KR101288342B1 - 다공성 탄화규소 발열체의 제조방법 - Google Patents
다공성 탄화규소 발열체의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101288342B1 KR101288342B1 KR1020110089678A KR20110089678A KR101288342B1 KR 101288342 B1 KR101288342 B1 KR 101288342B1 KR 1020110089678 A KR1020110089678 A KR 1020110089678A KR 20110089678 A KR20110089678 A KR 20110089678A KR 101288342 B1 KR101288342 B1 KR 101288342B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- silicon carbide
- heating element
- porous silicon
- producing
- carbide heating
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 94
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 76
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 36
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 17
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 13
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 12
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000626 liquid-phase infiltration Methods 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 2
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims description 2
- 238000001802 infusion Methods 0.000 claims 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 20
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 16
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 abstract description 14
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical group N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 2
- HMUNWXXNJPVALC-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)C(CN1CC2=C(CC1)NN=N2)=O HMUNWXXNJPVALC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CONKBQPVFMXDOV-QHCPKHFHSA-N 6-[(5S)-5-[[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]methyl]-2-oxo-1,3-oxazolidin-3-yl]-3H-1,3-benzoxazol-2-one Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)C[C@H]1CN(C(O1)=O)C1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1 CONKBQPVFMXDOV-QHCPKHFHSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000012770 industrial material Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
- H05B3/148—Silicon, e.g. silicon carbide, magnesium silicide, heating transistors or diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B1/00—Details of electric heating devices
- H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
- H05B1/0227—Applications
- H05B1/0252—Domestic applications
- H05B1/0275—Heating of spaces, e.g. rooms, wardrobes
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
- H05B3/146—Conductive polymers, e.g. polyethylene, thermoplastics
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
본 발명은 다공성 고분자폼을 이용하여 다공성 탄화규소를 형성함으로써, 적외선 복사 효율이 높고, 고온 안정성 및 내구성이 우수한 탄화규소를 라디에이션 히터 등에 적용될 수 있는 다양한 형상의 발열체로 효과적이고 경제적으로 제조할 수 있는 다공성 탄화규소 발열체의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 라디에이션 히터 등의 발열체 형성에 있어서, 경도가 높아 절삭이나 연마 등의 가공이 어려운 탄화규소 소재를 직접 가공하지 않고 가공 및 재단 등이 용이한 다공성 고분자 폼을 이용함으로써, 열효율성이 우수한 다공성 탄화규소 발열체를 최적화된 형태로 용이하고 경제적으로 제조할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 다공성 탄화규소 발열체는 기공 구조를 가져 연료가스 연소시 불꽃에 의한 가열이 순간적으로 이루어지고, 연료가스의 완전연소를 유도할 수 있으며, 불꽃의 역화 현상을 방지하여 기공 내에서 연소가 이루어지게 됨으로써 매우 우수한 열효율성을 갖는다.
Description
본 발명은 다공성 탄화규소 발열체의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적외선 복사 효율, 고온 안정성 및 내구성이 우수하고, 경제적이고 용이하게 라디에이션 히터 등에 적용될 수 있는 다공성 탄화규소 발열체의 제조방법에 관한 것이다.
최근 환경 및 에너지에 대한 관심이 높아지면서 적외선을 이용한 효율적인 라디에이션 히터 개발이 요구되고 있다. 특히, 적외선을 이용한 라디에이션 히터는 개인 난방 또는 공공장소의 난방, 제지 또는 염색 산업의 대면적 균일 건조기, 유리 제품을 포함한 산업 자재의 어닐링로(annealing furnace), 고온열처리용 로, 쿠킹 오븐, 의류 또는 의학 장비 등 민수산업 전반에 널리 응용되고 있다.
일반적으로 적외선 라디에이션 히터는 에너지원과 발열체의 소재에 따라 다양하게 이용되며, 에너지원에 따라 크게는 전기식 히터(electric type IR heater), 가스식 히터(gas type heater using buring gas), 및 열매체 히터(heat medium type using steam and oil)로 구분될 수 있다. 이 중에서, 특히 가스식 히터는 대면적 가열이 가능하고, 상대적으로 낮은 가격에 운용할 수 있는 장점이 있어 개인용이나 가정용뿐만 아니라 산업계에서도 관심의 대상이 되고 있다. 가스식 라디에이션 히터는 LPG, 부탄 등 연료가스의 직접 연소에 의한 가열방식으로, 이 경우 연료가스가 자유 불꽃(free flame) 형태로 공기 중에서 연소되는데, 연소 영역이 좁아 연료 낭비가 심하고 불완전 연소에 의해 NOx 등 환경 오염 물질이 발생하는 문제점이 있다. 반면에, 다공성 세라믹판과 같은 발열체를 통과시키는 경우 믹싱 챔버 내부에서 공기와 연료가스가 적절하게 혼합된 가스를 다공성 발열체 내부로 스며들게 하여 연소가 이루어지므로, 대부분의 연소는 화학양론적인 완전 연소이며, 이 때 발생하는 산화 엔탈피는 다공성 발열체를 순간적으로 달구어 강한 라디에이션을 일으키게 된다. 이 경우 라디에이션은 적외선 복사(infraredradiation, IR)가 주를 이룬다. 또한, 연속적인 가스의 도입은 달구어진 다공성 세라믹의 상층부에서 자발적인 연소를 통한 연속적인 열복사를 일으킨다. 이러한 형태의 라디에이션 히터나 버너는 자유 불꽃을 이용하는 일반 버너와 달리 연료 사용량, 에너지 효율, 친환경적 측면에서 큰 이점을 가져 다양한 형태로의 개발 및 상용화 시도가 계속되고 있다.
라디에이션 발열체의 소재는 적외선 복사의 방사율과 발열체의 형상화 방법에 따라 구분될 수 있으며, 대표적으로는 각종 금속산화물계 세라믹과 탄화규소(SiC)와 같은 비산화물계 산화물을 포함한다. 한편, 온도가 1000℃ 이상인 히터의 발열체 표면에서는 라디에이션 피크의 파장이 2~3 ㎛가 되어야 하나, 기존 발열체 소재인 실리카나 알루미나의 경우 방사율(emissivity)이 이에 미치지 못하므로 방사효율은 12~13% 정도에 지나지 않는다. 반면에, SiC는 1000℃ 이상에서 내열 특성이 우수하고, 방사율이 0.9~1.0으로 NIR(near infrared) 영역에 있으며, 가시광 영역에서도 방사율이 높기 때문에 검은색으로 나타난다(black body effect). 이러한 특성에 의하여 SiC는 다른 세라믹 소재에 비하여 30% 이상 높은 라디에이션 효율을 나타내는 것으로 알려졌다.
그러나, SiC는 난소결성 세라믹 소재로서, 파우더 형태의 원료로부터 제조하는 경우 2200℃ 이상의 높은 소결온도를 필요로 하며, 에너지 효율을 향상시키기 위한 다양한 형상으로 제조하기가 매우 어려운 문제가 있다. 이러한 이유로, 기존의 전기저항식 SiC 히터 제품의 형상은 단순한 원판형 또는 봉형으로 한정되어 있다. 한편, 최근 가스 라디에이션 버너용 발열체로 섬유 부직포상의 SiC 소재가 이용되고 있으며, 이는 히터판(heating plate)의 비표면적을 크게 향상시켜 에너지 효율, 내산화성, 열복사 효율이 우수하고, 완전 연소를 유도하여 친환경적 관점에서도 부합될 수 있다. 그러나, 아직 원료의 상용화가 이루어지지 못하였으며, SiC 섬유의 민수 응용이 여의치 않은 상태에 있다.
따라서, 적외선 복사 효율, 고온 안정성 및 내구성이 우수한 SiC 소재를 다양한 형태의 히터 발열체로 제조할 수 있는 효과적이고 용이한 방법이 여전히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 다공성 고분자폼을 이용하여 다공성 탄화규소를 형성함으로써, 적외선 복사 효율이 높고, 고온 안정성 및 내구성이 우수한 탄화규소를 라디에이션 히터 등에 적용될 수 있는 다양한 형태 및 크기를 갖는 발열체로 효과적이고 경제적으로 제조할 수 있는 다공성 탄화규소 발열체의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태는 고분자폼을 소정 형태 및 크기로 가공하는 단계; 가공된 고분자폼을 불융화처리하는 단계; 불융화처리된 고분자폼을 탄화시켜 탄소 소재로 변환시키는 단계; 및 탄소 소재를 반응소결공정에 의하여 탄화규소 소재로 변환시키는 단계를 포함하는 다공성 탄화규소 발열체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 이와 같은 방법에 의하여 제조된 다공성 탄화규소 라디에이션 발열체를 제공한다.
본 발명에 따르면, 라디에이션 히터 등의 발열체 형성에 있어서, 경도가 높아 절삭이나 연마 등의 가공이 어려운 탄화규소 소재를 직접 가공하지 않고 가공 및 재단 등이 용이한 다공성 고분자 폼을 이용함으로써, 열효율성이 우수한 다공성 탄화규소 발열체를 최적화된 형태로 용이하고 경제적으로 제조할 수 있다.
이와 같이 형성된 다공성 탄화규소 발열체는 기공 구조를 가져 연료가스 연소시 불꽃에 의한 가열이 순간적으로 이루어지고, 연료가스의 완전연소를 유도할 수 있으며, 불꽃의 역화 현상을 방지하여 기공 내에서 연소가 이루어지게 됨으로써 매우 우수한 열효율성을 나타낼 수 있다.
따라서, 종래 라디에이션 히터 제조시에 요구되던 탄화규소 소재의 가공 등에 따른 긴 제조 시간 및 추가적인 제조 공정 등의 문제점을 제거함으로써, 제조비용을 낮추면서도 열복사 효율이 우수하고 친환경적 측면에서도 유리한 라디에이션 히터를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다공성 탄화규소 발열체의 사진(a: 정면도, b: 측면도).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다공성 탄화규소 발열체를 라디에이션 히터에 적용하고 작동시킨 경우, 발열온도를 나타내는 도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다공성 탄화규소 발열체의 무게 및 발열온도를 나타내는 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다공성 탄화규소 발열체를 라디에이션 히터에 적용하고 작동시킨 경우, 발열온도를 나타내는 도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다공성 탄화규소 발열체의 무게 및 발열온도를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 일 형태는 고분자폼을 소정 형태 및 크기로 가공하는 단계; 가공된 고분자폼을 불융화처리하는 단계; 불융화처리된 고분자폼을 탄화시켜 탄소 소재로 변환시키는 단계; 및 탄소 소재를 반응소결공정에 의하여 탄화규소 소재로 변환시키는 단계를 포함하는 다공성 탄화규소 발열체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 형태에 따른 다공성 탄화규소 발열체 제조에 있어서 출발물질인 고분자폼은 고분자 수지에 발포제를 가하여 발포 경화시켜 형성된 다공질 물질로, 원료인 고분자 수지에 따라 다양하게 제품화되어 당업계에서 널리 이용되고 있다.
본 발명에 이용될 수 있는 고분자폼은 열처리에 의하여 탄화될 수 있는 것이면 특히 제한되지 않으나, 탄화수율 측면에서 페놀폼, 우레탄폼 및 에폭시폼으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
고분자폼의 기공 크기 및 기공 벽면의 두께는 제한되지 않으며, 최종적으로 제조되는 다공성 탄화규소 발열체의 적용을 고려하여 라디에이션 히터 연료의 완전 연소를 유도하고, 연료 연소시 불꽃에 의한 가열이 순간적으로 이루어질 수 있도록 적절히 선택될 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 다공성 탄화규소 발열체 제조를 위하여, 먼저 고분자폼을 소정 형태 및 크기로 가공한다.
가공은 최종적으로 제조되는 다공성 탄화규소 발열체의 형태 및 크기에 따라 고분자폼의 형태 및 크기를 형성하는 것을 포함한다. 예를 들어, 재단, 절삭, 연마, 부착, 표면처리 등의 방법에 의하여 고분자폼의 크기, 두께, 형상, 굴곡 등을 적절하게 조절하여 다공성 탄화규소 발열체의 형태에 상응하는 소정 형태 및 크기를 갖도록 형성할 수 있다.
고분자폼의 형태 및 크기는 제한되지 않으며, 다공성 탄화규소 발열체가 이용되는 라디에이션 히터 연료의 완전 연소를 유도하고, 연료분사구쪽으로 불꽃이 진행되는 역화가 일어나지 않도록 적절하게 선택될 수 있다.
또한, 고분자폼은 기공 크기가 상이한 2종 이상을 적층하여 이용함으로써, 기공 크기의 차이를 통하여 다공성 탄화규소 발열체가 적용되는 라디에이션 히터 연료가스의 확산 양태를 조절할 수 있다.
다음으로, 소정 형태 및 크기로 가공된 고분자폼을 불융화처리한다. 불융화처리는 후속되는 열처리 과정에서 고분자폼의 용융을 방지하여 가공된 형태 및 크기를 유지할 수 있도록 하기 위하여 이루어진다. 즉, 고분자폼을 이루는 고분자를 열경화성으로 전환시킴으로써, 후속 열처리 과정에서 용융되지 않도록 하는 것이다.
일 실시예에서, 불융화처리는 가공된 고분자폼을 인산 용액에 30~120분 동안 담지하는 단계; 및 80~110℃의 공기 분위기에서 건조하는 단계를 포함한다.
인산 용액은 30~60중량% 농도의 인산 수용액인 것이 바람직하다. 인산 용액의 농도가 30중량% 미만인 경우에는 가교반응이 충분히 일어나지 않을 우려가 있으며, 60중량%를 초과하는 경우에는 인산 자체의 높은 점도로 인하여 취급이 용이하지 않다.
인산 용액에의 담지 시간은 30~120분인 것이 바람직하며, 담지 시간이 30분 미만인 경우에는 가교반응에 의한 분자 재배열이 충분히 일어나지 않아 고분자폼을 이루는 고분자가 열경화성으로 전환되는데 문제가 있으며, 담지 시간이 120분을 초과하는 경우에는 시간 증가에 따른 이점을 기대하기 어렵고, 오히려 물성 저하 등의 우려가 있다.
이와 같이 고분자폼을 인산 용액으로 처리함으로써 가교반응에 의한 분자 재배열을 유도하여 고분자폼을 이루는 고분자를 열경화성으로 전환시킬 수 있다.
다음으로, 불융화처리된 고분자폼을 탄화시켜 탄소 소재로 변환시킨다.
탄화는 불융화처리된 고분자폼을 900~1200℃의 온도에서 열처리함으로써 이루어질 수 있다. 탄화시 열처리 온도가 900℃ 미만인 경우에는 충분한 탄화가 이루어지지 않아 탄소 소재로의 변환이 제대로 이루어지지 않거나 열처리 시간이 지나치게 길어질 우려가 있으며, 열처리 온도가 1200℃를 초과하는 경우에는 900~1200℃의 온도 범위에서 처리한 탄소 소재와 화학적, 물리적 차이가 없어 이점을 기대하기 어렵고, 오히려 공정 비용이 상승할 우려가 있다.
탄화를 위한 열처리는 불활성 분위기 또는 진공 분위기에서 이루어지는 것이 바람직하다. 불활성 분위기는 예를 들어, 질소 가스나 아르곤 가스 분위기이다.
다음으로, 이와 같이 변환된 탄소 소재를 반응소결공정에 의하여 탄화규소 소재로 변환시킨다.
반응소결공정은 1400~1600℃의 온도에서 실리콘을 용융침투(Melt Infiltration; MI) 또는 화학기상침투(Chemical Vapor Infiltration; CVI)시킴으로써 이루어질 수 있다.
용융침투 및 화학기상침투는 당업계에 널리 공지되어 있으며, 당업자는 구체적인 공정조건을 적절하게 선택할 수 있다.
반응소결 온도가 1400℃ 미만인 경우에는 충분한 반응이 이루어지지 않아 탄화규소 소재로의 변환이 제대로 이루어지지 않거나, 반응 시간이 지나치게 길어질 우려가 있으며, 반응소결 온도가 1600℃를 초과하는 경우에는 기화된 Si가 과다하게 발생하여 SiC로 전환되는 양이 적고, 오히려 온도 상승에 따른 공정 비용이 증가하게 되는 단점이 있다.
반응소결공정은 불활성 분위기 또는 진공 분위기에서 이루어지는 것이 바람직하다. 불활성 분위기는 예를 들어, 질소 가스나 아르곤 가스 분위기이다.
이와 같은 반응소결공정에 의하여 탄소 소재를 탄화규소 소재로 변환시킴으로써, 다공질의 탄화규소 발열체를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 출발물질인 고분자폼으로 기공 크기가 상이한 2종 이상을 적층하여 이용한 경우, 이로부터 형성되는 탄화규소 소재는 기공 크기가 상이한 2 이상의 층이 적층된 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 기공 크기가 상이한 층 구조를 가짐으로써 라디에이션 히터 등에 적용되는 경우 연료가스의 확산 양태를 원하는 대로 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면 짧은 작업시간에 단순한 제조 공정에 의하여 원하는 라디에이션 히터의 발열체 형태 및 특성에 따라 다공성 탄화규소 발열체를 정교한 형태 및 크기로 쉽게 제조할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 다공질 탄화규소 발열체는 라디에이션 히터용으로 이용될 수 있으며, 기공을 갖는 형태의 최적화를 통하여 연료가스의 연소시에 불꽃에 의한 가열이 순간적으로 이루어지고 연료가스의 완전 연소를 유도할 수 있어 열효율성이 매우 높고, 전체적으로 균일한 열복사 효과를 나타낼 수 있으며, 강도 등의 물리적 특성도 우수하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
1. 다공성 탄화규소 발열체의 제조
기공크기 2~6 ㎜의 페놀폼을 지름 180~200 ㎜, 두께 5~12 ㎜의 원판형으로 재단하였다. 재단된 페놀폼을 인산 수용액(50중량% 농도)에 80분 정도 담지한 후에, 80~110℃의 공기 분위기 건조기 내에서 건조시켰다. 이어서, 불활성 분위기하에서 900~1200℃의 온도로 열처리하여 탄화시켜 탄소 소재로 변환시켰다. 이어서, 불활성 분위기하, 1400~1600℃의 온도에서, 변환된 탄소 소재에 실리콘을 용융침투 또는 화학기상침투시켜 반응소결함으로써, 탄화규소 소재로 변환시켜, 다공성 탄화규소 발열체를 제조하였다.
도 1은 이와 같이 제조된 다공성 탄화규소 발열체의 사진이다. 제조된 다공성 탄화규소 발열체는 기공의 크기가 1~4 ㎜이고, 기공 벽면의 두께는 0.5 ㎜ 이하이었다. 본 발명에 따라 제조된 다공성 탄화규소 발열체는 이러한 기공 구조를 가짐으로써, 라디에이션 히터에 적용되는 경우 연료가스의 연소시 불꽃에 의한 가열이 순간적으로 이루어지고, 연료가스의 완전 연소를 유도하며, 불꽃의 역화 현상이 나타나지 않고 기공 내에서 연소가 이루어질 수 있다.
2. 다공성 탄화규소 발열체가 적용된 라디에이션 히터의 작동 및 발열온도 측정
상기 제조된 다공성 탄화규소 발열체를 가스 연료를 사용하는 라디에이션 히터의 발열체로 적용한 후, 히터를 작동하여 발열온도를 측정하였으며, 그 결과를 도 2에 나타낸다.
도 2로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 연료 가스의 연소에 의해 다공성 탄화규소 발열체가 적열(붉은 색을 띠며 가열)되고, 적열된 부근의 최고 온도는 791℃로 상대적으로 높은 온도를 나타내었다. 또한, 발열체의 지점별 온도 편차는 약 10℃로 비교적 균일한 가열이 이루어지고 있음을 확인할 수 있었다.
이로부터, 본 발명에 따른 다공성 탄화규소 발열체는 발열온도가 높고, 동시에 온도편차가 낮은 균일한 발열특성을 가져, 열효율성이 우수한 것을 알 수 있다.
3. 다공성 탄화규소 발열체의 무게와 발열온도 측정
하기와 같이, 기공 크기 및 두께를 달리하여 원판형의 다공성 탄화규소 발열체를 제조하였다.
| 기공 크기 | 발열체 지름 | 발열체 두께 | |
| 실시예 1 | 3~4 ㎜ | 188 ㎜ | 10.2 ㎜ |
| 실시예 2 | 1~1.5 ㎜ | 188 ㎜ | 10.4 ㎜ |
| 실시예 3 | 1~1.5 ㎜ | 188 ㎜ | 5.4 ㎜ |
| 실시예 4 | 3~4 ㎜ | 188 ㎜ | 5.5 ㎜ |
| 실시예 5 | 1~1.5 ㎜/3~4 ㎜ | 188 ㎜ | 12.3 ㎜(6.2 ㎜/6.1 ㎜) |
*실시예 5는 기공크기가 상이한 2층이 접합된 적층구조임.
상기 제조된 다공성 탄화규소 발열체를 가스 연료를 사용하는 라디에이션 히터의 발열체로 적용한 후, 히터를 작동하여 발열온도 및 온도를 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타낸다.
도 3으로부터, 무게가 작은 실시예 3이 가장 높은 표면온도를 나타내었고, 무게가 증가할수록 표면온도가 낮아지는 것을 알 수 있었다. 이는 다공성 탄화규소 발열체의 무게가 작으면 이에 비례하여 비열도 작아지므로, 비열 이상으로 전달된 열을 적열된 상태로 외부에 라디에이션시키기 때문이다.
한편, Shott사로부터 시판되는 라디에이션용 SiC 플레이트(지름 188 ㎜, 두께 3.2 ㎜)는 동일한 조건에서 표면 최고온도가 744℃이었다. 그러나, 상기 Shott사 제품은 SiC 섬유를 플레이트 형상으로 복합화하는 것으로 복잡한 제조공정을 필요로 하는데 반하여, 본 발명은 짧은 작업시간에 단순한 제조 공정에 의하여 원하는 라디에이션 히터의 발열체 형태 및 특성에 따라 다공성 탄화규소 발열체를 정교한 형태 및 크기로 쉽게 제조할 수 있다.
상기 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
Claims (12)
- 고분자폼을 소정 형태 및 크기로 가공하는 단계;
가공된 고분자폼을 불융화처리하는 단계;
불융화처리된 고분자폼을 탄화시켜 탄소 소재로 변환시키는 단계; 및
탄소 소재를 반응소결공정에 의하여 탄화규소 소재로 변환시키는 단계를 포함하며,
상기 불융화처리는,
가공된 고분자폼을 인산 용액에 30~120분 동안 담지하는 단계; 및
80~110℃의 공기 분위기에서 건조하는 단계를 포함하는
다공성 탄화규소 발열체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자폼은 기공 크기가 상이한 2종 이상을 적층한 것인
다공성 탄화규소 발열체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자폼은 페놀폼, 우레탄폼 및 에폭시폼으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인
다공성 탄화규소 발열체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 인산 용액은 30~60중량% 농도의 인산 수용액인
다공성 탄화규소 발열체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 탄화는 상기 불융화된 고분자폼을 900~1200℃의 온도에서 열처리함으로써 이루어지는
다공성 탄화규소 발열체의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 열처리는 불활성 분위기 또는 진공 분위기에서 이루어지는
다공성 탄화규소 발열체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 반응소결공정은 1400~1600℃의 온도에서 실리콘을 용융침투(Melt Infiltration; MI) 또는 화학기상침투(Chemical Vapor Infiltration; CVI)시킴으로써 이루어지는
다공성 탄화규소 발열체의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 반응소결공정은 불활성 분위기 또는 진공 분위기에서 이루어지는
다공성 탄화규소 발열체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 탄화규소 소재는 기공 크기가 상이한 2 이상의 층이 적층된 구조를 갖는
다공성 탄화규소 발열체의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 발열체는 라디에이션 히터용으로 이용되는
다공성 탄화규소 발열체의 제조방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 다공성 탄화규소 발열체.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110089678A KR101288342B1 (ko) | 2011-09-05 | 2011-09-05 | 다공성 탄화규소 발열체의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110089678A KR101288342B1 (ko) | 2011-09-05 | 2011-09-05 | 다공성 탄화규소 발열체의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130026198A KR20130026198A (ko) | 2013-03-13 |
| KR101288342B1 true KR101288342B1 (ko) | 2013-07-22 |
Family
ID=48177580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110089678A KR101288342B1 (ko) | 2011-09-05 | 2011-09-05 | 다공성 탄화규소 발열체의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101288342B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117617556A (zh) * | 2022-08-18 | 2024-03-01 | 深圳市合元科技有限公司 | 雾化器、电子雾化装置、雾化组件及制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100620493B1 (ko) * | 1998-08-07 | 2006-09-05 | 가부시키가이샤 브리지스톤 | 탄화규소소결체 및 그 제조방법 |
-
2011
- 2011-09-05 KR KR1020110089678A patent/KR101288342B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100620493B1 (ko) * | 1998-08-07 | 2006-09-05 | 가부시키가이샤 브리지스톤 | 탄화규소소결체 및 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130026198A (ko) | 2013-03-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20170087380A (ko) | 마이크로웨이브를 이용한 탄화규소 섬유 발열체 및 이를 이용한 발열장치 | |
| CN105130474B (zh) | 一种耐火材料及其制备方法 | |
| CN105541363A (zh) | 一种高温复合材料及制备方法 | |
| CN1307121C (zh) | 利用电磁加工陶瓷的方法 | |
| CN101389914A (zh) | 热处理炉 | |
| KR101288342B1 (ko) | 다공성 탄화규소 발열체의 제조방법 | |
| Yajima et al. | SiC and Si3N4 sintered bodies with new borodiphenylsiloxane polymers as binder | |
| CN107673761A (zh) | 一种大规格致密碳化硅陶瓷板的制备方法 | |
| CN107056266A (zh) | 坭兴陶烹饪器皿的制作工艺 | |
| CN107586472A (zh) | Htee系列高温窑炉专用红外辐射涂料 | |
| AU5678800A (en) | Method of producing dental ceramics and furnace for heat-treating dental ceramics | |
| KR20030091175A (ko) | 세라믹 발열체 및 그 제조방법 | |
| CN104374192A (zh) | 多功能陶瓷烧成窑炉及其瓷器的制成方法 | |
| CN106288785A (zh) | 一种陶瓷刀具用多腔体微波烧结保温装置 | |
| KR100415329B1 (ko) | 석탄재를 이용한 벽돌 및 바닥재의 제조방법 | |
| WO2005027575A3 (en) | Method of microwave processing ceramics and microwave hybrid heating system for same | |
| KR102173956B1 (ko) | 세라믹 장섬유를 이용하는 적외선 발열체 및 그 제조방법 | |
| KR102026200B1 (ko) | 적층형 세라믹 히터를 위한 그린시트 및 그 제조방법 | |
| JP5187579B2 (ja) | 炭化珪素発熱体端部の製造方法 | |
| KR101734472B1 (ko) | 마이크로웨이브를 이용한 탄화규소 섬유 발열체 및 이를 이용한 발열장치 | |
| KR101402773B1 (ko) | 불소성 내화벽돌의 제조방법 | |
| RU2818057C1 (ru) | Шихта для получения композиционного материала на основе дисилицида молибдена | |
| JPH1055877A (ja) | 電気ヒーター | |
| EP0432794A1 (en) | Silicon carbide composite structure in use for cooking in a microwave oven | |
| JPH0416439B2 (ko) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160902 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170717 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |