KR0171662B1

KR0171662B1 - 이산화규소수트의 중공실린더 소결공정과 중공실린더용 유지장치

Info

Publication number: KR0171662B1
Application number: KR1019950029783A
Authority: KR
Inventors: 루펠트 크라우스; 크리스티안젠 우베; 휘너만 미카엘; 디트머 크라우스; 스타인콜 안톤
Original assignee: 신에쯔 세끼에이 가부시끼가이샤; 헤라에우스 퀘르츠글라스 게엠바하
Priority date: 1994-09-15
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 1999-02-18
Also published as: DE59503841D1; DE4432806C1; KR960010581A; EP0701975B1; CN1068566C; CN1121051A; US5738702A; EP0701975A3; US5665132A; EP0701975A2; JPH08188429A; JP2704147B2

Abstract

중공실린더는 수직방향으로 고정되어 있고, 소결처리를 위해 지속적으로 발열영역을 통과하여 보내진다. 소결처리의 첫단계에서, 중공실린더의 상단부(12)가 소결처리 되는 기간동안, 중공실린더는 지지대의 상부에 위치한다. 두 번째 단계에서, 실린더는 실린더의 하단부(10)가 소결처리되는 동안, 행거요소에 매달린다. 수직한 로드는 하단부가 지지되어지는 받침대에 고정되고, 중공실린더를 통하여 연장된다. 지지용 링은 중공실린더의 상단부 안쪽에 고정된다. 첫번째 단계 동안에 상단부는 유리화가 되고 수축되어서 지지용 링이 수직한 로드에 접촉된다. 길이방향의 수축은 실린더의 하단부가 받침대로부터 들어 올려지는 원인이 되어서 실린더는 두 번째 단계동안에 공중에 매달리게 되는 것이다.

Description

이산화 규소 수트의 중공실린더 소결공정과 중공실린더용 유지장치

제1도는 수트 바디가 유지되어 있는 본 발명의 유지장치의 입단면도.

제2도는 단이 진 자켓튜브를 가지는 본 발명의 유지장치의 실시예를 도시한 단면도.

제3도는 본 발명에 따라서 지지로드와 수트 바디 사이에 지지용 링을 가지는 본 발명의 유지장치의 실시예를 도시한 단면도.

제4도는 제1의 소결단계가 실시되기 전에 소결로내에서 수트 바디가 유지되어 있는 본 발명의 유지장치의 실시예를 도시한 단면도.

제5도는 소결공정의 후반단계동안 수트 바디가 유지되어 있는 제1도의 유지장치를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 지지로드(ROD) 2 : 자켓튜브(JACKET TUBE)

3 : 지지베이스 4 : 지지표면

5 : 중공실린더(HOLLOW CYLINDER) 11 : 어깨부위

15 : 지지용 링(RING) 19 : 가열영역

본 발명은 이산화 규소 수트의 중공실린더(HOLLOW CYLINDER)를 유지장치에 의해 수직방향으로 유지하여 소결이 이루어지는 가열영역을 통해 연속적으로 공급함으로서 이산화 규소 수트(SILICON DIOXIDE SOOT)로 이루어진 중공실린더를 소결처리하기 위한 공정에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 외부로부터 중공실린더의 내부구멍으로 확장되는 연장된 지지 바디를 구비하여 이산화 규소 수트의 중공실린더를 수직방향으로 유지하기 위한 장치에 관한 것이다.

광섬유용 예비성형품(PREFORM)과 반도체 기술에 대한 로부품용 예비성형품의 생산은 이산화 규소 수트로 이루어진 중공실린더의 형태인 중간 물(AN INTERMEDIATE PRODUCT)을 거쳐 진행된다. 소위 수트 바디(SOOT BODIES)라고 불리는 이것들은 기계적으로 약하므로, 특히, 크고 무거울 때 취급하기가 어렵다. 또한, 광통신 기술과 반도체 기술에서 사용되기 위해서는 수트 바디의 순도에 대한 엄격한 요건이 부여되는데, 이는 열처리 또는 가스처리와 같은 다양한 처리단계과정중에 수트 바디를 취급하는데 어려움은 필수적인 처리보조재로 사용될 수 있는 재질의 제한범위에 의해 더욱 가중된다는 것을 의미한다.

소결로의 내의 공간과 같은 처리공간에서 상기 형태의 수트 바디가 처리될 때, 문제점중의 하나는 수트 바디를 어떻게 안전하게 유지하는가 인데, 그 이유는 수트 바디는 단지 적은 크기의 기계적 응력에만 견딜 수 있기 때문이다. 미국특허 No.4,251,251호에 개시된 처리공정에서는, 유지장치가 백금 금속선으로 형상화되고, 수트의 중공실린더가 매달리는 브라켓(BRACKET)으로 지지구가 구성되어 있다. 중공실린더의 벽은 그 상단부를 관통하는 2개의 수평관통홀을 갖고, 상기 백금 금속선은 상기 수평한 관통홀을 통과하게 된다. 소결처리를 위해, 수트 바디는 수직한 방향으로 배치된 소결로에 연속적으로 공급되어진다. 소결로에서는 수트 바디의 소정부분이 연화된다. 연화영역(SOFTENING ZONE)은 수트 바디의 하단부에서 시작된다. 수트 바디가 소결로를 통하여 점차적으로 낮아지게 되면 연화영역은 수트 바디를 따라서 연속적으로 상부를 향해 이동한다. 따라서, 연화영역에 매달리는 수트 바디의 소결 부분의 중량은 계속 증가된다. 연화영역에서의 수트 바디의 낮은 점착성(VISCOSITY) 때문에 수트 바디 그 자체 중량은 바디를 신장시키기에 충분하게 된다. 그러므로, 상기 소결공정은 크고 무거운 수트 바디의 소결에는 부적합하다.

미국특허 No. 4,157,906호에는 섬유인발조작과 실린더 함몰조작동안에 이산화 규소 수트의 중공실린더 형태인 브랜크(BLANK;반 가공품)를 수직으로 유지하기 위한 또 다른 장치가 기술되어 있다. 약 50mm의 길이를 가지는 석영유리관(QUARTZ TUBE)의 일부가 브랜크를 관통하는 내부 구명에 삽입되어진다. 석영유리관의 외경은 브랜크의 내경과 대략적으로 동일하다. 브랜크에 삽입되어지는 석영관 단부에는 돌기(BUMP) 형상의 돌출부가 구비된다. 내부구멍에 관의 일부를 유지하기 위하여 돌기부는 상기 구멍내에서 약 90° 회전된다. 상기 브랜크를 소결로내로 하강시키기 위해 사용되는 구동장치는 상기 내부구멍으로부터 돌출된 관의 단부로 세팅된 석영유리관의 제2부분을 붙들게 된다.

미국특허 No. 4,362,545호에는 본 발명과 관련되는 슬리브(SLEEVE) 형상의 석영유리손잡이가 수트 바디의 내부 구멍에 삽입되는 일반적인 또 다른 장치가 제시되어 있다. 수트 바디와 맞물리는 단부에서 손잡이는 구멍으로부터 손잡이가 미끄러지는 것을 방지하기 위한 잠금장치로서 작용하는 원주상의 링형돌출부를 갖추고 있다. 구멍의 단부로부터 돌출되는 슬리브 돌출부의 단부는 원추형으로 설계되어 수트 바디를 매달기 위한 장치에 손잡이를 부착하기 위하여 사용된다. 상기 손잡이는 수트 바디가 형성되어지는 동안에 끼워져야만 한다. 상기 목적을 위해 슬리브(SLEEVE) 형상의 손잡이는 침적 멘드렐(DEPOSITION MANDREL)상으로 밀리게 된다. 또한, 멘드렐상에 침적되는 수트 입자들은 멘드렐 상으로 밀려진 슬리브(SLEEVE)의 단부를 동시에 덮으려고 한다.

상기한 공지된 유지장치들은 예를 들면, 소결로에서 이산화 규소 수트의 중공실린더가 소결될 수 있도록 상기 중공형 실린더를 매다는 것을 가능하게 만든다. 그러나, 실린더에 유지장치를 부착하는 것은 매우 복잡한 문제이고, 그리고 고장을 일으킬 소지가 있는 마모를 유발시키게 된다. 상기한 공지된 유지장치들은 단지 비교적 작은 수트 바디에 적합하다. 상기 수트 바디가 크고, 무거울 때에는 중공실린더벽의 기계적 안정성은 더 이상 충분하지 않다. 그러므로 유지장치들이 수트 바디로부터 이탈될 위험이 있다.

본 발명은 이산화 규소의 큰 중공형 실린더를 소결하기 위한 적절한 공정을 제공하는 것과, 쉽게 탈착되고, 안정성 및 신뢰성 있는 취급을 보장할 수 있는 유지장치를 제공하는 것에 기초하고 있다.

상기 공정에 있어서, 소결작업의 한 단계 동안에 중공실린더는 상단부가 소결되는 동안, 지지대의 상부에 주로 또는 오로지 서 있게 되는 반면에, 다음 소결단계 동안에는 중공실린더의 하단부가 소결되는 동안 주로 또는 오로지 매달리는 방법으로 유지된다.

실온에서 소결되는 중공형 바디(이하, 수트 바디(SOOT BODY)라고 한다.)는 치수면에서 본질적으로 안정하다. 이것은 자중영향하에서 소성변형(PLASTIC DEFORMATION)이 없이 수직으로 서 있거나, 매달릴 수 있다는 것을 의미한다. 온도가 증가하면, 이산화 규소 수트는 연화영역에서 연화된다. 상기 수트의 점착성은 감소되고, 결과적으로 연화영역에 작용하는 힘에 의해 변형된다. 중력에 더하여 수축(CONTRACTION)과 관련된 변형력이 수트 바디에 작용한다. 수트 바디의 밀도(DENSITY)는 고체 석영 유리 밀도의 단지 약 30%이다. 연속적으로 소결이 진행되기 때문에 연화영역은 수트 바디의 한쪽 단부에서 다른쪽 단부로 이동한다. 매달려 있는 수트 바디의 변형에 있어서 특히, 중요한 것은 연화영역이 상단부에 도달하는 동안에 소결단계인데, 그 이유는 그때에 수트 바디 하단부의 중량이 연화영역을 끌어당기기 때문이다. 그러나, 수트 바디가 가열영역을 통해 공급될 때 수트 바디가 지지대상에 서 있는 것이 가능하다. 이 경우에 있어서 반대의 경우도 마찬가지이다. 즉, 변형에 관련하여 특히 중요한 소결단계는 연화영역이 수트 바디의 하단부에 위치하는 단계인데, 그 이유는 그때에 수트 바디의 상부는 그 중량을 연화영역에 미치기 때문이다. 발생되는 여러 가지 변형은 수트 바디가 가열영역을 통해 공급되는 방향과 무관하다.

본 발명에 의한 처리공정의 첫번째 실시예에 있어서, 수트 바디는 소결작업의 하나의 단계 동안에는 서 있는 상태로, 그리고 소결작업의 다른 단계동안에는 매달린 상태로 가열영역을 경유하여 보내진다. 이것은 변형이 시작되거나 현저히 증가되는 소결단계로 지지대에 서 있는 수트 바디가 진입하기 전에 수트 바디가 지지되는 방식이 서 있는 형태에서 매달려 있는 형태로 변경될 수 있는 결과를 얻는다. 반대로, 변형이 시작되거나 현저히 증가되는 소결단계로 지지대에서 매달린 수트 바디가 진입하기 전에, 수트 바디가 지지되는 방식이 매달려 있는 형태에서 서 있는 형태로 변경이 가능하다. 결과적으로 연화영역에 작용하는 압축력 또는 인장력(TENSILE FORCE)은 최소로 유지될 수 있다. 이것은 뚜렷한 변형이 없이 전체 길이에 걸쳐서 연속적으로 수트 바디를 소결하는 것을 가능하게 한다. 서 있는 지지방식에서 매달리는 지지방식으로 또는, 역으로 매달리는 지지방식에서 서 있는 지지방식으로의 변이(TRANSITION)는 연속적으로 이루어져, 두가지 지지방식이 변이기간 동안에 실시되고 있다.

본 발명에 따른 공정의 다른 실시예에 있어서, 수트 바디는 지지대에 서 있고, 동시에 행거(HANGER)에 매달려 있는 상태로 가열영역을 통하여 공급되어진다. 지지대는 수트 바디의 하단부에서 작용을 하고, 행거는 수트 바디의 상단부에서 작용을 한다. 소결동안 수트 바디의 길이방향 수축 때문에, 이러한 공정에 있어서는 길이 방향 수축을 보충하기 위하여 지지대와 행거사이의 거리를 재조정하는 것이 필요다. 즉, 지지대와 행거는 서로를 향하여 이동되어야 한다. 상기 이동의 적당한 제어에 의해 수트 바디는 수트 바디의 상단부가 연화되는 소결단계 동안에는 서 있는 형태로 대부분 지지되어지고, 반면에 하단부가 연화되는 소결단계 동안에는 대부분의 유지기능은 행거에 의해 이루어지게 된다.

소결단계(SINTERING PHASE)라는 표현은 전체적인 소결공정의 일부를 나타내는 것으로서, 이 소결단계동안에는 문제의 유지방법(서 있는 형태 또는 매달리는 형태)에 의해 유지되어지는 동안에 자체중량에 의해서 발생한 수트 바디의 변형이 수용할 수 있는 한계내로 남아있게 된다. 변형은 온도와 소결시간이 증가되면, 시작되어 점차적으로 보다 뚜렷해지기 때문에, 각 소결단계의 시작과 끝은 정확하게 규정할 수 없다. 허용될 수 있는 변형의 양은 변형의 형태와 소결된 수트 바디가 사용되려고 하는 목적에 의해 결정되어 진다. 예를 들면, 서 있는 지지형태의 이용과 관련된 수트 바디의 좌굴(BUCKLING)은 매달리는 지지형태의 이용과 관련된 신장(STRETCHING)보다 어떤 적용예에 대해서는 보다 유해하게 될 수 있다.

본 발명에 의한 공정은 특히, 다른 경우라면 자중에 의한 영향하에서의 변형이 쉬운 크고 무거운 수트 바디를 소결하는 것을 가능하게 한다.

수트 바디는 수트 바디의 하단부를 처음에 또는 상단부를 처음에 가열영역을 통해 보내질 수 있다. 전자 예의 경우에 있어서, 수트 바디는 제1의 소결단계동안에는 매달리면서 제2의 소결단계동안에는 서 있는 형태에서 소결된다. 그러나, 수트 바디의 상단부가 먼저 가열영역으로 투입되는 후자의 공정 예의 경우가 바람직하다.

상기 공정 예의 주요한 장점은, 수트 바디를 매다는 유지장치가 수트 바디의 선단부가 이미 소결되어 가열영역을 지나간 후에 그 역할을 주로 또는 오로지 수행하는 방식으로 제1의 소결단계에서 제2의 소결단계로의 변이가 실현될 수 있다는 것이다. 그러므로, 행거는 수트 바디의 고체화된 부분을 붙잡게 된다. 따라서, 행거가 이탈될 위험성이 거의 없고, 공정은 신뢰성을 갖게된다.

특히 효과적인 상기 공정 실시예는 행거요소가 상단부 근처에서 소결되는 중공실린더를 고정시킨다는 것과; 중공실린더가 베이스(BASE)에 의해 하단부 근처에서 지지되는 것과; 지지 요소가 베이스에 대하여 정지된 위치에서 행거요소 하부에 설치되는 것이다. 상기 제1의 소결단계동안에 행거요소는 중공실린더의 길이방향 수축의 결과 때문에 상기 지지요소를 향하여 이동하고, 그리고 제2의 소결단계의 초기에 행거요소는 지지 요소에 의해 지지되어진다. 상기 변형예는 소결작업 중에 수트 바디의 길이방향의 수축에 기하여 서 있는 상태에서 매달리는 상태로의 매우 안정된 변이의 달성을 가능하게 해 준다. 수트 바디의 길이가 소결동안에 줄어든다는 것은 알려져 있다. 예를 들면, 길이방향 수축의 범위는 규산(SILICIC ACID)의 밀도에 의해 결정되어지고, 수트 바디의 최초길이의 30% 정도까지 될 수 있다. 상술한 유지장치의 사용을 통한 이점은 수트 바디가 베이스상에 수직하게 서 있는 상태로부터 행거로 매달리는 상태로의 변이를 달성하기 위하여 수트 바디의 길이방향 수축을 이용할 수 있다는 것이다. 즉, 수트 바디의 수축은 이에 부착된 행거요소를 지지 요소에 접근시켜 접촉되도록 하고, 그 후에 수트 바디의 길이방향 수축이 보다 더 진행되어 베이스로부터 수트 바디의 하단부가 상승되도록 한다.

공정은 행거요소가 중공실린더를 관통하는 구멍내에 설치되는 지지용 링이고, 베이스상에 놓여지는 지지요소가 중공실린더의 내부구멍내에 삽입된다는 점에서 바람직하게 되는데, 상기 지지요소는 행거요소에 면하는 상단부를 갖추고, 제2의 소결단계 동안에 상기 상단부위에 지지용 링이 놓이게 된다. 상기 지지용 링의 사용을 통하여, 수트 바디의 내부구멍은 외부에 개방되어 있는 상태로 유지되는데, 이는 공기가 환기(VENTILATED)되게 유지된다는 것을 의미한다. 상기 지지요소는 관의 부분으로서 또는 속이찬 실린더로서 설계될 수 있다. 상기 지지요소는 상부에서 하부로 다단 또는 원추형으로 확대할 수 있다. 수트 바디의 길이방향 수축동안 지지용 링이 지지 요소의 상단부를 향해 이동하여 제2의 소결단계의 초기에 지지요소의 위에 놓여지기 때문에, 길이방향의 수축이 계속될 때 수트 바디의 하단부가 베이스로부터 상승하게 되는데, 이는 수트 바디가 지지용 링에 스스로 매달리는 것을 의미한다. 지지요소는, 함몰(COLLAPSING)되는 수트 바디가 상기 지지 요소위에 놓여 소결이 완전히 이루어진 수트 바디의 내부구멍이 지지대 요소의 외경에 의해서 결정되도록, 흑연(GRAPHITE)으로 이루어지고 매끄러운 외표면을 가지는 것이 유리하다.

제1의 소결단계에서 제2의 소결단계로의 변이시간은 행거요소의 지지요소의 상단부 사이의 거리에 의해 주로 결정되어 진다. 중공실린더의 소결동안에 예상되는 길이방향의 수축의 양을 결정하여 지지용 링과 지지 요소의 상단부 사이의 거리를 상기와 같이 결정된 길이방향 수축량의 0.3-0.8배의 범위의 값으로 조절하는 것이 유리하다는 것을 알게 되었다. 이것은 수트 바디의 상단부가 가열영역을 떠나서 이미 경화된 후에 까지 수트 바디가 베이스로부터 상승하지 않는 것을 보장한다. 이것은 중공실린더의 종축방향에서 보아 가열영역의 크기가 지지용 요소(링)와 지지 요소의 상단부 사이의 선정된 길이와 동일한 길이방향으로의 수축을 일으킬 수 있는 수트 바디의 길이보다 작아야 한다는 단서(PROVISION)하에서 적용된다.

본 발명의 장치에 있어서는 지지 바디의 일단부가 지지표면을 갖는 지지 베이스에 연결된다. 상기 지지 베이스는 중공실린더를 수직한 방향으로 수용하는 역할을 한다. 상기 목적을 위해, 상기 지지 베이스에는 중공실린더의 하단부가 안착되는 지지표면이 구비된다.

상기 지지 베이스는 근본적으로 실린더형인 지지 바디에 연결된다. 지지 바디는 중공실린더의 내부구멍에서 돌출한다. 지지 바디의 외부 크기는, 지지 바디가 중공실린더가 지지 베이스상에 유지되는 안정성을 증대할 수 있도록, 중공실린더의 내경치수에 따라 조절될 수 있다. 상기 목적을 위해 지지 바디의 길이가 유지되어야 할 중공실린더의 길이 이하 이더라도 충분하게 될 수 있다. 상기 경우에 있어서 중공실린더를 이동 또는 유지하기 위하여 요구되는 힘이 베이스에 작용할 수 있다. 상기 지지표면이 수평방향으로 유지되는 것이 유리하다.

상기 지지 바디의 길이가 유지되는 중공실린더의 길이보다 큰 장치가 특히 유용하다는 것을 알았다. 지지 바디는 중공실린더 내부구멍의 양끝으로부터 돌출될 수 있으며, 따라서, 이 경우에 있어서는 중공실린더를 이동 또는 유지하기 위해 요구되는 힘은 지지 베이스에 맞서는 단부에서 내부구멍밖으로 돌출되는 지지 바디 부분에 작용할 수 있다.

지지 바디는 가스가 침투할 수 있는 자켓튜브(GAS-PERMEABLE JACKET TUBE)로 적어도 그 길이의 일부분을 덮을 수 있게 마련되는 것이 유리하다는 것을 발견하였다. 외경은 다르지만 동일한 내경을 가지는 자켓튜브을 이용하여, 중공실린더의 중앙구멍내로 돌출한 유지장치의 부분을 지지 바디의 직경변화없이 제조된 석영유리 또는 중공실린더의 여러 내경에 맞추는(MATCH)것이 가능하다. 상기 자켓튜브는 중공 이산화 규소 실린더에 어떤 불순물도 방출하지 않는 재료로 구성하는 것이 유리하다.

실제로, 자켓튜브는 지지 바디로부터의 불순물을 차단하는 장벽(BARRIER)으로서 작용한다. 자켓튜브의 사용으로 인하여, 지지바디로 사용할 수 있는 재료의 종류가 증가된다. 자켓튜브 자체는 실린더의 유지에 대하여 어떠한 지지기능의 담당도 요구되지 않기 때문에, 자켓튜브는 비교적 낮은 강도의 재질로 구성할 수 있다. 반면에, 지지바디에 대한 재질은 강도의 관점에서 최적의 실행을 위해 설계될 수 있다, 중공실린더가 자켓튜브로 함몰되는 공정에 있어서, 자켓튜브의 외경은 함몰되는 관의 내경을 결정한다. 자켓튜브의 가스 침투성은, 중공실린더의 함몰동안에 형성되거나 또는 이산화 규소 수트의 기공(PORE) 내에 존재하는 어떠한 가스도, 비록 함몰된 중공실린더가 이미 자켓튜브상에 놓여진다 하더라도, 빠져나갈 수 있는 것을 보장한다. 자켓튜브는 서로 분리될 수 있게 연결된 몇 개의 부재나 단일 부재로서 구성할 수 있다.

자켓튜브는 다공성의 재질을 선택함으로서 가스에 대한 침투성이 부여될 수 있다. 바람직하게는 자켓튜브가 10체적(VOL)%-20체적(VOL)%의 범위에서 개방 기공(OPEN POROSITY)을 갖는 경우 특히 좋은 결과가 얻어진다.

특히, 자켓튜브에 적합한 재질은 흑연이다. 고순도의 흑연은 상업적으로 얻어질 수 있다. 또한, 흑연의 기공은 필요에 따라 조절할 수 있다. 흑연의 열팽창 계수는 석영유리보다 크기 때문에, 흑연 자켓튜브는 냉각될 때, 자켓튜브상에 함몰되는 석영유리관 보다 큰 범위로 수축한다. 따라서, 석영관은 자켓튜브로부터 용이하게 분리될 수 있다. 특히, 상기한 것과 관련하여 적합한 것은 원추형으로 테이퍼(TAPER)진 측표면을 가진 자켓튜브의 설계이다. 상기 설계는 유리화(VIRIFIED)된 후에 석영유리관을 보다 용이하게 분리시키도록 해준다.

또한, 자켓튜브가 하부에서 상부로 계단식(STEPWISE)으로 점점 줄어드는 측면 표면을 가지는 장치가 효과적이라는 것을 알게 되었다. 따라서, 각 단사이에서 자켓튜브는 어깨부위(SHOULDER)를 갖는다. 상기 어깨부위 사이에서 각 단들은 원추형으로 확장될 수 있다. 수트 바디가 자켓튜브 위로 함몰될 때, 어깨부위는 그 주위에 연화된 석영유리가 흐르고 그리고 냉각되어 고체화된 석영유리가 확실히 맞물리는 지지영역(PETENTION AREA)을 제공한다. 소결이 수트 바디의 상단부에서 시작하여 하방으로 연속적으로 진행될 때, 수트 바디의 아랫 부분은 수트 바디의 상부에 대한 중량을 부분적으로 경감받게 된다. 자켓튜브의 제거를 용이하게 하기 위하여, 자켓튜브는 서로 분리할 수 있게 연결된 몇 개의 부분품으로 구성하는 것이 유리하다. 지지바디의 외벽과 자켓튜브의 내벽 사이에는 0.3-1mm 범위, 바람직하게는 0.8mm 이하의 폭을 가지는 갭을 두는 것이 유리하다. 상기 갭은 중공형 규산(SILICIC ACID) 실린더의 함몰 동안에 형성되어 빠져나가는 가스가 배출될 수 있는 것을 보장하므로서 함몰되는 석영유리관에서의 기포 형성을 확실히 방지해 준다. 지지 바디의 지지 및 유지기능을 손상하지 않게 하기 위하여 갭은 가능한 좁게 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 갭은 진공처리(EVACUATED)되거나 또는 불활성 정화가스(AN INERT PURGE GAS)에 의해서 정화될 수 있다.

상기 유지장치의 실시예는 지지 바디가 CFC(CARBON FIBER-REINFOCED GRAPHITE)로 이루어진다는 점에서 바람직하다. 상기 재료는 고강도 및 열저항성과 이산화 규소 수트 및 석영유리에 대한 높은 수준의 화학적 불활성(INERITNESS)을 겸비한다. CFC의 고강도는 지지 바디의 횡단면을 최소화하는 것을 가능하게 해 준다. 그러나, 섬유구조와 관련된 일반적인 거친 표면 때문에, CFC가 유리에 쉽게 접착되는데, 이는 지지 바디를 그 위에 함몰되는 유리관으로부터 제거하는 것이 어려워질 수 있다는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 자켓튜브의 사용에 의해, 함몰된 유리관이 CFC 지지 바디에 고착되는 것으로부터 방지될 수 있다. 상기 경우에 있어서, CFC로 이루어진 지지 바디의 열팽창 계수에 적절히 일치되는 열팽창 계수를 가지는 흑연 자켓튜브가 특히 유리하다는 것이 밝혀졌다. 특히, 지지 바디가 대부분의 지지기능을 담당하고 있는 유지장치의 실시예에 있어서, 상기 지지 바디는 속이 비지 않은(SOLID) 실린더로서 설계되는 것이 유리하다. 또한, 지지 바디의 일단이 끼워질 수 있는 중앙 공간부를 지지 베이스의 지지표면에 구비시키는 것이 바람직하다는 것을 알게 되었다. 이는 중공실린더를 베이스상에 유지되도록 중심을 맞추는 것을 용이하게 해준다. 특히, 중공실린더의 부착과 제거를 단순화하기 위한 목적으로, 공간부에 암나사를 구비시키고, 그리고 상기 공간부에 결합되는 지지 바디의 단부에 숫나사를 구비시키는 것이 유리하다.

이하, 본 발명을 도면을 통해 보다 상세히 설명한다.

제1도에 도시한 유지장치는 CFC로 이루어진 막대형상의 지지로드(ROD)(1)와, 흑연 재질의 자켓튜브(2) 및 흑연재질의 지지 베이스(3)를 갖추고 있다. 상기 지지 베이스(3)는 로(미도시)와 같은 처리공간에서 전체 조립품을 유지하는 역할을한다.

상기 지지 베이스(BASE)(3)에는 수평으로 위치하는 지지표면(4)이 형성되고, 그 위에는 이산화 규소 수트로 이루어진 중공실린더형 수트바디(5)의 하단부(10)가 놓이게 된다. 상기 지지표면(4)에는 지지로드(1)가 끼워지는 암나사구멍(6)이 그 중앙에 마련되어 있다. 상기 끼움을 위하여, 지지로드(1)는 베이스(3)와 면하는 단부에 수나사 핀(PIN)(9)을 마련한다. 지지로드(1)는 수트바디(5)의 내부구멍(7)을 통하여 연장된다. 수트바디(5)의 상단부(12) 위로 돌출하는 지지로드(1)의 돌출부는 유지장치를 다루기 위하여 사용된다. 수트바디(5)의 중량은 베이스(3)를 통하여 지지로드(1)에 전달된다.

상기 CFC 지지로드(1)의 인장강도 때문에, 지지로드(1)의 직경은 비교적 작은 치수로 가능하다. 구체적인 실시예로서, 지지로드의 직경은 30mm이다. 자켓튜브(2)의 내측벽과 지지로드(1) 사이에는 대략 0.8mm의 갭이 제공된다. 자켓튜브(2)는 대략 40mm의 외경을 갖고, 그 길이는 지지로드(1) 보다 다소 짧다. 자켓튜브(2)는 약 15%의 기공(POROSITY)을 지니고 있다. 순수한 흑연의 자켓튜브(2)는 불순물이 지지로드(1)로부터 방출되어 수트바디(5)로 유입되는 것을 방지한다. 지지 베이스(3)상에 놓여 있는 수트바디(5)는 약 60mm의 내경과 약 100kg의 중량을 가진다. 그 길이는 지지로드(1) 보다 짧고, 자켓튜브(2)보다는 길다. 수트바디(5)는 상술한 유지장치에 의해 이동이 가능하고, 처리공간 내부의 적정위치에서 유지될 수 있다. 상기 목적을 위하여 예를 들면, 어떤 도구(미도시)가 수트바디(5)의 외부로 돌출된 지지로드(1)의 부분을 붙잡도록 하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명에 부합되는 장치의 사용에 의해 수트바디(5)의 함몰과정을 실시예에 따라서 설명한다. 상기 목적을 위해서, 수트바디(5)는 유지장치 상부에 올려지고, 로안으로 유입되고, 그리고 지지 베이스(3)에 의해서 로내의 적절한 위치에서 유지된다. 수트바디(5)는 가열될 때, 흑연 자켓튜브(2)상에서 유리화가 되고, 그리고 수축한다. 자켓튜브(2)와 수트바디(5) 사이의 경계면에 형성되거나, 이미 존해하는 가스(GAS)는 자켓튜브(2)의 작은 구멍을 통해 갭(8)으로 유도되어 방출될 수 있다. 결과적으로, 형성된 석영유리관내에 기포가 형성되는 것이 방지된다. 자켓튜브(2)의 외경은 얻어지는 석영유리관의 내경을 결정하게 되는데, 그 이유는 수트바디(5)가 자켓튜브(2)상으로 수축되기 때문이다. 석영유리와 흑연의 팽창계수는 큰 차이가 있기 때문에 자켓튜브(2)는 냉각될 때 느슨해져 쉽게 제거될 수 있다.

제2-5도에서 사용되는 부호가 제1도에서 사용한 부호와 동일한 경우, 이들 부호들은 제1도에 기초하여 기술된 바와 같이 유지장치의 동일 또는 동등한 부분 또는 구성요소를 나타낸다.

제2도에 나타난 장치에서 CFC 재질의 막대형상 지지로드(1)는 핀(9)이 구비되어 지지 베이스(3)에 나사체결된다. 베이스(3)는 수평하고, 평평한 지지표면(4)을 가지며, 그 위에 중공실린더형의 수트바디(5)의 하단부(10)가 올려진다. 수트바디(5)의 구멍(7)내에는 자켓튜브(2)가 구비되고, 이 자켓튜브(2)는 지지로드(1)의 길이의 일부를 둘러싼다. 자켓튜브(2)와 지지로드(1) 사이의 갭(8)은 대략 0.5mm이다. 자켓튜브(2)의 외경은 약 1mm의 단(STEP)들로서 상부로부터 하부로 내려오면서 계단식으로 증가한다. 단차(GRADUATION)에 의해 형성된 어깨부위는 참조부호(11a)(11b)로 제2도에 나타나 있다. 제2도의 실시예에는, 이러한 어깨부위(11a)(11b)가 2개 있다. 수트바디(5)는 상단부(12)에서 시작하여, 소결로(제2도에 미도시)를 통하여 연속적으로 보내진다. 소결로에서 함몰하는 수트바디(5)는 상단부(12)로부터 시작하여 자켓튜브(2)의 외벽에 매달리는 상태가 된다. 상기 현상이 발생될 때, 수트바디(5)는 어깨부위(11a)(11b) 주위를 흐르게 된다. 냉각 후, 즉, 수트바디(5)가 가열영역을 떠난 후에 부분적으로 유리화되고, 경화된 수트바디(5)는 어깨부위(11a)(11b)와 확고하게 맞물리게 된다. 그러므로, 수트바디(5)는 처음에는 어깨부위(11a)에서 지지되고, 나중에는 어깨부위(11b)에서 지지되므로, 상부로부터 하부의 아직 용융되지 않은 수트바디(5) 부분에 얹혀지는 중량을 경감시킨다. 따라서 어깨부위(11a)(11b)를 갖춘 자켓튜브(2)는 함몰하는 수트바디(5)의 미끄럼 방지장치(AN ANTI-SLIP DEVICE)로서 작용한다. 어깨부위(11a)(11b) 사이의 거리와 수에 따라, 함몰하는 동안 발생하는 길이방향의 수축이 지지표면(4)으로부터 수트바디(5)를 상승시켜서 수트바디(5)가 어깨부위(11a)(11b)에 매달리게 되는 것이 가능하다. 수트바디(5)의 함몰된 부분이 가능한 빨리 냉각되고, 어깨부위(11a)(11b)에 확고하게 맞물리게 되는 것을 보장하기 위해서 소결로내의 가열영역의 길이는 수트바디(5)의 종축(13) 방향에서 볼 때, 비교적 짧아야 하며, 바람직하게는 자켓튜브(2)의 상단에지(14)와 첫번째 어깨부위(11a) 사이의 거리보다 짧아야 한다.

제2도에 나타낸 실시예에서 자켓튜브(2)는 하나의 부품재로 구성된다. 다른 실시예에서는 자켓튜브(2)는 서로 끼워지거나 또는 적층될 수 있는 3개 부분으로 이루어진다.

제3도에 나타낸 실시예에 있어서, 상기 장치는 지지용 링(15)이 추가된다는 점에서 제1도에 제시되어 있는 장치와 근본적으로 차이가 있으며, 상기 지지용 링(15)은 수트바디(5)의 상단부(12)에서 수트바디(5)의 내부구멍에 나사체결된다. 상기 지지용 링(15)의 내경은 자켓튜브(2)의 내경과 거의 동일하다. 수트바디(5)의 함몰동안에 지지용 링(15)이 작용하는 방식을 제4-5도에 나타낸 유지장치의 실시예에 기초하여 이하에서 상세히 설명한다.

제4도는 제1의 소결단계 바로전의 공정단계에 있어서, 본 발명에 따른 유지장치에 의해 유지된 수트 바디를 나타내고, 제5도는 소결작업의 나중단계에서 부분적으로 이미 소결된 동일한 수트바디(5)를 나타내고 있다.

상기 경우에 있어서 자켓튜브(2)는 2개 부분의 흑연 튜브이고, 자켓튜브의 하부(16)는 50mm의 외경을 가진다. 외경이 48mm인 상부(17)는 탈착이 가능하도록 윗부분에 위치된다. 그러므로, 하부(16)로부터 상부(17)까지의 변이는 1mm 깊이의 어깨부(11)의 형태를 취한다. 흑연재질의 지지 링(15)은 자켓튜브 상부(17)의 상단에지(14)로부터 약 20cm 정도 떨어진 수트바디(5)의 내벽에 나사체결된다.

상기 유지장치상에 유지된 수트바디(5)는 소결로 내로 화살표 방향(18)으로 인입되며, 그 가열영역은 열전도체(19)로서 모식적으로 표시되어 있다. 종축(13) 방향 있어서의 가열영역의 길이는 수트바디(5) 전체길이의 단지 일부분이다. 제4도에 나타난 처리공정단계에 있어서 수트바디(5)는 베이스(3)의 지지표면(4)위에 올려져 있다. 수트바디(5)는 가열영역(19)에서 수트바디의 상단부(12)를 시작으로 가열되어진다. 연화하는 수트바디(5)는 자켓튜브 부분(16)(17)의 외측 측면에 반하여 놓이게 된다. 제5도에서 이미 유리로 바뀐 수트바디 부분은 참조부호 20으로 표시되어 있다.

소결처리의 결과로서, 수트바디(5)는 직경 및 길이에 있어 수축을 한다. 직경의 수축은 유리화하는 수트바디(5)에 의해 지지용 링(15)이 견고하게 에워싸여지게 되는 효과를 가진다. 길이방향 수축 때문에, 지지용 링(15)은 자켓튜브의 상부(17)의 상단에지(14)를 향해 상대적으로 움직인다. 상기 지지용 링(15)이 자켓튜브의 상부(17)의 상단에지(14)에 올려지자 마자, 수트바디(5)의 추가 길이방향 수축은 지지표면(4)으로부터 하단부(10)가 상승되는 효과를 가져오게 된다. 제5도에 나타나 있는 이러한 소결 단계에 있어서, 수트바디(5) 즉, 수트 바디의 유리화된 부분(20)은 오로지 지지용 링(15)에 의해 매달려 있다. 이러한 소결 공정단계에서 상단부는 가열영역(19)을 통과하므로, 더 이상의 변형을 염려하지 않을 정도로 냉각된다.

상기 수트바디(5)가 계속하여 함몰될 때, 가열영역에서 연화한 유리재료는 자켓튜브(2)의 어깨부위(11) 주위를 흐른다. 냉각되자마자, 수트바디(5)의 이미 유리화된 부분(20)은 자켓튜브의 어깨부위(11)와 확고하게 맞물리게 되므로 거기서 스스로를 지지하게 된다. 자켓튜브 어깨부위(11)와의 확고한 맞물림은 수트바디(5)의 지지를 향상시키고, 그것을 하방을 향해 더 이동시킨다. 따라서, 자켓튜브 어깨부위(11)는 함몰되는 수트바디(5)에 대한 미끄럼 방지장치로서 작용한다.

본 발명에 부합되는 공정은 수트 바디의 상단부(12)가 연화되는 소결단계 동안에, 수트바디(5)가 베이스(3)상에 올려져서 지지되는 것과; 수트바디(5)의 하단부(10)가 연화되는 소결단계동안에, 지지용 링(15) 및/또는 자켓튜브 어깨부위(11)에 의해 매달려 지지되는 것과; 그리고 또한 수트바디(5)의 서 있는 지지형태에서 매달리는 지지형태로의 변이가 수트 바디의 길이방향으로의 수축결과로서 자동적으로 일어나는 것을 확실하게 해준다.

본 발명에 부합되는 장치의 적용은 이산화 규소 수트로 이루어진 중공실린더의 유지에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 다른 화학 조성의 중공실린더의 유지에 적합하고, 그리고 상기에서 설명한 바와 같이, 예를 들면 유리관 내경의 조정(CALIBRATION)에도 적합하다.

Claims

이산화 규소 수트의 중공실린더를 소결하는 공정에 있어서, 상단부와 하단부가 마련된 이산화 규소 수트 중공실린더를 제공하는 단계, 상기 실린더가 수직으로 위치되도록 하단부를 지지하는 단계, 제1의 소결단계중에 상기 하단부가 지지되는 동안에 상기 상단부를 소결하는 단계, 상기 실린더가 수직으로 매달리도록 상기 소결된 상단부를 유지하는 단계, 그리고, 상기 상단부가 제2의 소결단계중에 고정되는 동안에 하단부를 소결하는 단계를 포함하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 소결공정.
제1항에 있어서, 상기 중공실린더는 가열영역에 대하여 연속적으로 상부로 이동하여 소결되고, 상기 상단부가 상기 가열영역으로 먼저 인입됨을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 소결공정.
제1항에 있어서, 소결전에, 상기 하단부는 수직하게 연장된 지지요소가 고정되는 베이스에 의해 지지되고, 상기 상단부는 상기 제1의 소결단계동안에 상기 중공실린더의 길이방향 수축의 결과로서 상기 지지요소를 향해 이동되도록 배치되는 행거요소에 맞물리는 것을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 소결공정.
제3항에 있어서, 상기 행거요소는 상기 중공실린더 안쪽에 고정되는 지지용 링이고, 상기 지지요소는 중공실린더 내부에 위치되고 그리고 상기 지지용 링을 향해 상부측으로 연장되고, 그리고 상기 지지용 링은 상기 제2의 소결단계동안에 상기 지지요소위에 놓이게 됨을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 소결공정.
제3항에 있어서, 소결전에, 제1의 소결단계동안에 일어나게 될 길이방향의 수축을 결정하는 단계, 그리고, 상기 중공실린더가 상기 베이스에 지지되어질 때, 상기 행거요소가 결정된 길이방향 수축의 0.3-0.8배의 거리 만큼 지지요소로부터 간격을 두고 배치되도록 상기 행거요소를 중공실린더에 맞물리게하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 소결공정.
수직한 방향으로 이산화 규소 수트의 중공실린더를 유지하기 위한 장치에 있어서, 중공실린더 내부를 지나는 신장된 지지 바디(1)를 포함하고, 상기 지지 바디(1)의 일단부(9)는 지지표면을 갖는 지지 베이스(3)에 연결됨을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.
제6항에 있어서, 상기 지지 베이스(3)는 지지 바디(1)의 종축(13)에 수직한 지지표면(4)을 포함함을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.
제6항에 있어서, 상기 지지 바디(1)의 길이는 유지되어야 할 중공실린더(5)의 길이보다 크게 형성됨을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.
제6항에 있어서, 지지 바디(1)는 가스(GAS) 침투성 및 자켓튜브(2)에 의해 적어도 그 길이의 일부분이 에워싸여 지도록 형성됨을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.
제9항에 있어서, 상기 자켓튜브(2)는 흑연으로 이루어짐을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.
제9항에 있어서, 자켓튜브는 10-20체적%의 범위에서 개방 기공(POROSITY)을 가짐을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.
제9항에 있어서, 상기 자켓튜브(2)는 원추형으로 테이퍼(TAPER)진 측표면을 가짐을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.
제9항에 있어서, 상기 자켓튜브(2;16,17)은 계단식으로 테이퍼진 측표면을 가짐을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.
제9항에 있어서, 0.3-1mm의 범위의 폭을 갖는 갭(8)이 지지바디(1)의 외벽과 자켓튜브(2)의 내벽과의 사이에 제공됨을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.
제6항에 있어서, 상기 지지바디(1)는 CFC(CARBON FIBER-REINFORCED GRAPHITE)로 이루어짐을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.
제6항에 있어서, 상기 지지표면(14)은 지지바디(1)의 일단(9)이 장착되는 중앙공간부를 포함함을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.
제6항에 있어서, 지지바디(1)의 종축방향으로 상부측으로 향하고 지지 베이스(3)상에 놓여지는 지지요소(2) 및 지지요소(2)위의 중공실린더(5)에 장착되는 지지용 요소(15)를 추가로 포함함을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.
제17항에 있어서, 상기 지지용 요소(15)는 중공실린더(5)의 내부구멍(7)과 맞물리는 지지용 링(15)이고, 지지 요소(2)는 자켓튜브(2)이며, 상기 지지용 링(15)의 내경은 자켓튜브(2)의 외경보다 작게 형성됨을 특징으로 하는 이산화 규소 수트의 중공실린더 유지장치.