(57)【要約】【課題】金属固有の導電性が維持され、耐食性に優れ、高温多湿の悪環境下においても高い信頼性を持ち、２５００ｋＰａ以上の付着力を持つ電極部を形成できる導電性セラミックスおよびその製造方法を提供する。【解決手段】原料の平均粒子径が１５〜２０μｍであり、１μｍから２００μｍの粒度分布で、１０μｍ以下の重量％が３０〜４０ｗｔ％の金属Ｓｉ粉末２０〜３５ｗｔ％、同一粒度の石英粉末５〜１５ｗｔ％、同一粒度のホウケイ酸ガラス、２０〜３０ｗｔ％、粘度粉末３０〜４０ｗｔ％からなる混合粉末に、水を加え混練、成形した後、大気中１２００〜１３００℃の温度で熱処理することにより導電性セラミックスを製造することができる。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミノケイ酸塩を主成分とした導電性セラミックスであって、該セラミックスの原料成分の内、金属Ｓｉ粉末、石英粉末、ホウケイ酸ガラス粉末のメジアン径が１５〜２０μｍであり、且つ１μｍから２００μｍの粒度分布であり、且つ１０μｍ以下の重量％が３０〜４０ｗｔ％であることを特徴とする導電性セラミックス。
【請求項２】
金属Ｓｉ粉末２０〜３５ｗｔ％、石英粉末５〜１５ｗｔ％、ホウケイ酸ガラス、２０〜３０ｗｔ％、粘度粉末３０〜４０ｗｔ％からなる混合粉末に、水を加え混練、成形した後、大気中１２００〜１３００℃の温度で熱処理する事を特徴とする導電性セラミックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミックス抵抗体や遠赤外線ヒータに用いられる導電性セラミックスおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導電性セラミックスの電極施工において電極材料である金属膜の付着力は導電性セラミックスの機能を引き出す上で非常に重要な因子となる。
【０００３】
従来、導電性セラミックスの用途としては、抵抗体、ヒータなどセラミックスに電気を通す用途であり、セラミック素地とリード線の接続には電極を施工し、且つ、接続金具などを取り付ける。導電性セラミックスの電極は、セラミックスの表面にＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇなど導電性に優れた金属の被膜を形成してなるものであり、その施工方法としては、従来、ろう付けによる方法、金属溶射による方法、無電解メッキによる方法が知られている。
【０００４】
ろう付けによる方法は、導電性セラミックスに常温でペースト状のろう材を塗布し、高温でろう材を融着させる方法であるが、セラミックスの熱膨張率に比べ、ろう材である金属の熱膨張率が一般的に大きく違うため、融着部で素材との剥離を生じることがしばしば経験される。また、剥離など起こさないまでもその付着力は数百ｋＰａと低いものである。更に、ろう付けによる電極の施工は、高真空雰囲気や不活性雰囲気中での作業を要することが多く、コスト面でも問題がある。
【０００５】
金属溶射による方法は、電気やガスを熱源として導電性セラミックスの表面に金属を溶射するものであるが、形成される金属溶射層は多孔質であるため、導電性セラミックスとの熱膨張差を吸収することが可能である。しかし、高温多湿の厳しい環境条件下で使用した場合、金属溶射層に孔食や粒界腐食が生じやすく、結果として導電性が低下し、腐食による体積膨張でセラミックスと剥離が生じるという問題がある。また、金属溶射層は多孔質の層状であるため、セラミックスとの付着力は数十ｋＰａと非常に低い。
【０００６】
無電解メッキによる方法は、無電解メッキにより前記の導電性に優れた金属の膜を析出、形成する事により行われるが、金属層の厚みが厚くなった場合に熱膨張差により部分的な剥離が生じやすくなる。
【０００７】
通常、導電性セラミックスは導電材となる材料およびマトリックスとなる材料は微粉とし、均一な分散をすることにより焼結したセラミックスを均質にしている。そのため、電極となる金属皮膜を各種方法で施工してもそのアンカー効果が小さいために大きな付着力を得ることが困難となっている。一般的にセラミックスの場合は、粉末成形形状からそのまま使用することが少なく、研削加工など物理的処理によって表面の面粗度は小さくなる。そのため、無電解メッキにより金属被膜を形成してもその付着力はろう付けによる方法より若干大きな値を示すものの大差ない結果となる。
【０００８】
このように導電性セラミックスの電極施工には、いずれも問題点があるため高温多湿環境のような厳しい環境下での使用は、これまで極めて制限されたものとなっていたのが現状である。
【０００９】
これら導電性セラミックスの電極施工方法の中で、無電解メッキによる電極の施工は、形成される金属膜が高密度で酸化による変質がないために、厳しい使用環境において孔食や粒界腐食が生じにくいという利点がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、導電性セラミックスの電極施工における従来の問題点を解消するために、上記の利点を有する無電解メッキによる電極施工について見直しを行い、再検討を加えた結果としてなされたものであり、その目的は熱膨張差による剥離を生じさせることなく、メッキ膜として形成される金属固有の優れた導電性が維持され、耐食性に優れ、高温多湿の悪環境下においても高い信頼性を持って使用可能な電極部を形成した導電性セラミックスおよびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の請求項１による導電性セラミックスは、アルミノケイ酸塩を主成分とした導電性セラミックスであって、該セラミックスの原料成分の内、金属Ｓｉ粉末、石英粉末、ホウケイ酸ガラス粉末のメジアン径が１５〜２０μｍであり、且つ１μｍから２００μｍの粒度分布であり、且つ１０μｍ以下の重量％が３０〜４０ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１２】
請求項２による導電性セラミックスの製造方法は、金属Ｓｉ粉末２０〜３５ｗｔ％、石英粉末５〜１５ｗｔ％、ホウケイ酸ガラス、２０〜３０ｗｔ％、粘度粉末３０〜４０ｗｔ％からなる混合粉末に、水を加え混練、成形した後、大気中１２００〜１３００℃の温度で熱処理する事を特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
無電解メッキの付着力はメッキの基材となる導電性セラミックスの表面状態に大きく影響する。一般的に好ましい表面粗さとしては、平均粗さが２〜１０μｍといわれている。さらに、入り口より内部の大きさが大きな開気孔があることによりアンカー効果が大きく影響し、付着力が大きくなる。
【００１４】
本発明は、平均粗さが２〜１０μｍで、入り口より内部の大きさが大きな開気孔を生成し、且つ、均質な導電性セラミックスを得るため、導電性セラミックスの導電材料である金属Ｓｉ、マトリックスフィラーとなる石英、一部溶融して結合材となるホウケイ酸ガラスの３種類の平均粒子径が１５〜２０μｍであり、１μｍから２００μｍの粒度分布、且つ、１０μｍ以下の重量％が３０〜４０ｗｔ％のものを使用することにより、無電解メッキの付着力が２５００ｋＰａ以上になることを見出した。
【００１５】
各材料の粒度分布を同じにすることにより、比較的大きな原料の分散を容易に且つ均質にでき、均質な導電性セラミックスを得ることができる。また、平均粒子径の１５〜２０μｍでは、弗化水素酸などで化学エッチングすることにより溶解するホウケイ酸ガラスの大きさが、焼結状態で２〜１０μｍとなる大きさであり、メッキの付着に好ましい表面粗さとなる。また、１μｍ〜２００μｍの広い粒度分布の原料を使用することにより、入り口より内部の大きさが大きな開気孔が生成しやすくなる。１０μｍ以下の粒子はセラミックスの成形密度および焼結体に影響し、３０〜４０重量％が好ましい。
【００１６】
本発明による製造方法について説明すると、原料の平均粒子径が１５〜２０μｍであり、１μｍから２００μｍの粒度分布、且つ、１０μｍ以下の重量％が３０〜４０ｗｔ％の金属Ｓｉ粉末２０〜３５ｗｔ％、同一粒度の石英粉末５〜１５ｗｔ％、同一粒度のホウケイ酸ガラス、２０〜３０ｗｔ％、粘度粉末３０〜４０ｗｔ％からなる混合粉末に、水を加え混練、成形した後、大気中１２００〜１３００℃の温度で熱処理することにより導電性セラミックスを得ることができる。さらに、弗化水素酸により、電極部分を化学エッチングし、粗面化処理することにより平均粗さ（中心線平均粗さＲａ）が１μｍ〜１００μｍの凹凸が形成される。粗面化された導電性セラミックスの表面に、一般的な手法で無電解メッキを施工することにより電気伝導性、耐久、耐食性、付着力の優れた電極を形成する。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。これらの実施例は本発明の一実施形態を示すものであり、本発明がこれに限定されるものではない。
【００１８】
実施例１
平均粒子径が１７μｍであり、１μｍから２００μｍの粒度分布で、１０μｍ以下の重量％が３０〜４０ｗｔ％の金属Ｓｉ粉末３０ｗｔ％、同一粒度の石英粉末５ｗｔ％、同一粒度のホウケイ酸ガラス、２５ｗｔ％、粘度粉末４０ｗｔ％からなる混合粉末に、水を加え混練、成形した後、大気中１２００〜１３００℃の温度で熱処理することにより導電性セラミックスを得た。導電性セラミックスの電極部分を弗化水素酸により２分間化学エッチングし粗面化することによりＲａ　４５μｍの凹凸が得られた。無電解メッキにより厚さ５μｍのＮｉの膜を形成し、電極を得た。電極のＮｉ皮膜の付着力は２８５０ｋＰａであった。
【００１９】
比較例１
平均粒子径が１７μｍであり、１０μｍから５０μｍの粒度分布の金属Ｓｉ粉末３０ｗｔ％、同一粒度の石英粉末５ｗｔ％、同一粒度のホウケイ酸ガラス、２５ｗｔ％、粘度粉末４０ｗｔ％からなる混合粉末に、水を加え混練、成形した後、大気中１２００〜１３００℃の温度で熱処理することにより導電性セラミックスを得た。導電性セラミックスの電極部分を弗化水素酸により２分間化学エッチングし粗面化することによりＲａ　２５μｍの凹凸が得られた。無電解メッキにより厚さ５μｍのＮｉの膜を形成し、電極を得た。電極のＮｉ皮膜の付着力は１１００ｋＰａであった。
【００２０】
比較例２
平均粒子径が５μｍであり、０．１μｍから１０μｍの粒度分布の金属Ｓｉ粉末３０ｗｔ％、同一粒度の石英粉末５ｗｔ％、同一粒度のホウケイ酸ガラス、２５ｗｔ％、粘度粉末４０ｗｔ％からなる混合粉末に、水を加え混練、成形した後、大気中１２００〜１３００℃の温度で熱処理することにより導電性セラミックスを得た。導電性セラミックスの電極部分を弗化水素酸により２分間化学エッチングし粗面化することによりＲａ　５μｍの凹凸が得られた。無電解メッキにより厚さ５μｍのＮｉの膜を形成し、電極を得た。電極のＮｉ皮膜の付着力は６００ｋＰａであった。
【００２１】
比較例３
平均粒子径が１７μｍであり、１μｍから１００μｍの粒度分布で、１０μｍ以下の重量％が４０〜６０ｗｔ％の金属Ｓｉ粉末３０ｗｔ％、同一粒度の石英粉末５ｗｔ％、平均粒子径が１７μｍであり、１０μｍから５０μｍの狭い粒度分布のホウケイ酸ガラス、２５ｗｔ％、粘度粉末４０ｗｔ％からなる混合粉末に、水を加え混練、成形した後、大気中１２００〜１３００℃の温度で熱処理することにより導電性セラミックスを得た。導電性セラミックスの電極部分を弗化水素酸により２分間化学エッチングし粗面化することによりＲａ　２０μｍの凹凸が得られた。無電解メッキにより厚さ５μｍのＮｉの膜を形成し、電極を得た。電極のＮｉ皮膜の付着力は８００ｋＰａであった。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、導電性セラミックスの電極として施工された無電解Ｎｉメッキ皮膜は金属固有の導電性が維持され、耐食性に優れ、高温多湿の悪環境下においても高い信頼性を持ち、２５００ｋＰａ以上の付着力を持つという有利な効果が得られる。
【００２３】
従って、導電性セラミックスの機能を十分引き出すことができ、導電性セラミックスの使用範囲が大きく拡大される。