KR0177836B1 - 열분해성 질화붕소 피복제로 피복처리된 흑연도가니로를 사용해서 금속을 저항가열하는 방법 - Google Patents

Abstract

흑연체와 열분해성 질화붕소 피복제로 구성되는 흑연도가니로를 사용하는 열저항 방법에서 일정한 양의 장입금속은 피복재 위에 증착되고 상기 도가니로는 가변성 전력원에 의해 공급된 전력에 의해서 가열되어서 상기 장입금속이 전력이 가해지는 매 사이클에 냉각기를 제공하도록 열사이클을 조절시키고 반연속 방식으로 각 열 사이클이 수행되는 중에 새로운 금속을 장입시킨 상태에서 2분 이내에 완전히 기화시킨다.

Description

열분해성 질화붕소 피복제로 피복처리된 흑연 도가니로를 사용해서 금속을 저항 가열하는 방법

제1도는 본 발명에 따른 열분해성 질화붕소 피복제로 피복처리된 흑연 기화기를 도시한 단면도.

제2도는 제1도에 표시된 선 2-2를 따라서 취한 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 방법을 수행하는 동안 제1도에 도시된 기화기에 공급되는 전류의 위상을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 저항가열체 12 : 흑연체

14 : 피복제 15 : 함몰부

본 발명은 금속을 기화시키기 위한 방법에 관한 것이며, 특히 열분해성 질화 붕소 피복제로 피복처리된 흑연 도가니로를 사용하여서 금속의 저항가열을 이용하여 금속을 기화시키기 위한 방법에 관한 것이다.

알루미늄, 구리, 크롬, 아연 및 주석과 같은 많은 금속은 진공증착공정에 의해서 금속, 유리 및 플라스틱과 같은 다양한 기판상에 피복처리되며, 상기 진공증착공정에서 도가니로는 전기저항열에 의해서 가열되어서 상기 도가니로에 장입된 금속을 기화시킨다. 보통 보트(boat)라고도 칭해지는 도가니로는 전류가 상기 보트로 직접 유입되도록 직렬회로로 연결되어 있으며, 따라서 상기 보트에 장입된 금속이 기화될 때까지 가열된다. 보트에 장입된 금속은 진공상태 하에서 기화되어서 진공실로 낱개로 유입되거나 또는 연속적으로 장입되는 물품(들)을 피복시킨다. 피복상태가 양호한 물품은 텔레비전 수상관, 자동차 헤드라이트, 완구용품으로 사용될 수 있다.

현재로서는 저항가열이 가장 큰 도가니로는 이붕화티타늄 및 질화붕소 혹은 질화알루미늄과 조합된 질화붕소의 금속간 세라믹 조성물로 조성된다. 상기 조성물은 사용수명이 상당히 짧으며 연속적인 전력공급의 조정을 필요로 한다. 게다가, 이러한 가열체의 저항특성은 세라믹 조성물의 금속성분이 전기회로의 일부를 형성하는 도체이기 때문에 작동동안 안정되지 못한다. 그 결과, 금속기화가 불균일하고 결국 불균일한 금속 증착을 초래한다.

열분해성 질화붕소로 피복된 흑연 도가니로는 금속간 세라믹 조성물로 조성된 저항가열체의 변경예로서 사용되는 것이 제안되어 왔다. 열분해성 질화붕소 피복제는 흑연 도가니로를 관통하는 전류통로로부터 도가니로 내의 용융금속을 전기적으로 절연시키며 상기 금속을 균일하게 가열시키도록 한다. 그러나, 상기 용융금속은 열분해성 질화붕소층을 관통한 후에 다공의 흑연체로 직접 스며든다. 열적 사이클을 변화시키면 상기 질화붕소 피복제가 짧은 시간 내에 크랙을 발생시킨다. 상기 크랙은 금속 기화기로서 사용하기 위한 흑연을 파괴시킨다. 이런 파괴를 열분해성 질화붕소 피복제의 두께를 증가시켜서 지연시킬 수 있지만, 질화붕소 피복제를 통하는 누설은 크게 방지하지 못할 것이다.

본 발명에 따르면 질화붕소로 피복처리된 흑연 도가니로를 열전도에 의해서 상기 도가니로와 접촉하고 있는 금속을 기화시키는데 사용하며, 기화될 금속을 도가니로에 가해진 전력을 변경함으로 반연속 방식으로 놓고, 가해진 전력을 장입금속을 완전히 기화하기에 충분한 정해진 시간 주기동안, 적합하게는, 2분 미만으로 가해서 제어된 열 사이클을 제공하며, 새로운 장입금속을 다시 도입하기 전에 냉각 주기를 제공하는 경우에 수명이 연장될 것이다.

본 발명은, 단면적이 15mm²내지 72mm²이고 길이가 20.3cm인 흑연체와 0.024 내지 0.05cm의 두께로 피복되어 있는 열분해성 질화붕소 피복제로 이루어진 흑연 도가니로를 사용하는 저항가열 방법에 있어서, 6mg과 200mg 사이의 예정 중량을 가지는, 알루미늄, 구리, 아연 및 주석으로 구성되는 군으로부터 선별된 장입금속을 장입금속과 흑연체를 분리하는 상기 질화붕소 피복제를 가진 상기 도가니로에 넣는 단계와, 상기 장입금속을 완전히 증발시킬 수 있는 충분한 짧은 제어 시간 동안에, 전류를 상기 흑연체에 직접 흘려 보내어 상기 흑연 도가니로에 일정한 전류가 흐르도록 4 내지 25볼트의 가변전압의 전력을 가하는 단계와, 상기 전력을 반복적으로 차단함으로서 상기 도가니로에 가해진 전력을 변경하여 상기 피복제의 열 사이클을 제어하고 가해진 전력의 각 사이클에서 전류 흐름이 없는 최소 냉각 주기를 제공하는 단계와, 상기 냉각 주기동안 상기 도가니로에 새로운 장입 금속을 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 잇점들은 첨부된 도면을 참조하여서 본 발명을 상세히 설명함으로써 이해 될 수 있다.

제1도에 도시된 저항가열체(10)는 함몰부(15)가 형성된 특정구역을 열분해성 질화붕소 피복제(14)로 피복처리한 흑연체(12)로 구성된다. 상기 함몰부(15)는 제1도에 도시된 것처럼 반구형 단부가 형성된 어떠한 형상으로 될 수 있으며, 바람직하게는 제2도에 도시된 것처럼 원형형상으로 형성되어서 상기 저항가열체(1)에 의해서 기화될 장입금속(도시되어 있지 않음)을 유지시킨다. 장입금속은 알루미늄, 구리, 아연 및 주석으로 구성되는 군에서 선별된 금속으로 조성되어서 전체 중량이 6mg 내지 20.mg이 바랍직한 하나 이상의 중량을 가질 수 있다.

상기 흑연체(12)는 미리 예정된 단면적을 가지는 직사각형상이 바람직하며, 이러한 형상은 전압이 가해지는 동안 발생되는 열을 최적화시키는 한정된 저항통로를 제공하여 이후에 자세히 설명되는 열 사이클 조건하에서 장입금속을 완전히 기화시킨다. 흑연체(12)는 요구되는 시간에 장입금속을 기화시킬 수 있는 적절한 크기이어야 한다. 단면을 가로질러서 흑연체(12)의 길이방향으로 가해지는 전압은 열 사이클 시간을 결정한다. 4 내지 25 볼트의 전압을 가하여서 2분 미만의 시간 내에 장입금속을 완전히 기화시키기 위하여 상기 흑연체(12)의 최대 단면적은 15mm²(0.2in²) 내지 72mm²(0.11in²) 이고 최대 길이는 20.3cm(8in), 바람직하게는 12.7cm(5in)이어야 한다. 단면적인 15mm²이고 길이가 200mm인 기화기는 25볼트의 전압이 가해지는 것이 요구되는 반면에 단면적인 72mm²이고 길이와 75mm인 기화기의 경우에는 단지 4볼트의 전압이 가해지는 것을 요구한다.

열분해성 질화붕소 피복제(14)는 가열된 반응기(도시되어 있지 않음)로 기상의 암모니아 및 할로겐화 붕소 즉, 삼염화 붕소를 반응물로서 통과시킴으로써 상기 흑연체(12)상에 피복처리된다. 상기 반응기의 온도는 수은 50mm 미만의 압력에서 2300℃까지 상승하여도 참고문헌으로 인용하고 있는 미합중국 특허 제 3,152,226호에 개시되어 있는 것처럼 화학기상 증착방법에 의해서 질화붕소 피복제를 형성한다. 열분해성 질화붕소 피복제(14)는 2분 미만의 시간이내에 장입금속이 기화되도록 상기 장입금속으로 전송되는 열을 최대화시키기 위하여 충분히 얇게 피복되어야 하지만, 열 사이클의 일정한 변경으로 사용수명을 연장시킴과 동시에 구조적 형태를 유지시키기에 충분할 정도로 두꺼워야 한다. 열분해성 질화붕소 피복제로 피복시키는 바람직한 두께의 범위는 0.025 내지 0.05cm(0.01 내지 0.02inch)이다.

가열체(10)의 사용수명은 종래의 저항가열체의 사용수명보다 몇 배 더 길다. 가열체(10)는 각 열 사이클 동안 2분 미만의 시간 주기로 장입금속이 완전히 기화되도록 반연속 방식으로 작동된다. 가열체 작동의 각 사이클은 전력이 장입금속을 완전히 기화시키기에 충분한 짧은 시간동안 가해지는 단계와 전력이 다시 가해지기 전에 냉각되는 단계로 이루어진다. 이것은 제3도에 도시된 것과 같은 전류공급 형태의 특성을 나타내며, 여기에서 장입금속을 완전히 기화시키기에 충분한 시간 동안 거의 일정하게 전류를 공급하고, 그 다음 전력 공급을 중단하고 다시 전력을 공급하기 전에 새로운 장입금속이 놓여지는 냉각 주기를 가진다. 이렇게 반연속 방식으로 가열체(10)를 작동시킴으로써 열분해성 질화붕소 피복제(14)는 상기 피복제를 관통해서 흑연체(14)로 금속의 누출이 없도록 하는 절연벽으로 작용한다.

Claims (1)

1. 단면적이 15mm²내지 72mm²이고 길이가 20.3cm인 흑연체와 0.024 내지 0.05cm의 두께로 피복되어 있는 열분해성 질화붕소 피복제로 이루어진 흑연 도가니로를 사용하는 저항가열 방법에 있어서, 6mg과 200mg 사이의 예정 중량을 가지는, 알루미늄, 구리, 아연 및 주석으로 구성되는 군으로부터 선별된 장입금속을 장입금속과 흑연체를 분리하는 상기 질화붕소 피복제를 가진 상기 도가니로에 넣는 단계와, 상기 장입금속을 완전히 증발시킬 수 있는 충분한 짧은 제어 시간인 2분 미만에, 전류를 상기 흑연체에 직접 흘려 보내어 상기 흑연 도가니로에 일정한 전류가 흐르도록 4 내지 25 볼트의 가변전압의 전력을 가하는 단계와, 상기 전력을 반복적으로 차단함으로서 상기 도가니로에 가해진 전력을 변경하여 상기 피복제의 열 사이클을 제어하고 가해진 전력의 각 사이클에서 전류 흐름이 없는 최소 냉각 주기를 제공하는 단계와, 상기 냉각 주기 동안 상기 도가니로에 새로운 장입금속을 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.