KR101732573B1 - 섬유상 세라믹 발열체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 예를 들어 규소 또는 이산화규소, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 한 승화 원료를 고온에서 승화(Sublimation)시키는 단계를 거쳐 승화된 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의해 탄소섬유(Carbon Fibers)로부터 탄화규소 섬유(Silicon Carbide Fibers, SiCf)를 제조하여 섬유상 세라믹 발열체로 사용하거나, 추가로 상기 승화 단계에서 티타늄, 알루미늄, 지르코늄, 몰리브덴, 붕소, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속원소를 추가로 포함하는 단계를 거쳐 금속 도핑된 탄화규소 섬유를 제조한 섬유상 세라믹 발열체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법은 소 또는 이산화규소, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 한 승화 원료와 탄소섬유를 진공 또는 불활성 가스 분위기 및 고온 상태에 배치하여 승화 원료의 승화로 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의해 탄소섬유로부터 탄화규소 섬유로 제조하여 발열체로 사용한다.

Description

섬유상 세라믹 발열체 및 그 제조방법{FIBER-TYPE CERAMIC HEATING ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 섬유상 세라믹 발열체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 예를 들어 규소 또는 이산화규소, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 한 승화 원료를 고온에서 승화(Sublimation)시키는 단계를 거쳐 승화된 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의해 탄소섬유(Carbon Fibers)로부터 탄화규소 섬유(Silicon Carbide Fibers, SiCf)를 제조하여 섬유상 세라믹 발열체로 사용하거나,
추가로 상기 승화 단계에서 티타늄, 알루미늄, 지르코늄, 몰리브덴, 붕소, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속원소를 추가로 포함하는 단계를 거쳐 금속 도핑된 탄화규소 섬유를 제조하여 섬유상 세라믹 발열체로 사용하는 것으로,
그 외 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의하여 제조되는 섬유상 세라믹 발열체는 유리, 알루미나, 실리카, Si3N4, 실리테이트, 보론, SiCO, Si-C-N-O 섬유일 수 있다.
종래 세라믹 히터 또는 발열체와 관련된 기술로는 특허등록 제10-0413783호(등록일자 2003년12월19일) [센서 가열용 세라믹 히터]가 있는데,
이 등록특허는 센서 가열용 히터 기판 상에 형성시킨 복합 재료 타입의 히터 전극을 채용한 센서 가열용 세라믹 히터에 관한 것이며, 이 세라믹 히터는 99.999%이상의 고순도 알루미나 분말과 MgO 첨가제를 사용하여 히터 기판을 제작함으로써, 고온, 고전압에서의 내구성이 우수하고, 원자이동(migration) 현상에 의한 발열물질의 단락 없이 장시간 히터를 사용할 수 있다.
또 특허등록 제10-1406420호(등록일자 2014년06월03일) [탄화 규소 발열체 및 그의 제조 방법]이 있는데,
이 등록특허는 실리콘 분말이 뿌려진 성형물을 반응 소결한 후, 잔류하는 실리콘을 휘발시키고, 질소를 도핑하여 휘발되지 못한 실리콘과 반응시켜, 발열체에서 실리콘을 완전히 제거함으로써, 발열체 용도에 적합한 수준으로 전기 저항을 낮출 수 있는 장점을 얻도록 하며, 탄화 규소 발열체는 탄화규소 격자 내에 질소가 도핑되어 있으므로 유동 전하 운반자가 존재하여 낮은 온도에서 빠른 온도 증가 특성을 갖고, 고온으로 갈수록 저항이 증가되어 자체적으로 과열되는 것을 억제할 수 있는 장점이 있는 기술을 제시하고 있다.
아울러 특허공개 제10-2014-0007667호(공개일자 2014년01월20일) [세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법]이 있는데,
이 공개특허는 세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 [0001] 가열방법에 관한 것으로서, 특히 핫스팟(hot spot)의 발생을 감소시키며 승온속도 및 열저장시간을 증가시킬 수 있는 세라믹 발열체 조성물, 유전가열식 가열장치 및 이를 이용한 유전가열식 가열방법에 관한 것이다.
그러나 이들 종래기술들은 기본적으로 다양한 세라믹 재료를 혼합하여 소결 등의 방식으로 성형하는 기술에 대한 것이어서 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의해 섬유상 세라믹 발열체를 제조하는 본 발명과는 근본적인 차이를 갖는다.
한편, 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의한 섬유상 세라믹 발열체의 제조와 관련하여 탄화규소(SiC) 섬유를 대표적인 예로 살펴 보면 아래와 같다.
탄화규소(SiC) 섬유는 비산화물계 세라믹 소재로 고온에서의 물리화학적 안정성이 우수하여 우주항공산업, 에너지산업, 방위산업 등의 복합재료 분야에 활용되고 있다.
특히 공기 중 1,000 oC 이상에서 사용 가능한 유일한 섬유로써 고온 공정이 요구되는 장섬유 세라믹강화 복합재료(CFCC or CMC; Continuous Fiber Reinforced Ceramic Matrix Composites)에 사용되어 세라믹스의 단점인 취성파괴 거동, 강도편차, 결함민감성, 이물질충돌저항 등이 개선됨과 동시에 주변 부품과의 결합성이 향상되어 대형 부품도 단일체로 제조할 수 있는 획기적인 재료로, 고신뢰성 내열재료로서의 응용이 기대되고 있다.
기존 SiC 섬유의 제조 공정은 분말압출법(Carborundum), CVD법(Chemical Vapor Deposition), 전구체법의 세 가지 방법으로 제조되었다.
분말압출법은 서브마이크론 SiC 분말(SiC Powders)과 소결조제를 적절한 Polymer와 함께 혼합하여 용융방사가 가능한 컴파운드를 만들고 이를 압출하여 원하는 직경으로 연신하고 2,000 oC에서 소결하여 SiC 섬유를 제조하였다. 현재까지 개발된 섬유 중에서 크립 저항성은 가장 뛰어난 섬유이다.
그러나 섬유 내의 SiC 입자의 크기가 크고, 기공이 존재하기 때문에 강도가 낮고 쉽게 부서지며 다루기 어려운 특성을 갖고 있으므로 현재 생산이 중단되었다.
CVD법은 석영 반응관 내로 일정한 속도로 Mercury Contact를 통하여 심선(텅스텐 와이어 또는 탄소 섬유)을 이송하고 투입된 심선에 전류를 흘려 자기발열에 의해 1,000 ~ 1,300 oC 정도로 가열한 상태에서 원료인 메틸다이클로로실란(Methyl Dichlorosilane) 등의 실란 가스와 분위기 가스인 Ar, H2 가스를 투입하여 SiC를 증착시켜서 제조한다.
이 제조 방법은 심선 표면에 SiC가 코팅되는 방법으로 다른 섬유 보다 열안정성이 우수하나, 제조 공정이 까다롭고 제조 단가가 높다.
특히 직경이 150 um 이상으로 굵은 섬유가 제조되어 섬유 직조가 불가능하여 섬유강화 복합재료의 적용에는 적합하지 않다. [SCS SiC Fibers: Process, Properties and Production Technical Data from the Website fo Specialty Materials, www. specmaterials. com]
전구체법은 유기규소 폴리머인 폴리카보실란(Polycarbosilane, PCS) 전구체를 용융방사(Melt Spinning) 및 열분해를 거쳐서 직경 10 ~ 20 um의 SiC 섬유를 제조하는 공정이다.
일반적인 PCS 제조 방법은 다이메틸다이클로로실란(Dimethyldichlorosilane, DMDS)을 출발물질로 하여 Autoclave를 사용한 고온 가압반응이 주로 이용된다.
그러나 PCS 제조 과정에서 CH4, H2, MeSiH3, Me2SiH, Me3SiH 등과 같은 열분해 부산물을 생성되어 반응 중 Autoclave 내부 압력이 100기압 이상 올라가며 [미국특허 US4,052,430],
특히 Silane계열 기체는 저온에서 발화되는 성질이 있기 때문에, 반응 도중에 이들 기체가 누출되는 경우에는 발화 위험성 등의 안전에 문제가 있다.
또한 생산 수율(Yield)이 낮고, 방사 가능한 생성물의 분자량 조절에 어려움이 있다.
한편, 이들 PCS를 이용하여 200 oC에서 용융방사 공정으로 PCS Green Fiber를 제조 후 열분해하여 SiC 섬유를 제조하게 되면
PCS Green Fiber를 안정화하는 동안에 포함되는 과도한 산소가 고온, 특히 1,800 oC 이상으로의 승온 과정에서 분해되어 내부에 형성된 조대한 기공으로 인해 높은 밀도의 결정화 SiC 섬유를 얻는 것이 불가능하였다. [특허등록 제10-0684649호]
또한, 제조된 탄화규소 섬유 내 산소 함량이 10% 정도 혼입되어 SiCOx 형태의 옥시카바이드 비정질을 형성하고 이는 고온에서 열분해되어 섬유의 물성을 크게 저하시키는 원인이 된다.
한편, Nippon Carbon사에서는 SiC 섬유의 내열성을 개선하기 위하여 열산화법 대신 전자선 조사를 이용한 방법으로 안정화하여 산소 함량이 1% 이하의 SiC 섬유를 제조하여 1,500 oC의 고온에서도 인장강도가 저하되지 않는 우수한 특성을 보이는 초내열 탄화규소 섬유를 개발하였다.
따라서 상기 CVD법은 섬유 직조가 어려운 직경 150 um 이상의 섬유 제조 및 제조 공정이 매우 까다로우며, 상기 전구체법은 탄화규소 섬유 내 산소 함량이 높고, 생산 수율이 낮으며, 옥시카바이드 비정질을 형성하여 고온에서 섬유의 물성을 크게 저하시키는 원인이 된다.
반면 탄화규소 섬유의 산소 함량을 낮추고, 고온 열안정성을 향상시키기 위해서는 정밀한 전자선 조사의 안정화 공정이 추가적으로 요구된다.
이들 기술들은 탄화규소 섬유 제조 방법 관련 기술을 제시하고 있으나, 본 발명은 이와는 다른 탄화규소 섬유 제법, 특히 섬유상 세라믹 발열체로 활용될 수 있는 제조방법에 관한 것이다.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 보다 간단한 방법으로 세라믹 발열체를 소결 등의 각종 세라믹 분말 성형방법에서 탈피하여 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의하여 탄화규소 섬유 및 금속 도핑된 탄화규소 섬유를 직접 제조하는 방법을 제공하여 섬유상 세라믹 발열체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로 본 발명은 고온에서 승화된 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의해 섬유상 세라믹 발열체를 제조하는 방법, 특히 탄소섬유로부터 탄화규소 섬유를 직접 제조하는 공정을 통해 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법 및 이에 의한 발열체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 탄화규소 섬유의 고온 열안정성을 향상시키기 위해 산소 함량이 낮고, 치밀한 결정형 탄화규소 섬유의 제조 방법을 제공하여 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법 및 이에 의한 발열체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러 본 발명은 탄화규소 섬유의 내산화성, 내열성 등을 향상시키기 위해 상기 기체 침투반응에서 도핑 금속을 추가로 포함하여 금속 도핑된 탄화규소 섬유를 제조하는, 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법 및 이에 의한 발열체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가 본 발명은 상기 기체 침투반응으로부터 직경이 5 ~ 20 um인 탄화규소 섬유의 제공을 통한 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법 및 이에 의한 발열체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
더 나아가 본 발명은 상기 탄화규소 섬유로 직접 전환되는 공정으로서 회분식 또는 연속식 공정을 포함하는 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법 및 이에 의한 발열체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명은 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의하여 제조되는 섬유상 세라믹 발열체는 탄화규소 섬유(Silicon Carbide Fibers, SiCf) 외에 유리, 알루미나, 실리카, Si3N4, 실리테이트, 보론, SiCO, Si-C-N-O 섬유일 수 있으며, 또 이들의 금속 도핑된 섬유를 제조하는, 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법 및 이에 의한 발열체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히 본 발명은 중심(코어; core) 부분에는 소정 직경의 탄소섬유(이하, '코어 탄소섬유'라 한다)가 잔존하고, 외주면에는 상술한 탄화규소 섬유가 코어 탄소섬유를 일정 두께 감싸는 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
참고로 본 발명은 본 출원인의 선출원인 특허출원 제2015-0090437(2015. 6. 25. 출원)의 내용을 일부 포함하며, 이 선출원의 제조방법 중 중간 생산물로 코어 탄소섬유를 탄화규소 섬유가 감싸는 구조를 발열체로 사용할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법 및 이에 의한 발열체는
규소 또는 이산화규소, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 한 승화 원료와 탄소섬유를 진공 또는 불활성 가스 분위기 및 고온 상태에 배치하여 승화 원료의 승화로 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의해 탄소섬유로부터 탄화규소 섬유로 제조하여 발열체로 사용한다.
또 본 발명에 따른 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법 및 이에 의한 발열체는
승화 원료와 원섬유재료를 진공 또는 불활성 가스 분위기 및 고온 상태에 배치하여 승화 원료의 승화로 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의해 원섬유재료로부터 유리, 알루미나, 실리카, Si3N4, 실리테이트, 보론, SiCO, Si-C-N-O 섬유로 제조하여 발열체로 사용한다.
또 본 발명에 따른 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법 및 이에 의한 발열체는
금속을 더 배치하여 금속원소가 도핑된 탄화규소 섬유를 제조하고,
특히 상기 금속은 티타늄, 알루미늄, 지르코늄, 몰리브덴, 붕소, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
기체 침투반응 온도는 5~20 oC/min 승온 속도로 1,000 ~ 2,000 oC까지 가열하여 이루어지고,
회분식 또는 연속식 공정으로 진행되는 것이 바람직하다.
나아가 본 발명에 따른 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법 및 이에 의한 발열체에서
상기 제조된 탄화규소 섬유의 Si/C 원소함량비율은 0.01 ~ 2.0 이고,
제조된 탄화규소 섬유의 산소 함량은 2.0% 이하이며,
탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴, 피치 또는 레이온과 같은 섬유의 전구체로 제조된 탄소섬유를 의미하며,
이 탄소섬유의 직경은 5 ~ 20 um인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 고온에서 승화 기체 침투반응을 통해 탄소섬유를 탄화규소 섬유로 직접 전환(그 외 유리, 알루미나, 실리카, Si3N4, 실리테이트, 보론, SiCO, Si-C-N-O 섬유도 가능)시키는 방법으로 공정이 간단할 뿐만 아니라 섬유를 연속적으로 생산할 수 있고, 단순한 반응조건 조절을 통해 물성이 우수한 결정형 탄화규소 섬유의 생산이 가능하며, 특히 내산화성, 내열성 등이 향상된 금속 도핑된 탄화규소 섬유를 생산할 수 있어, 내열성, 내식성, 전기적 특성이 우수하여 첨단 전기, 전자, 화학, 물리 등 실험분야 및 전자, 항공, 기계 등 다양한 산업분야에 응용될 수 있는 기초 소재, 특히 섬유상 세라믹 발열체의 제법 및 이에 의한 발열체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법에 의하여 기체 침투반응에 의하여 탄소섬유 표면에서부터 탄화규소 층이 형성되는 과정을 나타낸 모식도.
이하 제조예, 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법 및 이에 의한 발열체는 규소 또는 이산화규소, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 한 승화 원료을 고온에서 승화(Sublimation)시키는 단계를 거쳐 승화된 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의해 함께 배치된 탄소섬유(Carbon Fibers)로부터 탄화규소 섬유를 제조하여 이루어진다.
이 기체 침투반응은 진공 또는 불활성 가스 분위기에서 진행되는 것이 바람직하다.
또 본 발명에 따른 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법 및 이에 의한 발열체는 금속을 추가 배치하여 금속원소가 도핑된 탄화규소 섬유를 제조하여 내산화성 및 내열성 등의 물성을 개선한 규소섬유를 제조하는 것이 바람직하다.
특히 이 금속은 티타늄, 알루미늄, 지르코늄, 몰리브덴, 붕소, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 이들 금속 입자는 SiC 표면에 배치될 수도 있고, SiC 입자 내에 배치될 수도 있다.
나아가 본 발명에 따른 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법은 상기 탄화규소 섬유로 직접 전환되는 공정으로써 회분식 또는 연속식 공정을 거쳐 이루어진다.
한편, 제조되는 섬유상 세라믹 발열체는 탄소섬유(Carbon Fibers)로부터 제조된 탄화규소 섬유(Silicon Carbide Fibers, SiCf) 외에 유리, 알루미나, 실리카, Si3N4, 실리테이트, 보론, SiCO, Si-C-N-O 섬유일 수 있고, 역시 금속을 더 배치하여 금속원소가 도핑된 이들의 세라믹 섬유를 제공한다.
한편, 기체 침투반응 온도는 5~20 oC/min 승온 속도로 1,000 ~ 2,000 oC까지 가열하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에서 베이스 재료인 탄소섬유는 폴리아크릴로니트릴, 피치 또는 레이온과 같은 섬유의 전구체로 제조된 탄소섬유를 의미하며, 이 탄소섬유의 직경은 5 ~ 20 um인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제조방법에 의한 탄화규소 섬유는 Si/C 원소함량비율은 0.01 ~ 2.0 이고, 탄화규소 섬유의 산소 함량은 2.0% 이하인 것이 바람직하다.
[제조예 1]
알루미나 튜브가 장착된 회분식 전기로에 규소 또는 이산화규소, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 승화 원료와 탄소섬유를 위치시킨 후 질소 또는 아르곤 가스 분위기 하에서 10 oC/min 승온 속도로 1,000 ~ 2,000 oC까지 가열하여, 섬유상 세라믹 발열체로 사용 가능한 탄화규소 섬유를 제조하였다.
상기 일정 온도에서 승화 기체의 확산반응 시간을 조절하여 탄화규소 섬유를 제조한다.
[제조예 2]
알루미나 튜브가 장착된 연속식 전기로에 규소 또는 이산화규소, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 승화 원료를 위치시킨 후 탄소섬유를 알루미나 튜브에 배치한 후
질소 또는 아르곤 가스 분위기 하에서 10 oC/min승온 속도로 1,000 ~ 2,000 oC의 승화 온도를 유지시킨 후
섬유 권사기의 권취 속도를 목적하는 생산 속도에 맞게 목적하는 수준으로 설정하여 연속으로, 섬유상 세라믹 발열체로 사용 가능한 탄화규소 섬유를 제조한다.
[실시예 1 내지 3]
제조예 1로부터 1,750 oC의 승화 온도를 유지시킨 후 확산 반응 시간을 30분(실시예 1), 60분(실시예 2), 120분(실시예 3)으로 다양화하여 실시하였다.
[실시예 4 내지 8]
제조예 1로부터 승화 원료에 티타늄 0.1 wt%(실시예 4), 알루미늄 0.1 wt%(실시예 5), 지르코늄 0.1 wt%(실시예 6), 몰리브덴 0.1 wt%(실시예 7), 붕소 0.1 wt%(실시예 8)를 각각 더 혼합하여 1,750 oC의 승화 온도에서 120분 동안 승화시켜 승화 기체와 탄소섬유의 확산 반응을 수행하여, 섬유상 세라믹 발열체로 사용 가능하며 금속이 도핑된 탄화규소 섬유를 제조하였다.
[실시예 9]
제조예 2로부터 질소 또는 아르곤 가스 분위기 하에서 1,750 oC의 승화 온도에서 섬유 권사기의 권취 속도를 3cm/min로 연속적으로, 섬유상 세라믹 발열체로 사용 가능한 탄화규소 섬유를 제조하였다.
[표 1] 각 실시예의 탄화규소 섬유 분석
Figure 112015104978919-pat00001
상기 [표 1] 및 첨부 도 1과 같이(도 1은 승화 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의하여 탄소섬유 표면에서부터 탄화규소 층이 형성되는 모식도 및 특정 시간대의 탄화규소 섬유의 SEM 분석 사진을 함께 도시하고 있다),
반응 시간이 증가될수록 탄화규소 층이 증가되어 최종적으로 탄화규소 섬유로 전환됨을 확인할 수 있다.
본 발명에서 탄소섬유(코어쉘)의 직경은 1~3㎛인 것이 바람직하다.
[실험예 1]
[실시예 4]에 따른 금속(Ti)이 도핑된 탄화규소 섬유를 제조하고, 이를 섬유상 세라믹 발열체로 사용하여, 전기저항방식의 세라믹 발열체로 발열 실험을 하였다.
그 결과 25W 이하의 저전력으로도 발열이 되며, 특히 1,000℃ 이상의 고온으로 발열이 되는 것으로 확인되었다.

Claims (4)

  1. 규소 또는 이산화규소, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 어느 한 승화 원료와 탄소섬유를 진공 또는 불활성 가스 분위기 및 고온 상태에 배치하여,
    승화 원료의 승화로 기체 침투반응(Gas Infiltration Reaction)에 의해 탄소섬유로부터 탄화규소 섬유로 제조하여,
    탄소섬유와 탄화규소 섬유를 포함하는 발열체로 사용하되,

    금속을 더 배치하여 금속원소가 도핑된 탄화규소 섬유를 제조하고,
    상기 금속은 티타늄, 알루미늄, 지르코늄, 몰리브덴, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    기체 침투반응 온도는 5~20 oC/min 승온 속도로 1,000 ~ 2,000 oC까지 가열하여 이루어지고,
    회분식 또는 연속식 공정으로 진행되고,

    상기 탄소섬유의 직경은 5 ~ 20 um이고,
    탄화규소 섬유는 Si/C 원소함량비율은 0.01 ~ 2.0 인 것을 특징으로 하는 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄화규소 섬유의 산소 함량은 2.0% 이하인 것을 특징으로 하는 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기체 침투반응 온도는 10 oC/min 승온 속도인 것을 특징으로 하는 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소섬유의 직경은 1 ~ 3 um인 것을 을 특징으로 하는 섬유상 세라믹 발열체의 제조방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019117473A1 (ko) * 2017-12-13 2019-06-20 한국세라믹기술원 Sioic 섬유와 금속 도핑 sioic 섬유, 이를 포함하는 마이크로파 흡수 및 발열체 및 그 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002266170A (ja) * 2000-12-20 2002-09-18 Showa Denko Kk 分岐状気相法炭素繊維、透明導電性組成物及びその用途
JP2009298610A (ja) * 2008-06-11 2009-12-24 Shin-Etsu Chemical Co Ltd 炭化ケイ素チューブの製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002266170A (ja) * 2000-12-20 2002-09-18 Showa Denko Kk 分岐状気相法炭素繊維、透明導電性組成物及びその用途
JP2009298610A (ja) * 2008-06-11 2009-12-24 Shin-Etsu Chemical Co Ltd 炭化ケイ素チューブの製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019117473A1 (ko) * 2017-12-13 2019-06-20 한국세라믹기술원 Sioic 섬유와 금속 도핑 sioic 섬유, 이를 포함하는 마이크로파 흡수 및 발열체 및 그 제조방법

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