KR20120071098A - 세라믹히터 방열플레이트 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인체의 모발을 펴고 성형하는데 사용되는 고대기용 세라믹 내장형 방열판에 관한 것으로서, 세라믹방열판과 세라믹히터를 일체로 구성하여 다양한 색상을 발현하여 세라믹의 축열기능과 열 복원 능력을 최대한 살리면서 고효율 열 방열특성을 가지고 사용시 전력 소모량을 감소시킬 수 있으며, 세라믹히터와 방열판을 습윤환원분위기로 고온으로 동시소성하여 일체화 하거나, 방열플레이트를 산화 분위기로 일반형 세라믹히터를 삽입하여 가열이 가능한 세라믹히터 방열플레이트 제조방법에 관한 것이다.
그 제조방법은 세라믹히터 내장형 방열플레이트를 제조함에 있어서, 테이프 캐스팅법으로 세라믹 그린쉬트를 제조하여 고융점 페이스트를 인쇄하여 저항 발열체를 형성한 그린쉬트를 포함한 6~8장 적층 압착하여 습윤환원분위기하에서 고온 동시소성으로 소결된 방열플레이트를 가공하여 제조하거나, 그린쉬트 제조시 방열플레이트 상단 그린쉬트 조성으로 TiO2, FeO, Fe2O3, Fe3O4 , Mn, MnO, Cr2O3, Ni, NiO, Ta2O5 금속발색단을 10wt%이내 첨가하여 흑색, 회색, 보라, 분홍색, 적색을 습윤환원분위기에서 발색시키도록 구성되어 있다.
그 제조방법은 세라믹히터 내장형 방열플레이트를 제조함에 있어서, 테이프 캐스팅법으로 세라믹 그린쉬트를 제조하여 고융점 페이스트를 인쇄하여 저항 발열체를 형성한 그린쉬트를 포함한 6~8장 적층 압착하여 습윤환원분위기하에서 고온 동시소성으로 소결된 방열플레이트를 가공하여 제조하거나, 그린쉬트 제조시 방열플레이트 상단 그린쉬트 조성으로 TiO2, FeO, Fe2O3, Fe3O4 , Mn, MnO, Cr2O3, Ni, NiO, Ta2O5 금속발색단을 10wt%이내 첨가하여 흑색, 회색, 보라, 분홍색, 적색을 습윤환원분위기에서 발색시키도록 구성되어 있다.
Description
본 발명은 세라믹히터 내장형 방열플레이트 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체의 모발을 펴고 성형하기 위한 고대기 등의 미용기에 사용되는 세라믹히터와 방열플레이트에 세라믹조성의 고방사율의 원적외선 세라믹소재로 구성하여 세라믹의 열전달메커니즘은 복사와 전도로 비열이 크고, 모발성형시 열복원 능력과 일단 승온 시 쉽게 열방출이 안되며 모발에 적당한 온도를 유지할 수 있는 세라믹히터 내장형 방열플레이트 제조 방법에 관한 것이다.
고데기는, 사람의 모발에 열을 가하여 머리를 펴거나 다양한 헤어 스타일을 연출하기 위한 미용도구로서, 근래에는 미장원뿐만 아니라 일반 가정에서도 널리 사용되고 있다.
그러나 대부분의 고데기는, 교류, 직류전원을 이용하고 있다. 또한, 전원과 전선으로 연결되어야 하기 때문에, 사용자가 모발을 성형할 때 고데기에 연결된 전선에 의해 사용이 불편한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 선을 사용하지 않고 충전을 하여 사용할 수 있는 무선 고데기가 보급되어 사용되고 AC용, DC용 세라믹히터를 개발하여 본 발명자는 특허출원한 상태이다.
일반적으로 세라믹 발열체는 현재 고대기 등이 미용기에서 열 발 열속도, 발열량 등 열효율이 급속 발열체보다 우수하여 경박단소가 쉽게 구현되기 때문에 다양한 산업분야에 활용되고 있다.
세라믹히터는 인체의 모발 성형시 가열에 의한 고대기에 적용하고 있으나 방열판은 알루미늄 방열판 하부에 세라믹히터를 밀착하여 발열하므로서 열전달 메커니즘이 금속부의 전도성을 이용하므로 열효율이 떨어지는 문제와 빨리 열방출이 되는 문제를 갖고 있다.
종래의 일반적인 고대기용 세라믹 발열체는 첨부된 도 1 내지 도 2에서 도시된 바와 같이 힌지축(16)을 중심으로 소정각도의 범위내에서 회동하는 한쌍의 손잡이부(1)와, 상기 손잡이부에서 연장된 부위에 각각 내장되어 전원에 의해 열을 발생시키는 한쌍의 발열장치(5)와, 상기 발열장치에 전원공급 및 충전을 하기 위한 충전단자부(13)와, 상기 발열장치에 전원을 공급, 차단하는 작동버튼(3)을 포함하고, 상기 발열장치(5)로서 승온 온도가 매우 빠른 세라믹히터가 많이 사용되고 있다.
상기 세라믹히터를 사용한 종래의 발열장치(5)는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 외부의 전원공급에 의해 발열하는 세라믹히터(7)와, 일측에 상기 세라믹히터(7)가 장착되어 세라믹히터에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 방열판(9)과, 상기 방열판(9)에 삽입된 세라믹히터(7)를 지지하는 지지판(8)과, 상기 세라믹히터(7)에 외부의 전원을 공급하는 전선(10)으로 구성되어 있다.
즉, 종래의 고대기용 세라믹 발열체구조는 알루미늄재질을 압축 성형한 발열판과, 알루미늄 방열판 표면에 세라믹코팅층을 형성하여 원적외선이 방출되도록 한 구조이다.
상기 세라믹 코팅한 알루미늄 방열판 내부에는 통상적인 세라믹히터를 삽입하여 판상형 스프링으로 고정하여 제조한다.
이러한 구조는 승온시 쉽게 상승하고 쉽게 하강함으로서 모발성형시 연속작업에서 불편하고, 이미용시 수분이 함유된 모발에 반복적으로 접촉함으로서 세라믹코팅층이 벗겨지고, 열효율이 낮은 문제를 가지고 있다.
또한 열 피로에 의하여 알루미늄금속과 세라믹코팅층의 이중소재로 인한 균열박리현상이 발생하고, 금속 방열판에 세라믹히터가 밀착되어 열팽창계수의 차이로 인한 세라믹히터의 절연파괴로 누설전류에 의한 감전사고가 발생한 사례가 있다.
상기의 통상적인 세라믹히터 제조방법은 첨부된 4 내지 도 5에서 도시된 바와 같이 세라믹 슬러리(Slurry)를 이용하여 연질상태의 그린시트(Green Sheet;21)를 만들고, 상기 그린시트(21)를 적정 크기로 절단한 후 그 표면에 금속페이스트를 이용하여 저항(22)을 인쇄하고, 저항(22)이 인쇄된 그린시트(21)와 저항(22)이 인쇄되지 않은 그린시트(21)를 적층(23)하여 열간 압착(24)한 후, 1400?1700℃의 온도로 습윤환원 분위기로 고온소성(25)하여 제조하게 된다. 물론, 상기 소성(25) 과정에서 그린시트(21)가 소결되어 경질상태로 되는 것이며, 마지막으로 저항(22)에 리드선(26)을 고정하여 세라믹히터를 제조하고 있다. 상기의 단점을 보완하기 위하여 기 출원된 특허 출원번호 10-2004-0020497에 제시된 발열판 일체형 세라믹 발열체의 제조방법을 제시하고 있지만, 이는 산화분위기에서 고온으로 소결된 알루미나 기판(Alumina Substrat)를 6개층으로 일체화한 세라믹발열체로서 각 알루미나 가판은 소결된 상태의 기판을 소정의 크기로 레이저 절단법으로 절단하여 한면에 Mo-Mn, Mo-W-Mn 페이스트로 저항패턴을 인쇄한 후 각각 소결기판을 글라스 접착제(Glass Fuit)로 접착하고 있다.
상기 종래의 알루미늄 방열판의 단점을 보완하기 위해 첨부된 도 6 내지 8에서 도시된 바와 같이 세라믹 발열체와 발열판이 일체형으로 구성되도록 제시하고 있는데, 이는 소결되어 구비되는 세라믹 소결기판(31)으로 하판(32)과 상판(33)을 구비하고, 상기 하판(32) 또는 상판(33) 중 어느 하나에 저항을 인쇄하여 세라믹히터(35)를 만든다.
상기 세라믹히터(35)를 일체로 만든 하판(32)과 상판(32)을 고온으로 소성결합하여 발열판(36)을 만들어 세라믹히터(35)과 발열판(36)이 일체화된 세라믹 발열체(30)를 만든다.
상기 세라믹 발열체(30)를 만드는 다른 방법으로는, 박판의 세라믹 소결기판(31)에 저항을 인쇄하여 만들어진 세라믹히터(35)의 하측과 상측에 소정의 두께를 가지는 하판(32)과 상판(33)을 각각 밀착시켜 고온으로 소성시켜 부착하는 등의 방법으로 일체화시켜 만들어도 된다.
상기 세라믹 발열체(30)를 만드는 또 다른 방법으로는, 상당한 두께(전체 발열판과 동일한 두께)를 가지는 세라믹 소결기판(31)으로 만들어지는 발열판(36)이나, 얇은 두께를 가지는 여러매의 소결기판(31)을 적층하여 일정한 두께를 가지도록 만들어진 발열판(36)의 내부에 히터홀(41)을 형성하고, 상기 히터홀(41)에 세라믹히터(35)를 삽입하여 형성되도록 그 구성이 제시되어 있다.
상기의 구성은 고온 소결된 알루미나 기판을 레이저컷팅 방법으로 절단하여 글라스 접착제로 열처리하여 글라스를 용융하여 제조하는 방법으로, 알루미나기판 사이에서 글라스 프릿트가 약1000℃ 이상 고온에서는 Boiling 현상으로 기포(pore)가 다량 형성되고, 글라스의 재질특성상 알루미나 재질과 글라스 접착층의 밀도차이와 열팽창 계수의 차이로 고대기에 장착하여 반복 사용 시 열피로(Themal Stress)에 의한 균열 및 파괴로 고대기 열판의 탈락으로 고객의 화상사고 발생이 예상된다.
또한 고순도 알루미나 조성은 열전도성이 열전도성이 (Thenmal Conductivity:96%Al2O3 26W/mk) 우수하나, 글라스프릿트는 열전도성(Thermal Conductivity:Glass Ceramic:MgO, Al203, SiO2 3W/mk)이 매우 낮아서 알루미나 기판 세라믹 발열 패턴층위에 3층의 글라스 접착층이 형성되어 열전달속도가 매우 느린단점을 갖고있다. 즉 세라믹 발열판에 4개층의 단열글라스 접착층이 존재함으로서, 고대기에 장착시 승온 속도가 매우 느린 단점을 갖고 있다.
상기에 제시한 종래의 기술의 문제점은 알루미늄 방열판은 열전달 원리가 전도성을 이용하기 때문에 열효율이 낮으며,세라믹기판을 글라스 프릿트로 접착하는 원천적인 모체로 인한 절연파괴로 누설전류에 의한 감전사고, 제조시 공정의 수가 많아 원가 상승과, 사용수명이 낮은 문제가 있다.
또한 기출원된 특허 "출원번호 10-2004-20497"에서 알루미나 소결기판에 저항 패턴층을 형성한 후 각층의 접합을 글라스 프릿트 접착제를 사용한다. 이는 일체화된 방열판과 세라믹히터는 한몸으로 세라믹의 열적기능성을 갖고 있는 장점이 있지만, 이종소재(알루미나소결기판과 글라스 프릿트 접합층)간의 열팽창계수차이로 열피로(Thermal Stress)에 의한 방열판 박리 현상으로 전기안전성에 큰 문제를 갖고 있으며, 열적특성도 이종재질에 의한 열차단 현상으로 열효율이 떨어지는 단점을 갖고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 세라믹히터와 방열판을 습윤환원분위기로 동시소성 하여 일체화 하거나, 방열플레이트를 산화분위기로 일반형 세라믹히터를 삽입하여 가열할 수 있도록 세라믹 그린쉬트를 테이프케스팅 방법으로 제조하여 동일한 알루미나 조성으로 저항패턴을 인쇄하여 압착프레스로 가온압착하여 그린쉬트상에서 압착, 한몸으로 하여 습윤환원 분위기로 고온 동시 소성(1700℃)하여 제조하여 세라믹 방열판과 세라믹히터를 일체로 하여 다양한 색상을 발현하여 세라믹의 축열기능과 열복원 능력을 최대한 살리면서 고효율 열 방열 특성을 갖고, 사용시 전력 소모량을 감소시킬 수 있는 세라믹히터 방열플레이트 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 세라믹히터를 내장할 수 있도록 방열판 하부에 고대기용 일반 세라믹히터를 삽입할 수 있도록 구멍을 형성하여 프레스성형법, 압출성형법, 사출성형법을 이용하여 세라믹히터 방열플레이트 제조방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세라믹히터 방열플레이트는 세라믹히터 내장형 방열플레이트를 제조함에 있어서, 테이프 케스팅법으로 세라믹 그린쉬트를 제조하여 고융점 페이스트를 인쇄하여 저항 발열체를 형성한 그린쉬트를 포함한 6~8장 적층 압착하여 습윤 환원분위기 소성으로 소결된 방열플레이트를 가공하여 제조함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 세라믹히터 방열플레이트의 다른 일실시예는 그린쉬트 제조시 방열플레이트 상단 그린쉬트 조성으로 TiO2, FeO, Fe2O3, Fe3O4, Mn, MnO, Cr2O3, Ni, NiO, Ta2O5 금속발색단을 10wt%이내 첨가하여 흑색, 회색, 보라, 분홍색, 적색을 습윤환원분위기에서 고온 동시소성으로 발색시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 세라믹히터 방열플레이트의 다른 일실시예는 소결된 Al2O3 96wt% 조성의 흰색 방열플레이트 표면에 Sand Blast 방법으로 표면 요철을 조성하여 실리카계 나노코팅액에 무기안료를 첨가하여 다양한 색상으로 발색시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 세라믹히터 방열플레이트의 다른 일실시예는 세라믹 발열체 삽입형 방열플레이트를 제조함에 있어서, 알루미나 70~99% 조성으로 유기계결합체를 수계 또는 유기용매계로 볼밀링 및 건조한 분말을 프레스성형법, 압출성형법, 사출성형법으로 제조하며 세라믹발열체를 방열플레이트 구멍에 삽입해 일체화하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 세라믹히터 방열플레이트의 다른 일실시예는 다양한 색상발색단은 TiO2, (Co,Ni)O(Cr,Fe)스피넬구조, SnO2(CSb2O5,V2O5), ZrSio4(CoO, NiO), (Sn,Ti)O2(V2O5), (Zr,Ti)O2(V,In), ZrSiO4(cds), TiO2(Cr2O3,Sb2O5), Zr SiO4[Cd(SSe)],α-Al2O3(Mn,P), ZnO(Al,Cr)2O3 스피넬 구조, CaOSnO2SiO2[Cr,Co], SnO2(Cr), ZrSiO4(Fe), (Co,ZnOnAl2O3, 2(Co,Zn)OSiO2, ZrSiO4(V2O5), (Co,Zn)O(Al, Cr)2O3스피넬 구조, 3CaO,Cr2O3,3Si02, (Al,Cr)2O3을 ~10wt% 첨가하여 산화분위기로 1700℃ 이하로 소성하며 백색 흑색 회색 노란색 적색 분홍색 청색 또는 녹색으로 발색시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 세라믹히터 방열플레이트의 다른 일실시예는 Al2O3 96wt%조성의 흰색 방열플레이트 표면에 Sand Blast 방법으로 표면 조도를 조정하여 실리카제 나노코팅액에 무기안료를 첨가하여 다양한 색상으로 발색시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 인체의 모발을 펴고 성형하는데 사용되는 고대기용 세라믹 내장형 방열판에 관한 것으로서, 세라믹방열판과 세라믹히터를 일체로 하여 다양한 색상을 발현하여 세라믹의 축열기능과 열 복원 능력을 최대한 살리면서 고효율 열 방열 특성을 갖고, 사용시 전력 소모량을 감소시킬 수 있으며, 세라믹히터와 방열판을 습윤 환원 분위기로 동시 소성 하여 일체화 하거나, 방열플레이트를 산화분위기로 일반형 세라믹히터를 삽입하여 가열하도록 설계된 구조를 고온 소성하여 제조함을 특징으로 한다.
또한 발색방법은 히터 내장형 방열플레이트를 다양한 색상 발현 방법은 세라믹 그린쉬트에 금속 첨가물을 넣어 습윤환원분위기로 고온 동시소성시 백색, 흑색, 분홍색, 보라색을 발현하거나 또 다른 방법은 세라믹히터 내장형 방열플레이트 표면 개질 후 세라믹 코팅 방법으로 다양한 발색이 가능하다.
세라믹히터 삽입형 방열플레이트는 먼저 형상은 세라믹 분말구성(알루미늄 ~99.9wt%) ZrO2, FeO, Fe2O3, Fe3O4, MnO, Mn, Cr2O3, Ni, NiO, NiO2, CoO, V2O5, Cds, Se, Ta, In 등을 0.5~30 wt% 첨가하여 백색, 흑색, 회색, 주황색, 적색, 청색, 분홍색, 노란색, 분홍색, 호박색을 발색하여 천연보석과 같은 질감을 갖도록 발색하여 제조된 방열플레이트이다.
상기 발명으로 세라믹히터를 내장한 방열판을 일체로 하여 제조함으로서 열전달 속도 발열균일성, 모발성형의 신속성, 용이성이 크게 향상되며, 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 종래의 일반적인 고대기용 세라믹 발열체의 구조를 도시한 도면.
도 4 내지 5는 종래의 세라믹 코팅한 알루미늄 방열판 내부에 세라믹히터를 삽입하여 제조한 도면.
도 6 내지 도 8은 종래의 알루미늄방열판의 단점을 보완하기 위해 세라믹발열체와 발열판이 일체형으로 구성한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 세라믹히터 내장형 방열플레이트 제조 공정을 도시한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 세라믹히터 내장형 발열플레이트 제조에 따른 일실시예로서 세라믹 조성에 알루미나를 첨가한 공정을 도시한 흐름도.
도 11은 본 발명에 의해 제조된 세라믹히터 내장형 방열플레이트의 단면도
도 12는 본 발명에 따른 세라믹히터 내장형 방열플레이트에 구현될 패턴저항에 따른 단면도.
도 13 내지 도 14는 본 발명에 따른 세라믹히터 내장형 방열플레이트의 단면도 및 제품의 실시예
도 15 본 발명의 다른 일실시예 따른 세라믹히터 삽입형 방열플레이트의 단면도
도 16은 본 발명에 따라 제조된 세라믹히터 내장형 방열플레이트 및 세라믹히터 삽입형 방열플레이트의 온도상승 특성을 도시한 그래프
도 17은 본 발명에 따라 제조된 세라믹히터 내장형 방열플레이트 및 세라믹히터 삽입형 방열플레이트의 부위별 히터 온도특성 및 소비전류 관계를 도시한 그래프.
도 18 내지 도 19에서 도시된 바와 같이 히터 위치별 온도특성을 도시한 그래프.
도 20은 본 발명에 따른 본 발명에 따라 세라믹히터 방열플레이트의 인가한 시간에 따른 세라믹히터의 온도와 소비전류의 관계를 도시한 그래프
도 4 내지 5는 종래의 세라믹 코팅한 알루미늄 방열판 내부에 세라믹히터를 삽입하여 제조한 도면.
도 6 내지 도 8은 종래의 알루미늄방열판의 단점을 보완하기 위해 세라믹발열체와 발열판이 일체형으로 구성한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 세라믹히터 내장형 방열플레이트 제조 공정을 도시한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 세라믹히터 내장형 발열플레이트 제조에 따른 일실시예로서 세라믹 조성에 알루미나를 첨가한 공정을 도시한 흐름도.
도 11은 본 발명에 의해 제조된 세라믹히터 내장형 방열플레이트의 단면도
도 12는 본 발명에 따른 세라믹히터 내장형 방열플레이트에 구현될 패턴저항에 따른 단면도.
도 13 내지 도 14는 본 발명에 따른 세라믹히터 내장형 방열플레이트의 단면도 및 제품의 실시예
도 15 본 발명의 다른 일실시예 따른 세라믹히터 삽입형 방열플레이트의 단면도
도 16은 본 발명에 따라 제조된 세라믹히터 내장형 방열플레이트 및 세라믹히터 삽입형 방열플레이트의 온도상승 특성을 도시한 그래프
도 17은 본 발명에 따라 제조된 세라믹히터 내장형 방열플레이트 및 세라믹히터 삽입형 방열플레이트의 부위별 히터 온도특성 및 소비전류 관계를 도시한 그래프.
도 18 내지 도 19에서 도시된 바와 같이 히터 위치별 온도특성을 도시한 그래프.
도 20은 본 발명에 따른 본 발명에 따라 세라믹히터 방열플레이트의 인가한 시간에 따른 세라믹히터의 온도와 소비전류의 관계를 도시한 그래프
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다.
본 발명의 세라믹히터 방열플레이트는 세라믹히터 내장형 방열플레이트 또는 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 제조할 수 있는데, 하기에 각 제조 공정 및 특징에 대해 상세히 기술하고자 한다.
1) 세라믹히터 내장형 방열플레이트 제조
본 발명은 세라믹히터가 내장된 다양한 색상의 방열플레이트를 제조함에 있어, 첨부된 도 9에서 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 세라믹히터 내장형 방열플레이트는 세라믹 그린쉬트를 600~900mm 두께로 테이프 캐스팅 방식으로 제조하여 일정크기로 절단하고, 고융점 저항 페이스트(Mo-Mn, W, W-Mo, W-Mo-Mn)를 패턴 인쇄한 후, 패턴 인쇄된 그린쉬트를 하판(100)으로 하고, 인쇄하지 않은 절단된 세라믹 그린쉬트를 상판(120)으로 설정한다. 상기 상.하판 세라믹 그린쉬트(100, 120)를 압착 프레스로 압착(라미네이팅)하고, 이후 방열플레이트를 상기 압착 프레스에 의한 방법으로 6장을 압착하여 하나의 압착된 플레이트를 구성한다.
상기 압착된 최상단 부위의 그린쉬트(두께 600~900㎛)는 상기 발색 세라믹 구성물로 그린쉬트를 제작한 쉬트를 사용하여 방열플레이트 상부는 다양한 색상은 발색시킬 수 있도록 한다.
상기 세라믹히터 내장형 방열플레이트는 습윤환원분위기로 Max 1,700℃로 고온 동시소성(Co-Firing) 하여 제조됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 세라믹히터 내장형 방열플레이트는 종래의 고대기용 세라믹히터를 범용적으로 사용할 수 있으며, 동시소성 세라믹 내장형 방열플레이트와 같은 효과를 나타내도록 고안된 방열판 제조 방법이다.
즉, 첨부된 도 10에서 도시된 바와 같이 세라믹 조성에 알루미나 0 ~ 99.9wt%에 상기 발색 조성물을 첨가하여 볼밀에서 수계용매로 슬러리상태로 균일하게 혼합?분쇄한 후 , 입경을 1㎛이하의 슬러리를 스프레이건조기로 건조과정을 거쳐 과립분말 50~300㎛의 과립상 분말로 제조하여 프레스 성형 방법으로 제조하거나, 상기 세라믹 조성물을 케이크(Cake)상태로 제조하여 압출 성형기로 압출성형하거나, 또는 상기 세라믹 조성물을 혼합 유기바인더(폴리프로핀, 아크릴계, 폴리에틸렌계, 셀룰로오즈계등)를 익스트루더에 세라믹 분말과 바이더를 가열 혼합한 뒤 사출성형기로 사출성형한 후, 탈지(Burn Out)후 소성하여 제조할 수 있다.
이하 첨부도면을 참조하여 세라믹히터 내장형 방열플레이트의 세부적인 제조 방법을 살펴보면 다음과 같다.
첨부된 도 11은 본 발명에 의해 제조된 세라믹히터 내장형 방열플레이트의 단면을 도시한 것이다.
알루미나 (~99wt%)조성에 TiO2, FeO, Fe2O3, Fe3O4, Mn, MnO, Cr203, Ni, NiO, NiO2 를 첨가하여 습윤환원분위기 동시소성 시 하기의 [표 1] 및 [표 2]와 같이 백색, 흑색, 회색, 보라색, 분홍색을 발현한다.
| TiO2 | FeO | Fe2O3 | Fe3O4 | Mn | ||||||
| Al2O3 96wt% | 1% | 회색 | 1% | 회색 | 1% | 회색 | 1% | 회색 | 1% | 연보라 |
| 3% | 흑색 | 3% | 흑색 | 3% | 흑색 | 3% | 흑색 | 3% | 진보라 | |
| 백색 | 흑색 | 흑색 | 흑색 | 흑색 | 보라색 | |||||
| MnO | Cr203 | Ni | NiO | NiO2 | ||||||
| Al2O3 96% | 1% | 연보라 | 1% | 연분홍 | 1% | 회색 | 1% | 회색 | 1% | 황색 |
| 3% | 진보라 | 3% | 진분홍 | 3% | 흑색 | 3% | 흑색 | 3% | 적색 | |
| 백색 | 보라색 | 분홍색 | 흑색 | 흑색 | 적색 | |||||
상기 습윤 환원분위기 1500~1700℃ 소성시 색상의 다양성이 떨어져서 다양한 색상의 세라믹 내장형 방열플레이트 제조시 세라믹 표면 조도를 Ra=1~3㎛ 거칠게 연마하여 실리카제 나노코팅액에 무기안료를 첨가하여 다양한 색상으로 코팅한다.
세라믹코팅 시 세라믹히터 내장형 방열판을 Sand Blast 방법으로 표면에 요철을 형성시켜 세라믹코팅액을 스프레이분무기로 코팅두께 5~30㎛로 코팅막을 형성시켜 약 150℃로 20 ~ 120분 열경화시킨다.
상기 세라믹히터 내장형 방열플레이트는 세라믹 그린쉬트 두께 600~1000㎛로 테이프케스팅 방법으로 제조하여, 세라믹그린쉬트에 텅스텐, 몰리브덴 등 고융점 분말을 저항 페이스트로 제조하여 페이스트 점도를 약 6000~100,000cps로 조정하여 패턴인쇄하였다.
패턴 저항은 0.5~1kΩ으로 구현하였으며 그 결과 첨부된 도 12와 같은 패턴 이 형성된다.
고온 습윤 환원분위기는 노점 48℃(4.2v/o) 질소+수소가스 7:3 비율로 조성한 혼합가스를 투입하면서 Max 1700℃로 동시소성(cofiring) 하여 제조한다.
소결된 세라믹히터 내장형 방열플레이트를 상면 R- 가공, 측면 홈가공을 한 후 Ag, Ag-Cu 합금을 이용하여 Ni-선을 브레이징 전기로 (수소+질소혼합가스 하)에서 약 1000℃ 이하로 전극단자를 접합한다.
상기의 방법으로 제조된 본 발명에 따른 세라믹히터 내장형 방열플레이트의 단면도 및 제품의 실시예는 첨부된 도 13 내지 도 14와 같이 나타난다.
본 발명의 의해 형성된 세라믹히터 내장형 방열플레이트를 색상별로 제조하는 공정을 하기에서 실시예로 그 구성 및 시험결과를 제시하였다.
실시예 1.(백색)
알루미나(스미토모사:ALM41:평균입경 1.3mm) 96wt%조성 (Al2O3 96wt%, MgO 0.8wt%, CaO 0.2wt%, SiO2 3.0wt%)으로 조합한 분말을 Ball Mill에서 48시간 분쇄 혼합하였다.
이때의 용매는 유기용매 (IPA + n-Buthanol+Methanol)와 PVB-Binder를 사용하여 슬러리상태로, 이때 입도는 중심 입경이 0.3㎛ 이었다. 슬러리를 탈포기를 이용하여 공기를 제거한 후, 테이프캐스팅 방법으로, 그린쉬트 두께 600-1000㎛로 제조하였다.
또한 알루미나 96wt% 조성의 그린쉬트도 상기공정과 같이 제조하여 일정크기로 절단하여, 저항패턴 0.5Ω~1.0kΩ으로, 고융점(W-paste)페이스트로 인쇄하여 저항을 형성하였다. 저항 패터닝 그린쉬트와 그린쉬트(96wt% Al2O3)를 압착프레스로 80~100℃ 50㎏/㎡ 압력으로 압착하였다. 전체 적층수는 6~8장으로 하였다. 이때의 두께는 5~10mm로 적층된 제품을 습윤환원 분위기 전기로에서 1700℃ 고온소성하여 제조하였다.
소성된 제품은 상면R-가공, 측면의 홈가공을 하여 세라믹히터 내장형 방열플레이트를 제조하였다.
이때 세라믹 발열체의 특성은 다음과 같다.
소결밀도:3.83g/㎤
색상: 백색(White)
MOR Strength(3-point) : 249Mpa
열전도율(레이저측정법): 25.7w/mk
표면조도:Ra= 0.684㎛ Rmax=9.740㎛
발열온도특성(도16 내지 도 20 참조)
설정온도: 213℃
도달시간: 20초이내
소비전력: 초기)440W (4.0A)
안정기)110W (1.0A)
실시예 2 (회색)
알루미나 (스미토모사 ALM41 :평균입경 1.3㎛)
96wt%조성에 TiO2 3%첨가한 후 Ball Mill에서 48시간 분쇄혼합하였다.
이때의 용매는 유기용매(IPA + n-Buthanol+Methanol)와 PVB-Binder를 사용하여 Slurry 상태로 이때 입도는 중심입경이 0.3㎛이었다.
슬러리를 탈포기에서 탈포하여 공기를 제거한 후 테이프캐스팅 방법으로, 그린쉬트 두께 600-1000㎛로 제조하였다. 또한 알루미나 96wt%조성의 그린쉬트도 상기공정과 같이 제조하여 일정크기로 절단하여 저항패턴 0.5Ω~1kΩ으로 고융점 (W-paste)페이스트로 인쇄하여 저항을 형성하였다. 저항 패턴닝 그린쉬트와 그린쉬트(96wt% Al2O3)를 압착프레스로 80-100℃ 50kg/㎠ 압력으로 압착하였다. 전체 적층수는 6~8장으로 맨 윗쪽의 그린쉬트는 상기 TiO2 첨가 그린쉬트를 적층하여 압착하였다. 이때의 두께는 5~10mm의 적층된 제품을 습윤환원분위기 전기로에서 1,700℃ 고온 동시소성하여 제조하였다. 소성된 제품은 상면 R-가공, 측면의 홈가공을 하여 세라믹히터 내장형 방열플레이트를 제조하였다.
이때의 세라믹 발열체의 특성은 다음과 같다.
소결밀도:3.83 g/㎤
색상: 회색 (gray)
MOR Strength(3-point) 250 Mpa
열전도율(레이저측정법) 26.0 W/mk
표면조도: Ra=0.788㎛ Rmax= 10.976㎛
*발열온도 특성은 실시예 1과 동일한 특성이 구현되었다.
실시예 3 (분홍)
알루미나 96wt% 조성에 Cr2O3 3%첨가한 후 Ball Mill에서 48시간 분쇄혼합 하였다.
- 전장동일(이하 실시예 2와 같은 구분임)
소결밀도:3.83 g/㎤
색상: 분홍(pink)
MoR Strength(3-point): 247Mpa
열전도율(레이저측정법):26.2 W/mk
표면조도: Ra=0.730㎛ Rmax=10.240㎛
*발열온도 특성은 실시예 1과 동일한 특성을 나타내고 있다.
실시예 4 (흑색)
-알루미나 96wt% 조성에 FeO, Fe2O3, Fe3O4 중 한성분을 1~3wt% 첨가하거나, Ni, NiO 중 한 성분을 1~3wt%를 첨가하거나, 상기 Fe성분과 Ni성분과 각 50:50 비유로 첨가하거나, 상기 조성에 TiO2를 0.5wt% 첨가한 조성도 같은 흑색으로 발색한다.
상기 조성물을 Ball Mill에서 48시간 분쇄 혼합하였다.
전장동일(이하 실시예 2와 같은 구분임)
소결밀도:3.84 g/㎤
색상:흑색(Black)
MOR Strength(레이저 측정법): 25.9 w/mk
표면조도: Ra=0.720㎛ Rmax=9.757㎛
*발열온도 특성은 실시예 1과 동일한 특성을 나타내고 있다.
실시예 5 (적색)
-알루미나 96wt% 조성에 Ta2O5 ,TaCl5 중한 성분을 1~3wt% 첨가하여 볼 밀에서 48시간 분쇄혼합하였다. 이때의 용매는 유기용매와 PVB결합제를 사용하였으며, Slurry상태로 입도는 0.3㎛이었다.
슬러리를 탈포기로 탈포하여 공기를 제거한 후 테이프캐스팅 방법으로 그린쉬트 100-600㎛ 두께로 제조하여 세라믹히터 내장형 방열플레이트 표면층에 적층하여 습윤환원분위기 전기로에서 1,700℃ 고온소성하여 제조하였다.
이때 방열판 상부층 표면의 색상은 적색으로 나타났으며 XRD광물상 분석결과 Ta3N5 사방정에 페로브스카이트 구조를 갖고 있었다.
실시예 6 (코팅발색)
실시예 1에서 백색으로 제조한 세라믹히터 내장형 방열플레이트를 나노 실리카 코팅액에 무기안료를 첨가하여 색상발현 하도록 세라믹 코팅액을 사용한다.
상기 가공완료한 방열판 내장형 세라믹히터 상부표면(R가공면)에 Sand Blast방법으로 용융알루미나 연마재 #50~#400로 요철을 형성시켜서 SiO2계 코팅액에 무기안료를 소량 첨가하여 코팅막은 150℃로 약 30~60분 열경화하여 도막층을 형성하여 제조한다.
이때 세라믹 발열체의 특성은 실시예1과 같으며, 코팅전 후 제품과 동일한 특성을 나타내고 있다.
상기의 색상별로 제조된 세라믹히터 내장형 방열플레이트는 하기의 표 3과 같이 특성을 갖는다.
| L | a | b | 비고 | |
| 흰색 | 60.96 | -0.83 | 0.96 | |
| 흑색 | 26.16 | 0.40 | -0.42 | |
| 적색 | 40.69 | 14.53 | 7.42 | |
| 녹색 | 44.30 | -14.74 | 9.98 | |
| 청색 | 37.35 | -11.40 | -17.01 |
2)세라믹히터 삽입형 방열플레이트 제조
본 발명의 다른 일실시예로서 방열플레이트의 발열체(히터) 삽입형으로 제조할 수 있는데 즉 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 색상별로 제조하는 공정을 하기에서 실시예로 그 구성 및 시험결과를 제시하였다.
상기 세라믹히터 삽입형 방열플레이트의 단면도는 첨부된 도 15와 같이 나타난다.
먼저, 알루미나 ~99wt%조성에 하기의 금속발색단을 첨가하여 다양한 색상을 발현시킨다. 소성분위기는 산화분위기로 1,000℃~ 1,700℃로 고온 소성하여 발색함을 특징으로 한다.
제조방법은 알루미나 기본조성에 금속 발색 이온을 첨가한 백치조성물을 볼밀에서 수계로 48시간 수계-Binder 첨가한 배치조성으로 하여 슬러리 상태로 제조한다.
이때의 중심입경은 x = 0.3㎛로 하며, 슬러리 상태를 건조한 분말을 프레스성형법, 압출성형법, 사출성형법으로 성형한다. 이때의 Binder는 PVA, 아크릴, EVA, PVB, PE, PP, MC, Epoxy Resin, Polymeta Acrylacid화합물, Polystylene, Celurose, Celurose Nitrate, Celurose Diacetate, Ethyle Celurose, Bengyl Celurose 등을 사용한다.
| Al2O3 | 금속 발색단 | 비고 | |
| 백색(white) | 85 ~99% | TiO2 | |
| 흑색(Black) | (Co,Ni)O (Cr, Fe)2 O3 스피널구조 | ||
| 회색(Gray) | SnO2 (CSb2O5, V2O5)구조 Zr SiO4 (CoO, NiO) |
||
| 노란색(Yellow) | (Sn,Ti)O2 (V2O5) (Zr,Ti)O2 (V,In) Zr SiO4 (cds) TiO2(Cr2O3, Sb2O5) |
||
| 적색(Red) | Zr SiO4[Cd (sse)] | ZrO2 , SiO2 , CdCO3 S, Se |
|
| 분홍색(Pink) | α-Al2O3(Mn,P) ZnO(Al,Cr)2O3 스피넬 구조 CaO SnO2 SiO2[ Cr,Co] SnO2(Cr) ZrSiO4(Fe) |
탄산코발트, K2Cr2O2 , FeSO4, 7H2O, FeCl3 |
|
| 청색(Blue) | (Co,Zn) O nAl2O3 2(co, Zn) O SiO2 Zr SiO4 (V2O5), |
CoO, ZnO, Al(OH)3, ZnO, SiO2, ZrO2, V2O5, NH4VO3 | |
| 녹색(Green) | (Co, Zn) O(Al, Cr)2o3 스피넬 구조, 3CaO Cr2O3 3SiO2, (Al, Cr)2O3 |
CoO,ZnO,Cr2O3,Al(OH)3, CaO:Cr2O3:SiO2=3:1:3 Al2O3:Cr2O3=1:1~1:5 |
상기 조성물을 성형제품을 산화분위기 전기로에서 ~1,700℃ 소성하여 발색한 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 제조한다.
상기 방법으로 제조한 방열플레이트 구멍에 일반세라믹히터 0.5~1kΩ의 히터를 삽입하여 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 다양한 색상으로 제조한다.
실시예 7 (프레스성형)
Al2O3 96wt% SiO2 3.0wt% MgO 0.8wt% CaO 0.2 wt% 기본 조성물에 TiO2 3wt% 첨가한 Batch를 수계 Ball Mill에서 48시간 분쇄혼합한다. 이때 Slurry의 중심입경은 0.3㎛이다. 슬러리상태를 스프레이드라이어로 그래뉼입경 80 ~ 300㎛로 스프레이 건조 과립분말을 제조한다. 이때의 Binder는 PVA를 사용한 분말을 분말프레스 성형하여 1,650℃ 2시간 소성하여 소결제품을 제조하였다.
제조공정 조건은 과립분말의 수분을 조정하여 수분환유율이 1.1wt%로 조정하였으며, 제조 공정조건은 다음과 같다.
성형압 : 2,000kg/㎠
Al2O3 (입경) : 2.5㎛ 96 wt%
Flux : SiO2 3.0wt%, MgO 0.8wt%, CaO 0.2 wt%
Poly Vinyl Alchcol(PVA) : 3.0wt%
Di-Bbuthyl Phthalate(DBP) : 0.4wt%
Parapin Wax : 1.5 wt%
용제(물) : 적량
소성조건은 400℃ 까지 5℃/h 로 탈지후, 100℃/h 승온하여 1,650℃온도로 30분간 유지하여 소성하였다.
이때의 방열플레이트의 색상은 흰색으로 나타난다.
상기 프레스성형법으로 제조한 세라믹히터 삽입형 방열플레이트의 특성은 다음과 같다.
소결밀도:3.84g/㎤
색상:흰색(white)
MOR Strength (3-point):250Mpa
열전도율(레이저측정법):26.0 w/mk
표면조도:Ra= 0.694㎛ Rmax=9.840㎛
발열온도 특성은 전장 세라믹히터 삽입형 방열플레이트 제조 실시예 7과 같다.
실시예 8 (압출성형)
알루미나 96wt%, 카오린 2.0wt% 털크 1.3wt% 석회석 0.7wt%를 Ball Mill에서 24시간 습식분쇄 혼합후 건조한다. 결합제 메틸셀룰로오즈(MC) 6wt%, 이형제 3.5wt%, 글리세린 3wt%, 증류수 13.5wt%를 투입하여 반죽기에서 1시간 반죽하고 리딩기에서 진공상태로 리딩된 배토 케이크를 냉장고에서 4일 이상 숙성한다. 숙성된 배토를 익스트루터(EXtruder)로 설정한 성형물을 제조하여 자연건조시킨다.
자연건조시간은 48시간 이상으로 하며, 산화분위기 전기로에서 400℃ 5℃/h 탈바이터후 100℃/h 승온하여 1650℃ 30분 유지 소성하여 제조한 세라믹히터 삽입형 방열플레이트의 특성은 실시예 7과 같다.
실시예 9 (사출성형)
실시예1과 같은 하기 조성물을 바인더 혼합수지로 Master Batch를 제조한 후 사출성형기로 본 발명의 다른 일실시예에 따른 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 성형하였다. 성형품을 탈지로에서 500℃에서 5시간 탈지(Burn out)시킨 후 산화분위기 전기로에서 1,650℃ 1시간 소성하였다. 이때의 색상은 흰색이었다. 제조공정조건은 다음과 같다.
1) Ball Mill에서 20시간 혼합분쇄하였으며 용매는 증류수 물을 사용하였다.
2) 도출된 원료는 건조로에서 120℃에서 24시 건조하였다.
3) Binder의 혼합은 dispersion Mixer에서 150~180℃로 1시간 혼합하였다.
4) 혼합원료는 사출기에 투입되기 쉽게 하기 위하여 냉각된 혼합덩어리를 Dispersion mixer에서 30분간 분쇄하여 건조하였다.
5) 세라믹 사출기는 25ton 사출성형기로서 사출소성하였다.
조성배치: 알루미나 90wt% + Flux(SiO2 3.0wt%, MgO 0.8wt%, CaO 0.2wt%) 4wt%
Poly Stylene (PS) 0.10wt%
Poly Prophylence (PP) 0.4wt%
Di-Octhyl Phthalate(DOP) 0.5wt%
Steariz Acid 0.5wt%
Mineral Oil 5wt%
상기 조성물을 400℃ 50℃/h로 탈바이터후 100℃ 승온하여 1,650℃ 1시간 유지하였다 제조한 세라믹히터 삽입형 방열프레이트의 특성은 실시예 7과 같다.
실시예 10 (흑색)
Al2O3 96wt% Flux (SiO2 3.0wt%,Mgo 0.8wt%, Cao 0.2wt%) 4wt% 조성에 상기 실시예 3에 제시한 제조공정으로 금속발색단 조성으로는 CoO 1mol% NiO 1mol% Cr2O3 1mol% Fe2O3 1mol%의 산화물을 배합하여 (Co,Ni) (Cr,Fe)2O3 계 스피넬 구조로 α-Al2O3 고용체를 제조하여 Al2O3 96wt% + Fluxwt4% (전체 solid 100%)에 1.0wt%를 첨가한 조성으로 한다.
제조공정은 사출성형법으로 실시예 9와 같은 방법으로 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 제조하였다. 이때의 방열플레이트 소결체의 색상은 흑색으로 발현되며 색도측정기(CM-3500D)로 측정한 결과와 특성치는 다음과 같다.
소결밀도: 3.83g/㎤
색상: 흑색(Black) L:20.16 a:0.4 b:-0.41
MOR strength: 247Mpa
열전도율(레이저 측정법): 25.4 w/mk
표면조도: Ra=0.734㎛ Rmax=10.042㎛
방열특성은 실시예 1과 같다.
실시예 11 (회색)
상기 실시예 10과 같은 제조방법으로 제조하였으며, 조성은 Al2O3 96wt% Flux 4wt% 조성에 금속 발색단은 SnO2 1mol%, Sb2O5 0.5mol%, V2O5 1mol% 첨가한 조성을 전체 solid (Al2O3 96+ Flux 4wt%)에 1wt% 첨가한 조성으로 실시하였다.
제조공정은 사출성형법으로 실시예 9와 같은 방법으로 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 제조하였다. 이때 방열플레이트 색상은 회색으로 발현되며 색도측정기(미놀라 M-3500D)로 측정한 결과와 특성치는 다음과 같다.
소결밀도:3.84g/㎤
색상:회색(gray) L:40.0 a:-0.41 b:1.43
MOR Strength: 250Mpa
열전도율(레이저 측정법): 25.7 w/mk
표면조도:Ra=0.780㎛ Rmax=10.172㎛
발열특성은 실시예1과 같다.
실시예 12 (노란색)
상기 실시예 10과 같은 제조방법으로 제조하였으며, 조성은 Al2O3 96wt% Flux 4wt%조성에 금속발색단 SnO2에 V2O5 1mol%, TiO2 0.5mol% 첨가한 조성을 전체 Solid (Al2O3 96wt% + Flux4wt%)에 1wt% 첨가한 근성으로 실시하였다.
제조공정은 사출성형법으로 실시예 9와 같은 방법으로 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 제조하였다. 이때 방열플레이트의 색상은 노란색으로 발현되며 색도측정기(미놀라 M-3500D)로 측정한 결과나 특성치도 다음과 같다.
소결밀도:3.80 g/㎤
색상:노란색(yellow) L:33.0 a:-4.10 b:16.70
MOR Stregth : 250Mpa
열전도율(레이저 측정법) : 25.3 w/mk
표면조도 : Ra=0.740㎛ Rmax= 10.104㎛
발열특성은 실시예 7과 같다.
실시예 13 (적색)
실시예 10과 같은 기본조성 (Al2O3 96wt% +Flux 4wt%)에 금속발색단 ZrO3 1mol%, SiO2 1mol%, CdCO3 1mol5, S 0.5mol% Se 0.5mol% 첨가한 조성을 전체 Solid (Al2O3 96wt% + Flux 4%)에 1 wt%첨가한 조성으로 실시하였다.
제조고정은 사출성형법으로 실시예 9와 같으며 이때 소결된 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 제조하였다.
특성치와 색상은 다음과 같다.
소결밀도:3.83g/㎤
색상: 적색(red) L: 40.74 a:14.58 b:7.49
MOR Strength: 252Mpa
열전도율 (레이저 측정법):25.4w/mk
표면조도: Ra=0.774㎛, Rmax= 10.200㎛
발열특성은 실시예 7과 같다.
실시예 14 (분홍색)
실시예 10과 같은 기본조성 (Al2O3 96wt% +flux 4wt%)에 금속발색단 Zn0 1mol% Cr2O3 1mol%, Al2o3 1mol% 첨가한 조성을 전체 solid (Al2O3 96wt% +flux 4wt%)에 1wt%첨가한 조성으로 실시하였다.
제조공정은 사출성형법으로 실시예 9와 같으며 이때 소결된 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 제조하였다.
특성치와 색상은 다음과 같다.
소결밀도:3.83g/㎤
색상: 분홍색(pink) L: 60.96 a:-0.83 b:0.96
MOR Strength: 257Mpa
열전도율 (레이저측정업):25.7w/mk
표면조도:Ra=0.734㎛ Rmax= 10.124㎛
발열특성은 실시예 7과 같다.
실시예 15 (청색)
실시예 10과 같은 기본조성 (Al2O3 96wt% +flux 4wt%)에 금속발색단 Co0 1mol% Zn0 1mol% Al2o3 1mol% 배합한 조성을 전체 solid (Al2O3 96wt% +flux 4wt%)에 1wt%첨가한 조성으로 실시하였다.
제조공정은 사출성형법으로 실시예 9와 같으며 이때 소결된 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 제조하였다.
특성치와 색상은 다음과 같다.
소결밀도:3.83g/㎤
색상: 청색(blue) L: 37.35 a:-11.39 b:-17.01
MOR Strength: 254Mpa
열전도율 (레이저 측정법):25.4w/mk
표면조도 : Ra=0.734mm Rmax= 10.124mm
발열특성은 실시예 7과 같다.
실시예 16 (녹색)
실시예 10과 같은 기본조성 (Al2O3 96wt% +flux 4wt%)에 금속발색단 Co0 1mol% Zn0 1mol%, Cr2O3 1mol% Al2o3 1mol% 배합한 조성을 전체 solid (Al2O3 96wt% +flux 4wt%)에 1wt%첨가한 조성으로 실시하였다.
제조공정은 사출성형법으로 실시예 9와 같으며 이때 소결된 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 제조하였다.
특성치와 색상은 다음과 같다.
소결밀도:3.83g/㎤
색상: 녹색(green) L: 26.48 a:-4.32 b:3.18
MOR Strength : 256Mpa
열전도율 (레이저 측정법) : 25.9w/mk
표면조도 : Ra=0.697㎛ Rmax= 9.274㎛
발열특성은 실시예 7과 같다.
실시예 17 (코팅발색)
실시예 7에서 발색으로 제조한 세라믹히터 삽입형 방열플레이트를 나노 실리카 코팅액에 무기안료를 첨가하여 색상 발현하도록 세라믹코팅액을 사용한다.
상기 실시예 7에서 가공완료한 방열판 상부표면(R가공면)에 Sand Blast방법으로 용융알루미나 연마재 #50-400으로 요철을 형성시켜서, SiO2 코팅액에 무기안료를 소량첨가하여 스프레이 코팅으로 코팅막두께 5-30㎛으로 코팅 발색한다.
코팅막은 150℃로 약 30-60분 열경화하여 도막층을 형성하여 제조한다.
제조한 다양한 색상의 세라믹 방열판을 색도측정기(미놀타 M-3500D) 색도측정결과는 다음과 같다.
상기의 색상별로 제조된 세라믹히터 삽입형 방열플레이트는 하기의 표 5과 같이 특성을 갖는다.
| L | a | b | 비고 | |
| 흰색 | 60.96 | -0.83 | 0.96 | |
| 흑색 | 26.16 | 0.40 | -0.42 | |
| 적색 | 40.69 | 14.53 | 7.42 | |
| 녹색 | 44.30 | -14.74 | 9.98 | |
| 청색 | 37.35 | -11.40 | -17.01 |
상기의 본 발명에 따라 제조된 세라믹히터 내장형 방열플레이트 및 세라믹히터 삽입형 방열플레이트의 온도특성, 소비전류 및 인가한 시간에 따른 세라믹히터의 온도와 소비전류의 특성에 대해 첨부된 도 16 내지 도 20을 참조하여 그 특성을 살펴보면, 첨부된 도 16은 전압인가시 온도상승특성을 시간에 따른 온도상승속도를 측정한 그래프이고, 도 17 부위별 세라믹히터 방열플레이트의 온도특성 및 소비전류를 측정한 그래프를 나타낸다.
도 18은 세라믹내장형 방열플레이트 제품의 위치별 온도특성을 측정하는 제품사진이고, 도 19는 세라믹내장형 방열플레이트 제품의 온도특성과 소비전류를 측정한 그래프를 도시한 것으로, 도 18 내지 도 19에서 제시된 바와 같이 히터 위치별 온도특성을 살펴보면,
Plate 중앙부분에 최고온도는 230℃, Plate 뒤쪽 즉 센서가 위치한 부분에서는 최고온도는 210℃로 전원차단 구간에서 계속 온도가 상승하는 볼 수 있으며, 전원차단 구간 즉 Over Heating구간이 약 15초간 발생함을 알 수 있다.
이때, 온도편차는 Plate중앙과 Plate 뒤쪽 센서가 위치한 부분(온도휴즈 위치)에서 최고온도시 약 20℃ 차이가 발생하지만, 온도휴즈에는 영향이 없는 온도이다. 또한, 히터열 특성은 히터 자체적으로 보유열이 많아 전원이 차단되어도 계속해서 약 20℃ 가량 추가 상승 발생함을 알 수 있는데, 이는 센서쪽의 온도가 중앙보다 낮아 온도제어가 늦게 되기 때문이다.
본 발명에 따라 인가한 시간에 따른 세라믹히터의 온도와 소비전류의 관계는 하기의 [표 6] 및 첨부된 20에서 제시된 바와 같이 온도는 일정시간 동안 상승하다가 일정하게 유지하게 되며, 이때 소비전류(A)는 온도가 상승하는 동안 일정하게 유지하다 서서히 시간이 지남에 따라 하강함으로써 소비전류가 점차적으로 줄어들면서 일정하게 유지하는 것으로 나타났다.
| 인가시간(sec) | 12 | 23 | 34 | 45 | 56 | 67 | 78 | 89 | 100 | 111 | 122 | 133 | 144 | 155 | 166 | 177 |
| 온도(℃) | 100 | 175 | 230 | 220 | 213 | 213 | 213 | 213 | 213 | 213 | 213 | 213 | 213 | 213 | 213 | 213 |
| 소비전류(A) | 4.2 | 4.1 | 4.1 | 3.7 | 2.2 | 1.5 | 1.4 | 1.3 | 1.2 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 |
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
Claims (6)
- 세라믹히터 내장형 방열플레이트를 제조함에 있어서, 테이프 케스팅법으로 세라믹 그린쉬트를 제조하여 고융점 페이스트를 인쇄하여 저항 발열체를 형성한 그린쉬트를 포함한 6~8장 적층 압착하여 습윤 환원분위기 소성으로 소결된 방열플레이트를 가공하여 제조함을 특징으로 하는 세라믹히터 내장형 방열플레이트 제조방법
- 상기 제 1 항에서 그린쉬트 제조시 방열플레이트 상단 그린쉬트 제조시 방열플레이트 상단 그린쉬트 조성으로 TiO2, FeO, Fe2O3, Fe3O4, Mn, MnO, Cr2O3, Ni, NiO, Ta2O5 금속발색단을 10wt%이내 첨가하여 흑색, 회색, 보라, 분홍색, 적색을 습윤환원분위기에서 고온 동시소성으로 발색시키는 것을 특징으로하는 세라믹히터 내장형 방열플레이트 제조방법.
- 상기 제 1 항에서 소결된 Al2O3 96wt% 조성의 흰색 방열플레이트 표면에 Sand Blast 방법으로 표면 요철을 조성하여 실리카계 나노코팅액에 무기안료를 첨가하여 다양한 색상으로 발색시키는 것을 특징으로 하는 세라믹히터 내장형 방열플레이트 제조방법.
- 세라믹 발열체 삽입형 방열플레이트를 제조함에 있어서, 알루미나 70~99% 조성으로 유기계결합체를 수계 또는 유기용매계로 볼밀링 및 건조한 분말을 프레스성형법, 압출성형법, 사출성형법으로 제조하며 세라믹발열체를 방열플레이트 구멍에 삽입해 일체화하는 것을 특징으로 하는 세라믹히터 삽입형 방열플레이트제조방법.
- 상기 제 4 항에서 다양한 색상발색단은 TiO2, (Co,Ni)O(Cr,Fe)스피넬구조, SnO2(CSb2O5,V2O5), ZrSio4(CoO, NiO), (Sn,Ti)O2(V2O5), (Zr,Ti)O2(V,In), ZrSiO4(cds), TiO2(Cr2O3,Sb2O5), Zr SiO4[Cd(SSe)],α-Al2O3(Mn,P), ZnO(Al,Cr)2O3 스피넬 구조, CaOSnO2SiO2[Cr,Co], SnO2(Cr), ZrSiO4(Fe), (Co,ZnOnAl2O3, 2(Co,Zn)OSiO2, ZrSiO4(V2O5), (Co,Zn)O(Al, Cr)2O3스피넬 구조, 3CaO,Cr2O3,3Si02, (Al,Cr)2O3을 ~10wt% 첨가하여 산화분위기로 1700℃ 이하로 소성하며 백색 흑색 회색 노란색 적색 분홍색 청색 또는 녹색으로 발색시키는 것을 특징으로 하는 세라믹히터 삽입형 방열플레이트 제조방법.
- 상기 제 4 항에서 Al2O3 96wt%조성의 흰색 방열플레이트 표면에 Sand Blast 방법으로 표면 조도를 조정하여 실리카제 나노코팅액에 무기안료를 첨가하여 다양한 색상으로 발색시키는 것을 특징으로 하는 세라믹히터 삽입형 방열플레이트 제조방법.
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