KR101273048B1 - 진공 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

실시예에 따른 진공 열처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 위치한 반응 용기; 상기 챔버와 상기 반응 용기와 사이에 위치하여 상기 반응 용기를 가열하는 가열 부재; 상기 반응 용기 내부를 배기하는 배기관; 및 상기 배기관 내에 위치하는 필터를 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 발생하지 않는 등의 장점이 있다.

이러한 진공 열처리 장치에서는, 진공으로 유지되는 챔버 내에 단열 부재를 위치시키고 이 단열 부재 내에 히터를 위치시켜 원료를 가열한다. 반응 중에 생성되는 가스 등은 배기관에 의하여 배출된다.

그런데, 이러한 가스가 배기관을 통해 배출되는 중에 배기관의 구성 물질과 반응하여 이차상을 형성할 수 있다. 이러한 이차상이 배기관의 내부 면적을 줄이면 배기관을 통한 가스 배출이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다.

이러한 배기관의 교체에 의하여 비용 및 시간이 증가될 수 있다. 또한, 배기관을 통한 가스 배출이 원활하지 않으면 단열 부재 등을 반응 용기 등을 통하여 가스가 배출되는데, 이 경우 단열 부재 등의 수명이 단축될 수 있다. 더욱이, 단열 부재에 이차상이 형성되면 통전 등의 문제가 생성될 수 있어 안전 사고 등의 위험이 높아질 수 있다. 또한, 진공 열처리 장치에서 생성되는 제품의 특성이 저하될 수 있다.

실시예는 수명 및 안정성을 향상할 수 있으며 제조되는 물품의 특성을 향상할 수 있는 진공 열처리 장치를 제공하고자 한다.

실시예에 따른 진공 열처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 위치한 반응 용기; 상기 챔버와 상기 반응 용기와 사이에 위치하여 상기 반응 용기를 가열하는 가열 부재; 상기 반응 용기 내부를 배기하는 배기관; 및 상기 배기관 내에 위치하는 필터를 포함한다.

상기 필터가, 상기 배기관에서 상기 챔버 내에 위치한 부분에 위치하는 제1 필터를 포함할 수 있다.

상기 배기관은, 제1 면적을 가지면서 상기 반응 용기에 연결되는 제1 부분, 상기 챔버 내에서 상기 제1 부분에 연결되며 상기 제1 면적보다 큰 제2 면적을 가지는 제2 부분, 상기 제2 부분으로부터 상기 챔버 외부로 연장되며 상기 제2 면적보다 작은 제3 면적을 가지는 제3 부분을 포함할 수 있다. 상기 제1 필터가 상기 제2 부분에 위치할 수 있다.

상기 제1 필터는, 상기 제1 부분에 인접한 면으로부터 상기 제3 부분에 인접한 면까지 연통되는 통로가 형성될 수 있다.

상기 제1 필터는 내부에 중공이 형성될 수 있다.

상기 제1 필터의 중공 내에는, 제1 측을 개방하는 제1 차단부재와 상기 제1 측과 반대되는 제2 측을 개방하는 제2 차단부재가 교대로 위치할 수 있다.

상기 제1 필터는 흑연, 탄화 규소, 질화 붕소, 산화 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.

상기 필터가, 상기 배기관에서 상기 챔버 외부에 위치하는 부분에 위치하는 제2 필터를 포함할 수 있다.

상기 제1 필터는 상기 제2 필터보다 내열성이 우수한 물질을 포함할 수 있다.

상기 제2 필터는 스테인리스 강(SUS) 및 수지 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 제2 필터가 위치한 상기 배기관의 부분을 냉각하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 필터는 메쉬 형상을 가질 수 있다.

본 실시예에 따른 진공 열처리 장치에서는 제1 또는/및 제2 필터에서 이차상이 형성되도록 하여 제1 또는/및 제2 필터만을 교체하는 것에 의하여 진공 열처리 장치를 유지 및 보수할 수 있다. 따라서 진공 열처리 장치의 수명을 늘리고, 진공 열처리 장치의 유지 및 보수에 필요한 시간을 효과적으로 줄일 수 있다.

또한, 챔버 내에 제1 필터를 위치시켜 고온에서 생성되는 이차상을 포집하도록 하여, 챔버 외부에 제2 필터를 위치시켜 저온에서 생성되는 이차상을 포집하도록 할 수 있다. 이에 의하여 고온 및 저온에서 생성되는 이차상을 효과적으로 포집할 수 있다. 이에 의하여 진공 열처리 장치의 수명을 늘리고 진공 열처리 장치의 유지 및 보수에 필요한 시간을 효과적으로 줄일 수 있으며, 제조되는 물품의 특성을 향상할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 진공 열처리 장치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 진공 열처리 장치에서 제1 필터의 사시도이다.
도 3은 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 진공 열처리 장치에서 제2 필터의 사시도이다.
도 5는 변형예에 따른 제1 필터의 사시도이다.

실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다.

도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일 실시예에 따른 진공 열처리 장치의 개략도이다.

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)와, 반응 중에 생성된 가스 등을 배출하여 반응 용기(30)를 배기하는 배기관(50)을 포함한다. 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

분위기 가스 공급 파이프(도시하지 않음)을 통하여 챔버(10)의 내부로 분위기 가스가 주입된다. 분위기 가스로는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다.

단열 부재(20) 내에는 혼합 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 가스 등은 반응 용기(30)에 연결된 배기관(50)을 통하여 배출할 수 있다. 배기관(50) 내에는 제1 필터(61) 및 제2 필터(62)가 위치할 수 있다. 배기관(50)과, 제1 및 제2 필터(61, 62)에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 추후에 좀더 설명한다.

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.

이러한 진공 열처리 장치(100)는 일례로, 탄소원과 규소원을 포함하는 혼합 원료를 가열하여 탄화 규소를 제조하는 탄화 규소의 제조 장치로 이용될 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.

이하에서는, 배기관(50)과, 제1 및 제2 필터(61, 62)에 대해서 도 1과 함께 도 2 내지 도 4를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다. 도 2는 도 1의 진공 열처리 장치에서 제1 필터의 사시도이고, 도 3은 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 단면도이다. 그리고 도 4는 도 1의 진공 열처리 장치에서 제2 필터의 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면 실시예에서 배기관(50)은, 제1 면적을 가지면서 챔버(10) 내에 위치하는 제1 부분(501), 이 제1 부분(501)에 연결되며 제1 면적보다 큰 제2 면적을 가지는 제2 부분(502), 이 제2 부분(502)으로부터 챔버(10) 외부로 연장되며 제2 면적보다 작은 제3 면적을 가지는 제3 부분(503)을 포함한다. 제1 면적 및 제3 면적은 제2 면적보다 작으면 족하며, 제1 면적과 제2 면적은 실질적으로 동일한 면적을 가질 수도 있고 서로 다른 면적을 가질 수도 있다.

본 실시예에서 제1 필터(61)는 제2 부분(502) 내에서 챔버(10) 내에 위치한다. 이러한 제1 필터(61)는 내부에 중공(610)을 가지며, 제1 필터(61)에서 제1 및 제3 부분(501, 503)에 인접한 면에 각기 제1 및 제2 홀(611, 612)이 형성된다. 이에 의하여 제1 필터(61)는 제1 부분(501)에 인접한 면으로부터 상기 제3 부분(503)에 인접한 면까지 연통되는 통로가 형성된다.

이에 의하여 배기관(50)을 통하여 외부로 배출되는 가스가 제1 필터(61) 내부를 통과하여 흐르게 된다. 가스가 원활하게 흐르도록 하기 위하여, 제1 및 제2 홀(611, 612)이 배기관(50)의 제1 및 제3 부분(501, 503)의 면적(즉, 제1 및 제3 면적)과 각기 동일하거나 좀더 큰 면적을 가지는 것이 바람직하다.

단열 부재(20) 내부와 챔버(10) 외부의 온도 차이에 의하여 단열 부재(20)와 챔버(10) 사이에는 온도 구배가 크게 형성될 수 있다. 이에 따라 배기관(50)의 제2 부분(502) 등에서는 이차상이 많이 발생할 수 있다. 일례로 진공 열처리 장치(도 1의 참조부호 100, 이하 동일)가 탄화 규소를 제조하는 데 사용되면, 반응 중에 생성된 CO 또는 CO₂ 가스, 미반응 가스인 SiO 가스 등이 온도 구배가 큰 제2 부분(502) 등에서 이 내부에 위치한 제1 필터(61)와 반응하여 제1 필터(61)에 부착되어 포집될 수 있다. 이와 같이 고온에서 발생할 수 있는 이차상이 제1 필터(61)에 형성되도록 유도한다. 이때, 제1 필터(61) 내부에 중공(610)이 위치하여 이차상이 형성되는 면적을 넓힐 수 있어, 이차상을 좀더 효율적으로 포집할 수 있다.

이러한 제1 필터(61)는 고온에서 잘 견딜 수 있도록 내열성이 우수한 물질로 이루어질 수 있으며, 일례로, 흑연, 탄화 규소, 질화 붕소, 산화 알루미늄 등을 포함할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 도 1을 참조하면, 배기관(50)에서 챔버(10) 외부에 위치하는 부분에 제2 필터(62)가 위치할 수 있다. 이러한 제2 필터(62)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 메쉬 형상을 가지면서 일단이 개방된 형태를 가질 수 있다. 이에 의하여 불필요한 물질들을 걸러내거나, 상대적으로 저온에서 생성될 수 있는 이차상을 포집하는 역할을 한다. 상대적으로 저온에서 생성되는 이차상을 좀더 효율적으로 포집하기 위하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 제2 필터(62)가 위치한 배기관(50) 부분에 이를 냉각하는 냉각부(620)를 설치할 수 있다. 냉각부(620)는 다양한 방법에 의하여 제2 필터(62)가 위치한 부분을 냉각할 수 있다.

이러한 제2 필터(62)로는 스테인리스 강(SUS), 수지 등을 사용할 수 있다. 수지로는 폴리에틸렌(PE), 폴리페닐렌에테르(PPE) 등의 다양한 수지를 사용할 수 있다.

본 실시예에 따른 진공 열처리 장치에서는 제1 및 제2 필터(61, 62)에서 이차상이 형성되도록 하여 제1 및 제2 필터(61, 62)만을 교체하는 것에 의하여 진공 열처리 장치(100)를 유지 및 보수할 수 있다. 진공 열처리 장치(100)의 수명을 늘리고, 진공 열처리 장치(100)의 유지 및 보수에 필요한 시간을 효과적으로 줄일 수 있다.

또한, 챔버(10) 내에 제1 필터(61)를 위치시켜 고온에서 생성되는 이차상을 포집하도록 하며, 챔버(10) 외부에 제2 필터(62)를 위치시켜 저온에서 생성되는 이차상을 포집하도록 할 수 있다. 이에 의하여 고온 및 저온에서 생성되는 이차상을 효과적으로 포집할 수 있다. 이에 의하여 진공 열처리 장치(100)의 수명을 늘리고 진공 열처리 장치(100)의 유지 및 보수에 필요한 시간을 효과적으로 줄일 수 있으며, 제조되는 물품의 특성을 향상할 수 있다.

이때, 제1 필터(61)가 제2 필터(62)보다 내열성이 우수한 물질을 포함하도록 하여 제1 필터(61)가 고온에서 좀더 잘 견딜 수 있도록 할 수 있다. 실시예에서는 제1 필터(61) 및 제2 필터(62)를 모두 구비하는 것을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 필터(61) 및 제2 필터(62) 중 어느 하나만을 구비하는 것도 가능함은 물론이다.

이하에서는 도 5를 참조하여 변형예에 따른 제1 필터(64)를 설명한다. 상술한 설명과 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 서로 다른 부분에 대해서만 설명한다. 도 5에서는 명확한 설명을 위하여 제1 필터(64)의 상판을 점선으로 도시하였다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에서는 제1 필터(64)의 중공(610) 내에 제1 측을 개방하는 제1 차단부재(641)와, 제1 측과 반대되는 제2 측을 개방하는 제2 차단부재(642)가 교대로 위치한다. 이에 의하여 제1 필터(61) 내로 유입된 가스가 제1 측과 제2 측에 번갈아서 형성된 통로를 통해서 배기관(도 3의 참조부호 50)의 제3 부분(도 3의 참조부호 503)으로 흘러가야 한다. 즉, 이러한 차단부재(641, 642)에 의하여 가스의 경로를 늘릴 수 있고, 이에 의하여 생성되는 이차상의 포집 면적을 늘릴 수 있다. 이에 의하여 이차상을 효과적으로 포집할 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 (12)

1. 챔버;
   상기 챔버 내에 위치한 반응 용기;
   상기 챔버와 상기 반응 용기와 사이에 위치하여 상기 반응 용기를 가열하는 가열 부재;
   상기 반응 용기 내부를 배기하는 배기관; 및
   상기 배기관 내에 위치하는 필터
   를 포함하고,
   상기 필터가, 상기 배기관에서 상기 챔버 내에 위치한 부분에 위치하는 제1 필터를 포함하며,
   상기 배기관은, 제1 면적을 가지면서 상기 반응 용기에 연결되는 제1 부분, 상기 챔버 내에서 상기 제1 부분에 연결되며 상기 제1 면적보다 큰 제2 면적을 가지는 제2 부분, 상기 제2 부분으로부터 상기 챔버 외부로 연장되며 상기 제2 면적보다 작은 제3 면적을 가지는 제3 부분을 포함하고,
   상기 제1 필터가 상기 제2 부분에 위치하는 진공 열처리 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 필터는, 상기 제1 부분에 인접한 면으로부터 상기 제3 부분에 인접한 면까지 연통되는 통로가 형성되는 진공 열처리 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 필터는 내부에 중공이 형성되는 진공 열처리 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 필터의 중공 내에는, 제1 측을 개방하는 제1 차단부재와 상기 제1 측과 반대되는 제2 측을 개방하는 제2 차단부재가 교대로 위치하는 진공 열처리 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 필터는 흑연, 탄화 규소, 질화 붕소, 산화 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함하는 진공 열처리 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 필터가, 상기 배기관에서 상기 챔버 외부에 위치하는 부분에 위치하는 제2 필터를 포함하는 진공 열처리 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 필터는 상기 제2 필터보다 내열성이 우수한 물질을 포함하는 진공 열처리 장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 필터는 스테인리스 강(SUS) 및 수지 중 어느 하나를 포함하는 진공 열처리 장치.
11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 필터가 위치한 상기 배기관의 부분을 냉각하는 냉각부를 더 포함하는 진공 열처리 장치.
12. 제8항에 있어서,
    상기 제2 필터는 메쉬 형상을 가지는 진공 열처리 장치.
    

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