CN101911827B - 碳发热体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳发热体，其是由在不使用合成树脂溶液的情况下，物理地编织复数条碳纤维丝而获得的窄碳体制造而成的。更具体地讲，本发明提供一种碳发热体及一种制造碳发热体的方法，其包括：将复数条碳纤维丝在同一方向上排列并编织以形成窄碳体，或将复数条原丝在同一方向上排列并编织并碳化所得到的窄织物以形成窄碳体；在碳成形体的两端分别安装通电用夹具以通电，该碳成形体是通过将窄碳体形成为螺旋状而得到的；对上述碳成形体进行第一次热处理，得到热处理碳成形体；对上述热处理碳成形体进行第二次热处理，得到表面沉积有纳米结晶结构的碳层薄膜的碳薄膜发热体；对上述碳薄膜发热体进行第三次热处理，使不纯物蒸发并使残留的非结晶碳石墨化。因为是在不进行额外加工的情况下，直接对窄碳体进行热处理，所以本发明的碳发热体的阻抗特性及发热分布非常均匀。且因为不仅没有使用合成树脂溶液，而且实施了第三次高温热处理，所以本发明的碳发热体具有很低的不纯物含量且具有大幅度地延长的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳发热体，其是由在不使用合成树脂溶液的情况下，物理地编织复数条碳纤维丝而获得的窄碳体制造而成的。更具体地讲，本发明涉及一种碳发热体及其制造方法，其在不进行额外加工的情况下，直接对窄碳体进行热处理，使其阻抗特性及发热分布达到非常均匀，且不仅没有使用本身就成为不纯物的原因的合成树脂溶液，而且实施了以除去残留不纯物为目的的第三次高温热处理，从而使得不纯物几乎不存在且使用寿命也大幅度地延长。
背景技术
在美国专利授予公告第6464918号，日本专利申请公开第2000-272913号，俄罗斯专利授予公告第2149215号，日本专利申请公开第2000-123960号，日本专利申请公开第2002-63870号，美国专利授予公告第6534904中公开了通过将碳纤维用作发热体而构成的碳丝(碳纤维丝)加热器。但是，上述记载的现有专利主要是有关于理论上的技术，而在制造产品化的碳纤维加热器方面因为存在着实用上的问题，所以实际上还不足以达到工业产品化的阶段。
进一步，在韩国专利授予公告第10-0793973号中公开了一种螺旋形碳纤维发热体的制造方法，其特征在于，事先用苯酚-甲醛溶液等类似的合成树脂溶液涂覆碳纤维然后进行热处理。
现结合图1详细说明上述碳纤维发热体的制造方法：
(a)按一定幅度平行排列若干个碳纤维丝(a1)，然后使其缠绕在主轴上成为有一定螺距的螺旋形，从而形成螺旋形碳材料(a2)；
(b)在上述螺旋形碳材料两端分别安装通电用夹具；
(c)用苯酚-甲醛(Phenol-Formaldehyde)等合成树脂溶液涂覆上述螺旋形碳材料的碳丝表面；
(d)在上述螺旋形碳材料的两端接点上通电之后，在使得合成树脂溶液挥发的温度及压力下进行碳材料的第一次热处理，形成螺旋状形态物；
(e)冷却之后，除去主轴以分离螺旋状形态物；
(f)在气态碳化氢的环境下，把螺旋状形态物进行第二次热处理得到螺旋形碳纤维发热体，该螺旋形碳纤维发热体将安装在紫外线发生器中并发热。
但是，在上述描述的碳纤维发热体的制作方法中，为了始终保持平行排列的若干条(例如4条)碳丝之间的幅度，必须使用合成树脂溶液涂覆步骤。上述合成树脂溶液的涂覆步骤包括在步骤(c)中。涂覆的合成树脂溶液经过后续的步骤(d)和(e)使碳纤维丝粘住，从而形成碳纤维发热体；在此同时，多余的合成树脂溶液转化成了碳渣形态从而残留下来。如上所述如果碳纤维发热体中残留有碳渣的话，并且将上述碳纤维发热体用于制造碳加热紫外线发生器的话，就存在如图2所示的问题：碳渣会流动在上述紫外线发生器的内部并最终成为导致紫外线发生器发生故障的原因。
而且，即使用合成树脂溶液涂覆若干条碳丝，使各个碳丝相互平行地接触，但由于上述涂覆的合成树脂的涂层厚度不均匀或者冲击等原因，就会如图3所示，在各个碳纤维丝之间产生缝隙，导致碳纤维发热体的阻抗特性不均匀。这将导致碳纤维发热体的各个部位的电流量过多过少，产生发热分布的差异，最终成为碳纤维发热体的耐久性及品质下降的因素。
与此同时，为了减少各个碳纤维丝之间产生的缝隙，如图2所示，必须在把螺旋形碳材料两端的碳丝搓成扭曲的情况下安装通电用夹具，以构成碳纤维发热体。但这种方式制成的碳纤维发热体，由于两端的碳丝扭曲，如图4所示，在碳丝扭曲的部位T1的单位面积发热量增加，而在碳丝没有扭曲的部位T2的单位面积发热量相对减少，导致碳纤维发热体的发热分布发生差异，这本身就成为了碳纤维发热体的耐久性及品质下降的主要因素。特别是碳丝扭曲部位T1的单位面积发热量增加的话，就导致支撑通电用夹具表面的镍板过热使得镍蒸发，从而在紫外线发生器管体内部表面形成镍环。上述镍环的厚度增加的话，就会成为管体裂开的主要因素，从而影响产品的外观，并缩短使用寿命。
另外，涂覆在螺旋形碳材料上的合成树脂中含有的苯酚-甲醛经过热分解释放出大气污染物。特别是合成树脂溶液中含有大量的非结晶碳物质(Armophous Carbon)，这种物质在气态碳化氢环境下即使900摄氏度以下也能升华。所以非结晶碳物质及以镍为主要成分的金属成分会从通过使用合成树脂溶液而形成的碳纤维发热器中升华出来，并在紫外线管体内部表面形成碳化现象及黑化现象(镍蒸发环)，导致对碳纤维发热体的寿命有致命的影响的缺陷。
特别地，根据韩国专利授予公告第10-0793973号，为了相邻排列并黏结单位碳纤维丝，必须涂覆合成树脂溶液。形成螺旋状形态物后，对该螺旋状形态物进行第一次和第二次热处理，从而制得表面残留有不纯物的碳纤维发热体。因此，如果为了除去碳纤维发热体表面所残留的不纯物而进一步实施高温热处理的话，将导致通过包裹合成树脂而被固定的碳纤维丝发生分裂或者干脆断裂的现象，因此存在使得除去不纯物的高温热处理的作业根本没法实施的根本性缺陷。
发明内容
技术目的
因此本发明的目的是提供一种碳发热体及其制造方法，其对于在不使用合成树脂溶液的情况下通过物理地编织复数条碳纤维丝而获得的窄碳体，在不进行额外加工的情况下直接进行热处理，使其阻抗特性及发热分布达到非常均匀。其不仅在窄碳体的形成过程没有使用本身就成为不纯物的原因的合成树脂溶液，还实施了以除去残留不纯物为目的的第三次高温热处理，从而使得不纯物几乎不存在且使用寿命也大幅度地延长。
技术手段
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种制造碳发热体的方法，所述方法包括以下步骤：将碳纤维丝浸渍在润滑剂中以形成被润滑剂所浸润的碳纤维丝，上述润滑剂选自水、界面活性剂及硅乳剂中的至少一个；将3～24条的上述被润滑剂所浸润的碳纤维丝沿着同一方向排列，并编织以形成窄碳体；将上述窄碳体缠绕在内热主轴的表面形成碳成形体；在上述碳成形体的两端分别安装通电用夹具；在上述通电用夹具中通电，并在气态碳化氢的环境下对上述碳成形体进行第一次热处理，得到热处理碳成形体；从内热主轴分离上述热处理碳成形体；在上述分离的热处理碳成形体的通电用夹具中通电，并在气态碳化氢的环境下，在1300～2500摄氏度进行第二次热处理，得到表面沉积有纳米结晶结构的碳层薄膜的碳薄膜发热体；在惰性气体或者减压的环境下，在2500～3500摄氏度对上述碳薄膜发热体进行第三次热处理，使不纯物蒸发并使残留的非结晶碳石墨化。
进一步，本发明还提供了一种制造碳发热体的方法，所述方法包括以下步骤：把3～24条的聚丙烯腈原丝或者粘胶原丝沿着同一方向排列并编织成网状的窄织物，上述窄织物在惰性气体下，沿着长度方向延伸并经过1500～2500摄氏度的碳化处理得到窄碳体；将上述窄碳体缠绕在内热主轴的表面形成碳成形体；在上述碳成形体的两端分别安装通电用夹具；在上述通电用夹具中通电，并在气态碳化氢的环境下对上述碳成形体进行第一次热处理，得到热处理碳成形体；从内热主轴分离上述热处理碳成形体；在上述分离的热处理碳成形体的通电用夹具中通电，并在气态碳化氢的环境下，在1300～2500摄氏度进行第二次热处理，得到表面沉积有纳米结晶结构的碳层薄膜的碳薄膜发热体；在惰性气体或者减压的环境下，在2500～3500摄氏度对上述碳薄膜发热体进行第三次热处理，使不纯物蒸发并使残留的非结晶碳石墨化。
有利效果
因为是在没有使用合成树脂溶液的情况下，将复数条碳纤维丝物理地编织成窄碳体，并且在不经过额外加工的情况下直接安装通电用夹具，然后进行第一次、第二次及第三次热处理，从而根据本发明制造而得的碳发热体的阻抗特性及发热分布非常均匀，因此其耐久性及品质也大大提高。
而且，由于不仅没有使用本身就成为不纯物的原因的合成树脂溶液，而且可以进行以清除不纯物为目的的第三次高温热处理，因此可以取得不纯物的含量极低而且使用寿命大幅度延长的技术效果。
另外，因为不需要以黏结碳纤维丝为目的而进行的合成树脂溶液的涂覆过程及干燥时间，因此可以取得不仅大幅度地提高生产效率，而且可以防止因合成树脂溶液不均匀而导致的发热分布不均匀等的效果。
附图说明
图1是现有技术中的制造碳发热体的流程图；
图2是使用现有技术中的碳发热体的碳加热器的实施例的照片；
图3是现有技术中的碳发热体中使用的碳纤维丝的不良状态图；
图4是使用现有技术中的碳发热体的碳加热器中通电时的状态图；
图5是根据本发明的一种具体实施方式的织造窄碳体及织造窄织物的窄织机的示意图；
图6是根据本发明的一种具体实施方式的窄碳体的示意图；
图7是根据本发明的一种具体实施方式的碳发热体的制造流程图；
图8是根据本发明的一种具体实施方式的碳成形体的横截面图；
图9是根据本发明的另一种具体实施方式的碳成形体的横截面图；
图10是使用本发明的碳发热体的碳加热器中通电时的状态的照片；
图11是现有技术中的碳加热器和本发明的碳加热器的比较照片。
具体实施方式
本发明的技术构想是对于在不使用合成树脂溶液的情况下通过物理地编织复数条碳纤维丝而获得的窄碳体，在不进行额外加工的情况下直接安装通电用夹具，进行第一次、第二次热处理，此外为了清除残留的不纯物还进行第三次高温热处理。
为此，在本发明中，把复数条碳纤维丝沿着同一方向排列并编织，从而形成窄碳体，或者将原丝(作为原料的丝或纤维)沿着同一方向排列并编织得到的窄织物经过碳化处理得到窄碳体，然后利用上述窄碳体制造碳发热体。
参照附图以及具体实施方式来详细说明碳发热体的制造方法。
图5是根据本发明的一种具体实施方式的织造窄碳体及织造窄织物的窄织机的概要示意图。图6是根据本发明的一种具体实施方式的窄碳体的概要示意图。图7是根据本发明的一种具体实施方式的制造碳发热体的概要流程图。图8是根据本发明的一种具体实施方式的碳成形体的横截面图。图9是根据本发明的另一种具体实施方式的碳成形体的横截面图。图10是使用本发明的碳发热体的碳加热器中通电时的状态的照片。图11是现有技术中的碳加热器和本发明的碳加热器的比较图。
参照图5至图11，首先本发明的碳发热体的制造方法可以由以下步骤构成：在润滑剂中浸渍碳纤维丝以形成被润滑剂浸润的碳纤维丝，其中所述润滑剂选自水、界面活性剂及硅乳剂中的至少一个；然后将上述被润滑剂浸润的3～24条碳纤维丝排列成同一方向并编织，以形成窄碳体。
在一般的织造机将碳纤维丝排列成经丝和纬丝并进行织造，则可以形成宽幅的碳纤维，然后把它切成窄幅之后得到窄碳体。编织角度超过120度的时候，作为纬丝的碳纤维容易发生断裂，因此技术上极其困难，缺乏实用性。再加上切割的时候碳纤维切面上会出现起毛等变形，而且变形部位的阻抗特性及发热分布非常不均匀。因此用这种方法制造、切割成的窄碳体不能在制造碳发热体中使用。因此，在窄织机上将相对少量(例如4条)的碳纤维丝排列成经丝，然后交织以窄幅地形成窄碳体，再将其直接用于制造碳发热体。
本发明的碳发热体是由窄碳体(窄幅织造的碳体)作为材料来构成的，而窄碳体则是通过物理地窄幅织造碳纤维丝来形成的。用于制造窄碳体的碳纤维丝根据原料分三种：PAN类碳纤维丝，树脂(pitch)类碳纤维丝以及粘胶(viscose)类碳纤维丝。虽然这三种类型的碳纤维丝都能制造碳发热体材料的窄碳体，但PAN类碳纤维丝和树胶类碳纤维丝的断面是直角形，因此使复数条PAN类碳纤维丝或者树胶类碳纤维丝沿着同一方向排列、编织并制造窄碳体的工程实际上相当困难。为了便于进行窄幅织造，在本发明中优选使用断面为圆形的粘胶类碳纤维丝来制造窄碳体。
但是，如果把弯曲强度小的碳纤维丝直接沿着同一方向排列、编织，碳纤维丝就会在一定角度上不容易编织，诱发碳纤维丝的断裂，而且会发生编织中的碳纤维丝起毛的可能性。
因此，在本发明中，为了使碳纤维丝更易在一定角度上编织，把缠绕在筒管上的碳纤维丝浸渍在水、界面活性剂及硅乳剂中至少一个以上物质组成的润滑剂当中，浸渍20～60分钟之后，就可形成弯曲强度增强的润滑剂浸润后的碳纤维丝。增强碳纤维丝的弯曲强度的润滑剂可以是单独的水、界面活性剂或硅乳剂，或者由其中的两种以上混合组成。
在这种润滑剂中浸渍过的碳纤维丝的弯曲强度高，容易编织，而且不容易发生起毛。为了增强碳纤维丝的弯曲强度而浸渍在润滑剂中的时间如果小于20分钟，碳纤维丝的弯曲强度增加不足，导致编织碳纤维丝还是很困难。如果浸渍的时间超过60分钟，碳纤维丝的弯曲强度也不会进一步增强。
如上所示，使润滑剂浸润的弯曲强度增强的碳纤维丝沿着同一方向排列，编织并制造窄碳体。
本发明没有把碳纤维丝在织造机上同时排列成经丝和纬丝，而是在窄织机上把3～24条碳纤维丝仅排列成经丝，然后编织经丝，使其按相互之间成Z字形的方式交叉，如图6所示，3～24条碳纤维丝沿着同一方向排列，形成网状的窄碳体。为了得到网状窄碳体，排列成经丝的碳纤维丝的个数如果小于3，碳纤维丝就不会相互交织以形成网状的窄织物(窄幅织物)，而是扭曲并形成可燃丝。如果排列成经丝的碳纤维丝的个数大于24，碳纤维丝的编织角度就会过大，不仅导致可加工性下降，而且窄碳体的宽度过大导致阻抗值过于下降。
如图5所示，将3～24条碳纤维丝240a、240b排列成经丝并编织以制造碳纤维窄织物的窄织机200由以下部分组成：工作台210，在工作台上转动的复数个锭子(carrier)230a、230b以及卷取辊(roller)260、270。从锭子中交织而成的碳纤维窄织物100将缠绕在卷取辊260、270上。
此处，复数个锭子230a、230b沿着工作台210上的∞字移动轨迹转动。在锭子转动时，缠绕在锭子230a、230b上的各碳纤维丝240a、240b随着锭子230a、230b的轨迹在导纱器(yarn guide，图上未标)中相互编织形成碳纤维窄织物100，然后上述碳纤维窄织物100缠绕在卷取辊260上。当锭子230a、230b沿着移动轨迹移动的时候，为了编织各碳纤维丝240a、240b，朝着导纱器移动的碳纤维丝240a、240b的编织角度被调整为最大不超过60度。如果碳纤维丝240a、240b的自导纱器的编织角度超过60度，碳纤维丝240a、240b有可能断裂。
也就是说，把复数条碳纤维丝，最好是断面为圆形的粘胶类碳纤维丝设置在窄织机上，并排列成经丝，然后上述被排列成经丝的碳纤维丝之间按照Z字形交叉编织形成窄碳体。而且，既可以把直径相同的复数条碳纤维丝排列成经丝且交织成窄碳体，也可以把直径各不相同的碳纤维丝排列成经丝且交织形成窄碳体。
这样的窄碳体因为是通过把复数条碳纤维丝沿着同一方向排列、编织和窄幅织造而形成的，所以窄幅织造而成的窄碳体的两边及两端完全不会发生起毛等变形，外形干净，可以坚固地维持编织形态。以往的窄碳体制造方法没有编织复数条碳纤维丝，而是按一定的幅度平行排列，然后涂覆本身就是不纯物的合成树脂溶液。然而本发明是把复数条碳纤维丝沿着同一方向平行排列、编织，形成坚固的窄碳体。因此不仅没有使用合成树脂溶液而且没有必要使用任何手段来维持窄碳体的编织形态，直接用窄幅织造而得的窄碳体来制造碳发热体。
而且，与上述的制造窄碳体的方法(把复数条碳纤维丝沿着同一方向排列，编织形成窄碳体)不同，本发明的制造方法还可通过下述步骤来形成窄碳体：把3～24条聚丙烯腈(poly-acrylonitrile)原丝，或者粘胶原丝沿着同一方向排列并编织形成网状的窄织物，以及在惰性气体的环境下，沿着长度方向延伸上述窄织物并进行1500～2500摄氏度的碳化处理。
可以利用比碳纤维可加工性更良好的原丝制造窄织物，然后对上述窄织物连续进行氧化和碳化处理，形成窄碳体，用于制造碳发热体。
但是，将聚丙烯腈原丝或者粘胶原丝用作经丝和纬丝以织造两维织物，并在经度和纬度两个方向上同时延伸上述两维织物并进行同时碳化处理，在技术上是极其困难的，因此很难具备实用性。
因此，本发明不会将作为PAN类碳纤维的原料的聚丙烯腈原丝或者作为粘胶类碳纤维的原料的粘胶原丝同时排列成经丝和纬丝，而是在窄织机上把3～24条聚丙烯腈原丝或者粘胶原丝仅排列成经丝，并且编织经丝，使得相互之间按Z字形交叉，从而形成如图6所示的3～24条原丝沿着同一方向排列的网状窄织物。
此窄织物中，聚丙烯腈原丝或者粘胶原丝之间按Z字形交叉并以一定的角度编织，只朝一个方向编织，从而形成一维网状窄织物。为了形成窄织物，如果沿着同一方向排列的原丝数目小于3条，就不会形成原丝之间相互编织而成的网状窄织物，而是原丝扭曲，形成可燃丝。如果沿着同一方向排列的原丝数目超过24条，原丝编织时的角度就过大，因此不仅在长度方向上延伸处理困难而且窄碳体的宽度过大导致电阻抗值过于下降。
具体而言，如图5所示，将3～24条原丝240a、240b排列成经丝并编织以制造窄织物的窄织机200由以下部分组成：工作台210，在工作台上转动的复数个锭子(carrier)230a、230b以及卷取辊260、270。从锭子中交织而成的窄织物100将缠绕在卷取辊260、270上。
此处，复数个锭子230a、230b沿着工作台210上的∞字移动轨迹转动。在锭子转动时，缠绕在锭子230a、230b上的各原丝240a、240b随着锭子230a、230b的轨迹在导纱器(yarn guide，图上未标)中相互编织形成窄织物100，然后上述窄织物100缠绕在卷取辊260上。当锭子230a、230b沿着移动轨迹移动的时候，为了编织各原丝240a、240b，朝着导纱器移动的原丝240a、240b的编织角度被调整为最大不超过60度。如果原丝240a、240b的自导纱器的编织角度超过60度，原丝240a、240b有可能断裂。
即在窄织机中设置3～24条原丝并将其排列成经丝，并把上述排列成经丝的复数条原丝相互之间按Z字形交叉编织，从而形成窄织物。
上述形成的窄织物连续不断地送入碳化处理用隧道(tunnel)式连续炉。在氩气等惰性气体下，在碳化处理用隧道式连续炉中，沿着长度方向延伸并高温碳化处理，制造窄碳体。
一般情况下，将单个聚丙烯腈原丝，粘胶原丝及树脂类原丝在长度方向上延伸并在惰性气体以及1000～1500摄氏度的温度范围内做碳化处理得到碳纤维丝。但与此相反，3～24条原丝沿着同一方向排列并编织形成的窄织物不能被完整地在1000～1500摄氏度范围内碳化处理。
因此，在本发明中，把窄织物沿着长度方向延伸并在1500摄氏度以上(最好是在1500～2500摄氏度范围内)进行碳化处理，得到窄碳体。为了制造窄碳体，对在碳化用隧道式连续炉的惰性气体中沿着长度方向延伸后的窄织物进行碳化处理的温度如果不到1500摄氏度，窄织物就不能被很好得进行碳化处理。对于沿着长度方向上延伸后的窄织物进行碳化处理的温度如果超过2500摄氏度，上述氧化的窄织物不会被碳化处理，而是可能被直接燃烧。
这样的窄碳体具备两边及两端绝不会发生起毛等变形，外形干净，坚固地维持织造形态的特性。以往的窄碳体制造方法没有编织复数条碳纤维丝，而是将其按一定的幅度平行排列，然后涂覆本身就是不纯物的合成树脂溶液以黏结复数条碳纤维丝。然而本发明是把复数条碳纤维丝沿着同一方向平行排列、编织，牢固地形成窄碳体。不仅没有用合成树脂溶液来涂覆而且没有必要使用任何手段来维持窄碳体的织造形态，直接就用该窄幅织造的窄碳体来制造碳发热体。
另外，本发明的制造碳发热体的方法包括在内热主轴上缠绕窄碳体，形成碳成形体的步骤。
把复数条碳纤维丝沿着同一方向排列编织而成的窄碳体，或者把原丝沿着同一方向排列编织而成的窄织物经过碳化处理得到的窄碳体在内热主轴的表面上缠绕成螺旋状，以形成螺旋状的碳成形体。内热主轴可以是熔点为1300摄氏度的二氧化硅棒之类。
上述以螺旋状缠绕在主轴表面形成的碳成形体是窄碳体，它的两边及两端绝不会发生起毛等变形，而且维持外形干净。因此，不仅不需要合成树脂溶液来维持螺旋状碳成形体的外形，而且把碳成形体两端的多个碳丝拧在一起在没有扭曲的情况下直接安装通电用夹具。
另外，本发明的制造碳发热体的方法还包括在上述碳成形体两端分别安装通电用夹具的步骤。
为了在碳成形体(窄碳体呈螺旋状而形成的)中通电并进行第一次热处理，在上述碳成形体两端安装通电用夹具。在上述碳成形体两端安装的通电用夹具须导电性优良并且具有易于粘在碳成形体上的表面特性，例如铝薄片或者铜薄片。
如上所述，安装在碳成形体两端的通电用夹具中接通电流通电之后碳成形体在一定的温度下被热处理，改变成为热处理碳成形体。
另外，本发明的制造碳发热体的方法还包括：在气态碳化氢的环境下，通电用夹具中通电，进行第一次热处理之后得到热处理碳成形体的步骤以及从内热主轴分离上述热处理碳成形体的步骤。
在气态碳化氢的环境下，碳成形体两端的通电用夹具中通电进行900～1200摄氏度的第一次的热处理之后，形成热处理碳成形体，一定厚度的碳层薄膜气相沉积在其表面上。
具体来说，在内热主轴表面以螺旋状缠绕的碳成形体的两端的通电用夹具连接电源之后，放入处于气态碳化氢环境之下的反应炉。通过通电用夹具给碳成形体加电，使碳成形体的温度上升到900～1200摄氏度范围内，此时因反应炉内部的气态碳化氢发生热分解而产生的碳在碳成形体表面进行气相沉积，形成碳层薄膜。为了在碳成形体表面进行气相沉积生成碳层薄膜，如果第一次热处理温度不到900摄氏度，气态碳化氢就不会热分解，因此在碳成形体的表面不会气相沉积生成碳薄膜。如果碳成形体的温度超过1200摄氏度，支撑碳成形体的内热主轴就会因高温热量融化。
从内热主轴中分离经过如上所述的第一次热处理之后表面气相沉积形成碳薄膜层的热处理碳成形体，然后对上述分离得到的热处理碳成形体进行第二次热处理。
进一步，制造本发明的碳发热体的方法还包括，在气态碳化氢的环境下，在上述分离得到的热处理碳成形体的通电用夹具中通电，并进行1300～2500摄氏度的第二次热处理步骤，形成碳膜发热体，其表面沉积有纳米结晶结构的碳层。
经过第一次热处理之后，从内热主轴中分离上述热处理碳成形体，然后再放到处于气态碳化氢环境的反应炉中。通过通电用夹具在碳成形体中通电，将上述热处理碳成形体的温度上升到1300～2500摄氏度范围内，反应炉内部的气态碳化氢发生热分解而释放出来的碳气相沉积在碳成形体的表面，形成一定厚度的纳米结构的碳层薄膜。
维持热处理碳成形体的第二次热处理的温度在1300～2500摄氏度的范围之间，使其阻抗值降低到期望的范围之内。因此可以任意调整由上述热处理的碳成形体而形成的碳薄膜发热体的阻抗值。为了在热处理碳成形体表面气相沉积得到纳米结晶结构碳层薄膜而做的第二次热处理温度如果达不到1300摄氏度，在上述碳薄膜发热体表面上气相沉积而成的纳米结晶结构碳层中，不仅含有大量的可升华的非结晶碳物质，而且不能任意调整碳薄膜发热体的阻抗值。如果对于上述热处理碳成形体进行第二次热处理的温度超过2500摄氏度，上述碳薄膜发热体因高温而热化或者燃烧。
上述得到的碳薄膜发热体中含有微量的不纯物和非结晶碳物质，因此需要进行以除去不纯物和非结晶碳化物为目的的第三次高温热处理。
进一步，本发明的制造碳发热体的方法还包括，在惰性气体或者减压条件下，经过2500～3500摄氏度的第三次热处理来蒸发不纯物并且石墨化残留的非结晶碳的过程。
第二次热处理之后得到的碳薄膜发热体在惰性气体(非气态碳化氢)或者减压的情况下，进行2500～3500摄氏度的第三次高温热处理，使不纯物蒸发，并使残留的非结晶碳物质石墨化，因此可以真正地制造不含有不纯物的碳发热体。特别指出的是，为了防止因上述碳薄膜发热体的高温引起的热化或者燃烧，第三次热处理必须在惰性气体(非气态碳化氢)或者减压的环境下进行。
碳薄膜发热体的第三次热处理温度如果达不到2500摄氏度，将导致不纯物不会完全蒸发，并导致碳物质的石墨化不完整。如果第三次热处理温度超过3500摄氏度，将导致第三次热处理所需的费用大幅度地增加，直接跟生产成本的上升联系在一起。
如上所示，经过碳薄膜发热体的第三次热处理，制备了真正不包含不纯物的碳发热体。
将这样的碳发热体装入到管体内部，并将所装入的碳发热体与电线相连，并对管体真空处理之后密封就可以制造碳加热器。
实施本发明的具体方式
参照具体实施方式，详细说明本发明的制造碳发热体的方法。但下面的具体实施方式仅限于具体说明本发明而不是限制本发明。
具体实施方式：
1.把线密度为70tex的粘胶类碳纤维丝8条安装在窄织机上，并排列成经线，将上述经线按相互之间成Z字形交叉，并织造以形成窄碳体。
2.上述窄碳体以螺旋状缠绕在长度为45cm，直径为4mm的二氧化硅棒上形成碳成形体。
3.在上述碳成形体的两端各安装材质为铝薄膜的通电用夹具。
4.上述内热主轴表面的碳成形体的通电用夹具跟电源连接，并放入处于气态碳化氢环境下的反应炉中。
5.上述通电用夹具中通电，并在气态碳化氢的环境下，进行1100摄氏度的第一次热处理，使碳成形体的初期阻抗从43Ω变成33Ω，得到热处理碳成形体，其表面上具有气相沉积而成的厚度为0.1nm的碳层薄膜。
6.从内热主轴中分离上述热处理碳成形体，然后再将上述热处理碳成形体放入气态碳化氢的反应炉。
7.在上述热处理碳成形体的通电用夹具中通电，并在气态碳化氢的环境下，进行2000摄氏度的第二次热处理，使上述热处理碳成形体的从33Ω的初始阻抗值变成13Ω的阻抗值，得到碳薄膜发热体，其表面上具有气相沉积而成的厚度为0.3nm的纳米结晶构造的碳层薄膜。
8.上述碳薄膜发热体放入惰性气体的反应炉，并在通电用夹具中通电，然后在2600摄氏度的温度下进行30秒的第三次热处理，得到螺旋状的100V/800W的碳发热体。
工业应用的可能性
将根据上述具体实施方式得到的碳发热体装入到管体内部，并将所装入的碳发热体和电线连接，对上述管体进行真空处理，密封得到碳加热器。
准备根据本发明方法制造的上述碳加热器100个和根据之前的韩国专利授予公告第10-0793973号制造的碳加热器100个，然后连续供电2000个小时，加热得到如图9所示的结果。根据本发明的碳加热器内部绝对没有发生由于不纯物而引起的碳化现象及黑化现象(镍蒸发环)，但现有技术中的碳加热器有30个发生因内部不纯物而引起的碳化现象及黑化现象。
由此，可确保使用本发明的碳发热体而制备的碳加热器的可靠性能显著提高。
Claims (8)
1.一种制造碳发热体的方法，所述方法包括以下步骤：
将碳纤维丝浸渍在润滑剂中以形成被润滑剂所浸润的碳纤维丝，上述润滑剂选自水、界面活性剂及硅乳剂中的至少一个；
将3～24条的上述被润滑剂所浸润的碳纤维丝沿着同一方向排列，并将其编织成窄碳体；
将上述窄碳体缠绕在内热主轴的表面形成碳成形体；
在上述碳成形体的两端分别安装通电用夹具；
在上述通电用夹具中通电，并在气态碳化氢的环境下对上述碳成形体进行第一次热处理，得到热处理碳成形体；
从内热主轴分离上述热处理碳成形体；
在上述分离的热处理碳成形体的通电用夹具中通电，并在气态碳化氢的环境下，在1300～2500摄氏度进行第二次热处理，得到表面沉积有纳米结晶结构碳层薄膜的碳薄膜发热体；
在惰性气体或者减压的环境下，在2500～3500摄氏度对上述碳薄膜发热体进行第三次热处理，使不纯物蒸发并使残留的非结晶碳石墨化。
2.根据权利要求1所述的制造碳发热体的方法，其特征在于，在上述形成被润滑剂浸润的碳纤维丝的步骤中，所使用的碳纤维丝是粘胶类碳纤维丝。
3.根据权利要求1所述的制造碳发热体的方法，其特征在于，在上述形成被润滑剂浸润的碳纤维丝的步骤中，浸渍的时间是20～60分钟。
4.根据权利要求1所述的制造碳发热体的方法，其特征在于，在上述制造窄碳体的步骤中，沿着同一方向排列直径互不相同的碳纤维丝并编织成窄碳体。
5.一种制造碳发热体的方法，所述方法包括以下步骤：
把3～24条的聚丙烯腈原丝或者粘胶原丝沿着同一方向排列并编织成网状的窄织物，然后在惰性气体下沿着长度方向延伸并碳化处理得到窄碳体；
上述窄织物在惰性气体下，沿着长度方向延伸并经过1500～2500摄氏度的碳化处理得到窄碳体；
将上述窄碳体缠绕在内热主轴的表面形成碳成形体；
在上述碳成形体的两端分别安装通电用夹具；
在上述通电用夹具中通电，并在气态碳化氢的环境下对上述碳成形体进行第一次热处理，得到热处理碳成形体；
从内热主轴分离上述热处理碳成形体；
在上述分离的热处理碳成形体的通电用夹具中通电，并在气态碳化氢的环境下，在1300～2500摄氏度进行第二次热处理，得到表面沉积有纳米结晶结构碳层薄膜的碳薄膜发热体；
在惰性气体或者减压的环境下，在2500～3500摄氏度对上述碳薄膜发热体进行第三次热处理，使不纯物蒸发并使残留的非结晶碳石墨化。
6.根据权利要求5所述的制造碳发热体的方法，其特征在于，上述形成窄碳体的步骤进一步包括以下步骤：
把3～24条的聚丙烯腈原丝或者粘胶原丝沿着同一方向排列并编织以形成网状的窄织物；
在惰性气体下沿着长度方向延伸上述窄织物，并对上述窄织物进行1500～2500摄氏度的碳化处理以形成窄碳体。
7.根据权利要求1或5所述的制造碳发热体的方法，其特征在于，在上述形成热处理碳成形体的步骤中，第一次热处理温度为900～1200摄氏度。
8.一种根据权利要求1或5所述的方法所制造的碳发热体。
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