KR100791048B1 - 단결정 용기의 제조방법 및 그 단결정 용기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단결정 용기의 제조방법 및 그 단결정 용기에 관한 것으로, 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈로 구성된 그룹 중 하나 이상의 금속을 성장도가니에 수용시키고, 성장도가니에 수용된 금속을 가열하여 용융시킨 후, 결정구조를 가진 종자결정을 시드로 이용하여 초크랄스키 또는 브리지만 방법에 의해 단결정을 성장시키는 단결정육성단계와; 상기 육성된 단결정을 이용하여 용기의 외형을 형성시키는 외형형성단계와; 상기 외형형성단계 후에 용기의 내형을 형성시키는 내형형성단계와; 상기 내형형성단계 후에 용기의 표면을 연마시키는 표면연마단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단결정 용기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 단결정 용기를 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 단결정 고유의 특성인 뛰어난 광택 및 색채감, 그리고 일반금속보다 더욱 단단한 성질을 이용하여 육성된 단결정으로부터 단결정 용기를 제조한 것이며, 종래에 용기의 특성을 보완하여 단결정 고유의 우수한 특성을 그대로 가지는 용기의 제조가 가능한 이점이 있다.

단결정 용기 광택 초크랄스키 브리지만

Description

단결정 용기의 제조방법 및 그 단결정 용기{single crystal vessel manufacturing method and the single crystal vessel}

도 1 - 본 발명에 따른 단결정 용기의 제조방법을 나타낸 모식도.

도 2 - 본 발명의 일실시예에 따라 육성된 단결정 및 이를 가공한 단결정 용기에 대한 사진을 나타낸 도.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

10 : 육성된 단결정 100 : 선반밀링기

200 : 밀링드릴기 300 : 연마브러셔

본 발명은 단결정 용기의 제조방법 및 그 단결정 용기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단결정육성 방법을 이용하여 단결정을 성장시킨 후, 제조된 단결정을 이용하여 용기의 형상으로 가공시켜 단결정 용기를 형성시키는 단결정 용기 제조방법 및 그 단결정 용기에 관한 것이다.

일반적으로 단결정은 어떤 고체 안에 존재하는 원자·이온·분자가 규칙적인 배열을 가지는 것으로, 전체적으로 내부 원자 배열이 규칙적이면서 완전한 구조를 갖는 것을 말한다. 이러한 단결정은 내부 원자의 규칙적인 배열에 의해 광택이 뛰어나고 깊은 색채감을 느낄 수 있으며, 격자결함이 없고 광택이 오래가게 된다. 또한 구조가 빈틈없이 완벽하므로 일반금속보다 2~3배 더 단단한 성질을 가지고 있다.

이러한 금속 단결정 중에 특히 은(Ag)으로 이루어진 단결정은 일반금속으로써 은에 비해 아주 우수한 특성을 지닐 것으로 예상되고 있다. 특히 시중에 파는 은수저나 은용기의 경우에 일정 시간이 지나면 변색되거나 움푹파이는 등 변형이 쉽게 일어나는 단점이 있다. 이러한 은용기 등을 주물이 아닌 은 단결정 성장에 의한 단결정 용기를 만든다면 특히, 단결정의 장점인 변색이 없으며, 광택이 오래가고 단단함을 유지할 수 있어 종래의 이러한 문제점을 해결할 수 있게 되는 것이다.

또한 근래에는 은의 항균, 살균력이 뛰어난 특성을 이용하여 각종 생활용품이나 전자제품 등에 활용이 되고 있는 실정이다. 그러나 이러한 은의 특성을 이용한 제품을 살펴보면 단순히 제품 표면에 은을 코팅하거나, 제품 성형시 은분말을 첨가하여 성형하는 방법을 사용하는 것임을 알 수 있다.

이러한 방법은 단결정으로써 은의 우수한 특성을 활용하지 못할 뿐만 아니라, 항균, 살균력이 그다지 뛰어나지 못하며, 은 고유의 색채나 광택이 제대로 드러나지 않는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종자결정을 사용하여 금속 단결정을 육성한 뒤 가공하여 금속 단결정을 용 기의 형상으로 성형하여 단결정 용기를 제조시키기 위한 단결정 용기 제조방법 및 그 단결정 용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적 달성을 위해 본 발명은, 금, 동, 은, 알루미늄, 니켈로 구성된 그룹 중 하나 이상의 금속을 성장도가니에 수용시키고, 성장도가니에 수용된 금속을 가열하여 용융시킨 후, 결정구조를 가진 종자결정을 시드로 이용하여 초크랄스키 또는 브리지만 방법에 의해 단결정을 성장시키는 단결정육성단계와; 상기 육성된 단결정을 이용하여 용기의 외형을 형성시키는 외형형성단계와; 상기 외형형성단계 후에 용기의 내형을 형성시키는 내형형성단계와; 상기 내형형성단계 후에 용기의 표면을 연마시키는 표면연마단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 단결정 용기의 제조방법 및 이에 의해 제조된 단결정 용기를 기술적 요지로 한다.

여기에서, 상기 외형형성단계는, 3차원 방전가공기 또는 선반밀링기에 의해 구현되며, 상기 내형형성단계는, 3차원 방전가공기 또는 밀링드릴기에 의해 구현되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 용기의 외표면에 음각 또는 양각 문양을 더 형성시키는 것이 바람직하다.

이에 따라, 단결정 고유의 특성인 뛰어난 광택 및 색채감, 그리고 일반금속보다 더욱 단단한 성질을 이용하여 육성된 단결정으로부터 단결정 용기를 제조한 것이며, 종래에 용기의 특성을 보완하여 단결정 고유의 우수한 특성을 그대로 가지는 용기의 제조가 가능한 이점이 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

먼저, 육성하고자 하는 금속 덩어리(금, 구리, 은, 알루미늄, 니켈, 기타 이들 중 하나의 금속 덩어리)를 성장도가니(BN도가니, 석영도가니, 흑연도가니, 알루미나도가니 등)에 넣어서, 상기 금속덩어리가 포함되어 있는 성장도가니를 유도코일을 이용한 유도가열 또는 탄소히터를 이용하여 상기 금속덩어리를 용융시킨다. 본 발명에서는 성장도가니로 흑연도가니를 사용하거나 또는 흑연도가니를 외부도가니로 사용하고 BN도가니, 석영도가니, 알루미나도가니 중 하나를 내부도가니로 사용하는 이중 구조도가니를 이용하였다.

본 발명에서는 은 단결정을 육성하는 방법에 대해 상세히 기술하기로 한다.

여기서 구리와 은이 탄소와 화학적 결합을 하지 않으므로 성장도가니를 흑연도가니 또는 외부도가니가 흑연도가니인 이중 구조도가니를 사용하였다. 성장도가니를 발열체로 사용하는 이유는 금속 단결정이 육성되어지면서 도가니에 잔류한 용융상태의 덩어리 양이 감소되는 경우에 유도 가열의 온도 조절이 어렵다는 것이다. 그래서 성장도가니를 발열체로 사용하여 도가니 자체의 온도를 제어하는 것이 금속단결정을 육성하는데 용이하다는 것이다. 성장도가니와 일반 구리와 은은 흑연 히터 또는 RF 유도코일을 이용하여 금속의 녹는점까지 가열한다. 구리와 은의 녹는점이 각각 1083℃, 962℃이므로 녹는점보다 30℃ 정도 높은 온도까지 가열하여 구리와 은을 완전히 녹인다.

그리고 원하는 결정구조를 지닌 종자결정인 시드를 제조하여 초크랄스키 방법에 의해 단결정을 육성시키게 되는 바, 종자결정인 시드는 (100), (110), (111) 방향으로 막대모양으로 각각 제조하였다. 또한 구리단결정을 육성하기 위해 성장온도는 1100℃~1000℃의 범위 내에서 실시하였으며, 은 단결정을 육성하기 위해 성장온도는 1000℃~900℃의 범위 내에서 실시하였고, 액상의 온도를 0.1~1℃/min 정도 조절해가면서 성장시키는 종자결정을 이용한 초크랄스키 방법으로 구리와 은의 고순도 금속 단결정을 육성한다.

상기에서는 초크랄스키 방법에 의해 단결정을 육성하는 방법에 대해 설명하였으나 브리지만 방법에 의해 단결정을 형성하여도 무방하다.

다음은 육성된 단결정(10)을 이용하여 용기를 제조하여야 하는 바, 먼저 상기 고순도의 육성된 단결정(10)을 선반밀링기(100)에 고정시키고, 육성된 단결정(10)을 고속으로 회전시키면서 용기의 외형을 형성시키게 된다. 또한 선반밀링에 의해 외형을 형성하는 방법 외에 3차원 방전가공기에 의한 방전가공을 실시하여 용기의 외형을 형성시켜도 무방하다.

그리고, 용기의 외형의 형성이 완료되면, 밀링드릴기(200)로 외형이 형성된 용기의 내부를 파내어 용기의 내형을 형성시키게 된다. 또한 밀링드릴에 의해 내형을 형성하는 방법 외에 3차원 방전가공기에 의한 방전가공을 실시하여 용기의 내형을 형성시켜도 무방하다.

그리고, 용기의 외형 및 내형의 형성이 완료되면, 용기의 표면을 연마브러셔(300)로 연마하게 된다.

도 1은 이러한 단결정 용기의 제조공정을 도식화한 것이며, 도 2는 실제 육성된 은 단결정과 이를 가공하여 은 용기의 하나로써 와인잔을 제조한 사진을 나타낸 도면이다.

또한 이러한 단결정 용기의 외표면에는 수요자의 필요에 의해 양각이나 음각 문양을 더 형성시킬 수 있으며, 이러한 문양형성방법은 미세 레이저 가공이나 수공예에 의해 구현될 수 있다.

여기에서 용기는 각종 장식용, 의료용, 생활용 및 주방용 등 다양한 용도로 사용이 가능하며, 특히 장식용으로 사용되는 경우에는 은 단결정의 뛰어난 광택과 깊은 색채감의 특성을 주로 이용한 것이 되고, 의료용으로 사용하는 경우에는 은 자체의 항균, 살균 특성을 주로 이용한 것이 되며, 생활용 및 주방용으로 사용하는 경우에는 은 단결정이 일반금속 은보다 단단하며, 광택, 색채감, 살균력이 뛰어난 점을 이용한 것이 된다.

상기 구성에 의한 본 발명은 단결정 고유의 특성인 뛰어난 광택 및 색채감, 그리고 일반금속보다 더욱 단단한 성질을 이용하여 육성된 단결정으로부터 단결정 용기를 제조한 것이며, 종래에 용기의 특성을 보완하여 단결정 고유의 우수한 특성을 그대로 가지는 용기의 제조가 가능한 효과가 있다.

Claims (6)

1. 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈로 구성된 그룹 중 하나 이상의 금속을 성장도가니에 수용시키고, 성장도가니에 수용된 금속을 가열하여 용융시킨 후, 결정구조를 가진 종자결정을 시드로 이용하여 초크랄스키 또는 브리지만 방법에 의해 단결정을 성장시키는 단결정육성단계와;

   상기 육성된 단결정을 이용하여 용기의 외형을 형성시키는 외형형성단계와;

   상기 외형형성단계 후에 용기의 내형을 형성시키는 내형형성단계와;

   상기 내형형성단계 후에 용기의 표면을 연마시키는 표면연마단계;를 포함하여 이루어지는 단결정 용기 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 외형형성단계는,

   3차원 방전가공기 또는 선반밀링기에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 단결정 용기 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 내형형성단계는,

   3차원 방전가공기 또는 밀링드릴기에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 단결정 용기 제조방법.
4. 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 용기의 외표면에 음각 또 는 양각 문양을 더 형성시키는 것을 특징으로 하는 단결정 용기 제조방법.
5. 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈로 구성된 그룹 중 하나 이상의 금속을 가열, 용융시켜 종자결정을 시드로 이용하여 초크랄스키 또는 브리지만 방법에 의해 육성된 단결정을 가공하여 용기의 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 단결정 용기.
6. 제 5항에 있어서, 상기 용기의 외표면에 음각 또는 양각 문양을 더 형성시키는 것을 특징으로 하는 단결정 용기.

Images