KR101291506B1 - 전극의 보수 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극의 보수 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극이 손상된 부위를 부분 보수할 수 있으므로 생산 및 유지비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 전극을 교체하지 않고 부분 보수만으로 전극을 교체한 것과 같은 효과를 볼 수 있는 전극의 보수 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 전극의 보수 방법에 있어서, 전극의 손상부위를 확인하고, 확인된 손상부위가 포함되도록 전극을 절삭하여 제거하는 절삭단계와: 절삭단계에서 제거하고 남은 전극에 보수용 전극물을 위치시키고, 전자빔발생장치를 통해 보수용 전극물이 고정되도록 전자빔을 조사하여 용접하는 용접단계: 및 용접된 보수용 전극물을 절삭단계에서 제거된 전극의 형상에 맞게 가공하는 가공단계: 를 포함하되, 용접단계는, 전극의 중심축 또는 중심축에 못 미치는 부분까지 녹아 용접되는 강도로 전자빔이 조사되는 제1 조사기간; 및 전극의 중심축을 지나는 부분까지 녹아 용접되는 강도로 전자빔이 조사되는 제2 조사기간; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 보수 방법을 제공한다.

Description

전극의 보수 방법{REPAIRING METHOD OF ELECTRODE}

본 발명은 전극의 보수 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극이 손상된 부위를 부분 보수할 수 있으므로 생산 및 유지비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 전극을 교체하지 않고 부분 보수만으로 전극을 교체한 것과 같은 효과를 볼 수 있는 전극의 보수 방법에 관한 것이다.

반도체나 태양광 산업에서 주원료로 사용되는 폴리 실리콘(다결정 실리콘)을 제조하기 위해서는 쿼츠나 모래 등을 카본과 환원반응시켜 금속급 실리콘을 만들어야 한다.

금속급 폴리 실리콘의 정제 방법으로는 크게 Siemens(지멘스)법, Fluidized bed(유동층)법, VLD(Vapor-to-Liquid Deposition) 방식과 금속급 실리콘을 직접 정제하는 방법 등이 있다.

이중에서 가장 일반적으로 많이 사용되고 있는 방법이 지멘스(Siemens)법으로, 반응기(Bell-Jar Reactor)를 이용하여 실란가스로부터 폴리 실리콘을 제조하게 된다.

이를 간략하게 설명하면, 도 1에 도시된 것과 같이 반응기(10) 내부에 실리콘 코어 필라멘트(30)를 "∩"형상으로 위치시키고, 실리콘 코어 필라멘트(30)의 말단을 전극(20)과 연결시킨다.

그리고, 예열기를 이용하여 300℃ 이상으로 예열시킴으로써 실리콘 코어 필라멘트(30)의 비저항을 낮춰 전기 저항 가열이 가능하도록 한다.

다음, 전극(20)을 통해 소정 전위차의 전기를 공급하여 실리콘 코어 필라멘트(30)를 높은 온도로 가열하고, 실란가스 및 수소가스로 이루어진 반응가스를 반응기(10) 내부로 공급하게 되면 실리콘 코어 필라멘트(30) 표면에 폴리 실리콘이 석출된다.

한국 특허공개 제10-2010-0101302호 "폴리 실리콘 제조장치 및 이를 이용한 폴리 실리콘 제조방법" 등에는 지멘스법을 이용한 폴리 실리콘 제조장치가 개시되어 있다.

그런데, 폴리 실리콘을 석출하는 과정에서 전극(20)이 전기적 충격 등에 의해 손상되면 더 이상 폴리 실리콘을 석출하지 못하게 된다.

따라서, 전극(20)을 교체하거나 전극(20)이 손상된 부위(22)를 도금 또는 경납땜 등을 통해 보수하여 사용하기도 하였다.

그러나, 전극(20) 교체시 생산비용 및 유지비용이 늘어나는 문제점이 있었고, 전극(20)이 손상된 부위(22)를 도금 또는 경납땜 등을 통해 보수하여 재사용하는 경우 얼마 지나지 않아 보수한 부위가 다시 손상되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 전극의 보수 방법에서 기인되는 제반 문제점을 해결 보완하기 위한 것으로,

본 발명의 목적은 전극이 손상된 부위를 부분 보수할 수 있으므로 생산 및 유지비용을 줄일 수 있는 전극의 보수 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전극을 교체하지 않고 부분 보수만으로 전극을 교체한 것과 같은 효과를 볼 수 있는 전극의 보수 방법을 제공하는 데 있다.

전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따르면 전극의 보수 방법에 있어서, 전극의 손상부위를 확인하고, 확인된 손상부위가 포함되도록 전극을 절삭하여 제거하는 절삭단계와: 절삭단계에서 제거하고 남은 전극에 보수용 전극물을 위치시키고, 전자빔발생장치를 통해 보수용 전극물이 고정되도록 전자빔을 조사하여 용접하는 용접단계: 및 용접된 보수용 전극물을 절삭단계에서 제거된 전극의 형상에 맞게 가공하는 가공단계: 를 포함하되, 용접단계는, 전극의 중심축 또는 중심축에 못 미치는 부분까지 녹아 용접되는 강도로 전자빔이 조사되는 제1 조사기간; 및 전극의 중심축을 지나는 부분까지 녹아 용접되는 강도로 전자빔이 조사되는 제2 조사기간; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 보수 방법을 제공한다.

제2 조사기간은 제1 조사기간보다 짧은 시간동안 이루어지도록 구성될 수 있다.

용접단계는, 전극이 중심축을 중심으로 제자리 회전하거나, 전자빔발생장치가 전극을 중심으로 회전하여 용접되도록 구성될 수 있다.

전극은 지멘스(Siemens)법을 이용한 폴리 실리콘의 제조에 사용되는 전극인 것으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 전극의 보수 방법에 의하면, 전극이 손상된 부위를 부분 보수할 수 있으므로 생산 및 유지비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전극을 교체하지 않고 부분 보수만으로 전극을 교체한 것과 같은 효과를 볼 수 있다.

도 1은 지멘스(Siemens)법을 이용하여 폴리 실리콘을 제조하는 폴리 실리콘 제조장치의 일 예를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 보수 방법을 수행하는 단계를 나타낸 도이다.
도 3의 (a) 내지 (e)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 보수 방법을 따라 전극을 보수하는 순서를 나타낸 도이다.
도 4는 전극 보수시 전자빔을 조사하여 전극과 보수용 전극물을 용접하는 일 예를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 보수 방법에 따라 전자빔을 조사하여 전극과 보수용 전극물을 용접하는 상태를 나타낸 도이다.
도 6의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 보수 방법에 따른 전자빔의 출력강도의 변화를 나타낸 예시도이다.

이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 이들 도면은 예시적인 목적일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 본 명세서에서 지칭하는 전극은 지멘스법을 이용한 폴리 실리콘의 제조에 사용되는 전극을 의미한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 보수 방법을 수행하는 단계를 나타낸 도이고, 도 3의 (a) 내지 (e)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 보수 방법을 따라 전극을 보수하는 순서를 나타낸 도이다.

도 2, 도 3의 (a) 내지 (e)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 보수 방법은 크게 절삭단계(S100)와 용접단계(S200) 및 가공단계(S300)를 포함하여 구성된다.

절삭단계(S100)는 전극(20)의 손상부위(도 1의 22)를 확인하고, 도 3의 (a)와 같이 확인된 손상부위(22)가 포함되도록 전극(20)을 절삭하여 제거하는 단계이다.

용접단계(S200)는 도 3의 (b)에 나타나는 것과 같이 절삭단계(S100)에서 제거하고 남은 전극(20)에 보수용 전극물(40)을 위치시키고, 도 3의 (c)와 같이 전자빔발생장치(50)를 통해 보수용 전극물(40)이 고정되도록 전자빔을 조사하여 용접하는 단계이다. 이때, 전극(20)과 보수용 전극물(40)이 전체적으로 용접될 수 있도록 전극(20)이 중심축을 중심으로 제자리 회전하거나, 전자빔발생장치(50)가 전극(20)을 중심으로 회전하여 용접할 수 있다. 본 발명에서는 전극(20)이 중심축을 중심으로 제자리 회전하게 된다.

한편, 용접단계(S200)는 본 발명에서 가장 큰 특징을 이루는 단계로써 전자빔발생장치(50)로부터 조사되는 전자빔의 출력강도가 가변되도록 구성된다.

즉, 전자빔의 출력강도를 조절하여 용접을 진행하게 되며, 출력강도의 높낮이에 따라 제1 조사기간(S210)과, 제1 조사기간(S210)에 비해 강한 강도로 전자빔이 조사되는 제2 조사기간(S220)으로 구분할 수 있다.

다시 말해서, 제1 조사기간(S210)은 전극(20)의 중심축 또는 중심축에 못 미치는 부분까지 녹아 용접되는 강도로 전자빔이 조사되는 기간이며, 제2 조사기간(S220)은 전극(20)의 중심축을 지나는 부분까지 녹아 용접되는 강도로 전자빔이 조사되는 기간이다. 특히, 제2 조사기간(S220)은 제1 조사기간(S210)보다 짧은 시간 동안 이루어지게 되는데, 이러한 제1 및 제2 조사기간(S210, S220)에 대한 상세한 설명은 후술한다.

가공단계(S300)는 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 용접된 보수용 전극물(40)을 절삭단계(S100)에서 제거된 전극(20)의 형상에 맞게 가공하는 단계이다.

이렇게 절삭단계(S100)와 용접단계(S200), 그리고 가공단계(S300)를 거치게 되면 도 3의 (e)와 같이 전극(20)의 보수가 마무리된다.

도 4는 전극 보수시 전자빔을 조사하여 전극과 보수용 전극물을 용접하는 일 예를 나타낸 도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 보수 방법에 따라 전자빔을 조사하여 전극과 보수용 전극물을 용접하는 상태를 나타낸 도이다. 또한, 도 6의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 보수 방법에 따른 전자빔의 출력강도의 변화를 나타낸 예시도이다.

우선, 도 4는 도면 중 도 2의 (c)를 위에서 바라본 도면, 즉 평면도이며, 설명의 편의를 위해 보수용 전극물(40)은 도시하지 않았다. 그리고, 도 4에서는 전극(20)이 고정되어 있고 전자빔발생장치(50)가 전극(20)을 중심으로 회전하는 것처럼 도시되어 있으나 이는 도면 표현의 편의를 위한 것으로, 실제로는 전자빔발생장치(50)의 위치가 고정되어 있고 전극(20)이 중심축을 중심으로 제자리 회전하게 된다.

도 4에서 나타나는 것과 같이 전극(20) 보수시 전극(20)과 보수용 전극물(40)을 용접하기 위해 전자빔을 조사하게 된다.

이때, 전극(20)과 보수용 전극물(40)은 맞닿는 부분 전체가 용접되어야 하며, 이를 위해 전자빔이 전극(20)의 중심축을 지나는 부분까지 녹아 용접되는 강도로 조사된다.

즉, 전자빔은 전극(20)의 중심축을 지나는 부분까지 조사되고, 전극(20)은 중심축을 중심으로 제자리 회전하게 되므로 중심축 주위의 일정 영역은 계속해서 전자빔이 조사되는 용접범위에 포함되게 된다.

이와 같은 용접범위는 계속해서 조사되는 전자빔에 의해 녹게 되며, 전극(20)의 재질 등에 따라 용접범위가 완전히 녹아 구멍이 나는 등 오히려 전극(20)이 손상될 수 있게 된다.

이에, 본 발명에서는 도 5에 도시된 것처럼 전자빔을 조사하여 용접을 수행하는 전체시간 중 대부분의 시간은 전극(20)의 중심축 또는 중심축에 못 미치는 부분까지 녹아 용접되는 강도로 전자빔이 조사(제1 조사기간)되도록 하고, 짧은 시간 동안만 전자빔이 전극(20)의 중심축을 지나는 부분까지 녹아 용접되는 강도로 조사(제2 조사기간)하도록 제어하게 된다.

이처럼, 짧은 시간 동안만 전자빔이 전극(20)의 중심축을 지나는 부분까지 녹아 용접되는 강도로 조사되는 제2 조사기간(S220)은 용접단계(S200)를 수행하는 중 어느 순간이든 진행될 수 있다.

즉, 제2 조사기간(S220)이 용접단계(S200)의 시작과 동시에 수행되는 경우 전자빔발생장치(50)로부터 조사되는 전자빔의 출력강도의 변화는 도 6의 (a)와 같이 나타나게 된다.

또한, 제2 조사기간(S220)이 용접단계(S200)를 진행하던 중간에 수행될 경우에는 도 6의 (b)와 같이 전자빔의 출력강도 변화가 나타나게 되며, 용접단계(S200)의 마지막에 제2 조사기간(S220)이 수행되면 도 6의 (c)와 같은 패턴의 출력강도 변화를 보이게 되는 것이다.

이렇게 제1 조사기간(S210)과 제2 조사기간(S220)을 구분하여 전극(20)과 보수용 전극물(40)을 용접하여 접합함으로써 도 4의 용접범위처럼 오히려 전극(20)이 손상되는 것을 방지하면서도 전극(20)과 보수용 전극물(40)이 맞닿는 부분 전체를 용접할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 반응기 20: 전극
22: 손상부위 30: 필라멘트
40: 보수용 전극물 50: 전자빔발생장치
S100: 절삭단계 S200: 용접단계
S210: 제1 조사기간 S220: 제2 조사기간
S300: 가공단계

Claims (5)

1. 전극의 보수 방법에 있어서,
   전극의 손상부위를 확인하고, 확인된 손상부위가 포함되도록 상기 전극을 절삭하여 제거하는 절삭단계와:
   상기 절삭단계에서 제거하고 남은 전극에 보수용 전극물을 위치시키고, 전자빔발생장치를 통해 상기 보수용 전극물이 고정되도록 전자빔을 조사하여 용접하는 용접단계: 및
   용접된 상기 보수용 전극물을 상기 절삭단계에서 제거된 전극의 형상에 맞게 가공하는 가공단계: 를 포함하되,
   상기 용접단계는,
   상기 전극의 중심축 또는 중심축에 못 미치는 부분까지 녹아 용접되는 강도로 전자빔이 조사되는 제1 조사기간; 및
   상기 전극의 중심축을 지나는 부분까지 녹아 용접되는 강도로 전자빔이 조사되는 제2 조사기간;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 보수 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 조사기간은 상기 제1 조사기간보다 짧은 시간동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극의 보수 방법.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 용접단계는,
   상기 전극이 축을 중심으로 제자리 회전하거나, 상기 전자빔발생장치가 상기 전극을 중심으로 회전하여 용접되는 것을 특징으로 하는 전극의 보수 방법.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 전극은 지멘스(Siemens)법을 이용한 폴리 실리콘의 제조에 사용되는 전극인 것을 특징으로 하는 전극의 보수 방법.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 전극은 지멘스(Siemens)법을 이용한 폴리 실리콘의 제조에 사용되는 전극인 것을 특징으로 하는 전극의 보수 방법.

Images