KR20110093225A - 원통형 탄소발열체 제조방법 - Google Patents
원통형 탄소발열체 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20110093225A KR20110093225A KR1020100013133A KR20100013133A KR20110093225A KR 20110093225 A KR20110093225 A KR 20110093225A KR 1020100013133 A KR1020100013133 A KR 1020100013133A KR 20100013133 A KR20100013133 A KR 20100013133A KR 20110093225 A KR20110093225 A KR 20110093225A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon
- heat
- heating element
- unit
- heat treatment
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 167
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 157
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 20
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 20
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 163
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims description 43
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 20
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 14
- 239000011162 core material Substances 0.000 claims description 13
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 13
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 claims description 13
- 238000009940 knitting Methods 0.000 claims description 12
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 10
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 10
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 6
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 5
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002194 amorphous carbon material Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric 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
- H05B3/145—Carbon only, e.g. carbon black, graphite
-
- 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
- H05B3/02—Details
- H05B3/06—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders
-
- 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
- H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
-
- 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
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
본 발명은 탄소사를 원사로 사용하여 팔사기(八絲機)에서 관체형으로 직조를 할 때, 히타 필라멘트 기능의 탄소발열체 길이에 상응하는 단위 내열관을 심재로 지속공급하면서 직조하는 직조단계(가),
이를 원통형태를 유지하도록 단위 내열관이 삽입된 상태에서 단위 내열관의 길이로 절단하여 단위원통체를 이루도록 하는 절단단계(나),
단위 내열관이 삽입된 상태로 단위 원통체를 기상탄화수소 분위기하의 반응로에서 열처리하여 탄소층 피막이 기상증착되어 일정형태의 탄소발열체를 이루도록 하는 공정을 수행하는 열처리단계(다), 및
열처리된 탄소발열체에서 내부 단위내열관을 분리하는 분리단계(라)를 포함하여 제조함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법이다.
이를 원통형태를 유지하도록 단위 내열관이 삽입된 상태에서 단위 내열관의 길이로 절단하여 단위원통체를 이루도록 하는 절단단계(나),
단위 내열관이 삽입된 상태로 단위 원통체를 기상탄화수소 분위기하의 반응로에서 열처리하여 탄소층 피막이 기상증착되어 일정형태의 탄소발열체를 이루도록 하는 공정을 수행하는 열처리단계(다), 및
열처리된 탄소발열체에서 내부 단위내열관을 분리하는 분리단계(라)를 포함하여 제조함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법이다.
Description
본 발명은 원통형 탄소발열체 제조방법에 관한 것으로, 일반 직조기(환편기)에서 카본사를 원사로 직조한 원통형 관체를 이루도록 직조하고, 관체의 형태유지를 위하여 내부에 탄소발열체에 해당하는 길이의 단위 내열관을 넣고, 단위내열관의 길이에 해당하는 길이로 단위내열관과 함께 절단하여, 열처리한 후 단위내열관을 분리하여 일정 길이의 탄소발열체를 수득 가능토록 하는 원통형 탄소발열체 제조방법에 관한 것이다.
탄소섬유를 발열체로 이용하여 이루어진 카본사(탄소섬유사) 히터가 미국 등록특허 제6,464,918호, 일본 공개특허 제2000-272913호, 러시아 등록특허 제2,149,215호, 일본 공개특허 제2000-123960호, 일본 공개특허 제2002-63870호, 미국 등록특허 제6,534,904호에서 개시되어 있다. 그러나 상기 기술된 종래의 특허들은 주로 이론적인 기술에 관한 것으로, 제품인 카본사 히터를 제조하는 것에 실용적인 문제점이 있어서 산업제품화 단계까지는 미흡한 실정이다.
이를 위하여 나선형을 이룬 히타가 본 출원인의 특허등록 제10-0909881호로 개발되었는바, 복수의 탄소섬유사를 합성수지 용액을 사용하지 않고 물리적으로 브레이딩(Braiding)한 세폭직조 탄소체의 탄소 발열체로, 복수의 탄소섬유사를 한 방향으로 배열하고 브레이딩하여 세폭직조 탄소체를 형성하거나 또는 원사를 한 방향으로 배열하고 브레이딩한 세폭직물을 탄화 처리하여 세폭직조 탄소체를 형성하고, 상기 세폭직조 직조 탄소체를 나선 형태로 성형한 탄소 성형체의 양 단부에 그대로 통전용 크립을 장착하고, 상기 탄소 성형체를 1차 열처리하여 열처리 탄소 성형체를 형성하고, 열처리 탄소 성형체를 2차 열처리하여 표면에 나노결정 구조의 탄소층이 증착된 탄소 피막 발열체를 형성하고, 상기 탄소 피막 발열체를 3차 열처리하여 불순물을 증발시키고 잔류한 비결정 탄소를 그라파이트화하여 구성되며, 세폭직조 직조탄소체를 별도가공하지 않고 원형 그대로 열처리하므로 저항특성 및 발열 분포가 매우 균일하며, 세폭직조 탄소체의 형성에 합성수지 용액을 사용하지 않을 뿐만 아니라 고온의 3차 열처리가 실시되어 불순물 함량이 극히 적고 수명이 대폭 연장되는 탄소발열체 및 그 제조 방법이 개발되었으나, 원통형으로 직조한 경우, 이를 열처리하는 과정에서 형태 변형이 일어나 원통형에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.
또한 원통형 탄소발열체가 국내특허등록 제 10-0686328호로 개발되었는바, 탄소사와 일반섬유사를 직조기를 이용하여 원통형으로 직조하여 완성한 탄소끈관체가 개발되었으나 코팅공정이 필수적이고, 가열 처리하여야 하므로 공해의 요인이 되고, 원통형의 직조기술 자체는 국내실용신안등록공고1994-0008523호, 국내 실용신안공고 1994-4935호로 알려져 있으며, 이는 팔사기의 일종인 환편기를 이용하여 직조하는 것으로를 예시하면 도 1과 같이 탄소사(3)를 감은 보빈(2)을 테이블(1) 상에 설치하되, 탄소사(3)를 감은 보빈(2)이 테이블(1) 상에서 회전하며 이동하면서 탄소사(3)를 공급하여 직조부(4)에서 원통형으로 직조사(6)를 직조하고, 이를 이송롤러(5)를 통하여 별도의 롤러에 감아서 제품을 보관한다. 물론 직조부(4)는 테이블(1) 중앙 상부에 지지봉(45)으로 고정된 원뿔관(43)과, 원뿔관(43)위에서 고정되어 직조한 직조사를 안내공(44)을 통하여 이송하도록 별도의 고정간(42)에 고정된 꼬임방지체(41)로 이루어진다. 그러나 탄소사를 이용하여 직조하는 세부적인 기술은 알려져 있지 않다.
탄소사를 이용하여 관체형(원통형)으로 직조한 구조는 국내실용신안등록 제 20-0385914호로 알려져 있으나, 산업화에 적합한 히터를 제공할 수 없고, 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 관체형 섬유슬리브의 내부에 금속봉을 설치하고, 열처리하여 섬유슬리브를 녹여서 중공절연슬리브를 만드는 기술이 국내공개특허1987-0000722호로 알려져 있으나, 탄소사를 이용한 기술과 그로 인한 히터로서의 기능은 구현할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 이를 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 제조가 용이하고 일정 형태 유지가 가능한 원통형 탄소히타 제조방법을 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄소사를 이용하여 관체형으로 직조시 탄소히타의 길이에 상응하는 내열 유리관을 심재로 지속공급하면서 직조하고, 이를 내열유리관의 길이마다 절단 후, 직조한 단위 원통형체의 외면 양단에 전기를 공급하여 가열함으로써 형태유지를 위한 추가 공정이 필요 없도록 하는 원통형 탄소히타 제조방법을 제공하려는 것이다.
이를 위하여 본원발명은 탄소사를 원사로 사용하여 환편기에서 관체형으로 직조를 할 때, 히타 필라멘트 기능의 탄소발열체 길이에 상응하는 단위 내열관을 심재로 지속공급하면서 직조하는 직조단계,
이를 원통형태를 유지하도록 단위 내열관이 삽입된 상태에서 단위 내열관의 길이로 절단하여 단위원통체를 이루도록 하는 절단단계,
단위 내열관이 삽입된 상태로 단위 원통체를 열처리하여 일정형태의 탄소발열체를 이루도록 하는 공정을 수행하는 열처리단계,
열처리된 탄소발열체에서 내부 단위내열관을 분리하는 분리단계를 포함하는 원통형 탄소발열체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 예로는 필라멘트 기능의 관체형 탄소발열체를 제조하기 위하여 탄소사를 원사로 사용하여 환편기에서 관체형을 이룬 직조한 관체를 연속 직조하는 직조단계,
직조한 관체의 내경부에 필라멘트 기능의 관체형 탄소발열체 길이에 상응하는 단위 내열관을 심재로 연속삽입하여 직조한 관체가 관체 형태를 유지하도록 하는 삽입단계,
삽입단계에 이어 단위 내열관의 길이로 단위 내열관이 삽입된 상태에서 직조한 관체를 절단하는 절단단계,
단위 내열관이 삽입된 상태로 단위 원통체를 열처리하여 일정형태의 탄소발열체를 이루도록 하는 공정을 수행하는 열처리단계,
열처리된 탄소발열체에서 내부 단위내열관을 분리하는 분리단계를 포함하는 원통형 탄소히타 제조방법을 제공한다.
상기 탄소사를 원사로 사용하여 환편기에서 관체형을 이룬 직조한 관체를 연속 직조하는 직조단계에는 직조시 직경을 일정하게 유지하기 위하여 종이관이나 합성수지봉을 삽인한 상태로 직조할 수도 있다. 물론 이 경우는 절단단계에서 삽입된 종이관이나 합성수지봉을 빼고 단위내열관을 삽입한다.
본 발명의 열처리단계를 이루는 1차 열처리단계는 단위 내열관이 삽입된 상태의 단위 원통체 양단부 외면에 각각 통전용 크립을 장착하는 크립장착단계와,
상기 통전용 크립에 전류를 인가하여 상기 단위 원통체를 기상탄화수소 분위기 하의 반응로에서 1차 열처리하여 탄소층 피막이 증착된 탄소체를 수득하는 1차열처리단계를 수행하고;
열처리 단계 후에 냉각한 다음 통전용 크립을 가진 탄소체를 두고 내부 단위 내열관을 분리하는 분리단계를 전기를 이용한 1차 가열을 수행할 수 있다.
본 발명의 열처리단계를 이루는 다른 열처리단계는 단위 내열관이 삽입된 상태인 다수의 상기 단위 원통체를 기상탄화수소 분위기 하의 진공가열로에서 1차 열처리하여 탄소층 피막이 증착된 탄소체를 수득하는 1차열처리단계를 수행하고;
냉각 후 내부 단위 내열관을 각각 분리하는 분리단계를 수행할 수도 있다.
본 발명의 분리단계에 이어서 2차 열처리 단계를 수행하는바, 일 예로는 내부 단위 내열관이 분리된 관체형 탄소체의 통전용 크립을 이용하여 전류를 인가하면서 기상탄화수소 분위기하의 반응로에서 1300℃ 내지 2500℃로 2차 열처리하여 표면에 나노결정구조의 탄소층 피막이 증착된 탄소피막 발열체를 형성하는 2차 열처리 단계(다2)를 수행하는 전기가열방식을 들 수 있다.
본 발명의 다른 예로는 분리단계에서 내부 단위 내열관이 분리된 다수의 관체형 탄소체를 진공가열시키는 것이다. 이를 위하여 다수의 관체형 탄소체를 기상탄화수소 분위기하의 진공가열로에서 1300℃ 내지 2500℃로 2차 열처리하여 표면에 나노결정구조의 탄소층 피막이 증착된 탄소피막 발열체를 형성하는 2차 열처리 단계를 수행한다.
본 발명의 또 다른 예로, 전기가열에 의한 1차 열처리한 것을 기초로 분리단계를 수행하여, 내부 단위 내열관이 분리된 다수의 관체형 탄소체를 진공가열시키는 것이다. 이를 위하여 다수의 관체형 탄소체에서 통전용크립을 각각 제거한 후 기상탄화수소 분위기하의 진공가열로에서 1300℃ 내지 2500℃로 2차 열처리하여 표면에 나노결정구조의 탄소층 피막이 증착된 탄소피막 발열체를 형성하는 2차 열처리 단계를 수행한다.
본 발명은, 2차 열처리 단계를 거친 탄소피막발열체의 통전용크립을 통하여 전기를 인가함과 동시에 불활성가스 또는 감압 분위기하의 반응로에서 2500℃ 내지 3500℃로 3차 열처리하여 불순물을 증발시키고 잔류한 비결정 탄소를 그라파이트화하는 그라파이트화단계를 더 수행한다.
본 발명은 또한, 2차 열처리 단계에 이어 탄소피막발열체를 불활성가스 또는 감압 분위기하의 진공가열 반응로에서 2500℃ 내지 3500℃로 3차 열처리하여 불순물을 증발시키고 잔류한 비결정 탄소를 그라파이트화하는 그라파이트화단계(다3)를 수행할 수도 있다.
본 발명에서 1차 열처리 온도는 900℃ 내지 1200℃인 것을 예시할 수 있다.
본 발명의 또 다른 예로는 탄소사를 원사로 사용하여 환편기에서 관체형으로 직조를 할 때, 지관이나 합성수지봉이나 합성수지관중의 하나를 심재로 지속공급하면서 직조하는 직조단계,
직조단계 후 심재를 빼고 직조한 관체의 내경부에 필라멘트 기능의 관체형 탄소발열체 길이에 상응하는 단위 내열관을 심재로 연속삽입하여 직조한 관체가 관체 형태를 유지하도록 하는 삽입단계,
삽입단계에 이어 단위 내열관의 길이로 단위 내열관이 삽입된 상태에서 직조한 관체를 절단하는 절단단계,
단위 내열관이 삽입된 상태로 단위 원통체를 기상탄화수소 분위기하의 반응로에서 열처리하여 일정형태의 탄소발열체를 이루도록 하는 공정을 수행하는 열처리단계,
열처리된 탄소발열체에서 내부 단위내열관을 분리하는 분리단계를 포함하여 제조한다.
이상과 같이 본원발명은 제조가 용이하고 일정 형태 유지가 가능한 원통형 탄소히타 제조방법을 제공한다.
본 발명은 탄소사를 이용하여 관체형으로 직조시 탄소히타의 길이에 상응하는 내열 유리관을 심재로 지속공급하면서 직조하고, 이를 내열유리관의 길이마다 절단 후, 직조한 단위 원통형체의 외면 양단에 전기를 공급하여 가열함으로써 열처리하여 형태유지를 위한 추가 공정이 필요 없도록 하는 원통형 탄소발열체를 수득 가능토록 한다.
본 발명은 또한 탄소사를 이용하여 관체형으로 직조 후 탄소히타의 길이에 상응하는 내열 유리관을 직조한 관체의 외형을 유지하도록 내경에 삽입하고, 이를 내열유리관의 길이마다 내열유리관이 들어있는 상태로 절단하여 단위원통체를 이루도록 하고, 단위 원통형체의 외면 양단에 크립을 통하여 전기를 공급하여 가열함으로써 열처리하여 외부의 형태가 일정하도록 하는 원통형 탄소발열체를 제공하여 이를 사용한 램프형 히타는 발열체의 외관이 균일하여 내구성을 갖도록 하고 발산하는 빛도 균일한 조도를 제공하도록 작용한다.
도 1은 일반적인 팔사기의 제조 원리를 나타낸 개략도면,
도 2는 본 발명의 팔사기 요부 구성도,
도 3 은 본 발명의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 팔사기 요부 구성도,
도 3 은 본 발명의 공정도이다.
이하 본원발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일예로는 도 2 에 도시한 바와 같이 탄소사를 원사로 사용하여 환편기에서 관체형으로 직조를 하는바, 원뿔관(43)을 테이블(1)에 고정관(46)으로 결합시키고, 고정관(46)의 내경(48)으로 단위내열관(50)을 공급하면서 직조하도록 고정관(46)의 하단 입구 측에 깔때기(47)를 설치한다. 물론 깔때기(47)를 통하여 균일하게 단위내열관(50)을 공급하도록 하는 로딩수단은 다양하게 구현 가능하기에, 이의 도시는 생략한다. 단위내열관(50)은 실리카그래스를 들 수 있고 내열성을 가진 다른 재질로도 구현 가능하다. 실리카그래스의 내열온도는 1200℃이다.
이렇게 수득한 직조사인 직조한 관체(60) 내에는 필라멘트 기능의 탄소발열체와 동일한 길이의 단위 내열관(50)이 들어 있는바 이를 본 발명에서는 도 3 과 같이 직조단계(가)로 표기한다.
이어 원통형태를 유지하도록 단위 내열관(50)이 삽입된 상태에서 단위 내열관의 길이로 절단하여 단위원통체(62)를 이루도록 하는 절단단계(나)를 수행한다.
이어 단위 내열관(50)이 삽입된 상태로 단위원통체(62)를 열처리하여 일정형태의 탄소발열체를 이루도록 하는 공정을 수행하는 열처리단계(다), 및
열처리된 탄소발열체에서 내부 단위내열관을 분리하는 분리단계(라)를 포함하여 제조한다.
본 발명의 다른 예로는, 필라멘트 기능의 관체형 탄소발열체를 제조하기 위하여 탄소사를 원사로 사용하여 환편기에서 관체형을 이룬 직조한 관체(60)를 연속 직조하는 직조단계(가1),
직조한 관체(60)의 내경부에 필라멘트 기능의 관체형 탄소발열체 길이에 상응하는 단위 내열관(50)을 심재로 연속삽입하여 직조한 관체가 관체 형태를 유지하도록 하는 삽입단계(가2)를 순차 수행한다.
상기 삽입단계(가2)에 이어 단위 내열관(50)이 삽입된 상태에서 직조한 관체를 단위 내열관(50)의 길이로 절단하는 절단단계(나),
단위 내열관이 삽입된 상태로 단위 원통체를 열처리하여 일정형태의 탄소발열체를 이루도록 하는 공정을 수행하는 열처리단계(다),
열처리된 탄소발열체에서 내부 단위내열관을 분리하는 분리단계(라)를 포함하도록 수행하여 제조한다.
상기 열처리단계(다)는 단위 내열관이 삽입된 상태의 단위 원통체 양단부 외면에 각각 통전용 크립(63,64)을 장착하는 크립장착단계(다1)와,
상기 통전용 크립(63,64)에 전류를 인가함과 동시에 상기 단위 원통체(62)를 기상탄화수소 분위기 하의 반응로에서 1차 열처리하여 탄소체(65)를 수득하는 1차 열처리단계(다2)를 수행하고;
1차 열처리단계(다2) 후에 통전용 크립(63,64)을 가진 탄소체(65)를 두고 내부 단위 내열관을 분리하는 분리단계(라)를 포함하여 수행한다.
상기 1차 열처리단계는 반응로에서 내부의 기상탄화수소가 열분해 되면서 발생하는 탄소가 단위원통체(62)의 표면에 기상 증착되어 탄소층 피막이 형성된다. 피막의 두께는 0.1㎚인 것을 확인하였다. 1차 열처리하는 온도가 900℃ 미만이면 기상탄화수소가 열분해 되지 않아서 탄소가 탄소성형체를 이루는 단위원통체의 표면에 기상증착되지 않으며, 1200℃를 초과하면 단위내열관(50)이 녹아서 형태유지가 어렵게 된다.
상기, 분리단계(라)에 이어 내부 단위 내열관(50)이 분리된 관체형 탄소체(65)의 통전용 크립(63,64)을 이용하여 전류를 인가하면서 기상탄화수소 분위기하에서 1300℃ 내지 2500℃로 반응로에서 2차 열처리하여 표면에 나노결정구조의 탄소층 피막이 증착된 탄소피막 발열체(66)를 형성하는 2차 열처리 단계(다2)를 더 수행한다. 증착된 탄소층 피막은 0,3㎚인 것을 확인하였다. 관체형 탄소체(65)를 반응로에서 2차 열처리하여 수득되는 탄소피막발열체(66)는 2차 열처리 온도가 1300℃ 미만이면 탄소피막발열체(66)의 표면에 기상 증착되는 나노결정구조의 탄소층 피막에 기화 가능한 비결정 탄소물질이 다량함유될 뿐만 아니라 상기 관체형 탄소체의 저항치를 임의 조절할 수 없게 된다. 또한, 2500℃를 초과하면 탄소피막발열체(66)가 고온으로 인하여 열화 또는 연소될 수 있다.
상기, 2차 열처리 단계(라2)에 이어 탄소피막발열체(66)를 불활성가스 또는 감압 분위기하에서 2500℃ 내지 3500℃로 반응로에서 3차 열처리하여 불순물을 증발시키고 잔류한 비결정 탄소를 그라파이트화하여 탄소발열체(67)를 수득하는 그라파이트화단계(다3)를 더 수행하면 좋다. 상기 3차 열처리에서 온도가 2500도 미만이면 관체형 탄소체(65)에서 그라파이트화한 탄소발열체(67)로부터 불순물이 제대로 증발되지 않고 비결정 탄소물질 역시 제대로 그라파이트화되지 않는다. 또한, 온도가 3500℃를 초과하면 3차 열처리에 따른 비용이 대폭 증가하고 이는 결국 원가상승의 요인이 된다.
본 발명의 또 다른 예로는 탄소사를 원사로 사용하여 환편기에서 관체형으로 직조를 할 때, 지관이나 합성수지봉이나 합성수지관중의 하나를 심재로 지속공급하면서 직조하는 직조단계(가1'),
직조단계(가1') 후 심재를 빼고 직조한 관체의 내경부에 필라멘트 기능의 관체형 탄소발열체 길이에 상응하는 단위 내열관을 심재로 연속삽입하여 직조한 관체가 관체 형태를 유지하도록 하는 삽입단계(가2'),
삽입단계에 이어 단위 내열관의 길이로 단위 내열관이 삽입된 상태에서 직조한 관체를 절단하는 절단단계(나),
단위 내열관이 삽입된 상태로 단위 원통체를 기상탄화수소 분위기하의 반응로에서 열처리하여 일정형태의 탄소발열체를 이루도록 하는 공정을 수행하는 열처리단계(다),
열처리된 탄소발열체에서 내부 단위내열관을 분리하는 분리단계(라)를 포함하여 제조한다. 이와 같은 방식은 직조단계(가1')시에 심재로 지관이나 합성수지관들을 삽입한 상태로 직조하므로 직조한 직조사가 일정 직경을 유지할 수 있어 대량생산에 유리한 방법이다. 물론 이를 이용하여 삽입단계(가2')에서는 지관이나 합성수지관 또는 합성수지봉을 빼고, 직조관체의 내경부에 단위내열관을 넣고, 단윈 걍관의 길이에 해당하는 단위 길이로 절단하므로, 일정 직경과 일정 길이를 유지하여 균일한 제품을 수득할 수 있다.
상기 본 발명의 각 예에서 전기를 통전용크립을 통하여 인가함으로써 1차 내지 3차 가열하는 것을 위주로 설명하였으나, 1차만 전기가열이고 2차 및 3차는 1차 가열한 것을 모아서 한번에 배치식으로 진공 가열로에서 가열처리하면 생산성이 향상된다. 물론 1차 및 2차를 전기가열식으로, 3차는 진공 가열식으로 할 수도 있고, 1차부터 3차까지 전부 진공가열식으로 구현할 수도 있다. 진공가열식은 진공로에서 내부에 전기발열체를 내장하여 고온을 발생토록 하는 것으로 반도체 제조나 금속 제련 등에서 사용되는 기술이므로 진공가열로 자체의 구조의 설명 및 도시는 생략한다. 다만, 전기가열방식은 진공가열로의 설치가 필요 없어 수형의 다품종 생산에는 유리하게 사용될 수 있고, 정확한 저항 치수를 맞추는데 유리하여 수요자의 제품 특성에 따라 제조사의 가열방식을 선택할 수 있다.
물론 이렇게 수득한 탄소발열체(67)를 이용하여 양단에 전원 인가용 단자를 결합하고, 이를 진공 유리관에 내장하여 전원 인가용 단자로 외부 전력을 인가할 수 있도록 양단을 밀봉한 후 제조 완료하여 탄소히타를 산업용 램프형 히터로 사용가능토록 한다.
50;단위내열관 60;직조한 관체 62;단위 원통체 63,64;크립 65;탄소체 66;탄소피막발열체 67;탄소발열체
Claims (13)
- 탄소사를 원사로 사용하여 환편기에서 원통형으로 직조를 할 때, 히타 필라멘트 기능의 탄소발열체 길이에 상응하는 단위 내열관을 심재로 지속공급하면서 직조하는 직조단계(가),
이를 원통형태를 유지하도록 단위 내열관이 삽입된 상태에서 단위 내열관의 길이로 절단하여 단위원통체를 이루도록 하는 절단단계(나),
단위 내열관이 삽입된 상태로 단위원통체를 기상탄화수소 분위기하의 반응로에서 열처리하여 일정형태의 탄소발열체를 이루도록 하는 공정을 수행하는 열처리단계(다), 및
열처리된 탄소발열체에서 내부 단위내열관을 분리하는 분리단계(라)를 포함하여 제조함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
- 필라멘트 기능의 관체형 탄소발열체를 제조하기 위하여 탄소사를 원사로 사용하여 환편기에서 관체형을 이룬 직조한 관체를 연속 직조하는 직조단계(가1),
직조한 관체의 내경부에 필라멘트 기능의 관체형 탄소발열체 길이에 상응하는 단위 내열관을 심재로 연속삽입하여 직조한 관체가 관체 형태를 유지하도록 하는 삽입단계(가2),
삽입단계에 이어 단위 내열관의 길이로 단위 내열관이 삽입된 상태에서 직조한 관체를 절단하는 절단단계(나),
단위 내열관이 삽입된 상태로 단위 원통체를 기상탄화수소 분위기하의 반응로에서 열처리하여 일정형태의 탄소발열체를 이루도록 하는 공정을 수행하는 열처리단계(다),
열처리된 탄소발열체에서 내부 단위내열관을 분리하는 분리단계(라)를 포함하여 제조함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
- 제 1항 또는 2항에 있어서,
열처리단계(다)는 단위 내열관이 삽입된 상태의 단위 원통체 양단부 외면에 각각 통전용 크립을 장착하는 크립장착단계(다0)와,
상기 통전용 크립에 전류를 인가하여 상기 단위 원통체를 기상탄화수소 분위기 하의 반응로에서 1차 열처리하여 탄소층 피막이 증착된 탄소체를 수득하는 1차열처리단계(다1)를 수행하고;
열처리 단계(다) 후에 냉각한 다음 통전용 크립을 가진 탄소체를 두고 내부 단위 내열관을 분리하는 분리단계(라)를 수행함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
- 제 1항 또는 2항에 있어서,
열처리단계(다)는 단위 내열관이 삽입된 상태인 다수의 상기 단위 원통체를 기상탄화수소 분위기 하의 진공가열로에서 1차 열처리하여 탄소층 피막이 증착된 탄소체를 수득하는 1차 열처리단계(다1)를 수행하고;
냉각 후 내부 단위 내열관을 각각 분리하는 분리단계(라)를 수행함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 분리단계(라)에서 내부 단위 내열관이 분리된 관체형 탄소체의 통전용 크립을 이용하여 전류를 인가하면서 기상탄화수소 분위기하의 반응로에서 1300℃ 내지 2500℃로 2차 열처리하여 표면에 나노결정구조의 탄소층 피막이 증착된 탄소피막 발열체를 형성하는 2차 열처리 단계(다2)를 더 수행함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
- 제 4항에 있어서, 분리단계(라)에서 내부 단위 내열관이 분리된 다수의 관체형 탄소체를 기상탄화수소 분위기하의 진공가열로에서 1300℃ 내지 2500℃로 2차 열처리하여 표면에 나노결정구조의 탄소층 피막이 증착된 탄소피막 발열체를 형성하는 2차 열처리 단계(다2)를 더 수행함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 분리단계(라)에서 내부 단위 내열관이 분리된 다수의 관체형 탄소체에서 통전용크립을 각각 제거한 후 기상탄화수소 분위기하의 진공가열로에서 1300℃ 내지 2500℃로 2차 열처리하여 표면에 나노결정구조의 탄소층 피막이 증착된 탄소피막 발열체를 형성하는 2차 열처리 단계(다2)를 더 수행함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
- 제 5항에 있어서, 2차 열처리 단계(다2)를 거친 탄소파막발열체(66)의 통전용크립을 통하여 전기를 인가함과 동시에 불활성가스 또는 감압 분위기하의 반응로에서 2500℃ 내지 3500℃로 3차 열처리하여 불순물을 증발시키고 잔류한 비결정 탄소를 그라파이트화하는 그라파이트화단계(다3)를 더 수행함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 2차 열처리 단계에 이어 탄소피막발열체를 불활성가스 또는 감압 분위기하의 진공가열 반응로에서 2500℃ 내지 3500℃로 3차 열처리하여 불순물을 증발시키고 잔류한 비결정 탄소를 그라파이트화하는 그라파이트화단계(다3)를 더 수행함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 2차 열처리 단계에 이어 탄소피막발열체를 불활성가스 또는 감압 분위기하의 진공가열 반응로에서 2500℃ 내지 3500℃로 3차 열처리하여 불순물을 증발시키고 잔류한 비결정 탄소를 그라파이트화하는 그라파이트화단계(다3)를 더 수행함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 1차 열처리 온도는 900℃ 내지 1200℃ 인것을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
- 제 4항에 있어서, 1차 열처리 온도는 900℃ 내지 1200℃ 인것을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
- 탄소사를 원사로 사용하여 환편기에서 원통형으로 직조를 할 때, 지관이나 합성수지봉이나 합성수지관중의 하나를 심재로 지속공급하면서 직조하는 직조단계(가1'),
직조단계(가1')후 심재를 빼고 직조한관체의 내경부에 필라멘트 기능의 관체형 탄소발열체 길이에 상응하는 단위 내열관을 심재로 연속삽입하여 직조한 관체가 관체 형태를 유지하도록 하는 삽입단계(가2'),
삽입단계에 이어 단위 내열관의 길이로 단위 내열관이 삽입된 상태에서 직조한 관체를 절단하는 절단단계(나),
단위 내열관이 삽입된 상태로 단위 원통체를 기상탄화수소 분위기하의 반응로에서 열처리하여 일정형태의 탄소발열체를 이루도록 하는 공정을 수행하는 열처리단계(다),
열처리된 탄소발열체에서 내부 단위내열관을 분리하는 분리단계(라)를 포함하여 제조함을 특징으로 하는 원통형 탄소발열체 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100013133A KR101065185B1 (ko) | 2010-02-12 | 2010-02-12 | 원통형 탄소발열체 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100013133A KR101065185B1 (ko) | 2010-02-12 | 2010-02-12 | 원통형 탄소발열체 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110093225A true KR20110093225A (ko) | 2011-08-18 |
| KR101065185B1 KR101065185B1 (ko) | 2011-09-19 |
Family
ID=44929950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100013133A KR101065185B1 (ko) | 2010-02-12 | 2010-02-12 | 원통형 탄소발열체 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101065185B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101436859B1 (ko) * | 2012-10-08 | 2014-09-03 | 주식회사 선익시스템 | 열선 열처리 장치 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230106443A (ko) | 2022-01-06 | 2023-07-13 | 한국전기연구원 | 파이프형 편조 다층 발열체 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0513154A (ja) * | 1991-12-11 | 1993-01-22 | Ibiden Co Ltd | 抵抗発熱体の製造方法 |
| KR100547189B1 (ko) | 2003-04-23 | 2006-01-31 | 스타전자(주) | 그라파이트 펠트를 이용하는 탄소 발열 장치의 제조 방법 |
| KR100686328B1 (ko) | 2005-08-18 | 2007-02-22 | (주)지스코 | 카본사램프 히터 및 이를 위한 탄소끈관 제조방법 |
| KR100793973B1 (ko) | 2006-06-08 | 2008-01-16 | 쵸이 알렉산드르 | 나노결정 구조의 탄소층으로 코팅된 나선형 탄소의 제조 방법 및 나선형 탄소를 포함하는 적외선 발생기 |
-
2010
- 2010-02-12 KR KR1020100013133A patent/KR101065185B1/ko active IP Right Grant
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101436859B1 (ko) * | 2012-10-08 | 2014-09-03 | 주식회사 선익시스템 | 열선 열처리 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101065185B1 (ko) | 2011-09-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5047366B2 (ja) | 炭素発熱体及びその製造方法 | |
| CN103959899B (zh) | 导电材料以及具有导电材料的辐射器及其制造方法 | |
| US8723087B2 (en) | Method for manufacturing pipe-type woven carbon fibers and carbon fiber heating lamp using the pipe-type woven carbon fibers | |
| JP4697909B2 (ja) | カーボンワイヤー発熱体封入ヒータ | |
| US8246927B2 (en) | Process and apparatus for producing carbon nanotube, carbon nanotube fiber, and the like | |
| KR101065185B1 (ko) | 원통형 탄소발열체 제조방법 | |
| CN111002435A (zh) | 一种单晶硅炉用碳碳坩埚预制体编织工艺 | |
| KR101389259B1 (ko) | 탄소 적외선 히터용 탄소 밴드를 제조하기 위한 방법, 탄소 적외선 히터를 제조하기 위한 방법, 및 탄소 적외선 히터 | |
| US2823292A (en) | Device for the continuous heat treatment of textile yarns | |
| US3692577A (en) | Carbon filaments | |
| JP2004091836A (ja) | 熱フィラメントｃｖｄ装置及びそのフィラメント構造並びに熱フィラメントｃｖｄ法 | |
| US11952280B2 (en) | Synthesis of quantum carbon nanotubes | |
| KR101125480B1 (ko) | 탄소발열체 및 그 제조방법 | |
| US20180077756A1 (en) | Strip-shaped carbon heating filament and method for its production | |
| KR100983972B1 (ko) | 탄소발열체 및 그 제조방법 | |
| KR100686328B1 (ko) | 카본사램프 히터 및 이를 위한 탄소끈관 제조방법 | |
| Chen | Application of HTS in Carbon Materials | |
| KR101479645B1 (ko) | 탄소 발열체 및 그 제조방법 | |
| JP2005322552A (ja) | ヒータランプ | |
| JP4392435B2 (ja) | 炭素化布帛の製造方法 | |
| KR101056044B1 (ko) | 카본섬유 발열체 제조방법 | |
| RU2183362C1 (ru) | Способ изготовления матрицы автоэмиссионного катода | |
| JPH04280809A (ja) | 高導電性中空炭素材料の製造方法 | |
| US370998A (en) | Process of forming filaments for incandescent electric lamps | |
| JPS63145420A (ja) | ピツチ系炭素繊維の熱処理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140904 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160105 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160902 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170906 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180814 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190814 Year of fee payment: 9 |