KR101987637B1

KR101987637B1 - 저융점 금속의 고순도화 장치

Info

Publication number: KR101987637B1
Application number: KR1020150117092A
Authority: KR
Inventors: 윤재식
Original assignee: 한국기초과학지원연구원
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2019-06-12
Also published as: KR20170022306A

Abstract

본 발명은 저융점 금속의 고순도화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 융점이 낮아 쉽게 재결정화되지 않는 Ga, In 등의 저융점 금속에 포함된 불순물을 제거하여 순도를 향상시키도록 하며, 특히 저융점 금속이 대량인 경우에도 효율적으로 고순도화가 가능한 저융점 금속의 고순도화 장치에 관한 것이다.

Description

저융점 금속의 고순도화 장치{Apparatus for increasing the purity of the low melting metal}

종래의 단결정 고체의 불순물을 제거하여 순도를 높이기 위한 공정을 존 정제법(zone refining)이라고 한다.

도 1에 이러한 존 정제법의 원리를 간단하게 도시하였다. 폭이 좁은 고리 모양의 히터를 사용하여 막대 형상의 단결정 잉곳(ingot)을 가열하여 용융시키며, 이렇게 부분적으로 용융된 부분(molten zone)은 히터가 이동함에 따라 잉곳의 한쪽 끝에서 다른 끝으로 서서히 이동하게 된다. 이때 용융되어 액체였던 주 물질이 히터가 이동함에 따라 재결정될 때 같은 물질끼리 결정을 만들려는 경향 때문에 액체와 고체 계면에서 불순물(impurity)이 액체 상태인 용융 부분으로 이동하게 된다.

즉, 잉곳은 부분적으로 용융 - 결정 과정을 반복하며, 점차 불순물은 히터의 이동방향을 따라 이동하여 마침내 한쪽 끝에 모이게 된다. 이러한 과정을 여러 번 반복하고 마지막에 불순물이 밀집된 잉곳의 한쪽 끝을 잘라냄으로써 고순도의 결정체를 얻을 수 있는 것이다.

이와 관련된 기술이 한국특허공개 제 2003-0005722호("건식 금속 게르마늄 제조방법과 그 정제장치")에 기재되어 있다.

상기 선행문헌에 따른 정제장치는 베드(1)의 일측에 회전가능하게 고정 지지되고 내부에 금속 게르마늄을 투입하여 회전시키는 회전튜브(3)와, 상기 회전튜브 내부를 진공상태로 만드는 진공펌프(5), 상기 회전튜브의 외측을 가열하여 내부의 금속 게르마늄을 용융시키고 용융 시 회전튜브의 축 방향을 따라 이동하여 금속 게르마늄에 포함된 불순물을 고온부에서 저온부로 이동시키는 히터(4)를 포함하여 이루어진 구조이며, 금속 게르마늄을 진공상태에서 완전용융 후 불순물을 한쪽으로 모아 잘라냄으로써 금속 게르마늄을 정제하는 장치이다(도 2 참고).

그러나 상기 선행문헌에 기재된 정제장치는 융점이 958.5℃인 게르마늄을 정제하는 장치이다. Ga, In 등과 같은 저융점 금속(low melting metals)의 경우에는, 히터가 이동하더라도 용융되었던 부분이 재결정화되지 않고 액체 상태로 남아있기 때문에 불순물을 한쪽으로 모을 수 없는 문제가 있다. 즉, 상기 선행문헌에 따른 장치는 저융점 금속의 정제에는 적용될 수 없는 문제가 있다.

한국특허공개 제 2003-0005722호("건식 금속 게르마늄 제조방법과 그 정제장치")

본 발명은 융점이 327.4℃ 이하인 저융점 금속의 정제 시 쉽게 용융되어 재결정화되지 않는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 저융점 금속에 포함된 불순물 원소들을 효과적으로 제어함으로써 저융점 금속의 고순도화 정제 공정이 가능하도록 한 저융점 금속의 고순도화 장치를 제공하는 것이다.

특히, 본 발명은 새로운 구조로 장치를 설계함으로써, 처리량 증대 및 공정 시간 단축이 가능하여 대량 생산이 가능하도록 한 저융점 금속의 고순도화 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 저융점 금속의 고순도화 장치는, 일측에 가스가 유입되는 노즐이 구비되며, 진공이 가능한 챔버, 상기 챔버 내부에 수직으로 배치되어 액상 또는 고상의 대상 금속을 수용되며, 상기 대상 금속을 담아 상기 챔버 내부에 배치할 수 있도록 상부가 개방되고, 하부의 일정 영역이 하측으로 갈수록 단면적이 작아지는 호퍼 형상을 갖되, 최하단부에 밸브가 구비된 배출구가 형성되는 수직형 용기. 상기 수직형 용기의 외주측에 구비되며, 상기 대상 금속을 전체적으로 가열하여 액상으로 만들 수 있도록 수직방향으로 일정 높이를 갖도록 구비된 가열수단, 상기 수직형 용기의 외주측에 수직방향으로 일정 높이를 갖도록 구비되되, 상기 가열수단의 상측에 소정 간격 이격 배치되며, 상기 가열수단에 의해 용융된 상기 대상 금속을 냉각시켜 고상으로 만드는 냉각수단, 상기 대상 금속이 전체적으로 액상이 된 후 탑-다운 방향으로 고화됨에 따라 상기 대상 금속에 포함된 불순물이 고/액 계면을 따라 상기 수직형 용기의 하부로 이동하도록 상기 가열수단 및 상기 냉각수단을 수직 이송시키거나 상기 용기를 수직 이송시키는 이송수단 및 상기 대상 금속을 탑-다운 방향으로 고화시키되 상기 용기 하부 일정 영역의 대상 금속이 액상으로 남아있도록 상기 가열수단 및 냉각수단의 온도, 이송수단의 이송 범위를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지고, 상기 수직형 용기의 하부의 호퍼 형상에 모인 일정 영역의 불순물이 포함된 액상의 대상 금속을 상기 배출구를 통하여 외부로 배출하여 정제된 대상 금속을 얻는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 대상 금속은 Ga, In, Bi, Pb, Sn, Li, Na, Rb 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 저융점 금속의 고순도화 장치의 제어부는 가열수단의 가열 온도, 상기 냉각수단의 냉각 온도, 상기 가열수단 및 상기 냉각수단의 이격 간격, 상기 이송수단의 속도 및 이송 범위를 제어한다.

삭제

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 장치는 상기 용기의 벽면 상에 길이방향을 따라 일정 간격 배치되는 온도센서; 가 더 구비될 수 있으며, 이때, 상기 제어부는 상기 온도센서의 센싱값을 바탕으로 상기 가열수단, 상기 냉각수단 및 상기 이송수단의 동작을 제어할 수 있다.

삭제

아울러, 본 발명의 일실시예에 따른 장치는 상기 가열수단 및 상기 냉각수단 사이에 구비되어 상호 간의 열을 차폐시키는 단열판;을 더 포함하거나, 상기 챔버 내의 온도를 상기 대상 금속의 융점 이하의 온도로 유지시키는 온도조절부;를 더 포함할 수 있다.

종래의 정제장치는 히터가 이동했음에도 불구하고 금속의 용융되었던 부분이 재결정화되지 않는 문제로 인해 융점이 낮은 금속의 정제가 불가능하였으나, 본 발명에 따른 저융점 금속의 고순도화 장치는 정제하고자 하는 금속에 있어서 히터가 이동함에 따라 용융되었던 영역이 효과적으로 재결정화될 수 있도록 냉각하는 냉각수단을 더 구비함으로써 저융점 금속에 대해서도 고순도화 정제 공정이 가능하도록 하는 장점이 있다.

특히, 저융점 금속이 수용되어 전체를 용융시킨 후 탑-다운 방향으로 고화시키도록 하는 수직형 용기와, 용기의 외주측에 구비되는 가열수단 및 냉각수단을 포함하는 새로운 구조의 장치를 설계함으로써, 한 번에 대량의 대상 금속 정제가 가능하며, 이미 용융되어 있는 대상 금속을 일방향으로 고화시키는 원리로 공정 시간도 단축시킬 수 있는 효과가 있다. 결과적으로 생산성을 획기적으로 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 존 정제법의 원리를 도시한 그림.
도 2는 종래의 금속 게르마늄 정제장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고순도화 장치의 개략단면도.
도 4 및 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고순도화 장치의 동작을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 용기의 개략도.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 저융점 금속의 고순도화 장치에 대해 상세히 설명한다.

다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고순도화 장치의 개략단면도이며, 도 4 및 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고순도화 장치의 동작을 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 저융점 금속의 고순도화 장치는 챔버(100), 수직형 용기(200), 가열수단(300), 냉각수단(400) 및 이송수단(500)을 포함하여 이루어진다.

챔버(100)는 내부의 공간에 용기(200)가 배치되는 공간으로 일측에 가스가 유입되는 노즐(110)이 구비되며 진공이 가능하도록 설계된다. 따라서 도면상에 나타내지는 않았으나 내부를 진공 상태로 만드는 진공 펌프(미도시)와 연결된다. 더욱 상세하게는 진공 펌프를 이용해 챔버(100) 내부를 진공 상태로 만든 후, 노즐(110)을 통해 수소 가스를 챔버(100) 내로 유입시켜 수소 분위기를 조성한다. 이때, 분위기 가스는 수소 이외에도 다양한 가스가 이용될 수 있다.

수직형 용기(200)는 정제하고자 하는 금속(이하, '대상 금속(10)'이라 함)이 수용되는 용기(200)로, 챔버(100) 내부에 배치된다. 도시된 것처럼, 용기(200)는 상하방향을 길이방향으로 하여 수직하게 형성되며, 길이방향에 수직한 단면이 원 또는 다각형인 원기둥 또는 각기둥 형상으로 형성될 수 있다. 또한 용기(200)의 최하단부에는 배출구(220)가 형성되고 배출구(220) 상에 밸브(230)가 구비된다.

또한, 용기(200)는 테프론 재질로 형성되거나, 열전도성을 갖는 금속으로 형성되되 외면이 테프론 재질로 코팅되어 형성될 수 있다. 테프론은 내열성 및 내화학성이 우수하여 용기(200)의 재질로 적합한 장점이 있다.

가열수단(300)은 용기(200)의 외주측에 수직방향으로 구비되며, 대상 금속(10)을 가열하여 액상으로 만드는 장치로, 통상의 히터나 플라즈마 발생기 등이 이용될 수 있다. 이때, 가열수단(300)은 용기(200)의 외주측을 감싸는 튜브 형상으로 소정 높이로 형성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 용기(200)의 높이와 동일한 높이로 형성되어, 용기(200)에 수용된 대상 금속(10)을 균일하게 가열하여 액상으로 만드는 것이 좋다. 또한, 가열수단(300)은 내측(용기(200)의 외주측)을 향하여 발열되는 것이 바람직하다.

냉각수단(400)도 가열수단(300)과 마찬가지로 용기(200)의 외주측에 수직방향으로 구비되지만, 도시된 것처럼, 가열수단(300)의 상측에 가열수단(300)과 소정 간격 이격 배치된다. 냉각수단(400)도 용기(200)의 외주측을 감싸는 형상으로 형성되며, 냉각수단(400)의 높이 또한 용기(200)의 높이와 동일하게 형성될 수도 있으나 이 경우 챔버(100)의 높이가 훨씬 높아져야 하므로, 이를 고려하여 적절한 높이로 형성되는 것이 바람직하다.

냉각수단(400)은 가열수단(300)에 의해 용융된 대상 금속(10)을 냉각시켜 고상으로 만드는 역할을 하는 것으로 상세한 동작 설명은 후술한다. 냉각수단(400)의 일예로, 용기(200)의 외면에 접하도록 형성되어 물이나 에틸렌글리콜 등의 냉각수를 순환시킴으로써 냉각수단(400)이 접하는 면의 대상 금속(10)을 냉각하는 방식을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 냉각 방법이 적용될 수 있을 것이다.

이송수단(500)은 가열수단(300) 및 냉각수단(400)을 수직 이송시키거나 용기(200)를 수직 이송시키는 역할을 하는 것으로, 도면상에는 가열수단(300) 및 냉각수단(400)과 연결되었으나 용기(200)의 하단부와 연결되어 용기(200)를 상하방향으로 이동시키도록 구성될 수도 있음은 당연하다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 저융점 금속의 고순도화 장치의 동작을 설명한다.

가장 먼저, 수직형 용기(200)에 대상 금속(10)을 담아 챔버(100) 내부에 배치시킨다. 이때, 수직형 용기(200)에 담기는 대상 금속(10)은 액상 또는 고상일 수 있다. 그러나 액상의 대상 금속(10)을 용기(200)에 주입하기 위해서는 별도로 히터 및 주입 유로 등의 장치가 필요하기 때문에, 운반 등 취급이 용이하도록 고상인 것이 유리하다.

이후, 분위기 가스를 이용해 챔버(100) 내부에 분위기를 조성한다. 이때, 분위기 가스를 이용해 분위기를 조성하는 이유는, 챔버(100)에 수용된 대상 금속(10)의 반응을 막기 위함이다. 일반 대기와 같은 환경에서 공정이 진행된다면 대상 금속(10)은 대기 중의 산소와 반응하여 산화될 수 있기 때문에, 대상 금속(10)에 대해 반응성이 없는 수소 가스 등을 이용하여 공정 분위기를 조성하는 것이 바람직하다.

가열수단(300)에 의해 용기(200)에 수용된 대상 금속(10)은 액상(liquid)이 되며, 이후 도 4에 도시된 것처럼, 이송수단(500)을 이용해 가열수단(300) 및 냉각수단(400)이 서서히 하강 이동된다. 이에 따라 용융된 대상 금속(10)은 탑-다운 방향으로 고화되며, 이때 대상 금속(10)에 포함된 불순물이 고/액(solid/liquid) 계면을 따라 하측으로 이동하여 도 5와 같이 용기(200) 하부로 모이게 된다.

이때, 용기(200) 하부 일정 영역은 대상 금속(10)이 불순물이 포함된 액체 상태(liquid)로 남아있도록 하며, 액상의 대상 금속(10)을 외부로 배출함으로써 고순도로 정제된 대상 금속(10)을 얻을 수 있다. 이때, 대상 금속(10)이 원하는 순도를 갖도록 충분히 불순물이 제거되지 않았다면 상술한 과정을 수회 반복할 수 있다.

참고로, 용기(200)의 직경이 커지면 수용할 수 있는 대상 금속(10)의 양이 증대되나 가열수단(300)과 냉각수단(400) 사이에 형성되는 고/액 계면이 용기(200) 내부 중앙부로 갈수록 원활하게 형성되지 못할 수 있으므로, 용기(200)를 적절한 직경으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 도시된 것처럼, 수직형 용기(200)는 하부의 일정 영역이 하측으로 갈수록 단면적이 작아지는 호퍼 형상(210)으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 형상은 불순물이 모여 있는 액상의 대상 금속(10)을 외부로 용이하게 배출 가능하도록 하며, 배출되는 대상 금속(10)의 양도 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명의 목적이 327.4℃ 이하에서 실용화되는 저융점 금속을 고순도로 정제할 수 있는 장치를 제공하는 것이므로, 대상 금속(10)은 대표적인 저융점 금속인 Ga, In, Bi, Pb, Sn, Li, Na, Rb 중 선택되는 어느 하나일 수 있다. 이 중에서, 대표적인 저융점 금속인 Ga 금속은 융점이 사람의 체온보다도 낮은 29.76℃로 사람의 손에서도 쉽게 녹아버릴 정도이다.

구체적으로 설명하면, Ga 금속과 같은 저융점 금속의 경우 도 2에 도시된 종래의 정제장치를 이용하면, 용융된 영역이 재결정화되는 과정이 매우 오래 걸리게 되고, 이 과정에서 대상 금속의 극미량 원소들이 히터(4)의 이동을 따라 이동하지 못하고 그대로 결정화되어버릴 수 있으며, 더 나아가 히터(4)가 이동했음에도 불구하고 여전히 액체 상태로 남아있는 문제가 있을 수 있다.

더욱 심각한 것은, 공정의 반복 횟수가 증가하면 증가할수록 튜브(100) 내부의 분위기 가스가 데워져 튜브(100) 내부의 온도가 지속적으로 상승하게 됨에 따라 상기와 같은 문제가 더욱 심화된다는 것이다. 즉, 종래의 정제장치는 저융점 금속의 정제에는 적용될 수 없다.

또한, 종래의 정제장치의 경우 대상 금속을 국부적으로 가열하는 히터(4)를 서서히 이동시킴에 따라 고상의 대상 금속이 용융되었다가 다시 재결정되는 과정을 반복하는 것으로, 히터(4)를 매우 천천히 이동시켜야 하므로 상당한 시간이 소요되었으며, 한 번에 정제할 수 있는 양이 적어 생산성이 저조하였다.

그러나, 본 발명은 가열수단(300)과 별도로 냉각수단(400)을 구비함으로써, 가열수단(300)에 의해 용융된 영역이 효과적으로 재결정화되도록 하여 불순물이 원활하게 이동할 수 있도록 한다. 따라서 본 발명은 융점이 낮아 쉽게 용융되어 재결정화되지 않는 대상 금속(10)에 대해서도 고순도화 정제 공정을 가능하게 하는 장점이 있다.

아울러, 대상 금속(10)이 수용되어 전체를 용융시킨 후 탑-다운 방향으로 고화시키도록 하는 수직형 용기(200)와, 용기(200)의 외주측에 구비되는 가열수단(300) 및 냉각수단(400)을 포함하는 새로운 구조의 장치를 설계함으로써, 한 번에 대량의 대상 금속(10) 정제가 가능하며, 이미 용융되어 있는 대상 금속(10)을 일방향으로 고화시키는 원리로 공정 시간도 단축시킬 수 있는 효과가 있다. 결과적으로 생산성을 획기적으로 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 고순도화 장치는 가열수단(300), 냉각수단(400) 및 이송수단(500)과 연결되어 이들의 동작을 제어하는 제어부(미도시)가 더 구비되는 것이 바람직하다.

구체적으로, 제어부는 가열수단(300)의 가열 온도, 냉각수단(400)의 냉각 온도, 가열수단(300) 및 냉각수단(400)의 이격 간격, 이송수단(500)의 속도 및 이송 범위를 제어한다.

특히, 이송수단(500)에 의해 가열수단(300) 및 냉각수단(400)이 이동함에 따라 형성되는 고/액 계면이 용기(200)의 길이방향에 수직한 방향(수평방향)으로 형성되도록 가열수단(300)의 가열 온도와 냉각수단(400)의 냉각 온도 및 이송 속도를 제어해야 한다. 또한, 가열수단(300)과 냉각수단(400)은 상호 간에 영향을 미치기 때문에 이를 적절히 고려하여 가열수단(300)과 냉각수단(400)의 이격 간격을 제어한다.

이와 별도로, 본 발명의 일실시예에 따른 고순도화 장치는 가열수단(300) 및 냉각수단(400) 사이에 단열판(미도시)을 구비하여 상호 간의 열을 차폐시키도록 할 수 있다. 단열판은 가열수단(300)의 하측 단부와 냉각수단(400) 단의 상측 단부에 각각 구비될 수도 있으며, 가열수단(300) 및 냉각수단(400) 사이 중앙 부분에 구비될 수도 있다. 즉, 단열판은 가열수단(300) 및 냉각수단(400) 상호 간의 간섭에 의해 가열 온도는 저하되고 냉각 온도는 상승되어 고/액 계면 형성이 원활하게 이루어지지 않는 현상을 방지하고, 가열수단(300) 및 냉각수단(400)이 용기(200) 내 대상 금속(10)에만 영향을 미치도록 하는 것이다. 이를 위해, 단열판은 가열수단(300) 및 냉각수단(400) 사이에 수평하게 배치되며 일단부가 용기(200)의 외주면에 접하도록 형성되는 링 형태일 수 있으며, 이송수단(500)과 연결되어 이동 가능하도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 제어부는 대상 금속(10)을 탑-다운 방향으로 고화시키되, 용기(200) 하부 일정 영역의 대상 금속(10)이 액상으로 남아있도록 가열수단(300) 및 냉각수단(400)의 온도 및 이송수단(500)의 이송 범위를 제어한다. 즉, 상술한 바와 같이 용기(200) 하부의 대상 금속(10)에는 불순물이 집중 존재하기 때문에 이를 외부로 용이하게 배출하기 위해 이송 범위를 조절하여 액상으로 남아있도록 하는 것이다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 고순도화 장치는 챔버(100) 내 분위기 가스의 온도를 조절하는 온도조절부(미도시)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 공정이 지속됨에 따라 가열수단(300)에 의해 챔버(100) 내부의 온도가 점차 상승되므로, 냉각수단(400)에 의해 재결정화된 대상 금속(10)의 일정 영역이 냉각수단(400)이 이동한 이후 또 다시 용융될 수 있다. 이를 방지하기 위해 챔버(100) 내의 온도를 대상 금속(10)의 융점 이하의 온도로 유지시키는 온도조절부를 더 구비하는 것이다. 더욱 바람직하게는 온도조절부는 챔버(100) 내 온도가 소정 범위내로 유지되도록 제어하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 용기(200)의 개략도이다. 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 일실시예에 따른 고순도화 장치는 용기(200)의 벽면 상에 길이방향을 따라 일정 간격 배치되는 온도센서(600)가 더 구비될 수 있다. 온도센서(600)는 용기(200)의 벽면 내부에 구비되거나 외주면에 박막 형태로 부착되는 형태로 형성될 수 있다.

이때, 온도센서(600)는 제어부와 연결되며, 제어부가 온도센서(600)의 센싱값을 바탕으로 가열수단(300), 냉각수단(400) 이송수단(500)의 동작을 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명은 온도센서(600)를 더 구비함으로써, 용기(200) 내부의 대상 금속(10)의 온도를 간접적으로 측정할 수 있으며 이를 바탕으로 가열 온도 및 가열수단(300), 냉각수단(400) 및 이송수단(500)의 동작을 효율적으로 제어할 수 있는 장점이 있다.

상기와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 저융점 금속의 고순도화 장치는 이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예가 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

즉, 본 발명에 따른 제어장치는 저융점 금속뿐만 아니라 다른 금속의 정제 시에도 이용될 수도 있음은 물론이다.

따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 : 대상 금속
100 : 챔버 110 : 노즐
200 : 수직형 용기 210 : 호퍼
220 : 배출구 230 : 밸브
300 : 가열수단 400 : 냉각수단
500 : 이송수단 600 : 온도센서

Claims

일측에 가스가 유입되는 노즐이 구비되며, 진공이 가능한 챔버;
상기 챔버 내부에 수직으로 배치되어 액상 또는 고상의 대상 금속을 수용되며, 상기 대상 금속을 담아 상기 챔버 내부에 배치할 수 있도록 상부가 개방되고, 하부의 일정 영역이 하측으로 갈수록 단면적이 작아지는 호퍼 형상을 갖되, 최하단부에 밸브가 구비된 배출구가 형성되는 수직형 용기;
상기 수직형 용기의 외주측에 구비되며, 상기 대상 금속을 전체적으로 가열하여 액상으로 만들 수 있도록 수직방향으로 일정 높이를 갖도록 구비된 가열수단;
상기 수직형 용기의 외주측에 수직방향으로 일정 높이를 갖도록 구비되되, 상기 가열수단의 상측에 소정 간격 이격 배치되며, 상기 가열수단에 의해 용융된 상기 대상 금속을 냉각시켜 고상으로 만드는 냉각수단;
상기 대상 금속이 전체적으로 액상이 된 후 탑-다운 방향으로 고화됨에 따라 상기 대상 금속에 포함된 불순물이 고/액 계면을 따라 상기 수직형 용기의 하부로 이동하도록 상기 가열수단 및 상기 냉각수단을 수직 이송시키거나 상기 용기를 수직 이송시키는 이송수단; 및
상기 대상 금속을 탑-다운 방향으로 고화시키되 상기 용기 하부 일정 영역의 대상 금속이 액상으로 남아있도록 상기 가열수단 및 냉각수단의 온도, 이송수단의 이송 범위를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지고,
상기 수직형 용기의 하부의 호퍼 형상에 모인 일정 영역의 불순물이 포함된 액상의 대상 금속을 상기 배출구를 통하여 외부로 배출하여 정제된 대상 금속을 얻는 것을 특징으로 하는 금속의 고순도화 장치.
제 1항에 있어서, 상기 대상 금속은,
Ga, In, Bi, Pb, Sn, Li, Na, Rb 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속의 고순도화 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는 가열수단의 가열 온도, 상기 냉각수단의 냉각 온도, 상기 가열수단 및 상기 냉각수단의 이격 간격, 상기 이송수단의 속도 및 이송 범위를 제어하는 것을 특징으로 하는 금속의 고순도화 장치.
삭제
제 3항에 있어서,
상기 용기의 벽면 상에 길이방향을 따라 일정 간격 배치되는 온도센서;
가 더 구비되며,
상기 제어부는,
상기 온도센서의 센싱값을 바탕으로 상기 가열수단, 상기 냉각수단 및 상기 이송수단의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 금속의 고순도화 장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 가열수단 및 상기 냉각수단 사이에 구비되어 상호 간의 열을 차폐시키는 단열판;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 고순도화 장치.
제 1항에 있어서,
상기 챔버 내의 온도를 상기 대상 금속의 융점 이하의 온도로 유지시키는 온도조절부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 고순도화 장치.