KR20100110497A - 비금속 발열체 조성물, 상기 조성물을 이용한 비금속 발열체의 제조방법 및 이로부터 제조된 비금속 발열체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비금속 발열체 조성물, 상기 조성물을 이용한 비금속 발열체의 제조방법 및 이로부터 제조된 비금속 발열체에 관한 것으로, 구체적으로 전체 조성물의 중량을 기준으로 염화제2주석(tin chloride, SnCl4·5H2O) 70 내지 80 중량%, 삼염화안티몬(antimony trichloride, SbCl3) 2 내지 6 중량%, 염화비스무트(bithmuth chloride, BiCl3) 1 내지 3 중량%, 이규화몰리브덴(molybdenum disilicide, MoSi2) 14 내지 17 중량%, 염화제2철(iron chloride, FeCl3) 1 내지 3 중량% 및 붕산(boric acid, H3BO3) 1 내지 4 중량%를 포함하는 비금속 발열체 조성물; 상기 조성물을 목적하는 증착대상 모체의 기공 내부와 표면에 나노-기상 증착방법(nano-gas phase evaporation)을 이용하여 증착시켜 발열층을 형성한 후, 상기 발열층의 양단부에 전극을 형성하는 것을 포함하는 비금속 발열체의 제조방법; 및 상기 방법에 의해 제조된 원적외선을 방사하고 고온 발열이 가능한 비금속 발열체를 제공한다.
비금속 발열체, 나노-기상 증착방법, 고온발열, 원적외선, 내구성

Description

비금속 발열체 조성물, 상기 조성물을 이용한 비금속 발열체의 제조방법 및 이로부터 제조된 비금속 발열체{NON-METAL HEATING ELEMENT COMPOSITION, METHOD FOR THE PREPARATION OF NON-METAL HEATING ELEMENT USING THE SAME AND NON-METAL HEATING ELEMENT PREPARED THEREBY}
본 발명은 비금속 발열체 조성물, 상기 조성물을 이용한 비금속 발열체의 제조방법 및 이로부터 제조된 비금속 발열체에 관한 것이다.
최근 들어 전 세계적으로 대기오염이 심각해짐에 따라 기존 발열체 제조과정에 사용되는 산화마그네슘이 대기오염의 주범으로 인식되고 있어 발열체 제조과정이나 발열체 사용 시 대기오염을 유발하지 않는 발열체의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 온풍기, 온수기, 토스트기 등 일반산업과, 농수산, 원예 또는 축산농가 등에서 난방 또는 건조용으로 면상 발열체를 사용하는 빈도가 급속히 증가하고 있다. 면상 발열체는 도전성 재료에 전압을 걸어주었을 때 저항에 의해 발생하는 열을 이용하는 것으로서, 일반적으로 직물이나 합성수지의 기판에 면상으로 도전성 재료를 포함하는 발열층을 형성하여 제조된다.
면상 발열체를 제조하기 위하여 사용되는 도전성 재료는 금속 발열체와 비금 속 발열체로 나누어 볼 수 있으며, 근래에는 안정성을 고려하여 대부분 비금속 발열체를 사용하고 있다. 특히, 비금속 발열체 중에서도 전도성 카본을 도전성 재료로 주로 사용하고 있는데, 상기 전도성 카본을 평판에 소정의 두께로 도포하여 발열층을 형성하고, 상기 발열층에 전압을 걸어주기 위한 전극을 형성한 후 그 상단에 절연층을 형성하여 면상 발열체를 제조하여 왔다.
그러나 종래의 방법에 의해 제조된 면상 발열체의 경우 발열층의 저항치가 균일하지 못하여 발열온도가 매우 불안정하고, 그에 따라 면상 발열체의 위치에 따른 온도편차가 매우 심한 단점을 가지고 있다. 즉, 면상 발열체의 두께는 일정하지만 저항치가 달라 발열상태가 고르지 못하여 같은 면상이라 할지라도 발열온도의 편차가 심하다는 단점을 가지고 있다. 이로 인하여 발열온도가 낮은 부위보다 높은 부위의 발열체가 먼저 노후되어 면상 발열체의 수명이 단축되고 300℃ 이상의 고온 발열이 불가능하다는 등의 문제점이 있었다.
이에 본 발명자들은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 염화제2주석(SnCl4·5H2O), 삼염화안티몬(SbCl3), 염화비스무트(BiCl3), 이규화몰리브덴(MoSi2), 염화제2철(FeCl3) 및 붕산(H3BO3)을 포함하는 비금속 발열체 조성물을 목적하는 증착대상 모체의 기공 내부와 표면에 나노-기상 증착방법(nano-gas phase evaporation)을 이용하여 증착시켜 발열층을 형성한 후 상기 발열층의 양단부에 전극을 형성하여 비금속 발열체를 제조하면, 발열층의 저항치가 균일하여 발열온도가 일정하고 1000℃ 이상의 고온 발열이 가능하면서 내구 성이 우수할 뿐만 아니라, 원적외선을 방사하여 인체에 유익한 면상 발열체를 달성할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 발열층의 저항치가 균일하여 발열온도가 일정하고 1000℃ 이상의 고온 발열이 가능하면서 내구성이 우수한 비금속 원적외선 발열체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전체 조성물의 중량을 기준으로 염화제2주석(tin chloride, SnCl4·5H2O) 70 내지 80 중량%, 삼염화안티몬(antimony trichloride, SbCl3) 2 내지 6 중량%, 염화비스무트(bithmuth chloride, BiCl3) 1 내지 3 중량%, 이규화몰리브덴(molybdenum disilicide, MoSi2) 14 내지 17 중량%, 염화제2철(iron chloride, FeCl3) 1 내지 3 중량% 및 붕산(boric acid, H3BO3) 1 내지 4 중량%를 포함하는 비금속 발열체 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 조성물을 목적하는 증착대상 모체의 기공 내부와 표면에 나노-기상 증착방법(nano-gas phase evaporation)을 이용하여 증착시켜 발열층을 형성한 후, 상기 발열층의 양단부에 전극을 형성하는 것을 포함하는, 비금속 발열체의 제조방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 원적외선을 방사하고 고온 발열이 가능한 비금속 발열체를 제공한다.
본 발명에 따른 비금속 발열체는 단위면적에 대한 전기저항 특성이 우수한 비금속 발열체 조성물의 사용에 의해 초기 발열이 신속하게 이루어지고 발열층의 저항치가 균일하여 발열온도가 일정하며, 1000℃ 이상의 고온 발열이 가능하면서도 내구성이 우수하다는 장점을 갖는다. 또한 본 발명에 따른 비금속 발열체는 에너지 변환효율이 우수하여 전력낭비를 상당히 억제할 수 있고 인체에 유익한 원적외선을 방사할 뿐만 아니라, 제조공정이 단순하고 경제적이며 환경오염을 유발하지 않아 다양한 분야에 면상 발열체로서 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 비금속 발열체 조성물은 전체 조성물의 중량을 기준으로 염화제2주석(SnCl4·5H2O) 70 내지 80 중량%, 삼염화안티몬(SbCl3) 2 내지 6 중량%, 염화비스무트(BiCl3) 1 내지 3 중량%, 이규화몰리브덴(MoSi2) 14 내지 17 중량%, 염화제2철(FeCl3) 1 내지 3 중량% 및 붕산(H3BO3) 1 내지 4 중량%를 포함한다.
본 발명에 따른 비금속 발열체 조성물은 단위면적에 대한 전기저항 특성이 우수한 성분들로 구성되는데, 이들 성분들의 물성 및 기능은 다음과 같다.
염화제2주석(SnCl4·5H2O)은 주석과 염소의 화합물로서 주석에 직접 염소가스를 지나게 하여 증류하면 얻어지는 무색의 발연성 액체이다. 물에 녹을 때 발열하며 천천히 가수분해되어 산화주석(Ⅳ)의 콜로이드와 헥사클로로주석(Ⅳ)산 HSnCl을 생성한다. 유기용매에 녹으며, 매염제, 축합제, 유기주석 화합물의 원료로 사용된다. 이의 무수물은 대표적인 양이온 중합촉매의 하나이다.
염화제2주석의 함량은 전체 조성물의 중량을 기준으로 70 내지 80 중량%가 바람직한데, 이의 함량이 70 중량% 미만이거나 80 중량%를 초과하는 경우에는 발열층의 불안정성을 유발할 수 있다.
삼염화안티몬(SbCl3)은 백색의 조해성을 지닌 고체로서, 안티몬과 염소의 직접 반응에 의해 수득된다. 공기 중에서 습기를 흡수하는 성질이 크고, 쉽게 가수분해되며, 탄화수소를 염소화할 때 촉매로 사용된다.
삼염화안티몬의 함량은 전체 조성물의 중량을 기준으로 2 내지 6 중량%가 바람직한데, 이의 함량이 2 중량% 미만이거나 6 중량%를 초과하는 경우에는 발열층의 저항이 불균일해져 발열온도를 일정하게 유지할 수 없다.
염화비스무트(BiCl3)는 백색의 조해성을 지닌 고체로서, 비스무트와 염소의 직접 화합으로 생성된다. 염화비스무트는 과량의 묽은 염산에 용해되나, 물로 묽게 희석하면 백색의 침전물로서 산화염화비스무트(Ⅲ)(염화비스무틸, BiOCl)를 얻게 된다.
염화비스무트의 함량은 전체 조성물의 중량을 기준으로 1 내지 3 중량%가 바람직한데, 이의 함량이 1 중량% 미만이거나 3 중량%를 초과하는 경우에는 발열층의 내구성이 저하될 수 있다.
이규화몰리브덴(MoSi2)은 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 몰비가 1:2로 이루어진 화합물로서, 높은 융점(2030℃)을 가짐과 동시에 낮은 밀도(6.3 g/cc)를 갖는다. 이규화몰리브덴은 산화성 분위기의 고온에서 구성성분의 하나인 실리콘이 대 기 중의 산소와 결합하여 실리카(SiO2) 피막을 제품의 표면에 형성하기 때문에, 고온 내산화성 재료의 차세대 재료로서 널리 연구되고 있고, 발열체 재료로도 널리 이용되고 있다.
이규화몰리브덴의 함량은 전체 조성물의 중량을 기준으로 14 내지 17 중량%가 바람직한데, 이의 함량이 14 중량% 미만이거나 17 중량%를 초과하는 경우에는 목적하는 수준의 고온발열이 이루어지지 않을 수 있다.
염화제2철(FeCl3)은 일반적으로 철을 염산에 용해시켜 염화제1철(FeCl2)을 만든 후 이것을 염소가스로 산화시켜 제조하며, 이의 수용액은 금속(순철 및 철합금, 구리합금, 니켈합금 등)을 에칭하기 위한 에칭액(etchant), 활판 등의 부식액, 하수도 처리제(오수정화 침전제), 사진제판 촉매, 농약, 가스 세척, 의약 및 식품첨가제 등으로 널리 사용되고 있다.
염화제2철의 함량은 전체 조성물의 중량을 기준으로 1 내지 3 중량%가 바람직한데, 이의 함량이 1 중량% 미만이거나 3 중량%를 초과하는 경우에는 발열층의 내오염성이 저하될 수 있다.
붕산(H3BO3)은 무색무취에 광택이 나는 비늘 모양의 결정으로, 일반적으로 오르토붕산을 일컫는다. 진한 붕사용액을 황산으로 처리하여 얻어지는 물질로 더운 물에 잘 녹으며 수용액은 약한 산성을 띠면서 살균작용을 나타내어 화상이나 피부의 상처를 치료하기 위한 순한 소독제로 사용된다. 또한 붕산은 직물의 내화재, 니켈 전기도금이나 가죽을 무두질하기 위해 사용되는 용액과 여러 유기 화학반응에 사용되는 촉매의 중요한 성분으로 사용된다.
붕산의 함량은 전체 조성물의 중량을 기준으로 1 내지 4 중량%가 바람직한데, 이의 함량이 1 중량% 미만이거나 4 중량%를 초과하는 경우에는 발열층 형성 시 나머지 성분들과의 결합성이 저하될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 구성의 비금속 발열체 조성물을 이용하여 나노-기상 증착(nano-gas phase evaporation)에 따라 비금속 발열체를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 비금속 발열체의 제조방법은
1) 비금속 발열체 조성물을 용매에 용해시켜 비금속 발열체 원액을 제조하는 단계;
2) 나노-기상 증착을 이용하여 상기 비금속 발열체 원액을 증발시켜 목적하는 증착대상 모체의 기공 내부와 표면에 발열층을 증착하는 단계; 및
3) 상기 발열층의 양단부에 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 제조방법의 특징은 기존의 물리적 기상증착(physical vapor deposition, PVD)이나 화학적 기상증착(chemical vapor deposition, CVD)과는 다른 나노-기상 증착을 이용한다는 것이다. 본 발명에 따른 나노-기상 증착방법은 비금속 발열체 조성물의 구성성분들을 포함하는 원액을 일정한 온도 이상으로 가열하여 전기로 내에서 증발시키면, 상기 조성물의 구성성분들이 기화되는 과정에서 증기 상태로 나노복합분자를 형성하면서 증착대상 모체의 기공 내부와 표면에 균일하게 증착되는 방식이다.
먼저, 단계 1)은 본 발명에 따른 비금속 발열체 조성물을 이용하여 비금속 발열체 원액을 제조하는 단계로, 염화제2주석(SnCl4·5H2O), 삼염화안티몬(SbCl3), 염화비스무트(BiCl3), 이규화몰리브덴(MoSi2), 염화제2철(FeCl3) 및 붕산(H3BO3)을 포함하는 비금속 발열체 조성물에 적당한 용매를 첨가하고 서서히 가열하면서 용해시켜 제조한다. 이 단계에 적합한 용매로는 에틸알코올(CH3CH2H), 메틸알코올(CH3OH), 프로필알코올(CH3CH2CH2OH) 등을 예로 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합물 형태로 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에틸알코올을 사용한다.
본 발명에서 용매는 이후의 나노-기상 증착단계에서 휘발되므로 그 사용량을 반드시 제한할 필요는 없으며, 필요에 따라 가감하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 용매는 비금속 발열체 조성물에 대해 부피비로 1:1 내지 1:1.2의 비율로 첨가한다. 이때, 비금속 발열체 조성물에 용매를 첨가한 후 상기 혼합물을 75 내지 85℃로 서서히 가열하면서 용해시키는 것이 바람직하다.
단계 2)는 단계 1)에서 제조된 비금속 발열체 원액을 화학기상로 내에서 증발시켜 증기 상태로 비금속 발열 성분들의 나노복합물질을 목적하는 증착대상 모체의 기공 내부와 표면에 증착시킴으로써 발열층을 형성하는 단계로서, 본 발명의 기술적 특징인 나노-기상 증착을 수행하는 단계이다.
구체적으로, 비금속 발열체 원액을 화학기상로 내의 증발대 위에 올려놓는데, 상기 증발대의 온도는 150 내지 220℃를 유지하는 것이 바람직하다. 이때 화학기상로의 주로(主爐)의 온도는 최종 수득되는 비금속 발열체에서 달성하고자 하 는 발열온도, 비금속 발열체의 용도, 증착대상 모체의 두께 등에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시태양에서는, 화학기상로 내 증발대의 온도는 150 내지 220℃로 설정하고, 주로의 온도는 500내지 1000℃로 설정한다.
이어서 모체의 기공 내부와 표면에 발열층을 형성하고자 하는 증착대상 모체를 주로의 상부에 위치하는 고정기구에 고정한 다음 증발대 위해 정지하여 대기시킨다. 상기 고정기구는 여러 개의 증착대상 모체가 고정될 수 있고 증착공정 동안에 모체의 기공 내부와 표면에 균일하게 증착될 수 있도록 고정된 증착대상 모체를 필요에 따라 회전시킬 수 있다. 본 발명에 적합한 증착대상 모체로 발열층을 형성하고자 하는 모든 기재로서 비금속 발열체 조성물의 증착온도 또는 최종 수득되는 비금속 발열체의 발열온도에 의해서 수축 또는 팽창과 같은 물리적 변형을 유발하지 않는 것이라면 어느 것이나 사용될 수 있다. 이러한 증착대상 모체의 대표적인 예시에는 석영유리판, 석영유리관, 세라믹타일, 금속판 등을 포함하고, 바람직하게는 석영유리판, 석영유리관 등을 사용한다. 석영 재질의 기재는 가격이 저렴하여 경제적이고, 고온에 의한 물리적 변형을 유발하지 않으며, 원형, 타원형, 사각형 등 그 모양이 다양하여 선택의 폭이 넓다.
상기에서 증착대상 모체는 비금속 발열체 원액을 이용한 나노-기상 증착에 적용되기 전에 500 내지 1000℃에서 10 내지 20분간 예열시키는 것이 바람직한데, 이러한 예열과정은 발열층의 안전 증착을 위한 것으로, 이를 통해 발열체의 내구성 및 저항의 안정성이라는 효과를 기대할 수 있다. 이때, 예열온도나 시간은 증착대상 모체의 모양, 크기, 두께와 사용 용도에 따라 달라질 수 있다.
상기와 같이 비금속 발열체 원액과 증착대상 모체를 화학기상로 내에 설치한 후 설정된 온도로 증발대와 주로를 가열하여 증발대의 원액을 모두 증발시킨다. 증발과정에서 용매는 휘발되고 상기 비금속 발열 성분들이 기화되는데, 이때 증기 상태로 나노복합분자들이 모체의 기공 내부와 표면에 균일하게 증착된다. 여기서, 증착대상 모체의 표면에 발열층의 형성이 요구되지 않는 부분에는 나노복합물질의 증착을 방지하기 위하여 다양한 처리, 예컨대 코팅 또는 테이프로 마스킹한 후 나노-기상 증착을 수행하면 된다. 비금속 발열체 원액이 모두 증발하면, 표면에 발열층이 증착된 모체를 꺼내어 실온으로 냉각시킨다.
본 발명에 따라 비금속 발열체 조성물을 나노-기상 증착방법에 의해 모체의 기공 내부와 표면에 증착시켜 발열층을 형성할 경우, 발열층의 단위면적당 전기저항은 최종 수득되는 비금속 발열체에서 요구되는 발열온도에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로 발열층의 단위면적당 전기저항은 발열온도에 비례하는데, 발열층의 단위면적당 전기저항이 높을수록 발열온도는 저하되고, 이의 단위면적당 전기저항이 낮을수록 발열온도는 상승한다. 이러한 발열층의 단위면적당 전기저항은 발열층의 증착 두께를 조절함으로써 목적하는 범위를 갖도록 달성될 수 있다. 이때, 발열층의 증착 두께는 증발시키는 비금속 발열체 원액의 양으로 조절할 수 있다.
단계 3)은 상기 단계 2)에서 증착대상 모체의 표면에 형성된 발열층의 양단부에 전압을 걸어주기 위한 전극을 형성하는 단계로, 상기 전극은 발열층의 종방향이나 횡방향으로 적어도 한 쌍 이상이 형성될 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 전극재료로는 상기 발열층 보다 전도성이 우수한 것이 바람직한데, 일반 금속 류, 흑연, 송진액 등이 이에 해당한다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서는 은 분말과 송진액을 1:1 내지 1:0.9의 부피비로 혼합하여 만들어진 전극액를 소정의 길이와 두께로 발열층의 외주면에 띠 형태로 도포하여 전극을 형성되게 한다.
발열층의 외주면에 전극이 도포된 증착대상 모체를 화학기상로에 넣고 3단계 온도 변화를 거치면서 가열하여 전극을 소결시킨 후 실온으로 꺼내어 냉각시키면 목적하는 비금속 발열체가 완성된다. 이때, 화학기상로의 온도는 초기에 증착대상 모체를 넣고 200 내지 400℃에서 10 내지 20분간 가열하고, 이어서 600 내지 1000℃로 온도를 상승시켜 20 내지 30분간 가열한 후, 200 내지 400℃에서 10 내지 20분간 가열하도록 설정된다.
이와 같이 제조된 비금속 발열체는 상하부에 형성된 전극에 전기가 연결되어 전류가 통전이 되게끔 전극에 전기 단자를 결합시키면 일측에 있는 전극에서 타측에 있는 전극으로 전류가 흐르면서 발열층이 저항 역할을 하여 열이 발생하게 된다.
따라서 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 원적외선을 방사하고 고온 발열이 가능한 비금속 발열체를 제공한다.
본 발명에 따라 수득되는 비금속 발열체는 염화제2주석(SnCl4·5H2O), 삼염화안티몬(SbCl3), 염화비스무트(BiCl3), 이규화몰리브덴(MoSi2), 염화제2철(FeCl3) 및 붕산(H3BO3)을 포함하는 비금속 발열체 조성물에서 나노-기상 증착과정을 거치면서 비금속 발열 성분들이 증기 상태로 나노복합분자를 형성하여 증착된 것으로서, 산화주석(SnO2), 삼산화안티몬(Sb2O3), 산화비스무트(Bi2O3), 이규화몰리브덴(MoSi2), 산화철(Fe2O3) 및 삼산화붕소(B2O3)가 주성분을 이루고 있다.
비금속 발열체에서 산화주석(SnO2)은 핵심 발열소재로서 발열층에서 골재 역할을 담당하고, 삼염화안티몬(SbCl3)은 발열층에서 전기전도에 기여하며, 삼산화붕소(B2O3)와 이규화몰리브덴(MoSi2)은 강력한 비금속 저항 발열체로서 300 내지 1000℃의 고온 발열을 가능케 하고, 산화비스무트(Bi2O3)는 결정체 사이의 공간을 메우는 충진제로 작용하여 발열층의 투명도와 광도를 향상시키고 열안정성을 개선시키는 작용을 한다.
본 발명에 따른 비금속 발열체는 단위면적에 대한 전기저항 특성이 우수한 비금속 발열체 조성물의 사용에 의해 초기 발열이 매우 신속하게 이루어지고 발열층의 저항치가 균일하여 발열온도가 일정하며 1000℃ 이상의 고온 발열이 가능하면서도 내구성이 우수하다는 장점을 갖는다. 또한 본 발명에 따른 비금속 발열체는 에너지 변환효율이 우수하여 전력낭비를 상당히 억제할 수 있고 인체에 유익한 원적외선을 방사할 뿐만 아니라, 제조공정이 단순하고 경제적이며 환경오염을 유발하지 않아 다양한 분야에 면상 발열체로서 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 비금속 발열체는 고온이나 온열이 필요한 각종 난방용, 급탕용, 건조용, 식품조리용, 기기에 적용될 수 있는데, 예를 들면 히팅(heating) 매트나 패드 등의 침구류, 아파트나 일반주택의 바닥난방 등의 주거용 난방장치, 사무 실이나 작업장의 산업용 난방장치, 프린팅 건조 및 도장 건도 등의 각종 산업용 가열장치, 비닐하우스와 축사, 농산물 건조시스템과 같은 농업용 설비, 도로나 주차장의 눈을 녹이는 동결방지장치 등에 적용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
실시예 1
전체 조성물의 중량을 기준으로 76 중량%의 염화제2주석(SnCl4·5H2O), 1.67 중량%의 삼염화안티몬(SbCl3), 1.68 중량%의 염화비스무트(BiCl3), 15.08 중량%의 이규화몰리브덴(MoSi2), 1.36 중량%의 염화제2철(FeCl3) 및 2.54 중량%의 붕산(H3BO3)을 혼합한 후, 상기 혼합물에 대해 부피비로 1:1이 되도록 에틸알코올(CH3CH2OH)을 첨가하고 80℃로 서서히 가열하면서 용해시켜 비금속 발열체 원액을 제조하였다. 이와 같이 준비된 비금속 발열체 원액 20ｇ을 증발대의 온도가 180℃, 주로의 온도가 600℃로 설정된 화학기상로 내 증발대 위에 올려놓았다. 표면에 발열층을 형성할 증착대상 모체로 석영유리관(지름 30 ㎜, 길이 400 ㎜)을 주로 의 고정기구에 고정시킨 후 고정된 석영유리관이 증발대 위에 위치하도록 대기시켰다. 이때 고정기구를 회전시켜 석영유리관의 표면에 발열층이 균일하게 증착되게 하였다. 약 15분 후 비금속 발열체 원액이 모두 증발하면, 표면에 발열층이 증착된 석영유리관을 꺼내어 실온으로 냉각시켰다.
이어서, 은 분말(Ag 99% 순도) 100 g과 송진액(C10H18O) 90 g을 혼합하여 전극액을 준비한 후, 이를 석영유리관 표면에 증착된 발열층의 양단부에 일정한 두께와 길이로 도말하였다. 상기 석영유리관을 전극로에 넣고 300℃에서 10분, 600℃에서 20분, 및 300℃에서 10분간 가열하여 전극을 소결한 후 이를 꺼내어 실온으로 냉각시켜 원적외선을 방출하고 고온 발열이 가능한 석영유리관 발열체를 제조하였다.
석영유리관 발열체의 단위면적당 전기저항을 측정한 결과, 단위 저항값은 약 30 Ω이었고, 발열층의 두께는 약 300 ㎚이었다.
상기 석영유리관 발열체의 전극에 220 V, 60 ㎐의 전압을 인가하고 3등분한 3지점의 표면온도를 24시간 마다 80일간 측정한 결과, 3지점 모두에서 표면온도가 300℃ 이상 일정하게 유지됨을 확인하였다. 또한, 상기 석영유리관 발열체의 원적외선 방출량을 100℃에서 FT-IR 분광계로 측정한 결과, 7.63× 102 W/㎡의 방사에너지를 방출하고 88.6%의 원적외선 방사율을 나타냄을 확인하였다.
이상으로 본 발명 내용의 특정 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상 의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 전체 조성물의 중량을 기준으로 염화제2주석(tin chloride, SnCl4·5H2O) 70 내지 80 중량%, 삼염화안티몬(antimony trichloride, SbCl3) 2 내지 6 중량%, 염화비스무트(bithmuth chloride, BiCl3) 1 내지 3 중량%, 이규화몰리브덴(molybdenum disilicide, MoSi2) 14 내지 17 중량%, 염화제2철(iron chloride, FeCl3) 1 내지 3 중량% 및 붕산(boric acid, H3BO3) 1 내지 4 중량%를 포함하는, 비금속 발열체 조성물.
  2. 제1항에 따른 비금속 발열체 조성물을 이용하여 나노-기상 증착(nano-gas phase evaporation)에 따라 비금속 발열체를 제조하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방법이
    1) 제1항에 따른 비금속 발열체 조성물을 용매에 용해시켜 비금속 발열체 원액을 제조하는 단계;
    2) 나노-기상 증착을 이용하여 상기 비금속 발열체 원액을 증발시켜 증착대상 모체의 기공 내부 및 표면에 발열층을 증착하는 단계; 및
    3) 상기 발열층의 양단부에 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
  4. 제3항에 있어서,
    단계 1)에서 용매가 에틸알코올(CH3CH2OH), 메틸알코올(CH3OH), 프로필알코올(CH3CH2CH2OH) 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    단계 1)에서 용매가 비금속 발열체 조성물과 1:1 내지 1:1.2의 부피비로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    단계 2)에서 나노-기상 증착이 비금속 발열체 원액을 화학기상로 내 증발대 위에 올려놓고 주로를 가열하여 상기 비금속 발열체 원액을 증발시키면서 증기 상태로 비금속 발열체의 나노복합물질을 목적하는 모체의 기공 내부와 표면에 증착시켜 발열층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 증발대의 온도가 150 내지 220℃로 설정되고, 상기 주로의 온도가 500 내지 1000℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    단계 2)에서 나노-기상 증착을 수행하기 전에 증착대상 모체를 500 내지 1000℃에서 10 내지 20분간 예열하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제3항에 따른 방법에 의해 제조된 원적외선을 방사하고 고온 발열이 가능한 비금속 발열체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비금속 발열체가 산화주석(SnO2), 삼산화안티몬(Sb2O3), 산화비스무트(Bi2O3), 이규화몰리브덴(MoSi2), 산화철(Fe2O3) 및 삼산화붕소(B2O3)로 구성되는 것을 특징으로 하는 비금속 발열체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 비금속 발열체가 300 내지 1000℃로 고온발열이 가능한 것을 특징으로 하는 비금속 발열체.
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