KR102485876B1 - Vcsel 모듈을 구비하는 급속 소결 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부에 분말 성형체의 소결이 진행되는 소결 영역을 제공하는 챔버 모듈과, 소결 영역에 위치하여 분말 성형체를 상면이 노출되도록 지지하는 성형체 지지 모듈과, 성형체 지지 모듈의 상부에 위치하며 분말 성형체의 상면으로 레이저를 조사하는 VCSEL 모듈과, 성형체 지지 모듈의 상부에 위치하여 분말 성형체의 상면에 대한 적외선 영상을 촬영하는 IR 카메라 및 성형체 지지 모듈의 상부에 위치하여 분말 성형체의 상면의 온도를 측정하는 파이로미터를 포함하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치를 개시한다.

Description

VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치{Rapid Sintering Heating Apparatus having VCSEL Module}
본 발명은 레이저가 조사되는 VCSEL(Vertical Cavity Surface-Emitting Laser) 모듈을 이용하여 분말 성형체를 급속 소결하는 소결 장치에 관한 것이다.
소결 제품은 일반적으로 1 종류 또는 2 종류 이상의 분말이 혼합된 혼합 분말을 금형 성형 또는 캐스팅하여 소정 형상의 분말 성형체를 만든 후에 소결 공정을 통하여 제조될 수 있다. 상기 분말 성형체는 블록, 벌크, 필름 또는 박막 형상으로 형성될 수 있다. 상기 소결 제품은 세라믹 분말을 원료로 하는 세라믹 제품, 금속 분말을 원료로 하는 금속 제품 또는 세라믹 분말과 금속 분말을 원료로 하는 복합 제품일 수 있다.
상기 소결 공정은 고온과 적정한 소결 분위기에서 진행될 수 있다. 상기 소결 공정은 일반적으로 배치 타입의 소결로 또는 인라인 타입의 소결로에서 진행될 수 있다. 상기 소결로는 일반적으로 세라믹 제품이 위치하는 소결 영역을 구비하는 공정 챔버와 공정 챔버의 소결 영역을 가열하는 히터와 소결 영역의 온도를 측정하는 열전대(thermocouple) 및 열전대에서 측정되는 온도를 근거로 열선에 공급되는 전력을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 히터는 열선을 구비하며, 소결로의 내부 또는 외부에 위치하여 소결 영역을 고온으로 가열할 수 있다. 또한, 상기 공정 챔버는 일반적으로 단열을 위하여 단열재에 의하여 단열 및 밀폐되는 구조이다. 따라서, 상기 소결로는 소결 영역에 위치하는 소결 제품의 상태를 직접적으로 관찰하기 어려운 구조이다. 또한, 상기 소결로는 열전대가 소결 영역의 온도를 측정하는 구조이므로 소결 제품의 온도를 직접 측정하기 어려운 구조이다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2019-107878호(2019.07.04) 특허문헌 2: 공개특허공보 제10-2017-0003935호(2017.01.10) 특허문헌 3: 일본 특허공보 특허 제 6825148호(2021.02.03)
본 발명은 분말 성형체를 레이저를 이용하여 전체적으로 균일하게 가열하여 소결할 수 있는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 소결이 진행되는 공정 챔버를 단열재를 이용하여 단열할 필요가 없는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 소결 과정에서 분말 성형체의 소결 상태를 육안 또는 영상으로 직접 확인할 수 있는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 소결 영역에 위치하는 분말 성형체와 그 인접한 주변만을 가열하므로 소결 영역에 온도 측정 모듈이 위치할 수 있으며, 분말 성형체의 가열 온도를 분말 성형체의 표면 또는 인접한 거리에서 측정할 수 있는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치는 내부에 분말 성형체의 소결이 진행되는 소결 영역을 제공하는 챔버 모듈과, 상기 소결 영역에 위치하여 상기 분말 성형체를 상면이 노출되도록 지지하는 성형체 지지 모듈과, 상기 성형체 지지 모듈의 상부에 위치하며 상기 분말 성형체의 상면으로 레이저를 조사하는 VCSEL 모듈과, 상기 성형체 지지 모듈의 상부에 위치하여 상기 분말 성형체의 상면에 대한 적외선 영상을 촬영하는 IR 카메라 및 상기 성형체 지지 모듈의 상부에 위치하여 상기 분말 성형체의 상면의 온도를 측정하는 파이로미터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 급속 소결 장치는 상기 분말 성형체의 상면 또는 측면에 직접 접촉되어 온도를 측정하는 열전대를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 챔버 모듈은 내부에 상기 소결 영역이 형성되는 챔버 하우징 및 상기 챔버 하우징의 일측벽을 관통하여 형성되는 투시창을 구비할 수 있다.
또한, 상기 성형체 지지 모듈은 상기 분말 성형체의 평면 면적보다 큰 면적의 판상으로 형성되는 성형체 지지대와, 기둥 형상으로 형성되며, 상단이 상기 성형체 지지대의 하부에 결합되며 하부가 상기 챔버 하우징의 하부로 관통되는 성형체 지지축과, 상기 성형체 지지대의 상부에 안착되며 단열성을 가지는 세라믹 재질로 형성되어 상기 분말 성형체에서 발생되는 열이 하부로 전도되는 것을 차단하는 단열 부재 및 상기 단열 부재의 상면에 안착되며 상부에 분말 성형체를 지지하는 서셉터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 서셉터는 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 그래파이트(Graphite), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 또는 갈륨나이트라이드(GaN)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 서셉터는 상면에 메쉬 형태 또는 격자 형태로 형성되는 과열 방지판을 구비할 수 있다.
또한, 상기 단열 부재는 판상으로 형성되며, 상기 분말 성형체의 면적보다 크고 상기 성형체 지지대의 면적보다 작은 면적으로 형성되는 단열 바닥판 및 상기 단열 바닥판의 모서리를 따라 상기 분말 성형체의 상면보다 높이가 높은 벽체로 형성되는 단열 벽체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 성형체 지지 모듈은 상기 서셉터와 상기 단열 바닥판 사이에 기둥 형상으로 형성되는 복수 개의 서셉터 지지 부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 성형체 지지 모듈은 상기 성형체 지지축의 하단에 결합되어 성형체 지지축을 회전시키는 지지축 회전 수단을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 지지축 회전 수단은 상기 챔버 하우징의 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 성형체 지지 모듈은 석영 재질이며 상기 분말 성형체의 면적보다 큰 면적을 갖는 판상으로 형성되어 상기 분말 성형체의 상부에 위치하는 레이저 투과판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 레이저 투과판은 하면에 반응 방지용 분말이 도포되며, 상기 반응 방지용 분말은 YSZ, GDC, BCZY, Al2O3를 포함하는 세라믹 분말과 Ni, Cu를 포함한 금속 분말중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 분말로 형성되어 상기 레이저 투과판의 하면과 상기 분말 성형체의 상면이 직접 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 성형체 지지 모듈은 상기 레이저 투과판의 하부에 위치하며 상기 레이저 투과판의 하면에서 외측 모서리를 지지하는 투과판 지지 부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 성형체 지지 모듈은 상기 분말 성형체의 상면과 하면이 노출되도록 지지하며, 상기 급속 소결 장치는 상기 분말 성형체의 하면으로 레이저를 조사하는 하부 VCSEL 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 VCSEL 모듈은 VCSEL 소자와, 판상으로 형성되며, 상기 VCSEL 소자가 하면에 배열되어 지지되는 소자 지지대 및 바 형상 또는 기둥 형상으로 형성되며 하단이 상기 소자 지지대의 상면에 결합되는 소자 지지축을 포함하며, 상기 VCSEL 소자는 복수 개가 상기 소결 영역에서 소결되는 소결 시편의 면적보다 넓은 면적으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 VCSEL 모듈은 상기 소자 지지축의 상단에 결합되어 상기 소자 지지축을 회전시키는 소자 회전 수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 IR 카메라는 상기 분말 성형체의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 파이로미터는 상기 IR 카메라보다 높은 범위의 온도를 측정할 수 있다.
본 발명의 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치는 열원으로 VCSEL 모듈에서 조사되는 레이저를 사용하므로 분말 성형체를 전체적으로 균일하고도 급속하게 가열하여 소결할 수 있다.
또한, 본 발명의 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치는 분말 성형체와 그 주변만을 가열하므로 효율적인 소결이 가능하며, 전력 사용과 전력 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치는 소결이 진행되는 공정 챔버를 단열재를 이용하여 단열할 필요가 없을 수 있다.
또한, 본 발명의 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치는 소결 과정에서 분말 성형체의 소결 상태를 육안 또는 영상으로 확인할 수 있다.
또한, 본 발명은 소결 영역에 위치하는 분말 성형체를 집중적으로 가열하므로 분말 성형체와 같은 공간에 온도를 측정하는 모듈이 위치할 수 있으며, 소결 제품의 가열 온도를 직접 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 성형체 지지 모듈의 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형체 지지 모듈의 수직 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 급속 소결 장치의 부분 수직 단면도이다.
도 5는 급속 소결 장치에 의하여 가열되는 분말 성형체의 층 구조를 나타낸다.
이하에서 실시예와 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치의 구성도이다. 도 2는 도 1의 성형체 지지 모듈의 확대 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치(100)는, 도 1 및 도 2를 참조하면, 챔버 모듈(110)과, 성형체 지지 모듈(120)과, VCSEL 모듈(130)과, IR 카메라(140) 및 파이로미터(Pyrometer)(150)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 급속 소결 장치(100)는 열전대(160)를 더 포함할 수 있다.
상기 급속 소결 장치(100)는 챔버 모듈(110)의 내부에서 성형체 지지 모듈(120)의 상부에 위치하는 분말 성형체(a)에 VCSEL 모듈(130)에서 레이저를 조사하여 분말 성형체(a)를 가열하면서 소결할 수 있다.
상기 급속 소결 장치(100)는 성형체 지지 모듈(120)이 소결 성형체를 회전시키면서 VCSEL 모듈(130)에서 분말 성형체(a)에 레이저를 조사하므로 분말 성형체(a)를 균일하게 가열할 수 있다. 또한, 상기 급속 소결 장치(100)는 VCSEL 모듈(130)이 회전하면서 레이저를 분말 성형체(a)에 조사할 수 있다.
또한, 상기 급속 소결 장치(100)는 레이저를 분말 성형체(a)에 직접 조사하여 가열하므로 분말 성형체(a)의 주변의 온도가 상대적으로 높지 않게 된다. 따라서, 상기 급속 소결 장치(100)는 챔버 모듈(110)의 내부에 IR 카메라(140)가 위치하며, IR 카메라(140)가 분말 성형체(a)의 소결 진행 상태를 영상으로 촬영할 수 있다. 따라서, 상기 급속 소결 장치(100)는 소결 진행 상태를 영상을 통하여 확인할 수 있다. 또한, 상기 급속 소결 장치(100)는 분말 성형체(a)의 소결 진행 상태를 육안으로 직접 관찰할 수 있다.
상기 급속 소결 장치(100)는 세라믹 분말 또는 금속 분말의 소결 공정에 적용될 수 있다. 또한, 상기 급속 소결 장치(100)는 실리콘 박막 결정화 공정, 이온 주입 공정 또는 활성화 공정과 같은 공정에 적용될 수 있다.
상기 분말 성형체(a)는 1 종류 또는 2 종류 이상의 분말이 혼합된 혼합 분말이 금형 성형 또는 캐스팅되어 형성될 수 있다. 상기 분말은 금속 분말 또는 세라믹 분말일 수 있다. 상기 혼합 분말은 분말과 함께 액상 분산제가 혼합된 슬러리 형태일 수 있다. 상기 분말 성형체(a)는 블록, 디스크, 벌크, 필름 또는 박막 형상일 수 있다. 또한, 상기 분말 성형체(a)는 서로 다른 분말로 형성되는 층이 적어도 2층으로 적층되는 형상일 수 있다.
상기 분말 성형체(a)는 소결 과정을 통하여 소결 제품으로 형성될 수 있다. 상기 소결 제품은 세라믹 분말을 원료로 하는 세라믹 제품, 금속 분말을 원료로 하는 금속 제품 또는 세라믹 분말과 금속 분말을 원료로 하는 복합 제품일 수 있다.
상기 챔버 모듈(110)은 챔버 하우징(111) 및 투시창(112)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 챔버 모듈(110)은 가스 유입구(113) 및 가스 유출구(114)를 포함할 수 있다. 상기 챔버 모듈(110)은 내부에 분말 성형체(a)의 소결이 진행되는 소결 영역(110a)을 제공한다. 또한, 상기 챔버 모듈(110)은 소결 영역(110a)에 성형체 지지 모듈(120)과 VCSEL 모듈(130)과 IR 카메라(140)와 파이로미터(150)가 수용되도록 한다.
상기 챔버 하우징(111)은 내부가 중공인 육면체 형상 또는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 챔버 하우징(111)은 내부에 분말 성형체(a)가 수용되어 소결이 진행되는 소결 영역(110a)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 소결 영역(110a)은 챔버 하우징(111)의 내부 전체 영역을 의미할 수 있다. 상기 챔버 하우징(111)은 내열 성능을 구비하는 금속 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 챔버 하우징(111)은 내면 또는 외면의 전체 또는 일부에 단열재가 결합될 수 있다.
상기 투시창(112)은 챔버 하우징(111)의 일측벽을 관통하여 형성될 수 있다. 상기 투시창(112)은 유리, 쿼쯔, 아크릴 또는 레이저 차단 필름과 같은 투명 재질로 형성될 수 있다. 상기 레이저 차단 필름은 일반적으로 사용되는 레이저 차단 필름 또는 자외선 차단 필름일 수 있다. 상기 투시창(112)은 챔버 하우징(111)의 외부에서 분말 성형체(a)의 소결 진행 상태를 관찰할 수 있는 경로를 제공한다. 상기 투시창(112)은 챔버 하우징(111)에서 분말 성형체(a)가 위치하는 높이에 대응되는 높이 또는 더 높은 높이에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 투시창(112)은 분말 성형체(a)의 측면 또는 상면을 관찰할 수 있도록 한다.
또한, 상기 투시창(112)은 사용자의 안전을 위하여 적외선 차단층(미도시)이 추가로 형성될 수 있다. 상기 적외선 차단층은 적외선 차단 필름으로 형성될 수 있다.
상기 가스 유입구(113)는 챔버 하우징(111)의 일측벽에 내부에서 외부로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 가스 유입구(113)는 바람직하게는 분말 성형체(a)가 위치하는 높이에서 챔버 하우징(111)에 형성될 수 있다. 상기 가스 유입구(113)는 소결 영역(110a)의 소결 분위기를 형성하는데 필요한 분위기 가스가 유입되는 경로를 제공할 수 있다. 상기 분위기 가스는 분말 성형체(a)가 요구하는 소결 분위기에 따라 종류가 달라질 수 있다. 예를 들면, 상기 소결 분위기는 산화 분위기 또는 불활성 분위기일 수 있으며, 분위기 가스는 수소 또는 수소와 질소의 혼합 가스일 수 있다. 또한, 상기 분위기 가스는 아르곤 가스일 수 있다.
상기 가스 유출구(114)는 챔버 하우징(111)의 타측벽에 내부에서 외부로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 가스 유출구(114)는 챔버 하우징(111)에서 바람직하게는 분말 성형체(a)를 중심으로 가스 유입구(113)와 대칭인 위치에 형성될 수 있다. 상기 가스 유출구(114)는 소결 영역(110a)으로 공급된 분위기 가스가 외부로 유출되는 경로를 제공할 수 있다.
상기 성형체 지지 모듈(120)은 성형체 지지대(121)와 성형체 지지축(122)과 단열 부재(124) 및 서셉터(125)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 성형체 지지 모듈(120)은 지지축 회전 수단(123)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 성형체 지지 모듈(120)은 서셉터 지지 부재(126)를 더 포함할 수 있다.
상기 성형체 지지 모듈(120)은 챔버 하우징(111)의 소결 영역(110a)에서 하부에 위치하며, 분말 성형체(a)를 지지할 수 있다. 상기 성형체 지지 모듈(120)은 분말 성형체(a)의 상면이 노출되도록 지지할 수 있다. 따라서, 상기 성형체 지지 모듈(120)은 상부의 VCSEL에서 조사되는 레이저가 분말 성형체(a)의 상면으로 조사되도록 한다. 또한, 상기 성형체 지지 모듈(120)은 분말 성형체(a)를 회전시켜 VCSEL 모듈(130)에서 조사되는 레이저가 균일하게 조사되도록 할 수 있다.
상기 성형체 지지대(121)는 소정 두께를 갖는 판상이며, 상부에 안착되는 단열 부재(124)와 서셉터(125) 및 분말 성형체(a)를 안정적으로 지지하는데 필요한 두께로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 성형체 지지대(121)는 분말 성형체(a)의 평면 면적보다 큰 면적으로 형성될 수 있다. 상기 성형체 지지대(121)는 내열성을 가지는 금속 또는 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 성형체 지지대(121)는 스테인레스 스틸 또는 알루미나와 같은 재질로 형성될 수 있다. 상기 성형체 지지대(121)는 바람직하게는 상부에 위치하는 분말 성형체(a)의 평면 형상에 대응되는 형상을 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 성형체 지지대(121)는 분말 성형체(a)의 평면 형상에 따라 사각형상 또는 원형상으로 형성될 수 있다. 상기 성형체 지지대(121)는 분말 성형체(a)보다 큰 면적으로 형성될 수 있다.
상기 성형체 지지축(122)은 기둥 형상으로 형성되며 성형체 지지대(121)의 하부에 결합된다. 상기 성형체 지지축(122)은 상단이 성형체 지지대(121)의 하면에 결합되며, 하단이 챔버 하우징(111)의 하판에 결합될 수 있다. 또한, 상기 성형체 지지축(122)은 챔버 하우징(111)을 관통하여 외부로 연장되면서 외부에 위치하는 지지대 회전 수단에 결합될 수 있다. 상기 성형체 지지축(122)은 성형체 지지대(121)가 챔버 하우징(111)의 하판으로부터 소정 높이에 위치하도록 성형체 지지대(121)를 지지할 수 있다. 또한, 상기 성형체 지지축(122)은 지지대 회전 수단의 회전력을 성형체 지지대(121)에 전달하여 성형체 지지대(121)가 회전되도록 한다. 또한, 상기 성형체 지지축(122)은 별도의 이동 수단에 의하여 x축, y축 및 z축으로 이동 가능하게 형성될 수 있다. 이러한 경우에 상기 성형체 지지축(122)은 분말 성형체(a)를 소결에 필요한 적절한 위치로 이동시킬 수 있다.
상기 성형체 지지축(122)은 내열성이 있는 금속 재질 또는 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 상기 성형체 지지축(122)은 알루미늄 또는 스테인레스 스틸과 같은 재질로 형성될 수 있다. 상기 성형체 지지축(122)은 성형체 지지대(121)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
상기 지지축 회전 수단(123)은 모터와 같은 회전 수단으로 형성될 수 있다. 상기 지지축 회전 수단(123)은 성형체 지지축(122)의 하단에 결합되어 성형체 지지축(122)을 회전시킬 수 있다. 상기 지지축 회전 수단(123)은 챔버 하우징(111)의 외부 또는 내부에 위치할 수 있다. 한편, 상기 지지축 회전 수단(123)은 챔버 하우징(111)의 내부에 위치할 수 있다.
상기 단열 부재(124)는 단열 바닥판(124a) 및 단열 벽체(124b)를 포함할 수 있다. 상기 단열 부재(124)는 성형체 지지대(121)의 상부에 안착되며, 단열 벽체(124b)의 내측에 서셉터(125)와 분말 성형체(a)를 수용하여 지지할 수 있다. 상기 단열 부재(124)는 분말 성형체(a)에서 발생되는 열이 하부로 전도되는 것을 차단할 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 단열 부재(124)는 분말 성형체(a)에 조사되는 레이저에 의하여 가열되는 분말 성형체(a)의 열이 성형체 지지대(121)로 전도되는 것을 차단할 수 있다. 상기 단열 부재(124)는 분말 성형체(a)의 가열 효과를 증가시킬 수 있다.
상기 단열 바닥판(124a)은 소정 두께를 갖는 판상이며, 상부에 안착되는 서셉터(125) 및 분말 성형체(a)를 안정적으로 지지하는데 필요한 두께로 형성될 수 있다. 상기 단열 바닥판(124a)은 단열성을 가지는 재질로 형성될 수 있다. 상기 단열 바닥판(124a)은 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 상기 단열 바닥판(124a)은 분말 성형체(a)의 평면 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 단열 바닥판(124a)은 분말 성형체(a)의 면적보다 크고 성형체 지지대(121)의 면적보다 작은 면적으로 형성될 수 있다. 상기 단열 바닥판(124a)은 성형체 지지대(121)의 상면에 안착될 수 있다.
상기 단열 벽체(124b)는 소정 높이를 가지는 벽체 형상으로 형성될 수 있다. 상기 단열 벽체(124b)는 단열 바닥판(124a)의 상면에서 모서리를 따라 설치되어 링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 단열 벽체(124b)는 바람직하게는 상단이 분말 성형체(a)의 상면보다 높은 높이에 위치하도록 형성될 수 있다. 상기 단열 벽체(124b)는 단열 바닥판(124a)과 함께 내측에 상부가 개방되는 수용 공간을 형성할 수 있다. 상기 수용 공간에는 서셉터(125)와 분말 성형체(a)가 수용될 수 있다. 상기 단열 벽체(124b)는 분말 성형체(a)에 인가되는 열이 단열 부재(124)의 외측으로 전도되는 것을 차단할 수 있다. 따라서, 상기 단열 벽체(124b)는 분말 성형체(a)가 보다 효율적으로 가열되도록 할 수 있다.
상기 서셉터(125)은 상면에 안착되는 분말 성형체(a)를 지지할 수 있다. 상기 서셉터(125)는 실리콘카바이드(SiC)와 같은 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 서셉터(125)는 실리콘(Si) 또는 그래파이트(Graphite)로 형성될 수 있다. 또한, 상기 서셉터(125)는 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 또는 갈륨나이트라이드(GaN)로 형성될 수 있다. 상기 서셉터(125)는 레이저에 의해 분말 성형체(a)와 함께 가열될 수 있다. 상기 서셉터(125)는 상부에서 조사되는 레이저에 의하여 발열되면서 분말 성형체(a)에 열을 전도시킬 수 있다. 즉, 상기 서셉터(125)는 상부에서 조사되는 레이저에 의하여 가열되면서 발열하여 분말 성형체(a)의 열을 공급하는 발열체로 작용할 수 있다. 따라서, 상기 서셉터(125)는 분말 성형체(a)의 상부와 하부의 온도차를 줄여 효율적으로 소결이 진행되도록 할 수 있다. 상기 서셉터(125)는 상부에 안착되는 분말 성형체(a)가 보다 효율적으로 가열되도록 할 수 있다.
한편, 상기 서셉터(125)는 상면에 과열 방지판(125a)이 더 포함될 수 있다. 상기 과열 방지판(125a)은 메시(mesh) 형태 또는 격자 형태로 형성될 수 있다. 상기 과열 방지판(125a)은 내열성 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 과열 방지판(125a)은 Ni 또는 Cu의 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 과열 방지판(125a)은 금속으로 형성되면서 표면이 산화된 형태로 형성될 수 있다.
상기 과열 방지판(125a)은 서셉터(125)의 상면과 분말 성형체(a)의 하면 사이에 위치할 수 있다. 상기 과열 방지판(125a)은 서셉터(125)의 상면과 분말 성형체(a)의 하면이 직접 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 과열 방지판(125a)은 서셉터(125)의 열이 분말 성형체(a)로 전도되면서, 분말 성형체(a)가 과도하게 과열되어 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 서셉터 지지 부재(126)은 복수 개의 기둥 형상으로 형성되며, 서셉터(125)와 단열 바닥판(124a)의 사이에 위치할 수 있다. 상기 서셉터 지지 부재(126)는 방열을 최소화할 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 서셉터 지지 부재(126)는 내부가 비어 있고 윗면과 아랫면이 없는 육면체 또는 원기둥으로 형성될 수 있다. 또한 상기 서셉터 지지 부재(126)는 발열판과 점 접촉이 가능하도록 핀 형태로 형성될 수 있다. 상기 서셉터 지지 부재(126)는 서셉터(125)의 면적에 따라 적정한 개수로 형성될 수 있다. 상기 서셉터 지지 부재(126)는 지르코니아와 같은 단열성의 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 상기 서셉터 지지 부재(126)는 서셉터(125)의 하면을 단열 바닥판(124a)의 상면과 이격시켜 서셉터(125)와 분말 성형체(a)의 열이 단열 부재(124)로 전도되는 것을 최소화시킬 수 있다. 즉, 상기 서셉터 지지 부재(126)는 발열판으로부터 이동하는 열을 최소화하여 분말 성형체(a)의 소결이 균일한 온도에서 이루어지도록 기여할 수 있다.
상기 VCSEL 모듈(130)은 VCSEL 소자(131)와 소자 지지대(132) 및 소자 지지축(133)을 포함할 수 있다. 또한 상기 VCSEL 모듈(130)은 소자 회전 수단(134)을 더 포함할 수 있다.
상기 VCSEL 소자(131)는 레이저 빔을 조사하는 일반적인 VCSEL 소자로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 VCSEL 소자(131)는 면 발광 레이저를 발진하는 소자로 형성될 수 있다. 상기 VCSEL 소자(131)는 사각 형상으로 형성될 수 있다. 상기 VCSEL 소자(131)는 육면체 형상의 칩으로 제조되며, 일면에서 고출력의 레이저 빔이 발진될 수 있다. 상기 VCSEL 소자(131)는 복수 개가 평판을 이루도록 x 방향과 y 방향으로 배열되어 격자 형상으로 배열될 수 있다. 상기 VCSEL 소자(131)는 소결되는 소결 시편의 면적보다 넓은 면적으로 배열될 수 있다. 또한, 상기 VCSEL 소자(131)는 분말 성형체(a)의 면적과 분말 성형체(a)에 조사되는 레이저 빔의 에너지량에 따라 적정한 개수가 적정한 간격으로 형성될 수 있다. 상기 VCSEL 소자(131)는 평면 형상의 분말 성형체(a)의 온도 상승률을 증가시킬 수 있다.
상기 소자 지지대(132)는 소정 면적과 두께를 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 소자 지지대(132)는 바람직하게는 VCSEL 소자(131)가 배열되는 면적보다 큰 면적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 소자 지지대(132)는 하면에서 상부 방향으로 형성되는 소자 수용홈을 구비할 수 있다. 상기 소자 지지대(132)는 하면에 VCSEL 소자(131)가 결합되어 지지되도록 한다. 상기 소자 지지대(132)는 하면에 형성되는 소자 수용홈의 내부에 VCSEL 소자(131)가 수용되어 지지되도록 할 수 있다. 또한, 상기 소자 지지대(132)는 열전도성이 있는 재질로 형성되어 VCSEL 소자(131)에서 발생되는 열을 방열시키는 작용을 할 수 있다. 상기 소자 지지대(132)는 열전도성이 있는 세라믹 재질 또는 금속 재질로 형성될 수 있다.
상기 소자 지지축(133)은 바 형상 또는 기둥 형상으로 형성되며 하단이 소자 지지대(132)의 상면에 결합될 수 있다. 상기 소자 지지축(133)은 상단이 챔버 하우징(111)의 상판에 결합될 수 있다. 또한, 상기 소자 지지축(133)은 챔버 하우징(111)의 상판을 관통하여 외부로 연장되면서 외부에 위치하는 소자 회전 수단(134)에 결합될 수 있다. 상기 소자 지지축(133)은 소자 지지대(132)가 챔버 하우징(111)의 상판으로부터 소정 높이에 위치하도록 소자 지지대(132)를 지지할 수 있다. 또한, 상기 소자 지지축(133)은 소자 회전 수단(134)의 회전력을 소자 지지대(132)에 전달하여 소자 지지대(132)가 회전되도록 한다. 상기 소자 지지축(133)은 내열성이 있는 금속 재질로 형성될 수 있다. 상기 소자 지지축(133)은 알루미늄 또는 스테인레스 스틸과 같은 재질로 형성될 수 있다. 상기 소자 지지축(133)은 소자 지지대(132)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
상기 소자 지지축(133)은 별도의 이동 수단(미도시)에 의하여 x축, y축 및 z축으로 이동 가능하게 형성될 수 있다. 상기 소자 지지축(133)은 VCSEL 소자(131)와 소자 지지대(132)를 챔버 하우징(111)의 내측 상부에서 필요한 위치로 이동시킬 수 있다.
상기 소자 회전 수단(134)은 모터와 같은 회전 수단으로 형성될 수 있다. 상기 소자 회전 수단(134)은 소자 지지축(133)의 상단에 결합되어 소자 지지축(133)을 회전시킬 수 있다. 상기 소자 회전 수단(134)은 챔버 하우징(111)의 외부에 위치할 수 있다. 한편, 상기 소자 회전 수단(134)은 챔버 하우징(111)의 내부에 위치할 수 있다.
상기 IR 카메라(140)는 일반적인 IR 카메라로 형성될 수 있다. 상기 IR 카메라(140)는 성형체 지지 모듈(120)의 상부에 위치할 수 있다. 또한, 상기 IR 카메라(140)는 챔버 하우징(111)의 내부에서 측벽 상부에 설치될 수 있다. 즉, 상기 IR 카메라(140)는 성형체 지지 모듈(120)의 상부 외측에 위치할 수 있다. 상기 IR 카메라(140)는 분말 성형체(a)의 상부 또는 상면을 촬영할 수 있는 위치에 설치될 수 있다. 상기 IR 카메라(140)는 분말 성형체(a)의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 상기 IR 카메라(140)는 분말 성형체(a)의 소결 과정에서 분말 성형체(a)의 적외선 영상을 촬영하며 소결 과정에서 분말 성형체(a)의 변화를 관찰할 수 있도록 한다. 상기 IR 카메라(140)는 측정된 분말 성형체(a)의 온도를 소결 장치의 제어부로 전송할 수 있다.
상기 파이로미터(Pyrometer)(150)는 일반적인 파이로미터로 형성될 수 있다. 상기 파이로미터(150)는 성형체 지지 모듈(120)의 상부에 위치할 수 있다. 또한, 상기 파이로미터(150)는 챔버 하우징(111)의 내부에서 측벽 상부에 설치될 수 있다. 즉, 상기 파이로미터(150)는 성형체 지지 모듈(120)의 상부 외측에 위치할 수 있다. 상기 파이로미터(150)는 분말 성형체(a)의 상면의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 상기 파이로미터(150)는 IR 카메라(140)보다 높은 범위의 온도를 측정할 수 있다. 상기 파이로미터(150)는 측정된 분말 성형체(a)의 온도를 소결 장치의 제어부로 전송할 수 있다.
상기 열전대(160)는 분말 성형체(a)의 온도를 측정하는 일반적인 열전대로 형성될 수 있다. 상기 열전대(160)는 분말 성형체(a)의 상면 또는 하면에 직접 접촉되어 소결 과정에서 분말 성형체(a)의 온도를 직접 측정할 수 있다. 또한, 상기 열전대(160)는 서셉터(125)에 접촉되어 분말 성형체(a)의 온도를 간접적으로 측정할 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형체 지지 모듈에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형체 지지 모듈의 수직 단면도이다.
상기 성형체 지지 모듈(220)은, 도 3을 참조하면, 성형체 지지대(121)와 성형체 지지축(122)과 단열 부재(124)와 서셉터(125)와 서셉터 지지 수단(126)과 레이저 투과판(227) 및 투과판 지지 부재(228)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 성형체 지지 모듈(220)은 지지축 회전 수단(123)을 더 포함할 수 있다.
상기 성형체 지지 모듈(220)은 도 1 및 도 2에 따른 일 실시예의 급속 소결 장치(100)에 적용될 수 있다. 또한, 상기 성형체 지지 모듈(220)은 도 1 및 도 2에 따른 일 실시예의 급속 소결 장치(100)의 성형체 지지 모듈(120)과 대비하여 레이저 투과판(227) 및 투과판 지지 부재(228)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 한편, 상기 레이저 투과판(227)이 단열 부재(124)의 단열 벽체(124b)에 의하여 지지되는 경우에 투과판 지지 부재(228)는 생략될 수 있다. 이하에서는 상기 레이저 투과판(227)과 투과판 지지 부재(228)를 중심으로 설명한다.
상기 레이저 투과판(227)은 레이저를 투과시키는 재질이며, 석영(쿼쯔) 또는 단결정 YSZ로 형성될 수 있다. 또한, 상기 레이저 투과판(227)은 레이저 투과율이 높은 단결정 세라믹 재질로 형성될 수 있다.
상기 레이저 투과판(227)은 소정 두께를 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 레이저 투과판(227)은 분말 성형체(a)의 면적보다 큰 면적을 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 레이저 투과판(227)은 분말 성형체(a)의 상부에 위치하며, 하면이 분말 성형체(a)의 상면과 이격될 수 있다. 상기 레이저 투과판(227)은 분말 성형체(a)의 외측을 따라 외측으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 레이저 투과판(227)은 분말 성형체(a)의 상면과 접촉될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 레이저 투과판(227)은 무게만큼 분말 성형체(a)에 하중을 인가할 수 있다. 상기 레이저 투과판(227)은 두 개 이상 겹쳐 사용이 가능하고 사용 개수만큼 분말 성형체(a)에 하중을 추가로 가할 수 있다. 또한 상기 레이저 투과판(227)은 구체적으로 도시하지 않았지만 모서리에 무게추를 결합시켜 분말 성형체(a)에 추가적인 하중을 줄 수 있다. 상기 레이저 투과판(227)은 분말 성형체(a)의 휘어짐을 억제하여 분말 성형체(a)가 효율적으로 가열되도록 할 수 있다. 또한, 상기 레이저 투과판(227)은 분말 성형체(a)를 평탄화시키는 작용을 할 수 있다.
상기 레이저 투과판(227)은 상부에서 조사되는 레이저를 통과시키면서 분말 성형체(a)의 열이 상부로 유출되는 것을 차단할 수 있다. 따라서, 상기 레이저 투과판(227)은 분말 성형체(a)가 보다 효율적으로 가열되도록 할 수 있다.
또한, 상기 레이저 투과판(227)은 하면에 반응 방지용 분말(미도시)이 도포될 수 있다. 상기 반응 방지용 분말은 YSZ, GDC, BCZY, Al2O3를 포함하는 세라믹 분말과 Ni, Cu를 포함한 금속 분말중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 분말을 포함할 수 있다. 상기 반응 방지용 분말은 레이저 투과판(227)의 하면에 도포되어 레이저 투과판(227)의 하면이 분말 성형체(a)의 상면과 직접적으로 접촉되는 것을 방지하거나 최소한의 이격을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 반응 방지용 분말은 분말 성형체(a)와 레이저 투과판(227)의 표면 반응을 방지할 수 있다.
상기 투과판 지지 부재(228)는 복수 개의 기둥 형상으로 형성될 수 있다. 상기 투과판 지지 부재(228)는 레이저 투과판(227)의 면적에 따라 적정한 개수로 형성될 수 있다. 상기 투과판 지지 부재(228)는 지르코니아 또는 알루미나와 같은 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 상기 투과판 지지 부재(228)는 레이저 투과판(227)의 하부에 위치하며, 레이저 투과판(227)의 하면에서 외측을 지지할 수 있다. 상기 투과판 지지 부재(228)는 서셉터(125)의 외측면과 단열 벽체(124b)의 사이에서 단열 바닥판(124a)의 상면에 위치할 수 있다. 또한, 상기 투과판 지지 부재(228)는 레이저 투과판(227)의 하면을 지지할 수 있다. 상기 투과판 지지 부재(228)는 레이저 투과판(227)의 4개의 모서리를 따라 적정한 간격으로 이격되어 위치할 수 있다. 상기 투과판 지지 부재(228)는 레이저 투과판(227)을 안정적으로 지지할 수 있다. 한편, 상기에서 설명한 바와 같이 레이저 투과판(227)이 단열 부재(124)의 단열 벽체(124b)에 직접 안착되어 지지되는 경우에 투과판 지지 부재(228)는 생략될 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 급속 소결 장치에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 급속 소결 장치의 부분 수직 단면도이다.
상기 급속 소결 장치(300)는 도 4를 참조하면, 챔버 모듈(110)과 성형체 지지 모듈(320)과 상부 VCSEL 모듈(330a)과 하부 VCSEL 모듈(330b)과, IR 카메라(140) 및 파이로미터(Pyrometer)(150)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 급속 소결 장치(300)는 열전대(160)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 급속 소결 장치(300)는 도 1 및 도 2에 따른 일 실시예의 급속 소결 장치(100)와 대비하여 성형체 지지 모듈(320)과 상부 VCSEL 모듈(330a) 및 하부 VCSEL 모듈(330b)이 다르게 형성될 수 있다. 따라서, 이하에서 상기 급속 소결 장치(300)는 도 1 및 도 2에 따른 일 실시예의 급속 소결 장치(100)와 차이가 있는 구성을 중심으로 설명한다. 또한, 상기 급속 소결 장치(300)는 도 1 및 도 2에 따른 일 실시예의 급속 소결 장치(100)와 동일한 구성에 대하여는 동일한 도면 부호를 부여하고 구체적인 설명을 생략한다.
상기 급속 소결 장치(300)는 성형체 지지 모듈(320)이 분말 성형체(a)를 상면과 하면이 모두 노출되도록 지지하고, 상부 VCSEL 모듈(330a)과 하부 VCSEL이 각각 분말 성형체(a)의 상면과 하면에 레이저를 조사할 수 있다. 따라서, 상기 급속 소결 장치(300)는 분말 성형체(a)를 보다 급속하게 가열할 수 있다. 또한, 상기 급속 소결 장치(300)는 분말 성형체(a)의 상부와 하부에 동시에 열원을 공급하여 가열하므로 상대적으로 두께가 두꺼운 분말 성형체(a)도 균일하게 가열할 수 있다.
상기 성형체 지지 모듈(320)은 성형체 지지링(321)과 성형체 고정링(322)을 포함할 수 있다. 상기 성형체 지지 모듈(320)은 전체적으로 링 형상으로 형성되며, 분말 성형체(a)의 상면과 하면이 모두 노출되도록 지지할 수 있다. 상기 성형체 지지 모듈(320)은 별도의 지지 부재(미도시)에 의하여 챔버 모듈(110)의 중간에 수평 방향으로 배치되도록 위치할 수 있다.
상기 성형체 지지링(321)은 중앙 영역이 상하로 개방되는 링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 성형체 지지링(321)은 분말 성형체(a)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 성형체 지지링(321)은 사각링 또는 원형링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 성형체 지지링(321)은 내경 또는 내측폭이 분말 성형체(a)의 외경 또는 폭보다 작게 형성될 수 있다. 또한, 상기 성형체 지지링(321)은 분말 성형체(a)가 안착되는 성형체 안착턱이 형성될 수 있다. 상기 성형체 안착턱은 내경 또는 내측폭이 분말 성형체(a)의 외경 또는 폭보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 성형체 지지링(321)은 분말 성형체(a)의 하면 외측을 지지될 수 있다.
상기 성형체 고정링(322)은 성형체 지지링(321)의 성형체 안착턱의 평면 형상에 대응되는 링 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 성형체 고정링(322)은 내경이 성형체 지지링(321)의 내경에 대응되는 크기로 형성될 수 있다. 또한, 상기 외경이 성형체 안착턱의 내경에 대응되는 크기로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 성형체 고정링(322)은 성형체 안착턱에 결합되면서 분말 성형체(a)를 고정할 수 있다. 즉, 상기 성형체 고정링(322)은 분말 성형체(a)의 상면 외측을 지지하고 성형체 지지링(321)에 고정할 수 있다.
상기 상부 VCSEL 모듈(330a)은 도 1 및 도 2에 따른 일 실시예의 급속 소결 장치(100)의 VCSEL 모듈(130)과 동일한 구조로 형성될 수 있다. 즉, 상기 상부 VCSEL 모듈(330a)은 도 1의 VCSEL 모듈(130)일 수 있다. 따라서, 상기 상부 VCSEL 모듈(330a)의 구성에 대하여는 구체적인 설명을 생략한다. 상기 상부 VCSEL 모듈(330a)은 성형체 지지 모듈(320)의 상부에 위치하며 분말 성형체(a)의 상면으로 레이저를 조사하여 분말 성형체(a)를 가열할 수 있다.
상기 하부 VCSEL 모듈(330b)은 도 1 및 도 2에 따른 일 실시예의 급속 소결 장치(100)의 VCSEL 모듈(130)과 동일한 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 하부 VCSEL 모듈(330b)의 구성에 대하여는 구체적인 설명을 생략한다. 상기 하부 VCSEL 모듈(330b)은 성형체 지지 모듈(320)의 하부에 위치하며 분말 성형체(a)의 하면으로 레이저를 조사하여 분말 성형체(a)를 가열할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 급속 소결 장치를 이용한 소결에 대한 구체적인 적용 예를 설명한다.
도 5는 급속 소결 장치에 의하여 가열되는 분말 성형체의 층 구조를 나타낸다.
상기 분말 성형체(a)는 연료 전지에 사용되는 전극층의 구조일 수 있다. 상기 분말 성형체(a)는 4개의 층으로 구성되며, NiO-ASL층(NiO-YSZ(ASL: ∼650㎛)), NiO-AFL층(NiO-YSZ(AFL: 5∼20㎛)), YSZ층(EL: 5∼20㎛), GDC층(BL: 1∼10㎛)이 하부로 부터 순차적으로 적층되는 층 구조로 형성될 수 있다.
상기 분말 성형체(a)는 도 2 또는 도 3의 성형체 지지 모듈(120,220)에 안착되며, 상부에 위치하는 VCSEL 모듈(130)로부터 조사되는 레이저에 의하여 가열될 수 있다. 상기 분말 성형체(a)는 하부에 위치하는 서셉터(125)에서 발열되는 열에 의하여 추가로 가열될 수 있다. 특히, 상기 서셉터(125)는 실리콘 카바이드로 형성되는 경우에, 보다 효율적으로 레이저에 의하여 가열되면서 발열하여 분말 성형체(a)를 추가로 가열할 수 있다.
상기 분말 성형체(a)는 복수 개의 층으로 형성되는 경우에, 각 층이 조사되는 레이저에 의하여 가열되는 정도가 다를 수 있다. 상기 급속 소결 장치(100, 300)는 분말 성형체(a)가 레이저에 의하여 상대적으로 더 가열되는 층을 구비하는 경우에 보다 효율적으로 분말 성형체(a)를 가열할 수 있다. 예를 들면, 상기 분말 성형체(a)는 NiO를 포함하는 하부의 2개 층이 상대적으로 레이저에 의하여 더 가열되는 특성을 가질 수 있다. 상기 분말 성형체(a)는 하부의 2개 층이 상대적으로 더 가열되면서 발열되는 열이 상부로 전도되면서 YSZ층도 효율적으로 가열될 수 있다.
또한, 상기 급속 소결 장치(100, 300)는 분말 성형체(a)의 상부에 위치하는 레이저 투과판(227)에 의하여 분말 성형체(a)에서 발열되는 열을 상부로 대류되는 것을 차단하여 분말 성형체(a)를 보다 효율적으로 가열할 수 있다.
또한, 상기 분말 성형체(a)가 MLCC 구조로 형성되는 경우에 내부에 위치하는 Ni 금속층이 레이저에 의하여 상대적으로 더 가열되면서, 분말 성형체(a)의 내부에 위치하는 가열체 역할을 할 수 있다. 따라서, 상기 분말 성형체(a)는 외부와 내부에서 가열되어 보다 효율적으로 가열될 수 있다.
또한, 상기 분말 성형체(a)가 Li을 포함하는 전고체전지용 고체전해질층인 경우에, 급속하게 가열되면서 Li의 증발을 최소화시킬 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예는 여러 가지 실시 가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함 물론, 균등한 다른 실시예의 구현이 가능하다.
100, 300: 급속 소결 장치
110: 챔버 모듈
110a: 소결 영역 111: 챔버 하우징
112: 투시창 113: 가스 유입구
114: 가스 유출구
120, 220, 320: 성형체 지지 모듈
121: 성형체 지지대 122: 성형체 지지축
123: 지지축 회전 수단 124: 단열 부재
124a: 단열 바닥판 124b: 단열 벽체
125: 서셉터 126: 서셉터 지지 부재
227: 레이저 투과판 128: 투과판 지지 부재
321: 성형체 지지링 322: 성형체 고정링
130: VCSEL 모듈
131: VCSEL 소자 132: 소자 지지대
133: 소자 지지축 134: 소자 회전 수단
330a: 상부 VCSEL 모듈 330b: 하부 VCSEL 모듈
140: IR 카메라 150: 파이로미터(Pyrometer)
160: 열전대

Claims (18)

  1. 내부에 분말 성형체의 소결이 진행되는 소결 영역을 제공하는 챔버 모듈과,
    상기 소결 영역에 위치하여 상기 분말 성형체를 상면이 노출되도록 지지하는 성형체 지지 모듈과,
    상기 성형체 지지 모듈의 상부에 위치하며 상기 분말 성형체의 상면으로 레이저를 조사하는 VCSEL 모듈과,
    상기 성형체 지지 모듈의 상부에 위치하여 상기 분말 성형체의 상면에 대한 적외선 영상을 촬영하는 IR 카메라 및
    상기 성형체 지지 모듈의 상부에 위치하여 상기 분말 성형체의 상면의 온도를 측정하는 파이로미터를 포함하며,
    상기 챔버 모듈은
    내부에 상기 소결 영역이 형성되는 챔버 하우징 및
    상기 챔버 하우징의 일측벽을 관통하여 형성되는 투시창을 구비하며,
    상기 성형체 지지 모듈은
    상기 분말 성형체의 평면 면적보다 큰 면적의 판상으로 형성되는 성형체 지지대와,
    기둥 형상으로 형성되며, 상단이 상기 성형체 지지대의 하부에 결합되며 하부가 상기 챔버 하우징의 하부로 관통되는 성형체 지지축과,
    상기 성형체 지지대의 상부에 안착되며 단열성을 가지는 세라믹 재질로 형성되어 상기 분말 성형체에서 발생되는 열이 하부로 전도되는 것을 차단하는 단열 부재 및
    상기 단열 부재의 상면에 안착되며 상부에 분말 성형체를 지지하는 서셉터를 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분말 성형체의 상면 또는 측면에 직접 접촉되어 온도를 측정하는 열전대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 서셉터는 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 그래파이트(Graphite), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 또는 갈륨나이트라이드(GaN)로 형성되는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 서셉터는 상면에 메쉬 형태 또는 격자 형태로 형성되는 과열 방지판을 구비하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열 부재는
    판상으로 형성되며, 상기 분말 성형체의 면적보다 크고 상기 성형체 지지대의 면적보다 작은 면적으로 형성되는 단열 바닥판 및
    상기 단열 바닥판의 모서리를 따라 상기 분말 성형체의 상면보다 높이가 높은 벽체로 형성되는 단열 벽체를 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 성형체 지지 모듈은 상기 서셉터와 상기 단열 바닥판 사이에 기둥 형상으로 형성되는 복수 개의 서셉터 지지 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형체 지지 모듈은 상기 성형체 지지축의 하단에 결합되어 성형체 지지축을 회전시키는 지지축 회전 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지지축 회전 수단은 상기 챔버 하우징의 외부 또는 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형체 지지 모듈은 석영 재질이며 상기 분말 성형체의 면적보다 큰 면적을 갖는 판상으로 형성되어 상기 분말 성형체의 상부에 위치하는 레이저 투과판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 레이저 투과판은 하면에 반응 방지용 분말이 도포되며,
    상기 반응 방지용 분말은 YSZ, GDC, BCZY, Al2O3를 포함하는 세라믹 분말과 Ni, Cu를 포함한 금속 분말중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 분말로 형성되어 상기 레이저 투과판의 하면과 상기 분말 성형체의 상면이 직접 접촉되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 성형체 지지 모듈은 상기 레이저 투과판의 하부에 위치하며 상기 레이저 투과판의 하면에서 외측 모서리를 지지하는 투과판 지지 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  14. 내부에 분말 성형체의 소결이 진행되는 소결 영역을 제공하는 챔버 모듈과,
    상기 소결 영역에 위치하여 상기 분말 성형체를 상면이 노출되도록 지지하는 성형체 지지 모듈과,
    상기 성형체 지지 모듈의 상부에 위치하며 상기 분말 성형체의 상면으로 레이저를 조사하는 VCSEL 모듈과,
    상기 성형체 지지 모듈의 상부에 위치하여 상기 분말 성형체의 상면에 대한 적외선 영상을 촬영하는 IR 카메라 및
    상기 성형체 지지 모듈의 상부에 위치하여 상기 분말 성형체의 상면의 온도를 측정하는 파이로미터를 포함하며,
    상기 성형체 지지 모듈은 상기 분말 성형체의 상면과 하면이 노출되도록 지지하며,
    상기 분말 성형체의 하면으로 레이저를 조사하는 하부 VCSEL 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 VCSEL 모듈은
    VCSEL 소자와,
    판상으로 형성되며, 상기 VCSEL 소자가 하면에 배열되어 지지되는 소자 지지대 및
    바 형상 또는 기둥 형상으로 형성되며 하단이 상기 소자 지지대의 상면에 결합되는 소자 지지축을 포함하며,
    상기 VCSEL 소자는 복수 개가 상기 소결 영역에서 소결되는 소결 시편의 면적보다 넓은 면적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 VCSEL 모듈은
    상기 소자 지지축의 상단에 결합되어 상기 소자 지지축을 회전시키는 소자 회전 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 IR 카메라는 상기 분말 성형체의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 파이로미터는 상기 IR 카메라보다 높은 범위의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 VCSEL 모듈을 구비하는 급속 소결 장치.
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