[논문]<tex> $BaTiO_{3}$</tex>계 PTC 서미스터의 특성에 관한 연구

박정철; 추순남; 이능헌; 소대화

$BaTiO_{3}$계 PTC 서미스터의 특성에 관한 연구
A Study on the Characterstics of the $BaTiO_{3}$ PTC Thermistor 원문보기

박정철 (경원전문대학) , 추순남 (경원전문대학) , 이능헌 (경원대학교) , 소대화 (명지대학교)

This dissertation is about the development of $BaTiO_{3}$-type PTC(Positive Temperature Coefficient) thermistor by composition method. PTC samples were fabricated after setting the experimental composition equation as $(Ba_{0.95-x}Sr_{0.05}Ca_x)TiO_3\;-\;0.01TiO_2\;-\;0.01SiO_2\;-\;aMnCO_3\;-\;0.2Nb_{2}O_{5}$ and their testing results were analyzed. a PTC thermistor, having the characteristics of relatively low resistance at room temperature and c and a good temperature coefficient, has been developed.

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문제 정의

하소가 끝난 시료에 MnCQs를 추가로 첨가한 후 2차 혼합 및 분쇄를 실시하였다. 2차 혼합 및 분쇄시에 MnCQj를 첨가하는 이유는 이 물질이 극미량 들어가기 때문에 조성의 정확성을 기하기 위해서다. 2 차 흔합 및 분쇄 시 성형 조제로서 바인더인 PVA(5%)를 0.
본 연구에서는 우선 상온과 고온에서의 온도 특성이 좋은 BaTiCh계 PTC 세라믹스의 개발을 목표로 Ca, Mn 등 첨가물과 공정 조건에 따른 최적 특성에 대해 연구하였다. 이들 연구 결과를 바탕으로 전자 부품의 소형화 추세에 부응할 수 있는 표면실장형 (SMD, Surface Mounted Device) PTC 서미스터의 적층화 기술 개발 및 실용화 가능성을 기대할 수 있다.

제안 방법

(Bao.95 xSroo5Cax)Ti03-0.01Ti02-0.01Si02-0.06MnC QHlZNbQs에서 Ca 첨가량을 5mol% 로 고정한 후 Mg 첨가량을 0.06, 0.07, Q08, O.lmol% 변화에 따른 PTC 특성을 고찰하였다. C舟5mol%로 고정한 이유는 온도에 따른 비저항 측정 실험에서 가장 낮은 상온 비저항이 측정되었기 때문이다.
2차 혼합 및 분쇄시에 MnCQj를 첨가하는 이유는 이 물질이 극미량 들어가기 때문에 조성의 정확성을 기하기 위해서다. 2 차 흔합 및 분쇄 시 성형 조제로서 바인더인 PVA(5%)를 0.5 wt% 첨가하였다. 혼합 과정을 거친 시료를 건조한 후에 입자의 크기를 작고 균일하게 하여 소결 시의 구동력을 크게 하기 위해서 140 mesh의 망체(sieving)를 사용하였다.
시편의 성형을 위해 원통형 몰드를 사용하여 L2 ton/cm, 의 압력으로 성형한 후 전기로에서 소결하였다. 소결시 시편을 YSZ (Yttria stabilized Zirconia) 세터 위에 올려놓고 실시하였으며 성형 조제인 PVA를 제거하기 위해서 600P에서 2시간 열처리하여 완전 제거하였다. 소결 온도는 1350P로서 2시간을 유지하여 시행하였으며 승온 속도는 300 笆/h였고 소결 온도에서 700℃까지는 100 ℃Zh의 속도로 냉각하였다.
소결 온도는 1350P로서 2시간을 유지하여 시행하였으며 승온 속도는 300 笆/h였고 소결 온도에서 700℃까지는 100 ℃Zh의 속도로 냉각하였다. 소결이 끝난 시편의 전기적인 특성을 측정하기 위해서 시편 양면에 저항성 접촉 전극인 Zn-Ag을 이중으로 도포 후에 58(TC에서 10분 동안 열처리하였다.
조성식 (Bag* xSroo5Cax)Ti03-0.01Ti02-0.01Si02- 0.06MnC03-0.2Nb205에서 Ca의 첨가량을 0, 5, 10, 15mol%까지 변화시키면서 실험을 하였으며 그림 1 에 Ca 첨가량 변화에 따른 시편의 미세구조 사진 (SEM)을 나타내었다. 선형간섭 방법으로 측정한 평균 결정립의 크기(Mean grain size)는 첨가량이 Omol%인 경우에는 10.
Khnol%까지 변화시켰다. 주어진 조성 에 따라 전자저울을 이용하여 각 시료를 1(广柘까지 평량 하였다. 분말의 혼합 및 분쇄는 프레네터리 볼밀 (planetary ball mill)장치를 이용하였으며 분산매로 3차 증류수를 사용하였다.

대상 데이터

BaTiO₃ 계 PTC 서미스터의 조성개발을 위해(Bao.*)5- xSroo5Cax)Ti03~0.01Ti02-0.01Si02~GMnCO:r 0.2Nb2O₅ 조성식으로 실험 및 분석 결과를 정리하면 다음과 같다.
5 wt% 첨가하였다. 혼합 과정을 거친 시료를 건조한 후에 입자의 크기를 작고 균일하게 하여 소결 시의 구동력을 크게 하기 위해서 140 mesh의 망체(sieving)를 사용하였다. 시편의 성형을 위해 원통형 몰드를 사용하여 L2 ton/cm, 의 압력으로 성형한 후 전기로에서 소결하였다.

성능/효과

1. Ca 첨가 시 상온 저항과 peak 저항이 대체로 감소하고 있으며 Ca - 5mol% 첨가 시 비교적 낮은 상온 저항과 높은 peak 저항이 관측되었다.
2. Mn 첨가 시 상온 저항과 peak 저항이 대체로 완만한 감소를 보이고 있으며 Mn - 0.08mol% 첨가 시 보다 낮은 상온 저항과 높은 peak 저항이 관측되었다.
순수한 BaTiCX의 큐리온도(T。) 는 120℃ 근방인데, Sr의 첨가로 인하여서 loor 부근으로 내려갔다.叫 측정은 30r ~ 280°c 사이에서 5t 간격으로 행하였으며, 그림에서와 같이 큐리 온도(1001) 이하에서는 비저항의 변화가 거의 없는 직선적인 구간이 나타났으며 큐리 온도에서부터 비저항은 비선형적인 증가 현상을 보이기 시작했다. Omol%을 제외하고는 Ca의 첨가량이 중가함에 따라 peak 비저항 온도도 점점 감소함을 볼 수 있다(270 ~ 2601).
042g/cm*S. 가장 작게 나왔으며 첨가량이 증가할수록 밀도가 커지는 현상을 보였다. 이러한 현상은 Mn의 첨가량이 0.
2Nb205에서 Ca의 첨가량을 0, 5, 10, 15mol%까지 변화시키면서 실험을 하였으며 그림 1 에 Ca 첨가량 변화에 따른 시편의 미세구조 사진 (SEM)을 나타내었다. 선형간섭 방법으로 측정한 평균 결정립의 크기(Mean grain size)는 첨가량이 Omol%인 경우에는 10.78㎛로 가장 작게 나왔으며 Ca를 첨가할 경우 결정립의 크기는 커지는 경향을 보였으며 5mol%인 경우에 18.33㎛로 가장 크게 나왔다.
이 경우 Ca 첨가 실험에서보다 상온 비저항이 증가했는데 Mn의 첨가량이 증가할수록 peak 비저항도 증가하는 경향을 보였으며 Mn을 O.lmol% 첨가 시 L5X10BQ * cm로 가장 크게 나왔다. 이 경우는 Ca 첨가 실험에서의 최고 peak 비저항(3.

후속연구

이 결과를 기초하여 적층형 PTC 시편 제작에 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
연구하였다. 이들 연구 결과를 바탕으로 전자 부품의 소형화 추세에 부응할 수 있는 표면실장형 (SMD, Surface Mounted Device) PTC 서미스터의 적층화 기술 개발 및 실용화 가능성을 기대할 수 있다.

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