KR101068712B1 - 일체형 끼움부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고밀도화와 같은 제조공정 동안 적층된 환형상의 예비형성품들 사이에 간격을 유지하는 하는 데에 사용되는 구멍이 뚫린 금속재료로 만들어지고서 환형상으로 된 일체형 또는 단일한 끼움부재에 관한 것으로, 바람직하기로 사용된 금속재료는 적어도 고밀도화 공정 동안 직면하는 온도를 견딜 수 있고, 이 일체형 구조는 처리실에서 예비형성품의 배치를 단순화시키면서 예비형성품이 덜 변형되게 하는데, 한 예로 상기 끼움부재는 금속망으로 만들어지고 크림프 직조구조를 이용하고 있다.

Description

일체형 끼움부재 {ONE PIECE SHIM}

본 발명은 제조공정 동안 적층된 다공성 기판(基板)을 이격되게 하는 데에 사용되는 끼움부재에 관한 것으로, 특히 화학증기침투(CVI)와 같은 고밀도화 공정 동안 적층된 환형상의 복합재료 예비형성품을 이격되게 하는 데에 사용되는, 금속으로 된 환형상의 끼움부재에 관한 것이다.

복합재료 예비형성품은 환형상의 예비형성품으로 되어 브레이크 디스크나 다른 마찰부재로 만들어질 수 있다.

브레이크 디스크 등을 만들기 위해 환형상의 예비형성품을 고밀도화시키는 장치가, 예컨대 2003년 8월 14일에 출원된 미국 특허 출원 제10/468,031호에 설명되어 있으며, 그 대표도가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에서는, 탄소섬유로 만들어진 환형상의 예비형성품(20) 또는 기판으로 이루어진 적재물(load)을 그 안에 수용하는 구획부(10)를 갖춘 처리실을 아주 개략적으로 도시하고 있는바, 상기 적재물은 통상 수직하게 정렬된 중앙통로를 갖춘 기판들의 적층물 형태로 되어 있으며, 이 적층물은 하나 이상의 중간지지판(12)에 의해 분리되고서 겹쳐 놓여진 다수의 적층부로 이루어진다.

적층된 기판들은 스페이서(30)에 의해 서로 분리되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 스페이서(30)는 방사상으로 위치될 수 있으며 그 수는 변경될 수 있다. 이들 스페이서는 전체 적층물에 걸쳐 인접한 기판들 사이에 대체로 일정한 높이의 틈새(22)를 제공하는 한편, 기판들의 통상 정렬된 중앙통로로 구성되는 적층물의 내부(24)가 구획부(10)의 안쪽에 있는 적층물의 외부(26)와 연통되게 한다.

도 1에 도시된 예에서, 구획부(10)는 기판들의 단일한 적층물을 수용하고 있는데, 변형예에서는 다수의 적층물이 같은 구획부 안에 나란히 위치될 수 있다.

상기 구획부(10)는 예컨대 흑연으로 만들어진 서셉터(susceptor:14)로 가열되는데, 이 서셉터는 구획부(10)를 형성하면서 서셉터를 둘러싸는 케이싱(17)의 외부에 위치된 유도코일(16)과 유도성 결합으로 연결되어 있다. 예컨대 저항가열(줄(Joule) 효과)과 같은 다른 가열방법이 이용될 수 있다.

하나 이상의 탄소선구물질을 함유한 가스, 즉 메탄 또는 프로판과 같은 전형적인 탄화수소가스가 구획부(10) 안으로 들어가게 된다. 도시된 예에서, 이러한 가스주입은 구획부의 바닥(10a)을 통해 이루어진다. 상기 가스는 기판들의 적층물을 지지하는 플레이트(11)의 밑에 있는 구획부의 바닥부분에서 하나 위에 다른 하나가 위치되고서 구멍이 뚫린 하나 이상의 플레이트로 형성된 예열영역(18)을 통과한다. 예열영역의 플레이트들(구획부 내부의 온도로 상승된)로 가열된 가스는 자유로이 구획부 안으로 흘러서 동시에 적층물의 내부(24)와 외부(26) 및 틈새(22)를 지나간다. 나머지 가스는 커버(10b)에 형성된 출구를 통한 흡입에 의해 구획부에서 배출된다.

스페이서(30)는 개별적으로 놓이는 블록부재로서, 이들 대부분은 통상 알루 미나로 만들어진다. 하지만, 일단 형성되면 알루미나로 된 블록부재는 매우 약하게 되어서 파손에 의한 손실량이 아주 많게 된다. 실제로, 정상적인 사용시 종래의 알루미나로 된 블록부재는 겨우 2, 3회의 고밀도화 사이클을 견딜 뿐이다. 알루미나로 된 블록부재가 자주 교체되어야 하기 때문에 이는 당연히 제조비용을 증대시키는 문제점이 있었다.

더구나, 각 예비형성품층 사이에 알루미나로 된 개별적인 블록부재를 수동으로 적당히 위치시키는 것은 아주 많은 시간이 소요되게 한다. 설명을 위한 예로서 도 2에는 6개의 블록부재가 도시되어 있는데, 실제로는 12개의 블록부재가 사용된다. 손상시키지 않도록 약한 블록부재들을 다루기 위해 요구되는 세심한 주의로 인해 시간이 더욱 소모되게 된다. 일반적으로, 예비형성품으로 된 7개의 트레이(각각 12개 내지 14개의 예비형성품 적층물을 갖춘)를 구성하는 완전한 고밀도화 처리공정은 종래의 방법에 따르면 작업하는 데에 하루 내지 이틀의 작업일이 소요될 수 있다.

개별적인 스페이서(30)를 사용함에 따른 다른 문제점은, 그 위에 적층된 예비형성품(또는 스페이서)의 중량에 의해 예비형성품에 변형(완전히 부서지거나 눌려서 움푹 들어가거나)이 생기는 경향이 있다는 것이다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 스페이서(30)들 사이에는 예비형성품의 외주로 지지되지 않은 많은 면적이 있게 된다. 예비형성품의 재료가 전체적으로 유연하고, 알루미나로 된 스페이서(30)가 변형되지 않기 때문에, 스페이서에 대응되는 위치에서 예비형성품의 표면에 움푹 들어간 부분이 생기게 된다. 그런데, 약간의 이러한 변형들은 마무리 단계에 서 특별히 기계가공되어, 마찰용으로 사용될 수 있는 바람직한 평탄면을 이루어야 한다. 따라서, 공지된 처리공정에서 일어나는 변형과 이들 변형을 제거하기 위한 최종 기계가공단계를 미리 감안하여, 각 예비형성품의 두께는 최종 제품에서 요구되는 것보다 두껍게 되는데, 이렇게 기계가공된 재료들은 경제적으로 낭비되게 된다.

이에 본 발명은 적층된 환형상의 예비형성품을 이격되게 하는 데에 사용되는 일체형 또는 단일한 환형상의 끼움부재에 관한 것이다.

본 발명에 따른 끼움부재는 대향하는 제1표면(상부면)과 제2표면(하부면)을 갖추고서 전체적으로 평탄하게 된 환형상의 형태로 되어 있다. 상기 표면들 중 적어도 하나는 끼움부재의 내부공간과 외부가 연통하도록 방사상으로 뻗어 있는 가스흐름경로를 적어도 부분적으로 형성하도록 되어 있다.

본 발명에 따른 끼움부재는 바람직하기로 그 인접한 환형상의 예비형성품의 방사상 크기와 유사하다. 즉, 상기 끼움부재는 바람직하기로 환형상의 예비형성품에 대해 유사한 내경과 유사한 외경을 가지고 있다. 끼움부재가 환형상의 예비형성품과 전체적으로 크기가 같지 않으면, 상기 환형상의 예비형성품보다 큰(즉 방사상으로 넓은) 것보다는 오히려 끼움부재를 약간 작게(즉 환형상의 예비형성품보다 내경이 크거나 외경이 작은) 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 한 예에서, 끼움부재는 금속망 재료를 포함한, 개구부가 형성되어 있는 금속재료로 만들어질 수 있는데, 이에 한정되지 않는다. 상기 금속재료는 보다 간단하고 저렴하게 제조되고 연마될 수 있도록 별도의 외피가 없이(즉 탈결합 코팅부를 포함한 코팅부가 없는) 금속재료 자체로 이루어질 수 있다.

본 발명은 첨부도면을 참조로 하면 더욱 잘 이해될 것이다.

도 1은 적층된 환형상의 예비형성품을 고밀도화시키는 처리실을 도시한 단면도이다.

도 2는 도 1의 적층된 환형상의 예비형성품을 이격시키는 개별적인 스페이서의 배치를 도시한 평면도이다.

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 일체형 끼움부재의 한 예를 도시한 도면들이다.

이들 도면은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것이지 한정하는 것으로 해석되지 않는다. 또한, 이들 도면에서 각 부재는 전체적으로 또는 상관적으로 반드시 일정한 비율로 될 필요는 없다.

전체적으로, 본 발명에 따른 끼움부재는 본질적으로 유용한 특성을 갖고 있다.

일체형 또는 단일한 구조는, 적층물에 있는 모든 환형상의 예비형성품 사이에다 다수의 개별적인 스페이서를 사용하는 것에 비해, 적층된 환형상의 예비형성품을 처리실에 적재하는 것을 아주 용이하게 한다. 도 2를 참조로 하여 전술된 종래의 구조에서는 종래의 스페이서를 각각 수동으로 위치시켜야 한다. 더구나, 종래 의 스페이서가 통상 알루미나와 같은 아주 약한 재료로 만들어지기 때문에, 원래 길고 지루한 수동작업 동안 각각의 스페이서는 아주 조심스럽게 다루어져서 손상되지 않도록 해야만 한다. 또한, 상기 스페이서는 비교적 작고 아주 얇아서(예컨대 1×4×0.1 인치), 다루기가 어렵게 되어 있다.

본 발명에 따른 일체형 끼움부재를 사용함으로써, 이 끼움부재를 위치시키는 한 번의 작업으로 종래의 방법에 따라 개별적인 스페이서를 여러 번 놓아야 하는 작업들을 대체할 수 있다. 전술된 종래의 방법으로 처리실에 적재하는 데에 하루 내지 이틀 걸리는 것에 비해, 본 발명에 따른 일체형 끼움부재를 사용하면 동일한 조건에서 적재시간을 2 내지 4시간으로 줄일 수 있다.

덧붙여, 본 발명에 따른 일체형 끼움부재의 구조는, 도 2에 도시된 종래의 개별적인 스페이서의 사용에 비해서, 더욱 넓은 면적에 걸쳐 적층된 하나 이상의 환형상의 예비형성품의 중량을 더욱 우수하게 지지할 수 있게 된다. 특히, 환형상의 일체형 끼움부재의 방사상 폭은 환형상의 예비형성품의 방사상 폭과 대략 같거나 조금 좁아야 한다. 따라서, 각각의 환형상의 예비형성품은 처리실에서 제거되어진 후 덜 변형되게 된다. 이는 고밀도화 공정 후에 유용하게 변형되지 않은 표면을 얻기 위해 수정하는 기계가공이 덜 필요하게 됨을 의미한다.

전술된 바와 같이, 일체형 끼움부재는 바람직하기로 환형상의 예비형성품과 대략 같은 방사상 폭을 같거나, 조금 좁게(예컨대 그 내경 또는 외부에 대해 약 5mm 정도) 되어 있다. 일체형 끼움부재가 환형상의 예비형성품보다 넓게 되면, 노출된 부분에 고밀도화 가스의 분해로부터 생긴 찌꺼기 조성물(열분해 탄소 (pyrolytic carbon)와 같은)이 있게 된다. 이는 상기 끼움부재의 수명을 감소시키거나, 상기와 같은 조성물을 제거하기 위한 추가적인 연마공정을 필요로 하게 된다. 더구나, 상기 끼움부재가 환형상의 예비형성품의 외부선단을 지나 방사상 바깥쪽으로 뻗어 있으면, 동시에 이루어지는 처리공정(빈번히 행해지는)을 위해 처리실에 다수의 환형상의 예비형성품 적층물을 위치시키는 데에 문제를 일으킨다. 이는 처리실 내에서 이격되는 문제 때문에 적은 수의 적층물만 함께 처리될 수 있는 한도까지 생산효율에 악영향을 끼치게 된다.

전체적으로, 본 발명에 따른 일체형 끼움부재는 실제로 한쪽 또는 양쪽 표면에 이 일체형 끼움부재의 방사상 내부와 그 방사상 외부를 연통시키는 가스흐름경로를 적어도 부분적으로 형성하도록 방사상으로 뻗어 있는 채널 또는 다른 구조물을 구비하고 있다. 여기서, 어떤 경우에는 가스흐름경로가 상기 일체형 끼움부재의 구조물과 상호작용하는 환형상의 예비형성품들 중 하나의 반대쪽 표면에 의해 부분적으로 형성되기 때문에, "부분적으로" 형성된 가스흐름경로로 언급되었다. 일체형 끼움부재를 이용하는 가스흐름경로의 단면적은 사실상 종래기술에 따른 구조의 단면적에 대해 상당히 비교된다. 하지만, 이러한 고려는 개개의 상황에 따라 변화될 수 있다.

가스흐름경로의 집합적인 단면적은 예컨대 각 채널 또는 이와 유사한 것의 크기를 조정하거나, 더 많은 채널 또는 이와 유사한 것을 구비함으로써 영향받을 수 있다. 이 점에 관한 결정요인은 위에 놓인 환형상의 예비형성품에 대한 지지를 바람직한 수준으로 유지하는 것이다.

본 발명에 따른 일체형 끼움부재는 약 1100℃까지의 온도, 바람직하기로는 약 1200℃ 내지 1400℃까지(안전을 위해)의 온도를 견딜 수 있는 내화성 재료로 만들어져야 한다. 바람직하기로, 선택된 재료는 상기 작동온도에서 예비형성품과 최소로 반응하는 것이어야 한다.

고려해 보면, 일체형 끼움부재로 적당한 재료의 예로는 스테인리스강과, 인코넬(Inconel) 합금, 타이타늄, 몰리브덴, 탄탈럼 및, 텅스텐과 같은 금속재료가 있는데, 이들에 한정되지는 않는다.

도 3a는 본 발명에 따른 환형상의 끼움부재(600)의 한 예를 도시한 평면도이고, 도 3b는 그 일부확대도를 포함한 대응되는 정면도이다.

환형상의 끼움부재(600)는 전체적으로 약 20% 내지 약 80%의 개방면적을 갖도록 구멍들이 뚫린 금속재료로 만들어진다. 그 특정한 예에서는, 환형상의 끼움부재(600)가 금속망 재료로 만들어진다.

환형상의 끼움부재(600)를 만드는 데에 사용되는 금속재료는 전술된 바와 같이 약 1100℃까지의 온도, 바람직하기로는 약 1200℃ 내지 1400℃까지(안전을 위해)의 온도를 견딜 수 있는 내화성 재료로 만들어져야 한다. 스테인리스강과, 인코넬 합금, 타이타늄, 몰리브덴, 탄탈럼, 텅스텐 등이 모두 적당한 금속재료의 예에 해당된다.

환형상의 끼움부재(600)는 적층재료의 하나의 시트를 적당한 크기의 환형상으로 절단함으로써 형성된다. 한정되지는 않지만, 컴퓨터 제어의 레이저절단과 같은 임의의 적당한 산업상의 절단방법이 이용될 수 있다.

도 3a와 도 3b는 망재료를 사용하여 환형상의 끼움부재(600)를 만드는 한 예 를 도시하고 있다. 도 3b의 확대된 부분에서 명확히 볼 수 있는 바와 같이, 망재료는 공지된 방법, 특히 크림프 직조(crimped weave)법에 따라 제조된 직조망이다. 이 직조망은 망에서 적어도 한쪽 방향으로 와이어를 미리 형성하는 것(즉 물결모양으로 하는 것)과 관계가 있다. 예컨대, 와이어(604)에 대해 도 3b에 도시된 물결모양의 와이어(602)를 참조한다. 따라서, 와이어(602)의 굽이침이 사실상 가로지르는 와이어(604)에 인접한 개방공간에 있게 된다. 이들 개방공간(환형상의 끼움부재(600)의 영역에 걸쳐 서로 연결되어 있는)은 집합적으로, 고밀도화 가스가 환형상의 끼움부재(600)의 내부와 외부 사이로 통과할 수 있는 통로를 제공한다.

전체적으로, 환형상의 끼움부재(600)의 두께는 와이어(602 또는 604)의 직경의 약 두 배이다. 한 예에서, 환형상의 끼움부재(600)의 전체 두께는 1mm와 약 6mm 사이에 있다.

환형상의 끼움부재(600)는 환형상의 예비형성품과 열팽창특성이 상당히 달라서, 이들 사이의 접합이 거의 없고 환형상의 끼움부재의 탈결합 코팅부가 생략될 수 있다. 더구나, 금속망은 예컨대 샌드블라스팅에 의해 용이하고 간단하게 보수될 수 있다.

고밀도화가 일어나는 온도로 인해 예비형성품에 어느 정도의 금속오염이 있을 수는 있지만, 이러한 오염의 정도는 정상적인 제조공정에서 표면가공 및 이와 유사한 것(예컨대 예비형성품의 구멍을 다시 열어 고밀도화가 향상될 수 있는 중간 기계가공)으로 손실되는 재료의 양에 견주어 보면 무시해도 될 정도이다. 따라서, 있을 수 있는 오염물질은 통상 어떻게 해서든 제거된다.

본 발명이 가장 실질적인 실시예에 대해 설명되었지만, 이는 단지 예로서 적당한 응용과 변형이 첨부된 청구범위의 정신과 범주 내에서 이루어질 수 있다.

Claims (22)

1. 대향되는 제1표면(상부면)과 제2표면(하부면)을 갖고, 이들 표면들을 관통하여 형성된 다수의 개구부를 갖추고 있고, 금속재료로 만들어지며, 내부(24)와 외부(26)가 연통하도록, 부분적으로 또는 전체적으로 방사상으로 뻗어 있는 다수의 가스흐름경로를 형성하는 환형상의 끼움부재(600).
2. 제1항에 있어서, 상기 금속재료는 별도의 외피나 코팅부가 없는 금속재료 자체로 이루어진 끼움부재.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속재료는 철망인 끼움부재.
4. 제3항에 있어서, 상기 금속재료는 내화성 재료인 끼움부재.
5. 제3항에 있어서, 상기 금속재료는 스테인리스강과, 인코넬 합금, 타이타늄, 몰리브덴, 탄탈럼, 텅스텐 중 하나 이상으로 구성된 끼움부재.
6. 제3항에 있어서, 상기 철망은 20% 내지 80%의 개방영역을 갖춘 끼움부재.
7. 제3항에 있어서, 상기 끼움부재는 1mm 내지 6mm의 유효두께를 갖는 끼움부재.
8. 제3항에 있어서, 상기 철망은 크림프 직조망을 구비하는 끼움부재.
9. 제3항에 있어서, 상기 끼움부재는 철망을 구성하는 와이어의 직경의 두 배인 유효두께를 갖는 끼움부재.
10. 제4항에 있어서, 상기 내화성 재료는 1400℃까지의 온도를 견딜 수 있는 끼움부재.
11. 탄소섬유로 된 다수의 환형상의 예비형성품(20)을 적층하되,

    금속재료로 만들어진 환형상의 끼움부재(600)가 상기 탄소섬유로 된 환형상의 예비형성품(20)들 사이에 구비되고, 적층된 상기 탄소섬유로 된 다수의 환형상의 예비형성품(20)과 환형상의 끼움부재(600)는 집합적으로 적층물 내에 내부공간을 형성하며,

    상기 환형상의 끼움부재(600)는 각각 대향되는 제1표면(상부면)과 제2표면(하부면)을 갖추고서, 상기 적층물의 외부(26)와 적층물의 내부(24)를 연통시키도록 방사상으로 뻗은 다수의 가스흐름경로를 부분적으로 또는 전체적으로 형성하는 것을 특징으로 하는, 화학증기침투공정을 위해 탄소섬유로 된 다수의 환형상의 예비형성품을 준비하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 금속재료는 별도의 외피나 코팅부가 없는 금속재료 자체로 이루어진 예비형성품을 준비하는 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 금속재료는 철망인 예비형성품을 준비하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 금속재료는 내화성 재료인 예비형성품을 준비하는 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 금속재료는 스테인리스강과, 인코넬 합금, 타이타늄, 몰리브덴, 탄탈럼, 텅스텐 중 하나 이상으로 구성된 예비형성품을 준비하는 방법.
16. 제13항에 있어서, 상기 철망은 20% 내지 80%의 개방영역을 갖춘 예비형성품을 준비하는 방법.
17. 제13항에 있어서, 상기 끼움부재는 1mm 내지 6mm의 유효두께를 갖는 예비형성품을 준비하는 방법.
18. 제13항에 있어서, 상기 철망은 크림프 직조망을 구비하는 예비형성품을 준비하는 방법.
19. 제13항에 있어서, 상기 끼움부재는 철망을 구성하는 와이어의 직경의 두 배인 유효두께를 갖는 예비형성품을 준비하는 방법.
20. 제14항에 있어서, 상기 내화성 재료는 1400℃까지의 온도를 견딜 수 있는 예비형성품을 준비하는 방법.
21. 제11항에 있어서, 상기 각각의 환형상의 끼움부재는 탄소섬유로 된 환형상의 예비형성품의 외경보다 작은 외경과, 탄소섬유로 된 환형상의 예비형성품의 내경보다 큰 내경을 갖는 예비형성품을 준비하는 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 각각의 환형상의 끼움부재의 외경과 내경은 탄소섬유로 된 환형상의 예비형성품의 외경보다 5mm 작고, 내경보다 5mm 크게 되는 예비형성품을 준비하는 방법.

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