KR102659434B1 - 힐링 증착 패스 공정을 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 OVD 공정을 이용해 실린더 형상을 갖는 합성 쿼츠를 제조할 때 힐링 증착 패스 공정을 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 막대 형상으로 구비되어 중심축을 기준으로 회전 운동을 수행하며 외주면에 증착면이 형성되는 맨드릴 및 상기 증착면을 따라 직선 왕복 운동을 수행을 통해 실리카 수트를 레이어 단위로 증착 형성시키는 증착 패스를 반복 수행하는 메인 버너를 포함하고, 상기 메인 버너는 상기 증착 패스를 수행한 다음, 상기 증착 패스와 상이한 증착량을 갖는 힐링 패스를 수행하는 힐링 증착 패스 공정을 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 비교적 직경이 큰 대구경의 실린더 형상의 합성 쿼츠를 제조할 때, 비교적 큰 크기로 인해 응력이나 돌기 등의 문제가 발생하는 것을 해결할 수 있고, 힐링 패스 과정을 통해 응력 이상 또는 돌기가 발생하는 것을 치유할 수 있으며, 힐링 패스 공정은 내직경이 100mm 이상을 갖고 원주 길이가 314mm 이상인 실린더 형상의 합성 쿼츠를 증착할 때 크랙, 필링 또는 돌기가 발생하는 문제를 해결할 수 있다.

Description

힐링 증착 패스 공정을 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치{A DEVICE CAPABLE OF CONTROLLING CRACKS IN SILICA SOOT BY THROUGH A HEALING PASS PROCESS}

본 발명은 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는 힐링 증착 패스 공정을 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치에 관한 것이다.

합성 쿼츠의 제조 기술을 통해 제조된 정형화된 벌크 형태의 대형 합성 쿼츠를 이용해 합성 쿼츠링과 같은 다른 제품을 만들기 위해서는 링(Ring)이나 실린더(Cylinder) 형태로 가공하게 되는데, 이때 가공하는 과정에서 중심을 드릴링하는 별도의 코어 드릴(Core Drill)작업을 거쳐야 하며, 작업 후 내부 자재는 폐기물로 처리되는 등 복잡한 가공공정이 필요하고, 소재의 손실이 매우 커서 생산 단가가 높다.

따라서, 실린더 형태로 제조하는 방법을 통해 코어링 등의 복잡한 과정을 생략하고 내부 자재가 낭비되는 것을 방지하여 생산성을 증대하고 비용을 절감하기 위해 OVD(Outside Vapor Deposition, 외부 증착) 공정을 통해 실린더 형상의 합성 쿼츠를 제조한다.

OVD 공정은 막대 형상으로 구비되어 중심축을 기준으로 회전 운동을 수행하는 맨드릴 외주면의 증착면에 원료와 화염을 통해 실리카 수트를 증착시키는 버너를 통해 실린더 형상의 합성 쿼츠를 제조할 수 있다.

다만, 비교적 크기가 큰 실린더 형상의 합성 쿼츠를 제조할 때에는 구간마다의 열량 차이, 크기에 따른 열 전도도 차이나, 버너에서 발생되는 열량이나 원료 량 등의 미세한 차이로 인해 크랙이나 필링이 발생하거나, 돌기 등의 불량이 발생하는 문제가 있다. 특히, 외경이 300mm 이상의 합성 쿼츠를 제조할 때에는 외주면의 열 전도도 또는 온도 차이로 인해 크랙 또는 필링이나, 돌기 등이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.

선행문헌1: 대한민국 등록특허 제10-0402847호(2003.05.12. 공개) 선행문헌2: 대한민국 등록특허 제10-0426394호(2003.05.09. 공개)

본 발명의 기술적 과제는 비교적 직경이 큰 대구경의 실린더 형상의 합성 쿼츠를 제조할 때, 비교적 큰 크기로 인해 응력이나 돌기 등의 문제가 발생하는 것을 해결하고자 하는 것이다.

특히, 본 발명의 기술적 과제는 내직경이 100mm 이상을 갖고 원주 길이가 314mm 이상인 실린더 형상의 합성 쿼츠를 증착할 때 크랙, 필링 또는 돌기가 발생하는 문제를 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, OVD 공정을 이용해 실린더 형상을 갖는 합성 쿼츠 제조 장치에 관한 것으로서, 막대 형상으로 구비되어 중심축을 기준으로 회전 운동을 수행하며 외주면에 증착면이 형성되는 맨드릴 및 상기 증착면을 따라 직선 왕복 운동을 수행을 통해 실리카 수트를 레이어 단위로 증착 형성시키는 증착 패스를 반복 수행하는 메인 버너를 포함하고, 상기 메인 버너는 상기 증착 패스를 수행한 다음, 상기 증착 패스와 상이한 증착량을 갖는 힐링 패스를 수행하는 힐링 증착 패스 공정을 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치를 제공한다.

또한, 상기 힐링 패스는 증착 패스 대비 낮은 열량으로 증착면을 가열해 증착물의 밀도를 높이는 것일 수 있다.

또한, 상기 힐링 패스는 증착 패스 대비 높은 열량으로 증착면을 가열해 증착물의 돌기를 제거할 수 있다.

또한, 상기 증착 패스가 n회 수행된 다음, 상기 힐링 패스가 n회 수행될 수 있다.

또한, 상기 증착 패스가 2n회 수행된 다음, 상기 힐링 패스가 n회 수행될 수 있다.

또한, 상기 실리카 수트의 표면의 밀도를 감지하거나, 돌기가 발생하는 것을 감지할 수 있는 감지 센서가 더 구비되고, 상기 메인 버너는 상기 감지 센서가 미리 지정한 밀도 또는 돌기 유무를 벗어나는 경우 상기 힐링 패스를 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면 비교적 직경이 큰 대구경의 실린더 형상의 합성 쿼츠를 제조할 때, 비교적 큰 크기로 인해 응력이나 돌기 등의 문제가 발생하는 것을 해결할 수 있다.

상세하게, 힐링 패스 과정을 통해 응력 이상 또는 돌기가 발생하는 것을 치유할 수 있다.

특히 힐링 패스 공정은 내직경이 100mm 이상을 갖고 원주 길이가 314mm 이상인 실린더 형상의 합성 쿼츠를 증착할 때 크랙, 필링 또는 돌기가 발생하는 문제를 해결하는데 적합하다.

도 1은 본 발명의 각 실시예에 따른 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치를 나타낸 도면으로서, 도면 a는 사시도이고, b는 측면에서 바라본 단면도이다.
도 2는 본 발명의 각 실시예에 따른 사이드 버너의 열량 제어를 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치를 나타낸 도면으로서, 사이드 버너를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 사이드 버너의 열량 제어를 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치를 나타낸 도면으로서, 실리카 수트가 증착되는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 각 실시예에 따른 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치를 나타낸 도면으로서, 실리카 수트가 증착되는 것을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 추가적인 제 2 실시예에 따른 힐링 증착 패스 공정을 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치를 나타낸 도면으로서, 실리카 수트가 레이어 단위로 증착되는 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 추가적인 제 3 실시예에 따른 증착 레이어 제어를 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치를 나타낸 도면으로서, 실리카 수트가 레이어 단위로 적층되는 것을 나타낸 도면으로서, 그 두께를 표현한 도면이다.
도 7은 본 발명의 추가적인 제 4 실시예에 따른 구간별 열량 제어를 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치를 나타낸 도면으로서, 제 1 구간, 제 2 구간 및 제 3 구간을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참고하면, 합성 쿼츠(10)의 제조 기술을 통해 제조된 정형화된 벌크 형태의 대형 합성 쿼츠(10)를 이용해 합성 쿼츠(10)링과 같은 다른 제품을 만들기 위해서는 링(Ring)이나 실린더(Cylinder) 형태로 가공하게 되는데, 이때 가공하는 과정에서 중심을 드릴링하는 별도의 코어 드릴(Core Drill)작업을 거쳐야 하며, 작업 후 내부 자재는 폐기물로 처리되는 등 복잡한 가공공정이 필요하고, 소재의 손실이 매우 커서 생산 단가가 높다. 따라서, 실린더 형태로 제조하는 방법을 통해 코어링 등의 복잡한 과정을 생략하고 내부 자재가 낭비되는 것을 방지하여 생산성을 증대하고 비용을 절감하기 위해 OVD(Outside Vapor Deposition, 외부 증착) 공정을 통해 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조한다.

OVD 공정은 막대 형상으로 구비되어 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)을 수행하는 맨드릴(100) 외주면의 증착면(101)에 원료와 화염을 통해 실리카 수트(10)를 증착시키는 버너를 통해 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조할 수 있다. 다만, 비교적 크기가 큰 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조할 때에는 구간마다의 열량 차이, 크기에 따른 열 전도도 차이나, 버너에서 발생되는 열량이나 원료 량 등의 미세한 차이로 인해 크랙이나 필링이 발생하거나, 돌기 등의 불량이 발생한다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치는 사이드 버너의 열량 제어를 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 상세하게, 사이드 버너의 열량 제어를 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치는 100mm 이상의 내경(ID)을 갖는 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 증착 시 실리카 수트(10)의 크랙 또는 필링을 제어하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 막대 형상으로 구비되어 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)을 수행하는 맨드릴(100) 외주면의 증착면(101)에 원료와 화염을 통해 실리카 수트(10)를 증착시키는 메인 버너(200), 증착면(101)의 단부에 실리카 수트(10)를 증착시키는 사이드 버너(300)를 포함할 수 있다.

맨드릴(100)은 막대 형상으로 구비되어 회전 운동(M1)을 수행하며, 맨드릴(100)의 외주면에 증착물이 증착되는 구성이다. 상세하게, 맨드릴(100)은 외부 동력원과 연결됨으로써 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)되도록 구비된다. 맨드릴(100)은 다각 기둥 또는 원 기둥 등 다양한 형상으로 구비될 수 있으나, 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조하기 위해 원 기둥 형상으로 구비하는 것이 바람직하다. 맨드릴(100)은 외주면에 위치된 증착면(101)에 메인 버너(200)와 사이드 버너(300) 등에 의해 증착물이 증착된다. 여기서 증착물은 합성 쿼츠(10)를 정착시켜 맨드릴(100)의 증착면(101)을 따라 증착된 수트체를 의미한다. 맨드릴(100)의 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착 시, 메인 버너(200) 또는 사이드 버너(300)가 고정된 상태에서 맨드릴(100)이 회전 운동(M1)되는 것을 기준으로 설명하였으나, 맨드릴(100)이 고정되고 버너가 맨드릴(100)의 증착면(101)을 향하도록 이동되어 실리카 수트(10)를 증착시키도록 구현할 수도 있다. 본 발명에서는 맨드릴(100)은 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)을 수행하고, 메인 버너(200)는 맨드릴(100)의 길이 방향을 따라 직선 왕복 운동(M2)을 수행하는 것을 기준으로 설명한다. 상기와 같은 맨드릴(100)은 일체형으로 형성될 수 있으나, 관 형상으로 구비되어 외주면에 증착면(101)이 형성되는 증착부(110)와 증착부(110)에 결합되어 회전 운동(M1)을 수행하는 회전부(120)를 포함할 수 있다. 맨드릴(100)이 일체로 구비되는 경우 지속/반복적인 사용을 위해 금속 재질로 구비될 수 있다. 또한, 맨드릴(100)이 증착부(110)와 회전부(120)로 구분되어 구비되는 경우 서로 다른 재질로 구비되거나, 동일한 재질로 구비될 수 있으며, 서로 다른 재질로 구비되는 경우 증착부(110)는 고정 후반에 증착물의 분리를 원할하게 도모하기 위해 열 팽창계수가 크고 고온에서 사용하기 용이한 고온 저항성이 있는 금속 소재로 구비될 수 있다. 상세하게, 증착부(110)는 스테인레스 스틸(SUS), 티타늄, 텅스텐, 티켈, 인코넬 또는 하스텔로이 등의 재질 중 어느 하나로 구비될 수 있다. 회전부(120)의 경우 금속 또는 SiC, Al203, Si3N4, Zr02 중 어느 하나의 조합을 가지는 세라믹 재질로 구비될 수 있다.

메인 버너(200)는 맨드릴(100)의 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키는 구성으로서, 전구체 공급부(250)로부터 공급된 원료가 증착되도록 화염을 제공하는 구성이다. 본 발명에서는 메인 버너(200)와 전구체 공급부(250)가 일체로 형성되는 것을 기준으로 설명한다. 메인 버너(200)는 증착면(101)을 바라보는 방향으로서 증착면(101)과 수직하는 방향으로 형성될 수 있으며, 메인 버너(200)는 회전 운동(M1)하는 맨드릴(100)의 길이 방향을 따라 직선 왕복 운동(M2)을 수행함으로써 맨드릴(100)의 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키도록 구현될 수 있다. 또는, 메인 버너(200)는 맨드릴(100)의 길이 방향을 따라 복수개 배열되도록 구비됨으로써 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키도록 구현될 수 있다. 메인 버너(200)는 소정의 연료량을 지속적으로 투입 받아 이를 연소시키도록 구비되고, 화염과 함께 증착에 도움될 수 있는 비활성기체 등의 가스가 함께 배출되도록 할 수 있다. 이러한 메인 버너(200)에서 발생하는 화염은 밀도차 및 분사 방향을 고려하여 화염이 상측을 향한다. 따라서, 이를 용이하게 제어하기 위해 메인 버너(200)는 지면 방향인 하측 방향에서 지상 방향인 상측 방향으로 수직한 방향을 향하도록 할 수 있다. 이때, 맨드릴(100)의 중심축을 수평 방향으로서 지면과 평행되도록 구비하는 것은 당연하다.

일례로, 메인 버너(200)는 비교적 큰 크기를 갖는 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조할 때 실리카 수트(10)의 크랙을 최소화하기 위해 메인 버너(200)로부터 증착물에 가해지는 열량을 제어할 수 있다. 상세하게, 메인 버너(200)는 실리카 수트(10)의 원주 길이 1mm 당 0.2 kJ/min 내지 0.8 kJ/min 의 열량을 공급하도록 구현할 수 있다. 메인 버너(200)의 열량을 상기와 같이 구현하는 경우, 후술하는 사이드 버너(300)의 경우 증착면(101)의 단부에 가해지는 열량을 0.7 kJ/min 내지 2.5 kJ/min의 열량이 가해지도록 구현할 수 있으며, 사이드 버너(300)의 경우 상세히 후술하기로 한다.

전구체 공급부(250)는 맨드릴(100)의 증착면(101)에 전구체인 원료를 공급하는 구성이다. 전구체 공급부(250)는 고체 또는 액상으로 구비된 전구체가 공급되며, 이를 기화시킬 수 있는 구조를 더 포함하도록 구비하거나, 기화된 전구체를 저장했다 공급하는 방식 등으로 구현될 수 있다. 전구체를 기체 또는 에어로졸 형태로 기화시키기 위해 초음파 진동 또는 히터 등이 더 구비될 수도 있다.

사이드 버너(300)는 증착면(101)의 각 양단부에 실리카 수트(10)를 증착시켜 합성 쿼츠(10)를 형성하는 구성이다. 메인 버너(200)는 실리카 수트(10)를 증착할 때 맨드릴(100)과 수직한 방향으로 회전 운동(M1) 및 직선 왕복 운동(M2)을 통해 실리카 수트(10)를 증착하는데, 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조하기 때문에 양 끝단의 경우 메인 버너(200)만으로 실리카 수트(10)를 증착할 때에는 그 모서리에 증착되는 실리카 수트(10)의 양이 비교적 적어 양 끝단 모서리가 각진 모따기(Chamfer) 형상 또는 호 형의 모깍기(Fillet) 형상으로 실리카 수트(10)가 증착될 수 있고, 이러한 경우 제조된 합성 쿼츠(10)가 미리 지정한 규격 외에 부분은 사용할 수 없기 때문에 사용할 수 있는 회수율이 적어진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 사이드 버너(300)를 통해 맨드릴(100)의 단부를 향하도록 실리카 수트(10)를 증착시킴으로써 위와 같은 문제를 최소화할 수 있다. 사이드 버너(300)는 맨드릴(100)의 중심축과 평행하거나, 80도 각도 이내를 이루도록 할 수 있다. 사이드 버너(300)가 맨드릴(100)의 단부를 향하는 각도는 제조하려는 합성 쿼츠(10)의 내직경(ID) 또는 외직경(OD)의 크기에 따라 다양한 각도와 거리로 구비되도록 할 수 있다.

상세하게, 사이드 버너(300)는 맨드릴(100)의 중심축과 평행 내지 80도 이내의 각도를 이루면서 맨드릴(100)의 양쪽 측면부를 향해 화염의 일부 또는 전부를 공급하게 된다. 상세하게, 맨드릴(100)의 중심축과 평행 내지 45도 이내의 각도를 이루면서 증착부(110)의 양쪽 끝단을 향해 화염의 일부 또는 전부를 공급하도록 하는 경우, 해당 각도를 사용하는 사이드 버너(300)를 적절히 배치하여 증착부(110) 양 끝단까지 증착된 형상의 증착물(10)을 형성할 수 있다. 또한, 맨드릴(100)의 중심축과 30도 내지 80도의 각도를 이루면서 맨드릴(100)의 양쪽 측면을 향해 화염의 일부 또는 전부를 공급하도록 하는 경우, 해당 각도를 사용하는 사이드 버너(300)를 적절히 배치하여 측면에 테이퍼 형상의 증착물(10)을 형성할 수 있다.

종래의 경우 증착면(101) 각 단부에 형성되는 합성 쿼츠(10)의 크랙을 방지하기 위해 중심 방향 지름보다 단부 방향의 지름이 작은 크기를 갖는 형상인 테이퍼 형상으로 합성 쿼츠(10)를 제조함으로써 크랙을 방지하곤 하였다. 비교적 작은 크기를 갖는 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)의 경우 테이퍼 형상만으로 어느 정도 크랙을 방지할 수 있었으나, 크기가 큰 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)의 경우 테이퍼 형상만으로는 크랙 제어가 어려운 문제가 있다. 또한, 테이퍼 형상으로 크랙을 제어하게 되면 테이퍼 형상을 갖는 길이만큼은 미리 지정한 규격에 미치지 못한 규격을 갖기 때문에 그 만큼의 사용할 수 있는 합성 쿼츠(10)의 유효 길이에 대한 손해가 발생하는 문제가 있다.

특히, 내경(ID)이 100mm 이상의 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조할 때, 실리카 수트(10)에서 발생할 수 있는 크랙이나 필링 등이 더 발생할 수 있다. 상세하게, 내경(ID)이 100mm 이상의 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)의 경우 그 원주가 314mm 이상으로 길어짐으로써 형상 등을 제어하는 방법만으로는 크랙이나 필링이 발생하는 문제를 제어하기 어려웠다. 이러한 크랙은 실리카 수트(10)의 메인 버너(200)가 위치된 중심 방향보다, 메인 버너(200)가 균일한 열량을 가하기 어려운 부분인 각 끝 단부에 크랙이나 필링 등의 문제가 특히 자주 발생하곤 한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 내경(ID)이 100mm 이상의 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조할 때에는 사이드 버너(300)의 열량을 원주 1mm 당 0.7 내지 2.5 kJ/min의 열량을 공급하도록 할 수 있다. 비교적 대구경으로 구분되는 100mm 이상의 내경(ID)을 갖는 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)의 경우 사이드 버너(300)의 역할을 통해 크랙이나 필링 등의 발생하는 문제를 최소화할 수 있다. 상세하게, 사이드 버너(300)의 열량을 원주인 1mm 당 0.7kJ/min 내지 2.5 kJ/min의 열량을 공급하도록 수행하는 경우 제조된 합성 쿼츠(10)에서 크랙이나 필링 등의 문제를 최소화할 수 있는 수치이다. 사이드 버너(300)의 열량을 1mm 당 0.7 kJ/min 이하로 하는 경우 크랙이 발생할 수 있으며, 2.5 kJ/min 이상으로 하는 경우 과다 열량 공급으로 인해 밀도 편차가 커짐으로써 크랙이 발생할 수 있다. 일례로, 사이드 버너(300)는 1mm 당 1.6 kJ/min 의 열량을 공급하도 설정할 수 있다.

[실험 1]

실험 1은 1mm 당 사이드 버너의 열량을 각기 달리하여 수트체를 형성하였다. 조건1은 0.5 kJ/min으로, 조건2는 1.2 kJ/min으로, 조건3은 3.0 kJ/min으로 수트체를 형성하여 이를 관찰하였다.

조건2의 사이드 버너 열량 1.2 kJ/min으로 열량 공급 시 끝단에 열에 의한 돌기가 생성되면서 밀도가 높은 수트체 형성이 되어 크랙이 예방된 것을 알 수 있다.

다만, 조건1의 사이드 버너 열량 0.5 kJ/min으로 열량 공급 시 끝단이 매끈한 형태의 수트체 형성이 되어 일정 두께이상 증착 시 크랙이 발생하게 되었고, 조건3의 3.0 kJ/min으로 열량 공급 시 끝단뿐만 아니라 내측까지 다수의 돌기가 형성되어 과밀도에 의한 크랙이 유발되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 실험1을 통해 사이드 버너(300)의 열량을 원주 1mm 당 0.7 내지 2.5 kJ/min의 열량을 공급하도록 하는 것이 가장 바람직한 수치인 것을 확인할 수 있었다.

도 4 및 도 5을 참고하면, 본 발명의 추가적인 제 2 실시예에 따른 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치는 힐링 증착 패스 공정을 통한 대구경 실리카 수트(10)의 크랙 제어할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 상세하게, 외직경(OD)이 300mm 이상을 갖는 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 증착 시 실리카 수트(10)의 크랙 또는 필링을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 막대 형상으로 구비되어 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)을 수행하는 맨드릴(100) 외주면의 증착면(101)에 원료와 화염을 통해 실리카 수트(10)를 증착시키는 메인 버너(200), 증착면(101)의 단부에 실리카 수트(10)를 증착시키는 사이드 버너를 포함할 수 있다.

맨드릴(100)은 막대 형상으로 구비되어 회전 운동(M1)을 수행하며, 맨드릴(100)의 외주면에 증착물이 증착되는 구성이다. 상세하게, 맨드릴(100)은 외부 동력원과 연결됨으로써 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)되도록 구비된다. 맨드릴(100)은 다각 기둥 또는 원 기둥 등 다양한 형상으로 구비될 수 있으나, 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조하기 위해 원 기둥 형상으로 구비하는 것이 바람직하다. 맨드릴(100)은 외주면에 위치된 증착면(101)에 메인 버너(200)와 사이드 버너 등에 의해 증착물이 증착된다. 여기서 증착물은 합성 쿼츠(10)를 정착시켜 맨드릴(100)의 증착면(101)을 따라 증착된 수트체를 의미한다. 맨드릴(100)의 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착 시, 메인 버너(200) 또는 사이드 버너가 고정된 상태에서 맨드릴(100)이 회전 운동(M1)되는 것을 기준으로 설명하였으나, 맨드릴(100)이 고정되고 버너가 맨드릴(100)의 증착면(101)을 향하도록 이동되어 실리카 수트(10)를 증착시키도록 구현할 수도 있다. 본 발명에서는 맨드릴(100)은 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)을 수행하고, 메인 버너(200)는 맨드릴(100)의 길이 방향을 따라 직선 왕복 운동(M2)을 수행하는 것을 기준으로 설명한다. 상기와 같은 맨드릴(100)은 일체형으로 형성될 수 있으나, 관 형상으로 구비되어 외주면에 증착면(101)이 형성되는 증착부(110)와 증착부(110)에 결합되어 회전 운동(M1)을 수행하는 회전부(120)를 포함할 수 있다. 맨드릴(100)이 일체로 구비되는 경우 지속/반복적인 사용을 위해 금속 재질로 구비될 수 있다. 또한, 맨드릴(100)이 증착부(110)와 회전부(120)로 구분되어 구비되는 경우 서로 다른 재질로 구비되거나, 동일한 재질로 구비될 수 있으며, 서로 다른 재질로 구비되는 경우 증착부(110)는 고정 후반에 증착물의 분리를 원할하게 도모하기 위해 열 팽창계수가 크고 고온에서 사용하기 용이한 고온 저항성이 있는 금속 소재로 구비될 수 있다. 상세하게, 증착부(110)는 스테인레스 스틸(SUS), 티타늄, 텅스텐, 티켈, 인코넬 또는 하스텔로이 등의 재질 중 어느 하나로 구비될 수 있다. 회전부(120)의 경우 금속 또는 SiC, Al203, Si3N4, Zr02 중 어느 하나의 조합을 가지는 세라믹 재질로 구비될 수 있다.

메인 버너(200)는 맨드릴(100)의 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키는 구성으로서, 전구체 공급부(250)로부터 공급된 원료가 증착되도록 화염을 제공하는 구성이다. 본 발명에서는 메인 버너(200)와 전구체 공급부(250)가 일체로 형성되는 것을 기준으로 설명한다. 메인 버너(200)는 증착면(101)을 바라보는 방향으로서 증착면(101)과 수직하는 방향으로 형성될 수 있으며, 메인 버너(200)는 회전 운동(M1)하는 맨드릴(100)의 길이 방향을 따라 직선 왕복 운동(M2)을 수행함으로써 맨드릴(100)의 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키도록 구현될 수 있다. 또는, 메인 버너(200)는 맨드릴(100)의 길이 방향을 따라 복수개 배열되도록 구비됨으로써 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키도록 구현될 수 있다. 메인 버너(200)는 소정의 연료량을 지속적으로 투입 받아 이를 연소시키도록 구비되고, 화염과 함께 증착에 도움될 수 있는 비활성기체 등의 가스가 함께 배출되도록 할 수 있다. 이러한 메인 버너(200)에서 발생하는 화염은 밀도차 및 분사 방향을 고려하여 화염이 상측을 향한다. 따라서, 이를 용이하게 제어하기 위해 메인 버너(200)는 지면 방향인 하측 방향에서 지상 방향인 상측 방향으로 수직한 방향을 향하도록 할 수 있다. 이때, 맨드릴(100)의 중심축을 수평 방향으로서 지면과 평행되도록 구비하는 것은 당연하다.

도 5를 참고하면, 메인 버너(200)를 통해 실리카 수트(10)를 증착시켜 합성 쿼츠(10)를 제조할 때에는 메인 버너(200)의 직선 왕복 운동(M2)과, 맨드릴(100)의 회전 운동(M1)으로 맨드릴(100)의 외주면에 위치된 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시킴으로써 증착물을 형성해 합성 쿼츠(10)를 제조한다. 이때, 실리카 수트(10)는 얇은 레이어(Layer)(Layer)가 반복적으로 증착면(101)에 증착됨으로써 합성 쿼츠(10)를 이룬다. 이러한 레이어(Layer)는 맨드릴(100)이 회전 운동(M1)을 반복하고, 메인 버너(200)가 증착면(101)의 일 단부에서 타 단부까지 1회 직선 이동되거나 직선 왕복 운동(M2)을 수행함으로써 1개의 레이어(Layer)를 형성하는데, 이때 이동되는 메인 버너(200)의 이동을 증착 패스 (pass)라고 정의한다. 따라서, 메인 버너(200)가 증착 패스를 1회 공정 수행하는 경우 1개의 레이어(Layer)가 형성되고, 이러한 레이어(Layer)가 복수개 포개어 증착됨으로써 합성 쿼츠(10)를 형성한다.

한편, 비교적 큰 크기를 갖는 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조할 때에는 크랙이나 필링, 돌기이 형성되는 문제가 발생한다. 특히, 합성 쿼츠(10)의 외경(OD)이 300mm 이상인 경우 그 크랙이나 돌기가 발생하는 문제가 커진다.

외직경(OD)이 300mm 이상인 경우 실리카 증착 과정에서 발생하는 크랙이나 필링 또는 돌기가 발생하는 문제를 해결하기 위한 하나의 방법으로서, 1개의 레이어(Layer)를 형성하는 메인 버너(200)의 반복적인 증착 패스 공정에 크랙이나 균열 또는 돌기를 제어할 수 있는 힐링 패스 공정이 더 추가될 수 있다. 패스 공정은 과도한 응력이나 돌기가 형성되거나 크랙이 발생하는 증착 표면을 힐링(치유)하는 공정으로서, 증착 패스 공정 이후 힐링 패스가 이어지도록 구현할 수 있다. 이러한 힐링 패스는 증착 패스 대비 증착면(101)에 증착되는 증착물의 량을 상이하게 함으로써 수행될 수 있다. 상세하게, n회의 증착 패스 공정 이후, n 회의 힐링 패스 공정이 수행될 수 있다. 보다 상세하게, 1회의 증착 패스 공정 이후 1회의 힐링 패스가 수행될 수 있다. 또는, 2n회의 증착 패스 공정 이후 1n회의 힐링 패스 공정이 수행되도록도 구현될 수 있다. 따라서, 2회의 증착 패스 공정 이후 1회의 힐링 패스가 수행되도록 구현할 수도 있다. 2회의 증착 패스 이후 1회의 힐링 패스가 이루어지는 것이 가장 바람직하다. 힐링 패스의 경우 증착물의 밀도가 낮은 경우 증착 패스의 열량보다 높은 열량으로 화염이 이동되도록 구현할 수 있고, 증착물의 표면에 돌기가 발생하는 경우 증착 패스의 열량보다 낮은 열량으로 화염이 이동되도록 구현될 수 있다. 또한, 힐링 패스의 경우 증착 패스보다 낮은 전구체 공급량으로 공급되거나, 전구체 공급 없이 화염만으로 힐링 패스를 수행하도록 할 수 있다.

또한, 각 증착 패스 과정에서 증착물의 밀도가 낮아지는 현상이나 돌기가 발생할 수 있는 문제를 파악하기 위해 이를 감지하기 위한 감지 센서가 더 구비될 수 있다. 감지 센서은 제어부를 통해 메인 버너(200) 또는 전구체 공급부(250)와 연결될 수 있으며, 감지 센서의 측정 결과에서 기준치 미달인 경우 제어부는 메인 버너(200)와 전구체 공급부(250)를 제어해 메인 버너(200)의 열량을 제어하거나, 전구체 공급량을 제어하도록 할 수 있다.

외직경(OD)이 300mm 이상인 경우 실리카 증착 과정에서 발생하는 크랙이나 필링 또는 돌기가 발생하는 문제를 해결하기 위한 추가적인 다른 방법으로서, 레이어(Layer)의 두께를 제어함으로써 상기한 문제를 최소화할 수 있다. 상세하게, 합성 쿼츠(10)의 외직경(OD)이 300mm 이상인 경우 1회의 증착 패스 당 증착 두께는 0.08mm 내지 0.15mm 사이의 두께로 증착되도록 할 수 있다. 즉, 1회의 증착 패스 당 형성되는 레이어(Layer)의 두께는 0.08mm 내지 0.15mm 일 수 있다. 1회의 증착 패스 당 형성되는 레이어(Layer)의 증착 두께가 0.08mm 이하로 내려가는 경우 강도가 낮아져 크랙 또는 필링이 발생할 수 있으며, 1회의 증착 패스 당 형성되는 레이어(Layer)의 증착 두께가 0.15mm 이상인 경우 균일한 증착이 이루어지지 못해 표면에 돌기 등이 발생하는 문제가 일어날 수 있다.

따라서, 300mm 이상의 외직경(OD)을 갖는 합성 쿼츠(10)를 증착할 때에는 1회의 증착 패스당 형성되는 레이어(Layer)의 증착 두께를 0.08mm 내지 0.15mm로 제한하여 증착물의 강도를 높이고 크랙이나 필링 또는 돌기 등의 문제를 최소화하여야 한다. 더 나아가, 이를 위해 전구체 공급량, 증착면(101)의 온도, 메인 버너(200)의 이동 속도를 제어할 수 있다.

상세하게, 300mm 이상의 외직경(OD)을 갖는 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 증착 제조할 때에는 전구체 공급량을 0.3 kg/hr 내지 2.4 kg/hr 의 범위에서 공급되도록 할 수 있고, 메인 버너(200)의 거리 또는 화염을 제어해 증착면(101)의 온도를 500 내지 1200도의 온도로 할 두 있다. 이때, 메인 버너(200)의 이동 속도는 200 내지 1000mm/min의 속도로 이동되도록 할 수 있다. 상기와 같이 구현하는 경우 1회의 증착 패스 당 증착 두께를 0.08mm 내지 0.15mm의 두께로 형성할 수 있다.

도 4 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 추가적인 제 3 실시예에 따른 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치는 증착 레이어 제어를 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 상세하게, 외직경(OD)이 300mm 이상을 갖는 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 증착 시 실리카 수트(10)의 크랙 또는 필링을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 막대 형상으로 구비되어 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)을 수행하는 맨드릴(100) 외주면의 증착면(101)에 원료와 화염을 통해 실리카 수트(10)를 증착시키는 메인 버너(200), 증착면(101)의 단부에 실리카 수트(10)를 증착시키는 사이드 버너를 포함할 수 있다.

맨드릴(100)은 막대 형상으로 구비되어 회전 운동(M1)을 수행하며, 맨드릴(100)의 외주면에 증착물이 증착되는 구성이다. 상세하게, 맨드릴(100)은 외부 동력원과 연결됨으로써 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)되도록 구비된다. 맨드릴(100)은 다각 기둥 또는 원 기둥 등 다양한 형상으로 구비될 수 있으나, 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조하기 위해 원 기둥 형상으로 구비하는 것이 바람직하다. 맨드릴(100)은 외주면에 위치된 증착면(101)에 메인 버너(200)와 사이드 버너 등에 의해 증착물이 증착된다. 여기서 증착물은 합성 쿼츠(10)를 정착시켜 맨드릴(100)의 증착면(101)을 따라 증착된 수트체를 의미한다. 맨드릴(100)의 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착 시, 메인 버너(200) 또는 사이드 버너가 고정된 상태에서 맨드릴(100)이 회전 운동(M1)되는 것을 기준으로 설명하였으나, 맨드릴(100)이 고정되고 버너가 맨드릴(100)의 증착면(101)을 향하도록 이동되어 실리카 수트(10)를 증착시키도록 구현할 수도 있다. 본 발명에서는 맨드릴(100)은 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)을 수행하고, 메인 버너(200)는 맨드릴(100)의 길이 방향을 따라 직선 왕복 운동(M2)을 수행하는 것을 기준으로 설명한다. 상기와 같은 맨드릴(100)은 일체형으로 형성될 수 있으나, 관 형상으로 구비되어 외주면에 증착면(101)이 형성되는 증착부(110)와 증착부(110)에 결합되어 회전 운동(M1)을 수행하는 회전부(120)를 포함할 수 있다. 맨드릴(100)이 일체로 구비되는 경우 지속/반복적인 사용을 위해 금속 재질로 구비될 수 있다. 또한, 맨드릴(100)이 증착부(110)와 회전부(120)로 구분되어 구비되는 경우 서로 다른 재질로 구비되거나, 동일한 재질로 구비될 수 있으며, 서로 다른 재질로 구비되는 경우 증착부(110)는 고정 후반에 증착물의 분리를 원할하게 도모하기 위해 열 팽창계수가 크고 고온에서 사용하기 용이한 고온 저항성이 있는 금속 소재로 구비될 수 있다. 상세하게, 증착부(110)는 스테인레스 스틸(SUS), 티타늄, 텅스텐, 티켈, 인코넬 또는 하스텔로이 등의 재질 중 어느 하나로 구비될 수 있다. 회전부(120)의 경우 금속 또는 SiC, Al203, Si3N4, Zr02 중 어느 하나의 조합을 가지는 세라믹 재질로 구비될 수 있다.

메인 버너(200)는 맨드릴(100)의 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키는 구성으로서, 전구체 공급부(250)로부터 공급된 원료가 증착되도록 화염을 제공하는 구성이다. 본 발명에서는 메인 버너(200)와 전구체 공급부(250)가 일체로 형성되는 것을 기준으로 설명한다. 메인 버너(200)는 증착면(101)을 바라보는 방향으로서 증착면(101)과 수직하는 방향으로 형성될 수 있으며, 메인 버너(200)는 회전 운동(M1)하는 맨드릴(100)의 길이 방향을 따라 직선 왕복 운동(M2)을 수행함으로써 맨드릴(100)의 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키도록 구현될 수 있다. 또는, 메인 버너(200)는 맨드릴(100)의 길이 방향을 따라 복수개 배열되도록 구비됨으로써 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키도록 구현될 수 있다. 메인 버너(200)는 소정의 연료량을 지속적으로 투입 받아 이를 연소시키도록 구비되고, 화염과 함께 증착에 도움될 수 있는 비활성기체 등의 가스가 함께 배출되도록 할 수 있다. 이러한 메인 버너(200)에서 발생하는 화염은 밀도차 및 분사 방향을 고려하여 화염이 상측을 향한다. 따라서, 이를 용이하게 제어하기 위해 메인 버너(200)는 지면 방향인 하측 방향에서 지상 방향인 상측 방향으로 수직한 방향을 향하도록 할 수 있다. 이때, 맨드릴(100)의 중심축을 수평 방향으로서 지면과 평행되도록 구비하는 것은 당연하다.

메인 버너(200)를 통해 실리카 수트(10)를 증착시켜 합성 쿼츠(10)를 제조할 때에는 메인 버너(200)의 직선 왕복 운동(M2)과, 맨드릴(100)의 회전 운동(M1)으로 맨드릴(100)의 외주면에 위치된 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시킴으로써 증착물을 형성해 합성 쿼츠(10)를 제조한다. 이때, 실리카 수트(10)는 얇은 레이어(Layer)가 반복적으로 증착면(101)에 증착됨으로써 합성 쿼츠(10)를 이룬다. 이러한 레이어는 맨드릴(100)이 회전 운동(M1)을 반복하고, 메인 버너(200)가 증착면(101)의 일 단부에서 타 단부까지 1회 직선 이동되거나 직선 왕복 운동(M2)을 수행함으로써 1개의 레이어를 형성하는데, 이때 이동되는 메인 버너(200)의 이동을 1 증착 패스 (pass)라고 정의한다. 따라서, 메인 버너(200)가 1 증착 패스의 증착을 수행하는 경우 1개의 레이어가 형성되고, 이러한 레이어가 복수개 포개어 증착됨으로써 합성 쿼츠(10)를 형성한다.

한편, 비교적 큰 크기를 갖는 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조할 때에는 크랙이나 필링, 돌기이 형성되는 문제가 발생한다. 특히, 합성 쿼츠(10)의 외경(OD)이 300mm 이상인 경우 그 크랙이나 돌기가 발생하는 문제가 커진다.

[실험 2]

실험 2를 보면 직경이 작을 경우 증착 두께가 얇아도 수트의 표면적이 작아 보다 많은 증착 패스가 진행된 후 필링이 발생되고, 증착 두께가 두꺼워도 원료 가스의 유동이 원활하여 돌기가 적게 발생되고 크기도 작았음을 알 수 있다.

직경이 커질수록 적은 증착 패스가 진행된 후 필링이 발생되고 돌기 발생 수가 많아지고 크기가 커진 것을 확인할 수 있었다.

다만, 증착 두께가 앞에서 제시한 범위에 있는 0.11~0.12 ㎜에서는 증착 공정이 종료되기 전까지 필링이나 돌기가 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.

외직경(OD)이 300mm 이상인 경우 실리카 증착 과정에서 발생하는 크랙이나 필링 또는 돌기가 발생하는 문제를 해결하기 위한 추가적인 다른 장치에 관한 것으로서, 레이어의 두께(LD)를 제어함으로써 상기한 문제를 최소화할 수 있다. 상세하게, 합성 쿼츠(10)의 외직경(OD)이 300mm 이상인 경우 1증착 패스 당 증착 두께(LD)는 0.08mm 내지 0.15mm 사이의 두께(LD)로 증착되도록 할 수 있다. 즉, 1증착 패스 당 형성되는 레이어의 두께(LD)는 0.08mm 내지 0.15mm 일 수 있다. 1증착 패스 당 형성되는 레이어의 증착 두께(LD)가 0.08mm 이하로 내려가는 경우 강도가 낮아져 크랙 또는 필링이 발생할 수 있으며, 1증착 패스 당 형성되는 레이어의 증착 두께(LD)가 0.15mm 이상인 경우 균일한 증착이 이루어지지 못해 표면에 돌기 등이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 300mm 이상의 외직경(OD)을 갖는 합성 쿼츠(10)를 증착할 때에는 1 증착 패스당 형성되는 레이어의 증착 두께(LD)를 0.08mm 내지 0.15mm로 제한하여 증착물의 강도를 높이고 크랙이나 필링 또는 돌기 등의 문제를 최소화하여야 한다. 더 나아가, 이를 위해 전구체 공급량, 증착면(101)의 온도, 메인 버너(200)의 이동 속도를 제어할 수 있다.

도 2 및 도 7을 참고하면, 본 발명의 추가적인 제 4 실시예에 따른 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치는 증착 레이어 제어를 통한 대구경 실리카 수트의 크랙 제어할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 상세하게, 외직경(OD)이 300mm 이상을 갖는 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 증착 시 실리카 수트(10)의 크랙 또는 필링을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 막대 형상으로 구비되어 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)을 수행하는 맨드릴(100) 외주면의 증착면(101)에 원료와 화염을 통해 실리카 수트(10)를 증착시키는 메인 버너(200), 증착면(101)의 단부에 실리카 수트(10)를 증착시키는 사이드 버너를 포함할 수 있다.

맨드릴(100)은 막대 형상으로 구비되어 회전 운동(M1)을 수행하며, 맨드릴(100)의 외주면에 증착물이 증착되는 구성이다. 상세하게, 맨드릴(100)은 외부 동력원과 연결됨으로써 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)되도록 구비된다. 맨드릴(100)은 다각 기둥 또는 원 기둥 등 다양한 형상으로 구비될 수 있으나, 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 제조하기 위해 원 기둥 형상으로 구비하는 것이 바람직하다. 맨드릴(100)은 외주면에 위치된 증착면(101)에 메인 버너(200)와 사이드 버너 등에 의해 증착물이 증착된다. 여기서 증착물은 합성 쿼츠(10)를 정착시켜 맨드릴(100)의 증착면(101)을 따라 증착된 수트체를 의미한다. 맨드릴(100)의 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착 시, 메인 버너(200) 또는 사이드 버너가 고정된 상태에서 맨드릴(100)이 회전 운동(M1)되는 것을 기준으로 설명하였으나, 맨드릴(100)이 고정되고 버너가 맨드릴(100)의 증착면(101)을 향하도록 이동되어 실리카 수트(10)를 증착시키도록 구현할 수도 있다. 본 발명에서는 맨드릴(100)은 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)을 수행하고, 메인 버너(200)는 맨드릴(100)의 길이 방향을 따라 직선 왕복 운동(M2)을 수행하는 것을 기준으로 설명한다. 상기와 같은 맨드릴(100)은 일체형으로 형성될 수 있으나, 관 형상으로 구비되어 외주면에 증착면(101)이 형성되는 증착부(110)와 증착부(110)에 결합되어 회전 운동(M1)을 수행하는 회전부(120)를 포함할 수 있다. 맨드릴(100)이 일체로 구비되는 경우 지속/반복적인 사용을 위해 금속 재질로 구비될 수 있다. 또한, 맨드릴(100)이 증착부(110)와 회전부(120)로 구분되어 구비되는 경우 서로 다른 재질로 구비되거나, 동일한 재질로 구비될 수 있으며, 서로 다른 재질로 구비되는 경우 증착부(110)는 고정 후반에 증착물의 분리를 원할하게 도모하기 위해 열 팽창계수가 크고 고온에서 사용하기 용이한 고온 저항성이 있는 금속 소재로 구비될 수 있다. 상세하게, 증착부(110)는 스테인레스 스틸(SUS), 티타늄, 텅스텐, 티켈, 인코넬 또는 하스텔로이 등의 재질 중 어느 하나로 구비될 수 있다. 회전부(120)의 경우 금속 또는 SiC, Al203, Si3N4, Zr02 중 어느 하나의 조합을 가지는 세라믹 재질로 구비될 수 있다.

메인 버너(200)는 맨드릴(100)의 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키는 구성으로서, 전구체 공급부(250)로부터 공급된 원료가 증착되도록 화염을 제공하는 구성이다. 본 발명에서는 메인 버너(200)와 전구체 공급부(250)가 일체로 형성되는 것을 기준으로 설명한다. 메인 버너(200)는 증착면(101)을 바라보는 방향으로서 증착면(101)과 수직하는 방향으로 형성될 수 있으며, 메인 버너(200)는 회전 운동(M1)하는 맨드릴(100)의 길이 방향을 따라 직선 왕복 운동(M2)을 수행함으로써 맨드릴(100)의 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키도록 구현될 수 있다. 또는, 메인 버너(200)는 맨드릴(100)의 길이 방향을 따라 복수개 배열되도록 구비됨으로써 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키도록 구현될 수 있다. 메인 버너(200)는 소정의 연료량을 지속적으로 투입 받아 이를 연소시키도록 구비될 수 있다, 구체적으로, 메인 버너(200)는 메인 버너(200)의 원료 노즐에서 공급되는 가연성 가스를 발화시킴으로써 화염을 형성한다. 또한, 메인 버너(200)는 화염과 함께 증착에 도움될 수 있는 비활성기체 등의 가스가 함께 배출되도록 할 수 있다. 이러한 메인 버너(200)에서 발생하는 화염은 밀도차 및 분사 방향을 고려하여 화염이 상측을 향한다. 따라서, 이를 용이하게 제어하기 위해 메인 버너(200)는 지면 방향인 하측 방향에서 지상 방향인 상측 방향으로 수직한 방향을 향하도록 할 수 있다. 이때, 맨드릴(100)의 중심축을 수평 방향으로서 지면과 평행되도록 구비하는 것은 당연하다.

한편, 전구체 공급부(250)는 맨드릴(100)의 증착면(101)에 전구체인 원료를 공급하는 구성이다. 전구체 공급부(250)는 고체 또는 액상으로 구비된 전구체가 공급되며, 이를 기화시킬 수 있는 구조를 더 포함하도록 구비하거나, 기화된 전구체를 저장했다 공급하는 방식 등으로 구현될 수 있다. 전구체를 기체 또는 에어로졸 형태로 기화시키기 위해 초음파 진동 또는 히터 등이 더 구비될 수도 있다.

한편, 메인 버너(200)를 통해 실리카 수트(10)를 증착시켜 합성 쿼츠(10)를 제조할 때에는 메인 버너(200)의 직선 왕복 운동(M2)과, 맨드릴(100)의 회전 운동(M1)으로 맨드릴(100)의 외주면에 위치된 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시킴으로써 증착물을 형성해 합성 쿼츠(10)를 제조한다. 이때, 실리카 수트(10)는 얇은 레이어(Layer)가 반복적으로 증착면(101)에 증착됨으로써 합성 쿼츠(10)를 이룬다. 이러한 레이어는 맨드릴(100)이 회전 운동(M1)을 반복하고, 메인 버너(200)가 증착면(101)의 일 단부에서 타 단부까지 1회 직선 이동되거나 직선 왕복 운동(M2)을 수행함으로써 1개의 레이어를 형성하는데, 이때 이동되는 메인 버너(200)의 이동을 1 증착 패스 (pass)라고 정의한다. 따라서, 메인 버너(200)가 1 증착 패스의 증착을 수행하는 경우 1개의 레이어가 형성되고, 이러한 레이어가 복수개 포개어 증착됨으로써 합성 쿼츠(10)를 형성한다.

상기와 같은 구성을 통해 실리카 수트(10)를 맨드릴(100)의 증착면(101)에 증착하는 경우 금속 재질로 구비되는 맨드릴(100)의 증착면(101)에 초기 증착 공정과, 맨드릴(100)의 증착면(101)에 복수의 레이어가 증착된 후의 레이어의 외면은 열 전도도가 서로 상이하다. 상세하게, 금속 맨드릴(100)을 이용해 증착 할 때 맨드릴(100)에 증착되는 메인 버너(200)의 열량은 맨드릴(100)이 갖는 금속 재질의 특성상 열 전도도가 높다. 반면, 금속 재질의 맨드릴(100)의 열 전도도보다 실리카 수트(10)로 이루어진 증착물의 열 전도도는 비교적 낮다. 이는 증착물인 실리카 수트(10)는 밀도가 낮은 다공성 구조로서 단열 효과가 있기 때문이다. 실리카 수트(10)의 표면을 증착하는 경우 맨드릴(100)로 전달되어 손실되는 열량을 차단하는 효과가 발생한다. 따라서, 메인 버너(200)가 일정한 열량으로 초기, 중기 및 후기 공정을 모두 수행한다면 각 레이어의 중심 방향에서 외측 방향까지의 밀도가 서로 상이하기 때문에 크랙이나 필링 또는 돌기 등의 불량이 발생할 수 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 전구체 공급부(250)가 공급하는 전구체 원료의 공급량은 일정하게 유지하되, 메인 버너(200)의 원료인 가연성 가스의 공급량을 제어함으로써 화염이 생성하는 표면 열량을 제어하도록 구현할 수 있다. 즉, 전구체 공급부(250)를 통해 공급 및 증착되는 전구체 원료의 공급량은 유지한 상태에서, 메인 버너(200)의 화염에 사용되는 가연성 가스의 양을 제어함으로써 열량을 제어할 수 있다. 한편, 전구체 원료에 포함될 수 있는 탄소 또는 수소의 경우 이는 실리카 수트(10)를 증착하는 과정에서 분해 또는 합성에 대부분 사용된다. 따라서, 메인 버너(200)의 화염을 형성하는 가연성 가스의 양을 제어함으로써 밀도 제어를 구현할 수 있다.

상세하게, 메인 버너(200)는 제조하려는 실린더 형상의 합성 쿼츠(10)를 내주면에서 외주면간의 두께 거리를 기준으로, 중심축이 위치된 내측 방향의 레이어의 증착에서 외측 방향으로 위치되는 레이어를 증착할 때 점진적 또는 순차적으로 메인 버너(200)의 열량이 변경되도록 할 수 있다. 보다 상세하게, 합성 쿼츠(10)의 내주면에서부터 외주면까지의 구간을 순차적으로 미리 지정한 구간으로 구획하고, 각 구간마다 메인 버너(200)의 열량을 순차적으로 증가시키도록 구현할 수 있다. 상기와 같이 내주면에서부터 외주면까지의 구간을 동일하게 구획할 수 있으나, 맨드릴(100)의 증착면(101)이 갖는 열전도도만이 높은 것을 감안한다면, 맨드릴(100)과 근접한 구간을 미리 지정하고, 해당 구간에서만 구간별 열량을 순차적으로 증가시키도록 구현할 수 있다.

바람직하게, 도 3을 참고하면, 합성 쿼츠(10)의 내경(ID)에서부터 외직경(OD)까지의 구간 중, 내주면에서부터 20mm구간 까지를 열량 증가 구간으로 지정하고, 열량 증가 구간을 다시 한번 내주면에서부터 순차적으로 제 1 구간(S1), 제 2 구간(S2) 및 제 3 구간(S3)으로 구획할 수 있다. 또한, 제 1 구간(S1)은 실리카 수트(10)의 두께가 0mm 내지 5mm까지의 두께 구간으로 하고, 제 2 구간(S2)은 제 1 구간(S1)의 끝에서 5mm 내지 10mm까지의 두께 구간으로 하며, 제 3 구간(S3)은 제 2 구간(S2)의 끝에서 20mm 이내의 두께를 갖는 구간으로 정의한 다음. 제 1 구간(S1), 제 2 구간(S2) 및 제 3 구간(S3)을 순차적으로 열량이 증가되도록 메인 버너(200)를 제어하도록 할 수 있다. 바람직하게, 증착면(101)에서 실리카 수트(10)가 0mm 내지 5mm의 두께에 해당하는 제 1 구간(S1)의 경우 열량이 0.2 %/min 내지 1 %/min로 감소된 상태에서 증착을 수행할 수 있다. 그 다음, 5mm 내지 10mm까지의 두께에 해당하는 제 2 구간(S2)의 경우 열량이 0.05 %/min 내지 0.5 %/min로 감소된 상태에서 증착을 수행할 수 있다. 그 다음, 실리카 수트(10)가 20mm 이내의 두께를 갖는 제 3 구간(S3)의 경우 열량이 0 %/min 내지 0.5 %/min로 감소된 상태에서 증착을 수행하도록 할 수 있다. 한편, 맨드릴(100)과 증착 형성되는 합성 쿼츠(10)의 열 전도도의 차이에 따라 열량을 최대 5% 내지 20 %/min 까지 감소되도록 구현할 수 있다. 또한, 맨드릴(100)의 증착면(101)에 최초로 실리카 수트(10)를 증착할 때에는 전구체 원료를 증착시키는 열량 외의 열량이 0.2 kJ/min 내지 2 kJ/min의 열량으로 증착면(101)에 실리카 수트(10)를 증착시키는 열량을 가질 수 있다. 다만, 제조하려는 합성 쿼츠(10)의 크기나 두께, 시간 등에 따라 상이한 열량을 가지도록 할 수 있다.

[실험 3]

실험 3을 살펴보면, 열량 감소가 없거나 적으면 수트의 밀도차에 의해 증착 중 크랙이 유발되며, 돌기가 발생하였으며, 이와 반대로 열량 감소가 과다하면 수트 밀도 감소로 수트 필링이 발생한 것을 확인할 수 있었다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 실리카 수트(합성 쿼츠)
100: 맨드릴 101: 증착면
110: 증착부 120: 회전부
200: 메인 버너 250: 전구체 공급부
Layer: 레이어
M1: 회전 운동 M2: 직선 왕복 운동
ID: 내직경,내경 OD: 외직경, 외경

Claims (6)

1. OVD 공정을 이용해 실린더 형상을 갖는 합성 쿼츠(10) 제조 장치에 관한 것으로서,
   막대 형상으로 구비되어 중심축을 기준으로 회전 운동(M1)을 수행하며 외주면에 증착면(101)이 형성되는 맨드릴(100); 및
   상기 증착면(101)을 따라 직선 왕복 운동(M2)을 수행을 통해 실리카 수트(10)를 레이어(Layer) 단위로 증착 형성시키는 증착 패스를 반복 수행하는 메인 버너(200);를 포함하고,
   상기 레이어(Layer)의 두께는 0.08mm 내지 0.15mm 인 것을 특징으로 하며,
   상기 메인 버너(200)는 상기 증착 패스를 수행한 다음, 상기 증착 패스와 상이한 증착량을 갖는 힐링 패스를 수행하고,
   상기 힐링 패스는 증착 패스 대비 낮은 열량으로 증착면(101)을 가열해 증착물의 밀도를 높이는 것이거나,
   상기 힐링 패스는 증착 패스 대비 높은 열량으로 증착면(101)을 가열해 증착물의 돌기를 제거하여 과도한 응력이나 돌기가 형성되거나 크랙이 발생하는 증착 표면을 힐링하는 것이며,
   상기 증착 패스가 n회 수행된 다음, 상기 힐링 패스가 n회 수행되거나
   상기 증착 패스가 2n회 수행된 다음, 상기 힐링 패스가 n회 수행되고,
   상기 실리카 수트(10)의 표면의 밀도를 감지하거나, 돌기가 발생하는 것을 감지할 수 있는 감지 센서가 더 구비되고,
   상기 메인 버너(200)는 상기 감지 센서가 미리 지정한 밀도 또는 돌기 유무를 벗어나는 경우 상기 힐링 패스를 수행하는, 힐링 증착 패스 공정을 통한 대구경 실리카 수트의 크랙을 제어할 수 있는 장치.
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