JPH0514397B2 - - Google Patents

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JPH0514397B2
JPH0514397B2 JP61220958A JP22095886A JPH0514397B2 JP H0514397 B2 JPH0514397 B2 JP H0514397B2 JP 61220958 A JP61220958 A JP 61220958A JP 22095886 A JP22095886 A JP 22095886A JP H0514397 B2 JPH0514397 B2 JP H0514397B2
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JP
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ferrite
ceramic
heating element
zircon
particles
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Atsushi Ogura
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)
  • Non-Adjustable Resistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は、発熱体、詳しくは30V以下の低電
圧、低電力の直流または交流電源にて発熱する新
規なセラミツク発熱体に関する。 (従来技術) 従来より発熱体としては、金属、非金属および
その複合体があり、ニツケル・クロム線等多数の
発熱体が存在するが、その殆どは比抵抗の小さい
線状形態であり、熱電率が悪く従つて熱損失の大
きい特性の発熱体であつた。 (解決すべき問題点) このため、従来の発熱体は通電初期時に大きな
ラツシユカレントが流れて電源装置や他の機器に
悪影響を及ぼし、また、負荷に対しての熱損失が
大きいため所定の温度に発熱させるのに大きな電
力を要す、また、熱による酸化現象の劣化が生じ
やすい等の問題があつた。 (問題点を解決するための手段〕 本発明は上記問題点を解決し、通電初期時のラ
ツシユカレントを抑え、熱損失を少なくして同じ
温度を得るにも省電力で済み、耐熱性、耐酸化性
等の耐久性に優れた発熱体およびその製造方法を
提供することを目的とする。 この目的を達成するため、本発明は次の如き構
成の発熱体とした。 フエライト(Fe3O4)、ニツケル複合フエライ
トおよびコバルト複合フエライトの3種類の結晶
物質のうち少なくとも1種類の結晶物質で、ジル
コニア(ZrO2)および/またはジルコン
(ZrSiO4)の微粒子が被覆されたフエライト・セ
ラミツク複合粒子からなる粉末が、加熱溶融によ
り、固溶体として形成されて成る発熱体である。
ここで、フエライト・セラミツク複合粒子は芯が
セラミツク即ちジルコニアまたはジルコンで、そ
の表面が上記の如きフエライト物質のうちの1つ
の物質またはこれらの2つないし3つの混合結晶
物質が被着されたものである。その粉末は、これ
らのうちの1種のフエライト・セラミツク複合粒
子から成るものでもよく、またこれらのうちの複
数種のフエライト・セラミツク複合粒子を混合し
たものでもよい。 そして、この発熱体は上記粉末を型枠に入れて
成形したものを焼結するか、または、被射体上に
高温溶射装置で溶射することにより製造される。 なお、フエライト・セラミツク複合粒子は、本
発明者が発明し、別途出願したもので、本発明は
その用途を開発した発明である。 実施例 (1)フエライト・セラミツク複合粒子について、
フエライト・セラミツク複合粒子は、下記の手段
により、純度の高いフエライトがセラミツク微粒
子に被着したものとして得られる。 まず、塩化第2鉄水溶液(濃度5〜35%)を入
れた容器中に、磁場を形成するため、強い磁力を
持つた磁石を1個または複数個を入れ、更に多数
の鉄片(粒状の場合は粒度0.1〜4mm)を入れ、
混合撹拌してから該水溶液をろ過して錯塩水溶液
を得る。 この場合、塩化第2鉄水溶液は容器中におい
て、磁気を持つた鉄片と接触することによつて、
電解イオン交換によるマルチ電池反応し陰極と陽
極が多数発生して水素イオンH+が陰極で水素ガ
スH2として放出され陰イオン、陽イオンが安定
した錯塩水溶液となつている。 次に、予めセラミツク微粒子として粒度分布が
0.05μ〜数100μ好ましくは0.05μ〜20μの粒度分布
のジルコン(ZrSiO4)微粒子を混入した塩化第
2鉄水溶液(濃度5〜35%)に前記錯塩水溶液を
全体の約30%〜50%の割合いで混合し、充分に撹
拌し複合水溶液とする。この複合水溶液は酸性で
あり、C-を持つたものである。 このセラミツク微粒子を複数混入した複合水溶
液に、苛性ソーダ水溶液(濃度30%)を混入する
ことにより、セラミツク体微粒子の表面に黒茶色
のフエライト(Fe3O4)の結晶がほぼ均等に被着
して生成される。また、残りは希塩水となる。 この状態でフエライト・セラミツク複合粒子を
沈澱させて上ずみを捨てたもの、または遠心分離
して水を分離したものに水を加えて塩分をうすめ
て洗い流して取り去り、しかる後、フエライト・
セラミツク複合粒子に残留する水分を分離、乾燥
処理して純度の高いフエライトを均等に被着した
セラミツク体即ちフエライト・セラミツク複合粒
子を得る。 このようにして製造されたフエライト・セラミ
ツク複合粒子は、セラミツク発熱体1微粒子単位
でフエライト(Fe3O4)が均等に被着されたもの
で、セラミツク体微粒子の粒度が0.05μ〜20μの場
合は、粒度(分布)が約0.1μ〜25μである。 上記において、ジルコン(ZrSiO4)微粒子に
被着されるフエライト(Fe3O4)の量(配合比
率)は、ジルコン微粒子の配合量を種々変えるこ
とにより、調節することができる。 このフエライト・セラミツク複合粒子は、フエ
ライトがジルコン微粒子表面に結合被着され、ジ
ルコン微粒子がフエライトにより被覆されてお
り、機械的摩擦、衝撃等によつても分離しにくい
ものである。 以上、フエライト成分として塩化第2鉄を用い
て製造したものについて説明したが、これに限定
されるものでなく、塩化第2鉄と共に、塩化第2
ニツケルまたは塩化コバルトを混入するようにし
てもよい。 その概略は、塩化第2鉄と塩化第2ニツケル、
または、塩化第2鉄と塩化コバルトの混合水溶液
中に多数の鉄片(鉄粒)を入れ、混合撹拌してか
ら、該水溶液をろ過して錯塩水溶液を得る。そし
て、予めジルコンおよび/またはジルコニアの微
粒子を混入した塩化第2鉄と、塩化第2ニツケル
および/または塩化コバルトとの混合水溶液に、
前記それぞれの同系統の錯塩水溶液を混合撹拌し
て複合水溶液を得る。次いで、この各複合水溶液
に苛性ソーダを混入し、水洗、乾燥して、それぞ
れ(1)ニツケル複合フエライトで、ジルコンまたは
ジルコニアの微粒子が被覆されたフエライト・セ
ラミツク複合粒子、(2)コバルト複合フエライト
で、ジルコンまたはジルコニアの微粒子が被覆さ
れたフエライト・セラミツク複合粒子、または、
(3)ニツケル複合フエライトとコバルト複合フエラ
イトとで、ジルコンまたはジルコニアの微粒子が
被覆されたフエライト・セラミツク複合粒子を得
る。 (2) 発熱体について、 上記(1)で得られたフエライト・セラミツク複合
粒子を用いて発熱体を製造する方法および得られ
た発熱体について以下説明する。 ジルコン(ZrSiO4)65%、フエライト
(Fe3O4)35%の原料配合重量比で、フエライト
によりジルコン微粒子が被覆されたフエライト・
セラミツク複合粒子(平均粒度分布1μ)の粉末
を加圧粉体成形枠に収納し、500Kg/cm2の加圧条件
で加圧成形した後、この得られた成形体を常圧高
温加熱炉(電気炉)にて4℃/分の立ち上げ温度
条件で立ち上げ、1350℃で6時間キープして焼成
し、自然冷却して固溶体を形成することにより、
5mm×5mm×100mmの直方体のセラミツク発熱体
1を得た(第1図参照)。 この発熱体は、 真比重…5.2 耐熱温度…約1300℃ 硬度…ビツカース:HVスケール700 機械的強度…20Kg/mm2 常温電気抵抗値…数10KΩ であつた。 そして、5mm×5mm×100mmの直方体のセラミ
ツク発熱体1の長手方向に常温にて第1図の如く
交流(50Hz)の電圧(10V、20V、40V)、電流
(1A)を印加したところ第1表〜第3表の如き発
熱特性傾向の結果が得られた。
【表】
【表】
【表】 この結果から明らかなように、この発熱体は、
従来の発熱体と異なり、熱伝導効率を高め、熱損
失を抑えて同じ温度を得るのにも省電力で済む電
気/熱エネルギー変換効率の良い発熱体であるこ
とが判る。 なお、この発熱体は、直流低電圧(30V、3A
以下)においても同様の発熱現象が得られた。 実施例 2 セラミツク微粒子がフエライト物質で被覆され
たフエライト・セラミツク複合粒子を、第4表に
示す如き種々のものとして、実施例1と同じ製法
にて、固溶体として、セラミツク発熱体を得た。
【表】
【表】 このようにして得られた発熱体は、いずれも実
施例1で得られた発熱体と同じような耐熱性を有
すると共に、同じような発熱特性傾向を示した。 なお、この場合、粉末は例えばジルコンとフエ
ライトの複合粒子と、ジルコニアとニツケル複合
フエライトの複合粒子を混合したもののように、
フエライト成分とセラミツク成分の種類が異なつ
たものであつてもよい。 実施例 3 フエライト・セラミツク複合粒子は、実施例1
の(1)に示した製法により得たものを用いる。 ジルコン(ZrSiO4)65%、ニツケル複合フエ
ライト35%の原料配合重量比の、フエライトでジ
ルコン微粒子が被覆されたフエライト・セラミツ
ク複合粒子(平均粒度分布1μ)の粉末を、水比
60%にてスラツジ状にした後、スプレードライヤ
ーにて平均粒度分布20μの凝集粒子とし、この粒
子粉末をプラズマ溶射装置にて、アルゴンガス70
%、水素ガス3%、空気27%のガス配合比の下に
約150m/秒の速度で鉄板(厚さ1mm×50mm×50
mm)およびアルミ板(厚さ1mm×50mm×50mm)の
各被射体上に溶射し、空気で冷却して、ジルコン
成分とニツケル複合フエライト成分とを固溶した
200μ厚のセラミツク発熱体を鉄板およびアルミ
板上に得た。 第2図に示すように、鉄板3上およびアルミ板
4上に得られたセラミツク発熱体5を、サンドイ
ツチ状にして両側より端子6,7を取り、更に鉄
板3上には温度センサ8を配置し、下記表の如き
電源を印加して温度測定を行なつたところ第5表
に示す発熱特性傾向が得られた。
【表】 なお、この実施例では、被射体として鉄板およ
びアルミ板を用いたが、被射体としては、これに
限定されることなく、他の金属、セラミツク、不
帛等、材質形状に関係なく、任意の不燃材を用い
ることができる。 実施例 4 フエライト物質でセラミツク体微粒子が被覆さ
れたフエライト・セラミツク複合粒子を実施例2
で示した第1表に示す如き種々のものとして、実
施例3と同じ手段で、鉄板(およびアルミ板)に
溶射して得た固溶体からなるセラミツク発熱体の
発熱温度を検出したところ、実施例3で得た発熱
体と同様の発熱特性傾向を示し、耐熱性も優れた
ものであつた。 比較例 フエライト(Fe3O4)およびジルコン
(ZrSiO4)の各微粒子粉末を実施例1と同じよう
に型枠にて加圧成形して成形体としてから、これ
を焼成したものは、抵抗が大きく、非電導であ
り、直流、交流電源を印加しても発熱しなかつ
た。これはフエライト(Fe3O4)およびジルコン
(ZrSiO4)の各々の物質が互いに十分に固溶して
いないためと予測される。 以上の実施例から明らかなように、本発明の発
熱体は従来の抵抗発熱体に見られない低電圧発熱
特性を有するものである。しかも、その発熱体自
身の抵抗値(常温25℃)は原料配合比率によつて
自由に変えることができる。これにより、従来は
電源との関係で設計不可能に近かつた形状、形態
のヒータが自由に得られるようになつた。 (効果) 以上、本発明の実施例について説明したが、本
発明の発熱体は、フエライト成分とセラミツク成
分とが均質に混合された固溶体であるから、耐熱
性、耐久性に優れたものであり、通電初期時のラ
ツシユカレントを抑え、熱伝導効率を高めて熱損
失を少なくし、同じ温度を得るにも省電力で済
み、従来は設計不可能であつた形状、形態のヒー
タを構成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例におけるセラミツク
発熱体に電源を接続した状態を示す斜視図、第2
図は被射体上のセラミツク発熱体の電源接続を示
す断面図である。 3…鉄板、4…アルミ板、5…セラミツク発熱
体、6,7…端子、8…温度センサ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 フエライト(Fe3O4)、ニツケル複合フエラ
    イトおよびコバルト複合フエライトの3種類の結
    晶物質のうち少なくとも1種類の結晶物質で、ジ
    ルコニア(ZrO2)および/またはジルコン
    (ZrSiO4)の微粒子が被覆されたフエライト・セ
    ラミツク複合粒子からなる粉末が、加熱溶融によ
    り、固溶体として形成されて成ることを特徴とす
    る発熱体。 2 フエライト(Fe3O4)、ニツケル複合フエラ
    イトおよびコバルト複合フエライトの3種類の結
    晶物質のうち少なくとも1種類の結晶物質で、ジ
    ルコニア(ZrO2)および/またはジルコン
    (ZrSiO4)の微粒子が被覆されたフエライト・セ
    ラミツク複合粒子からなる粉末を加圧成形してか
    ら、この得られた成形体を高温炉にて焼成し、固
    溶体として形成することを特徴とする発熱体の製
    造方法。 3 フエライト(Fe3O4)、ニツケル複合フエラ
    イトおよびコバルト複合フエライトの3種類の結
    晶物質のうち少なくとも1種類の結晶物質で、ジ
    ルコニア(ZrO2)および/またはジルコン
    (ZrSiO4)の微粒子が被覆されたフエライト・セ
    ラミツク複合粒子からなる粉末を高温溶射装置に
    て、被射体上に溶射することにより被射体上に固
    溶体として形成することを特徴とする発熱体の製
    造方法。
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GB2577522B (en) * 2018-09-27 2022-12-28 2D Heat Ltd A heating device, and applications therefore

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