KR890002971B1 - 생체용 아모르퍼스 전극 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

생체용 아모르퍼스 전극

제1도는 생체용 아모르퍼스 전극의 평면도이다.

제2도는 및 제3도는 생체용 아모르퍼스 전극의 사용을 나타내는 설명도이며, 1은 생체용 아모르퍼스 전극, 2는 클립형 전극이다.

본 발명은 생체용 아모르퍼스(amorphous) 전극에 관한 것으로서, 특히 내식성에 뛰어나고 저렴하게 제작할 수 있는 생체용 아모르퍼스 전극에 관한 것이다. 잘 알려진 바와같이 생체에서 발생하는 생체전기는 심장, 뇌, 근육등의 활동에 의하여 유기되고 있다.

특히 심장의 생체전기는 인체의 피부면에서 유기된 미약한 전류를 외부의 심전계에 도출시켜 심장의 이상을 진단하고 있다. 그리하여 이 심전계는 입력부를 생체와 전기적으로 결합시키기 위하여 피부의 표면과 접촉하는 전극이 필요 불가결한 것이다.

이 전극은 생체전위를 높은 정도를 바탕으로 정확히 측정하여, 파형의 변별비(弁別比)를 높이는 것으로서 중요한 부분이다. 이 중요한 전극은, 1. 전기적 저항값이 낮을것, 2. 내식성이 뛰어날것, 3. 화학적인 변화가 적을 것등 이상의 세가지 전기적 특성을 갖는 것이 아니면 아니된다. 즉, 전극은 생체내의 미약한 전류를 체외로 도출시키기 위하여 전기 저항값이 낮은 도전성이 양호한 것이 사용된다. 또 전극은 의료용으로 사용되는 것으로서 각종의 약제와 접촉하는 경우가 많으므로, 그때 약제등에 의하여 부식하기 쉽게되므로 내식성이 뛰어난 것을 필요로 하게된다. 다시금 전극이 피부면과 접촉하였을때는 생체면과 전극과의 사이에 화학적 변화가 일어난다. 이 화학적 변화가 일어나면 기전력이 발생한다. 이 기전력은 이른바 소위 분극전압이라고도 하며, 이것은 심전계에 있어서 입력신호(심전도 신호)에 중첩되어 심전계의 입력 증폭기에 지장을 주어, 이 전압이 높을면 높을수록 바람직하지 못하고 정확한 심전도를 얻을 수 없게되며, 따라서 전극은 화학적으로 안정한 것이 요구된다.

이상과 간이 전기적 특성을 갖는 은(Ag), 염화은(AgCl₂)의 합금이, 생체전극의 주류를 이루며, 종래에 널리 사용되어지고 있다. 그런데 이와같이 은을 소재로한 합금은 도전성이 풍부하며, 내식성이 뛰어나고 더우기 화학적으로 안정되어 있다는 이유에 의하여 생체전극으로서는 가장 적합한 것이다. 그러나 은 그자체는 귀금속으로 고가인 것이며, 생산량도 적어 간단히 입수한다는 것은 어려은 문제이며, 염가로 내식성이 뛰어나고, 간단히 입수할 수 있는 생체용 전극의 개발이 기대되었던 것이다. 여기에서, 이 발명은, 이와같은 종래의 문제점에 착안하여 된 것으로서, 금속원소로서는 Fe 및 Cr과 비금속원소로 되는 아모르퍼스 합금으로서 Cr은 합계가 1-35원자%의 범위에 있으며, 비금속원소는 P, C, Si, B중에서 선택되는것으로 적어도 1종으로 되고 그 합계가 10-25원자%의 범위내에 있는 Fe-Cr계 아모르퍼스 합금으로 형성된 생체용 아모르퍼스 전극이다.

이와같은 수단을 제공하여 내식성이 뛰어나고 염가로 제작할 수 있는 생체용 아모르퍼스 전극을 얻음으로써, 상기의 문제점을 해결함을 목적으로 하는 것이다.

이하 이 발명을 설명한다.

종래의 내식성합금으로선는 스텐레스 합금, 예를들면 13%크롬강, 18-8스텐레스강(304강), 17-14-25Mo스텐레스강이나 니켈기합금등이 널리 쓰여지고 있다. 이들의 합금은 어느 정도의 내식성을 갖고 있으나, 고부식성의 환경, 예를들면 1N연산수용액에서는 부동태막(不動態膜)이 붕괴되고 구멍이 생긴다. 거기에서 출원인은 아모르퍼스 합금에 대하여 연구하여, 내식성이 뛰어난 크롬을 포함하는 철기(鐵基) 아모르퍼스 합금 및 전기 합금에 부성분으로서 몰리브덴이 첨가된 철기 아모르퍼스 합금을 발명하였다.

다음에 이들의 철기 아모르퍼스 합금에 대하여 먼저 금속원소의 첨가 원리 및 첨가범위의 한정에 대하여 설명한다. 아모르퍼스 합금은 통상 같은 조성의 결정질합금에 의한 높은 활성때문에 부식을 받기 쉬운 것이라는 것이 일반적으로 알려져 있으나 크롬을 포함하는 철기 아모르퍼스 합금은 동일 성분 조성의 결정질 합금과 종래의 내식성 합금보다도 고도한 내식성을 나타내고, 더우기 몰리브덴의 첨가로 크롬을 포함하는 철기 아모르퍼스 합금의 내식성이 개선된다.

본 출원인은 전기 크롬을 포함하는 철기 아모르퍼스 합금이 내식성을 갖는 원인에 대하여 연구하여, 그 원인이 아모르퍼스 합금 자체의 화학적 균일성과 높은 활성에 의한 것이고, 전기 화학적 균일성은 균일한 부동태막의 형성에 중요하게 사용되며, 또한 전기의 높은 활성이 전기 부동태막을 급속히 생성하고, 견고하며 치밀하게 하는데에 사용되고 있다는 것을 알게되었다. 전기 부동태막은 주로 크롬 수산화물의 수화물로서 되어 그 부동태막중의 크롬수산화물이 많아지는 것이 부동태막의 고도한 보호 특성을 위한 중대한 요인이다. 몰리브덴은 전기 부동태막중의 크롬 수산화물이 많아진다는 큰 효과를 갖고 있다. 따라서 크롬의 첨가는 내식성에 있어서 불가피한 것이고, 또 몰리브덴의 첨가는 부동태막의 생성을 촉진시키는 것이다.

다음에 상기 자기부동태화하는 성분 조성범위를 설명한다.

크롬을 포함하는 아모르퍼스 합금에 있어서, 부식조건으로서 1몰(mol) 식염수의 경우, Cr을 1원자% 이상 포함되어 있는 것은 충분히 자기 부동태화하여 내식성을 갖는다. 또, Cr함유량이 증가하면, 그에 비례하여 더우기 부식 조건에 있어서도 내식성을 갖게 되나 Cr함유량이 35원자% 이상이 되면 아모르퍼스 형성능력이 나빠진다. 따라서, 생체용 전극으로서 사용할 수 있는 내식성을 가지며, 더우기 아모르퍼스 합금이 용이하게 제조될 수 있는 조성범위로서 Cr함유량은 1-35원자%로로 하였다.

크롬을 포함하는 아모르퍼스 합금에 금속원소로서 더우기 몰리브덴을 첨가하면 부동태막의 성장을 촉진하고, 다시금 높은 내식성을 나타나게된다. 예를들면 크롬과 몰리브덴을 포함하고, 비금속원소로서 P 13원자%, C 7원자%를 포함하는 철기 아모르퍼스 합금에 있어서, 실온 6N염산 수용액으로는 Mo 5원자%를 첨가한 경우는 Cr 10원자% 이상으로, 또 Mo 10원자%를 첨가하면 Cr 5원자% 이상으로, 자기 부동태화한다. 즉 6N염산수용액과 같은 부식조건에서도, Cr함유량이 5원자% 이상으로, Cr과 Mo의 합계를 15원자% 이상으로 함으로써 내식성을 나타내게 된다. Cr함유량이 증가하면 자기 부동태화되기 위하여 필요한 Mo첨가량은 감소된다. 또 대량의 Mo의 첨가는 부식전위를 상승시키는 효과는 있으나, 일정랴의 Mo이상에서는 부식속도가 일정하게 되고, 특히 효과가 두드러지지 아니한다. 따라서, Mo첨가량을 20원자% 이상으로 하는 것은 특히 Mo이 고가의 원소인 경우도 있으며, 좋은 방법은 아니다. 또한 Mo이 20원자%이상 또는 Cr과 Mo의 합계가 35% 이상으로 되면 아모르퍼스 형성능력이 나쁘게 된다.

계속해서, 비금속이 선정이유 및 그 농도 범위에 대하여 설명한다.

아모르퍼스 합금을 제조하기 위하여는 비금속 원소의 첨가가 필요하며, 일반적으로 P, C, Si, Ge, B가 사용되고, 이들의원소의 첨가에 의하여 각각의 제조되는 아모르퍼스 합금의 성질에는 각기 다른 특성이 보여진다. 이들의 원소중에서 Ge을 포함하는 것은 내식성이 떨어지고, 그위에 원료비도 높게되는 경우도 있으며, 비금속원소로서는 P, C, Si, B중에서 선택되는 적어도 1종을 10-25원자%의 범위내로 하였다. 이들의 비금속원소가 첨가된 크롬을 포함하는 철기 아모르퍼스 합금의 성질에 대하여 기술하면, 내식성에 대하여는 P가 포함된 것이 가장 양호하나 P단독의 경우, 아모르퍼스 형성능력이 약간 떨어진다. 그러나 합금의 아모르퍼스 형성능력은 2종 이상의 비금속원소를 조합하여 첨가함으로서 용이하게 향상시킬 수가 있다. 예를들면 P-C계로하면 내식성이 양호하고, 더우기 아모르퍼스 형성능력이 좋게된다. Si 또는 B를 포함하는 금속은 내식성에 있어서 C 및 P를 포함하는 합금보다 떨어지나, 생체용 전극으로서 쓰이는 경우에는 특히 문제가 없으며, 비금속원소로서 B를 포함하는 합금은, 특히 아모르퍼스 형성능력이 뛰어나다. 가격면 및 입수의 용이성에서 보면 C, P다음에 Si가 염기이고, 또한 입수가 용이하며, B가 가장 고가이다. 실제의 제조에 있어서는 상기의 제성질을 고려하여 가장 적절한 것을 쓰는 것이 좋으나, 예를들면 P-C계 P-B계, C-B계, P-Si계등이 매우 적합하다.

다음에 이들의 비금속원소의 첨가량에 대하여 기술하면 비급속 원소가 10원자% 이하에서는 아모르퍼스 합금의형성이 어렵게 된다. 다시금 비금속 원소의 첨가량을 증가하면 내식성이 좋게된다. 그때문에 같은 정도의 내식성을 가지게 하는 경우, 비금속원소의 양을 증가하면, 금속원소의 Cr과 Mo가 절약된다. 이는 금속원소의 Cr과 Mo이 비교적 고가이므로 실용합금으로서 생각하는 경우 경제적으로 매우 중요한 일이나 비금속원소의 합계가 25원자%를 초과하면 합금의 아모르퍼스 형성능력이 나빠지므로 비금속원소는 25원자% 이하로할 필요가 있다.

본 발명에 관계되는 Fe-Cr계 아모르퍼스 합금의 제조방법은 통상으로 행하여지는 액체금속의 초급냉법에 의한 것이다. 즉 배합소재는 철로서 선철 혹은 순철, 합금원소인 크롬 또는 몰리브덴은 시판하는 순금속 혹은 페로크롬 또는 페로 몰리브덴, 비금속으로서는 시판하는 순물질 혹은 페로브론, 페로호스텔, 페로실리콘, 세멘타이트를 사용하고, 배합후 가열 용해하여, 냉각체의 이동 냉각면상의 노즐에서 상기 용해합금을 사출, 급냉응고시켜서 본 발명의 합금을 제조할 수가 있다. 또는 원료를 가열용해한 후, 그 융체(融體)를 물등의 냉각 매체중에 사출시킴으로써 급냉응고 시키는 방법을 사용할 수가 있다.

본 발명의 합금에 있어서, 합금원소원으로서 페로알로이를 사용할 수 있는 것은 그 경제성, 생산성에 있어서 극히 큰 잇점이다. 즉, 크롬 또는 몰리브덴원으로서 페로크롬, 또는 페로 몰리브덴은 오늘날 가장 저렴한 원료라는 것과, 또 페로크롬은 융점이 낮고, 페로 몰리브덴도 순 몰리브덴에 비교하여 현저하게 낮은 융점을 갖고, 균일한 용융합금을 대량으로 제조하기 위하여 매우 적합하다. 더우기 이들의 페로 알로이의 불순물은 주로 P, C, Si이므로, 본 발명 합금을 제조하기 위하여 필요한 원소이다. 또 본 발명의 아모르퍼스 합금을 가는 가닥, 박판으로 제조가 가능하다.

이상과 같은 방법으로 제조된 아모르퍼스 합금으로 전극을 형성하고, 그 전극의 사용형태를 도면에 따라 설명한다. 제1도는 생체용 아모르퍼스 전극의 평면도로서 전기와 같이 가는 가닥, 박판으로 제조된 아모르퍼스 합금 1을, 제2도에 도시하는 클립형 전극의 전극부 3으로서 사용되고, 이 아모르퍼스의 전극부 3을 클립형 전극 2에 개합한다.

다음에, 제3도에 도시하는 바와같이 클립형 전극 2를 피검자의 사지에 협지하면, 피부면에 유기된 미약한 전류는 도전코드 4를 거쳐 심전계 5에 도달하여 심전도가 얻어진다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 생체용 아모르퍼스 전극은 상기와 같은 구성으로 은을 소재로 하느 합금이 아니므로 비교적 저렴하게 제작할 수 있으며 가격이 낮아진다. 또 생체용 아모르퍼스 전극은 염가로 제작됨과 동시에 뛰어난 내식성을 가지며 전극으로서 내구성을 가질 수 있다. 더우기 생체용 아모르퍼스 전극은 화학적으로 안정되어 있음과 아울러 박판상의 것이므로 자유로이 굴곡될 수 있으므로 다소의 요철면을 갖는 피부면에 적합할 수 있고 생체용 전극으로서 최적이라는 등의 잇점이 있다.

Claims (1)

1. 금속원소로서 철, 20원자% 이하의 몰리브덴, 및 상기 몰리브덴과의 농도합이 약1-35원자%인 크롬을 함유하고, 인, 카본, 실리콘 및 붕소로 된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 비금속 요소를 함유하는 철계 아모르퍼스 합금으로 구성되는 생체용 아모르퍼스 전극.

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