KR100399114B1

KR100399114B1 - 세라믹히터

Info

Publication number: KR100399114B1
Application number: KR1019970011211A
Authority: KR
Inventors: 코니시 마사히로
Original assignee: 엔지케이 스파크 플러그 가부시기가이샤
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 2003-12-31
Also published as: EP0798948A3; CN1119920C; EP0798948B1; DE69700796T2; EP0798948A2; DE69700796D1; KR19990008486A; CN1180982A; BR9700464A; US5877474A

Abstract

본 발명에 따른 세라믹 히터는 세라믹본체와 ; 상기 세라믹본체에 매설되는 세라믹 도전재를 포함하고, 이 세라믹 도전재가 매트릭스 세라믹 상(相)과 이 세라믹 상에 30 ∼ 80중량% 범위에서 분산되는 도전재 세라믹 상 입자를 함유하는 저항 발열체를 ; 구비하고, 한 영역이 최소한 60%의 도전 세라믹 상 입자를 포함하면, 이 영역을 편재부로 간주하고, 저항발열체 내에서 열 유도 응력이 저항발열체가 없는 곳 보다 낮도록 하는 상기 편재부의 최대 허용치수는 그 최대지름이 5㎛ 인 것을 특징으로 한다.

Description

세라믹히터

본 발명은 세라믹히터에 관한 것으로서, 예를들면 세라믹 글로 플러그(glow plug) 등에 사용되는 세라믹히터에 관한 것이다.

종래, 세라믹 글로 플러그 등에 사용되는 세라믹히터로서 Si₃N₄등을 주체로 하는 절연성의 세라믹본체에 대하여 WC를 주체로 구성되는 세라믹 저항발열체를 매설한 것이 알려져 있다.

상기 세라믹히터에 있어서는 세라믹본체를 구성하는 Si₃N₄가 저항발열체의 주 성분인 WC 보다도 열팽창계수가 작기 때문에 가열, 냉각의 싸이클을 반복하면, 저항발열체에 상기 열팽창계수의 차이에 따라서 응력집중이 발생하여 저항발열체의 내구성에 문제가 생긴다.

본 발명의 목적은 가열, 냉각 싸이클을 반복하여도 저항발열체의 내구성에 문제가 발생하지 않는 세라믹히터를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 세라믹히터를 채용한 글로(golw) 플러그의 일예를 나타내는 정면부분단면도.

도 2는 도 1의 세라믹히터의 정면단면도.

도 3은 상기 세라믹히터의 제조공정에 관한 설명도.

도 4는 도 3에 연속하는 공정에 관한 설명도.

도 5는 도 4에 연속하는 공정에 관한 설명도.

도 6은 본 발명의 세라믹히터의 제조방법에 있어서, 복합형성체 및 소성체의 단면형상변화를 나타내는 모식도.

도 7은 본 발명의 세라믹히터의 변형예를 나타내는 단면도.

도 8은 실시예의 세라믹히터의 저항발열체의 단면조직을 나타내는 SEM 사진도.

도 9는 비교예의 세라믹히터의 저항발열체의 단면조직을 나타내는 SEM 사진도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 세라믹히터, 10 : 저항발열체

13 : 세라믹본체

본 발명은 세라믹본체 중에 세라믹 도전재로된 저항발열체를 매설한 세라믹 히터에 관한 것으로서, 상기 과제를 해결하기 위해 하기의 특징을 갖는다. 즉, 세라믹도전재는 매트릭스 세라믹 상(相) 중에 도전성 세라믹 상 입자가 분산된 구조를 가지고, 또한 이 도전재 세라믹상을 30∼80 중량%의 범위로 함유한다. 또, 세라믹 도전재료의 일단면에 있어서 임의 반경의 가상원을 상정하고, 이 원내에 있어서의 도전재 세라믹상 입자의 면적비율이 60% 이상이 되는 경우에 이 원으로 둘러싸인 영역을 도전성 세라믹상 입자의 편재부(偏在部)로 정의하고, 그 편재부의 최대 지름이 5㎛를 초과하지 않는 것이 된다.

본 발명자들은 저항발열체를 구성하는 도전재 세라믹 재료 중에 상술한 바와 같은 도전재 세라믹상 입자의 편재부의 최대지름이 5㎛를 초과하지 않도록 설정하는 것으로 히터어 대하여 가열, 냉각의 싸이클을 반복하여 가한 경우에 저항발열체의 내구성이 현저히 향상되는 것을 발견하였다.

여기서 도전재로 사용되는 물질은 열팽창계수(x 10^-6/℃), 비저항(μ Ω cm), 온도저항계수((1000℃에서의 저항)/실온에서의 저항)), 용융점(℃)을 고려하여 선택된다. 도전재의 열팽창계수는 그 열팽창계수의 차를 고려하여 10(x 10^-6/℃)을 더한 세라믹본체의 온도 내에 있는 것이 바람직하며, 세라믹본체는 소결등급, 발열/충격 저항, 절곡강도 등을 고려하여 결정된다. 비저항은 온도증가특성을 고려하여 10³이하가 바람직하다. 온도저항계수는 자체제어기능을 고려하여 1-20 범위 내에 있다. 용융점은 실용상 최대온도를 고려하여 1500℃ 이하로 한다. 따라서, 도전재 상(相)은 W, Ta, Nb, Ti, Mo, Zr, Hf, V 및 Cr의 규화물, W, Ta, Nb, Ti, Mo, Zr, Hf, V 및 Cr의 탄화물, W, Ta, Nb, Ti, Mo, Zr, Hf, V 및 Cr의 붕화물, W, Ta, Nb, Ti, Mo, Zr, Hf, V 및 Cr의 질화물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다. 표 1은 화합물의 예를 나타낸다.

(출처 : 코우-유우텐 카호우부츠 부세이 빈란(Kou-Yuuten Kagoubutsu Bussei Binran)(고융점 화합물의 물리적 특성 핸드북, 닛소 츠우신사))

특히, WC 또는 Mo₅Si₃와 세라믹본체 사이의 열팽창계수 차이가 비교적 작기 때문에, WC 또는 Mo₅Si₃로 형성된 저항발열체의 내구력이 양호하다. 또, 이것은2000℃ 이상의 극히 높은 용융점을 갖는다. MoSi₂의 온도저항계수는 약간 크지만 통상의 온도저항값은 물질량을 조절하여 작게 만는다. 따라서, 통상온도 부근의 범위에서 공급전류가 커져, 온도증가특성을 개선할 수 있다. 따라서, WC, Mo₅Si₃, MoSi₂는 저항발열체로서 사용되는 것이 바람직하다.

한편, 매트릭스 세라믹 상은 이와 같은 이유에 따라 소결등급, 저항조절, 열/충격 저항 등을 고려하여, Si₃N₄또는 AlN을 주성분으로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 세라믹히터에 있어서 저항발열체의 내구성이 향상되는 원인은 다음과 같이 추정된다. 즉, 세라믹 도전재에 있어서는 도전성 세라믹상과 매트릭스 세라믹 상이 일반적으로 열팽창계수가 다르게 되어있다. 그 결과, 도전재 세라믹상 입자가 편재된 편재부와, 그것 보다도 도전성 세라믹 상입자의 체적비율이 작은 주위의 둘레부분(이하 "둘레부분"이라 함) 사이에서 그 평균열팽창계수에 차이가 발생하고, 이들 편재부와 둘레부분과의 경계에는 이 열팽창계수차에 기초하여 응력이 발생한다. 이 응력은 편재부의 치수가 커지는 만큼 증대하는 경향이 있고, 이것이 일정 이상으로 커지면 이 응력에 따라 저항발열체의 파괴가 발생하기 쉽다. 그러나, 편재부의 크기를 5㎛ 이하로 함으로써 상기 응력의 값을 비교적 작게할 수 있어 파괴가 발생하지 않는 것으로 생각할 수 있다.

여기서, WC계입자의 편재부의 크기는 WC계입자의 입자지름과 그 응집개수에 의해 정해진다. 그리고, 저항발열체의 내구성 향상의 관점으로부터는 편재부의 크기는 5㎛ 이하의 범위로 되기 위해 작은 것이 바람직하다고 말할 수 있지만 너무 작으면 WC계 입자의 평균입자지름도 상당히 작게 설정하지 않으면 안되고, WC원료 분말의 조제원가가 증대하는 문제가 발생한다. 따라서 그와 같은 문제가 발생하지 않는 범위내에서 편재부의 크기의 하한치를 설정하는 것이 좋다.

한편 도전재 세라믹 재료중의 WC의 함유량이 80중량%를 넘으면 그 소결성이 저하하므로 양호한 저항발열체를 얻을 수 없게 된다. 한편 WC의 함유량이 30 중량% 미만이 되면 재료의 전기비저항이 너무 커져, 저항발열체의 통전발열특성이 불충분하게 된다. 그 때문에 WC의 함유량은 30∼80% 중량 %의 범위에서 조정되고 보다 바람직하게는 50∼70중량%의 범위에서 조정하는 것이 좋다.

또한 저항발열체는 상술한 원료분말에 대해 소정량의 소결조제를 배합하여 소결한 것으로서 구성할 수 있다. 이 경우 소결조제는 Y₂O₃, ER₂O₃, YB₂O₃등의 희토류산화물 또는 알칼리토류 금속산화물 등을 사용할 수 있다. 소결조제의 배합 비율은 0.8∼10.5중량%의 범위에서 조정하는 것이 좋다. 소결조제의 배합비율이 0.8중량%미만이 되면 소결이 불충분하게 되고 양호한 저항발열체를 얻을 수 없게 된다. 한편 배합비율이 10.5중량%를 넘으면 저항발열체의 내열성을 잃게 된다.

다음 본 발명의 실시의 형태를 도면에 도시하는 실시예를 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명에 관한 세라믹히터를 사용한 글로 플러그(glow plug)를 그 내부 구조와 함께 도시한 것이다. 즉 글로플러그(50)는 그 일단측에 설치함과 동시에 세라믹히터(1)와 그 세라믹히터(1)의 선단부(2)가 돌출하도록 그 외주면을 덮는 금속제의 외통(3) 또한 그 외통(3)을 외측에서 덮는 통형상의 금속하우징(4) 등을 갖추고 있고, 세라믹히터(1)와 외통(3)과의 사이 및 외통(3)과 금속하우징(4)과의 사이는 각각 땜납에 의해 접합되고 있다.

세라믹히터(1)의 후단부에는 금속선에 의해 양단이 현을 감는 용수철형상으로 형성된 결합부재(5)의 일단이 외측에서 끼워 결합함과 동시에 그 타단측은 금속하우징(4)내에 삽입된 금속축(6)의 대응하는 단부에 끼워 부착되고 있다. 금속축(6)의 다른쪽의 단부측은 금속하우징(4)의 외측으로 연장함과 동시에 그 외주면에 형성된 나사부(6a)에 넛트(7)가 나사결합하고, 이를 금속하우징(4)을 향해 조이는 것에 의해 금속축(6)이 금속하우징(4)에 대해 고정되고 있다. 또한 너트(7)와 금속하우징(4)과의 사이에는 절연푸시(8)가 끼워져 있다. 그리고 금속하우징(4)의 외주면에는 도시하지 않은 엔진블록에 글로 플러그(50)를 고정하기 위한 나사부(5a)가 형성되어 있다.

세라믹히터(1)는 제 2도에 도시하는 바와 같이 한쪽의 기단부에서 연장하여 선단부에서 방향 변환하여 다른쪽의 기단부로 이르는 방향변환부(10a)와, 그 방향변환부(10a)의 각 기단부에서 같은 방향으로 연장하는 2개의 직선부(10b)를 갖는 U자형상의 저항발열체(10)를 갖추고, 그 각 양단부에 선형상 또는 로드형상의 전극부(11) 및 (12) 전체가 원형단면을 갖는 봉형상의 세라믹본체(13) 안에 매설되어있다. 저항발열체(10)는 방향변환부(10a)가 세라믹본체(13)의 말단측에 위치하도록 배치되어 있다.

세라믹기체(13)는 Si₃N₄를 주성분으로 하는 세라믹분발에 Y₃O₃, ER₂O₃, YB₂O₃등의 희토류산화물 또는 알칼리토금속류 금속산화물 등으로 이루어지는 소결조제성분을 4∼15중량%, 바람직하게는 6∼12중량%의 범위로 첨가·혼합하여 소결한 것이다.

또 저항발열체(1)는 WC를 주성분으로 하는 분말 및 Si₃N₄를 주성분으로 하는 분말에 세라믹본체(13)에 사용되는 것과 마찬가지의 소결조제성분을 0.8∼10.5의 범위에서 첨가·혼합하여 소결한 것으로 WC의 함유비율이 30∼80중량%, 바람직하게는 50∼70중량%가 되도록 조정되고 있다. 그리고 그 소결체 조직은 Si₃N₄계 기질(매트릭스세라믹상)중에 WC계 입자가 분산한 것이 된다. 동시에, MoSi₂를 주로 함유한 분말이 사용될 때, MoSi₂일부는 소결조제의 영향으로 Mo₅Si₃로 변화할 수도 있다. 이 경우, Mo₅Si₃의 Si 성분 일부가 소결제어 함유된 산소와 결합하여 SiO₂로 퇴적된다. 따라서, MoSi₂를 부가한 경우 소결조제의 영향으로 MoSi₂또는 Mo₅Si₃가 함께 공존하기 쉽다. 동시에 Mo₅Si₃를 사용한 경우에도 이들 물질의 함유성분이 MoSi₂를 사용한 경우와 같다. 여기서 그 소결체조직에 있어서 어느 반지름으로 가상적인 원을 그리고, 이 원내에서 WC계 입자의 면적비율이 60% 이상이 되는 경우에 이 원으로 둘러쌓인 영역을 WC계 입자의 편재부로서 정의하고, 그 편재부의 최대지름이 5㎛를 넘도록 조정한다. 한편 전극부(11) 및 (12)는 텅스텐 또는 텅스텐 레니움 합금 등의 고융점금속재료로 구성된다.

다음은 도 2에 있어서 세라믹본체(13)의 표면에는 그 전극부(12)의 노출부(12a)를 포함하는 영역에 니켈 등의 금속박층(도시하지 않음)이 소정의 방법(예를들면 도금이나 기상제막법 등)에 의해 형성되고, 이 금속박층을 통해 세라믹본체(13)와 외통(3)이 땜납에 의해 접합됨과 동시에 전극부(12)가 이들 접합부를 통해 외통(3)과 도통하고 있다. 또한 전극부(11)의 노출부(11a)를 포함하는 영역에도 마찬가지로 금속박층이 형성되고 있고, 여기에 결합부재(5)가 땜납되고 있다. 이와 같이 구성하는 것으로 도시하지 않은 전원에서 금속축(6)(제 1도), 결합부재(5) 및 전극부(11)를 통해 저항발열체(10)에 대해 통전되고 또한 전극부(12) 외통(3) 금속하우징(4)(제 1도) 및 도시하지 않은 엔진블록을 통해 접지된다.

다음에, 세라믹히터(1)의 제조방법에 대해 설명한다. 우선 도 3(a)에 도시하는 바와 같이 저항발열체(10)에 대응한 U자형상의 캐비티(32)를 갖는 금형(31)에 대해 전극재(30)를 그 한쪽의 단부가 이 캐비티(32)내에 들어도록 배치한다. 그리고 그 상태에서 도전성 세라믹분말 Si₃N₄를 주성분으로 하는 분말 소결조제분말 및 바인더를 함유하는 화합물(33)을 사출하는 것에 의해 도 3(b)에 도시하는 바와 같이 전극재(30)와 U자형상의 도전성 세라믹 분말 성형부(34)가 일체화된 일체성형체(35)를 작성한다. 또한 도전성세라믹 분말성형부(34)는 거의 원형의 단면을 갖도록 형성된다.

상기 화합물(33)의 조제는 예를들면 다음과 같이 하여 행해진다. 우선 WC원료, Si₃N₄원료 및 소결조제를 배합한다. 그리고 그 배합물을 용매 및 세라믹볼 등의 분말 매체와 함께 분쇄기(예를들면 회전식 볼 밀 또는 애트리션 진동미러 등의 고에너지 등)에 투입하고, 배합한 원료가 목표정밀도가 되도록 회전수, 분쇄시간, 투입하는 용매 내지 분쇄 매체의 양 등)은 소결체중의 WC계 입자의 편재부의 크기가 5㎛이하가 되도록 조정된다. 예를들면 분쇄전의 배합원료에 있어서 Si₃N₄원료분말지름의 범위가 0.3∼20㎛, 평균입자지름이 0.8㎛이고, WC원료분말의 입자지름이 0.5∼14㎛, 평균입자지름이 1.8㎛인 경우에 WC원료분말의 함유비율에 의하지 않고 분쇄 후에서 혼합물의 입자지름범위가 0.1∼1.5㎛, 평균입자지름이 0.7㎛이 되도록 분쇄조건설정을 행하는 것이 좋다. 또한 입자도 분포 및 평균입자지름은 레이저해석법 등을 이용하여 측정할 수 있다.

분쇄가 종료하면 분쇄매체와 원료슬러리를 분리하고, 또한 슬러리 내의 용매를 증발시키는 것에 의해 도전성 세라믹분말이 얻어진다. 이 도전성 세라믹분말이 왁스나 수지에 의해 구성되는 바인더를 혼합하여 얼리고, 또한 이 혼합하여 얼린 물질을 일정치수로 펠레타이징(pellitizing)하는 것으로 사출성형용 화합물을 얻을 수 있다.

한편 세라믹본체(13)를 형성하는 세라믹분말에는 소정량의 바인더가 첨가되고, 그 후 이것을 금형프레스 성형하는 것에 의해 제 4도(a)에 도시하는 상하 다른 모양의 분할 예비성형체(36), (37)가 된다. 이들 분할예비성형체(36), (37)은 상기 일체 성형체(35)에 대응한 형상의 요입부(38)가 그 마주대는 면(39a)에 형성되어 있다. 이어서 이 요입부(38)에 일체성형체(35)를 수용하고, 분할예비성형체(36),(37)을 이형에 맞춘 면(39a)에 있어서 형을 맞추고 있다. 그리고 제 5도(a)에 도시하는 바와 같이 그 상태에서 이들 분할예비 성형체(36), (37) 및 일체성형체(35)를 금형(61)의 캐비티(61a)안에 수용하고, 펀치(62), (63)을 이용하여 프레스 · 압축하는 것에 의해 제 5도(b) 및 제 6도(a)에 도시하는 바와 같이 이들이 일체화된 복합성형체(39)가 형성된다. 여기서 그 프레스방향은 분할예비성형체(36), (37)의 마주대하는 면(39a)에 대해 거의 직각으로 설정된다.

이리하여 얻어진 복합성형체(39)는 우선 바인더성분 등을 제거하기 위해 소정의 온도(예를들면 약 800℃)로 임시로 태우고, 제 6도(b)에 도시하는 가소체(39')가 된다. 이어서 제 5도(b)에 도시하는 바와 같이 가소체(39')가 그라파이트 등으로 구성된 핫 프레스(hot press)용 성형틀(65), (66)의 캐비티(65a), (66a)에 셋트된다. 가소체(39')는 로(64)내에서 양 성형틀(65), (66)의 사이에서 가압되면서 소정의 온도(예를들면 약 1800℃)에서 소성되는 것에 의해 제 6도(c)에 도시하는 바와 같은 소 성체(70)가 된다. 이때 제 4도(b)에 도시하는 도전성 세라믹분말 성형부(34)가 저항발열체(10)를 분할예비성형체(36), (37)가 세라믹본체(13)를 각각 형성하게 된다. 또한 각 전극재(30)는 각각 전극부(11) 및 (12)가 된다.

여기서 가소체(39')는 제 6도(b)에 도시하는 바와 같이 분할예비성형체(36), (37)의 마주대는 면(39a)을 따르는 방향으로 압축되면서 소성체(70)가 된다. 그리고 제 6도(c)에 도시하는 바와 같이 도전성 세라믹분말성형부(34)의 직선부(34b)는 그 원형상 단면이 상기 압축방향에 눌려 변형하는 것에 의해 타원형 상단면을 갖는세라믹발열체(10)의 직선부(10b)가 된다. 이어서 제 6도(d)에 도시하는 바와같이 소성체(70)의 외주면에 연마 등의 가공을 실시하는 것에 의해 세라믹본체(13)의 단면이 원형으로 정형되어 최종적인 세라믹히터(1)가 된다.

또한 도 7에 도시하는 바와 같이 세라믹본체분말의 성형체에 대해 도전성세라믹 분말의 페이스트를 이용하여 발열체형상을 패턴인쇄하고, 이를 소성하는 것에 의해 그 인쇄패턴을 소결하여 저항발열체(10)로 하도록 해도 좋다.

또한 본 발명의 세라믹히터는 글로 플러그에 한정되지 않고 버너착화용 또는 산소센서용 가열소자 등으로 사용할 수도 있다.

(실예)

상술한 방법에 의해 도 2에 도시하는 바와 같이 형상의 각종 세라믹히터(1)를 작성했다. 또한 저항발열체(10)에서 WC성분의 함유량을 30∼80중량%의 범위에서 조정했다(실시예1∼4). 또한 핫프레스 소성은 1750℃, 300kg/cm2에서 30분 행했다. 세라믹히터는 각 조성마다 2개씩 작성하고, 그 중 하나를 절단하여 그 저항발열체부분의 단면을 연마후, 주사전자현미경(다음 SEM이라고 함)을 이용하여 그 연마면에서 WC계 입자의 응집현황을 관찰함과 동시에 WC계 입자가 면적율(즉 체적비율)에 있어서 60% 이상 존재하고 있는 영역을 본 발명에서 말하는 편재부로 간주했다. 실시예 1∼4의 세라믹히터에 대해서는 그 편재부의 최대치수는 어느 것도 5㎛ 이하로 되고 있다. 한편 비교를 위해 WC성분이 30중량% 미만의 것 및 80중량%를 넘는 것(비교예 1 및 2)도 아울러 작성했다. 또한 이들 비교예 세라믹히터에 대해서는 WC계 입자의 편재부중 최대의 것이지만 크기가 5㎛를 넘도록 구체적으로 8∼10㎛가 되도록 설정되었다.

이들 세라믹히터에 대해 다음의 방법에 의해 통전내구성 실험을 행했다. 즉 세라믹히터에 대해 일정한 전압에 의해 통전하고 1400℃로 온도가 평형하게 되고나서 5분 유지한 후 통전을 정지하여 1분 유지하는 공정을 1싸이클로서 각 세라믹히터마다 이를 1000사이클 반복하고, 그 단계에서 1회째의 통전시보다도 150℃이상의 발열온도의 저하가 보여지는 것을 불량, 그렇지 않은 것을 양호로 하는 것으로 판정했다. 결과를 표 1에 도시한다.

[표 1]

즉 실시예의 세라믹히터에 대해서 어느 것도 양호한 통전내구성을 도시한 것에 대해 비교예 1의 세라믹히터는 통전내구성이 불충분하였다. 이것은 비교예 1의 세라믹히터에 있어서는 WC함유량이 너무 많아 소결이 충분히 진행하지 않은 결과 저항발열체는 그 강도가 부족하고, 덧붙여서 WC입자의 편재부의 치수가 큰 것으로부터 그 주위부분과의 사이에서 열팽창계수차에 의거하여 비교적 큰 응력이 발생하고, 저항발열체가 파손·단선에 이르기 위함이라고 추측된다. 한편 WC함유량의 적은 비교예 2의 세라믹히터에 대해서는 전기저항이 너무 높고 충분한 발열을 얻을수 없었다.

도 8은 실시예 3의 세라믹히터의 저항발열체 부분의 SEN조직사진을 도시한다(배율은 도면 중에 기재하고 있다). 조직중 하얗게 표시되는 부분이 WC계, 입자에 검게 표시되는 부분이 Si₃N₄계 기질에 대응하고 있다. WC계 입자는 비교적 균일하게 분산하고 있고 5㎛를 넘는 편재부는 관찰되지 않는다. 한편 도 9는 비교예 1의 세라믹히터의 저항발열체 부분의 SEM조직 사진을 도시하고 있고, WC계 입자가 상당히 큰 편재부(치수 10㎛정도)가 형성되고 있는 것을 알 수 있다.

[발명의 구성]

이상과 같이 본 발명은 세라믹기본체 중에 세라믹도전재료로된 저항발열체를 매설한 세라믹히터에 관한 것으로서, 세라믹도전재료는 매트릭스 세라믹 상(相) 중에 도전성 세라믹상 입자가 분산된 구조를 가지고, 또한 이 도전성 세라믹상을 30∼80 중량%의 범위로 함유한다. 또, 세라믹 도전재료의 일단면에 있어서 임의 반경의 가상원을 상정하고, 이 원내에 있어서의 도전성 세라믹상입자의 면적비율이 60% 이상이 되는 경우에 이 원으로 둘러싸인 영역을 도전성 세라믹상 입자의 편재부(偏在部)로 정의하고, 그 편재부의 최대지름이 5㎛를 초과하지 않는 것이 된다.

본 발명은 저항발열체를 구성하는 도전성 세라믹재료 중에 상술한 바와같은도전성 세라믹상 입자의 편재부의 최대지름이 5㎛를 초과하지 않도록 설정하는 것으로 히터에 대하여 가열, 냉각의 싸이클을 반복하여 가한 경우에 저항발열체의 내구성이 현저히 향상된다.

Claims

세라믹본체와;

상기 세라믹본체에 매설되는 세라믹 도전재를 포함하고, 이 세라믹 도전재가 매트릭스 세라믹 상(相)과 이 세라믹 상에 30 ∼ 80중량% 범위에서 분산되는 도전재 세라믹 상 입자를 함유하는 저항발열체를 ; 구비하고,

한 영역이 최소한 60%의 도전 세라믹 상 입자를 포함하면, 이 영역을 편재부로 간주하고,

저항발열체 내에서 열 유도 응력이 저항발열체가 없는 곳 보다 낮도록 하는 상기 편재부의 최대 허용치수는 그 최대지름이 5㎛ 인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제 1항에 있어서,

상기 도전재 세라믹 상은 W, Ta, Nb, Ti, Mo, Zr, Hf, V 및 Cr의 규화물, W, Ta, Nb, Ti, Mo, Zr, Hf, V 및 Cr의 탄화물, W, Ta, Nb, Ti, Mo, Zr, Hf, V 및 Cr의 붕화물, W, Ta, Nb, Ti, Mo, Zr, Hf, V 및 Cr의 질화물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제2항에서 있어서,

상기 도전재 세라믹 상은 WC, Mo₅Si₃및 MoSi₂중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제1항에 있어서,

상기 세라믹본체는 Si₃N₄및 AlN 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제 1항에 있어서,

상기 매트릭스 세라믹 상은 Si₃N₄및 AlN 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제 1항에서 있어서,

상기 도전재 세라믹 상은 50 - 70 중량% 범위에서 상기 도전재 세라믹 상을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터
제1항에 있어서,

상기 저항발열체는 0.8 - 10.5 중량% 범위에서 소결조제를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제 1항에 있어서,

상기 세라믹본체는 4 - 15중량% 범위에서 소결조제를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.