KR100694913B1 - 열구조적 복합재료보울, 특히 실리콘 단결정 제조장치용보울의 제조방법 - Google Patents

열구조적 복합재료보울, 특히 실리콘 단결정 제조장치용보울의 제조방법 Download PDF

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Abstract

매트릭스에 의해 고밀화된 섬유 보강재로 이루어진 복합재료 보울(36)이 그 저부를 통하는 축 통로를 갖는 예비 성형품 위에 얀을 권취하고, 플러그로 통로를 닫음으로써 제조된다. 고밀화하기 전에, 예비 성형품을 압밀시킬 수 있다. 최종 화학증기침윤 단계는 플러그를 위치에 놓은 후 실시될 수 있다.

Description

열구조적 복합재료 보울, 특히 실리콘 단결정 제조장치용 보울의 제조방법{A METHOD OF MANUFACTURING A THERMOSTRUCTURAL COMPOSITE MATERIAL BOWL, IN PARTICULAR FOR AN INSTALLATION THAT PRODUCES SILICON SINGLE CRYSTALS}
본 발명은 복합재료 보울에 관한 것이다. 본 발명의 적용분야는 더욱 특별하게는 실리콘등과 같은, 용융 금속을 함유하는 도가니를 수용할 수 있는 보울을 제조하는 것이다.
"열구조적 복합재료" 라는 용어는 예를 들면, 탄소섬유 또는 세라믹 섬유와 같은 내화섬유로 만든 섬유보강재, 및 탄소 또는 세라믹으로 제조된 내화 매트릭스를 포함하는 재료를 의미한다. 탄소/탄소(C/C) 복합재료 및 세라믹 매트릭스 복합 (CMC)재료는 열구조적 복합재료의 예이다.
실리콘 단결정, 특히 반도체 제품을 제조하는 잘 알려진 방법은 도가니에서 실리콘을 녹이는 것, 원하는 결정 배열을 갖는 결정 씨앗(germ)을 액체 실리콘 욕조와 접촉하도록 놓음으로써 도가니에 담겨있는 실리콘을 원하는 결정 배열로의 고체화를 개시하고, 도가니로부터 이와 같은 방법으로 얻은 단결정 실리콘의 잉곳을 기계적으로 회수하는 것으로 이루어진다. 이 방법은 초크랄스키법(Czochralski method) 또는 "CZ"법으로 알려져 있다.
용융 실리콘을 수용하는 도가니는 대부분 석영(SiO2)으로 제조된다. 도가니는 일반적으로 흑연으로 제조된 보울에 놓이며, 이것으로 또한 보울을 적어도 부분적으로 C/C 복합재료로 만들기 위한 제안이 있었다는 것을 알 수 있다. 이 목적을 위해, 보울의 저부는 특히 중심을 모으기 위한 베어링 표면 및 또한 지지 영역을 형성하도록 가공되어야 한다. 그 밖에, 본 분야에서는 매우 높은 순도가 필요하기 때문에 순수한 원료를, 그 원료를 오염시키지 않는 방법, 및 마무리 상태에서 또는 보울 제조의 중간 상태에서 정화시키는 방법으로 사용하는 것이 필요하다. 탄소 함유 재료(흑연 또는 C/C 복합물)의 경우, 불활성 또는 반응성(예를 들면 할로겐) 대기하에서 고온처리(2000 ℃ 이상)에 의한 정화법이 알려져 있으며 일반적으로 사용된다.
보울로서 사용되는 흑연 조각은 부서지기 쉽다. 이들은 종종 다수의 부분들(소위 "판(petal)")로 만들어지는데, 도가니가 새는 경우에는 용융 실리콘을 유지할 수 없다. 이런 안전 문제는 끌어당겨지는 실리콘 잉곳의 크기가 증가함에 따라, 및 액체 실리콘의 질량이 증가함에 따라 더 심각해진다. 또한, 흑연 보울은 두껍고 부피가 큰 반면 일반적으로 수명이 짧다. 이와 같은 결점이 없고, 특히 더 나은 기계적 특성을 갖는 C/C 복합재료 조각들을 사용하는 것이 바람직하다.
C/C 복합재료 조각 또는 더 일반적으로는 열구조적 복합재료의 제조는, 보통 제조될 복합재료의 섬유 보강재를 구성하는 조각과 동일한 형태를 갖는 섬유 예비 성형품을 제조하는 것, 및 그 다음 예비 성형품을 매트릭스로 고밀화시키는 것으로 이루어진다.
예비성형품을 제조하기 위해 현재 사용되는 방법은, 만들어질 예비성형품의 형태에 대응하는 형태를 갖는 맨드릴(mandrel)에 얀(yarn)을 감아서 얀을 권취하고 (winding), 만들어질 예비성형품의 모양에 꼭 들어맞는 형판 위에 2차원 섬유직물의 층 또는 파일을 놓는 것으로 이루어지는 입체재단(draping)을 포함하며, 위에 놓인 파일들은 임의로 니들링 또는 스티칭에 의해, 또는 3차원 제직(weaving) 또는 편직 (knitting)에 의해 함께 결합된다.
예비성형품은 액체공정 또는 기체공정을 사용하는 잘 알려진 방법으로 고밀화될 수 있다. 액체공정 고밀화는 예를 들면 탄소 또는 세라믹 전구체 수지와 같은 매트릭스 전구체에 예비성형품을 함침 - 또는 이것을 만드는 얀 또는 파일을 예비-함침하는 것, 및 열처리에 의해 전구체를 변형(transform)시키는 것으로 이루어진다. 화학증기침윤으로 알려져 있는 기체 고밀화는 엔클로저에 예비성형품을 놓는 것 및 매트릭스-전구체 기체를 엔클로저에 넣는 것으로 구성된다. 조건, 특히 온도 및 압력조건은 기체가 예비성형품의 구멍의 코어로 확산되어, 섬유와 접촉하게 됨에 따라 기체 성분중 하나의 분해에 의해 또는 다수의 기체 성분 사이에서 일어나는 반응에 의해, 예비 성형품 위에 매트릭스-구성 재료가 침전을 형성하도록 조절된다.
비교적 복잡한 형태, 예를 들면 보울 형태의 조각을 위해, 알맞는 형태를 갖는 섬유 예비성형품을 제조하는데 특별한 어려움이 있다.
또 다른 어려움은 특히 규모가 큰 보울을 적당히 단순하고 빠른 방법으로 고밀화시키는 것이다. 불행히도, 반도체 산업에서, 지금보다 더 큰 규모의 실리콘 잉 곳에 대한 요구가 존재하며, 따라서 대응 크기를 갖는 도가니 및 지지보울의 제공이 요구된다.
본 발명의 목적은 단순함과 저비용을 유지하면서, 상기의 어려움을 극복할 수 있도록 하는 열구조적 복합재료의 보울을 제조하는 방법을 제안하는 것이다.
본 발명에 따르면, 본 방법은 다음의 단계로 이루어진다.
ㆍ얀을 권취함에 의해 보울 예비성형품을 제조하는 단계, 여기서 예비성형품은 그 저부를 통과하는 축통로를 갖는다;
ㆍ화학증기침윤에 의해 보울 예비성형품을 고밀화하는(densify) 단계; 및
ㆍ플러그로 통로를 닫는 단계.
축통로를 갖는 보울 예비성형품을 제조하는 것은 두가지 이점이 있다. 우선, 예비성형품은 특별한 어려움 없이 얀을 권취함에 의해 제조될 수 있다. 얀을 권취함으로써 복잡한 예비 성형품을 얻는 것은 문제가 아니다. 그 밖에, 예비성형품을 화학증기침윤으로 고밀화시키는 동안, 축통로의 존재는 기체의 흐름을 강화하고 따라서 고밀화를 강화한다.
경화되고 압밀된 보울 예비성형품은 화학증기침윤에 의해 고밀화를 실행하기 전에 얻는 것이 바람직하다. 종래의 방법에서, 압밀된 보울 예비성형품은 원하는 형태를 갖는 섬유구조의 부분적인 고밀화에 의해 얻어지며, 부분 고밀화는 적어도 예비성형품을 다루기에 충분하도록 이루어진다. 부분 고밀화는 기체공정에 의해 실행될 수 있고, 또는 복합재료의 매트릭스를 구성하는 재료의 전구체를 함침하고, 열처리에 의해 상기 전구체를 변형시키는 액체 공정에 의해 예비성형될 수 있다.
예비성형품은 페놀, 푸란, 에폭시, 및 폴리이미드 수지로부터 선택되는 탄소 전구체에 함침되고, 그 후 전구체를 변형시킴으로서 압밀될 수 있다.
압밀된 예비성형품은 상기 전구체로 함침된 얀을 권취함으로써 유리하게 제조된다.
얀을 맨드릴에 대해 권취하고, 생성된 권취부를 그 중간부분에서 절단함에 의해, 두 개의 대면한 보울 부분의 형태에 대응하는 형태를 갖는 맨드릴 위에서 두개의 압밀된 예비성형품이 동시에 제조될 수 있다.
화학증기침윤에 의한 예비성형품의 고밀화에 의해, 실리콘 단결정을 생산하기 위한 설비가 예비 성형품을 압밀하기 위해 섬유로부터 또는 섬유에서 형성된 수지 코크로부터 나오는 입자에 의해 오염되지 않는다는 것을 보장할 지속적인 필요를 갖는 탄소 매트릭스를 얻는 것이 가능하게 된다. 화학증기침윤에 의해 얻은 탄소 매트릭스는 고온에서 석영 도가니와 접촉함에 의해 발생하는 부식에 견디는 능력이 더 우수하다.
유리하게, 압밀된 보울 예비성형품은, 예를 들면 전기화학적 또는 기타 수단을 사용한 조절된 조건하에서의 산화 등과 같은 표면처리를 하지 않은 얀으로 제조된다. 특별히, 얀은 탄소얀일 수 있다. 유기 매트릭스와의 결합을 조장하는 표면 작용을 제공하기 위해 상품화된 얀에 대부분 제공되는 표면처리를 하지 않는 것은 복합재료를 만드는 동안 내부응력이 나타남을 피함으로써 더 나은 치수 안정성을 얻는데 기여한다.
본 방법의 다른 특징은, 본 발명이 통로를 플러그에 의해 닫은 후, 최종 화학증기 침윤을 실행하는 것으로 이루어지는 단계를 포함하는 것이며, 여기서 플러그 자체는 열구조적 복합재료로 만들어진다. 최종 침윤단계는 보울 예비성형품의 압밀 단계 및 그 후의 연속 고밀화 동안 이미 형성된 것과는 다른 종류의 매트릭스의 형성을 포함할 수 있다. 그러므로, 탄소 고밀화된 예비성형품을 사용하여, 최종 침윤단계는 세라믹 매트릭스, 예를 들면 실리콘 카바이드의 침전을 포함할 수 있다. 이와 같은 외부 매트릭스 재료는 내산화성을 갖는 복합재료를 제공한다.
유리하게, 보울은 바람직하게는 2200 ℃를 초과하는 온도에서, 고온 정화 및 안정화 처리된다. 정화는 흑연의 경우 잘 알려진 것과 같이 염소 대기하에서 실시될 수 있다. 이것으로 보울을 단결정 실리콘 잉곳을 제조하기 위해 실리콘을 함유하는 도가니의 지지대로서 사용할 때, 실리콘을 오염시킬 수 있는 불순물을 제거할 수 있다.
이와 같은 정화 처리는 압밀된 보울 예비성형품에서 실행될 수 있다. 또한, 열처리는 연속적인 제조공정 동안 치수의 변화를 피하는데 기여한다. 플러그를 닫으면서 보울의 저부 역시 정화처리되어야 하며, 화학증기침윤 후 정화를 실시하는 것은 필수적인 것은 아니다.
적어도 보울 내부에 보호코팅을 형성할 수 있다. 이와 같은 코팅은 화학증기침전에 의해 얻어지는 열분해성(pyrolytic)탄소 또는 "피로카본(Pyrocarbon)"으로 이루어질 수 있고, 또는 화학증기침윤으로 얻어지는 실리콘카바이드(SiC)와 같은 세라믹으로 이루어질 수 있다. 또는, 보울의 내부면에는, 예를 들면 C/C 복합재료 로 만든 보호층이 제공될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하여 다음의 상세한 설명으로부터 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 실리콘 잉곳을 제조하기 위한 설비에서 도가니 지지체로서 사용되는 복합재료 보울을 나타내는 매우 개략적인 부분단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 첫번째 실시에 있어서의 연속 단계를 나타내는 공정흐름도이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2의 방법에 따라 복합재료의 보울을 제조하는 연속 단계를 나타내는 반 단면도이다.
이미 언급한 바와 같이, 본 발명의 적용분야는 더욱 특별히는 단결정 실리콘 잉곳을 생산하는 설비 중 도가니를 지지하기 위한 열구조적 복합재료 보울을 제조하는 것이다.
매우 개략적인 도 1은 보통 석영으로 제조되는 도가니(5)를 지지하는, 예를 들면 C/C 복합재료인 복합재료 보울을 나타낸다. 보울(1)은 그 안에 셋백(setback) (4)을 갖는 샤프트(3)의 말단에 장착된 링(4)으로 형성된 환형 지지체 위에 설치된다. 보울은 저부(1a) 및 주변부(1b)를 가지며, 주변부 일부는 실제적으로 원통형이며 둥근 단면 영역을 통해 저부에 연결된다. 보울(1)의 저부는 셋백(4) 및 링(2)의 지지 표면에 대응하는 중심 베어링 표면을 형성하기 위해 가공된다.
도가니를 실리콘으로 채운 후, 조립체를 용광로에 놓고 용광로의 온도를 실리콘을 액화시키기에 충분한 고온으로 상승시킨다. 이 온도에서, 도가니는 부드러워지고 보울의 형태에 꼭 들어맞게 된다. 그 다음, 원하는 결정배열을 갖는 씨앗을 실리콘 욕조와 접촉하도록 한 다음 천천히 추출하며, 이에 따라 씨앗과 욕조 사이에 컬럼이 형성된다. 이와 같이 잉곳은 매우 느린 속도로 배출되며 그 길이는 1 미터 내지 2 미터 범위에 속한다.
실리콘 잉곳을 제조하는 방법은 잘 알려져 있으며, 본 발명의 일부를 형성하지 않으므로 더욱 상세한 설명은 요구되지 않는다.
열구조적 복합재료는 고온에서 양호한 기계적 특성 및 양호한 치수 안정성을 유지하는 능력을 가지므로, 이들은 특히 상기 적용에 사용하기 위한 보울을 제조하는데 적당하다.
아래의 설명은 더욱 특별하게는 탄소 섬유 보강재 및 탄소 매트릭스, 또는 적어도 반드시 탄소로 만든 매트릭스를 갖는 C/C 복합재료의 보울을 제조하는 것에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 CMC 타입 복합재료, 즉 세라믹 섬유 보강재(예를 들면, SiC 섬유로 만든) 및 역시 세라믹인 매트릭스로 만든 보울을 제조하는 것을 포함하며, 여기서 CMCs를 만드는 기술은 잘 알려져 있다.
섬유 보강재는 상업적으로 이용가능한, 그러나 이런 얀을 고온에서 사용하려는 의도가 아닌 섬유/수지 타입 복합재료를 형성하는데 사용하는 경우 유기 매트릭스와의 결합을 강화하는 표면작용을 제공하도록 일반적으로 제공되는 어떠한 표면 처리도 하지 않은 얀으로 만든다. 표면처리를 하지 않은 것은 본 발명의 방법을 사 용하여 복합재료를 제조하는 공정 동안 내부응력을 피할 수 있다.
복합재료 보울을 제조하는 방법의 첫번째 실시를 도 2 및 도 3a 내지 도 3d를 참조로 하여 아래에 기재하였다.
본 방법(도 2)의 첫번째 단계(10)는 맨드릴(12)의 제공으로 이루어진다(도 3a). 맨드릴의 형태는 림에서 림으로 놓여 제조되어질 보울 외형(outline)의 두 부분의 형태에 대응한다. 그 수직 말단에서, 맨드릴은 원주에서 그 외부 표면에 형성되는 환형 갭(16)을 남기는 링(14)에 연합된다.
예로서, 맨드릴(12) 및 고리(14)는 금속으로 제조될 수 있다. 조립체를 장착시키고 고리(14)의 중심 통로를 통해 통과하고 회전 구동 모터에 연결된(도시하지 않음) 샤프트(18) 위에서 축방향으로 이동하지 않도록 한다.
본 방법의 두번째 단계(20)는 맨드릴(12) 위에 얀을 권취하는 것으로 이루어진다.
권취(22)는 예를 들면 페놀성 탄소와 같은 탄소의 액체 전구체로 예비-함침시킨 얀을 사용하여 제조한다. 맨드릴의 수직 말단에서, 권취는 통로(16) 주변의 고리(14) 주변을 부분적으로 권취하도록 충분히 멀리 연장된다. 권취는 림에서 림까지 놓이는 보울의 외형부에 대응하는 예비 성형품에 대해 원하는 두께를 만들기 위해 계속된다(도 3b). 링(14)은 권취의 수직 말단에서 얀을 권취하는 것을 더 용이하게 멈출 수 있다. 고리(14)는 맨드릴(12)과 통합하여 형성될 수 있다. 직경이 급격히 감소하는 맨드릴의 말단 영역 주변에서 권취가 지나친 두께를 갖는 것을 피함으로써 권취는 직경이 다른 다수의 계단(24', 24", ...)을 포함할 수 있다.
권취 후, 권취된 얀에 함침된 페놀성 수지를 중합하기 위해, 권취(22)에 의해 형성되고 맨드릴(12)에 의해 지지된 블랭크(26)를 오븐에 놓는다(단계 30).
그 다음 단계(40)에서, 맨드릴(12)에서 회수되는 두개의 하프-쉘(28)을 얻기 위해 블랭크(26)를 방사상으로 둘로 절단하며(도 3c), 각 하프-쉘은 축 통로(30)를 갖는다.
그 다음, 각 하프-쉘(28)을 열처리하여(단계 50) 페놀성 수지를 탄소화시키고 그 저부를 관통하는 축통로(30)를 갖는 압밀된 보울 예비성형품을 얻는다. 얀 권취는 페놀성 수지를 변형시켜 유도되는 탄소 매트릭스로 고밀화시킴에 의해 압밀된다. 이것은 부분적으로 고밀화된, 즉 여전히 얻기 쉬운 잔류 구멍이 존재하는 반면 그럼에도 불구하고 다루기에 충분한 강도를 갖는 예비성형품을 제공한다.
그 후, 정화된 보울 예비성형품을 엔클로저에 놓고 화학증기침윤에 의한 고밀화 단계를 실시한다(단계 60). 고밀화는 압밀된 예비성형품 중의 남은 구멍을 열분해성 탄소로 채우기 위해 실시된다. 이것은 메탄 또는 천연가스와 같은, 탄소에 대한 전구체를 이루는 탄화수소를 함유하는 기체를 사용하는 잘 알려진 방법으로 얻어진다.
다수의 보울 예비성형품을 동일한 엔클로저 내에서 동시에 고밀화시킬 수 있다. 예비성형품은 그들 사이에 기체 흐름이 허용되도록 틈을 가지며 축방향으로 하나의 위에 하나씩 놓인다. 미국특허 제 5 904 957호에 기재된 것과 같이, 방향이 있는 기체 흐름을 갖는 화학증기침윤을 사용할 수 있다.
화학증기침윤 단계(60)는 예비성형품의 고밀화를 마무리하는데 뿐만 아니라 보울을 사용할 때 오염을 일으킬 수 있는 섬유로부터의 탄소 입자들 또는 압밀된 수지로부터의 코크스 입자를 재료 중에 유지시킬 수 있는, 조절된 미세구조의 연속 매트릭스를 형성할 수 있다. 액체 공정을 사용하여 얻어지는 것과 같은 탄소 매트릭스와 비교하여, 화학증기 침윤에 의해 얻어진 탄소 매트릭스는 또한 고온에서 석영 도가니와의 접촉에 의한 부식에 더 나은 내성을 제공한다.
본 방법의 다음 단계(70)는 통로(30)를 닫는 플러그(34)를 고정하도록 보울의 저부를 가공하는 것으로 이루어진다(도 3d). 나타낸 도면에서, 플러그(34)는, 필요에 따라 탄소 정화 단계를 겪는 C/C 복합재료로 이루어진, 두개의 조각(35 및 37)으로 만들어진다(단계 80). 조각(35)은 받침접시 모양이며 그 원주는 보울의 내부면 상에 상기 통로의 림을 미는 립(lip, 35a)을 형성한다. 반면 역시 받침접시 모양인 조각(37)은 외측에 통로(30)의 림을 미는 림(rim, 37a)을 갖는다. 조각 (35 및 36)은 조각(37)의 하우징에 고정되는 돌출 중심부를 갖는 조각(35)과 함께 나사로 조임에 의해 결합할 수 있다.
조각(35 및 37)은 구멍(30)의 림(30a)을 고정시킨다. C/C 복합재료 플러그(34)를 구성하는 조각(35 및 37)은 공지의 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 예비성형품은 탄소섬유 디스크의 형태로 2차원 가닥(ply)을 겹쳐 놓음으로써 제조될 수 있다. 천을 직조할 수 있는 가닥은 예를 들면 니들링 또는 스티칭에 의해 함께 결합할 수 있다. 그 후, 이들은 액체 공정을 사용한 탄소 매트릭스 수단에 의해 또는 화학증기침윤에 의해 고밀화될 수 있다.
플러그(34)를 설치한 후(단계 90), 최종 탄소 매트릭스를 제공하도록, 화학증기침윤을 사용하여 새로운 및 최종 고밀화 단계(100)를 실행하여 플러그(34)를 확실히 예비 성형품(28) 저부에 단단히 조립시키고 및 그들의 고밀화를 마무리 하도록 한다. 이와 같이 하여 C/C 복합재료 보울(36)은, 저부 및 플러그 부분(34)을 마감하기 위한 가공의 최종 단계 후에, 사용가능하도록 얻어진다.
본 발명의 다음 단계(110)는 원하는 적용이 불순물이 없는 보울을 요구하는 경우, 생성된 보울의 탄소를 정화하는 것으로 구성된다. 이것은 반도체 제품을 생산하는데 사용하기 위한 실리콘 단결정을 회수하는 설비에 적용된다. 여기서 실리콘은 원래 어떠한 불순물에 의해서도 오염되어서는 안된다. 탄소는 바람직하게 2200 내지 3000 ℃의 범위의 온도, 예를 들면 약 2400 ℃에서, 비-산화 대기, 예를 들면 염소 대기 하에서, 바람직하게, 100 킬로파스칼(kPa) 미만, 예를 들면 약 10 kPa의 압력에서의 열처리에 의해 정화될 수 있다. 이와 같은 염소 대기하에서의 열처리는 흑연을 정화하기 위해 본래 잘 알려져 있다. 또한, 열처리는 압밀된 보울 예비성형품의 치수를 안정화시키는 작용을 한다. 변형예로서, 정화는 단계(50) 후, 일단 보울 예비성형품이 압밀된 후 실행될 수 있다. 플러그(34)를 또한 정화하는 한에 있어서, 화학증기침윤 후의 최종 정화 단계는 생략될 수 있다.
보울이 석영 도가니를 수용할 때, 도가니를 사용하는 온도에서 석영과 보울의 탄소 사이의 화학반응에 의해 발생되는 부식으로부터 보울을 보호하는 것이 바람직할 수 있다. 단결정 실리콘을 회수할 때, 도가니의 온도는 석영이 연화되는 약 1600 ℃까지 상승하며, 또한 반응성이 되는 경향이 있는 반면, 크리프가 생기고, 지지 보울의 형태에 거의 맞춰진다.
보호는 적어도 보울의 내부에 보호 코팅을 형성함에 의해 얻을 수 있다(단계 120). 보호 코팅은 열분해성 탄소 또는 화학증기 침착에 의해 얻어지는 "피로카본"일 수 있고, 예를 들면 화학증기 침윤에 의해 얻어지는 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 것으로 만들어질 수 있다. 그 자체로 잘 알려져 있는 방법에서, SiC 침착은 메틸트리클로로실란(MTS)과 같은 SiC의 전구체를 함유하는 기체를 사용한 화학증기침착에 의해 얻을 수 있다.
보호 코팅은 정화를 위한 어떠한 최종 열처리 단계에 앞서, 최종 고밀화 단계(100)로부터 연속 작동으로 형성될 수 있다.
변형예로서, 보울은 보울과 도가니 사이에 중간층을 삽입시킴에 의해 보호될 수 있다. 보울의 형태에 꼭 들어맞는 상기 층은 예를 들면, 탄소 펠트에 의해 또는 탄소 섬유의 2차원 가닥에 의해 이루어지는 섬유 예비성형물을 고밀화함에 의해 얻어지는 C/C 복합물과 같은 열구조적 복합물의 보호층일 수 있다.
도 1은 보울(1)의 내부면을 라이닝하는 보호층(6)을 나타낸다. 이 보호층은 소모될 수 있으며, 보울은 주기적으로 재-라인(re-line)된다.
비록 위의 설명이 두개의 보울 블랭크를 동시에 제조하기에 적당한 블랭크를 권취하는 것에 관한 것이지만. 보울 블랭크는 당연히 개별적으로 제조될 수 있다.

Claims (23)

  1. 매트릭스에 의해 고밀화된 섬유 보강재로 형성된 열구조적 복합재료 보울의 제조방법으로서,
    얀을 권취하여, 그 저부를 통하는 축통로(30)를 가지는 보울 예비성형품(28)을 제조하는 단계;
    화학증기 침윤에 의해 보울 예비성형품을 고밀화하는 단계; 및
    플러그(34)로 통로를 닫는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 압밀된 보울 예비성형품(28)이 화학증기침윤 전에 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 압밀된 보울 예비성형품(28)이 매트릭스를 이루는 상기 재료의 전구체에 의해 함침된 얀을 권취하고, 그리고 열처리로 상기 전구체를 변형시킴에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 압밀된 예비성형품(28)이 탄소 전구체에 의해 함침된 얀을 권취하고, 그리고 전구체를 변형시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 탄소 전구체가 페놀성, 푸란, 에폭시, 및 폴리이미드 수지 로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 3항, 제 4항 및 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 림에서 림까지 연결된 두개의 보울 외형 부분의 형태에 대응하는 형태를 맨드릴(12) 상에 권취하고, 그리고 그 중간부분에서 생성된 권취부를 절단함에 의해, 두개의 압밀된 예비성형품이 동시에 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 보울 예비성형품이 표면 작용을 제공하기 위한 표면처리를 하지 않은 얀으로 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 보울 예비성형품이 탄소얀으로 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 보울이 고온 정화 및 안정화 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 2항에 있어서, 고온 정화 및 안정화 처리가 압밀된 보울 예비성형품에 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 정화 및 안정화 처리가 2200 ℃보다 높은 온도에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 보울 예비성형품 고밀화가 탄소 매트릭스를 형성함으로써 실행되는 방법.
  13. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 플러그(34)가 예비성형품의 축통로의 림 위에 고정되도록 함께 조립된 두개의 조각(35, 37)으로 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 통로(30)가 열구조적 복합재료로 만든 플러그(34)에 의해 닫히는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 플러그(34)로 통로(30)를 닫은 후, 최종 화학증기 침윤을 실행하는 것으로 이루어지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 최종 화학증기침윤 단계가 세라믹 매트릭스상의 형성을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 세라믹 매트릭스 상이 실리콘 카바이드로 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 보호 코팅이 적어도 보울의 내부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 보호 코팅이 열분해성 탄소로 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18항에 있어서, 보호 코팅이 실리콘 카바이드로 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 보울의 내부면에 보호층이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 보호층이 열구조적 복합재료로 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 다수의 압밀된 보울 예비성형품이 화학증기 침윤에 의해 동시에 고밀화되는 것을 특징으로 하는 방법.
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