KR101520832B1 - 초소형 고온 열전대 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초소형 고온 열전대 제조방법에 관한 것으로 쿼츠 글래스봉 내에 길이방향으로 두 개의 홀을 형성하는 단계와; 상기 두 개의 홀에 조성이 상이한 두 종의 백금-로듐계 와이어를 장입한 후 쿼츠 글래스봉의 한쪽을 밀봉하거나, 쿼츠 글래스봉의 한쪽을 밀봉한 후 상기 두 개의 홀에 조성이 상이한 두 종의 백금-로듐계 와이어를 장입하는 단계와; 상기 백금-로듐계 와이어가 장입된 쿼츠 글래스봉을 광섬유 제조용 드로타워에 장착하여 고온으로 가열한 후 원하는 직경의 금속선쌍을 인출하는 단계와; 인출된 두 개의 와이어 시편 표면의 유리 성분을 제거하여 두 개의 합금선을 제조하는 단계; 및 상기 두 개의 합금선을 용접하여 B-type 열전쌍을 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 고온 열전대 제조방법을 제공한다.

드로타워(Draw Tower), 광섬유, B-type, 쿼츠 글래스봉, 열전대

Description

초소형 고온 열전대 제조방법{METHOD FOR PRODUCING MICROMETER GRADE THERMOCOUPLE}

본 발명은 고온 열전대 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 드로타워를 이용한 광섬유 제조기술을 응용하여 마이크로 단위의 초소형 열전대를 경제적이고 효율적으로 제조할 수 있도록 개선된 초소형 고온 열전대 제조방법에 관한 것이다.

최근 들어 산업분야가 고도화 되면서 점점 마이크로화, 나노화를 지향하게 되고 이에 따라 초소형 산업부품의 수요 역시 증가되고 있는 추세이다. 반도체, 전자통신, 기계, 건설, 환경분야 등 각종 산업분야에 두루 응용되는 열전대 역시 초소형화된 부품에 대한 수요가 발생하고 있으며 이와 같은 추세는 향후 보다 급속하게 증가될 것으로 예상되고 있다.

기존의 B-type 열전대는 통상 수mm 직경의 백금-로듐계 합금선 2종을 합금의 비율만 약간 달리 하여 양끝단을 용접하고 이들 두 선을 두개의 구멍을 가진 세라믹 계열 절연체에 끼워 사용하여 왔다. 그러나 이와 같은 방식의 경우 그 구조상 소형화에는 일정한 한계가 따르게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 길이방향으로 형성된 두개의 홀에 2종의 백금-로듐 합금선이 장입된 고순도 쿼츠 글래스봉을 광섬유 제조용 드로 타워(Draw Tower)에 장착하고, 고온으로 승온 후 인출(Drawing)함으로서 마이크로미터 단위의 직경을 갖는 열전대를 경제적으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초소형 고온 열전대 제조방법은 쿼츠 글래스봉 내에 길이방향으로 두 개의 홀을 형성하는 단계와; 상기 두 개의 홀에 조성이 상이한 두 종의 백금-로듐계 와이어를 장입한 후 쿼츠 글래스봉의 한쪽을 밀봉하거나, 쿼츠 글래스봉의 한쪽을 밀봉한 후 상기 두 개의 홀에 조성이 상이한 두 종의 백금-로듐계 와이어를 장입하는 단계와; 상기 백금-로듐계 와이어가 장입된 쿼츠 글래스봉을 광섬유 제조용 드로타워에 장착하여 고온으로 가열한 후 원하는 직경의 금속선쌍을 인출하는 단계와; 인출된 금속선쌍 표면의 유리 성분을 제거하여 두 개의 합금선을 제조하는 단계; 및 상기 두 개의 합금선을 용접하여 B-type 열전쌍을 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 금속선쌍을 인출하는 단계의 가열 온도는 1800℃ 이상, 2300℃ 미만인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 두 종의 백금-로듐계 와이어는 Pt90/Rh10 및 Pt100 으로 이루어지 거나, Pt97/Rh13 및 Pt100 으로 이루어지거나 Pt70/Rh30 및 Pt94/Rh6 으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 초소형 열전대 제조방법에 의하면 마이크로미터 단위의 직경을 갖는 초소형 열전쌍을 경제적인 방법으로 용이하게 제조할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 초소형 고온 열전대 제조방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 초소형 고온 열전대 제조방법을 수행하는 장치의 개략도, 도 2는 쿼츠 글래스봉 및 백금-로듐계 와이어의 종단면도 및 횡단면도이다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같은 드로타워(30)를 이용하여 초소형 열전대를 제조하는 것을 특징으로 한다.

우선, 쿼츠 글래스봉(10) 내에 기계적 드릴공법에 의해 길이방향으로 두 개의 홀(11,12)을 형성한다. 상기 두 개의 홀(11,12)은 쿼츠 글래스봉(10)의 축을 중심으로 대칭을 이루도록 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 쿼츠 글래스봉(10)은 시중에서 쉽게 구할 수 있는 것을 사용할 수 있다.

다음으로, 상기 쿼츠 글래스봉(10) 내에 홀(11,12) 내경에 맞는 2종의 백금-로듐 합금선(21,22)을 장입한 후에 쿼츠 글래스봉(10)의 하부를 밀봉한다.

상기 2종의 백금-로듐 합금선(21,22)은 <Pt90/Rh10, Pt100> 조성으로 이루어지거나, <Pt97/Rh13, Pt100> 조성으로 이루어지거나 <Pt70/Rh30, Pt94/Rh6> 조성으 로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 2종의 백금-로듐 합금선(21,22)이 장입된 쿼츠 글래스봉(10)을 통상적으로 광섬유 제조업계에서 사용되는 광섬유 인출용 드로타워(30)에 장착한다.

상기 드로타워(30)는 시료를 가열하기 위한 가열로(31)와, 가열된 시료를 인출하기 위한 인출노즐(32)을 포함하여 이루어진다. 상기 가열로(31)에서는 합금과 쿼츠 글래스의 융점 이상 이상의 온도로 시편을 가열하는 것이 바람직하다. 따라서 시료를 약 1800 ~ 2300℃ 로 가열하는 것이 바람직하다. 이와 같이 고온으로 승온하여 일정시간 유지후 시료를 당겨주게 되면 시료는 점점 가늘어지면서 늘어나게 되며, 이에 따라 수십 um의 직경을 갖는 금속선쌍(21a,22a)을 수십 Km까지 연속으로 제조할 수 있게 된다.

드로타워(30)의 일측에는 직경검출기(33)가 구비되어 인출된 금속선쌍(21a,22a)의 직경을 측정하는 역할을 수행한다. 이와 같이 자동화된 외경 측정 및 인출 시스템을 이용하여 지속적인 인출 작업을 수행함으로서 원하는 직경(통상 수십 um이상)의 금속선쌍을 수십 Km이상 연속적으로 제조할 수 있다.

제작된 마이크로단위의 금속선쌍의 표면에는 쿼츠 글래스가 잔류되어 감싸고 있다. 이와 같은 잔류된 유리질의 쿼츠 글래스 제거를 위해 드로타워(30)의 후단으로 후처리로(40)가 구비된다. 후처리로(40)에서는 금속선쌍(21a,22a)을 원하는 길이만큼 자른 후, 금속선쌍(21a,22a) 표면의 유리질을 제거하는 단계를 수행한다. 다음으로, 유리질이 제거된 두 금속선의 한쪽을 용접함으로써 수십 um의 직경을 가지는 열전대가 제조된다.

이와 같이 얻어진 초소형 B-type 열전쌍은 용도에 따라 전자산업 기타 산업용 부자재 등으로 다양하게 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

외경 30mm, 길이 700mm의 규격을 가진 고순도 쿼츠 글래스봉을 초음파드릴을 이용하여 관통 가공시켜 길이방향으로 지름 3mm인 두 개의 홀을 형성하였다. 두 개의 홀은 쿼츠 글래스봉의 축을 중심으로 대칭적인 위치에 형성하였다. 두 개의 홀이 뚫린 쿼츠 글래스봉의 한쪽 끝단을 초자가공기를 이용하여 용접 밀봉하였다.

이 쿼츠 글래스봉에 형성된 하나의 홀에는 지름 2mm인 Pt70/Rh30 조성의 합금선을 삽입하고, 다른 홀에는 지름 2mm인 Pt94/Rh6 조성의 합금선을 삽입하였다. 이와 같이 길이 450mm인 백금-로듐계 합금선이 장입된 쿼츠 글래스봉 시편을 제작하였다.

이 인출 시편을 광섬유 인출용 드로타워에 장착 후 1950℃까지 승온하여 가열한 후 외경을 100um로 하여 지속적으로 금속선쌍을 인출하였다. 이때 인출 오차범위는 1um 이내가 되도록 기기를 제어하였다. 인출된 금속선쌍은 100±1um의 정밀도를 갖는 선 형태로써 수십 Km이상을 연속적으로 얻을 수 있었다.

다음으로 인출된 마이크로단위의 금속선쌍을 원하는 길이만큼 잘라내고, 잘라낸 금속선쌍의 양 끝단에 약간의 기계적인 충격을 가해줌으로써 두 금속선을 덮 고 있던 유리질을 제거하였다. 이와 같이 표면 유리질을 제거하여 2개의 합금선이 외부에 노출되도록 하였으며, 2개의 합금선을 용접해줌으로써 B-type 열전쌍을 제조할 수 있었다.

도 1은 본 발명의 초소형 고온 열전대 제조방법을 수행하는 장치의 개략도.

도 2의 (a)는 쿼츠 글래스봉 및 백금-로듐계 와이어의 종단면도.

도 2의 (b)는 쿼츠 글래스봉 및 백금-로듐계 와이어의 횡단면도.

♧ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♧

10 : 쿼츠 글래스봉 11,12 : 홀 20 : 백금-로듐계 와이어

21a,22a : 금속선쌍 30 : 드로타워 31 : 가열로

32 : 인출노즐 33 : 직경검출기 40 : 후처리로

Claims (6)

1. 쿼츠 글래스봉 내에 길이방향으로 두 개의 홀을 형성하는 단계;

   상기 두 개의 홀에 조성이 상이한 백금-로듐계 와이어를 각각 장입하는 단계;

   상기 쿼츠 글래스봉의 일단에 형성된 홀들을 쿼츠 글래스로 밀봉하는 단계;

   상기 밀봉된 쿼츠 글래스봉의 일단이 하방을 향하도록 하여 상기 쿼츠 글래스봉을 가열하는 단계;

   1800℃ 이상, 2300℃ 미만의 온도로 가열된 상기 쿼츠 글래스봉을 하방으로 인출하여 금속선쌍을 제조하는 단계;

   상기 금속선쌍의 양 선단측의 쿼츠 글래스를 제거하여 합금선을 노출시키는 단계; 및

   상기 노출된 합금선들을 용접 연결하여 열전쌍을 제조하는 단계를 포함하는, 초소형 고온 열전대 제조방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 백금-로듐계 와이어는,

   Pt90/Rh10으로 이루어진 와이어 및 Pt100으로 이루어진 와어어를 포함하는, 초소형고온 열전대 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 백금-로듐계 와이어는,

   Pt97/Rh13으로 이루어진 와이어 및 Pt100으로 이루어진 와어어를 포함하는, 초소형고온 열전대 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 백금-로듐계 와이어는,

   Pt70/Rh30으로 이루어진 와이어 및 Pt94/Rh6으로 이루어진 와어어를 포함하는, 초소형고온 열전대 제조방법.
6. 쿼츠 글래스봉 내에 길이방향으로 두 개의 홀을 형성하는 단계;

   상기 쿼츠 글래스봉의 일단에 형성된 홀들을 쿼츠 글래스로 밀봉하는 단계;

   상기 쿼츠 글래스봉의 타단에 개방된 홀들에 조성이 상이한 백금-로듐계 와이어를 각각 장입하는 단계;

   상기 밀봉된 쿼츠 글래스봉의 일단이 하방을 향하도록 하여 상기 쿼츠 글래스봉을 가열하는 단계;

   1800℃ 이상, 2300℃ 미만의 온도로 가열된 상기 쿼츠 글래스봉을 하방으로 인출하여 금속선쌍을 제조하는 단계;

   상기 금속선쌍의 양 선단측의 쿼츠 글래스를 제거하여 합금선을 노출시키는 단계; 및

   상기 노출된 합금선들을 용접 연결하여 열전쌍을 제조하는 단계를 포함하는, 초소형 고온 열전대 제조방법.

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