KR101283286B1 - 반응 용기 및 이를 포함하는 진공 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 반응 용기 제조 방법은, 서로 다른 입도를 가지는 제 1 흑연 분말 및 제 2 흑연 분말을 혼합하여 흑연 혼합물을 제조하는 단계; 상기 흑연 혼합물을 가압하여 흑연 성형체를 제조하는 단계; 및 상기 흑연 성형체를 가공하는 단계를 포함하고, 상기 흑연 성형체의 밀도는 1.8 g/㎤ 내지 2.1g/㎤ 일 수 있다.
실시예에 따른 진공 열처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 위치하는 반응 용기; 및 상기 챔버 내에서 상기 반응 용기를 가열하는 가열부재를 포함하고, 상기 반응 용기는 흑연을 포함하며, 상기 반응 용기의 밀도는 1.8g/㎤ 내지 2.1g/㎤ 일 수 있다.

Description

반응 용기 및 이를 포함하는 진공 열처리 장치{REACTION CONTAINER AND VACUUM HEAT TREATMENT APPARATUS HAVING THE SAME}
실시에는 반응 용기 및 이를 포함하는 진공 열처리 장치에 관한 것이다.
진공 열처리 장치는 원료를 도가니 내에서 열처리하여 원하는 물질을 제조하는 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.
그런데, 반응 중에 도가니가 원료와 반응하여 생성된 물질이 도가니 내벽에 부착될 수 있다. 이렇게 생성된 물질은 도가니와 다른 물질이므로 이종 물질 간의 열팽창 계수 차이에 의하여 도가니에 열 응력이 가해진다. 심각할 경우 열 응력에 의하여 반응 도중에 도가니가 파손될 수 있다. 이에 의하여 도가니 교체 비용이 고다하게 발생하여 생산성이 저하될 수 있다.
종래에는 반응 용기 내에 버퍼부를 배치하여 반응 중 생성된 물질이 도가니 내부에 증착되는 것을 방지함으로써, 증착된 반응물 또는 생성물 및 도가니 사이의 열팽창 차이로 인한 도가니의 크랙 및 파손을 방지할 수 있었다.
또한, 종래에는 상기 반응 용기의 모양을 변형시킴으로써, 반응 중 생성되는 물질이 도가니 내부에 증착되어 도가니의 파손 및 크랙을 유발하는 것을 방지할 수 있었다. 즉, 도가니와 반응 생성물의 열팽창 차이를 상기 반응 용기의 모양을 변형함으로써 보상하는 방법이 있었다.
그러나, 상기 방법에 의해서도 상기 반응 중 생성 물질이 과도하게 증착되는 경우에는 여전히 도가니의 크랙 및 파손이 발생할 수 있게 된다. 즉, 반응 생성물과 도가니의 이종 물질간의 열팽창 계수 차이는 매우 크기 때문에, 상기 방법들에 의해 이종 물질 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 도가니에 작용하는 응력을 막는데는 한계가 있다.
따라서, 상기 도가니의 모양 또는 구조를 변형하지 않으면서, 상기 반응 생성물과 도가니의 열챙창 차이에 따른 응력에 의한 도가니의 크랙 발생 및 파손을 방지할 수 있는 방안이 요구된다.
실시예는 파손을 방지할 수 있는 반응 용기 및 이를 포함하는 진공 열처리 장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 반응 용기 제조 방법은, 서로 다른 입도를 가지는 제 1 흑연 분말 및 제 2 흑연 분말을 혼합하여 흑연 혼합물을 제조하는 단계; 상기 흑연 혼합물을 가압하여 흑연 성형체를 제조하는 단계; 및 상기 흑연 성형체를 가공하는 단계를 포함하고, 상기 흑연 성형체의 밀도는 1.8 g/㎤ 내지 2.1g/㎤ 일 수 있다.
실시예에 따른 진공 열처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 위치하는 반응 용기; 및 상기 챔버 내에서 상기 반응 용기를 가열하는 가열부재를 포함하고, 상기 반응 용기는 흑연을 포함하며, 상기 반응 용기의 밀도는 1.8g/㎤ 내지 2.1g/㎤ 일 수 있다.
실시예에 따라 제조되는 반응 용기는 2종의 입도를 가지는 흑연 분말을 가압 및 가공하여 제조될 수 있다.
이에 따라, 상기 반응 용기를 구성하는 흑연 분말이 2종의 입도가 혼합된 혼합물로 제조됨으로써, 반응 용기의 밀도는 1.8g/㎤ 이상으로 증가할 수 있으며, 밀도의 증가에 따라 반응 용기 내부의 기공율도 감소할 수 있다.
상기 기공율의 감소로 인해, 상기 기공으로 침투하는 혼합 원재료의 반응 생성물인 SiO 가스의 침투를 줄일 수 있고, 상기 SiO 가스와 반응 용기의 흑연과 반응하여 생성되는 SiC의 생성을 감소할 수 있다.
따라서, 상기 반응 용기에 생성되는 SiC의 발생을 감소함으로써, 상기 SiC와 흑연의 열팽창 차이로 인한 반응 용기의 크랙 및 파손을 방지할 수 있다.
이에 따라, 상기 반응 용기의 크랙 및 파손을 방지할 수 있으므로, 상기 반응 용기를 포함하는 진공 열처리 장치를 이용한 실리콘 카바이드 분말의 제조시 반응 용기의 교체 또는 수리 등의 횟수가 감소하므로, 보다 높은 제조 효율 및 비용 절감을 가져올 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 반응 용기 제조 방법의 공정도를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 진공 열처리 장치의 개략적인 도면이다.
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. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
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 실시예에 따른 반응 용기 제조 방법의 공정도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 반응 용기 제조 방법은, 서로 다른 입도를 가지는 제 1 흑연 분말 및 제 2 흑연 분말을 혼합하여 흑연 혼합물을 제조하는 단계(ST10); 상기 흑연 혼합물을 가압하여 흑연 성형체를 제조하는 단계(ST20); 및 상기 흑연 성형체를 가공하는 단계(ST30)를 포함하고, 상기 흑연 성형체의 밀도는 1.8 g/㎤ 내지 2.1g/㎤ 일 수 있다.
서로 다른 입도를 가지는 제 1 흑연 분말 및 제 2 흑연 분말을 혼합하여 흑연 혼합물을 제조하는 단계(ST10)에서는, 서로 다른 입도를 가지는 제 1 흑연 분말 및 제 2 흑연 분말을 혼합하여 흑연 혼합물을 제조할 수 있다.
상기 제 1 흑연 분말의 입도는 5㎛ 내지 50㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 흑연 분말의 입도는 0.02㎛ 내지 2㎛ 일 수 있다.
이후, 상기 흑연 혼합물을 가압하여 흑연 성형체를 제조하는 단계(ST20)에서는 상기 흑연 혼합물을 가압 성형하여 성형체를 제조할 수 있다. 상기 성형체는 압출, 금형 성형법 또는 냉간정수압 성형법(CIP) 등의 방법을 이용하여 가압 성형될 수 있으나, 상기 실시예에 제한되는 것은 아니며, 다양한 성형 방법을 이용하여 성형체를 제조할 수 있다.
상기 흑연 성형체의 밀도는 1.8 g/㎤ 내지 2.1g/㎤ 일 수 있다. 또한, 상기 흑연 성형체의 기공률은 5% 내지 20% 일 수 있다.
이후, 상기 흑연 성형체를 가공하는 단계(ST30)에서는 상기 흑연 성형체를 반응 용기 또는 도가니의 형상으로 가공하여 최종 제품인 반응 용기를 제조할 수 있다.
상기 반응 용기는 단일 입도 분포를 가지는 흑연 분말이 아닌 서로 다른 입도를 가지는 2종의 흑연 분말, 즉 상기 제 1 흑연 분말 및 상기 제 2 흑연 분말을 혼합한 흑연 혼합물을 사용함으로써, 반응 용기의 밀도를 높일 수 있다.
종래 반응 용기는 단일 입도 분포를 가지는 흑연 분말을 이용하여 제조되었다. 이때 상기 단일 입도 분포를 가지는 흑연 분말을 이용하여 제조되는 반응 용기는 약 1.6g/㎤ 내지 1.8g/㎤의 밀도를 가질 수 있었다. 또한, 이에 따라 제조되는 반응 용기는 약 20% 내지 30%의 기공율을 포함할 수 있다.
이때, 상기 반응 용기내의 흑연 입자 사이의 기공은 반응 용기의 파손 원인이 될 수 있었다. 즉, 반응 용기 내부에서 탄소원과 규소원을 포함하는 혼합 재료가 반응하는 경우, SiO 가스가 상기 반응 용기 내부의 기공을 통해 침투할 수 있는데, 이때, 상기 기공을 통해 반응 용기 내로 침투되는 SiO 가스는 흑연과 반응하여 SiC를 생성할 수 있다.
이에 따라, 상기 반응 용기는 반응에 의해 반응 용기에 생성되는 SiC와 흑연 간의 열팽창계수의 차이에 의해 응력을 받게 되어 상기 반응 용기에 크랙이 발생하거나 또는 파손을 야기하는 문제점이 있었다.
그러나, 실시예에 따라 제조되는 상기 반응 용기는, 서로 다른 입도를 가지는 2종의 흑연 분말을 혼합한 흑연 혼합물을 사용하여 반응 용기를 제조함으로써, 상기 반응 용기의 밀도는 1.8g/㎤ 이상이 될 수 있다. 바람직하게는 상기 반응 용기의 밀도는 1.8g/㎤ 내지 2.1g/㎤ 일 수 있다.
이에 따라, 상기 반응 용기의 밀도 상승으로 인해, 반응 용기 내부의 기공율 또한 감소할 수 있다. 바람직하게는 실시예에 따른 상기 반응 용기의 기공율은 5% 내지 20% 일 수 있다.
상기 기공의 감소로 인해, 반응 용기 내의 기공으로 침투하는 반응 중 생성되는 SiO 가스가 감소될 수 있다. 따라서, 상기 반응 용기의 흑연과 SiO 가스의 반응에 의해 생성되는 SiC가 감소되므로, 반응 용기의 크랙 및 파손을 방지할 수 있는 유리한 효과가 있다.
도 2는 실시예에 따른 진공 열처리 장치의 개략적인 도면이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 진공 열처리 장치는, 챔버(10); 상기 챔버(10) 내에 위치하는 반응 용기(30); 및 상기 챔버(10) 내에서 상기 반응 용기(30)를 가열하는 가열부재(40)를 포함하고, 상기 반응 용기(30)는 흑연을 포함하며, 상기 반응 용기(30)의 밀도는 1.8g/㎤ 이상 내지 2.1g/㎤ 이하일 수 있다.
이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
분위기 가스 공급 파이프(도시하지 않음)을 통하여 챔버(10)의 외부로 분위기 가스가 주입된다. 분위기 가스로는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 불활성 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. 이러한 단열 부재(20)는 고온에 견딜 수 있도록 흑연을 포함할 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. 또한 상기 흑연은 서로 다른 입도를 가지는 제 1 흑연 분말 및 제 2 흑연 분말을 혼합한 흑연 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 제 1 흑연 분말의 입도는 5㎛ 내지 50㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 제 2 흑연 분말의 입도는 0.02㎛ 내지 2㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 흑연 혼합물로 제조되는 반응 용기의 밀도는 1.8g/㎤ 내지 2.1g/㎤ 일 수 있으며, 상기 반응 용기의 기공율은 5% 내지 20% 일 수 있다.
반응 중에 생성되는 가스 등은 반응 용기(30)에 연결된 배기구를 통하여 배출될 수 있다.
단열 부재(20)와 반응 용기(30) 사이에는 반응 용기(30)를 가열하는 가열 부재가 위치한다. 이러한 가열 부재는 다양한 방법에 의하여 반응 용기(30)에 열을 제공할 수 있다. 일례로, 가열 부재는 흑연에 전압을 가하여 열을 발생시킬 수 있다.
이러한 진공 열처리 장치는 일례로, 탄소원과 규소원을 포함하는 혼합 원료를 가열하여 탄화규소를 제조하는 탄화 규소의 제조 장치로 이용될 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 반응 용기는, 서로 다른 입도를 가지는 2종의 흑연 분말을 혼합한 흑연 혼합물을 사용하여 제조되므로, 상기 반응 용기의 밀도는 1.8g/㎤ 이상이 될 수 있다. 바람직하게는 상기 반응 용기의 밀도는 1.8g/㎤ 내지 2.1g/㎤ 일 수 있다.
상기 반응 용기의 밀도 상승으로 인해, 반응 용기 내부의 기공율 또한 감소되고, 바람직하게는 실시예에 따른 상기 반응 용기의 기공율은 5% 내지 20% 일 수 있다.
상기 기공의 감소로 인해, 반응 용기 내의 기공으로 침투하는 반응 중 생성되는 SiO 가스가 감소될 수 있다. 따라서, 상기 반응 용기의 흑연과 SiO 가스의 반응에 의해 생성되는 SiC가 감소되므로, 반응 용기의 크랙 및 파손을 방지할 수 있는 유리한 효과가 있다.
이에 따라, 상기 반응 용기의 크랙 및 파손을 방지할 수 있으므로, 상기 진공 열처리 장치를 이용한 실리콘 카바이드 분말의 제조시 반응 용기의 교체 또는 수리 등의 횟수가 감소하므로, 보다 높은 제조 효율 및 비용 절감을 가져올 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 본발명을 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 (9)

  1. 서로 다른 입도를 가지는 제 1 흑연 분말 및 제 2 흑연 분말을 혼합하여 흑연 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 흑연 혼합물을 가압하여 흑연 성형체를 제조하는 단계; 및
    상기 흑연 성형체를 가공하는 단계를 포함하고,
    상기 흑연 성형체의 밀도는 1.8 g/㎤ 내지 2.1g/㎤이고,
    상기 제 1 흑연 분말의 입도는 5㎛ 내지 50㎛이며,
    상기 제 2 흑연 분말의 입도는 0.02㎛ 내지 2㎛인 탄화규소 분말 제조용 반응 용기 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 흑연 성형체의 기공률은 5% 내지 20%인 탄화규소 분말 제조용 반응 용기 제조 방법.
  5. 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하는 반응 용기; 및
    상기 챔버 내에서 상기 반응 용기를 가열하는 가열부재를 포함하고,
    상기 반응 용기는 흑연을 포함하고,
    서로 다른 입도를 가지는 제 1 흑연 분말 및 제 2 흑연 분말이 혼합된 흑연 혼합물을 포함하며,
    상기 제 1 흑연 분말의 입도는 5㎛ 내지 50㎛이고,
    상기 제 2 흑연 분말의 입도는 0.02㎛ 내지 2㎛이며,
    상기 반응 용기의 밀도는 1.8g/㎤ 내지 2.1g/㎤ 인 탄화규소 분말 제조용 진공 열처리 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 반응 용기의 기공률은 5% 내지 20%인 탄화규소 분말 제조용 진공 열처리 장치.
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