KR100239834B1 - 고전압 세라믹 점화기 - Google Patents

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크레이그 에이. 윌켄스
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보스트 스티븐 엘.
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Abstract

저항률이 약 1010Ω-cm 이상인 전기 절연성 세라믹 50 내지 80v/o(a), 저항률이 약 1 내지 약 108Ω-cm인 반전도성 물질 10 내지 45v/o(b), 저항률이 약 10-2Ω-cm 미만인 금속 도체 5 내지 25v/o(c) 및 금속 산화물, 금속 옥시질화물, 희토류 산화물, 희토류 옥시질화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 저항률 강화 화합물 2.0 내지 20v/o(d)를 포함하는 고온 영역 조성물을 갖는 세라믹 점화기에 대해 120V 내지 230V의 선로 전압을 제공하는 단계를 포함하여, 가열하는 방법.

Description

[발명의 명칭]
고전압 세라믹 점화기
[도면의 간단한 설명]
도1은, AlN이 회색이고, SiC가 명회색이고, MoSi2가 백색이고 (추정하건대) 알루미나/옥시질화알루미늄 혼합물이 암회색인 본 발명의 전형적인 미세 구조물을 도시한 것이다.
[발명의 배경]
세라믹 재료는 가스 소성로, 스토브 및 의류 건조기의 점화기로서 대단한 성공을 향유하고 있다. 세라믹 점화기의 제조는 일부가 저항이 크며 와이어 레드(wire lead)에 의해 대전되는 경우 온도가 상승하는 부위가 존재하는 세라믹 성분을 통한 전기 회로의 구축을 요구한다. 통상적인 점화기 중의 하나인 미니 이그나이터TM(Mini-lgniterTM)[제조원 : Norton Company, Milford, NH]는 인가 전압을 48V로 하는 8V 전압용으로 고안되었으며, 질화알루미늄("AlN"), 이규화몰리브덴("MoSi2") 및 탄화규소("SiC")를 포함하는 조성물을 갖는다. 미니 이그나이터TM의 매력이 증가함에 따라 정격전압(定格電壓)이 종래의 24V를 초과하는 소형 점화기를 요구하는 다수의 적용이 존재한다. 그러나, 상기의 적용에 사용되는 경우 미니 이그나이터TM가 급격한 온도 상승을 야기하므로 종래의 선로 전압(즉, 120V)으로부터 전압을 강하시키는 조절 시스템에서 변압기를 요구한다. 따라서, 고가의 변압기를 필요로 하지 않으나 선로 전압을 변화시키기 위한 전기 기구 및 가열 공업에 의해 설정되는 하기의 요건을 구비하는 120V 또는 230V의 선로 전압용으로 설계되는 소형의 고전압 점화기를 필요로 한다:
설계온도에 대한 시간：＜ 5초
설계전압의 85%에서의 최저 온도：1100℃
설계전압의 100%에서의 설계온도：1350℃
설계전압의 110%에서의 최고 온도：1500℃
고온 영역의 길이：＜1.5"
전력：65 내지 100W
이러한 고전압 인가용으로 사용되는 전류량은 24V의 전압 인가시에 사용되는 전류량(즉, 약 1.0amp)과 대등하기 때문에 상승된 전압은 점화기의 저항을 증가시킴으로써 실현될 수 있다.
임의의 물체에 대한 저항은 하기 수학식 1에 따른다.
[수학식 1]
Rs=Rv × L/A
상기 수학식 1에서; Rs는 저항이고, Ry는 저항률이고, L은 도체의 길이이고, A는 도체의 힁단면적이다.
종래의 12V 및 24V의 U자형 점화기의 1행정(行程)의 길이가 약 1.2in이므로 상품으로서의 매력을 감소시키지 않고 현저하게 증가시킬 수 없다. 유사하게는 횡단면적이 0.0010 내지 0.0025in2인 소형 점화기는 아마 제조상의 이유로 감소되지 않으리라 생각된다. 따라서 소형의 고전압 점화기에 있어서, 목적하는 저항의 증가는 저항률의 감소에 의해 실현될 수 있으리라 생각된다.
미니-이그나이터TM는 고저항성 물질(AlN), 적당한 저항성 물질(SiC) 및 고전도성 물질(MoSi2)로 이루어지므로, 점화기의 저항을 증가시키는 방법은 AlN을 가하면서 MoSi2및 SiC의 함량을 감소시키는 것이다. 그러나, 하나의 시험 조성물[이는 AlN약 76용적%(이하, "v/o" 또는 "용적%"라 한다), MoSi29v/o 및 SiC 15v/o를 함유한다]은 (낮은 MoSi2수준으로 인해 천천히 설계 온도에 도달할 뿐만아니라 상당히 저항률에 대해 네가티브한 온도 계수(negative temperature cofficient of resistivit)("NTCR")을 보유하고 약 단지 1350℃ 이상으로 급격하게 온도를 상승시킨다는 점에서 만족스럽지 않음이 밝혀졌다. NTCR은 점화기의 온도가 증가함에 따라 이의 저항률이 감소됨을 의미한다. 이러한 감소는 저항이 일정한 경우보다 점화기의 온도를 고온으로 되게 한다. NTCR이 너무 극단적인 경우 점화기는 정격 전압의 85%에서 느리게 냉각되며, 정격 전압의 110%에서 불안정하다. 실제로 상기 점화기는 정격 전압의 110%에서 급격한 온도 상승을 나타낼 수 있으며 이 경우 고장(단선)이 발생할 때까지 일정한 전류량 및 온도를 계속 증가시킨다. 오히려 점화기가 저항에 대해 포지티브한 온도 계수(positive temperature cofficient of resistance)(''PTCR") 또는 적당한 NTCR을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 PTCR을 갖는 세라믹은, 온도가 1,000℃에서 1,400℃로 증가하는 경우 저항률이 증가하는 반면, 적당한 NTCR을 갖는 세라믹은, 온도가 1,000℃에서 1,400℃로 증가하는 경우 저항률이 25%미만으로 감소한다. PTCR 또는 적당한 NTCR은, 전술한 바와 같이 점화기가 광범위한 전압 범위에서 안정하게 작동되어야 하므로 120V의 인가에 대한 계 전압인 전압을 증가시키면서 온도를 보다 점차적으로 증가시킨다.
미국 특허 제5,404,237호[워쉬번(Washburn)의 특허]는 MoSi25 내지 50v/o(a), 및 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소, 산화 알루미늄, 알루민산 마그네슘, 옥시질화규소 알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질 50 내지 95v/o(b)을 포함하는 세라믹 점화기의 고온 영역에 적당한 조성물을 기술하고 있다. 그러나, 워쉬번의 특허[및 워쉬번의 동료의 미국 특허 제5,085,805호]에 기술된 각각의 실시예는 단지 AlN 또는 Si3N4(a), MoSi2(b) 및 SiC(c)만을 사용한다[또한 일부 실시예는 MgCO3를 가한다]. 전술한 바와 같이 상기 시스템은 고전압에서 안정한 시판 중인 가변 세라믹 점화기의 제조에 그다지 도움이 되지 못한다고 생각된다. 워쉬번의 특허가 MoSi250v/o, SiC 42.2v/o 및 MoSi27.8v/o로 제조한 220V용 점화기를 기술하고 있으나 상기 점화기에서 낮은 MoSi2수준은 점화기가 설계 온도에 도달하는 속도를 매우 구속한다.
따라서 본 발명의 목적은 고온에서 급격한 온도 상승을 수반하지 않으며 고전압 인가에 대한 위에서 논의된 시간 온도 구속과 부합하는 고저항성 소형 점화기 조성물을 발견하고자 하는 것이다.
[발명의 요약]
본 발명에 따라, 저항률이 약 1010Ω-cm 이상인 전기 절연성 세라믹 약 50 내지 약 80v/o(a), 저항률이 약 1 내지 약 108Ω-cm인 반전도성 물질 약 10 내지 약 45v/o(b), 저항률이 약 10-2Ω-cm 미만인 금속 도체 약 5 내지 약 25v/o(c) 및 금속 산화물, 금속 옥시질화물, 희토류 산화물, 희토류 옥시질화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 저항률 강화 화합물 2.0 내지 20v/o(d)를 포함하는 고온 영역 조성물을 갖는 세라믹 점화기에 대해 120V 내지 230V의 선로 전압을 제공하는 단계를 포함하여, 가열하는 방법이 제공된다.
[발명의 상세한 설명]
뜻밖에도 통상적인 AlN-MoSi2-SiC 시스템의 고온 영역에 알루미나, 옥시질화 알루미늄 또는 이들의 혼합물을 가하는 경우 대등한 비율의 AlN보다 점화기의 저항률을 증가시키고, 보다 높은 전압 인가에 필요한 저항률을 제공하면서 보다 높은 MoSi2의 비율의 사용을 가능하게 함이 밝혀졌다. 높은 MoSi2수준을 사용하는 경우에는 보다 신속한 시간 내에 온도를 상승시키고 일부 경우에는 정격 전압의 85 내지 110%에서 전압을 증가시키는 경우 온도를 보다 덜 급격하게 상승시키게 된다. 따라서, 본 발명의 점화기는 고전압 인가에 요구되는 저항률 및 가열 및 장치 산업 분야에서 요구되는 온도에 대한 신속한 시간을 둘 다 보유한다.
본 발명의 몇몇 양태에 있어서, 저항률 강화 화합물은 알루미나 및 옥시질화알루미늄 화합물의 혼합물이다. 당해 혼합물은 그린 보디(green body)에 알루미나를 가하여 간단히 제조할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 소결 도중에 알루미나의 적어도 일부가 질화알루미늄의 일부와 반응하여 결정성 옥시질화알루미늄 상을 형성하는 것으로 판단된다. X선 회절 분석을 통해 세라믹 중의 옥시질화알루미늄상의 존재가 확인되었다. 상기의 결정성 상속에 불순물이 용해되는 경우에는 내부 과립상의 회절률이 증가하리라고 판단되며 온도를 증가시키면서 내부 과립상을 통해 이온 전도도를 감소시키게 된다.
알루미나가 그린 보디에 부가되는 경우 임의의 통상적인 알루미나 분말이 선택될 수 있다. 분말은 알루미나 과립으로서 그린 보디에 약 0.5 내지 18.5v/o, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 6.5v/o, 보다 바람직하게는 약 2.5 내지 3.5v/o 양으로 부가된다. 전형적으로는, 과립의 평균 크기가 약 0.1 내지 약 10μ이고 불순물함량이 단지 0.2 w/o인 알루미나 분말이 사용된다. 알루미나의 과립 크기는 바람직하게는 약 0.3 내지 약 10um이다. 보다 바람직하게는 알코아(Alcoa) A17 하소 알루미나[제조원：Alcoa Industrial Chemicals of Bauxite, Arkansas]가 사용된다. 또한 알루미나는 제한되지는 않지만 알루미나를 약 2 내지 20용적%, 바람직하게는 약 2 내지 8용적% 함유하는 그린 보디를 생성하는 알루미나 졸-겔 유사물 및 질화알루미늄 분획의 가수분해물을 포함하는 분말이외의 형태로 도입될 수 있다.
하기에서 제시되는 실시예 1 내지 III은 각각 통상적인 AlN-MoSi2-SiC 시스템에 알루미나만을 부가하지만 다른 금속 산화물, 희토류 산화물(예를 들어 5v/o의 산화 이트륨), 희토류 옥시질화물과 같은 화합물 및 이들의 혼합물이 본 발명의 그린 보디에서 알루미나를 대체하여 바람직한 결과가 수득될 수 있다.
일반적으로 고온 영역 조성물은, 저항률이 약 1010Ω-cm 이상인 전기 절연성 세라믹 약 50 내지 약 80v/o(a), 저항률이 약 1 내지 약 108Ω-cm인 반전도성 물질 약 10 내지 약 45v/o(b), 저항률이 약 10-2Ω-cm 미만인 금속 도체 약 5 내지 약 25v/o(c) 및 금속 산화물, 금속 옥시질화물, 희토류 산화물, 희토류 옥시질화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 저항률 강화 화합물 약 2.0 내지 약 20v/o(d)를 포함하여야 한다. 바람직하게는 고온 영역은 전기 절연성 세라믹 50 내지 70v/o, 반전도성 물질 20 내지 30v/o, 전도성 물질 6 내지 12v/o 및 저항률 강화 화합물 2 내지 8v/o를 포함한다.
본 발명에 있어서, 전기 절연성 세라믹(또는 "절연체")는 실온 저항률이 약 1010Ω-cm 이상인 세라믹이다. 전기 절연성 세라믹 성분이 고온 영역 조성물의 약 70v/o 이상의 양으로 존재하는 경우(전도성 세라믹이 약 6v/o 이상으로 존재하는 경우) 생성 조성물은 과도한 저항성을 나타내고 고전압에서 표적 전압의 성취시에 비효율적으로 느리게 된다. 반대로 전기 전도성 세라믹 성분이 약 50v/o 양으로 존재하는 경우(전도성 세라믹이 약 6v/o 양으로 존재하는 경우) 생성 세라믹은 과도한 전도성을 나타내게 된다. 명백하게는 전도성 세라믹의 비율이 6v/o 이상으로 증가하는 경우 고온 영역은 보다 전도성으로 되고 절연부의 상하 바운드(bound)가 적당하게 증가하여 필요한 전압을 성취할 수 있다. 전형적으로는, 절연체는 질화알루미늄, 질화규소 및 질화붕소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 질화물이다.
시판되는 전형적인 AlN 출발 분말은 AlN 과립상의 피복물로서 산소를 약 1w/o 함유하거나 알루미나를 약 1.8w/o 함유한다. 따라서, 질화알루미늄이 선택되는 경우 고온 영역 조성물중의 목적하는 알루미늄 함량은 알루미늄 불순물의 함량을 고려하여 계산하여야 한다. 예를 들어 AlN 약 70v/o가 사용되는 경우 알루미나 불순물의 양은 고온 영역 조성물의 약 1.5v/o이다.
본 발명에 있어서, 반전도성 세라믹(또는 "반도체")은 실온 저항률이 약 1 내지 약 1010Ω-cm인 세라믹이다. 반전도성 성분이 고온 조성물의 약 45v/o의 양으로 존재하는 경우(전도성 세라믹의 양이 약 6 내지 10v/o인 경우), 생성 조성물은(절연체의 부족으로 인해) 고전압 인가에 대한 전도성이 과도하게 된다. 반대로 반전도성 성분이 약 10v/o 미만으로 존재하는 경우(전도성 세라믹의 양이 약 6 내지 10v/o인 경우), 생성 조성물은(과도하게 과량의 절연체로 인해) 과도한 저항성을 나타내게 된다. 또한 보다 높은 수준의 도체에 있어서, 목적하는 전압을 성취하기 위해 절연체와 반도체 부분의 보다 저항성인 혼합이 필요하다. 전형적으로 반도체는(도핑되거나 도핑되지 않은) 탄화규소 및 탄화붕소로 이루어진 그룹으로 부터 선택된 카바이드이다.
본 발명에 있어서, 전도성 물질은 실온 저항률이 1010Ω-cm 미만인 물질이다. 전도성 성분이 고온 영역 조성물의 약 25v/o 이상의 양으로 존재하는 경우 생성 세라믹은 고전압 인가시에 과도하게 전도성으로 되어 고온 점화기에 허용될 수 없게 된다. 반대로 약 6v/o 미만의 양으로 존재하는 경우 생성 세라믹은 고전압 인가시 과도하게 저항성으로 되어 냉각 점화기에 허용될 수 없게 된다. 전형적으로 도체는 이규화몰리브덴. 이규화텅스텐, 질화물[예：질화 텅스텐] 및 카바이드[예：탄화티탄]으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
저항 강화 화합물이 고온 영역 조성물의 약 2.0v/o미만의 양으로 존재하는 경우 저항 강화 효과가 현저하지 않다. 반대로 저항 강화 화합물이 약 20v/o 미만의 양으로 존재하는 경우 고전압 인가시에 온도에 대한 신속한 시간 동안 과도하게 저항성으로 된다. 바람직하게는, 고온 영역 조성물의 약 2 내지 8v/o, 보다 바람직하게는 약 4 내지 5v/o 양으로 포함한다. 전형적으로는 금속 산화물, 금속 옥시질화물, 희토류 산화물 및 희토류 옥시질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 바람직하게는 옥시질화알루미늄 및 알루미나로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
바람직하게는 본원에서 참조로 인용되는 미국 특허 제5,045,237호[워쉬번의 특허]에 기술된 질화알루미늄, 이규화몰리브덴 및 탄화규소의 성분 비율이 본 발명의 점화기의 고온 영역을 구축하는 데 사용된다. AlN-SiC-MoSi2시스템은 저항률이 약 0.001 내지 약 100Ω-cm의 범위인 점화기를 생성할 수 있는 가요성 시스템인 것으로 밝혀졌다. 바람직하게는 출발 분말, 및 소결된 세라믹 중의 과립 둘 다의 입자 크기는 워쉬번의 특허에 기술된 것과 유사하다.
워쉬번의 특허에 기술된 것과 같은 고온 영역/냉각 영역 점화기 설계가 본 발명에 따라 적당하게 사용될 수 있다. 고온 영역은 기체 점화에 작용성 가열을 제공한다. 일반적으로 1,000 내지 1,600℃의 온도 범위에서 약 0.04Ω-cm 이상, 바람직하게는 약 0.2Ω-cm 이상의 저항률을 갖는다. 바람직하게는 질화알루미늄 약 50 내지 80v/o, 및 MoSi25 내지 25v/o 및 SiC 10 내지 45v/o[SiC 약 2부에 대한 MoSi2약 1부의 용적비], 및 저항률 강화 화합물 약 2.0 내지 20v/o를 포함한다. 보다 바람직하게는 질화알루미늄 약 50 내지 70v/o, 및 MoSi2약 6 내지 12v/o, SiC 20 내지 30v/o[전형적으로는 SiC 약 2부에 대한 MoSi2약 1부의 용적비], 및 저항률 강화 화합물 약 2 내지 8v/o를 포함한다. 특히 바람직한 한 양태에 있어서, 고온 영역은 AlN 약 60v/o, MoSi211v/o, 및 SiC 25v/o 및 옥시질화알루미늄/알루미나 혼합물 25v/o를 포함한다.
바람직한 양태에 있어서, 치밀화된 보디에서 고온 영역 성분들의 평균 과립 크기(d50)는 다음과 같다：
a) 절연체(즉, AlN): 약 2 내지 10μ
b) 반도체(즉, SiC):약 1 내지 10μ
c) 도체(즉, MoSi2): 약 1 내지 10μ
d) 저항률 강화 화합물(즉, 알루미나/옥시질화알루미늄 혼합물)：약 2 내지 10μ
도1은 본 발명의 미세 구조물을 도시하고 있다.
냉각 영역은 와이어 레드를 부착시키기 위한 것이다. 바람직하게는 냉각 영역은 또한 AlN, SiC 및 MoSi2를 포함한다. 그러나, 고온 영역보다 현저하게 높은 비율의 전도성 및 반전도성 물질[즉, SiC 및 MoSi2]을 갖는다. 따라서, 고온 영역조성물에 대한 저항률의 단지 약 1/5 내지 1/20에 불과하고 고온 영역에 따르는 수준으로 온도를 상승시키지 않는다. 바람직하게는 질화알루미늄 약 20 내지 65v/o와 MoSi2및 SiC 약 20 내지 70v/o를 약 1:1 내지 약 1:3의 용적비로 포함한다. 보다 바람직하게는 냉각 영역은 AlN 약 60v/o, SiC 20v/o 및 MoSi220v/o를 포함한다. 이는 높은 저항률이 요구되지 않기 때문에 고온 영역은 본 발명의 고온 영역에 요구되는 옥시질화알루미늄 상을 함유하지 않는다.
점화기의 치수는 이의 특성 및 성능에 영향을 주는 것으로 밝혀졌다. 일반적으로 고온 영역의 1행정의 길이는(냉각 대류 기체 흐름이 이의 온도에 현저하게 영향 받지 않도록 충분한 양을 제공하는) 약 0.700in 이상(충분한 기계적 조도를 제공하는) 약 1.500in 미만이어야 한다. 이의 너비는 충분한 강도 및 제작의 용이성을 제공하는 약 0.04in 이상이어야 한다. 유사하게는 이의 두께는 충분한 강도 및 제작의 용이성을 제공하는 약 0.03in 이상이어야 한다. 바람직하게는, 본 발명의 2 행정의 U자형 점화기는 전형적으로는 총 1행정의 길이가 약 1.25 내지 약 2.00in이고, 고온 영역 횡단면적이 약 0.001 내지 약 0.005in2[보다 바람직하게는 0.0025in2]이다. 120V 인가용으로 설계된 특정한 양태에 있어서, 고온 영역의 1행정의 길이는 약 1.25in이고, 두께는 약 0.03in이고 너비는 약 0.047in이다[즉, 고온 영역의 횡단면적이 0.00141in2이다]. 또한 상기의 치수를 변경시켜 정격 전압이 상이한 본 발명의 점화기를 제조할 수 있음이 밝혀졌다. 특히 표 1에는 AlN 약 60v/o, SiC 약 11v/o, 및 MoSi2약 25v/o, 및 옥시질화알루미늄/알루미나 혼합물 약 4v/o의 고온 영역 조성물을 사용하는 전압에 요구되는 점화기의 고온 영역의 치수가 제시되어 있다.
[표 1]
Figure kpo00001
세라믹 성분의 가공[즉, 그린 보디 가공 및 소결 조건] 및 치밀화된 세라믹으로부터의 점화기의 제조는 임의의 통상적인 방법에 의해 수행될 수 있다. 전형적으로는 상기 방법은 사실상 워쉬번의 특허에 따라 수행될 수 있다. 소결 온도가 높을수록(즉, 약 1800℃ 이상) 점화기의 질화알루미늄 성분의 과립을 보다 많이 성장시켜 보다 고립된 전도성 성분을 생성하고 따라서 보다 높은 저항률을 나타내는 경향이 있다. 그러나, 소결 온도를 약 1820℃ 이상으로 상승시키는 경우 보다 큰 점화기 대 점화기 가변능(igniter-to-igniter variablity) 및 보다 작은 파열 인성을 야기하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 점화기의 핵심 장점은 본 발명의 점화기가 통상적인 소형 점화기 보다 높은 저항률 및 적당한 NTCR을 보유한다는 점이다. 상기 점화기의 적당한 NTCR에 의해 생성된 적당한 온도 증가 경향은 방사열 손실에 기인하는 적당한 온도 감소 경향에 의해 자연스럽게 균형을 이룸으로써 자체 제어식이고 온도 안정성인 고전압 점화기를 유도하는 것으로 판단된다. 120V 양태에 있어서, 이는 공정 변수에 거의 영향을 받지 않는 것으로 밝혀졌으며, 즉 강건한 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 120V 점화기의 다른 특성은 통상적인 24V 점화기의 특성과 대등하다. 예를 들어 본 발명의 점화기는 방사 표면의 단위 면적당 전력 부하가 약 25 내지 약35W/㎠이고, 전력 소모량이 약 65 내지 85W이며, 실온 가요 강도가 약 400 내지 500MPa이고 저항률이 약 0.2Ω-cm 이상이다. 230V 인가에 있어서, 덜 극단적인 NTCR은 고전압 영역내에서 점화기를 보다 안정하게 작동시키며 여전히 통상적인 점화기의 성능 요건을 만족시킨다. 120V 및 230V의 두 양태는 모두 위에서 논의된 성능 기준을 성취한다.
그러나 모든 세라믹 점화기에 사용하는 경우 본 발명의 선택된 조성물의 일부는 이의 조작 범위가 제한되어야 하는 것으로 생각된다. 예를 들어 고온 영역저항률이 약 1.1Ω-cm 이상이고 1행정의 길이가 약 1.22in 미만인 본 발명의 U자형 점화기의 일부의 경우 1,600℃에서 불안정성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 또한 본 발명의 점화기의 온도가 1,620℃에 이르는 경우 보호성 천연 산화물 피복물이 용융되고 이어서 단선이 발생하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 실시는 하기의 비제한적 실시예 및 비교 실시예로부터 추가로 예시될 수 있다. 본 발명에 있어서, "안정한" 점화기는 주어진 전압에서 일정한 저항률 및 일정한 온도가 유지되는 점화기를 의미한다.
[실시예 1]
고 전단 혼합기에서 AlN 약 60용적부, MoSi2약 11용적부, SiC 약 25용적부 및 Al2O3약 4용적부를 포함하는 고은 영역 조성물을 블렌딩한다. 이와 유사하게 AlN 약 20용적부, MoSi2약 20용적부 및 SiC 약 60용적부를 포함하는 냉각 영역 조성물을 블렌딩한다. 이어서, 당해 분말 블렌드를 인접하는 고온 프레스 용적 속에 탑재하고 이론 밀도의 약 60%인 강편(billet)이 형성되도록 고열 압축시킨다. 이어서 강편을 그린 기계 가공하여 치수가 대략적으로 3.00×2.00×0.20''인 타일을 형성시킨다. 이어서, 기계 가공된 타일을 1790℃ 및 30,000psi에서 1시간동안 침지시킴으로써 고열 등압 압축시킨다. 히핑(hipping) 후 치밀한 타일을 U자형 설계 점화기[즉, 1.5''의 1행정 길이×0.030''의 두께×슬롯 너비가 0.060''인 0.047''의 1행정 너비의 점화기]로 다이아몬드 기계 가공한다.
상기 점화기는 120V에서 양호한 성능을 나타낸다. 또한 상기 점화기는 충분히 높은 저항률(1,300℃에서 0.3±0.05Ω-cm), 온도에 대한 짧은 시간(1,100℃에 대해 4초)을 가지며 132V 이하에서 안정하다.
[실시예 2]
조성이 AlN 60v/o, MoSi210v/o 및 SiC 25v/o 및 알루미나 5v/o(스미토모 AKO-30)인 것을 제외하고 실시예 1에 기술된 바와 유사하게 점화기를 제조한다.
점화기는 230V에서 탁월한 성능을 나타낸다. 또한 당해 점화기는 충분히 높은 저항률(1.300℃에서 1.2Ω-cm), 온도에 대한 짧은 시간(1,100℃에 대해 5초)을 가지며 250V 이하에서 안정하다.
[실시예 3]
비교 실시예 2에 따라 제조된 타일을 온도가 90℃인 물에 20분동안 노출시킨다. 건조 후 상기 타일은 약 900℃로 가열시 알루미나를 생성하는 AlN의 가수 분해에 의해 약 1%의 중량 이득을 나타낸다. 이어서 타일을 치밀화시키고 실시예 1에 기술된 바대로 점화기를 형성시킨다.
당해 점화기는 150V에서 양호한 성능을 나타낸다. 또한 당해 점화기는 충분히 높은 저항률(1,300℃에서 0.40Ω-cm), 온도에 대한 짧은 시간(1,100℃에 대해 5초 미만)을 가지며 180V 이하에서 안정하다.
[비교 실시예 1]
조성이 AlN 66 내지 71v/o, MoSi28.5 내지 9v/o, 및 SiC 20.5 내지 25v/o인 것을 제외하고 실시예 1에 기술된 바와 유사하게 점화기를 제조한다.
120V 인가에 있어서, 상기 점화기는 온도에 대한 적당한 시간(1,100℃에 대해 6 내지 7초)를 보유한다.
[비교 실시예 2]
타일을 1,815℃의 침지 온도에서 치밀화시킴을 제외하고 비교 실시예 1에 기술된 바와 유사한 방법으로 점화기를 제조한다.
230V 인가에 있어서, 상기 점화기는 느릴뿐만 아니라(1,100℃에 대해 10초) 245V에서 불안정하다.
[비교 실시예 3]
조성이 AlN 65v/o, MoSi210v/o 및 SiC 25v/o인 것을 제외하고 실시예 1에 기술된 바와 유사하게 점화기를 제조한다. 조성물중에 사용된 알루미나는 존재하지 않는다.
120V 인가에 있어서, 상기 점화기는 단지 약 0.1Ω-cm의 저항률만을 보유하고 단지 약 90V에시 1,300℃의 온도에 도달하는 것으로 밝혀졌다. MoSi2의 농도가 실시예 1의 경우보다 낮거나 실시예 2의 경우와 동일한 경우에도 상기의 낮은 저항률을 보유한다.
본 발명의 점화기는 예를 들어 노 및 취사 용품과 같은 기상 연류 점화 적용, 기판, 가열기, 보일러 및 스토브 톱을 포함하는 다수의 적용에 사용될 수 있다.

Claims (4)

  1. (정정) (a) 저항률이 1010Ω-cm 이상인 전기 절연성 세라믹 50 내지 80v/o ; (b) 저항률이 1 내지 108Ω-cm인 반전도성 물질 10 내지 45v/o; (c) 저항률이 10-2Ω-cm 미만인 금속 도체 5 내지 25v/o ; 및 (d) 금속 산화물, 금속 옥시질화물, 희토류 산화물, 희토류 옥시질화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 저항률 강화 화합물 2.0 내지 20v/o를 포함하는 고온 영역 조성물을 갖는 세라믹 점화기에 대해 120V 내지 230V 의 선로 전압을 제공하는 단계를 포함하는 가열 방법.
  2. (정정) (a) 저항률이 1010Ω-cm 이상인 전기 절연성 세라믹 50 내지 80v/o ; (b) 저항률이 1 내지 108Ω-cm인 반전도성 세라믹 10 내지 45v/o; (c) 저항률이 10-2Ω-cm 미만인 금속 도체 5 내지 25v/o ; 및 (d) 금속 산화물, 금속 옥시질화물, 희토류 산화물, 희토류 옥시질화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 저항률 강화 화합물 2.0 내지 20v/o를 포함하고, 이를 치밀화하여 세라믹을 형성하는 그린 보디(green body).
  3. (정정) (a) 필수적으로 질화알루미늄으로 이루어진 전기 절연성 물질 50 내지 80용적%; (b) 탄화붕소, 탄화규소 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 반전도성 물질 10 내지 45용적%; (c) 이규화몰리브덴, 이규화텅스텐, 질화티탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 금속 도체 5 내지 25용적%; 및 (d) 산화알루미늄, 옥시질화알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되며 평균 과립 크기가 2 내지 10㎕인 저항률 강화 화합물 0.5 내지 18.5용적%를 포함하는 고온 영역 조성물을 갖는 소결된 세라믹.
  4. (정정) (a) 필수적으로 질화알루미늄으로 이루어진 전기 절연성 물질 50 내지 80용적%; (b) 탄화붕소, 탄화규소 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 반전도성 물질 10 내지 45용적%; (c) 이규화몰리브덴, 이규화텅스텐, 질화티탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 금속 도체 5 내지 25용적%; 및 (d) 산화알루미늄, 옥시질화알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 저항률 강화 화합물 2 내지 20용적%를 포함하는 고온 영역 조성물을 갖는 소결된 세라믹.
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