KR100769717B1 - 반응챔버용 마이크로슬롯 및 이를 포함하는 고압 분산기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 고압 분산기에 있어서 반응챔버용 마이크로슬롯의 반응관을 통과하는 슬러리가 고속의 상태로 유동하도록 하여 슬러리 분산을 위한 전단력을 담보함과 동시에, 상기 반응관과 유출관이 결합(연통)되는 직교지점에서 발생하는 충격력에 의하여 유출관이 마모되는 문제점을 해결하여 장치 수명을 연장할 수 있는 반응챔버용 마이크로슬롯 및 이를 포함하는 고압 분산기를 제공하는 데 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 고압분사기는, 세라믹 슬러리가 투입되는 유입구; 상기 유입구를 통하여 투입된 세라믹 슬러리를 고압상태로 하기 위하여 압력을 인가하는 증강챔버; 상기 증강챔버를 통한 고압의 세라믹 슬러리가 투입되는 유입관과, 상기 유입관의 직경보다 작으며, 그 상류부에서 상기 유입관과 직교하도록 연통되고 그 하류부에서 복수의 관으로 분기된 반응관, 및 상기 복수의 관으로 분기된 반응관과 직교하도록 연통된 복수의 유출관으로 구성된 마이크로슬롯이 포함된 반응챔버; 및 상기 반응챔버를 통과한 세라믹 슬러리가 배출되는 배출구;를 포함한다.
고압 분산기, 전단력, 충격력, 반응챔버, 마이크로슬롯, 분관, 분기
Description
도 1은 고분산 세라믹 슬러리 제조방법의 일 예를 나타내는 공정도.
도 2는 종래기술에 의한 고압 분산기의 개략도.
도 3a 및 도 3b는 종래기술에 의한 반응챔버용 마이크로슬롯의 사시도 및 주요 작용력을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로슬롯을 나타내는 사시도.
도 5a는 종래기술에 의한 분관되지 않은 반응관을 구비한 마이크로슬롯에 대한 수치해석 결과이며, 도 5b는 본 발명에 의한 분관된 반응관을 구비한 마이크로슬롯에 대한 수치해석 결과.
도 6은 본 발명에 의한 고압 분산기의 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 고압 분산기 10 : 유입구
20 : 증강챔버 30 : 압력게이지
40 : 반응챔버(또는 반응챔버용 마이크로슬롯)
41 : 유입관 42 : 반응관
42a : 미분기관 42b : 분기관
43 : 유출관 50 : 배출구
본 발명은 적층형 세라믹 커패시터(Multi-Layered Ceramic Capacitor: MLCC) 제품의 제조시 적용되는 고압 분산기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 상기 고압 분산기 중 반응챔버 내에 배치되는 마이크로슬롯(Micro-Slot)의 내구성을 향상시키기 위하여 설계에 관한 것이다.
일반적으로 적층형 세라믹 커패시터(Multi-Layered Ceramic Capacitor: MLCC)는 이동통신 단말기, 노트북, 컴퓨터, 개인 휴대용 단말기(PDA) 등의 여러 전자제품의 인쇄회로 기판에 장착되어 전기를 충전 또는 방전시키는 중요한 역할을 하는 칩 형태의 콘덴서이며, 사용 용도 및 용량에 따라 다양한 크기 및 적층형태를 취하고 있다.
이러한, MLCC의 기술적 동향은 소형화 및 초고용량화가 급속히 진행되고 있으며, 이는 내부 전극의 박층화, 유전체 층의 박층화 및 고적층화를 통해 구현가능한 것이다. 특히, 초고용량에 따른 고적층화를 실현하기 위해서는 유전층을 구성 하는 BaTiO3, MgO, MnO3, V2O5, Cr2O3, Y2O3, 희토류원소, 유리원료(Glass Frit)등 유전체의 미세화가 필연적이며, 3 ㎛ 이하로 유전층을 박층화함에 따른 고전계의 영향을 최소화하여 전기적인 신뢰성을 확보하기 위해 미립 입자의 분산성을 고려한 슬러리 설계를 필요로 한다. 그러나, 입자의 미립화에 따른 표면적 증가로 인하여 소결 구동력이 증가하며, 이에 따라 결정립의 급격한 성장이 야기된다.
초고용량 MLCC제조에 있어서, 출발 물질의 대부분을 차지하는 BaTiO3로는 일반적으로 입자크기 0.2, 0.15 및 0.1㎛의 것이 이용된다. 그러나, 수열법, 옥살레이트법(Oxalate), 가수분해법(Hydrolysis) 및 고상 합성(Solid State Synthesis) 등의 입자 합성과정 및 입자 크기 및 불순물 제거와 결정성의 확보를 위한 열처리 과정에서 이들 입자는 상당부분 응집한다.
한편, 칩은 일반적으로 상기 BaTiO3 파우더를 세라믹 첨가제, 유기용제, 가소제, 결합제, 분산제와 배합하여 바스킷 밀(Basket Mill)을 이용하여 슬러리를 제조한 후 성형, 적층, 압착 등의 공정을 거쳐 제작된다.
도 1은 고분산 세라믹 슬러리 제조방법의 일 예를 도시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 세라믹 슬러리 제조방법은 해쇄된 세라믹 분말과 세라믹 첨가제, 바인더, 가소제, 용매 및 분산제 등 통상 슬러리 제조시 배합되는 성분을 배합하고 1차 매체분산(media milling)한다. 이와 같이 1차 매체분산시킴으로써 세라믹 분말과 기타 첨가되는 성분들이 고르게 예비적으로 혼합된다. 상기 1차 매체분산은 바스켓 볼 밀(Basket Ball Mill) 등과 같은 통상의 교반기로 행할 수 있는데, 약 3~5 시간 동안, 바람직하게는 약 3 시간 동안 1차적으로 매체 분산하여 1차 슬러리화 한다.
상기 1차 매체 분산은 여러가지 성분의 혼합과정에서 각 성분이 안정화되도록 혼합하는 것으로, 지나치게 오랜 시간 동안 매체 분산하면 입자가 분쇄될 우려가 있음으로, 충분히 혼합될 정도로 혼합하는 것만으로 충분하다. 따라서, 3시간 미만이면 균일하게 혼합되지 않을 수 있으며, 5시간을 초과하는 경우에는 입자가 분쇄될 수 있음으로 바람직하지 않다. 상기에서 세라믹 분말은 슬러리 총량에 대하여 10~50 중량%로 배합된다. 슬러리 분말의 함량이 10중량% 미만이면 생산성(양산성)면에서 좋지 않으며, 50중량%를 초과하면 분산성이 저하되므로 바람직하지 않다.
그리고, 상기 1차 슬러리를 고압 분산기(100)에서 고압으로 2차 분산하여 최종 슬러리를 제조한다. 2차 분산에 사용되는 고압 분산기(100)는 다음 도 2에 예시한다. 상기 고압 분산기(100)에서의 분산은 통상적으로 약 15,000~25,000psi의 고압으로 행하여지며, 고압 분산기(100)에 약 3~7회 통과시켜 슬러리를 고분산시킨다. 그 후, 1~2㎛ 크기의 필터를 사용하여 여과함으로써 최종 슬러리를 얻는다.
여기서, 2차 분산 공정에 사용되는 고압 분산기에 관한 구체적인 구성은 도 2에 도시되어 있다. 도 2는 통상적으로 사용되는 고압 분산기(100)에 관한 개략도를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고압 분산기(100)에는 유입구(10), 증강챔버(20), 압력게이지(30), 반응챔버(40), 및 배출구(50)들이 포함된다.
세라믹 슬러리 배합물은 유입구(10)에 투입되고, 압력 펌프를 이용하여 증강챔버(20)에서 압력이 상승된다. 유입구(10)에 세라믹 슬러리 배합물 투입시, 배합물의 고형분 함량(solid content), 점도 및 분말의 크기 등이 고려되어야 한다.
상기 증강챔버(20)에서 압력은 최대 25,000psi까지 승압가능하다. 25,000 psi를 초과하는 경우에는 장치에 무리가 발생할 수 있다. 따라서, 직경이 약 0.3㎛ 이하의 분말을 분산하여야 하는 경우에는 15,000~25,000psi의 압력이 되도록 하는데, 이는 15,000psi 미만이면 전단력이 충분치 않아 잘 분산되지 않으며, 25,000psi를 초과하면 고압 분산기(100)에 무리가 발생하기 때문이다.
상기 반응챔버(40)는 물질에 충격력(impact force), 전단력(shear force) 및 함몰력(cavitation force)이 가하여지는 부분이다. 즉, 이러한 반응챔버(40)는, 증강챔버(20)에서 일정 압력을 인가하면 투입된 슬러리가 반응챔버(40) 내부의 마이크로슬롯(Micro-Slot)을 통과하면서 상기 슬롯의 내부 벽면에 의해 전단력을 받아 분산되는 장비이다.
상기 반응챔버 내에 배치되는 마이크로슬롯은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 형상으로 이루어져 있으며, 저속, 고압의 슬러리가 상기 반응챔버에 형성된 유입구(40a)를 통하여 먼저 상기 마이크로슬롯 내부로 유입되어 유입관(41)을 통과한다.
다음, 상기 저속, 고압의 슬러리는 상기 유입관(41)의 직경보다 작은 크기로 형성되고 상기 유입관(41)에 직교하도록 배열된 반응관(42)을 통과하게 되는데, 이러한 반응관(42)을 통과하면서 상기 슬러리는 고속, 저압의 슬러리로 변화된다. 상기 고속, 저압의 슬러리가 그 속도로 인하여 마이크로슬롯의 반응관(42) 내부벽과 반응하여 전단력이 상승하게 되는데, 이러한 전단력이 앞서 상술한 3가지 힘, 즉 충격력(impact force), 전단력(shear force) 및 함몰력(cavitation force) 중 분산 발생을 위한 주도적인 역할을 하게 된다.
그 다음, 상기 반응관(42) 내에서의 이러한 고속, 저압의 슬러리는, 상기 반응관(42)의 직경보다 큰 크기로 형성되고 상기 반응관(42)에 직교하도록 배열된 유출관(43)을 통과하게 되는데, 이러한 유출관(43)의 직경이 상기 반응관(42)의 직경보다 크기 때문에 함몰력이 발생할 뿐만 아니라, 상기 반응관(42)을 통과하는 슬러리가 고속의 상태로 내부에서 유동하기 때문에 상기 반응관(42)과 유출관(43)이 결합되는 지점에서 충격력 또한 발생하게 된다.
마지막으로, 상기 유출관(43)을 통과한 슬러리는 상기 반응챔버(40)에 형성된 출구(40b)와 연통된 배출구(50)을 통하여 외부로 배출되게 된다.
그러나, 상술한 종래기술에 있어서의 반응챔버(40) 내에 설치되는 마이크로슬롯은, 그 형상에 있어서 상기 유출관(43)이 상기 반응관(42)에 직교하도록 배열되어 있으며, 상기 반응관(42)을 통과하는 슬러리가 고속의 상태로 그 내부에서 유동하기 때문에 상기 반응관(42)과 유출관(43)이 결합되는 직교지점에서 발생하는 충격력에 의하여 유출관(43)이 마모되는 문제점을 포함하고 있다.
이러한 마이크로슬롯의 마모는, 장치 수명 저하를 유발할 뿐만 아니라, 통상적으로 마이크로슬롯이 다이아몬드 재질로 이루어짐을 감안한다면 부품 교체로 인한 설비비용 상승을 초래하여 전체적인 제조단가가 상승하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 고압 분산기에 있어서 반응챔버용 마이크로슬롯의 반응관을 통과하는 슬러리가 고속의 상태로 유동하도록 하여 슬러리 분산을 위한 전단력을 담보함과 동시에, 상기 반응관과 유출관이 결합(연통)되는 직교지점에서 발생하는 충격력에 의하여 유출관이 마모되는 문제점을 해결하여 장치 수명을 연장할 수 있는 반응챔버용 마이크로슬롯 및 이를 포함하는 고압 분산기를 제공하는 데 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 먼저 본 발명에 의한, 고압 분산기에 사용되는 반응챔버용 마이크로슬롯(micro-slot)은, 고압의 세라믹 슬러리가 투입되는 유입관; 상기 유입관의 직경보다 작으며, 그 상류부에서 상기 유입관과 직교하도록 연통되고 그 하류부에서 복수의 관으로 분기된 반응관; 및 상기 복수의 관으로 분기된 반응관과 서로 직교하도록 연통된 복수의 유출관;을 포함한다.
또한, 상기 반응관 중 분기된 관의 길이는, 상기 반응관 중 분기되지 않은 관의 길이보다 짧은 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유출관의 직경은, 상기 반응관의 직경보다 크고 상기 유입관의 직경보다 작은 것이 바람직하다.
한편, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 고압분사기는, 세라믹 슬러리가 투입되는 유입구; 상기 유입구를 통하여 투입된 세라믹 슬러리를 고압상태로 하기 위하여 압력을 인가하는 증강챔버; 상기 증강챔버를 통한 고압의 세라믹 슬러리가 투입되는 유입관과, 상기 유입관의 직경보다 작으며, 그 상류부에서 상기 유입관과 직교하도록 연통되고 그 하류부에서 복수의 관으로 분기된 반응관, 및 상기 복수의 관으로 분기된 반응관과 직교하도록 연통된 복수의 유출관으로 구성된 마이크로슬롯이 포함된 반응챔버; 및 상기 반응챔버를 통과한 세라믹 슬러리가 배출되는 배출구;를 포함한다.
여기서, 상기 반응챔버는, 상기 반응관 중 분기된 관의 길이가, 상기 반응관 중 분기되지 않은 관의 길이보다 짧은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응챔버는, 상기 유출관의 직경이, 상기 반응관의 직경보다 크고 상기 유입관의 직경보다 작은 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
반응챔버용
마이크로슬롯(Micro-Slot)
이하, 본 발명에 의한 고압 분산기에 사용되는 반응챔버용 마이크로슬롯(micro-slot; 이하, '마이크로슬롯'이라 함)에 관한 실시예에 대하여 살펴보기로 한다. 통상적으로 이러한 마이크로슬롯은 반응챔버 내에 1 또는 2개 정도 설치되며 그 구체적인 구성은 동일하므로 각각의 마이크로슬롯에 대하여만 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로슬롯을 나타내는 사시도이다.
상기 마이크로슬롯은, 일 예로서 10 내지 50㎛의 직경을 가지며, 고압의 세라믹 슬러리가 투입되는 유입관(41)과, 상기 유입관(41)의 직경보다 작으며, 그 상류부에서 상기 유입관(41)과 직교하도록 연통되고 그 하류부에서 복수의 관으로 분기된 반응관(42); 및 상기 복수의 관으로 분기된 반응관(42b)과 서로 직교하도록 연통된 복수의 유출관(43)을 포함한다.
먼저, 유입관(41)은 고압 분산기(100)에 포함된 증강챔버에 의하여 고압 상태의 세라믹 슬러리가 유입구(40a)를 통하여 투입되는 관으로서, 그 길이가 상대적으로 짧기 때문에 그 관 내부에서 슬러리가 고압상태이긴 하지만 저속의 상태로 유동된다. 따라서, 상기 유입관(41)과, 상기 유입관(41)과 연통하기 위하여 직교상태로 결합하는 반응관(42)과의 결합부에서의 충격력은 그다지 크지가 않다.
다음, 반응관(42)은, 상기 유입관(41)으로 설정된 직경보다 작은 직경 또는 내경을 갖고, 관 내를 유동하는 슬러리에 전단력을 인가하는 미분기관(42a)과 실질적으로 슬러리에 전단력을 인가하지 못하는 분기관(42b)로 이루어진다. 즉, 상기 반응관은, 그 상류부에서 상기 유입관(41)과 직교하도록 연통되고 그 하류부에서 복수의 관으로 분기된 형상으로 이루어진다. 여기서 상기 분기관(42b)의 갯수에 대하여는 특별히 제한되는 바는 없으나, 통상적으로 분기관(42b)을 통하여 유출관(43)에 인가되는 압력(이는 상기 유출관에 작용하는 충격력으로 작용함)이 소정의 피로하중치 이하로 인가될 수 있는 설계치를 고려하여 설정될 수 있다.
즉, 상기 반응관(42) 내부를 통과하는 슬러리의 상태는 고속, 저압 상태로서, 이러한 슬러리의 고속 상태로 인하여, 상기 반응관(42)과, 상기 반응관(42)과 직교하도록 연통, 결합되는 유출관(43)과의 결합부에서 충격력이 발생하여 상기 결합부를 마모시키게 된다. 따라서, 본 발명에서는 종래기술과는 달리 상기 유출관과의 결합부에서의 충격력을 완화하기 위하여 상기 반응관(42)의 하류부(down stream)를 복수개의 관으로 분기시키고 이러한 복수의 관으로 분기된 관을 각각 복수의 유출관(43)과 연통되도록 하였다.
한편, 상기 반응관(42) 중 분기된 관(42b)의 길이는, 상기 반응관 중 분기되지 않은 관(42a)의 길이보다 짧은 것이 바람직하다. 이는 실질적으로 반응관의 주 역할이 슬러리의 내부 분산에 있으며 이를 담보할 수 있는 힘이 반응관 내부의 충분한 전단력에 해당하므로, 결국 상기 분기되지 않은 관(42a)이 상기 분기된 관(42b)의 길이보다 긴 것이 바람직하다.
유출관(43)은, 상기 복수의 관으로 분기된 반응관(42b)과 서로 직교하도록 연통된 복수의 관으로 형성된다. 상술한 바와 같이, 이미 반응관(42)이 복수의 관으로 분기된 상태(42b)이므로, 상기 반응관(42)과, 상기 반응관(42)과 직교하도록 연통, 결합되는 유출관(43)과의 결합부에서 충격력이 완화된 상태이므로 결국 유출 관(43) 내부에서의 슬러리 압력은 그 피로하중보다 훨씬 작은 상태에 도달하게 된다.
또한, 상기 유출관(43)의 직경은, 상기 반응관(42)의 직경보다 크고 상기 유입관(41)의 직경보다 작은 것이 바람직한데, 이는 함몰력을 발생시키기 위함이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 마이크로슬롯의 효과를 나타내기 위한 구체적인 수치해석 데이터이다. 여기서, 도 5a는 종래기술에 의한 분관되지 않은 반응관을 구비한 마이크로슬롯이며, 도 5b는 본 발명에 의한 분관된 반응관을 구비한 마이크로슬롯에 대한 수치해석 결과이다.
즉, 상기 도면에서 확인되는 바와 같이, 유출관 압력(서클링 지점)을 살펴보면 종래기술에 의하면 3.9×107 Pa이며, 본 발명에 의하면 7.9×105 Pa을 나타내므로, 결국 전단력을 받는 마이크로슬롯 형상을 보존하면서 유출관 부분을 분관하여 유체의 속도를 감속시킴으로써 출구 벽면에 작용하는 압력을 최소화하여 결국 분관기 수명을 연장함과 동시에 이러한 출구부분의 재질을 낮은 비용의 재질로 전환할 수 있는 가능성을 타진하였다.
고압
분산기
이하, 본 발명에 의한 고압 분산기(200)에 관한 실시예에 대하여 살펴보기로 한다. 본 발명에 의한 고압 분산기(200)는 앞서 상술한 반응챔버용 마이크로슬롯 구성을 포함하는 것으로서, 중복되는 부분에 대하여는 간략하게 언급하기로 한다.
도 6은 2차 분산 공정에 사용되는 고압 분산기(200)에 관한 개략도를 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 고압분사기(200)는, 세라믹 슬러리가 투입되는 유입구(10), 상기 유입구(10)를 통하여 투입된 세라믹 슬러리를 고압상태로 하기 위하여 압력을 인가하는 증강챔버(20), 상기 증강챔버(20)를 통한 고압의 세라믹 슬러리가 투입되는 유입관(41)과, 상기 유입관(41)의 직경보다 작으며, 그 상류부에서 상기 유입관(41)과 직교하도록 연통되고 그 하류부에서 복수의 관으로 분기된 반응관(42), 및 상기 복수의 관으로 분기된 반응관(42)과 직교하도록 연통된 복수의 유출관(43)으로 구성된 마이크로슬롯이 포함된 반응챔버(40), 및 상기 반응챔버(40)를 통과한 세라믹 슬러리가 배출되는 배출구(50)를 포함한다.
세라믹 슬러리 배합물은 유입구(10)에 투입되고, 압력 펌프를 이용하여 증강챔버(20)에서 압력이 상승된다. 유입구(10)에 세라믹 슬러리 배합물 투입시, 배합물의 고형분 함량(solid content), 점도 및 분말의 크기 등이 고려되어야 한다. 본 발명에 적용될 수 있는 세라믹 슬러리 제조용 원재료로서 어떠한 미립의 전자기기용 세라믹용 분말이라도 적용될 수 있다. 세라믹 분말의 예로는 티탄산 바륨계의 세라믹 분말, 티탄산 스트론튬계의 세라믹 분말 및 티탄산 납계의 세라믹 분말과 같은 유전체 세라믹 분말, 페라이트 세라믹 분말과 같은 자성체 세라믹 분말, 압전체 세라믹 분말 및 알루미나, 실리카와 같은 절연체 세라믹 분말 등을 들 수 있으며, 특히, 상기 세라믹 분말은 BaTiO3 분말일 수 있다.
상기 증강챔버(20)에서 압력은 최대 25,000psi까지 승압가능하다. 25,000 psi를 초과하는 경우에는 장치에 무리가 발생할 수 있다. 따라서, 직경이 약 0.3㎛ 이하의 분말을 분산하여야 하는 경우에는 15,000~25,000psi의 압력이 되도록 하는데, 이는 15,000psi 미만이면 전단력이 충분치 않아 잘 분산되지 않으며, 25,000psi를 초과하면 고압 분산기(100)에 무리가 발생하기 때문이다.
반응챔버(40)는 상술한 바와 같이, 물질에 충격력, 전단력 및 함몰력이 가하여지는 부분이다. 즉, 이러한 반응챔버(40)는, 증강챔버(20)에서 일정 압력을 인가하면 투입된 슬러리가 반응챔버(40) 내부의 마이크로슬롯(Micro-Slot)을 통과하면서 상기 슬롯의 내부 벽면에 의해 전단력을 받아 분산되는 장비이다.
앞서 설명한 바와 같이 반응챔버(40) 내부의 마이크로슬롯 중 반응관(42)은, 유입관(41)으로 설정된 직경보다 작은 직경 또는 내경을 갖고, 관 내를 유동하는 슬러리에 전단력을 인가하는 미분기관(42a)과 실질적으로 슬러리에 전단력을 인가하지 못하는 분기관(42b)로 이루어진다. 즉, 상기 반응관(42) 내부를 통과하는 슬러리의 상태는 고속, 저압 상태로서, 이러한 슬러리의 고속 상태로 인하여, 상기 반응관(42)과, 상기 반응관(42)과 직교하도록 연통, 결합되는 유출관(43)과의 결합부에서 충격력이 발생하여 상기 결합부를 마모시키게 되는데, 본 발명에서는 종래기술과는 달리 상기 유출관과의 결합부에서의 충격력을 완화하기 위하여 상기 반응관(42)의 하류부(down stream)를 복수개의 관으로 분기시키고 이러한 복수의 관으로 분기된 관을 각각 복수의 유출관(43)과 연통되도록 하였다.
또한, 상기 반응관(42) 중 분기된 관(42b)의 길이는, 상기 반응관 중 분기되 지 않은 관(42a)의 길이보다 짧도록 설계하여 슬러리의 내부 분산을 위한 전단력을 담보하도록 하였다.
아울러, 상기 유출관(43)의 직경은, 상기 반응관(42)의 직경보다 크고 상기 유입관(41)의 직경보다 작도록 설계하여 함몰력을 발생시키도록 하였다.
유출관(43)은, 상기 반응챔버(40)에 형성된 출구(40b)와 연통되어 상기 슬러리를 배출구(50)을 통하여 외부로 배출하도록 한다.
상술한 바와 같은 고압 분산기(200)는 높은 압력과 좁은 관을 이용하여 단계별로 고충격(High Impact), 고전단(High Shear) 및 고함몰력(High Cavitation Force)이 발생하도록 한 원리를 충분히 이용한 것으로서, 이러한 고압 분산으로 인하여, 세라믹 분말들간의 분산(흩어짐), 및 세라믹 분말과 MgO, Y2O3, MnO2, SiO2, Ho2O3, Dy2O3, Er2O3 및 글래스 플릿(Glass Frit)과 같은 세라믹첨가제와의 분포(분산)이 균일해지며 이에 따라 성형 후 나타나는 고분자들의 응집으로 인한 핀홀 등이 방지되도록 하였다.
즉, 상기와 같이 세라믹 슬러리를 제조한 후, 이를 성형함으로써 유전체 층(박막)이 형성되는데, 이때, 슬러리 중에서 해쇄된 세라믹 분말과 첨가제, 혹은 해쇄된 세라믹 분말, 첨가제 및 유기물이 잘 분산되지 않은 상태이면, 유기물(고분자) 덩어리가 유전체층에 존재하게 되며, 이로 인하여 유전체층에 핀홀(pin hole)과 같은 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 고압분산을 적용함으로써, 해쇄된 세라믹 분말, 첨가제 및 유기물이 잘 분산되도록 한다.
상기와 같은 고압 분산기에서 분산시킴으로써, 소성 후의 전기적 신뢰성의 저하 원인이 되는 비정상적인 입성장이 방지되고, 균일한 미세 구조를 얻을 수 있다. 세라믹 입자간, 그리고 세라믹과 기타 슬러리의 다른 성분간의 분산성이 향상되어 슬러리의 분산 안정성이 확보된다.
뿐만 아니라, 전단력을 받는 마이크로슬롯 형상을 보존하면서 유출관 부분을 분관하여 유체의 속도를 감속시킴으로써 출구 벽면에 작용하는 압력을 최소화하여 결국 분관기 수명을 연장함과 동시에 이러한 출구부분의 재질을 낮은 비용의 재질로 전환할 수 있어 결국 설비비용을 절감할 수 있게 되었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 고압 분산기에 있어서 반응챔버용 마이크로슬롯의 반응관을 통과하는 슬러리가 고속의 상태로 유동하도록 하여 슬러리 분산을 위한 전단력을 담보함과 동시에, 상기 반응관과 유출관이 결합(연통)되는 직 교지점에서 발생하는 충격력에 의하여 유출관이 마모되는 문제점을 해결하여 장치 수명을 연장할 수 있는 효과를 창출하게 된다.
Claims (6)
- 고압 분산기에 사용되는 반응챔버용 마이크로슬롯(micro-slot)에 있어서,고압의 세라믹 슬러리가 투입되는 유입관;상기 유입관의 직경보다 작으며, 일측의 상류부에서 상기 유입관과 직교하도록 연통되고 타측의 하류부에서 복수의 관으로 분기된 반응관; 및상기 복수의 관으로 분기된 반응관과 서로 직교하도록 연통된 복수의 유출관;을 포함하는 반응챔버용 마이크로슬롯.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응관 중 분기된 관의 길이는, 상기 반응관 중 분기되지 않은 관의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 반응챔버용 마이크로슬롯.
- 제 1 항에 있어서,상기 유출관의 직경은, 상기 반응관의 직경보다 크고 상기 유입관의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 반응챔버용 마이크로슬롯.
- 세라믹 슬러리가 투입되는 유입구;상기 유입구를 통하여 투입된 세라믹 슬러리를 고압상태로 하기 위하여 압력을 인가하는 증강챔버;상기 증강챔버를 통한 고압의 세라믹 슬러리가 투입되는 유입관과,상기 유입관의 직경보다 작으며, 일측의 상류부에서 상기 유입관과 직교하도록 연통되고 타측의 하류부에서 복수의 관으로 분기된 반응관, 및상기 복수의 관으로 분기된 반응관과 직교하도록 연통된 복수의 유출관으로 구성된 마이크로슬롯이 포함된 반응챔버; 및상기 반응챔버를 통과한 세라믹 슬러리가 배출되는 배출구;를 포함하는 고압 분산기.
- 제 4 항에 있어서, 상기 반응챔버는:상기 반응관 중 분기된 관의 길이가, 상기 반응관 중 분기되지 않은 관의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 고압 분산기.
- 제 4 항에 있어서, 상기 반응챔버는:상기 유출관의 직경이, 상기 반응관의 직경보다 크고 상기 유입관의 직경보 다 작은 것을 특징으로 하는 고압 분산기.
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