CN103245193B - 烧结炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种烧结炉，坯块在该烧结炉中被烧结。烧结炉包括：腔室，已经被装载在该腔室中的坯块在该腔室中被烧结；设置在所述腔室的上部中的排放口，所述排放口允许所述腔室的内部与所述腔室的外部连通；和防止凝结单元，该防止凝结单元加热所述排放口或者将所述排放口保持温热。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年2月3日递交的韩国专利申请第10-2012-0011136号的优先权，该申请的全部内容为了所有目的通过引用合并与此。
技术领域
本发明涉及一种烧结炉，更具体而言，涉及一种在其中烧结坯块（compact）的烧结炉。
背景技术
通常，用于诸如液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）或电致发光显示器（ELD）的平板显示器的电极材料或用于光伏电池的透明导电氧化物（TCO）薄膜由氧化铟锡（ITO）、氧化锡（SnO2）、氧化锌（ZnO）等制成。
特别地，ITO薄膜被广泛用于平板显示装置的透明电极、用于光伏电池的电极和用于防止静电的导电薄膜，这是因为其具有优良的特性，例如，透明性、导电性、对基板的粘附力等，并且能够通过刻蚀被机械制造。
形成ITO薄膜的方法可包括诸如喷雾热分解法、化学蒸汽沉积（CVD）等的化学工艺，以及诸如电子束沉积、溅射沉积等的物理工艺。在这些工艺中，溅射沉积工艺被广泛用在各种领域中，这是因为其容易适用于大尺寸并且能够有效地形成高性能薄膜。
溅射沉积工艺通过将诸如氩（Ar）气的工艺气体吹入真空室中并且向包括ITO靶材的阴极应用直流电（DC）功率或射频（RF）功率而产生辉光放电从而在基板上形成沉积薄膜。
为了通过溅射沉积工艺形成高质量的ITO薄膜，需要高密度的ITO靶材。
通过利用选自冷挤压、流铸、压滤、冷等静压压制、凝胶浇注、离心沉降和重力沉降中的方法将具有特定尺寸和成分的氧化铟粉末模制到ITO坯块中，将该坯块装载在烧结炉中，随后以1500°C或更高的高温烧结坯块，从而制造这种高密度的ITO靶材。
在烧结ITO坯块的过程中，具有高蒸汽压力的In2O3和SnO2在高温范围中挥发。当In2O3和SnO2挥发时，不可能产生高密度的ITO靶材。
另外，在烧结过程中，脱膜粉典型地应用在ITO坯块和ITO坯块所安置的板之间，从而有利于ITO坯块的收缩，同时将烧结炉中ITO坯块所安置的板与ITO坯块之间的反应最小化。脱膜粉可实施为例如除了诸如Al2O3的高温材料粉末之外的ITO粉末和In2O3和SnO2粉末。然而，所有这些粉末在高温下蒸发。已蒸发的蒸发物质被沉积在烧结炉的上部中的排放口的内壁上，逐渐增大，随后掉落到烧结炉中，从而导致ITO烧结体上具有裂缝。
另外，这种现象导致对设置在烧结炉内的耐火材料的逐渐污染，并且导致在烧结环境下的坯块的浓度不均匀，从而导致质量离差。
本发明背景技术部分中公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，而不应被认为或以任何形式建议该信息形成本领域技术人员已经知晓的现有技术。
发明内容
本发明各方面提供一种烧结炉，其能够减少已经从坯块蒸发的蒸汽凝结在烧结炉的排放口上。
在本发明一方面中，提供一种烧结炉，包括：腔室，已经被装载在该腔室中的坯块在该腔室中被烧结；设置在所述腔室的上部中的排放口，所述排放口允许所述腔室的内部与所述腔室的外部连通；和防止凝结单元，该防止凝结单元加热所述排放口或者将所述排放口保持温热。
所述防止凝结单元可被实施为加热器或绝缘构件，所述加热器加热所述排放口，所述绝缘构件围绕所述排放口并将所述排放口保持温热。
所述烧结炉还可包括：设置在所述排放口上以便打开和关闭所述排放口的开/关单元；和控制器，所述控制器通过根据所述腔室内的温度来控制所述开/关单元从而调节所述排放口被打开或关闭的程度。
所述烧结炉还可包括测量所述腔室内的所述温度的温度传感器。
所述排放口可包括在与所述开/关单元接合的端部上的减震材料，所述减震材料吸收当与所述开/关单元接合时的冲击。
所述控制器可通过控制所述开/关单元的移动来控制所述排放口被打开或关闭的程度。所述开/关单元可通过沿竖直或水平方向滑动而打开或关闭所述排放口。
所述开/关单元可具有与所述排放口的端部对应的形状。
所述控制器可通过向所述开/关单元发送信号而完全打开所述排放口，同时所述腔室内的所述温度在室温到1000°C的范围内增加，通过所述开/关单元发送信号而部分地打开所述排放口从而将所述腔室的内部保持为正压力，同时所述腔室内的所述温度在1000°C至1600°C的范围内增加或保持，并且通过向所述开/关单元发送信号而完全打开所述排放口，同时所述腔室的所述温度在从1600°C到室温范围中下降。
所述烧结炉还可包括连接到所述排放口的抽吸单元，所述抽吸单元吸收当烧结所述坯块时已从所述坯块蒸发的挥发物质。
所述排放口可由氧化铝制成。
所述坯块可由氧化铟锡制成。
根据本发明实施例，可以防止已经从坯块蒸发的挥发物质凝结在所述排放口上或者在排放口上结晶和生长。因此可以防止在烧结体上形成裂缝并且提高烧结体的质量。
另外，可以通过在烧结坯块时控制腔室内的压力同时通过调节烧结炉的排放口被打开和关闭的程度来制造高质量的烧结体。
本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将根据合并于此的附图而变得明显或者在附图中更为详细地提出，附图一起用于解释本发明的特定理论。
附图说明
图1和图2为示出根据本发明实施例的烧结炉的示意性剖视图；
图3为示出根据本发明另一实施例的烧结炉的示意性剖视图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的烧结炉，其实施例例示在附图中并且在下面进行描述。
在整个文件中，应该参照附图，附图中，在不同附图中的相同的附图标记和符号用于指代相同或相似的部件。在本发明下面的描述中，当所包括的已知的部件和功能使本发明的主题不清楚时，将省略它们的详细描述。
图1和图2为示出根据本发明实施例的烧结炉的示意性剖视图。
参照图1和图2，根据本实施例的烧结炉包括腔室110、排放口120和防止凝结单元。防止凝结单元被实施为加热器130（图1）或绝缘构件140（图2）。
根据本实施例，加热器130和绝缘构件140被示出。
腔室110限定烧结炉的外部形状，已经被装载在腔室110中的坯块将要在腔室110中被烧结。
这里，坯块可由氧化铟锡（ITO）制成。
腔室110可在其侧壁中具有输入口和排放口，坯块通过输入口被装载，通过烧结坯块而生产的烧结体通过排放口被排放。典型地，一个部件形成输入口和排放口，从而防止热损失。烧结空间形成在腔室110内，已经被装载在该烧结空间中的坯块将要在该烧结空间中烧结。另外，具有优良高温稳定性的多个MoSi2加热元件（未示出）能够设置在腔室110内，从而对坯块进行热处理。腔室110的内部被填充有耐火材料，耐火材料的实例可包括耐火砖、耐火浆泥、耐火塑料、耐火浆料等。
将要被装载在腔室110中并且在腔室110中烧结的坯块被放置在由氧化铝或碳制成的坩埚或板中。这里，脱膜粉可应用在坩埚或板与坯块之间，以便有利于在烧结之后将坯块与坩埚或板分离，防止坯块与坩埚或板之间的反应，并且有利于在烧结期间坯块的收缩。脱膜粉可由与坩埚或板相同的成分制成。该粉末往往在高温下挥发，并且得到的气体将在腔室110的上部或者在排放口120中沉积或者生长。然而，本发明通过排放口120有效地排放该气体并且尽可能地防止晶体生长，从而防止烧结体上的裂缝，该裂缝会随着结晶颗粒掉落而出现。这将在后面详细描述。
当待烧结以形成烧结体的坯块是原料粉末时，特别是ITO坯块时，其可通过使用选自但不限于冷挤压、流铸、压滤、冷等静压压制、凝胶浇注、离心沉降、重力沉降和湿挤压的方法模制In2O3粉末和SnO2粉末而制成。当原料粉末被模制时，能够添加诸如聚乙烯醇缩丁醛（PVB）和聚乙烯醇（PVA）的有机物质，从而有利于模制。这些有机物质在脱脂过程中被去除，在脱脂过程中，在低于烧结坯块的烧结温度的温度下对坯块进行热处理。
排放口120被设置在腔室110的上部中，并且形成腔室110的内部与腔室110的外部连通的路径。另外，当坯块是ITO坯块时，在用于对坯块进行烧结的热处理期间蒸发的任何物质，例如In2O3或SnO2，通过排放口120被排出。排放口120可由氧化铝制成，并且被耐火材料围绕。
加热器130或绝缘构件140被设置在将腔室110的内部连通到外部的排放口120的一部分中，具体地，设置在排放口120的从腔室110突出的一部分中。加热器130加热排放口120的从腔室110突出的该部分，并且绝缘构件140围绕排放口120的从腔室110突出的该部分并将该部分保持温热。
以此方式，可以通过使用从烧结炉产生的热来加热排放口120的从腔室110突出的部分或将该部分保持温热，从而防止已经从坯块蒸发的物质由于可能导致结晶和生长的温差而在排放口120上凝结。
更详细地描述，腔室110的内部由于烧结坯块的热处理因此是高温，然而腔室110的外部是室温。在烧结坯块期间在腔室110内已经蒸发的物质通过排放口120被排出到外部的过程中，由于腔室110的内部与外部之间的温差，已经蒸发的物质在排放口120的暴露到室温的部分上凝结和结晶。结晶物质掉落到烧结体上，从而在烧结体上形成裂缝。这也导致在烧结环境中对应成分的浓度不均匀，从而导致烧结体的质量离差。然而，根据本发明，通过使用加热器来加热排放口120的突出部分或使排放口120的突出部分周围围绕有绝缘材料，可以减小腔室110的内部与排放口120的从腔室110突出的部分之间的温差。因此，可以防止已经蒸发的物质凝结在排放口120的暴露在外部的部分上，从而制造高质量的烧结体。
图3为示出根据本发明另一实施例的烧结炉的示意性剖视图。
参照图3，根据本实施例的烧结炉进一步包括开/关单元150和控制器（未示出）。开/关单元150被设置在排放口120上以便打开和关闭排放口。控制器（未示出）通过根据腔室110内的温度来控制开/关单元150的移位，从而调节排放口120被打开或关闭的程度。
开/关单元150被设置在排放口120的上部，并且被电连接到控制器（未示出）。开/关单元150通过响应从控制器（未示出）应用的信号而滑动（即移动）来打开和关闭排放口120。开/关单元150可具有与排放口120的上端的内周界对应的形状，例如圆形或方形形状。另外，开/关单元150通过控制器（未示出）而沿竖直或水平方向滑动。由于开/关单元150具有与排放口120的上端的内周界对应的形状，因而当开/关单元移动时，在开/关单元150与排放口120的上端之间形成间隙。因此，已经从坯块蒸发的挥发物质通过该间隙被排出到外部。
当开/关单元150向排放口120移动并且与排放口120接合以便关闭排放口120时，可能产生冲击。因此，已经在排放口内壁等上结晶并且生长的挥发物质可能掉落，从而在被制造的烧结体上形成裂缝。为了防止该现象，吸收当与开/关单元接合时的冲击的减震材料（未示出）能够被设置在与开/关单元接合的排放口的上端上。当然，该减震材料（未示出）必须由耐热和耐用的材料制成。
控制器（未示出）通过响应腔室110内的温度变化来控制开/关单元150，从而调节腔室内的压力。为此，控制器（未示出）被电连接到开/关单元，从而能够通过竖直地或水平地移动开/关单元150而调节排放口120被打开或关闭的程度。控制器（未示出）的操作将在后面更详细地描述。
另外，根据本发明的烧结炉可具有测量腔室110内的温度的温度传感器（未示出）。控制器（未示出）基于由温度传感器（未示出）已测量的腔室110内的温度数据来控制开/关单元150。
另外，尽管未示出，根据本发明实施例的烧结炉可包括抽吸单元（未示出）。抽吸单元（未示出）被连接到排放口120，并且在烧结坯块的同时吸收从坯块蒸发的气体。为此，抽吸单元（未示出）能够被设置为与排放口120的上部分相邻。抽吸单元（未示出）直接吸收已经蒸发并且有待被排出的挥发物质，同时吸收已经凝结在排放口的上内壁上的挥发物质的结晶体，从而防止挥发物质的结晶体掉落到烧结体中上者在烧结体上形成裂缝。
下面将描述根据本发明实施例的烧结炉的操作。
当已经被放置在坩埚或板中的ITO坯块被装载在腔室110中时，通过向设置在腔室110内的多个MoSi2加热元件（未示出）应用电功率，腔室110内的温度增加。此时，通过向开/关单元150发送信号，控制器（未示出）导致开/关单元150滑动，从而排放口120被完全打开，同时腔室110内的温度在室温至1000°C的范围内增加。也就是，排放口120与开/关单元150之间的间隙的尺寸最大。该温度范围是脱脂范围，在该脱脂范围中，被添加到ITO坯块中用于增强可模制性的聚乙烯醇缩丁醛（PVB）或聚乙烯醇（PVA）燃烧。以此方式，已经被燃烧的有机物质通过完全打开的排放口120被排出到外部。
之后，通过增加多个MoSi2加热元件（未示出）的功率，腔室110内的温度增加到ITO的烧结温度。此时，通过向已经完全打开排放口120的开/关单元150发送信号，控制器（未示出）导致开/关单元150滑动，从而排放口120被部分打开，同时腔室110内的温度在1000°C至1600°C的范围内增加。在此情况下，排放口120与开/关单元150之间的间隙被调节到大约（最大打开程度的）80%。以此方式，当排放口120被部分打开时，腔室110内的压力变为正压力。这能够减小InOx和SnOx的蒸发，从而生产高密度的ITO烧结体。
最后，停止向多个MoSi2加热元件（未示出）供应功率，并且烧结体被冷却到室温。此时，控制器（未示出）通过向开/关单元150发送信号而完全打开排放口120。
如上所述，根据本发明的烧结炉通过使用加热器130来加热排放口120的从腔室110突出的部分，或者利用绝缘构件140围绕排放口120的从腔室110突出的部分而利用烧结炉产生的热来保持突出部分温热，从而防止已经从ITO坯块蒸发的物质在排放口上凝结或者在排放口上结晶和生长。
已经参照某些实施例和附图呈现了本发明具体示例性实施例的前述描述。它们不是排外性的或者将本发明限制于公开的精确形式，明显的是，在看到上述教导之后，本领域普通技术人员能够进行很多修改和变型。
因此，本发明的范围并非意在限于前述实施例，而是由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (12)
1.一种烧结炉，包括：
腔室，已经被装载在该腔室中的坯块在该腔室中被烧结；
设置在所述腔室的上部中的排放口，所述排放口允许所述腔室的内部与所述腔室的外部连通；和
防止凝结单元，该防止凝结单元加热所述排放口或者将所述排放口保持温热。
2.如权利要求1所述的烧结炉，其中所述防止凝结单元包括加热器或绝缘构件，所述加热器加热所述排放口，所述绝缘构件围绕所述排放口并将所述排放口保持温热。
3.如权利要求1或2所述的烧结炉，进一步包括：
设置在所述排放口上以便打开和关闭所述排放口的开/关单元；和
控制器，所述控制器通过根据所述腔室内的温度来控制所述开/关单元，从而调节所述排放口被打开或关闭的程度。
4.如权利要求3所述的烧结炉，进一步包括测量所述腔室内的所述温度的温度传感器。
5.如权利要求3所述的烧结炉，其中所述排放口在与所述开/关单元接合的端部上具有减震材料，所述减震材料吸收当与所述开/关单元接合时的冲击。
6.如权利要求3所述的烧结炉，其中所述控制器通过控制所述开/关单元的移动来控制所述排放口被打开或关闭的程度。
7.如权利要求6所述的烧结炉，其中所述开/关单元通过沿竖直或水平方向滑动而打开或关闭所述排放口。
8.如权利要求7所述的烧结炉，其中所述开/关单元具有与所述排放口的端部对应的形状。
9.如权利要求3所述的烧结炉，其中所述控制器通过向所述开/关单元发送信号而完全打开所述排放口，同时所述腔室内的所述温度在室温到1000℃的范围内增加，通过向所述开/关单元发送信号而部分地打开所述排放口从而将所述腔室的内部保持为正压力，同时所述腔室内的所述温度在1000℃至1600℃的范围内增加或保持，并且通过向所述开/关单元发送信号而完全打开所述排放口，同时所述腔室的所述温度在1600℃到室温的范围中下降。
10.如权利要求1或2所述的烧结炉，进一步包括连接到所述排放口的抽吸单元，所述抽吸单元吸收当烧结所述坯块时已从所述坯块蒸发的挥发物质。
11.如权利要求1或2所述的烧结炉，其中所述排放口由氧化铝制成。
12.如权利要求1或2所述的烧结炉，其中所述坯块由氧化铟锡制成。
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