专利名称：半导体陶瓷、用于去磁的正温系统热敏电阻器、去磁电路以及制造半导体陶瓷的方法
技术领域：
本发明涉及用于去磁的正温系数热敏电阻器、去磁电路、用于去磁的半导体陶瓷以及生产半导体陶瓷的方法。
背景技术：
在近几年内，在CRT设备或类似设备中的去磁电路中，考虑结合使用正温系数热敏电阻器。为了去磁电路可靠地完成去磁必须逐步地减少提供给去磁电路的电流。通过合并在去磁电路中起电流衰减器作用的正温系数热敏电阻器，希望在保持高级的去磁特性保持的同时其结构可简化。
迤今为止，正温系数热敏电阻器经常被并入电路以达到过电流的保护。特别地，电路中产生的过电流被正温系数热敏电阻器削弱了，因此电路被保护不受过电流的影响。为了达到这个目的，在衰减完成后必须通过正温度系数热敏电阻尽快地减小残余电流。相应地，正温系数热敏电阻器通常被这样设计，以使电流衰减特性快速变化。
然而，当正温系数热敏电阻器被当作电流衰减器并入去磁电路时，电流去磁特性却必须设计得使其缓慢地变化。否则，无法完成高度准确的去磁。考虑到这样的事实，即构成正温系数热敏电阻器的热敏电阻个体的大小对电流衰减特性有影响，因此以前电流衰减特性总被这样设计，通过增大热敏电阻个体大小而不改变组成热敏电阻的材料或生产方法，使其特性缓慢改变。
然而，当正温系数热敏电阻器被这样设计，以使其特性在作为用于去磁电路的电流衰减器时最佳地发挥作用时，除了由于元件尺寸的增大而引起的材料成本的增加以外，元件尺寸增大也会产生问题。
发明的概述相应地，本发明的主要目的是提供一种正温系数热敏电阻器，其具有的电流衰减特性缓慢变化而不增加元件大小。
为此目的，本发明提供了一种半导体陶瓷，其具有正电阻温度特性且用于去磁热敏电阻元件，其中以下公式获得的半导体陶瓷的电阻温度系数α在范围约从10到17中。
公式是α＝[ln(ρ2/ρ1)/(T2-T1)]×100在其中，ρ1电阻率，它是热敏电阻的温度为室温(25℃)时所获得的电阻率ρ25的10倍，ρ2电阻率，它是电阻率ρ25的100倍，T1电阻率为ρ1时的温度(℃)，T2电阻率为ρ2时的温度(℃)。
本发明的发明者发现，在具有正温电阻特性的正温系数热敏电阻器中，当电阻温度特性缓慢变化时，电流衰减特性也同样缓慢变化。结果，电阻温度系数α在本发明中被设定在约从10到17的范围中。
通常，获得的电流衰减特性相关于电流中变化的比率P的最大比率Pmax。已经叙述过，去磁热敏电阻元件所需要的最大比率Pmax是0.7或更多。考虑到这种要求，用于去磁热敏电阻元件的半导体陶瓷的电阻温度系数α在本发明中被设定约为17或更少，以达到Pmax那样的值。此外，还叙述了，去磁热敏电阻元件所需要的耐压是100V/mm。耐压还受电阻温度系数α的影响。为了达到理想的耐压，电阻温度系数α在本发明中被设定为10或更多。
电流中变化的比率P在被削弱时，可以互相邻近的电流峰值(I(n)，I(n+1))间变化的比率(I(n+1)/I(n))来计算。
本发明的半导体陶瓷较佳地包含作为主要成分的酞酸钡以及作为附加成分的Ba，Ti，Ca，Pb，Sr，Er，Mn和Si。
在配备由本发明的半导体陶瓷组成的正温系数热敏电阻器的去磁电路中，由于正温系数热敏电阻器的电流衰减特性改变得缓慢，残余电流在去磁之后在去磁电流中增加，因此，电功率消耗在一些情况下会升高。相应地，本发明中为了限制给去磁线圈提供电流的时间，在给构成去磁电路的去磁线圈提供电流的电流源通路上提供了继电器电路。相应地，合并了由本发明的半导体陶瓷组成的正温系数热敏电阻器的去磁电路的电功率损耗可被抑制。
在根据本发明生产半导体陶瓷的方法中，在半导体陶瓷材料的焙烧的模压体被冷却的同时，可通过调节冷却温度的斜率来调整电流衰减特性。在下文中，将描述这样做的理由。
诸如电阻温度特性之类的半导体陶瓷的电特性受在陶瓷晶界形成的电阻挡层影响。此外，在半导体陶瓷内形成的阻挡层的量与被氧化的量成正比，而且当被氧化的量增加时，阻挡层也变大。被氧化的量可通过调节半导体陶瓷的生产过程中采用的焙烧剖面图中冷却温度的斜率来调节。相应地，通过调节本发明中焙烧剖面图中冷却温度的斜率，被氧化的量被这样改变以调节电阻温度特性，作为结果，电流衰减特性被控制。
图1是显示本发明正温系数热敏电阻器外观的侧视图。
图2是显示根据本发明一实施例，生产正温系数热敏电阻器的方法的焙烧剖面图。
图3显示被衰减的电流的的波形。
图4A和图4B是本发明去磁电路的等效电路图。
发明的描述在下文中，将描述根据本发明的较佳实施例的正温系数热敏电阻器。该正温系数热敏电阻器1包含由半导体陶瓷组成的主体2和在主体2的两主面安装的电极3。该正温系数热敏电阻器1具有由以下公式(1)获得的、在范围约为10到17中的电阻温度系数α。
α＝[ln(ρ2/ρ1)/(T2-T1)]×100(％/℃) (1)其中，ρ1电阻率，它是热敏电阻的温度为室温(25℃)时所获得的电阻率ρ25的10倍，ρ2电阻率，它是电阻率ρ25的100倍，
T1电阻率为ρ1时的温度(℃)，T2电阻率为ρ2时的温度(℃)。
接下来，将描述生产该正温系数热敏电阻器1的方法。首先，在磨成粉状的BaCO3，TiO2，CaCO3，PbO，SrCO3，Er2O3，MnCO3和SiO2作为半导体陶瓷的起始材料被准备好，而且这些材料按预定的比率一起混合。在该混合物湿拌、脱水和弄干之后，在1150℃完成煅烧。粘合剂与这样形成的煅烧产品混合，从而获得颗粒状微粒。
这样形成的颗粒状微粒通过施压模制并随后在环境条件下烧铸，从而生产半导体陶瓷。在图2中显示了一个在该步骤中完成的焙烧剖面图的例子。如图所示，焙烧剖面图包括加热步骤P1、第一次冷却步骤P2和第二次冷却步骤3。冷却步骤分开完成的原因是，存在影响半导体陶瓷的冷却阶段和不影响半导体陶瓷的冷却阶段。相应地，有影响的冷却阶段——第一冷却步骤P2和没有影响的冷却阶段——第二冷却步骤P3分开完成。冷却剖面在第一冷却步骤P2中被精确地控制，但在第二冷却步骤P3中，冷却可通过——举例来说——将焙烧的材料放置在室温条件下而迅速完成。
在以上描述的焙烧剖面图中，对半导体陶瓷有影响的第一冷却阶段P2中的冷却速度(冷却斜率)不同地变化着，不同的半导体陶瓷根据不同的焙烧剖面图形成。由此形成的半导体陶瓷的元件大小，直径为14.0mm厚为2.5mm。另外，在这样形成的半导体陶瓷的两主面被镀上Ni后，通过施加并烘烤Ag胶在半导体陶瓷上形成电极，从而获得正温系数热敏电阻。
对这样形成的不同的正温系数热敏电阻器完成以下的测量当元件温度被设定在室温(25℃)时所获得的电阻率ρ25，电阻温度系数α，耐压特性和电流衰减特性(由电流变化的比率P的最大比率Pmax表示)。测量结果在表1中显示。在这些测量中，电流衰减特性是在220V电压、60Hz频率和14.0Ω串联电阻的条件下测量的。电流变化的比率P在热敏电阻被削弱时以互相邻近的电流峰值(I(n)，I(n+1))间的比率P＝(I(n+1)/I(n))来获得。
由表1所看到的，可理解，通过改变在第一冷却阶段的冷却速度(冷却斜率)，由电流变化的比率P的最大比率PMAX表示的电流衰减特性可精确地控制。
已经叙述过，用于去磁的正温系数热敏电阻所要求的最大比率PMAX(电流衰减特性)是0.7或更多。当详细研究这样形成的样本的最大比率PMAX(电流衰减特性)时，电阻温度系数α超过大约17的样本11和12显示出的最大比率PMAX(电流衰减特性)小于0.7(PMAX＜0.7)。另一方面，电阻温度系数α大约为17或更少(α.17)的样本1到10，显示最大比率PMAX(电流衰减特性)为0.7或更多(PMAX
0.7)。相应地，可以理解，为了具有正温系数热敏电阻所要求的0.7或更多(PMAX
0.7)的最大比率PMAX，电阻温度系数α被调节至大约17或更少(α.17％)。
此外，已经叙述过，用于去磁的正温系数热敏电阻所要求的耐压是100V/mm。当详细研究这样形成的样本1至12的耐压时，具有的电阻温度系数α少于10(α.10)的样本1和样本2显示，它们的耐压小于100V/mm(耐压＜100V/mm)。另一方面，具有的电阻温度系数α大约为10或更多(α/10)的样本3至12显示，它们的耐压为100V/mm或更多(耐压 100V/mm)。相应地，可理解，为了具有正温系数热敏电阻所要求的100V/mm或更多(耐压 100V/mm)的耐压，电阻温度系数α可调节至大约10或更多(α/10)。
相应地，为了实现用于去磁的正温系数热敏电阻所要求的耐压(100V/mm或更多)，同时保证同样是用于去磁的正温系数热敏电阻所要求的0.7或更多的最大比率PMAX(电流衰减特性)，可理解，电阻温度系数α在大约从10到17的范围中(10.α.17)。
为了获得以上所描述的特性(10.电阻温度系数α.17)，可理解，在第一冷却步骤中的冷却斜率(冷却速度)可被控制。在该实施例中，特别地，冷却斜率可被控制在4.2℃/分钟．冷却速度.8.6℃/分钟。根据半导体陶瓷材料的特别成分，可使用其它的冷却斜率。
图4A和图4B是并入本发明正温系数热敏电阻的去磁电路的框图。这些去磁电路每一个都有去磁线圈10、为去磁线圈10提供去磁电流的DC电源11、在DC电流源11的电流源通路12中配备的正温系数热敏电阻13A和13B，以及同样在电流源通路12中配备的开关14和继电器电路15。
作为正温系数热敏电阻13A和13B，在这些去磁电路中使用根据本发明的在其中电流衰减特性变换缓慢的正温系数热敏电阻。相应地，可完成高度精确的去磁。
但是，由于正温系数热敏电阻的电路衰减特性变化缓慢，在一些情况下，可在并入具有上述特性的正温系数热敏电阻的去磁电路中，电源消耗超过超过要求的量。相应地，图4A和图4B所示的去磁电路的电功率损耗通过供应继电器电路15被抑制，这样一来在电流源通路12中，限制了为去磁线圈10提供电流的时间。
在图4A中，使用了用由半导体陶瓷形成的个体提供的双线型正温系数热敏电阻13A。在图4B中，使用了用一对上述的平行连接的个体提供的三线型正温系数热敏电阻13B。如以上所述，本发明的正温系数热敏电阻在这两种正温系数热敏电阻上都能应用。另外，本发明的正温系数热敏电阻当然可用于包含在容器中的正温系数热敏电阻和由树脂密封的正温系数热敏电阻。
工业上的适用性如根据本发明所描述的，正温系数热敏电阻的特性能被调节，以最佳地起去磁电路的电流衰减器的作用而不增加热敏电阻的材料成本和尺寸。
权利要求
1.一种对去磁热敏电阻有用的半导体陶瓷，其特征在于，包含具有正电阻温度特性和在从大约10到17的范围中的电阻温度系数α的半导体陶瓷，α＝[ln(ρ2/ρ1)/(T2-T1)]×100其中，ρ1电阻率，它是热敏电阻的温度为室温(25℃)时所获得的电阻率ρ25的10倍，ρ2电阻率，它是电阻率ρ25的100倍，T1电阻率为ρ1时的温度(℃)，T2电阻率为ρ2时的温度(℃)。
2.根据权利要求1的半导体陶瓷，其特征在于，半导体陶瓷包含钛酸钡。
3.根据权利要求2的半导体陶瓷，其特征在于，半导体陶瓷还包含Ca，Pb，Sr，Er，Mn和Si。
4.一种具有正电阻温度特性且对去磁有用的正温系数热敏电阻，其特征在于该正温系数热敏电阻，包含由根据权利要求1至3中之一的半导体陶瓷组成的正温系数热敏电阻个体；以及一对在正温系数热敏电阻体彼此分离点上的电极。
5.一种去磁电路，其特征在于包含去磁线圈；为去磁线圈提供电流的电源；从电源为去磁线圈提供电流的电流源通路；在电流源通路中配备的正温系数热敏电阻；其中，正温系数热敏电阻是根据权利要求4的正温系数热敏电阻。
6.根据权利要求5的去磁电路，包括电流源通路中的继电器电路，其适合于限制为去磁线圈提供电流的时间。
7.一种制造用于去磁正温系数热敏电阻的半导体陶瓷的方法，其特征在于包含焙烧半导体材料的模制体；冷却焙烧的模制体；其中，在影响半导体陶瓷特性的冷却阶段控制冷却温度斜率，以使电阻温度系数α在约为10到17的范围内，其中，α＝[ln(ρ2/ρ1)/(T2-T1)]×100式中ρ1电阻率，它是热敏电阻的温度为室温(25℃)时所获得的电阻率ρ25的10倍，ρ2电阻率，它是电阻率ρ25的100倍，T1电阻率为ρ1时的温度(℃)，T2电阻率为ρ2时的温度(℃)，由此可调节半导体陶瓷的电流衰减特性。
8.一种根据权利要求7生产半导体陶瓷的方法，其特征在于，焙烧的半导体陶瓷材料是钛酸钡。
9.一种根据权利要求8生产半导体陶瓷的方法，其特征在于，烧铸的半导体陶瓷材料包含Ca，Pb，Sr，Er，Mn和Si。
10.一种根据权利要求7至9中任一项的生产半导体陶瓷的方法，其特征在于，冷却斜率在大约为4.2到8.5EC/分钟的范围内。
全文摘要
在具有正电阻温度特性且用作去磁热敏电阻元件的半导体陶瓷中，通过将电阻温度系数α调节在大约从10到17的范围内，电流特性缓慢变化而不增加元件尺寸。
文档编号C04B35/468GK1421041SQ01804489
公开日2003年5月28日 申请日期2001年12月4日 优先权日2000年12月5日
发明者並河康训, 高田贡, 田中宏树, 北村善则 申请人:株式会社村田制作所