KR102359664B1 - 아토마이저 결합형 분말 처리 장치 - Google Patents

아토마이저 결합형 분말 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 양상에 따른 아토마이저 결합형 분말 처리 장치는, 활성 분위기 또는 진공 분위기가 형성될 수 있는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내로 분말들을 공급하도록 상기 공정 챔버에 결합된 아토마이저 장치와, 상기 아토마이저 장치로부터 공급된 분말 상에 인시츄로 박막을 형성하기 위한 공정 가스를 공급하도록 상기 공정 챔버에 연결된 가스 공급부를 포함한다.

Description

아토마이저 결합형 분말 처리 장치{Atomizer coupled powder processing apparatus}
본 발명은 분말 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아토마이저(atomizer)가 결합된 분말 처리 장치에 관한 것이다.
분말 촉매를 비롯한 이차 전지의 전극, 연료 전지 MLCC 등 분말 코팅 시장의 급격한 발전과 더불어 기존 코팅 대비 고품질의 분말 코팅을 요구하는 분야가 점차 증가하고 있다. 이러한 수요에 따라 기존 습식 공정 대비 고품질의 박막 제조가 가능한 기상 증착을 이용한 분말 코팅이 각광받고 있다.
기존 금속 분말은 아토마이저 장치를 이용하여 제조되고, 코팅이 필요한 경우 별도의 코팅 장치에서 코팅되었다. 하지만, 이 경우 코팅 전 금속 분말이 대기에 노출되어 금속 분말 상에 산화막이 형성되는 금속 분말에 코팅층이 형성되기 전에 오염되는 문제가 발생되었다.
1. 공개특허공보 10-2014-0107843 (2014.09.05)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 분말의 대기 노출 없이 박막 형성이 가능한 분말 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 아토마이저 결합형 분말 처리 장치는, 불활성 분위기 또는 진공 분위기가 형성될 수 있는 공정 챔버와, 상기 공정 챔버 내로 분말들을 공급하도록 상기 공정 챔버에 결합된 아토마이저 장치와, 상기 아토마이저 장치로부터 공급된 분말 상에 인시츄로 박막을 형성하기 위한 공정 가스를 공급하도록 상기 공정 챔버에 연결된 가스 공급부를 포함한다.
상기 아토마이저 결합형 분말 처리 장치에 따르면, 상기 분말들이 적층되며 배기 가스가 통과될 수 있도록 상기 공정 챔버의 하부에 형성된 제 1 배기 포트 상에 설치된 메시 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 아토마이저 결합형 분말 처리 장치에 따르면, 상기 가스 공급부는, 금속 소스 가스 및 반응 가스를 상기 공정 챔버 내로 공급할 수 있다.
상기 아토마이저 결합형 분말 처리 장치에 따르면, 상기 가스 공급부는 상기 금속 소스 가스를 공급하기 위해 상기 공정 챔버에 연결된 제 1 공급 라인 및 상기 반응 가스를 공급하기 위해서 상기 공정 챔버에 연결된 제 2 공급 라인을 포함할 수 있다.
상기 아토마이저 결합형 분말 처리 장치에 따르면, 상기 아토마이저 장치는, 용융 금속을 형성하기 위한 용융 챔버와, 상기 용융 챔버에 연결되어, 상기 융융 금속을 분말화하여 분사하기 위한 분사 챔버와, 상기 분사 챔버 내로 아토마이징 가스를 공급하기 위해 상기 분사 챔버에 연결된 아토마이징 가스 공급 라인을 포함할 수 있다.
상기 아토마이저 결합형 분말 처리 장치에 따르면, 상기 분사 챔버는 적어도 분사부가 상기 공정 챔버 내에 배치되도록 상기 공정 챔버에 결합될 수 있다.
상기 아토마이저 결합형 분말 처리 장치에 따르면, 상기 공정 챔버의 상부에는 제 2 배기 포트가 설치되고, 상기 공정 챔버의 상기 제 2 배기 포트의 하부에는 상기 분말들이 통과되지 않고 배기 가스가 통과되는 필터 부재가 설치될 수 있다.
상기 아토마이저 결합형 분말 처리 장치에 따르면, 상기 가스 공급부에는 상기 공정 가스의 적어도 일부 가스를 활성화시키기 위한 리모트 플라즈마 장치가 결합될 수 있다.
상기 아토마이저 결합형 분말 처리 장치에 따르면, 상기 공정 챔버의 하부에는 제 1 진공 펌프에 연결된 제 1 배기 포트가 설치되고, 상기 공정 챔버의 상부에는 제 2 진공 펌프에 연결된 제 2 배기 포트가 설치되고, 상기 공정 챔버 내 배기 가스는 상기 분말들의 누적 조건에 따라서 상기 제 1 배기 포트 및 상기 제 2 배기 포트 중 적어도 하나로 선택적으로 배기될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 분말의 제조와 더불어 대기 노출 없이 인시츄로 박막을 형성할 수 있어서 분말이 코팅 전에 산화되는 것을 막을 수 있다. 나아가, 분말의 제조와 더불어 분말 상에 박막을 형성하기 때문에, 그 속도를 조절하면 별도의 분말 혼합 장치 없이 분말 상에 박막을 형성할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아토마이저 결합형 분말 처리 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아토마이저 결합형 분말 처리 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 아토마이저 결합형 분말 처리 장치에서 분말 상의 박막 형성을 보여주는 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아토마이저 결합형 분말 처리 장치(100)를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 분말 처리 장치(100)는 공정 챔버(110), 아토마이저 장치(120) 및 가스 공급부(118)를 포함할 수 있다.
공정 챔버(110)는 불활성 분위기 또는 진공 분위기가 형성될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(110)는 내부에 불활성 가스를 채우거나, 또는 불활성 가스를 흘리면서 배기를 하여 불활성 분위기를 유지할 수 있다. 다른 예로, 공정 챔버(110)는 밀폐 구조를 갖고, 진공 펌프에 연결하여 진공 분위기를 형성할 수 있다.
아토마이저 장치(120)는 용융 챔버(122), 분사 챔버(124) 및 아토마이징 가스 공급 라인(126)을 포함할수 있다. 예를 들어, 용융 챔버(122)는 공정 챔버(110) 상에 배치되고, 분사 챔버(124)는 용융 챔버(122)의 하부에 연결되고, 아토마이징 가스 공급 라인(126)은 분사 챔버(124)에 결합될 수 있다.
용융 챔버(122)는 용융 금속(MT)을 형성하기 위한 것으로서, 내부에 금속 원재료를 채우고 가열하여 용유 금속(MT)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 용융 챔버(122)는 도가니와 가열 수단을 포함할 수 있다. 가열 수단은 전기 가열 수단 또는 유도 가열 수단을 포함할 수 있다.
분사 챔버(124)는 용융 챔버(122)에 연결되어, 융융 금속(MT)을 분말화하여 분사할 수 있다. 예를 들어, 분사 챔버(124)는 적어도 분사부가 공정 챔버(110) 내에 배치되도록 공정 챔버(110)에 결합될 수 있다.
보다 구체적으로 보면, 분사 챔버(124)는 용융 챔버(122)로부터 공급된 용융 금속(MT)을 분사하기 위한 노즐을 포함할 수 있고, 아토마이징 가스 공급 라인(126)은 분사 챔버(124) 내로 아토마이징 가스를 공급하도록 분사 챔버(124)에 연결될 수 있다. 다른 예로, 아토마이징 가스 대신에 아토마이징 액체를 분사되는 용융 금속(MT)에 공급하여 분말들(PD)을 형성할 수도 있다.
이에 따르면, 용융 챔버(122)에서 용융 금속(MT)이 형성되고, 분사 챔버(124)에서 분사되는 용융 금속(MT)이 아토마이징 가스에 의해서 분열되며 냉각 및 고화되어 분말들(PD)이 형성될 수 있다.
공정 챔버(110)의 하부에는 분말들(PD)이 적층되는 메시 부재(112)와 배기 가스가 통과되는 제 1 배기 포트(114)가 설치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 배기 포트(114)는 공정 챔버(110)의 하단에 결합되며, 메시 부재(112)는 배기 가스의 경로 상, 예컨대 제 1 배기 포트(114) 상에 배치될 수 있다. 메시 부재(112)는 분말들(PD)은 통과되지 않고 적층되고 배기 가스는 통과되도록 그 메시 밀도가 조절될 수 있다.
선택적으로, 공정 챔버(110)의 상부에는 제 2 배기 포트(116) 및 필터 부재(113)가 더 설치될 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(110)의 상단에 제 2 배기 포트(116)가 설치되고, 공정 챔버(110)의 제 2 배기 포트(116) 하부에는 분말들(PD)이 통과되지 않고 배기 가스가 통과되는 필터 부재(113)가 설치될 수 있다.
필터 부재(113)는 분사 챔버(124)에서 분사되는 분말들(PD)이 제 2 배기 포트(116)로 배기되는 경로 상의 공정 챔버(110) 내부에 설치될 수 있다. 예를 들어, 필터 부재(113)는 분사 챔버(124)의 하부를 둘러싸도록 공정 챔버(110) 내에 설치 될 수 있다. 일부 실시예에서, 필터 부재(113)는 메시 부재(112)와 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다.
가스 공급부(118)는 아토마이저 장치(120)로부터 공급된 분말(PD) 상에 인시츄로(in-situ) 박막을 형성하기 위한 공정 가스를 공급하도록 공정 챔버(110)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 가스 공급부(118)는 아토마이저 장치(120)의 분사 챔버(124) 하부에 분말들(PD)의 경로 상에 공정 가스를 공급하도록 공정 챔버(110)의 측벽에 결합될 수 있다. 예를 들어, 가스 공급부(118)는 공정 챔버(110) 내로 공정 가스를 분사시키기 위한 샤워 헤드 구조를 가질 수도 있다.
보다 구체적으로 보면, 가스 공급부(118)는 금속 박막을 형성하기 위한 공정 가스로, 금속 소스 가스 및 반응 가스를 공정 챔버(110) 내로 공급할 수 있다. 예를 들어, 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)법을 이용한 박막 증착의 경우, 가스 공급부(11)에서 공급된 금속 소스 가스 및 반응 가스가 반응하여 분말들(PD) 상에서 박막을 형성할 수 있다.
다른 예로, 원자층증착(atomic layer deposition, ALD)법을 이용한 박막 증착의 경우, 가스 공급부(118)를 통해서 금속 소스 가스와 반응 가스를 순차로 공급하는 사이클 반응을 반복하여 박막을 형성할 수 있다. 선택적으로, 가스 공급부(118)를 통해서 금속 소스 가스 공급 후 및 반응 가스 공급 후에 퍼지 가스를 더 공급할 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 메시 부재(112) 상에 적층된 분말들(PD)의 소정 깊이(D1)까지 공정 가스가 침투하여 반응을 통해서 분말들(PD) 상에 박막을 형성할 수 있다. 따라서, 분말들(PD)은 분사 챔버(124)로부터 분사되는 과정에 또는 메시 부재(112) 상에 누적되면서 표면의 소정 깊이(D1)에서 박막이 동시에 형성될 수 있다. 이에 따라, 분말들(PD) 상에 박막 또는 코팅층이 형성되어, 코어-쉘(core-shell) 구조가 형성될 수 있다.
따라서, 분말 처리 장치(100)에 따르면, 별도의 혼합 수단이 없더라도, 분말들(PD)이 누적되면서 분말들(PD) 상에 코팅층을 형성할 수 있다. 아토마이저 장치(120)에서 형성된 분말들(PD)이 공정 챔버(110)의 메시 부재(112) 상에 적층되면, 새로이 적층된 분말들(PD)이 공정 가스의 유효 침투 깊이(D1) 상에 존재하게 되어 박막이 형성될 수 있다. 이에 따라, 분말들(PD)의 누적 속도와 박막의 형성 속도를 조절하면, 별도의 혼합 장치 없이 효과적으로 분말들(PD) 상에 박막을 형성할 수 있다.
나아가, 분말 처리 장치(100)에 따르면, 아토마이저 장치(120)에서 분말들(PD)이 제조되어 분사되면서 대기 노출 없이 공정 챔버(110) 내에서 인시츄로 분말들(PD) 상에 박막 또는 코팅층을 형성할 수 있다. 따라서, 분말들(PD) 상에 산화물 등의 오염물이 형성되는 것을 방지하거나, 대기와 반응하여 폭발성을 갖는 분말들(PD)의 대기 노출을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 아토마이저 결합형 분말 처리 장치(100a)를 나타내는 개략적인 단면도이다. 분말 처리 장치(100a)는 도 1의 분말 처리 장치(100)에서 일부 구성을 변형하거나 부가한 것이므로, 두 실시예들은 서로 참조될 수 있고 따라서 중복된 설명은 생략된다.
도 2를 참조하면, 가스 공급부(118)는 금속 소스 가스를 공급하기 위해 공정 챔버(110)에 연결된 제 1 공급 라인(1181) 및 반응 가스를 공급하기 위해서 공정 챔버(110)에 연결된 제 2 공급 라인(1182)을 포함할 수 있다. 이 실시예의 변형된 예에서, 제 1 공급 라인(1181) 및 제 2 공급 라인(1182)의 단부에 공정 가스의 혼합 및 분사를 위한 샤워 헤드 구조가 더 부가될 수 있다.
한편, 가스 공급부(118)에는 공정 가스의 적어도 일부 가스를 활성화시키기 위한 리모트 플라즈마 장치(130)가 결합될 수 있다. 예를 들어, 반응 가스를 공급하기 위한 제 2 공급 라인(1182)에 리모트 플라즈마 장치(130)가 결합되어, 반응 가스를 라디칼 형태로 활성화시킬 수 있다. 이러한 리모트 플라즈마 장치(130)를 이용하면 분말 처리 장치(100)에서 플라즈마강화 화학기상증착(plasma enhanced CVD, PECVD) 또는 플라즈마 강화 원자층증착(plasma enhanced ALD)이 가능할 수 있다.
공정 챔버(110)의 하부에는 제 1 진공 펌프(142)에 연결된 제 1 배기 포트(114)가 설치되고, 공정 챔버(110)의 상부에는 제 2 진공 펌프(144)에 연결된 제 2 배기 포트(116)가 설치될 수 있다.
공정 챔버(110) 내 배기 가스는 분말들(PD)의 누적 조건 및/또는 공정 조건에 따라서 제 1 배기 포트(114) 및 제 2 배기 포트(116) 중 적어도 하나로 선택적으로 배기되도록 제어될 수 있다. 공정 챔버(110)의 펌핑 위치를 제 1 배기 포트(114) 및 제 2 배기 포트(116)로 분기하여, 공정 조건 및 분말 누적 조건에 따라 펌핑 위치를 변경함으로써, 효율적인 박막 증착이 가능해질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 분말 처리 장치
110: 공정 챔버
112: 메시 부재
113: 필터 부재
118: 가스 공급부
120: 아토마이저 장치
122: 용융 챔버
124: 분사 챔버

Claims (9)

  1. 불활성 분위기 또는 진공 분위기가 형성될 수 있는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내로 분말들을 공급하도록 상기 공정 챔버에 결합된 아토마이저 장치; 및
    상기 아토마이저 장치로부터 공급된 분말 상에 인시츄로 박막을 형성하기 위한 공정 가스를 공급하도록 상기 공정 챔버에 연결된 가스 공급부를 포함하고,
    상기 공정 챔버의 하부에는 제 1 진공 펌프에 연결된 제 1 배기 포트가 설치되고,
    상기 공정 챔버의 상부에는 제 2 진공 펌프에 연결된 제 2 배기 포트가 설치되고,
    상기 공정 챔버의 하부에 형성된 상기 제 1 배기 포트 상에 메시 부재가 설치되고,
    상기 공정 챔버의 상기 제 2 배기 포트의 하부에는 상기 분말들이 통과되지 않고 배기 가스가 통과되는 필터 부재가 설치되고,
    상기 박막은 상기 분말들이 분사되는 과정 또는 상기 메시 부재 상에 누적되는 과정 중에 대기 노출 없이 형성되고, 별도의 혼합 장치 없이 상기 분말 상에 상기 박막이 형성되도록 상기 공정 챔버 내 배기 가스는 상기 분말들의 누적 속도 및 상기 박막의 형성 속도에 따라서 상기 제 1 배기 포트 및 상기 제 2 배기 포트 중 적어도 하나로 선택적으로 배기되는,
    아토마이저 결합형 분말 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 금속 소스 가스 및 반응 가스를 상기 공정 챔버 내로 공급하는,
    아토마이저 결합형 분말 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 상기 금속 소스 가스를 공급하기 위해 상기 공정 챔버에 연결된 제 1 공급 라인 및 상기 반응 가스를 공급하기 위해서 상기 공정 챔버에 연결된 제 2 공급 라인을 포함하는,
    아토마이저 결합형 분말 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 아토마이저 장치는,
    용융 금속을 형성하기 위한 용융 챔버;
    상기 용융 챔버에 연결되어, 상기 용융 금속을 분말화하여 분사하기 위한 분사 챔버; 및
    상기 분사 챔버 내로 아토마이징 가스를 공급하기 위해 상기 분사 챔버에 연결된 아토마이징 가스 공급 라인을 포함하는,
    아토마이저 결합형 분말 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분사 챔버는 적어도 분사부가 상기 공정 챔버 내에 배치되도록 상기 공정 챔버에 결합된,
    아토마이저 결합형 분말 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부에는 상기 공정 가스의 적어도 일부 가스를 활성화시키기 위한 리모트 플라즈마 장치가 결합된,
    아토마이저 결합형 분말 처리 장치.
  9. 삭제
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