KR102302307B1 - 작업편들을 열화학적으로 경화시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
작업편들을 열화학적으로 경화시키기 위한 방법 및 장치에 있어서, 가변적인 비순차적 방식으로 다음의 단계들이 수행된다: 각각 50 mbar 미만의 압력을 갖는 탄소 함유 가스 분위기에서 1회 이상 침탄 열처리하는 단계로서, 상기 작업편들은 900 내지 1050 ℃의 온도에서 유지되는, 상기 침탄 열처리 단계; 필요한 경우, 각각 100 mbar 미만의 압력을 갖는 가스 분위기에서 1회 이상 확산처리하는 단계; 및 각각 50 mbar 미만의 압력을 갖는 질소 함유 가스 분위기에서 1회 이상 질화처리하는 단계로서, 상기 작업편들은 800 내지 1050 ℃의 온도에서 유지되는, 상기 질화처리 단계.
Description
본 발명은 작업편을 열화학적으로 경화시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 이는 가변적인 비순차적 방식으로:
- 각각의 경우 50 mbar 미만의 압력을 갖는 탄소 함유 가스 분위기에서 1회 이상 침탄 열처리하는 단계로서, 상기 작업편은 900 내지 1050 ℃의 온도에서 유지되는, 상기 침탄 열처리 단계;
- 각각의 경우 100 mbar 미만의 압력을 갖는 가스 분위기에서 선택적으로 1회 이상 확산처리하는 단계; 및
- 각각의 경우 50 mbar 미만의 압력을 갖는 질소 함유 가스 분위기에서 1회 이상 질화처리하는 단계로서, 상기 작업편은 800 내지 1050 ℃의 온도에서 유지되는, 상기 질화처리 단계를 포함한다,
선행기술의 문헌번호:
1: 유럽 특허공개공보 EP 1 247 875 A2호
2: 유럽 특허공개공보 EP 0 735 149 A1호
3: 독일 특허공보 DE 101 18 244 C1호
4: 미국 특허공보 US 6,235,128 B1호
1: 유럽 특허공개공보 EP 1 247 875 A2호
2: 유럽 특허공개공보 EP 0 735 149 A1호
3: 독일 특허공보 DE 101 18 244 C1호
4: 미국 특허공보 US 6,235,128 B1호
본 발명의 목적은 침탄 열처리 및 질화처리에 의해 작업편을 열화학적으로 경화시키기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 이는 다음과 같은 장점을 갖는다:
- 상기 작업편의 표면 영역에서 탄소 및 질소 프로파일의 정확한 설정;
- 높은 생산성 및 유연한 충전; 및
- 감소된 에너지 소모와 환경 오염.
이와 같은 목적은 가변적인 비순차적 방식으로 다음을 포함하는 방법에 의해 성취된다:
- 각각의 경우 50 mbar 미만의 압력을 갖는 탄소 함유 가스 분위기에서 1회 이상 침탄 열처리하는 단계로서, 상기 작업편은 900 내지 1050 ℃의 온도에서 유지되는, 상기 침탄 열처리 단계;
- 각각의 경우 100 mbar 미만의 압력을 갖는 가스 분위기에서 선택적으로 1회 이상 확산처리하는 단계; 및
- 각각의 경우 50 mbar 미만의 압력을 갖는 질소 함유 가스 분위기에서 1회 이상 질화처리하는 단계로서, 상기 작업편은 800 내지 1050 ℃의 온도에서 유지되고, 상기 질소 함유 가스 분위기는 도너 가스(donor gas)로서 분자 질소(N2)를 함유하고 또한 방전 플라즈마에 의해 여기되는, 상기 질화처리 단계를 포함하며,
- 상기 방법은 2개의 연속 공정 단계들 사이의 시간 간격들이 15분 미만이고, 상기 작업편은 이와 같은 시간 간격 동안 300 mbar 미만의 압력을 갖는 가스 분위기에서 유지되는 방식으로 실행된다.
본 발명에 따른 상기 방법의 유익한 실시예들은 :
- 상기 2개의 연속 공정 단계들 사이의 시간 간격들은 10분 미만, 바람직하게 5분 미만, 특히 1분 미만이고;
- 상기 작업편은, 2개의 연속 공정 단계들 사이 시간 간격 동안, 200 mbar 미만의 압력, 바람직하게 100 mbar 미만의 압력을 갖는 가스 분위기에서 유지되고;
- 2개의 연속 공정 단계들 사이의 시간 간격에서의 상기 작업편의 온도는 600 ℃ 초과, 바람직하게 700 ℃ 초과, 특히 800 ℃ 초과이고;
- 상기 방법은 순차적 방식으로,
- 침탄 열처리/질화처리 단계;
- 침탄 열처리/확산처리/질화처리 단계;
- 질화처리/침탄 열처리/질화처리 단계;
- 질화처리/침탄 열처리/질화처리/침탄 열처리 단계; 또는
- 질화처리/침탄 열처리/확산처리/질화처리 단계를 포함하고;
- 상기 방전 플라즈마는 200 내지 1000 V의 선택적 펄스 직류 전압, 10 내지 200 A의 직류 전류 및 2 내지 200 kVA의 연속 전력 하에서 작용되고;
- 상기 질소 함유 가스 분위기는, 상기 1회 이상의 질화처리 단계에서, 펄스 직류 방전 플라즈마에 의해, 특히 점화 임펄스들과의 조합으로 여기되고;
- 상기 방전 플라즈마는 상기 1회 이상의 질화처리 단계에서 활성 그리드 전극을 사용하여 발생되고;
- 상기 작업편은 10 내지 400 V, 바람직하게 10 내지 200 V의 절대값을 갖는 상기 활성 그리드 전극에 대한 음의 전위(바이어스 전압)에서 유지되고;
- 상기 작업편은 상기 활성 그리드 전극에 대한 음의 전위(바이어스 전압)에서 유지되며, 여기서 상기 작업편 상의 음의 전위의 절대값은 상기 활성 그리드 전극의 음의 전위의 절대값의 2 내지 12배이고;
- 플라즈마 잠입 이온 주입(plasma immersion ion implantation)이 상기 1회 이상의 질화처리 단계에서 사용되고;
- 상기 작업편은, 상기 질화처리 단계 동안, 820 내지 1000 ℃, 바람직하게 920 내지 980 ℃의 온도에서 유지되고;
- 상기 작업편은 상기 침탄 열처리 단계 동안 940 내지 1050 ℃의 온도에서 유지되고;
- 상기 질화처리 단계들에서 상기 질소 함유 가스 분위기는 N2, 및 선택적으로 H2 및 아르곤과 같은 하나 이상의 캐리어 가스로 이루어지고;
- 상기 질화처리 단계들에서 상기 질소 함유 가스 분위기는 N2와 CO2 또는 CH4와 같은 하나 이상의 탄소 함유 가스, 및 선택적으로 H2 및 아르곤과 같은 하나 이상의 캐리어 가스로 이루어지고;
- N2에 기초한, 상기 질화처리 단계들에서 상기 탄소 함유 가스들의 비는 2 내지 20 체적%, 바람직하게 4 내지 15 체적%, 특히 4 내지 10 체적%이고;
- 상기 질화처리 단계들에 있어서 상기 질소 함유 가스 분위기의 압력은 40 mbar 미만, 바람직하게 30 mbar 미만, 특히 20 mbar 미만이고;
- 상기 침탄 열처리 단계들에서 상기 탄소 함유 가스 분위기는 C2H2, CO2 및 CH4와 같은 하나 이상의 탄소 함유 도너 가스, 및 선택적으로 H2 및 아르곤과 같은 하나 이상의 캐리어 가스로 이루어지고;
- 상기 침탄 열처리 단계들에 있어서 상기 탄소 함유 가스 분위기의 압력은 40 mbar 미만, 바람직하게 30 mbar 미만, 특히 20 mbar 미만이고;
- 상기 방법은 0.9 내지 2 bar의 압력을 갖는 H2 분위기에서 고압 확산처리 단계를 포함하고; 및/또는
- 상기 방법은, 순차적 방식으로,
- 질화처리/침탄 열처리/고압 확산처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 작업편의 표면 영역에서 탄소 및 질소 프로파일이 정확하게 설정될 수 있고, 또한 에너지 소모가 감소되고 환경 오염이 없는 유연한 충전이 성취될 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은,
- m개의 저압 가열 챔버들(여기서, m은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10);
- 상기 저압 가열 챔버들에 연결되는 가스 공급부로서, 상기 저압 가열 챔버들에 N2와, C2H2, CO2 및 CH4와 같은 탄소 함유 도너 가스들, 및 H2 및 아르곤과 같은 캐리어 가스들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 공급하도록 구성되는, 상기 가스 공급부;
- 상기 각각의 저압 가열 챔버와 또한 록크 챔버 및 ??칭 챔버 또는 2기능 록크-??칭 챔버들이 연결되는 반송 챔버; 또는
- 각각의 경우 이동 가능하고 또한 상기 저압 가열 챔버들 각각에 연결될 수 있는 록크 챔버 및 ??칭 챔버; 또는
- 이동 가능하고 또한 상기 저압 가열 챔버들 각각에 연결될 수 있는 2기능 록크-??칭 챔버를 포함하며,
상기 하나 이상의 저압 가열 챔버(들)는 전기 에너지 공급부에 연결되고, 또한 800 ℃ 초과의 온도 및 100 mbar 미만의 압력에서의 도너 가스로서 N2를 포함하는 질소 함유 가스 분위기 하에서 방전 플라즈마를 생성하도록 구성되는 장치에 의해 성취된다.
본 발명에 따른 상기 장치의 유익한 실시예들은 :
- 상기 전기 에너지 공급부가 200 내지 1000 V의 직류 전압, 10 내지 200 A의 직류 전류 및 2 내지 200 kVA의 연속 전력 하에서 방전 플라즈마의 작용을 위해 구성되고;
- 상기 전기 에너지 공급부가 바람직하게 점화 임펄스들과의 조합하여 펄스 직류 전압을 사용하여 작용하도록 구성되고; 및/또는
- 상기 하나 이상의 저압 가열 챔버(들)가 활성 그리드 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 바랍하게도, 순차적 방식으로, 다음을 포함한다:
- 충전처리/배기처리/침탄 열처리/질화처리/??칭처리/방전처리;
- 충전처리/배기처리/침탄 열처리/확산처리/질화처리/??칭처리/방전처리;
- 충전처리/배기처리/질화처리/침탄 열처리/질화처리/??칭처리/방전처리;
- 충전처리/배기처리/질화처리/침탄 열처리/질화처리/침탄 열처리/??칭처리/방전처리; 또는
- 충전처리/배기처리/질화처리/침탄 열처리/확산처리/질화처리/??칭처리/방전처리.
배기처리는 록크 챔버 또는 2기능 록크-??칭 챔버에서 시행된다. 또한, 상기 용어구성을 간략화하기 위해, 배기처리 단계는 오직 록크 챔버와 관련하여서만 설명될 것이다. 본 발명에 따라서, 2기능 록크-??칭 챔버에서의 대안적 배기처리도 항상 본원에 포함된다.
처리될 작업편은 바람직하게 플레이트형 또는 메시형 충전 캐리어 상에 직접 위치하거나 및/또는 충전 랙에 배열되며, 상기 충전 랙은 선택적으로 상기 충전 캐리어 상에 위치된다. 기어박스 샤프트들과 같은 세장형 작업편들은 바람직하게 상기 충전 캐리어 또는 충전 랙에서 현수 방식으로 배열된다.
본 발명의 장치는 하나 이상의 모듈로 구성된 충전 운송 시스템을 포함하며, 각각의 모듈은 반송 챔버 및/또는 하나 이상의 록크 챔버, ??칭 챔버 및 저압 가열 챔버에 할당된다. 상기 충전 운송 시스템의 각각의 전기 케이블들을 통해 상기 장치의 중앙 제어 시스템, 예를 들면 프로그램 가능 로직 제어기(PLC)에 접속되는 액추에이터가 구비된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예는 하나의 고정 2기능 록크-??칭 챔버, m개의 수직 적층된 저압 가열 챔버들(여기서, m은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10), 및 하나의 반송 챔버를 포함하며, 여기서, 상기 2기능 록크-??칭 챔버 및 상기 저압 가열 챔버들은 상기 반송 챔버에 연결된다. 상기 저압 가열 챔버들 각각에는 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어가 구비되어, 상기 저압 가열 챔버의 내부 공간이 상기 반송 챔버의 내부 공간으로부터 기밀 방식으로 격리될 수 있다. 상기 2기능 록크-??칭 챔버에는 서로 반대측에 배열되는 진공 도어들 또는 2개의 진공 슬라이드 밸브들이 구비된다.
본 발명에 따른 모든 장치들에 있어서, 수직으로 또는 수평으로 이동 가능한 진공 슬라이드 밸브들 및/또는 선회 가능한 진공 도어들이 필요에 따라 사용된다. 진공 슬라이드 밸브들 및 진공 도어들은 다양한 구조 타입들 및 치수들에 있어서 상업적으로 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예는 하나의 고정 록크 챔버, 하나의 고정 ??칭 챔버, m개의 수직 적층된 저압 가열 챔버들(여기서, m은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10), 및 또한 하나의 반송 챔버를 포함하며, 여기서 상기 록크 챔버, 상기 ??칭 챔버 및 상기 저압 가열 챔버들은 상기 반송 챔버에 연결된다. 상기 저압 가열 챔버들 각각에는 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어가 구비되어, 상기 저압 가열 챔버의 내부 공간이 상기 반송 챔버의 내부 공간으로부터 기밀 방식으로 격리될 수 있다. 상기 록크 챔버 및 상기 ??칭 챔버에는 각각의 경우 서로 반대측에 배열되는 진공 도어들 또는 2개의 진공 슬라이드 밸브들이 구비된다.
상기 2개의 장치들에 있어서, 상기 충전 운송 시스템은 반드시 상기 반송 챔버에 배열되며, 또한 충전 캐리어 및/또는 충전 랙을 작업편과 함께 수용하고 수평으로 이동시키기 위한 신축성 기구와 결합하여 수직으로 이동하는 승강기를 포함한다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예는 하나의 고정 록크 챔버, 하나의 고정 ??칭 챔버, 수평으로 그리고 나란히 순환 방식으로 배열되는 m개의 저압 가열 챔버들(여기서, m은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10), 및 또한 하나의 반송 챔버를 포함하며, 여기서 상기 록크 챔버, 상기 ??칭 챔버 및 상기 저압 가열 챔버들은 상기 반송 챔버에 연결된다. 상기 저압 가열 챔버들 각각에는 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어가 구비되어, 상기 저압 가열 챔버의 내부 공간이 상기 반송 챔버의 내부 공간으로부터 기밀 방식으로 격리될 수 있다. 상기 록크 챔버 및 상기 ??칭 챔버에는 각각 서로 반대측에 배열되는 진공 도어들 또는 2개의 진공 슬라이드 밸브들이 구비된다. 이와 같은 방식으로 구성된 장치에 있어서, 상기 반송 챔버에 배열된 충전 운송 시스템은 작업편과 함께 충전 캐리어 및/또는 충전 랙을 수용하고 수평으로 이동시키기 위한 신축성 기구와 결합하는 동력 회전 플레이트를 포함한다.
상기 저압 가열 챔버들은 바람직하게 1 내지 10개의 수평층들, 특히 1, 2, 3, 4 또는 5개의 수평층들을 갖는 충전 스택에 배열되는 작업편의 열화학적 경화를 위해 제공되며, 각각의 경우 복수의 작업편들은 영역에 걸쳐 순차적으로, 그리고 바람직하게 수평층에서 서로 소정의 거리를 두고 배열 및 분배된다. 따라서, 상기 저압 가열 챔버들은, 자유 충전 용적부가 소정의 폭을 가지며, 상기 폭과는 독립적으로, 각각의 경우 400 내지 1000 mm, 바람직하게 400 내지 800 mm의 길이, 및 100 내지 300 mm, 바람직하게 100 내지 200 mm의 높이를 갖도록 치수 설정되며, 상기 저압 가열 챔버 및 상기 가열 요소들의 내부 벽들과 상기 충전 용적부 사이의 빈공간은 20 내지 40 mm로 치수 설정된다.
상기 저압 가열 챔버들 중 적어도 하나는 방전 플라즈마에 의한 질화처리를 위해 제공되며, 전기 에너지 공급부에 연결된다. 작업편들을 갖는 충전 캐리어에 음전위를 인가할 수 있도록, 상기 저압 가열 챔버에는 바람직하게 영역을 갖는 전기 접점이 구비된다. 상기 전기 접점은 상기 전기 접점으로부터 또는 상기 저압 가열 챔버의 내부로부터 상기 저압 가열 챔버의 벽을 통해 외부로 안내하는 전기 도체에 결합되고, 또한 상기 전기 에너지 공급부에 접속된다.
원칙적으로 상기 작업편에 음전위를 인가할 필요는 없다. 오히려, 상기 작업편은, 질량 전위 또는 상기 방전 플라즈마에서 자동적으로 확립되는 플로팅 전위(floating potential)에 기반하여, 저압 가열 챔버의 내부벽으로부터 전기적으로 절연될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 상기 작업편에 대한 음전위의 적용은 본 발명의 맥락에 포함된다. 유익한 실시예에 있어서, 상기 충전 캐리어는 4개의 위치결정 족부(foot)를 갖는 지지 플레이트를 포함한다. 상기 지지 플레이트와 적어도 하나의 위치결정 족부는 금속, 금속 합금, 흑연, 또는 탄소 섬유 보강된 흑연(CFC)과 같은 전기 전도성 물질로 제조된다. 상기 전기 전도성 위치결정 족부는 상기 저압 가열 챔버들에 소정의 영역을 갖는 전기 접점 상에 위치결정하기 위해 제공된다.
본 발명에 따른 장치의 대안적 실시예는 록크 챔버들, ??칭 챔버들, 저압 가열 챔버들 및 선택적으로 반송 챔버에 배열된 모듈들을 갖는 충전 운송 시스템을 포함한다. 그와 같은 충전 운송 시스템용으로 구성된 충전 캐리어는 제1 커플링 요소 및 선택적으로 하부 영역에 롤러들을 갖는다. 록크 챔버들, ??칭 챔버들, 저압 가열 챔버들 및 선택적으로 반송 챔버에 배열된 상기 충전 운송 시스템 또는 그의 다양한 모듈들에는 상기 제1 커플링 요소와 정합하도록 그리고 해제 가능한 방식으로 상기 제1 커플링 요소와 결합될 수 있도록 구성되는 제2 커플링 요소들이 구비된다. 상기 충전 운송 시스템의 모듈들은 작업편들을 갖는 충전 캐리어가 전기 선형 드라이브와 같은 액추에이터에 의해 한 챔버로부터 인접한 챔버에 운송될 수 있는 방식으로 구성된다. 질화처리용으로 의도된 저압 가열 챔버들의 충전 운송 시스템의 제2 커플링 요소는 전기 전도성을 갖는다. 예를 들어, 상기 제2 커플링 요소는 금속, 금속 합금, 흑연 또는 탄소 섬유 보강된 흑연(CFC)과 같은 전도성 물질로 제조된다. 대안적으로, 상기 제2 커플링 요소에는 전기 케이블, 및 충전 캐리어를 위해 또는 충전 캐리어 상에 위치된 제1 커플링 요소를 위해 상기 케이블에 접속된 전기 접점이 구비된다. 상기 전기 접점은 바람직하게 스프링, 슬라이딩 또는 브러시 접점으로서 구성된다.
본 발명에 따른 장치의 유익한 실시예에 있어서, 질화처리를 위해 제공되는 저압 가열 챔버들에는 회전 드라이브가 제공된다. 상기 회전 드라이브는 방전 플라즈마로 상기 작업편들의 균일한 처리(질화처리 동안에 걸친 평균화)를 확고히 하기 위해 질화처리 동안 방전 플라즈마에서 작업편을 갖는 충전 캐리어를 연속 회전시킬 수 있게 한다. 상기 작업편을 갖는 충전 캐리어의 회전은 오직 저압 가열 챔버의 3개 또는 2개의 측벽들을 따라 및/또는 그의 상부를 따라 연장하는 활성 그리드 전극이 상기 방전 플라즈마를 발생시키기 위해 사용될 때 특히 장점을 갖는다는 사실이 발견되었다. 질화처리를 위한 저압 가열 챔버의 로딩 및 언로딩을 위해, 하나 또는 선택적으로 서로 대향하는 2개의 개구부를 갖는 활성 그리드 전극을 사용하는 것이 유익하다. 대안적으로, 저압 가열 챔버의 로딩 및 언로딩을 위해 상기 작업편과 충전 캐리어와의 충돌을 피하도록 위치 또는 조절되는 이동식 또는 접이식 활성 그리드 전극이 본 발명의 맥락에서 제공된다.
제1 로딩 단계에서, 작업편을 갖는 충전 캐리어는 록크 챔버 내로(또는 2기능 록크-??칭 챔버 내로) 도입된다. 상기 록크 챔버는 진공 기밀되도록 폐쇄되고 또한 펌프들에 의해 배기처리된다. 상기 작업편들을 둘러싸고 있는 기체 분위기의 압력이 300 mbar 미만, 바람직하게 200 mbar 미만, 특히 100 mbar 미만의 값으로 감소된 후, 본 발명에 따른 장치의 개별 구성에 기초하여, 상기 록크 챔버로부터 반송 챔버 내로 그리고 상기 반송 챔버로부터 저압 가열 챔버 또는 상기 록크 챔버 내로 운송된 상기 작업편들은 이전에 배기처리된 저압 가열 챔버 전방에 위치하고 또한 진공 기밀 방식으로 상기 저압 가열 챔버에 결합된다.
이동식 록크 챔버를 진공 기밀 방식으로 저압 가열 챔버에 연결시키기 위해, 상기 록크 챔버 및 선택적으로 상기 저압 가열 챔버에는 원피스 또는 투피스 진공 커플링부로 구성된 커플링 요소가 구비된다. 상기 진공 커플링부는 유익하게도 정합 밀봉면들을 갖는 2개의 플랜지들을 가지며, 여기서 상기 플랜지들 중 하나의 밀봉면에는 O-링이 구비되며 또한 상기 플랜지들 중 하나는 상기 밀봉면들을 복사로부터 차폐시키고 또한 고온 잔류 가스를 상기 저압 가열 챔버로부터 차폐시키는 원주 돌출부를 갖는다.
상기 작업편을 갖는 충전 캐리어가 저압 가열 챔버에 위치하자 마자, 상기 저압 가열 챔버는 진공 기밀 방식으로 밀봉되고 또한 50 mbar 미만, 40 mbar 미만, 30 mbar 미만, 바람직하게 20 mbar 미만의 압력으로 배기처리된다. 상기 저압 가열 챔버는 600 ℃ 초과, 바람직하게 700 ℃ 초과 및 특히 800 ℃ 초과의 온도로 상기 충전 캐리어의 반송 하에 전기적으로 가열된다. 제1 충전 생산량의 반송시에, 상기 저압 가열 챔버는 또한 600 ℃ 미만의 온도를 가질 수 있다. 상기 충전 캐리어의 반송시 초기 온도에 기초하여, 상기 저압 가열 챔버는 상기 작업편들의 온도를 질화처리를 위해 800에서 1050 ℃로, 침탄 열처리를 위해 900에서 1050 ℃로 또는 확산처리를 위해 800에서 1050 ℃로 설정하기 위해 고정된 양의 전력량(kWh)으로 특정 기간 동안 인가된다. 상기 작업편들의 온도를 측정하기 위해 고온계, 볼로미터 또는 서모커플을 포함하는 저압 가열 챔버들이 선호된다. 상기 작업편들이 원하는 작업 온도에 도달하고 또한 규정된 체류 시간 동안 그 온도에서 지속된 후에, 질화처리, 침탄 열처리 또는 확산처리에 바람직한 가스 부위기를 생성하기 위해, N2, C2H2, CH4, CO2, H2, 아르곤과 같은 하나 이상의 처리 가스가 상기 저압 가열 챔버 내로 제어 방식으로 연속적으로 도입된다. 동시에, 상기 저압 가열 챔버는 50 mbar 미만, 40 mbar 미만, 30 mbar 미만, 바람직하게 20 mbar 미만의 규정된 값으로 압력을 유지시키기 위해 하나 이상의 진공 펌프에 의해 연속적으로 배기처리된다. 저압 가열 챔버 내로의 처리 가스의 단기간 유량은 1500 l/h(시간당 리터), 바람직하게 150 내지 800 l/h 이하이다. 질화처리 챔버들에 있어서, 처리 가스의 최대 유량은 1000 l/h이며, 바람직하게 20 내지 600 l/h, 20 내지 400 l/h, 특히 20 내지 300 l/h이다.
질화처리, 침탄 열처리 또는 확산처리 단계의 지속 기간은 5 내지 150분 범위를 갖는다. 만약 이어서 질화처리, 침탄 열처리 또는 확산처리가 제공될 경우, 이는 동일한 저압 가열 챔버 또는 다른 저압 가열 챔버에서 수행될 수 있다. 본 발명에 따르면, 다른 저압 가열 챔버들에서 질화처리 및 침탄 열처리 단계가 수행되도록 함으로써, 특정 저압 가열 챔버가 질화처리를 위해 배타적으로 또는 침탄 열처리를 위해 배타적으로 그리고 확산처리를 위해 선택적으로 사용되는 방법이 선호된다. 별도의 저압 가열 챔버들에서 질화처리 및 침탄 열처리 단계들이 수행됨으로써 예를 들면 시안화수소산(HCN)의 형성과 같은 교차 오염에 의해 발생되는 문제점들이 크게 회피된다. 또한, 탄소에 의한 질화 플라즈마의 오염도 회피될 수 있다.
이와 같은 처리 단계를 위해 제공되는 다른 저압 가열 챔버에서 이어지는 질화처리, 침탄 열처리 또는 확산 처리 단계를 위해, 작업편을 갖는 충전 캐리어가 상기 반송 챔버 내로 또는 이동식 록크 챔버 내로 반송되고 또한 이로부터 상기 저압 가열 챔버 내로 운송된다. 대안적으로, 2개의 저압 가열 챔버들이 순차로 배열되고 또한 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어를 갖는 개구부를 통해 서로 연결될 수 있는 장치들이 본 발명의 맥락에 제공된다. 그와 같은 구성을 갖는 장치들에 있어서, 제1 저압 가열 챔버가 예를 들면 침탄 열처리 및/또는 확산처리를 위해 제공되며, 제2 저압 가열 챔버가 확산처리 및/또는 질화처리를 위해 제공된다.
모든 질화처리, 침탄 열처리 및 확산 처리 단계가 수행된 후에, 작업편을 갖는 충전 캐리어는 상술된 방식으로 ??칭 챔버(또는 2기능 록크-??칭 챔버) 내로 반송되고, 바람직하게 가스에 의해 공지된 방식으로 ??칭처리된다. 가스에 의한 ??칭처리에 대한 대안으로서, 오일이나 또는 중합체에 의한 ??칭처리도 또한 본 발명의 맥락에 제공된다.
본 발명의 장치는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10개의 전기적으로 가열될 수 있는 저압 가열 챔버들을 포함하며, 상기 저압 가열 챔버들은 각각 가스 라인을 통해 별도의 가스 공급부들 또는 중앙 가스 공급부에 연결된다. 상기 가스 공급부들은 N2와, C2H2, CO2 및 CH4와 같은 탄소 함유 도너 가스들, 및 H2 및 아르곤과 같은 캐리어 가스들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 처리 가스들을 위한 복수의 컨테이너들을 포함한다. 질량 유동 제어기들은 단위 시간당 저압 가열 챔버들 내로 유입되는 가스량을 조절 가능하게 하기 위해 가스 라인들에 배열된다. 상기 질량 유동 제어기들은 전기 케이블들을 통해, 예를 들면 프로그램 가능 로직 제어기(PLC)와 같은, 장치의 중앙 제어 시스템에 접속된다. 각각의 저압 가열 챔버에는 바람직하게 흑연 또는 탄소 보강된 흑연(CFC)으로 구성되고 또한 전기적으로 작동되는 하나 이상의 가열 요소들이 구비된다. 각각의 저압 가열 챔버는 하나 이상의 진공 펌프 또는 중앙 펌프 설비에 연결된다.
상기 록크 및 ??칭 챔버들 및 또한 상기 저압 가열 챔버들과 선택적으로 상기 반송 챔버에는 유익하게도 전기 케이블들을 통해, 예를 들면 프로그램 가능 로직 제어기(PLC)와 같은, 장치의 중앙 제어 시스템에 연결되는 압력 센서들이 구비된다.
상기 저압 가열 챔버들 각각은 하나 또는 2개의 개구부들, 및 또한 상기 저압 가열 챔버들의 하나의 단부면 또는 서로 마주하는 2개의 단부면들 상에 배열되는 하나 또는 2개의 진공 슬라이드 밸브들 또는 진공 도어들을 갖는다.
본 발명에 따른 장치의 다른 실시예에 있어서, 상기 저압 가열 챔버들은 제1 및 제2 개구부와 제1 및 제2 진공 슬라이드 밸브 또는 제1 및 제2 진공 도어를 갖는 2개의 마주하는 단부면들 상에 구비된다. 이는, 질화처리, 침탄 열처리 도는 확산처리 단계가 완료되고 상기 제1 개구부 반대측의 제2 개구부를 통해 언로딩된 후에, 작업편을 갖는 충전 캐리어가 제1 개구부를 통해 저압 가열 챔버 내로 로딩되게 한다. 본 발명에 따른 장치의 유익한 실시예들은 하나 이상의 고정 또는 이동식 록크 챔버 및 하나 이상의 고정 또는 이동식 ??칭 챔버들을 포함하며, 이들은 상기 저압 가열 챔버들의 반대측 측면들에 배열되거나 또는 상기 측면들에서 이동될 수 있다. 그와 같은 장치에 있어서, 작업편들을 갖는 충전 캐리어는 예를 들면 록크 챔버로부터 제1 개구부를 통해 저압 가열 챔버 내로 로딩되는 공간에서 오직 일 방향으로 이동되며, 또한 질화처리, 침탄 열처리 또는 확산처리가 완료된 후, 상기 저압 가열 챔버로부터 제2 개구부를 통해 ??칭 챔버 내로 통과한다. 단일 방향성 물질 유동을 갖는 이와 같은 방식으로 구성된 장치에 있어서, 상기 저압 가열 챔버들을 로딩 및 언로딩하는 작업은 서로로부터 분리되고 또한 본 발명의 공정 처리량 또는 생산성의 관점에서 서로 독립적으로 거의 최적화될 수 있다.
상기 저압 가열 챔버들은 유익하게도 외부 및 내부 챔버 벽 또는 벽들과, 또한 상기 외부 및 내부 챔버 벽들 사이에 배열된 단열부를 포함한다. 상기 외부 챔버 벽은 금속 물질, 특히 강철 시트로 구성되고, 또한 선택적으로 수냉부가 제공된다. 상기 내부 챔버 벽은 흑연 또는 탄소 섬유 보강된 흑연(CFC)과 같은 내열성 물질로 제조된다. 상기 단열부는 바람직하게 흑연 펠트(felt)로 구성된다. 각각의 저압 가열 챔버에는 바람직하게 흑연 또는 탄소 섬유 보강된 흑연(CFC)으로 구성되고 또한 전기적으로 작동되는 하나 이상의 가열 요소들이 구비된다. 상기 가열 요소들은 바람직하게 상기 내부 챔버의 벽들에 근접한 저압 가열 챔버의 상부 영역에 배열된다.
상기 저압 가열 챔버들에는 선택적으로 모듈식 충전 운송 시스템의 액추에이터, 예를 들면 전기적 선형 드라이브들이 구비된다. 상기 저압 가열 챔버에서의 열방사에 의한 상기 액추에이터들의 과열을 피하기 위해, 상기 액추에이터들은 상기 저압 가열 챔버의 하부 영역에 바람직하게 수냉식의 열차폐부 내에 배열된다. 작업편들을 갖는 플레이트형 충전 캐리어로 저압 가열 챔버가 로딩된 후에, 상기 충전 캐리어는 추가의 차폐부로서 기능한다. 본 발명에 따른 장치의 유익한 실시예에 있어서, 상기 충전 운송 시스템의 드라이브들은 상기 저압 가열 챔버들 외부에 배열되고, 또한 샤프트들 및 진공 피드스루(feedthrough)를 통해 상기 저압 가열 챔버들에 있는 기계적 액추에이터들에 연결된다.
상기 저압 가열 챔버들 중 적어도 하나는 질화처리를 위해 제공되며 또한 전기 에너지 공급부에 연결된다. 상기 전기 에너지 공급부는 양극이 상기 저압 가열 챔버의 전기 전도성 내부 벽에 전기적으로 접속되거나 또는 상기 저압 가열 챔버 내에 배열된 애노드에 연결되는 DC 전압원을 포함한다. 상기 DC 전압원의 음극은 바람직하게 상기 충전 캐리어를 위해 제공된 전기 접점에, 상기 저압 가열 챔버 내에 배열된 활성 그리드 전극에, 또는 상기 활성 그리드 전극과 상기 충전 캐리어를 위한 전기 접점이 상기 DC 전압원이 스위칭 온될 때 상기 충전 캐리어와 상기 작업편이 상기 활성 그리드 전극에 대해 음전위를 요하는 방식으로 연결되는 2개의 클립(clip)들을 갖는 전압 분배기에 전기적으로 접속된다.
상기 전기 에너지 공급부는 200 내지 1000 V의 DC 전압, 10 내지 200 A의 직류 전류 및 2 내지 200 kVA의 연속 전력을 사용하여 작동하도록 구성된다. 상기 전기 에너지 공급부는 바람직하게 몇백 Hz 내지 1 MHz, 특히 200 Hz 내지 5 kHz 범위의 가변적으로 조절 가능한 펄스 주파수, 및 1.0 내지 0.001 범위의 가변적으로 조절 가능한 펄스 점유율(pdf)을 갖는 펄스 DC 전압을 발생시키도록 구성된다. 상기 펄스 점유율(pdf)은, 다음의 관계인 pdf = pd / (pd+dt)에 따라, 상기 기간, 즉 상기 DC 전압이 스위칭 오프되는 동안의 펄스 존속 시간(pd)과 불감 시간(dt)의 합에 대한 펄스 존속 시간(pd)의 비를 나타낸다. 상기 펄스 존속 시간(pd)은 100 ㎲ 이하가 바람직한 반면에, 상기 불감 시간은 100 ㎲ 이상이 바람직하다. 특정의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 전기 에너지 공급부는 추가적으로 정상 펄스의 개시에서 몇 메가와트의 높은 피크 전압 및 몇 마이크로초의 짧은 존속 시간을 갖는 점화 임펄스를 발생시키는 점화 임펄스 발생기를 포함한다. 그와 같은 점화 임펄스는 저압 가열 챔버에서 펄스 방전 플라즈마의 형성을 돕는다. 상술된 것과 같은 타입의 전기 에너지 공급부는 공지된 바 있으며 상업적으로 이용할 수 있다. 그와 같은 전기 에너지 공급부들로는 일반적으로 마이크로콘트롤러 기반 전자 제어 시스템, 커패시터 및 신속 고성능 스위치, 바람직하게 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터; Insulated Gate Bipolar Transistor)들을 갖는다. 또한, 상기 전기 에너지 공급부는 유익하게도 방전 플라즈마에서 전압 강하에 의해 전기 아크를 검출하고 또한 짧은 시간, 일반적으로 100 마이크로초 내지 1 밀리초 동안 전력 공급을 스위칭 오프시키는 보호 회로를 포함한다.
1200 ℃ 이하의 온도에 대해 저항하는 전기 전도성 물질, 특히 금속, 금속 합금, 흑연 또는 탄소 섬유 보강된 흑연(CFC)으로 제조되는 활성 그리드 전극을 포함하는 질화처리를 위해 제공되는 하나 이상의 저압 가열 챔버의 제공이 선호된다. 상기 활성 그리드 전극은 작동 위치에서 상기 전극이 상기 작업편들을 갖는 충전 캐리어를 거의 또는 완전히 둘러싸는 방식으로 구성된다. 상기 작동 위치에서, 상기 활성 그리드 전극은 예를 들면 구형 쉘, 반구형 쉘, 부분적인 또는 전체 직육면체 표면 형상을 갖는다. 상기 활성 그리드 전극은 바람직하게 터널형 구성을 가지며, 또한 서로 대향하는 2개의 측면 그리드들 및 상기 측면 그리드들에 인접하는 커버링 그리드와 장방형 또는 반원형 윤곽을 갖는다.
본 발명에 따른 장치의 추가의 실시예에 있어서, 질화처리를 위해 제공된 저압 가열 챔버가 플라즈마 잠입 이온 주입을 위해 구성된다. 이를 위해, 질화처리 가열 챔버들은 전기 펄스 발생기에 연결되고, 상기 전기 펄스 발생기에 의해 1 내지 300 kV의 진폭을 갖는 음전압 펄스 및 가변적 펄스 존속 시간이 상기 작업편들에 인가될 수 있다. 또한, 상기 질화처리 가열 챔버들은 플라즈마 발생기에 연결된다. 상기 플라즈마 발생기는 10 내지 100 MHz(무선주파수) 또는 약 1 내지 4 GHz(마이크로파) 범위의 주파수들에서 작동된다. 상기 플라즈마를 발생시키기 위해 요구되는 에너지는 용량성으로, 유도적으로 또는 도파관을 통해 상기 질화처리 가열 챔버에 있는 가스 내로 도입된다. 플라즈마 잠입 이온 주입을 위한 다양한 장치들은 종래 기술 분야에서 공지되어 있다.
본 발명은 도면들의 도움으로 아래에서 추가적으로 설명된다.
도 1은 중앙에 배열된 반송 챔버를 갖는 장치의 평면도.
도 2는 수직으로 겹쳐진 저압 가열 챔버, 반송 챔버 및 고정 2기능 록크-??칭 챔버를 갖는 장치의 개략도.
도 3은 순차적으로 수평으로 배열되는 저압 가열 챔버들 및 각각의 경우 수평으로 이동 가능한 록크 및 ??칭 챔버를 갖는 장치의 평면도.
도 4는 쌍으로 연결된 저압 가열 챔버들 및 각각의 경우 수직으로 이동 가능한 록크 및 ??칭 챔버를 갖는 장치의 단면도.
도 5는 질화처리를 위한 저압 가열 챔버의 단면도.
도 6은 활성 그리드 전극의 사시도.
도 1은 중앙에 배열된 반송 챔버를 갖는 장치의 평면도.
도 2는 수직으로 겹쳐진 저압 가열 챔버, 반송 챔버 및 고정 2기능 록크-??칭 챔버를 갖는 장치의 개략도.
도 3은 순차적으로 수평으로 배열되는 저압 가열 챔버들 및 각각의 경우 수평으로 이동 가능한 록크 및 ??칭 챔버를 갖는 장치의 평면도.
도 4는 쌍으로 연결된 저압 가열 챔버들 및 각각의 경우 수직으로 이동 가능한 록크 및 ??칭 챔버를 갖는 장치의 단면도.
도 5는 질화처리를 위한 저압 가열 챔버의 단면도.
도 6은 활성 그리드 전극의 사시도.
도 1은 중앙에 배열된 반송 챔버, 록크 챔버(10), 침탄 열처리 및 선택적으로 확산처리를 위한 2개의 저압 가열 챔버(20), 질화처리를 위한 2개의 저압 가열 챔버들(30) 및 ??칭처리 챔버(50)를 갖는 본 발명에 따른 제1 장치(100)에 대한 평면도를 나타낸다. 상기 챔버들(10, 20, 30 및 50) 각각은 반송 챔버(70)에 견고하게 결합된다. 상기 챔버들(10, 20, 30 및 50)의 내부 공간은 각각 진공 슬라이드 밸브들 또는 진공 도어들(12, 21, 31 및 51)에 의해 상기 반송 챔버(70)의 내부 공간으로부터 가스 기밀 방식으로 격리될 수 있다. 상기 반송 챔버(70)의 반대측 측면 상에서, 상기 록크 챔버(10) 및 상기 ??칭 챔버(50)에는 각각 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(11 및 52)가 구비된다. 상기 진공 슬라이드 밸브 개방 또는 진공 도어(11) 개방 및 진공 슬라이드 밸브 폐쇄 또는 진공 도어(12) 폐쇄의 경우, 작업편을 갖는 충전 캐리어는 300 mbar 미만, 200 mbar 미만, 100 mbar 미만 및 특히 50 mbar 미만의 압력을 갖는 상기 반송 챔버(70)의 미 진공 상태로 상기 록크 챔버(10) 내에 로딩되며, 악영향을 받는다. 작업편들을 갖는 충전 캐리어가 상기 록크 챔버(10) 내로 로딩된 후에, 상기 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(11)는 폐쇄되고, 상기 록크 챔버(10)는 300 mbar 미만, 200 mbar 미만, 100 mbar 미만 및 특히 50 mbar 미만의 압력으로 배기처리된다. 다음에, 상기 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(12)는 개방되고, 상기 작업편들을 갖는 충전 캐리어는 충전 운송 시스템에 의해 상기 반송 챔버(70) 내로 반송된다. 이어서, 상기 작업편을 갖는 충전 캐리어는 침탄 열처리 또는 질화처리를 위해 상기 반송 챔버(70)로부터 상기 저압 가열 챔버들(20 또는 30) 중 하나의 챔버들 내로 로딩된다. 상기 진공 슬라이드 밸브들 또는 진공 도어들(21 및 31)은 오직 상기 반송 챔버(70)의 로딩 및 언로딩 동안만 각각의 저압 가열 챔버(20 또는 30) 내로 개방되거나, 또한 그 반대도 발생되나, 그렇지 않은 경우, 저압 가열 챔버들(20, 30) 내의/로부터의 오염 및 열손실과 저압 가열 챔버들(20, 30)로부터의 열 복사 결과로서 상기 반송 챔버(70)의 열응력을 감소시키기 위해 폐쇄된다. 하나 이상의 침탄 열처리 및 질화처리 단계들과 선택적으로 확산처리 단계들이 각각의 경우 수행된 후에, 상기 작업편들을 갖는 충전 캐리어는 반송되고, 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(51)는 300 mbar 미만, 200 mbar 미만, 100 mbar 미만 및 특히 50 mbar 미만의 압력으로 사전에 배기처리된 ??칭 챔버(50) 내로 개방된다. 상기 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(51)는 폐쇄되고, 상기 작업편들은 유체, 예를 들면 20 bar 이하의 압력으로 압축된 여과 외기에 의해 ??칭처리된다. 또한, 질소, 헬륨 또는 20 bar 이하의 압력으로 압축된 오일과 같은 유체들이 ??칭처리를 위해 제공된다. 상기 작업편들을 갖는 충전 캐리어를 상기 장치(100)로부터 취출하기 위해, 상기 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(51)는 개방되고, 상기 반송 챔버(70)에서 무진공 상태로 진공 슬라이브 밸브가 폐쇄되거나 또는 진공 도어(51)가 폐쇄되는 경우 악영향을 받는다.
상기 작업편들을 갖는 충전 캐리어의 물질 유동은 도 1의 이동 화살표 101로 표시되었다.
도면에는 도시되지 않은, 본 발명에 따른 장치(100)의 대안적 실시예에 있어서, 상기 챔버(10)는 2기능 록크-??칭 챔버로서 구성되며, 상기 챔버(50)는 침탄 열처리, 질화처리 또는 선택적으로 확산처리를 위한 저압 가열 챔버로서 구성된다. 이와 같은 방식으로 구성된 장치에 있어서, 상기 작업편들은 상기 록크-??칭 챔버를 통해 상기 장치 내로/로부터 로딩 및 언로딩된다.
도 2는 침탄 열처리 및 선택적으로 확산처리와 각각 질화처리를 위해 각각의 경우 2개(전체 4개)의 수직으로 겹쳐지고 또한 반송 챔버(71)에 연결되는 저압 가열 챔버들(20 및 30), 및 각각의 경우 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(21 또는 31)에 의해 상기 반송 챔버(71)의 내부 공간으로부터 가스 기밀 방식으로 차단될 수 있는 내부 공간을 갖는 본 발명에 따른 추가의 장치(200)에 대한 개략 측면도를 나타낸다. 또한, 상기 장치는 마찬가지로 상기 반송 챔버(71)에 연결되는 2기능 록크-??칭 챔버(15)를 포함하며, 반대편 단부면들 상에는 2개의 진공 슬라이드 밸브들 또는 진공 도어들(11 및 12)을 갖는다. 상기 2기능 록크-??칭 챔버(15)의 내부 공간은 상기 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(12)에 의해 상기 반송 챔버(71)의 내부 공간으로부터 가스 기밀 방식으로 차단될 수 있다.
상기 반송 챔버(71)에는 신축성 기구가 장착되는 수직 이동 가능한 승강기를 포함하는 충전 운송 시스템(도 2에는 미도시)이 제공된다. 상기 신축성 기구는 작업편들을 갖는 충전 캐리어 및/또는 충전 랙을 수용하고 또한 수평으로 이동시킬 수 있도록 구성된다. 충전 캐리어들 및/또는 충전 랙들은 원하는 경우 상기 2기능 록크-??칭 챔버(15)로부터 충전 운송 시스템에 의해 상기 저압 가열 챔버들(20, 30) 중 하나 내로 반송될 수 있다. 또한, 주어진 공정에 기초하여, 작업편들을 갖는 충전 캐리어들 및/또는 충전 랙들은 상기 저압 가열 챔버들(20, 30) 중 하나로부터 다른 저압 가열 챔버(20, 30) 내로 반송될 수 있다.
작업편들을 갖는 충전 캐리어 및/또는 충전 랙을 상기 장치(200) 내에 로딩시키기 위해, 이들은 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(12)가 폐쇄되고 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(11)가 개방된 상태로 상기 2기능 록크-??칭 챔버(15)에 위치된다. 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(11)가 폐쇄되면, 상기 2기능 록크-??칭 챔버(15)의 내부 공간은 펌프들에 의해 배기처리된다. 이어서, 침탄 열처리, 선택적인 확산처리 및 질화처리 단계들이 상술된 상기 장치(100) 및 도 1과 관련하여 유사한 방식으로 수행된다. 작업편들을 갖는 충전 캐리어 및/또는 충전 랙을 ??칭처리 및 언로딩하기 위해, 이들은 저압 가열 챔버들(20, 30) 중 하나로부터 상기 2기능 록크-??칭 챔버(15) 내로 반송된다.
도 3은 각각 침탄 열처리 및 선택적으로 확산처리 또는 질화처리를 위해 각각의 경우 순차적으로 수평으로 배열되는 3개의 저압 가열 챔버들(20 및 30)을 갖는 본 발명에 따른 추가의 장치(300)에 대한 평면도를 나타낸다. 상기 저압 가열 챔버들(20 및 30) 각각에는 제1 단부면 상에 각각 제1 진공 슬라이드 밸브 또는 제1 진공 도어(21 또는 31)가 그리고 상기 제1 단부면 반대측의 제2 단부면 상에는 각각 제2 진공 슬라이드 밸브 또는 제2 진공 도어(22 또는 32)가 구비된다. 또한, 상기 장치(300)는 상기 저압 가열 챔버(20, 30)의 상기 제1 단부면들을 따라 수평으로 이동할 수 있는 록크 챔버(10A), 및 상기 저압 가열 챔버들(20, 30)의 상기 제2 단부면들을 따라 수평으로 이동할 수 있는 ??칭 챔버(50A)를 포함한다. 상기 록크 챔버(10A) 및 상기 ??칭 챔버(50A)를 이동시키기 위해, 각각, 예를 들면 레일 방식으로 구성되는 선형 가이드들(17 및 57)과 도 3에는 도시되어 있지 않은 드라이브들이 제공된다.
상기 록크 챔버(10A) 및 상기 ??칭 챔버(50A)의 이동은 각각 도 3에서 이동 화살표들(107 및 507)로 표시된다. 상기 록크 챔버(10A) 및 상기 ??칭 챔버(50A)에는 각각 제1 단부면 상에 제1 진공 슬라이드 밸브 또는 제1 진공 도어(11 또는 51)가, 그리고 상기 제1 단부면 반대측의 제2 단부면 상에는 각각 제2 진공 슬라이드 밸브 또는 제2 진공 도어(12 또는 52)가 구비된다. 상기 제1 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(11)가 개방되면, 작업편들을 갖는 충전 캐리어가 상기 록크 챔버(10A) 내로 로딩된다. 상기 진공 슬라이드 밸브들 또는 진공 도어들(11 및 12)은 밀폐되고, 상기 록크 챔버(10A)는 300 mbar 미만, 200 mbar 미만, 100 mbar 미만 및 특히 50 mbar 미만의 압력으로 배기처리되며, 또한 침탄 열처리 또는 질화처리를 발휘하기 위해, 작업편들에 의해 점유되지 않고 가스 기밀 방식으로 그 위에 도킹되는(docked) 저압 가열 챔버(20) 전방에 위치된다. 상기 록크 챔버(10A)의 상기 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(12) 및 상기 도킹된 저압 가열 챔버(20 또는 30)의 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(21 또는 31)는 각각 개방되고, 작업편들을 갖는 충전 캐리어는 충전 운송 시스템에 의해 상기 록크 챔버(10A)로부터 상기 도킹된 저압 가열 챔버(20 또는 30) 내로 반송된다. 상기 진공 슬라이드 밸브 또는 상기 진공 도어(21 또는 31)는 각각 폐쇄되고, 상기 작업편들은 미리 결정된 순서로 하나 이상의 침탄 열처리 단계, 선택적으로 하나 이상의 확산처리 단계 및 하나 이상의 질화처리 단계로 처리된다. 예를 들어, 상기 작업편들은 먼저 침탄 열처리되고, 저압 가열 챔버(20)에서 선택적으로 확산처리되며, 또한 이어서 상기 록크 챔버(10A)에 의해 저압 가열 챔버(30) 내로 반송되고, 그 안에서 질화처리된다. 상술된 침탄 열처리, 확산처리 및 질화처리 단계가 수행된 후에, 상기 작업편들은 유체, 예를 들면, 상기 ??칭 챔버(50A)에서 20 bar 이하의 압력으로 가압되는 여과 외기에 의해 ??칭처리된다. 이를 위해, 상기 ??칭 챔버(50A)는 각각의 저압 가열 챔버(20 또는 30) 전방에 위치되거나 또는 상기 저압 가열 챔버 위에 가스 기밀 방식으로 도킹된다. 상기 저압 가열 챔버(20 또는 30)의 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(22 또는 32) 및 상기 ??칭 챔버(50A)의 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(51)는 이어서 개방되고, 상기 작업편들을 갖는 충전 캐리어는 상기 저압 가열 챔버(20 또는 30)로부터 상기 ??칭 챔버(50A) 내로 반송된다. 상기 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(51)는 밀폐되고, ??칭처리 단계가 수행된다. 마지막으로, 상기 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(52)가 개방되고, 상기 장치(300)로부터 상기 작업편들을 갖는 충전 캐리어를 얻는다.
도면들에는 도시되지 않은, 본 발명에 따른 장치(300)의 대안적 실시예에 있어서, 상기 챔버(10A)는 2기능의 이동 가능한 록크-??칭 챔버로서 구성되며, 상기 ??칭 챔버(50A)는 배제된다. 이와 같은 방식으로 구성된 장치에 있어서, 상기 작업편들은 상기 록크-??칭 챔버를 통해 상기 장치 내로/로부터 로딩 및 언로딩된다.
도 4는 서로 수평 방향으로 순차적 쌍으로 배열되고 서로 결합되는 저압 가열 챔버들(20 및 30)을 갖는 본 발명에 따른 추가의 장치(400)에 대한 측 단면도를 나타낸다. 각각 저압 가열 챔버(20) 및 저압 가열 챔버(30)를 갖는 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 쌍들은 수직으로 겹쳐진다. 대안적으로, 본 발명은 저압 가열 챔버(20) 및 저압 가열 챔버(30)를 갖는 쌍들이 서로 수평 방향으로 순차적으로 배열되는 구성을 위해 제공된다. 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(230)가 쌍을 이루는 상기 저압 가열 챔버들(20 및 30) 사이에 배열되고, 상기 저압 가열 챔버들(20 및 30)의 내부 공간들을 서로 분리시키고, 또한 작업편들의 반송을 위해서만 개방된다. 상기 저압 가열 챔버들(20) 각각에는 상기 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(230)의 반대측 단부면 상에 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(21)가 구비된다. 유사한 방식으로, 상기 저압 가열 챔버들(30) 각각에는 상기 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(230)의 반대측 단부면 상에 진공 슬라이드 밸브 또는 진공 도어(32)가 구비된다.
또한, 상기 장치(400)는 수직 방향으로 또는 선택적으로 수평 방향으로 이동될 수 있는 록크 챔버(10A)를 포함하며, 또한 수직 방향으로 또는 수평 방향으로 이동될 수 있는 ??칭 챔버(50A) 및 저압 가열 챔버들(20) 각각의 전방에 위치될 수 있으며, 또한 상기 저압 가열 챔버들(30) 각각의 전방에 위치될 수 있다. 상기 록크 챔버(10A)에는 2개의 반대측 단부면들 상에 진공 슬라이드 밸브들 또는 진공 도어들(51 및 52)이 구비된다. 상기 ??칭 챔버(50A)에도 마찬가지로 2개의 반대측 단부면들 상에 진공 슬라이드 밸브들 또는 진공 도어들(51 및 52)이 구비된다. 상기 록크 챔버(10) 및 상기 ??칭 챔버(50A)의 수직 또는 선택적인 수평 이동 방향은 각각 이동 화살표들(107 및 507)로 표시하였다. 상기 록크 챔버(10A) 및 상기 ??칭 챔버(50A)를 이동시키기 위해, 도 4에는 도시되지 않은 선형 가이드들이 예를 들면 레일 형태로 구성되며, 또한 드라이브들도 제공된다.
상기 장치들(400)은 도 3 및 상기 장치(300)와 관련하여 상술된 것과 유사한 방식으로 작동하나, 단지 저압 가열 챔버(20)로부터 저압 가열 챔버(30) 내로의 작업편들의 반송이 본 목적을 위해 요구되는 이동식 로크 챔버(20) 없이 직접 수행된다는 점에서만 다르다.
도 5는 질화처리를 위해 제공되고 또한 내부 챔벼 벽(33), 외부 챔버 벽(35) 및 상기 내부 및 외부 챔버 벽들(33 및 35) 사이에 배열된 단열부(34)와 또한 하나 이상의 가열 요소(7)를 갖는 저압 가열 챔버(30)의 개략 단면도를 나타낸다. 상기 외부 챔버 벽(35)은 금속 재료, 특히 강으로 제조되는 것이 바람직하며, 선택적으로 수냉부(도 5에는 도시되지 않음)가 구비된다. 상기 단열부(34)는 바람직하게 흑연 펠트로 제조된다. 상기 내부 챔버 벽(33) 및 가열 요소들(7)은 바람직하게 흑연 또는 탄소 섬유 보강된 흑연(CFC)으로 제조된다. 상기 저압 가열 챔버(30)에는 바람직하게 충전 캐리어를 위한 지지부들(3, 3A)이 구비되며, 여기서 적어도 하나의 지지부(3A)는 전기 접점을 갖거나, 또는 금속, 금속 합금, 흑연 또는 탄소 섬유 보강된 흑연(CFC)과 같은 전기 전도성 재료로 제조된다.
또한, 처리될 작업편들(1)을 갖는 충전 캐리어(2) 및 선택적 활성 그리드 전극(5)이 도 5에 도시되어 있다. 상기 충전 캐리어(2)는 바람직하게 플레이트 또는 그리드 형상으로 구성되며, 여기서 적어도 하나의 위치결정 족부(4A)가 전기 전도성을 갖는다.
지지부들(3, 3A) 및 위치결정 족부(4, 4A)는 서로 정합하도록 배열되어, 전기 전도성 접점이 상기 지지부(3A)와 상기 위치결정 족부(4A) 사이에 형성된다.
상기 내부 챔버 벽(33)은 전기 케이블들을 통해 전기 에너지 공급부(90)의 양극에 연결된다. 상기 전기 에너지 공급부(90)는 바람직하게 펄스식 DC 전압원으로서 설계되며, 200 내지 1000 V의 DC 전압, 10 내지 200 A의 직류 전류 및 2 내지 200 kVA의 연속 전력에서 방전 플라즈마를 작동시키기 위해 구성된다. 본 발명의 특히 유익한 실시예에 있어서, 상기 전기 에너지 공급부(90)는 점화 임펄스 발생기를 포함한다.
상기 저압 가열 챔버들을 위해 사용되는 전기 케이블들은 종종 텅스텐 또는 흑연과 같은 내열성 물질로 제조된다. 대안적으로, 세라믹 재료로 구성되는 열 차폐부를 갖는 구리 케이블들이 사용된다.
상기 충전 캐리어(2) 또는 상기 지지부(3A) 및/또는 선택적 활성 그리드 전극(5)이 전기 케이블들을 통해 상기 전기 에너지 공급부(90)의 음극에 접속되고 또한 상기 내부 챔버 벽(33)에 대한 캐소드로서 접속된다.
활성 그리드 전극(5)이 사용될 때, 상기 활성 그리드 전극(5)에 대한 작업편들(1)에 (바이어스 전압으로서 알려진) 음전위를 인가함으로써 장점을 가질 수 있다. 따라서, 상기 활성 그리드(5) 및 상기 작업편들(1)을 위한 클립들 또는 2개의 분출구들을 갖는 선택적 전압 분배기(91)가 제공된다.
도 6은 유익하게 구성된 활성 그리드 전극(5) 및 작업편들(1)을 갖는 충전 캐리어(2)에 대한 사시도를 나타낸다. 상기 활성 그리드 전극(5)은 서로 반대측에 위치하는 2개의 측부 부분 및 상기 2개의 측부 부분들을 연결하는 하나의 커버링 부분을 구비한 터널형 구성을 갖는다.
상기 충전 캐리어(2)는 도 6에는 도시되지 않은 회전 드라이브에 작동적으로 결합된다. 상기 회전 드라이브는 상기 방전 플라즈마로 상기 작업편들(1)을 매우 동등하게 처리할 수 있도록 질화처리 동안 상기 충전 캐리어(2)를 연속으로 회전시킬 수 있게 한다. 상기 충전 캐리어(2)의 회전은 도 6에서 이동 화살표(2A)로 표시되었다.
1 작업편들
2 충전 캐리어
2A 이동 화살표
3, 3A 충전 캐리어를 위한 지지부
4, 4A 충전 캐리어의 위치결정 족부
5 활성 그리드 전극
10 고정 록크 챔버
10A 이동 록크 챔버
15 록크-??칭 챔버
17 이동 장치
20 침탄 열처리를 위한 저압 가열 챔버
30 질화처리를 위한 저압 가열 챔버
33 저압 가열 챔버의 내부 벽
34 저압 가열 챔버의 단열부
35 저압 가열 챔버의 외부 벽
50 고정 ??칭 챔버
50A 이동 ??칭 챔버
57 이동 장치
70 반송 챔버(수평 방향)
71 반송 챔버(수직 방향)
90 전기 에너지 공급부
11, 12, 21, 22, 31, 32, 51, 52. 230 진공 슬라이드 밸브들 또는 진공 도어들
90 전기 에너지 공급부
100 열화학적 경화를 위한 장치
200 열화학적 경화를 위한 장치
300 열화학적 경화를 위한 장치
400 열화학적 경화를 위한 장치
101 이동 화살표
107 이동 화살표
507 이동 화살표
2 충전 캐리어
2A 이동 화살표
3, 3A 충전 캐리어를 위한 지지부
4, 4A 충전 캐리어의 위치결정 족부
5 활성 그리드 전극
10 고정 록크 챔버
10A 이동 록크 챔버
15 록크-??칭 챔버
17 이동 장치
20 침탄 열처리를 위한 저압 가열 챔버
30 질화처리를 위한 저압 가열 챔버
33 저압 가열 챔버의 내부 벽
34 저압 가열 챔버의 단열부
35 저압 가열 챔버의 외부 벽
50 고정 ??칭 챔버
50A 이동 ??칭 챔버
57 이동 장치
70 반송 챔버(수평 방향)
71 반송 챔버(수직 방향)
90 전기 에너지 공급부
11, 12, 21, 22, 31, 32, 51, 52. 230 진공 슬라이드 밸브들 또는 진공 도어들
90 전기 에너지 공급부
100 열화학적 경화를 위한 장치
200 열화학적 경화를 위한 장치
300 열화학적 경화를 위한 장치
400 열화학적 경화를 위한 장치
101 이동 화살표
107 이동 화살표
507 이동 화살표
Claims (41)
- 작업편들을 열화학적으로 경화시키는 방법으로서,
- 1회 이상의 침탄 단계로서, 상기 침탄 단계는 각각의 경우 50 mbar 미만의 압력을 갖는 탄소 함유 가스 분위기에서 실행되고, 상기 작업편들은 900 내지 1050 ℃의 온도에 유지되는, 상기 침탄 단계; 및
- 상기 침탄 단계 전에 또는 후에 1회 이상의 질화 단계로서, 상기 질화 단계는 각각의 경우 50 mbar 미만의 압력을 갖는 질소 함유 가스 분위기에서 실행되고, 상기 작업편들은 800 내지 1050 ℃의 온도에 유지되고, 상기 질소 함유 가스 분위기는 도너 가스로서 분자 질소(N2)를 함유하고 방전 플라즈마에 의해 여기되는, 상기 질화 단계;를 포함하며,
- 상기 방법은 2개의 연속 공정 단계들 사이의 시간 간격들이 15분 미만이고, 상기 작업편들은 상기 시간 간격들 동안 300 mbar 미만의 압력을 갖는 주위 가스 분위기에 유지되도록 실행되며,
상기 질화 단계 및 상기 침탄 단계는 다른 가열 챔버들에서 실행됨으로써, 특정 가열 챔버가 질화를 위해 배타적으로 또는 침탄을 위해 배타적으로 사용되는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 침탄 단계 또는 상기 질화 단계 후에, 또는 상기 침탄 단계와 상기 질화 단계 사이에 1회 이상의 확산 단계를 포함하고, 상기 확산 단계는 각각의 경우 100 mbar 미만의 압력을 갖는 가스 분위기에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2개의 연속 공정 단계들 사이의 시간 간격들은 10분 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 2개의 연속 공정 단계들 사이의 시간 간격들은 5분 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 2개의 연속 공정 단계들 사이의 시간 간격들은 1분 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 작업편들은 2개의 연속 공정 단계들 사이의 시간 간격 동안 200 mbar 미만의 압력을 갖는 가스 분위기에 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 작업편들은 2개의 연속 공정 단계들 사이의 시간 간격 동안 100 mbar 미만의 압력을 갖는 가스 분위기에 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 작업편들의 온도는 2개의 연속 공정 단계들 사이의 시간 간격 동안 600 ℃ 초과인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 작업편들의 온도는 2개의 연속 공정 단계들 사이의 시간 간격 동안 700 ℃ 초과인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 작업편들의 온도는 2개의 연속 공정 단계들 사이의 시간 간격 동안 800 ℃ 초과인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 방법은 순차적 방식으로,
- 침탄/질화 단계;
- 침탄/확산/질화 단계;
- 질화/침탄/질화 단계;
- 질화/침탄/질화/침탄 단계; 또는
- 질화/침탄/확산/질화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방전 플라즈마는 200 내지 1000 V의 직류 전압, 10 내지 200 A의 직류 전류, 및 2 내지 200 kVA의 연속 전력에서 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 방전 플라즈마는 200 내지 1000 V의 펄스 직류 전압, 10 내지 200 A의 직류 전류, 및 2 내지 200 kVA의 연속 전력에서 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 질소 함유 가스 분위기는 상기 1회 이상의 질화 단계에서 펄스 직류 방전 플라즈마에 의해 여기되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 질소 함유 가스 분위기는 상기 1회 이상의 질화 단계에서 점화 임펄스들과의 조합된 펄스 직류 방전 플라즈마에 의해 여기되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방전 플라즈마는 상기 1회 이상의 질화 단계에서 활성 그리드 전극을 사용하여 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 작업편들은 10 내지 400 V의 절대값을 갖는 상기 활성 그리드 전극에 대해 음의 전위에 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 플라즈마 잠입 이온 주입이 상기 1회 이상의 질화 단계에서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 작업편들은 상기 질화 단계 동안 820 내지 1000 ℃의 온도에 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 작업편들은 상기 질화 단계 동안 920 내지 980 ℃의 온도에 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 작업편들은 상기 침탄 단계 동안 940 내지 1050 ℃의 온도에 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 질화 단계에서 상기 질소 함유 가스 분위기는 N2로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 질화 단계에서 상기 질소 함유 가스 분위기는 N2, 및 H2 및 아르곤으로부터 선택된 하나 이상의 캐리어 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 질화 단계에서 상기 질소 함유 가스 분위기는 H2, 및 CO2 또는 CH4로부터 선택된 하나 이상의 탄소 함유 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 질화 단계에서 상기 질소 함유 가스 분위기는 N2, 및 CO2 또는 CH4로부터 선택된 하나 이상의 탄소 함유 가스, 및 H2 및 아르곤으로부터 선택된 하나 이상의 캐리어 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제24항에 있어서, N2에 기초한, 상기 탄소 함유 가스의 비는 2 내지 20 체적%인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제24항에 있어서, N2에 기초한, 상기 탄소 함유 가스의 비는 4 내지 15 체적%인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제24항에 있어서, N2에 기초한, 상기 탄소 함유 가스의 비는 4 내지 10 체적%인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 질화 단계에서 상기 질소 함유 가스 분위기의 압력은 40 mbar 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 질화 단계에서 상기 질소 함유 가스 분위기의 압력은 30 mbar 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 질화 단계에서 상기 질소 함유 가스 분위기의 압력은 20 mbar 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 침탄 단계에서 상기 탄소 함유 가스 분위기는 C2H2, CO2 및 CH4로부터 선택된 하나 이상의 탄소 함유 도너 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 침탄 단계에서 상기 탄소 함유 가스 분위기는 C2H2, CO2 및 CH4로부터 선택된 하나 이상의 탄소 함유 도너 가스, 및 H2 및 아르곤으로부터 선택된 하나 이상의 캐리어 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 침탄 단계에서 상기 탄소 함유 가스 분위기의 압력은 40 mbar 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제34항에 있어서, 상기 침탄 단계에서 상기 탄소 함유 가스 분위기의 압력은 30 mbar 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제34항에 있어서, 상기 침탄 단계에서 상기 탄소 함유 가스 분위기의 압력은 20 mbar 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 확산 단계는 0.9 내지 2 bar의 압력을 갖는 H2 분위기에서 고압 확산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 방법은 순차적 방식으로,
- 질화/침탄/고압 확산 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 작업편들을 열화학적으로 경화시키기 위한 장치로서,
- m개의 가열 챔버들로서, 여기서 m은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10인, 상기 m개의 가열 챔버들;
- 상기 가열 챔버들에 연결되는 가스 공급부로서, 상기 가열 챔버들에 N2와, C2H2, CO2 및 CH4로부터 선택된 탄소 함유 도너 가스와, H2 및 아르곤으로부터 선택된 캐리어 가스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 가스를 공급하도록 구성되는, 상기 가스 공급부;
- 상기 가열 챔버들 각각과, 록크 챔버와, ??칭 챔버 또는 2기능 록크-??칭 챔버가 연결되는 이송 챔버; 또는
- 록크 챔버 및 ??칭 챔버로서, 각각의 경우 이동 가능하고 상기 가열 챔버들 각각에 연결될 수 있는, 상기 록크 챔버 및 ??칭 챔버; 또는
- 이동 가능하고 상기 가열 챔버들 각각에 연결될 수 있는 2기능 록크-??칭 챔버;를 포함하는, 장치에 있어서,
상기 가열 챔버들 중 하나 이상은 전기 에너지 공급부에 연결되고, 800 ℃ 초과의 온도 및 100 mbar 미만의 압력에서 도너 가스로서 N2를 포함하는 질소 함유 가스 분위기 하에서 방전 플라즈마를 생성하도록 구성되고,
상기 전기 에너지 공급부는 200 내지 1000 V의 직류 전압, 10 내지 200 A의 직류 전류, 및 2 내지 200 kVA의 연속 전력에서 방전 플라즈마의 작동을 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 장치. - 제39항에 있어서, 상기 전기 에너지 공급부는 펄스 직류 전압의 작동을 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제39항 또는 제40항에 있어서, 상기 가열 챔버들 중 하나 이상은 활성 그리드 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
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