KR100586964B1

KR100586964B1 - 세라믹 소성로

Info

Publication number: KR100586964B1
Application number: KR1020040032085A
Authority: KR
Inventors: 권상훈; 유진영; 서동환
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2006-06-08
Also published as: KR20050106977A

Abstract

본 발명은 일정길이의 내부통로에 열원을 제공하는 복수개의 발열체와 내부온도를 측정하는 복수개의 열전대를 갖는 노본체; 상기 노본체내로 질소, 수소및 산소가 혼합된 분위기가스를 공급하도록 상기 노본체에 연결되는 급기라인과, 질소, 수소및 산소공급라인으로부터 공급되는 질소, 수소가스및 산소를 혼합하여 분위기가스를 혼합하는 혼합기및 상기 분위기가스에 수분을 첨가하는 가습기로 이루어진 급기부; 상기 노본체로부터 분위기가스를 외부로 배출하도록 상기 노본체에 연결되는 배기라인을 갖는 배기부; 상기 세라믹성형체가 적재된 적치부를 상부면에 안착한 이동대차를 노본체의 입구로부터 출구까지 수평이동시키는 작동수단; 상기 배기라인을 통해 외부로 배기되는 분위기가스를 채취하여 가스농도를 측정하는 가스분석부;및 상기 가스분석부에서 측정된 가스농도값과 상기 열전대에서 측정된 노내온도값을 수신하고, 이를 근거로 하여 상기 이동대차의 이동속도를 조절하도록 상기 작동수단의 구동을 제어하는 제어기;를 포함하여 구성된다.

소성로, 발열체, 급기라인, 혼합기, 배기라인, 구동모터, 가스분석부, 카메라

Description

세라믹 소성로{A ceramics sintering furnace}

도 1은 종래기술에 따른 세라믹소성로를 도시한 구성도이다.

도 2는 종래기술에 따른 세라믹 소성로의 탈바인더영역, 소성영역및 냉각영역에서 시간에 따른 온도변화를 도시한 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 세라믹 소성로를 도시한 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 세라믹 소성로의 탈바인더영역, 소성영역및 냉각영역에서 시간에 따른 온도변화를 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 소성로 101 : 세라믹소성체

103 : 적치부 105 : 이동대차

110 : 노본체 111 : 내부통로

112 : 발열체 113 : 열전대

116,117 : 입구, 출구게이트 119 : 카메라

120 : 급기부 121 : 급기라인

122 : 가습기 123 : 혼합기

130 : 배기부 131 : 배기라인

140 : 작동수단 142 : 래크기어

143 : 피니언기어 144 : 구동모터

150 : 가스분석부 151 : 산소분석기

152 : CO/CO₂분석기 160 : 제어기

본 발명은 세라믹성형체를 소성하는 소성로에 관한 것으로, 보다 상세히는 로내에서 소성시 세라믹소성체에 포함된 유기물을 완전히 제거하고, 금속성분과 세라믹성분 또는 세라믹성분과 세라믹성분간의 비정합성에 의한 크랙을 방지할 수 있도록 탈바인더처리된 세라믹소성체를 소성영역으로 신속하게 수평이동시켜 급격한 소성승온을 수행할 수 있으며, 분위기가스의 급기와 배기를 조절하여 노내부압을 일정하게 유지할 수 있으며, 분위기가스의 가스농도에 측정하여 세라믹소성체의 소성을 원활하게 수행할 수 있는 세라믹 소성로에 관한 것이다.

일반적으로 적층세라믹 캐퍼시터(capacitor), 배리스터(varistor), 페라이트(ferrite), 압전체(piezo-electric body)등과 같이 세라믹을 이용한 세라믹전자부품및 그 외의 세라믹제품은 세라믹원료를 소정형상으로 성형하여 성형체를 제조하고, 이러한 세라믹성형체는 소성로에서 탈바인더공정, 소성공정및 냉각공정을 차례로 거치게 된다.

이러한 세라믹성형체를 제조하는 공정은 BaTiO₃, CaOa₃, MnO, Glass Frit등의 원료분말에 유기물성분인 바인더를 첨가하여 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 유전체시트로 세라믹시트를 성형하며, 상기 세라믹시트의 표면에 Ni,Cu,Pd,Pd/Ag소재의 금속성분인 내부전극을 패턴인쇄하고, 상기 내부전극이 인쇄된 세라믹시트를 다층으로 적층하여 적층시트를 제조하며, 상기 적층시트를 500 내지 1300kgf/cm²의 압력으로 압착하고, 상기 압착된 적층시트를 소정의 길이로 절단하여 직육면체상의 세라믹성형체를 제조한다.

그리고, 상기 세라믹성형체는 소성로에서 230 내지 350℃의 온도로 20 내지 40시간동안 가소(burn-out)하여 바인더성분을 제거하는 탈바인더공정과, 900 내지 1300℃의 온도로 10 내지 24시간 동안 소성하는 소성공정및, 소성완료후 저온으로 냉각하는 냉각공정을 연속하여 거치게 된다. 상기 소성로에서 소성된 세라믹성형체는 그 외부면에 외부전극및 단자전극을 도포하여 도금처리하여 세라믹제품으로 완성하였다.

한편, 상기 소성로에서 유기물성분인 바인더, 금속성분인 내부전극및 세라믹성분인 세리믹시트로 이루어진 세라믹성형체를 소성하는 공정중 성형시 사용된 바인더를 탈바인더공정에서 효과적으로 제거하고, 상호 이질적 특성을 갖는 세라믹성형체의 비정합성(Mismatching)에 의한 크랙불량을 방지하는 것이 품질특성을 제어 하는 중요한 공정변수로 대두되고 있다.

종래 소성로(1)는 입구로부터 출구까지 일정길이를 갖는 터널식 내부통로(3)를 갖는 노본체(2)와, 상기 내부통로(3)에 열원을 제공하는 발열체(4)와, 상기 노본체(2)내로 분위기가스를 공급하는 급기라인(5)와, 상기 내부통로(3)내의 외부로 배출하는 배기라인(6)와, 소성하고자 하는 세라믹소성체(13)가 올려진 세터(12)가 다단으로 적재된 적치부(10)및 상기 내부통로의 내부온도를 측정하는 열전대(11)로 구성된다.

그리고, 상기 급기라인(5)의 후단에는 가스급기라인(9a)(9b)(9c)을 통해 공급되는 가스를 혼합하는 가스혼합기(8)와, 상기 노본체(2)내로 공급되느 분위기가스에 수분을 공급하도록 물이 채워진 분위기조절기(7)가 각각 구비된다.

이에 따라, 상기 적치부(10)의 세라믹성형체(13)는 푸셔장치와 같은 이송부(미도시)에 의해 상기 노본체(2)의 입구측에서 출구측으로 일방향 이송되고, 일방향 이송되는 세라믹성형체(13)는 도 2에 도시한 바와같이, 서서히 로내온도가 상승되면서 바인더성분을 제거하는 탈바인더영역(A), 상승된 온도가 일정하게 유지되면서 세라믹소성체의 소성이 이루어지는 소성영역(B)및 로내온도가 서서히 하강되면서 소성된 세라믹소성체를 냉각하는 냉각영역(C)을 연속하여 거치면서 소성되는 것이다.

이러한 종래방식의 소성로(1)에서는 그러나, 상기 소성로(1)에서 탈바인더, 소성및 냉각공정이 수행되는 동안 노본체(2)를 구성하는 내화물과 세터(S)를 구성하는 내화물도 세라믹소성체과 더불어 승온된 다음 냉각되기 때문에, 급격히 내부 온도를 승온시키거나 냉각시키게 되면 상기 내화물이 급격한 열팽창에 의해 파괴되거나 노본체(2)의 내화물과 세터(S)의 내화물간의 열용량에 의해 급격한 승온및 냉각이 곤란하고, 세라믹소성체를 승온하고, 냉각하는 속도에 한계가 있었다.

또한, 세라믹소성체의 금속성분과 세라믹성분의 비정합성에 의한 크랙발생을 방지하기 위해서, 상기 소성로(1)에서 탈바인더영역(A)을 거쳐 소성영역(B)으로 이동되는 세라믹소성체는 10℃/min 이상의 급격한 승온속도로 제어해야만 하는데, 도 2의 그래프에서 나타나는 바와같이, 승온속도의 한계값이 주위의 내화물과 발열체(4)의 전력량에 의하여 제한을 받기 때문에 7℃/min 로 낮아 급격한 승온속도를 유지하는 것이 곤란하였다.

그리고, 상기 소성로(1)에서의 소성과정중에 세라믹소성체로부터 배출되는 유기성분인 CO/CO₂를 검출하여 그 농도를 확인하는 것이 불가능하며, 유기물이 잔존하는 상태로 소성이 진행되기 때문에, 소성완료된 세라믹완제품의 전기적 특성 또는 기계적 특성을 저하시키는 문제점이 있었다.

이와 더불어, 종래에는 상기 소성로(1)에서 소성완료된 세라믹소성체의 미세구조만 관찰해야만 하고, 소성이 이루어지는 동안 세라믹소성체의 미세구조를 관찰하는 것이 곤란하기 때문에, 이상적인 소성온도 및 분위기 프로파일의 설정이 어렵고, 이에 따 라 소성완료된 세라믹소성체의 전기적, 기계적 특성을 저하시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 그 목적은 탈바인더공정이 종료된 세라믹소성체를 고온분위기의 소성영역으로 신속하게 이동시켜 금속성분과 세라믹성분간의 비정합성에 의한 크랙불량을 방지하고, 분위기가스의 급기량과 배기량을 조절하여 노내압을 일정하게 유지하고, 소성및 냉각공정중 세라믹소성체의 미세한 구조변화를 관찰할 수 있는 세라믹 소성로를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서, 본 발명은

다수의 세라믹성형체를 소성하는 소성로에 있어서,

일정길이의 내부통로에 열원을 제공하는 복수개의 발열체와 내부온도를 측정하는 복수개의 열전대를 갖는 노본체;

상기 노본체내로 질소, 수소및 산소가 혼합된 분위기가스를 공급하도록 상기 노본체에 연결되는 급기라인과, 질소, 수소및 산소공급라인으로부터 공급되는 질소, 수소가스및 산소를 혼합하여 분위기가스를 혼합하는 혼합기및 상기 분위기가스에 수분을 첨가하는 가습기로 이루어진 급기부;

상기 노본체로부터 분위기가스를 외부로 배출하도록 상기 노본체에 연결되는 배기라인을 갖는 배기부;

상기 세라믹성형체가 적재된 적치부를 상부면에 안착한 이동대차를 노본체의 입구로부터 출구까지 수평이동시키는 작동수단;

상기 배기라인을 통해 외부로 배기되는 분위기가스를 채취하여 가스농도를 측정하는 가스분석부;및

상기 가스분석부에서 측정된 가스농도값과 상기 열전대에서 측정된 노내온도값을 수신하고, 이를 근거로 하여 상기 이동대차의 이동속도를 조절하도록 상기 작동수단의 구동을 제어하는 제어기;를 포함함을 특징으로 하는 세라믹 소성로를 마련함에 의한다.

바람직하게는 상기 급기라인은 상기 노본체의 입구게이트에 적어도 하나이상 연결된다.

바람직하게는 상기 급기라인은 상기 노본체의 측면에 적어도 하나이상 연결된다.

바람직하게는 상기 배기라인은 상기 노본체의 출구게이트에 적어도 하나이상 연결된다.

바람직하게는 상기 배기라인은 상기 노본체의 상면 또는 하면에 적어도 하나이상 연결된다.

바람직하게는 상기 작동수단은 상기 노본체의 이송용 롤러부재상에 올려진 이동대차의 일단과 연결되는 일정길이의 래크기어와, 상기 래크기어에 기어물림되는 피니언기어및 상기 피니언기어를 정,역방향으로 회전구동시키는 구동모터로 구성된다.

바람직하게는 상기 배기라인과 상기 가스분석부사이는 분기라인을 매개로 연 결되고, 상기 분기라인에는 상기 노본체에서 채취되는 분위기가스에 포함된 이물질을 여과하는 필터부재를 구비한다.

바람직하게는 상기 가스분석부는 분위기가스내에 포함된 산소농도를 측정하는 산소분석기와, 분위기가스내의 CO/CO₂의 탄소농도를 측정하는 탄소분석기로 구성된다.

바람직하게는 상기 노본체의 출구게이트근방에는 소성완료된 세라믹성형체의 소성상태를 관찰할 수 있도록 카메라를 구비한다.

바람직하게는 상기 제어기는 상기 노본체의 내부압력을 일정하게 유지할 수있도록 상기 배기라인에 구비되어 배기량을 조절하는 조절밸브와 연결된다.

바람직하게는 상기 제어기는 상기 노본체내로 공급되는 분위기가스의 질소, 수소가스및 산소의 혼합비를 조절할 수 있도록 상기 질소, 수소및 산소공급라인의 조절밸브와 연결된다.

이하, 본 발명에 대해서 보다 상세히 설명한다.

도 3는 본 발명에 따른 세라믹 소성로의 전체구성도로서, 본 발명의 소성로(100)는 도시한 바와같이, 소성시 복합물질로 이루어진 세라믹소성체의 비정합성에 의한 크랙불량을 방지하도록 탈바인더영역(A)을 통과하면서 바인더성분이 제거된 세라믹소성체를 고온분위기의 소성영역(B)으로 급격히 수평이동시키는 속도 제어가 용이하고, 로내의 압력을 일정하게 유지하도록 로내로 유입되는 혼합가스의 급기량과 배기량을 제어하여 우수한 품질의 세라믹제품을 제조할 수 있는 것으로써, 이러한 소성로(100)는 노본체(110), 급기부(120), 배기부(130), 작동수단(140), 가스분석부(150)및 제어기(160)로 구성된다.

즉, 상기 노본체(110)는 소성하고자 하는 세라믹소성체(101)가 복수개 올려진 세터(102)가 수직방향으로 복수개 적재된 적치부(103)를 입구측으로부터 출구측으로 수평이동시킬 수 있는 일정길이의 내부통로(111)를 갖도록 내화물로서 축조되는 구조물이다.

이러한 노본체(110)의 내부통로(111)에는 노내에 고온의 열원을 제공할 수 있도록 발열체(112)가 복수개 구비되며, 내부온도를 다양한 위치에서 측정할 수 있도록 열전대(113)도 복수개 구비되고, 상기 적치부(103)의 수평이동이 원활하게 이루어지도록 이송용 롤러부재(114)가 입구측으로부터 출구측으로 일정간격을 두고 복수개 구비된다.

그리고, 상기 노본체(110)의 입구와 출구에는 소성하고자 하는 세라믹소성체(101)의 장입및 소성완려된 세라믹소성체(101)의 배출이 용이하도록 입구게이트(116)와 출구게이트(117)가 개폐가능하도록 구비되며, 상기 이송용 롤러부재(114)상에는 적치부(103)가 올려지는 이동대차(105)가 수평이동가능하게 배치된다.

여기서, 상기 노본체(110)의 출구게이트(117)근방에는 소성완료된 세라믹성 형체의 소성및 소성완료상태를 소성영역(B)및 냉각영역(C)에서 관찰할 수 있도록 카메라(119)를 구비하고, 상기 카메라(119)는 촬영된 정보를 작업자가 볼수 있도록 상기 제어기(160)에 연결구성하여 디스플레이하고, 저장한다.

상기 급기부(120)는 상기 노본체(110)내로 질소,수소가스및 산소가 혼합된 분위기가스를 공급하도록 상기 노본체(110)에 연결되는 급기라인(121)을 갖추며, 상기 급기라인(121)의 후단에는 상기 노본체(110)내로 공급되는 분위기가스가 통과되면서 수분이 첨가되도록 일정량의 물이 채워지는 가습기(122)를 구비한다.

삭제

그리고, 상기 가습기(122)의 후단에는 질소, 수소및 산소공급라인(123)(124)(125)으로부터 각각 공급되는 질소, 수소가스및 산소를 사전에 설정된 일정비율로 혼합하는 혼합기(123)가 각각 구비된다.

삭제

여기서, 상기 급기부(120)의 급기라인(121)은 상기 노본체(110)의 입구에 구비되는 입구게이트(116)에 적어도 하나이상 연결되거나 상기 노본체(110)의 좌우양측에 적어도 하나이상 연결되어 상기 노본체(110)의 내부통로내로 분위기가스를 급 기하도록 한다.

상기 배기부(130)는 상기 노본체(110)내로 공급된 분위기가스와 더불어 탈바인더및 소성공정시 세라믹소성체(101)의 내부로부터 빠져나오는 가스성분을 외부로 배출할 수 있도록 상기 노본체(110)에 연결되는 배기라인(131)을 구비한다.

여기서, 상기 배기라인(131)은 상기 노본체(110)의 출구에 구비되는 출구게이트(117)에 적어도 하나이상 연결되거나 상기 노본체(110)의 상면 또는 하면에 적어도 하나이상 연결되어 상기 노본체(110)의 내부통로(111)로부터 가스를 외부로 배출하도록 한다.

그리고, 상기 배기라인(131)의 길이중간에는 상기 노본체(110)의 탈바인더공정, 소성공정및 냉각공정에 따라 온/오프작동되어 배기가스의 흐름을 제어하는 조절밸브(131a)를 구비하고, 상기 조절밸브(131a)는 상기 제어기(160)에 의해 제어되도록 전기적으로 연결되며, 상기 배기라인(131)의 출측에는 상기 노본체(110)로부터의 가스배출이 원활하게 이루어지도록 흡입팬(미도시)을 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 작동수단(140)은 상기 세라믹성형체(101)가 적재된 적치부(103)를 상부면에 안착하고, 이송용 롤러부재(114)상에 배치된 이동대차(105)를 상기 노본체(110)의 입구로부터 출구까지 수평이동시킬 수 있도록 상기 이동대차(105)의 일단과 연결되는 일정길이의 래크기어(142)와, 상기 래크기어(142)와 기어물림되는 피니언기어(143)및 상기 피니언기어(143)를 정방향 또는 역방향으로 회전구동시키는 구동모터(144)로 구성된다.

이에 따라, 상기 구동모터(144)의 정,역방향 회전구동에 의해서 상기 래크기어(141)에 연결된 이동대차(105)와 더불어 상기 적치부(103)를 전,후진이동시킬 수 있으며, 상기 구동모터(144)의 회전구동속도를 가변시켜 상기 세라믹소성체(101)가 적재된 적치부(103)의 이동속도를 가변제어할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 피니언기어(143)가 장착되는 구동축에는 상기 적치부(103)의 전후속도및 이동거리를 알 수 있도록 구동모터(144)의 회전수및 회전속도를 검출하는 엔코더(미도시)를 구비하며, 상기 엔코더에서 검출된 회전수및 회전속도는 상기 제어기(170)측으로 전송된다.

또한, 상기 가스분석부(150)는 상기 노본체(110)에 연결된 배기라인(131)을 통해 외부로 배기되는 분위기가스의 일부를 채취할 수 있도록 상기 배기라인(131)에 일단이 연결되는 분기라인(154)을 매개로 하여 구비되어 배기가스에 포함된 가스성분을 분석하여 그 농도를 측정하는 것이다.

이러한 가스분석부(150)는 분위기가스내에 포함된 다양한 성분중 산소의 농도를 측정하는 산소분석기(151)와, 분위기가스내에 포함된 다양한 성분중 CO/CO₂의 농도를 측정하는 CO/CO₂분석기(152)로 구성되며, 상기 산소분석기(151)와 CO/CO₂분석기(152)는 측정된 산소농도및 탄소농도를 상기 제어기(160)측으로 전송하도록 이에 전기적으로 연결된다.

그리고, 상기 분기라인(154)에는 상기 노본체(110)에서 일부채취되어 상기 가스분석부(150)로 공급되는 분위기가스에 포함된 이물질을 여과하도록 필터부재(153)를 구비하며, 상기 필터부재(153)는 여과효율을 안정적으로 유지하도록 정기적으로 교체된다.

또한, 상기 제어기(170)는 상기 열전대(113)에서 측정된 노본체(110)의 노내온도값을 수신하고, 상기 가스분석부(150)의 산소분석기(151)에서 측정된 산소농도값과 상기 CO/CO₂분석기(152)에서 측정된 탄소농도값을 수신하고 이를 근거로 하여 세라믹소성체(101)가 적재된 적치부(103)의 수평이동속도를 조절하도록 상기 작동수단(140)의 구동을 제어하는 것이다.

그리고, 상기 제어기(160)는 상기 노본체(110)의 발열체(112)측으로 공급되는 발열용 전원공급을 제어하는 실리콘제어정류기(Silicon Controlled Rectifier : SCR)와 전기적으로 연결되고, 상기 급기부(120)의 질소, 수소가스및 산소공급라인(124)(125)(126)의 가스유량을 제어하도록 길이중간에 구비되는 각 조절밸브(124a)(125a)(126a)와 전기적으로 연결되고, 상기 배기라인(131)을 통한 배기량을 조절하도록 조절밸브(131)와 전기적으로 연결되고, 상기 이동대차(105)의 수평이동속도를 제어하여 세라믹소성체의 승온, 냉각속도를 가변시키도록 상기 작동수단(140)의 구동모터(144)와 전기적으로 연결되는 한편, 상기 가스분석부(150)의 산소분석기(151)와 CO/CO₂분석기(152)와도 전기적으로 연결된다.

여기서, 상기 제어기(160)는 도 4에 도시한 바와같이, 상기 노본체(110)내의 세라믹소성체(101)를 승온하여 바인더성분을 제거하는 탈바인더영역에서의 승온속도를 5℃/min 가 되도록 상기 구동모터(144)의 구동을 제어하고, 상기 탈바인더영 역(A)을 통과한 세라믹소성체(101)를 소성하는 소성영역(B)에서의 승온속도는 15℃/min 가 되도록 급격하게 상승시킨 다음 최대온도가 일정시간동안 유지되도록 상기 구동모터(144)의 구동을 제어하는 한편, 상기 소성영역(B)에서 소성된 세라믹소성체(101)를 냉각하는 냉각영역(C)에서의 냉각속도는 2℃/min 로 냉각되다가 5℃/min 로 냉각되도록 상기 구동모터(144)의 구동을 제어한다.

상기한 구성을 갖는 소성로(100)를 이용하여 세라믹소성체(101)를 소성하는 공정은 세라믹소성체(101)의 장입, 탈바인더, 소성, 냉각및 배출순으로 이루어지는바, 먼저, 소성하고자 하는 세라믹소성체(110)를 노본체(110)내로 장입하는 작업은 상기 노본체(110)의 일측단에 구비된 입구게이트(116)를 개방하여 복수개의 세라믹소성체(101)가 올려진 세터(102)를 상기 이동대차(105)상에 수직하게 다단으로 적재한다.

그리고, 상기 입구게이트(116)를 닫아 상기 노본체(110)의 내부통로(111)를 밀폐하고, 상기 노본체(110)내에 발열체(112)를 작동시켜 노내온도를 고온으로 상승시키며, 상기 노본체(110)의 입구및 출구에서의 노내온도는 상온 내지 200℃ 이상초과하지 않도록 제어한다.

이러한 상태에서, 상기 제어기(160)에서는 질소, 수소가스및 산소공급라인(124)(125)(126)의 유량조절용 조절밸브(124a)(125a)(126a)를 조절하여 사전에 설정된 혼합비로 혼합기(123)에서 혼합되도록 질소, 수소가스및 산소를 공급하고, 혼합된 분위기가스는 물이 채워진 가습기(122)를 통과하면서 일정량의 수분이 첨가된다.

연속하여, 수분이 포함된 분위기가스는 급기라인(121)을 통하여 노본체(110)내로 급기되어 분위기가스가 내부통로(111)내에 채워져 일정압력이 되면, 구동모터(144)에 외부전원을 인가하여 상기 적치부(103)가 올려진 이동대차(105)를 출구게이트(117)측으로 서서히 수평이동시킨다.

즉, 상기 구동모터(144)의 구동에 의해 구동축에 연결된 피니언기어(143)가 도면상 시계방향인 정방향으로 회전하게 되면, 이에 기어물림된 래크기어(142)가 출구게이트(117)측으로 수평이동되면서 상기 이동대차(105)과 더불어 적치부(103)도 수평이동되는 것이다.

이때, 상기 이동대차(105)의 이동은 상기 세라믹소성체(101)에 포함된 바인더성분을 제거하는 탈바인더영역(A)에서의 승온속도가 5℃/min 정도 되도록 상기 제어기(160)에 의해 구동모터(144)의 구동을 제어하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 탈바인더영역(A)에서의 탈바인더공정시 세라믹소성체(101)로 부터 외부로 배출되는 유기물성분인 CO/CO₂ 가스와 같은 탄소가스는 배기라인(131)을 통해 분위기가스와 더불어 외부로 배출된다.

상기 배기라인(131)을 통해 외부배출되는 분위기가스중 일부는 분기라인(154)을 통해 가스분석부(150)에 유입되어 채취되고, 채취된 분위기가스는 산소분석기(151)와 CO/CO₂ 분석기(152)에 채취되어 각각 분석되어 가스내에 포함된 산소농도및 탈바인더의 종료시점을 결정하게 되는 유기물성분인 CO/CO₂ 의 농도를 측정하게 되는데, 측정된 값들은 상기 제어기(160)로 전송되어 탈바인더공정의 종료시점을 결정하게 된다. 이때의 산소농도는 1.0 ~ 10^-6ppm, CO/CO₂ 농도는10^-3~10^-9 ppm의 범위이다.

연속하여, 상기 탈바인더영역(A)을 통과한 세라믹소성체(101)는 소성이 이루어지도록 발열체(112)에서의 발열온도가 가장 높은 소성영역(B)을 통과하면서 소성이 이루진다.

이때, 상기 세라믹소성체(101)를 소성하는 승온속도를 15℃/min 로 급격하게 상승시킴으로써, 상기 세라믹소성체(101)를 구성하는 세라믹성분과 금속성분의 소성이 비정합성에 기인하는 크랙발생없이 원활하게 이루어지도록 제어기(160)를 통해 구동모터(144)의 회전수를 증가하여 이동대차(105)를 탈바인더영역(A)에서 소성영역(B)으로 신속하게 수평이동시킨다. 그리고, 상기 소성영역(B)에 해당하는 노본체(110)의 내부통로(111)의 노내온도를 1000 ~ 1500℃ 범위로 유지하면서 소성공정을 수행하게 된다.

또한, 상기와 마찬가지로 소성공정이 이루어지는 동안 상기 급기라인(121)을 통한 급기및 상기 배기라인(131)을 통한 배기가 동일한 급기량및 배기량으로 이루어지면서 상기 노본체(110)의 내부압력은 일정하게 유지되며, 상기 배기라인(131)을 통해 외부배출되는 분위기가스중 일부는 분기라인(154)을 통해 상기 가스분석부(150)의 산소분석기(151)와 CO/CO₂분석기(152)에 채취된 다음, 각각 분석되어 산소농도값과 탄소농도값을 측정하게 되고, 그 측정값은 제어기(160)측으로 전송되어 소성공정의 종료시점을 결정하게 되는 것이다.

또한, 상기와 같이 소성영역(B)에서의 소성공정이 종료되면, 상기 노본체(110)의 발열체(112)를 통한 열원공급을 중단하고, 상기 급기,배기라인(121)(131)을 통한 분위기가스의 급기및 배기도 모두 중단한다.

이러한 상태에서, 상기 구동모터(144)의 구동력에 의해 출구게이트(117)측으로 수평이동되는 적치부(103)는 소성완료된 세라믹소성체(101)가 냉각되는 냉각속도가 2℃/min 로 냉각되다가 일정시가 경과후 5℃/min 로 냉각되도록 상기 제어기(160)에 의해 상기 구동모터(144)의 구동을 제어한다.

상기 노본체(110)내에서 고온으로 소성되고 냉각되는 세라믹소성체(101)의 소성상태및 냉각상태는 상기 출구게이트(117)에 구비된 고배율 카메라(119)에 의해서 촬영되며, 촬영된 정보는 작업자가 육안으로 관찰할 수 있도록 제어기(160)측으로 전송되어 디스플레이되고, 저장된다.

그리고, 상기 이동대차(105)가 상기 노본체(110)의 출구게이트(117)에 도달하면, 상기 구동모터(144)의 회전구동을 중단하여 수평이동을 중단하고, 상기 출구게이트(117)를 개방하여 작업자가 소성완료된 세라믹소성체(101)를 외부로 배출함으로써, 세라믹소성체(101)에 대한 탈바인더, 소성및 냉각공정을 모두 종료하게 되는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 탈바인더가 종료된 세라믹소성체를 소 성지역으로 신속하게 수평이동시킴으로써, 소성지역에서 세라믹소성체의 급속한 승온이 이루어지기 때문에 세라믹소성체에 존재하는 휘발성이 강한 유리성분의 휘발에 의하여 소성후 세라믹소성체의 구조적결함을 미연에 방지할 수 있는 것이다.

특히, 내부전극의 금속성분과 세라믹소재의 유기성분으로 구성되어 소성시 수축거동이 서로 다르게 발생되는 이질재료로 이루어지는 세라믹소성체에서 소결이 상대적으로 빨리 이루어지는 금속성분의 내부전극에서의 소성수축곡선을 고온지역으로 이동시킴으로써 소결이 상대적으로 늦게 이루어지는 세라믹성분간의 비정합성를 개선할 수 있기 때문에, 소성수축의 거동차이에 의하여 발생하는 크랙결함을 억제하여 기계적, 전기적특성이 우수한 세라믹제품을 제조할 수 있는 것이다.

또한, 이동대차에 적재되어 수평이동되는 세라믹소성체의 소성및 냉각상태를 수시로 고배율 카메라를 이용하여 관찰할 수 있기 때문에, 소성영역에서의 승온과정 또는 냉각영역에서의 냉각과정중에서 세라믹소성체의 미세구조 변화를 직접적으로 확인할 수 있고, 노내온도및 분위기가스의 프로파일을 사전에 설정된 값으로 제어하여 전기적, 기계적 특성이 우수한 세라믹제품을 제조할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims

다수의 세라믹성형체를 소성하는 소성로에 있어서,

일정길이의 내부통로에 열원을 제공하는 복수개의 발열체와 내부온도를 측정하는 복수개의 열전대를 갖는 노본체;

상기 노본체내로 질소, 수소및 산소가 혼합된 분위기가스를 공급하도록 상기 노본체에 연결되는 급기라인과, 질소, 수소및 산소공급라인으로부터 공급되는 질소, 수소가스및 산소를 혼합하여 분위기가스를 혼합하는 혼합기및 상기 분위기가스에 수분을 첨가하는 가습기로 이루어진 급기부;

상기 노본체로부터 분위기가스를 외부로 배출하도록 상기 노본체에 연결되는 배기라인을 갖는 배기부;

상기 세라믹성형체가 적재된 적치부를 상부면에 안착한 이동대차를 노본체의 입구로부터 출구까지 수평이동시키는 작동수단;

상기 배기라인을 통해 외부로 배기되는 분위기가스를 채취하여 가스농도를 측정하는 가스분석부;및

상기 가스분석부에서 측정된 가스농도값과 상기 열전대에서 측정된 노내온도값을 수신하고, 이를 근거로 하여 상기 이동대차의 이동속도를 조절하도록 상기 작동수단의 구동을 제어하는 제어기;를 포함함을 특징으로 하는 세라믹 소성로.
제 1항에 있어서,

상기 급기라인은 상기 노본체의 입구게이트에 연결됨을 특징으로 하는 세라믹 소성로.
제 1항에 있어서,

상기 급기라인은 상기 노본체의 측면에 연결됨을 특징으로 하는 세라믹 소성로.
제 1항에 있어서,

상기 배기라인은 상기 노본체의 출구게이트에 연결됨을 특징으로 하는 세라믹 소성로.
제 1항에 있어서,

상기 배기라인은 상기 노본체의 상면 또는 하면에 연결됨을 특징으로 하는 세라믹 소성로.
제 1항에 있어서,

상기 작동수단은 상기 노본체의 이송용 롤러부재상에 올려진 이동대차의 일단과 연결되는 일정길이의 래크기어와, 상기 래크기어에 기어물림되는 피니언기어및 상기 피니언기어를 정,역방향으로 회전구동시키는 구동모터로 구성됨을 특징으로 하는 세라믹 소성로.
제 1항에 있어서,

상기 배기라인과 상기 가스분석부사이는 분기라인을 매개로 연결되고, 상기 분기라인에는 상기 노본체에서 채취되는 분위기가스에 포함된 이물질을 여과하는 필터부재를 구비함을 특징으로 하는 세라믹 소성로.
제 1항에 있어서,

상기 가스분석부는 분위기가스내에 포함된 산소농도를 측정하는 산소분석기와, 분위기가스내의 CO/CO₂의 탄소농도를 측정하는 탄소분석기로 구성됨을 특징으로 하는 세라믹 소성로.
제 1항에 있어서,

상기 노본체의 출구게이트근방에는 소성완료된 세라믹성형체의 소성상태를 관찰할 수 있도록 카메라를 구비함을 특징으로 하는 세라믹 소성로.
제 1항에 있어서,

상기 제어기는 상기 노본체의 내부압력을 일정하게 유지할 수 있도록 상기 배기라인에 구비되어 배기량을 조절하는 조절밸브와 연결됨을 특징으로 하는 세라믹 소성로.
제 1항에 있어서,

상기 제어기는 상기 노본체내로 공급되는 분위기가스의 질소, 수소가스및 산소의 혼합비를 조절할 수 있도록 상기 질소, 수소및 산소공급라인의 조절밸브와 연결됨을 특징으로 하는 세라믹 소성로.