KR101210064B1 - 진공 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 진공 열처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 위치하는 단열 부재; 상기 단열 부재 내에 위치한 반응 용기; 및 상기 반응 용기와 상기 단열 부재 사이에 위치하는 가열 부재를 포함한다. 상기 단열 부재는, 제1 단열 부재, 그리고 상기 제1 단열 부재 내부에서 상기 제1 단열 부재와 이격되는 제2 단열 부재를 포함한다.

Description

진공 열처리 장치{VACUUM HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 기재는 진공 열처리 장치에 관한 것이다.
진공 열처리 장치는 원료를 도가니에 넣고 열처리하여 원하는 물질을 형성하는 장치로서, 진공 상태에서 열처리를 수행하여 주위로부터의 오염이 상대적으로 적은 장점이 있다. 이러한 진공 열처리 장치에서는, 진공으로 유지되는 챔버 내에 단열 부재를 위치시키고 이 단열 부재 내에 히터를 위치시켜 원료를 가열한다.
그런데, 열처리 중에 챔버와 단열 부재 사이의 불순물이 단열 부재를 통과하여 단열 부재 내로 혼입되어 제조된 물질의 순도를 저하시키거나, 단열 부재에 부착되어 수명을 저하시킬 수 있다. 또는, 반응 중에 형성된 반응 가스 또는 반응되지 않고 남은 미반응 가스 등이 단열 분재에 부착되어 수명을 저하시킬 수 있다.
실시예는 고순도의 물질을 제조할 수 있으며 수명을 향상할 수 있는 진공 열처리 장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 진공 열처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 위치하는 단열 부재; 상기 단열 부재 내에 위치한 반응 용기; 및 상기 반응 용기와 상기 단열 부재 사이에 위치하는 가열 부재를 포함한다. 상기 단열 부재는, 제1 단열 부재, 그리고 상기 제1 단열 부재 내부에서 상기 제1 단열 부재와 이격되는 제2 단열 부재를 포함한다.
상기 제1 단열 부재와 상기 제2 단열 부재의 사이 공간에 분위기 가스를 주입하는 가스 주입부를 더 포함할 수 있다. 상기 가스 주입부는 외부로부터 상기 분위기 가스가 주입되는 통로를 제공하는 가스 주입관을 포함할 수 있다. 상기 가스 주입관이 흑연을 포함할 수 있다. 상기 분위기 가스가 아르곤 가스 또는 수소 가스일 수 있다.
상기 제2 단열 부재 내부로부터 가스를 배출하는 가스 배출부를 더 포함할 수 있다. 상기 가스 배출부는 상기 가스가 상기 제2 단열 부재 내부로부터 외부로 배출되는 통로를 제공하는 가스 배출관을 포함할 수 있다. 상기 가스 배출관이 흑연을 포함할 수 있다.
상기 제1 단열 부재와 상기 제2 단열 부재는 흑연을 포함할 수 있다.
상기 제1 단열 부재와 상기 제2 단열 부재 사이의 압력을 제1 압력, 상기 제2 단열 부재 내부의 압력을 제2 압력이라 할 때, 상기 제1 압력이 상기 제2 압력보다 더 클 수 있다.
상기 제1 단열 부재와 상기 제2 단열 부재 사이의 압력을 제1 압력, 상기 제1 단열 부재와 상기 챔버 사이의 압력을 제3 압력이라 할 때, 상기 제1 압력이 상기 제3 압력보다 더 클 수 있다.
상기 진공 열처리 장치가 탄화 규소의 제조에 이용될 수 있다. 상기 제2 단열 부재의 내부로부터 미반응 가스 또는 반응 가스를 배출하는 가스 배출부를 더 포함하고, 상기 미반응 가스 또는 상기 반응 가스가 일산화 탄소, 이산화 탄소 및 일산화 규소 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 실시예에 따른 진공 열처리 장치는 단열 부재가 서로 이격되는 제1 단열 부재와 제2 단열 부재를 포함하여, 제1 및 제2 단열 부재 사이의 공간을 가스의 흐름을 제어하는 공간으로 이용할 수 있다.
즉, 제1 단열 부재와 제2 단열 부재의 사이 공간에 가스를 주입함으로써, 챔버 내에 있는 금속 또는 오염 물질이 반응 용기 내로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 진공 열처리 장치에 의해 제조된 물질(일례로, 탄화 규소)의 순도 및 품질을 향상할 수 있다.
또한, 가스 배출부에 의하여 제2 단열 부재 내부에 있는 반응 가스 또는 미반응 가스를 배출하여, 이들이 제1 단열 부재와 제2 단열 부재 등에 붙는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 진공 열처리 장치의 오염 및 고장을 방지하여 수명을 늘릴 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 진공 열처리 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 진공 열처리 장치에서의 가스 흐름을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 제1 실시예에 따른 진공 열처리 장치의 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 진공 열처리 장치(100)는, 챔버(10)와, 챔버(10) 내에 위치한 단열 부재(20)와, 단열 부재(20) 내에 위치한 반응 용기(30) 및 가열 부재(40)를 포함한다. 그리고 단열 부재(20)의 내부 공간으로 가스를 주입하는 가스 주입부(50)와, 단열 부재(20) 내부로부터 반응 가스 또는 미반응 가스를 배출하는 가스 배출부(60)를 더 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
분위기 가스 공급 파이프(도시하지 않음)를 통하여 챔버(10)의 내부로 분위기 가스가 주입된다. 분위기 가스로는 아르곤 가스 또는 수소 가스를 사용할 수 있다.
챔버(10) 내에 위치하는 단열 부재(20)는 반응 용기(30)가 반응에 적정한 온도로 유지될 수 있도록 단열시키는 역할을 한다.
본 실시예에서 단열 부재(20)는, 제1 단열 부재(22)와, 이 제1 단열 부재(22) 내부에서 제1 단열 부재(22)와 이격되어 위치하는 제2 단열 부재(24)를 포함한다. 이에 따라, 제1 단열 부재(22)와 제2 단열 부재(24) 사이에 소정의 공간이 위치할 수 있다. 본 실시예에서는 이 공간을 가스의 흐름을 제어하는 공간으로 이용하여 제조된 물질의 순도를 향상하고, 진공 열처리 장치(100)의 수명을 늘릴 수 있다. 이에 대해서는 추후에 좀더 상세하게 설명한다.
이러한 단열 부재(20), 즉 제1 단열 부재(22)와 제2 단열 부재(24)는 고온에 견딜 수 있도록 흑연을 포함할 수 있다.
단열 부재(20) 내에는 원료가 충전되고 이들의 반응에 의하여 원하는 물질이 생성되는 반응 용기(30)가 위치한다. 이러한 반응 용기(30)는 고온에 견딜 수 있도록 흑연을 포함할 수 있다. 반응 중에 생성되는 반응 가스 또는 반응하지 않은 미반응 가스 등은 반응 용기(30)에 연결된 배기구(12)을 통하여 배출할 수 있다.
단열 부재(20)와 반응 용기(30) 사이에는 반응 용기(30)를 가열하는 가열 부재(40)가 위치한다. 이러한 가열 부재(40)는 다양한 방법에 의하여 반응 용기(30)에 열을 제공할 수 있다. 일례로, 가열 부재(40)는 흑연에 전압을 가하여 열을 발생시킬 수 있다.
가스 주입부(50)는 단열 부재(20)의 내부 공간, 즉, 제1 단열 부재(22)와 상기 제2 단열 부재(24)의 사이 공간에 분위기 가스를 주입한다.
이러한 가스 주입부(50)는, 분위기 가스가 충전되어 이를 공급할 수 있도록 구성되는 가스 공급원(52)과, 이 가스 공급원(20)과 단열 부재(20)의 내부 공간을 연결하여 분위기 가스가 주입되는 통로를 제공하는 가스 주입관(54)을 포함할 수 있다.
가스 공급원(52)은 알려진 다양한 구조 및 방법에 의하여 가스를 공급할 수 있다. 사용되는 가스로는 아르곤 가스 또는 수소 가스를 사용할 수 있다. 가스 주입관(52)은 고온에서 견딜 수 있는 다양한 물질, 일례로 흑연으로 이루어질 수 있다.
그리고 가스 배출부(60)는 제2 단열 부재(24) 내부, 좀더 정확하게는 제2 단열 부재(24)와 반응 용기(30)의 사이 공간으로부터 미반응 가스 또는 반응 가스를 외부로 배출한다. 즉, 반응 용기(30)가 가스가 통과할 수 있는 흑연 등으로 이루어져 있으므로 반응 용기(30) 내의 미반응 가스 또는 반응 가스의 일부가 반응 용기(30)를 통과하여 제2 단열 부재(24)와 반응 용기(30)의 사이 공간으로 이동할 수 있다. 가스 배출부(60)는 이러한 미반응 가스 또는 반응 가스를 배출하는 역할을 한다.
이러한 가스 배출부(60)는, 제2 단열 부재(24) 내부로부터 외부로 연장되어 미반응 가스 또는 반응 가스가 이동하는 통로를 제공하는 가스 배출관을 포함할 수 있다. 이와 함께, 외부 힘에 의하여 강제적으로 가스를 배출하는 별도의 구성(예를 들어, 팬(fan))(도시하지 않음) 등을 더 포함할 수도 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 다양한 구조 또는 방식의 가스 배출부(60)가 적용될 수 있다.
가스 배출관은 고온에서 견딜 수 있도록 흑연을 포함할 수 있다.
이러한 진공 열처리 장치(100)는 일례로, 탄소원과 규소원을 포함하는 원료를 가열하여 탄화 규소를 제조하는 탄화 규소의 제조 장치로 이용될 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 진공 열처리 장치(100)에서 열처리 중의 가스 흐름을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 2는 진공 열처리 장치(100)에서의 가스 흐름을 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 진공 열처리 장치(100)에서는 가스 주입부(50)에 의하여 제1 단열 부재(22)와 제2 단열 부재(24)의 사이 공간에 분위기 가스, 일례로 아르곤 가스 또는 수소 가스를 주입한다. 그러면, 아르곤 가스 또는 수소 가스 중 일부가 제1 단열 부재(22)와 제2 단열 부재(24)의 사이 공간으로 주입된다(도 2의 A 참조).
그러면, 제1 압력(P1)이 제2 압력(P2) 및 제3 압력(P3)보다 커지게 된다. 여기서, 제1 압력(P1)은 제1 단열 부재(22)와 제2 단열 부재(24) 사이 공간의 압력이고, 제2 압력(P2)은 제2 단열 부재(24) 내부의 압력이고, 제1 단열 부재(22)와 챔버(10) 사이의 압력을 제3 압력(P3)이다.
이와 같이, 제1 압력(P1)이 제3 압력(P3)보다 크므로 가스 주입부(50)에 의해 주입된 아르곤 가스 또는 수소 가스가 제1 단열 부재(22)를 통과하여, 제1 단열 부재(22)와 챔버(10)의 사이 공간으로 주입될 수 있다(도 2의 C 참조).
그리고 제1 압력(P1)이 제2 압력(P2)보다 크므로 가스 주입부(50)에 의해 주입된 아르곤 가스 또는 수소 가스가 제2 단열 부재(24)를 통과하여, 제2 단열 부재(22)와 반응 용기(30)의 사이 공간으로 주입될 수 있다(도 2의 B 참조). 그러면, 이에 의해 제2 단열 부재(24)와 반응 용기(30)의 사이 공간에 있는 반응 가스 또는 미반응 가스는 가스 배출부(60)를 통하여 배출된다(도 2의 D 참조). 진공 열처리 장치(100)가 탄화 규소의 제조에 이용될 경우 반응 가스 또는 미반응 가스로는 일산화 탄소, 이산화 탄소, 일산화 규소 등을 들 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 제1 단열 부재(22)와 제2 단열 부재(24)의 사이 공간의 제2 압력(P2)을 높임으로써, 챔버(10) 공간 내에 금속 또는 오염 물질이 열처리 중에 반응 용기(30) 내로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 진공 열처리 장치(100)에 의해 제조된 물질(일례로, 탄화 규소)의 순도 및 품질을 향상할 수 있다.
또한, 제2 단열 부재(24) 내부의 반응 가스 또는 미반응 가스는 가스 배출부(60)를 통하여 배출되므로, 이 가스 등이 제1 단열 부재(22)와 제2 단열 부재(24) 등에 붙는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 진공 열처리 장치(100)의 오염 및 고장을 방지하여 진공 열처리 장치(100)의 수명을 늘릴 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하는 단열 부재;
    상기 단열 부재 내에 위치한 반응 용기; 및
    상기 반응 용기와 상기 단열 부재 사이에 위치하는 가열 부재
    를 포함하고,
    상기 단열 부재는, 제1 단열 부재, 그리고 상기 제1 단열 부재 내부에서 상기 제1 단열 부재와 이격되는 제2 단열 부재를 포함하고,
    상기 제1 단열 부재와 상기 제2 단열 부재의 사이 공간에 분위기 가스를 주입하는 가스 주입부를 포함하는 진공 열처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스 주입부는 외부로부터 상기 분위기 가스가 주입되는 통로를 제공하는 가스 주입관을 포함하는 진공 열처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스 주입관이 흑연을 포함하는 진공 열처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 분위기 가스가 아르곤 가스 또는 수소 가스인 진공 열처리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 단열 부재 내부로부터 가스를 배출하는 가스 배출부를 더 포함하는 진공 열처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가스 배출부는 상기 가스가 상기 제2 단열 부재 내부로부터 외부로 배출되는 통로를 제공하는 가스 배출관을 포함하는 진공 열처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스 배출관이 흑연을 포함하는 진공 열처리 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 단열 부재와 상기 제2 단열 부재 사이의 압력을 제1 압력, 상기 제2 단열 부재 내부의 압력을 제2 압력이라 할 때,
    상기 제1 압력이 상기 제2 압력보다 더 큰 진공 열처리 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 단열 부재와 상기 제2 단열 부재 사이의 압력을 제1 압력, 상기 제1 단열 부재와 상기 챔버 사이의 압력을 제3 압력이라 할 때,
    상기 제1 압력이 상기 제3 압력보다 더 큰 진공 열처리 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 진공 열처리 장치가 탄화 규소의 제조에 이용되는 진공 열처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 단열 부재의 내부로부터 미반응 가스 또는 반응 가스를 배출하는 가스 배출부를 더 포함하고,
    상기 미반응 가스 또는 상기 반응 가스가 일산화 탄소, 이산화 탄소 및 일산화 규소 중 적어도 어느 하나인 진공 열처리 장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 제1 단열 부재와 상기 제2 단열 부재는 흑연을 포함하는 진공 열처리 장치.
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