半导体陶瓷组成物，接着在空气中，在600℃或更低的温度下进行热处理该半导体陶瓷组成物，来提高跳跃特性。在形成电极的情况下，为了避免电极的劣化，优选在空气中进行热处理。

通过本发明制造的半导体陶瓷组成物具有在其中BaTiO₃的一部分Ba用Bi-Na代替的传统半导体陶瓷组成物中未出现的跳跃特性。因此，采用包括由本发明制造的半导体陶瓷组成物的发热元件的加热器适合于在更高的温度环境中使用。

本发明的优点

根据本发明，可以提高其中一部分Ba用Bi-Na代替的半导体陶瓷组成物的跳跃特性。

附图说明

图1是示出了加热元件的构造的示意图。

图2包括示出了电压和电流关于加热器元件的温度变化的曲线。

参考数字和符号的描述