KR101546113B1 - 사출 성형된 ｐｔｃ 세라믹 - Google Patents

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Abstract

사출 성형 몸체는 10 ppm 미만의 금속성 불순물을 함유하고 정(+)의 온도 계수를 갖는 세라믹 재료를 포함한다. 상기 사출 성형 몸체를 제조하는 방법은 10 ppm 미만의 금속성 불순물을 함유하는 사출 성형용 공급원료를 제공하는 단계, 상기 공급원료를 성형틀에 주입하는 단계, 바인더를 제거하는 단계, 상기 성형 몸체를 소결하는 단계, 및 상기 성형 몸체를 냉각하는 단계;를 포함한다.

Description

사출 성형된 ＰＴＣ 세라믹{INJECTION MOLDED PTC―CERAMICS}
본 개시물은 사출 성형 몸체에 관한 것으로, 상기 사출 성형 몸체는 적어도 특정 범위의 온도에서 정 온도 계수(positive temperature coefficient, PTC)를 갖는 세라믹 재료를 포함한다.
세라믹 재료를 포함하는 성형 몸체는 다양한 범위에서 적용되기에 적당하다. 특히, 세라믹 재료의 내화성 때문에, 많은 세라믹 재료들이 고온의 환경에서 유리하게 사용될 수 있다. 또한, 적어도 특정 범위의 온도에서 정 온도 계수(PTC)를 갖는 세라믹 성분들로 인해, 그러한 환경의 온도는 조절될 수 있다.
세라믹 재료의 PTC-효과는 온도(T)의 함수로서 전기 저항(ρ)의 변화량을 포함한다. 특정의 온도 범위에서는 온도(T)가 증가함에 따른 상기 저항(ρ)의 변화량이 작은 반면에, 이른바 퀴리 온도(Curie-temperature, TC)에서는 온도가 증가함에 따라 상기 저항(ρ)도 빠르게 증가한다. 두 번째 온도 범위에서, 주어진 온도에서 저항의 상대적인 변화량을 나타내는 온도 계수는 50%/K 내지 최대 100%/K의 범위일 수 있다.
세라믹 재료를 포함하는 성형 몸체는 다양한 기술에 의해 형성될 수 있다. 압출 기술에서, 세라믹 재료를 포함하는 성형가능한 덩어리는 형판을 통해 압축된다. 결과적으로, 상기 압축에 의해 형성된 성형 몸체는, 상기 형판의 단면에 매칭되는 축 그리고 이러한 축에 수직한 단면을 나타낸다. 건조 분말 압축(dry powder pressing) 기술에서, 세라믹 재료를 포함하는 분말은 성형 몸체로 압축된다. 이러한 기술을 적용함으로써, 간단한 기하학적 형태를 갖는 세라믹 몸체, 예를 들어 사각형 덩어리 형태의 몸체(block shaped body)가 생성될 수 있다.
본 발명은 사출 성형된 PTC―세라믹을 제공하고자 한다.
일 양태에서, PTC-세라믹을 사출 성형하는 방법을 설명한다. 이러한 방법에 의해, 거의 모든 종류의 복잡한 형태가 광범위하고 다양한 치수로 생성될 수 있다. 사출 성형 공정에서, 세라믹 재료를 포함하는 이른바 공급원료는 바람직한 형태의 몸체를 나타내는 성형틀에 주입된다. 주입 후에, 바인더를 제거하는 단계 및 소결하는 단계를 포함하는 프로세싱 단계가 고체의 성형 몸체를 수득하기 위해 수행된다.
제조 공정은, 성형 몸체가 PTC-효과의 유리한 성질 또는 PTC-효과의 특징적인 특성 중 적어도 일부를 나타내도록 설계된다. 상기 공정이 신중하게 수행되지 않으면, 25℃ 온도에서의 저항 ρ25는 더 높은 값으로 변화할 수 있다.
PTC-효과의 특징적인 특성을 유지하기 위해, PTC-세라믹 재료는 10 ppm(1백만분의 1) 미만의 금속성 불순물을 함유한다. PTC-세라믹 재료를 사출 성형하기에 적당한 공정은,
A) 10 ppm 미만의 금속성 불순물을 함유하는 사출 성형용 공급원료를 제공하는 단계,
B) 상기 공급원료를 성형틀에 주입하는 단계,
C) 바인더를 제거하는 단계,
D) 상기 성형 몸체를 소결하는 단계, 및
E) 상기 성형 몸체를 냉각하는 단계를 포함한다.
전체 공정이 진행되는 동안에, 금속성 불순물이 10 ppm 미만으로 제한되도록 공급이 이루어져야 한다. 이를 위해, 상기 공정 동안에 사용되고 세라믹 재료와 접촉하는 수단은 낮은 비율의 마모성을 가져야 하며, 상기 결과로 생성된 성형 몸체는 상기 마모에 의해 생성되는 금속성 불순물을 10 ppm 미만으로 포함한다. 성형틀 및 다른 수단은 경질의 재료로 코팅될 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 경질의 재료는 텅스텐 카바이드(tungsten carbide)와 같은 경질의 금속을 포함한다.
일 실시예에서, 단계 A)에서 적당한 공급원료는 세라믹 필러(ceramic filler) 및 상기 필러를 바인딩하는 매트릭스(또한, 바인더라고도 함)를 포함한다. 세라믹 필러는, 예를 들어 페롭스카이트-유형(perovskite-type)(ABO3)의 세라믹인 티탄산바륨(BaTiO3) 계열일 수 있다.
세라믹 필러는 하기와 같은 세라믹 구조를 가질 수 있으며,
Ba1 -x- yMxDyTi1 -a- bNaMnbO3
여기서, 파라미터들은 하기와 같이 정의된다:
x = 0 내지 0.5이며;
y = 0 내지 0.01이며;
a = 0 내지 0.01이며; 및
b = 0 내지 0.01임.
이러한 구조에서, M은 원자가가 2인 양이온(예를 들어, Ca, Sr 또는 Pb)을 나타내며, D는 원자가가 3 또는 4인 도너(donor)(예를 들어 Y, La 또는 희토류 원소)를 나타내며, 그리고 N은 원자가가 5 또는 6인 양이온(예를 들어 Nb 또는 Sb)을 나타낸다.
그러므로, 매우 다양한 종류의 세라믹 재료가 사용될 수 있으며, 이에 의해 상기 세라믹의 조성은, 상기 결과로 생성되며 소결된 세라믹에 대해 요구되는 전기적 특성에 따라 선택될 수 있다.
공급원료는, 매트릭스의 녹는점이 세라믹 필러의 녹는점보다 낮기 때문에 사출 성형될 수 있다.
일 실시예에 따라, 공급원료에서 매트릭스는 20 질량% 이하의 함량으로, 예를 들어 12 질량% 이하의 함량으로 포함된다. 이러한 함량은, 소결 전에 또는 소결되는 동안에 상기 매트릭스가 제거될 때, 상기 매트릭스의 비용 및 소모 시간을 감소시킨다. 나아가, 공급원료에서 매트릭스 재료의 낮은 함량은, 소모되는 동안에 치수의 변화 정도를 조절하도록 하고, 소결되는 동안에 공급원료가 감소하는 것을 줄이도록 할 것이다.
일 실시예에 따라, 매트릭스는, 왁스, 수지, 열가소성 수지 및 수용성 폴리머를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저분자량의 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리스티렌(polystyrene), 파라핀(paraffin), 미정질의 왁스, 몇몇 공중합체 및 셀룰로스가 상기 매트릭스에 함유될 수 있다. 또한, 상기 매트릭스는, 윤활유, 가소제, 및 항-산화제를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프탈레이트(phthalate) 가소제 또는 윤활유와 같은 스테아르산(stearic acid)이 상기 매트릭스에 함유될 수 있다.
공급원료에 있는 금속성 불순물은 Fe, Al, Ni, Cr 및 W를 포함할 수 있다. 상기 공급원료를 제조하는 동안에 사용되는 수단이 마모되기 때문에, 공급원료에 있는 금속성 불순물의 함량은, 서로 조합하거나 또는 각각으로 했을 경우, 10 ppm 미만이다.
일 실시예에서, 사출 성형용 공급원료를 제조하는 방법은, i) 소결에 의해 PTC-세라믹으로 변환될 수 있는 세라믹 필러를 제조하는 단계, ii) 상기 세라믹 필러와 상기 필러를 바인딩하는 매트릭스를 혼합하는 단계, 그리고 iii) 상기 필러 및 상기 매트릭스를 포함하는 과립(granulate)을 생성하는 단계를 포함한다.
전체 공정이 진행되는 동안에, 낮은 정도의 마모성을 갖는 수단이 사용되며, 상기 마모에 의해 생성되는 불순물을 10 ppm 미만으로 포함하는 공급원료가 제조된다.
따라서, 성형된 PTC-세라믹의 바람직한 전기적 특성을 감소시키지 않으면서, 마모에 의해 생성되는 금속성 불순물의 양이 작으며 사출 성형가능한 공급원료가 제조될 수 있다.
단계 i)에서, 세라믹 필러는, 적당한 원료를 혼합하고, 상기 혼합된 원료를 하소(calcinate)하고, 분말이 되도록 분쇄함으로써 제조될 수 있다. 약 2시간 동안 약 1100℃의 온도에서 수행될 수 있는 하소 단계 동안에, Ba1 -x- yMxDyTi1 -a- bNaMnbO3 구조의 세라믹 재료(x = 0 내지 0.5, y = 0 내지 0.01, a = 0 내지 0.01, 그리고 b = 0 내지 0.01임)가 형성되며, M은 원자가가 2인 양이온을 나타내며, D는 원자가가 3 또는 4인 도너를 나타내며, 그리고 N은 원자가가 5 또는 6인 양이온을 나타낸다. 이러한 세라믹 재료는 세라믹 필러를 수득하기 위해 분말로 분쇄되고 건조된다.
적당한 원료는 BaCO3, TiO2, Mn-함유 용액과 Y-이온 함유 용액(예를 들어 MnSO4 및 YO3 /2를 포함함), 그리고 SiO2, CaCO3, SrCO3, 및 Pb3O4의 그룹으로부터 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 원료 물질들로부터, 예를 들어, Ba0, 3290Ca0, 0505Sr0, 0969Pb0, 1306Y0, 005)(Ti0, 502Mn0, 0007)O1, 5045와 같은 조성물 중 페롭스카이트 구조를 포함하는 세라믹 재료가 제조될 수 있다. 이러한 세라믹 재료의 소결된 몸체는, 122℃ 온도의 TC, 그리고 - 소결되는 동안의 조건에 따라 변화하는 - 40 내지 200 Ω㎝ 범위의 저항을 갖는다.
본 방법을 실행함에 있어서, 단계 ii)가 100℃ 내지 200℃의 온도에서 수행된다. 먼저, 세라믹 필러 및 매트릭스를 실온에서 혼합한 후, 이러한 차가운 혼합물을 100℃ 내지 200℃의 온도, 예를 들어 120℃ 내지 170℃, 예를 들어 160℃로 가열된 뜨거운 혼합기에 투입한다. 상기 세라믹 필러 및 상기 필러를 바인딩하는 매트릭스는 뜨거운 혼합기에서 교반되어, 높은 온도에서 균일한 농도로 된다. 혼합기 또는 혼합 장치로서, 트윈-롤 밀(twin-roll mill) 또는 다른 교반/분쇄 장치가 사용될 수 있다.
트윈-롤 밀은, 대향하여-회전하며 속도가 다른 2개의 롤러들(조절가능한 닙(nip)을 구비함)을 포함하고, 세라믹 필러 및 매트릭스가 상기 닙을 통과할 경우에 상기 세라믹 필러 및 매트릭스 상에 강한 전단 응력을 부과할 수 있다. 나아가, 단일-스크류 또는 트윈-스크류 압출기 뿐만 아니라 볼 밀(ball mill) 또는 블레이드 타입의 혼합기가, 상기 매트릭스 및 상기 세라믹 필러를 함유하는 혼합물을 제조하는 데에 사용될 수 있다.
단계 iii)에서, 매트릭스와 세라믹 필러의 혼합물은 실온으로 냉각되고 작은 크기의 조각으로 축소될 수 있다. 상기 혼합물이 냉각되는 경우에 단단하게 되고, 작은 크기의 조각으로 축소됨으로써 공급원료의 과립이 형성된다.
본 방법을 실행함에 있어서, 단계 i), ii) 및 iii)에서 사용되는 수단은 경질의 재료로 코팅한 것을 포함한다. 상기 코팅은 임의의 경질의 금속(예를 들어, 텅스텐 카바이드(WC))을 포함할 수 있다. 상기 코팅은 상기 수단이 세라믹 필러 및 매트릭스의 혼합물과 접촉하는 경우에 상기 수단이 마모되는 정도를 감소시키며, 상기 마모에 의해 생성되는 금속성 불순물을 적은 양으로 함유하는 공급원료를 제조할 수 있게 한다. 금속성 불순물은 Fe일 수 있으나, Al, Ni, 또는 Cr일 수도 있다. 상기 수단이 경질의 코팅(예를 들어, WC)으로 코팅되는 경우에, 불순물인 W가 상기 공급원료에 도입될 수 있다. 그러나, 이러한 불순물은 50 ppm 미만으로 함유된다. 이러한 농도의 불순물은 소결된 PTC-세라믹의 바람직한 전기적 특성에 영향을 주지 않는다고 발견되었다.
공급원료의 금속성 불순물은, 화학적인 분석 방법, 예를 들어 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP) 분광법에 의해 검출될 수 있다. 유도 결합 플라즈마 분광법은, 광범위한 농도에 걸쳐서 대부분의 원소에 적용가능한 원소 분석용 기술이다. 주기율표상의 대부분의 원소들이 분석될 수 있다. 샘플은 분석되기 전에 용해되어야 한다.
단계 B) 동안에, 공급원료는 고압(예를 들어, 약 1000 bar의 압력)으로 성형틀에 주입될 수 있다.
일 실시예에서, 단계 C)에서 바인더를 제거하는 것과 단계 D)에서 성형 몸체를 소결하는 것은 연속적으로 수행된다. 이 경우에, 상기 바인더는 열로 미리-소결함으로써 제거될 수 있다. 상기 바인더가 수용성이라면, 상기 바인더는 물로 인한 용매화에 의해 적어도 부분적으로 제거될 수 있다. 예를 들어, 물로 인한 용매화에 의해 상기 바인더 함량이 공급원료의 질량 중 약 12% 내지 약 6%까지 감소될 수 있다. 그 후에, 미리-소결하는 공정이 수행될 수 있다.
다른 실시예에서, 단계 C)에서 바인더를 제거하는 것과 단계 D)에서 성형 몸체를 소결하는 것은 동시에 수행된다. 이 경우에, 상기 바인더는 소결에 의해 제거될 수 있다.
단계 D)에서의 소결 공정은 1250℃ 내지 1400℃, 예를 들어 1300℃ 내지 1350℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 단계 E)에서, 냉각 속도는, 최대 온도(1300℃ 내지 1350℃) 내지 900℃ 범위의 온도에서, 1 K/분 내지 최대 30 K/분일 수 있고, 바람직하게는 2 K/분 내지 최대 20 K/분일 수 있다.
소결 온도 및 냉각 속도 둘 모두는, 저항 ρ25 또는 ρ-T 곡선의 기울기와 같이 PTC-효과의 특성에 직접적으로 영향을 준다.
다른 특징은 첨부한 도면과 함께 참조되는 경우에 하기의 상세한 설명에 의해 명백해질 것이다.
도 1은 온도(T)의 함수로서 다른 양의 불순물을 포함하는 PTC-세라믹의 저항 ρ을 나타낸 도면이다.
도 2는 유체를 가열하기 위한 일 실시예에 따른 성형 몸체를 나타내는 도면이다.
도 3은 튜브 부분을 가열하기 위한 일 실시예에 따른 성형 몸체를 나타내는 도면이다.
도 1에서, PTC-세라믹의 ρ-T 곡선이 도시되며, 저항 ρ(Ω㎝ 단위임)는 온도 T(℃ 단위임)에 대해 그래프가 그려진다.
과립 R은, 높은 전단율 하에서 상기 과립을 교반하지 않으면서 건조 압축하여 제조되는 기준 과립이다. 따라서, 과립 R은, 수단이 전혀 마모되지 않은 제조 방법에 의해 제조되기 때문에, 금속성 불순물을 전혀 함유하지 않거나 거의 함유하지 않는다. 이는 특징적인 온도 TC = 122℃ 미만의 온도에 대해 약 30 Ω㎝의 저항을 나타내며, 122℃를 초과하는 온도에서 ρ-T 곡선의 가파른 기울기를 보여준다.
사출 성형 몸체인 F1, F2 및 F3에 대해, 세라믹 재료 중 금속성 불순물의 양이 전기적 성질에 대해 영향을 미친다는 것이 각각의 곡선으로부터 보여질 수 있다. 공급원료 F1은 임의의 내마모성 코팅으로 코팅되지 않은 강철로 만들어진 수단으로 사출 성형되어 제조되었다.
공급원료 F2 및 F3는 금속성 불순물을 생성하는 마모를 방지하는 표면 코팅을 포함하는 수단으로 사출 성형되어 제조되었다. 공급원료 F3의 제조에 있어서는, 모든 수단들이 경질의 금속인 WC로 코팅되었고, 공급원료 F2의 제조에 있어서는 수단들이 단지 부분적으로 코팅되어서, 상기 공급원료는 일부 단계 동안에 상기 수단의 강철과 접촉하고 있다.
따라서, 불순물의 양은 F1으로부터 F2 및 F3로 갈수록 감소한다. F1 및 F2에서, 금속성 불순물의 양은 10 ppm 보다 더 높아서, 20℃ 내지 180℃ 범위의 전체적으로 측정된 온도에서 저항을 더 높은 값으로 변동시킨다.
그러나, F3의 경우와 같이 금속성 불순물의 양이 충분히 낮은 경우에, 곡선은 기준이 되는 곡선 R로 접근한다.
세라믹 재료의 ρ-T 곡선의 특징적인 특성은 세라믹 재료의 화학적 조성에 매우 의존한다. 다른 실시예에서, 상기 세라믹 재료는 도 1에서 사용된 세라믹과 다른 화학적 조성을 포함할 수 있으며, 다른 값의 TC, ρ25, 및 ρ-T 곡선의 기울기에 의해 특징을 가지게 된다. 상기 재료는, 퀴리-온도가 -30℃ 내지 350℃의 범위에 있도록 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 퀴리-온도는 이러한 범위를 벗어날 수도 있다.
나아가, 공급원료의 화학적 조성뿐만 아니라 공정 파라미터(예를 들어, 소결 온도 및 성형 몸체의 연속적인 냉각 속도)는 전기 저항의 극점(height)에 영향을 준다.
예를 들어, 도 1에서 곡선 F3의 세라믹 재료는 1300℃ 온도에서 소결되었고 이후에 빠르게 냉각되었다. 공정의 파라미터로 인해, ρ25는 약 25 Ω㎝이다. 동일한 재료가 약 1350℃ 온도에서 소결되고 이후에 더 낮은 속도로 냉각된다면, 상기 저항은 약 200 Ω㎝로 증가한다. 일반적으로, 소결 온도가 더 높고 냉각 속도가 더 높을수록, ρ-T 곡선은 위쪽으로 이동한다는 것이 관찰될 수 있다.
실시예에서, 낮은 온도에서 소결되고 높은 속도로 냉각되는 몸체의 저항 ρ25는, 세라믹 재료의 화학적 조성에 따라, 3 내지 10000 Ω㎝의 범위에 있다. 정확한 값은 세라믹 재료의 화학적 조성에 따라 달라진다. 높은 소결 온도 및 낮은 냉각 속도에서, 저항 ρ25는 5 내지 30000 Ω㎝의 범위일 수 있다. ρC는 낮은 소결 온도 및 빠른 냉각 속도에서 3 내지 100 Ω㎝의 범위일 수 있으며, 이는 높은 소결 온도 및 느린 냉각 속도에서 5 내지 500 Ω㎝의 범위에 있는 것과 대응된다. 또한, 다른 세라믹 재료를 사용하여, 여기에서 주어진 범위를 초과하거나 또는 그보다 작은 저항을 야기할 수도 있다.
PTC-효과를 나타내는 세라믹 몸체는, 거의 모든 종류의 복합적인 형태 및 매우 다양한 치수로 사출 성형될 수 있다.
특히, 몸체는, 상기 몸체를 통해 모두 곧은 라인(line)을 나타내며, 상기 라인에 수직한 적어도 2개의 단면 영역이 상기 라인을 따른 병진에 의해 서로 수용되지 않도록 성형된다. 이는 다른 기하학적 구조와 대조적이며, 축을 따른 단면은 형틀의 단면과 매칭된다.
본원에서 개시되는 사출 성형 몸체는 곡선형 표면 영역을 포함할 수 있다. 또한, 평평한 표면 영역과 곡선형 표면 영역을 조합하여 포함할 수도 있다. 예를 들어, 사출 성형 몸체는 콘(cone) 형태, 피라미드 형태, 실린더 형태 또는 직육면체 형태의 영역을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 임의의 형태 또는 다른 형태의 임의의 조합을 나타낼 수도 있다. 일 실시예에서, 상기 사출 성형 몸체는 축 주위에서 휘어진 기본적인 형태를 포함한다.
또한, 사출 성형 몸체는 모든 종류의 불규칙적인 형태를 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 상기 사출 성형 몸체는, 상기 몸체를 통해 모두 곧은 라인(line)을 나타내며, 상기 라인에 수직한 적어도 2개의 단면 영역이 상기 라인을 따른 병진 및 회전에 의해 서로 수용되지 않도록 나타난다.
그러한 불규칙적인 형태는 돌출부, 함몰부 및 슬릿을 포함한다. 성형 몸체는 다양한 형태의 채널 또는 홀, 예를 들어 콘 형태의 홀을 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 상기 성형 몸체는 외부 또는 내부 표면에, 예를 들어 존재하는 채널의 안쪽에 립(rib)을 포함한다. 상기 돌출부, 함몰부 또는 슬릿은, 상기 성형 몸체를 다른 몸체 또는 하우징에 연결하는 장치, 예를 들어 연결 가닥(thread) 또는 플랜지일 수 있다.
일 실시예에서, 사출 성형 몸체는, 다른 몸체 또는 하우징의 표면 영역 중 적어도 일부분과 상보적인 표면 영역의 적어도 일부분을 포함한다.
표면 영역의 그러한 상보적인 형태는 다른 몸체의 치수에 적합한 치수로 구성될 수 있다. 나아가, 표면 영역이 만곡되어 형성될 수 있어서, 상기 성형 몸체는 유사한 곡선형의 하우징에 맞춰진다. 다르게 또는 추가적으로, 상기 성형 몸체는 다른 몸체에 대한 하우징을 구성할 수 있다.
돌출부 및 함몰부가 형성될 수 있어서, 다른 몸체 또는 하우징의 함몰부 또는 돌출부에 맞춰진다. 일 실시예에서, 성형 몸체는 다른 몸체에 밀착하여 달라붙을 수 있다. 다른 실시예에서, 캐비티가 상기 성형 몸체와 다른 몸체 사이에 존재할 수 있다. 사출 성형 공정에서 직접적으로 형성되는 연결 장치로 인해, 기계적이고 열적으로 접촉될 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3은 구성 요소를 가열하는 데에 사용될 수 있는 사출 성형된 PTC-세라믹의 2가지 예를 도시한다. 상기에서 설명된 바와 같이, 사출 성형 몸체의 형태 및 치수는 본원에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 튜브 형태이며 PTC-세라믹을 포함하는 사출 성형 몸체(1)를 도시한다. 유체는 구비된 채널(2)을 통과할 수 있고, PTC-세라믹에 의해 가열될 수 있다. 이를 위해, 상기 성형 몸체(1)는 표면 영역의 내부(4) 및 외부(5)에 전기적인 접촉부(3)를 구비한다. 이러한 접촉부(3)는 Cr, Ni, Al, Ag 또는 임의의 다른 적당한 재료를 포함하는 금속 줄무늬를 포함할 수 있다.
적어도 성형 몸체(1)의 내부 표면(4)은, 유체와 PTC-세라믹 사이의 상호작용(예를 들어, 화학 반응) 또는 내부의 전기적인 접촉을 방지하기 위해 보호층을 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 보호층은 녹는점이 낮은 유리 또는 나노-복합체 래커(nano-composite lacquer)를 포함할 수 있다. 상기 나노-복합체 래커는 하기의 복합체 중 하나 이상을 포함할 수 있다 : SiO2-폴리아크릴레이트(polyacrylate)-복합체, SiO2-폴리에테르(polyether)-복합체, SiO2-실리콘-복합체.
제시된 튜브는 중간 부분(6)이 바깥쪽으로 돌출되었다. 이는, 중간 부분(6)에서 튜브의 내부 또는 외부 직경이 양쪽 말단 부분(7)에서의 직경보다 더 크다는 것을 의미한다. 또한, 다수의 슬릿들(8)이 말단 부분(7)에 존재한다. 이러한 슬릿들(8)은, 성형 몸체(1)가 상보적으로 돌출부를 나타내는 다른 튜브 부분(미도시)에 고정되도록 제공될 수 있다. 상기 성형 몸체(1)의 치수 및 형태는, 상기 성형 몸체가 다른 튜브 부분에 쉽게 맞춰질 수 있도록 선택된다.
슬릿들(8)은 사출 성형 공정 동안에 직접적으로 형성되며, 이후에 형성되지는 않는다. 슬릿들(8) 및 중간 부분(6)에서 돌출된 형태로 인해, 흐름 방향에 수직한 단면은 튜브의 중간 부분(6) 및 튜브의 말단 부분(7)에서 서로 다르다. 따라서, 몸체는 압출 공정으로는 거의 형성되지 않는다.
일 실시예에서, 도 2에 도시된 성형 몸체는, 튜브에서 20 mm의 외부 직경, 흐름 방향에서 30 mm의 길이, 그리고 3 mm의 벽 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 상기 몸체는, 더 작거나 또는 더 큰 치수, 예를 들어 수 미터의 범위를 나타낼 수 있다.
도 3은, 유체가 통과할 수 있으며, 튜브 부분(미도시)을 가열하는 데에 사용할 수 있는 일 실시예에 따른 사출 성형 몸체(1)를 나타내는 도면이다. 상기 성형 몸체는, 상기 튜브 부분의 치수와 상보적인 내부 반경을 갖는 곡선형 표면(2)을 포함한다. 나아가, 상기 성형 몸체는 2개의 평평한 영역들(3 및 4)을 포함한다. 이러한 영역들(3 및 4)은 구성 요소를 다른 가열 요소(미도시)에 연결하는 데에 사용될 수 있어서, 가열 요소는 튜브 부분을 둘러싸고 있다. 나아가, 상기 평평한 영역들 둘 모두는 전기적인 접촉부를 포함할 수 있다.
일 양태에서, PTC-세라믹 요소는 온도 측정 장치의 일부분이다. 온도의 함수로서 사출 성형 몸체의 특징적인 전기 저항으로 인해, 상기 사출 성형 몸체는 온도 센서의 요소 또는 온도 센서 요소의 일부분일 수 있다. PTC-세라믹은 도 2 및 도 3에서 도시된 가열 요소와 유사한 형태를 가질 수 있다. 또한, 완전히 다른 형태를 가질 수도 있다.
일 실시예에서, PTC-세라믹 요소는 온도 조절 장치의 일부분이다. 사출 성형 몸체는 자기-조절형(self-regulating) 가열 요소의 일부분일 수 있다. 여기서, PTC-세라믹을 통한 전류의 흐름이 온도를 증가시키는 데에 이용될 수 있다. 온도의 증가로 인해, PTC-세라믹의 저항은 증가한다. 일정한 전압에서 작동되는 경우에, 저항의 증가는 전류 흐름의 감소를 차례로 야기한다. 결과적으로, 세라믹의 가열이 다시 감소된다.
일 실시예에서, PTC-세라믹은 가열 요소로서 사용될 수 있다. 여기서, 열 효율은, 가열 장치 및 몸체에 일체로 된 연결 장치에서 다른 요소에 상보적인 형태를 나타내는 성형 몸체에 의해 최적화될 것이다.
다른 실시예에서, 본원에서 개시된 사출 성형 몸체는, 다른 요소들이 온도 과부하에 걸리는 것을 보호하는 전기 회로 요소일 수 있다. 다른 양태에서, 전기 회로에 있는 다른 요소들이 전류 또는 전압 과부하에 걸리는 것을 보호할 수 있다. 사출 성형된 PTC-세라믹은 전기 회로에서 온/오프 스위치의 일부분일 수도 있다.
다른 완성품은 하기의 청구항의 범위 내에 있다. 다른 완성품의 요소들은 본원에서 구체적으로 개시되지 않은 완성품을 형성하기 위해 결합될 수 있다.

Claims (25)

10 ppm 미만의 금속성 불순물을 함유하고 정 온도 계수(positive temperature coefficient)를 갖는 세라믹 재료를 포함하는 사출 성형 몸체로서,
상기 사출 성형 몸체는 적어도 1개의 돌출부, 함몰부 또는 슬릿을 포함하고, 이때 상기 적어도 1개의 돌출부, 함몰부 또는 슬릿은 상기 사출 성형 몸체를 다른 몸체 또는 하우징에 연결하기 위한 장치인 것을 특징으로 하는 사출 성형 몸체.
제 1 항에 있어서,
퀴리 온도가 -30℃ 내지 340℃인 것을 특징으로 하는 사출 성형 몸체.
제 1 항에 있어서,
25℃의 온도에서의 저항이 3 Ω㎝ 내지 30000 Ω㎝의 범위에 있는 것을 특징으로 사출 성형 몸체.
제 1 항에 있어서,
사출 성형 공정에서 공급원료로 제조되며,
상기 공급원료는 하기의 구조를 갖는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하며:
Ba1-x-yMxDyTi1-a-bNaMnbO3
여기서,
x = 0 내지 0.5;
y = 0 내지 0.01;
a = 0 내지 0.01 및
b = 0 내지 0.01이고,
M은 원자가가 2인 양이온을 포함하며, D는 원자가가 3 또는 4인 도너(donor)를 포함하며, 그리고 N은 원자가가 5 또는 6인 양이온을 포함하는 사출 성형 몸체.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체를 지나는 직선에 대해, 상기 직선에 수직한 사출 성형 몸체의 적어도 2개의 단면 영역은 상기 직선을 따른 병진(translation)에 의해 서로 수용되지 않는 것을 특징으로 하는 사출 성형 몸체.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체를 지나는 직선에 대해, 상기 직선에 수직한 사출 성형 몸체의 적어도 2개의 단면 영역은 상기 직선을 따른 병진 및 회전에 의해 서로 수용되지 않는 것을 특징으로 하는 사출 성형 몸체.
제 1 항에 있어서,
적어도 1개의 곡선형 표면 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 몸체.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
적어도 1개의 홀 또는 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 몸체.
제 1 항에 있어서,
상기 사출 성형 몸체의 표면 영역 중 적어도 일부분은, 다른 몸체 또는 하우징의 표면 영역 중 적어도 일부분과 상보적인 것을 특징으로 하는 사출 성형 몸체.
삭제
제 1 항에 있어서,
적어도 1개의 전기적 접촉부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형 몸체.
제 1 항에 따른 사출 성형 몸체를 포함하며,
상기 사출 성형 몸체는 온도 센서 요소 중 일부분인 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
제 1 항에 따른 사출 성형 몸체를 포함하며,
상기 사출 성형 몸체는 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 온도 조절 장치.
제 1 항에 따른 사출 성형 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전류 또는 전압의 과부하로부터 보호하는 전기 회로 장치.
제 1 항에 따른 사출 성형 몸체를 사출 성형하는 방법에 있어서,
A) 10 ppm 미만의 금속성 불순물을 함유하는 사출 성형용 공급원료를 제공하는 단계,
B) 상기 공급원료를 성형틀에 주입하는 단계,
C) 바인더를 제거하는 단계,
D) 결과물인 성형 몸체를 소결하는 단계, 및
E) 상기 성형 몸체를 냉각하는 단계를 포함하며,
상기 방법을 수행하는 동안에 세라믹 재료와 접촉하는 수단은 마모율을 가지며, 상기 결과물인 성형 몸체는 마모에 의해 생성되는 금속성 불순물을 10 ppm 미만으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 수단은 경질의 재료로 코팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 경질의 재료는 텅스텐 카바이드(tungsten carbide)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 단계 C) 및 D)는 연속적으로 수행되고,
상기 단계 C)에서 상기 바인더는, 열로 미리-소결되거나 또는 물에 의한 용매화에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 단계 C) 및 D)는 동시에 수행되고,
상기 단계 C)에서 상기 바인더는, 소결에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 D)에서 소결은 1250℃ 내지 1400℃ 범위의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 온도는 1300℃ 내지 1350℃의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 단계 E)에서 냉각 속도는 1 K/분 내지 최대 30 K/분인 것을 특징으로 하는 방법.
제 24 항에 있어서,
상기 단계 E)에서 냉각 속도는 2 K/분 내지 최대 20 K/분인 것을 특징으로 하는 방법.
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