KR20000031947A - 새도우 마스크 프레임 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

새도우 마스크 프레임 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 새도우 마스크 프레임은 기판을 압연하고, 압연된 기판을 어닐링하고, 어닐링된 기판을 성형하여 제조되는 종래의 새도우 마스크 프레임을 열처리하여 제조된다. 이와 같이 제조된 새도우 마스크 프레임은 종래의 새도우 마스크 프레임에 비하여 향상된 인장 강도 및 탄성 계수를 갖는다.

Description

새도우 마스크 프레임 및 그의 제조 방법

[산업상 이용 분야]

본 발명은 새도우 마스크 프레임 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 향상된 강도를 갖는 새도우 마스크 프레임 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

[종래 기술]

새도우 마스크 프레임은 새도우 마스크가 패널에 대하여 적당한 위치에 놓여지도록 새도우 마스크를 지지함과 동시에 새도우 마스크의 도우밍(doming)을 일정 수준 보정하는 역할을 한다.

이러한 새도우 마스크 프레임의 일반적인 제조 방법은 다음과 같다.

AK강으로 형성된 기판을 압연하고, 어닐링(annealing) 공정을 실시하여 마스크 프레임의 내부 응력을 제거하고 연성을 부여한다. 이어서, 어닐링 공정을 실시한 기판을 프레스 성형 및 전자빔 통과용 개구부 형성 부분과 기타 부품 체결용 홀 형성 부분 절단 공정 등의 성형 공정을 실시하여 새도우 마스크 프레임을 제조한다.

이러한 새도우 마스크 프레임은 일반적으로 제품에 필요한 두께를 얻기 위하여 제조 공정 중 압연 공정을 여러번 실시하게 된다. 이러한 이유로 금속 내부에 가공 응력이 존재하게 되므로, 목적 물질의 어느 정도의 연신율이 요구되는 성형 공정 전에 어닐링 공정을 실시하여야 한다. 이 어닐링 공정을 실시하지 않으면 연신율이 낮아 성형이 불가능하다. 이때 어닐링 후의 새도우 마스크 프레임은 연신율을 증가하나 인장 강도가 저하되는 문제점이 있다. 따라서 종래의 마스크 프레임은 이와 같이 인장 강도가 낮은 기판을 이용하여 제조되므로, 필요한 강도를 갖기 위해서는 반드시 어느 정도 이상의 두께를 갖는 기판으로 제조된 프레임을 사용하여야만 하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 강도를 향상시켜 두께가 얇은 기판으로 제조될 수 있는 새도우 마스크 프레임을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 두께가 얇으므로 성형이 용이한 새도우 마스크 프레임을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 새도우 마스크 프레임의 제조 방법을 제공하는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고용 강화 및 석출 경화층을 포함하는 새도우 마스크 프레임을 제공한다. 또한, 본 발명은 질화물을 포함하는 새도우 마스크 프레임을 제공한다.

또한, 기판을 압연하고; 상기 압연된 기판을 어닐링하고; 상기 어닐링된 기판을 성형하고; 상기 성형물을 열처리하는 공정을 포함하는 새도우 마스크 프레임의 제조 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 새도우 마스크 프레임은 탄소를 포함하는 고용 강화 및 석출 경화층을 포함하며, AK강으로 형성된 것이다. 본 발명의 새도우 마스크 프레임은 상기 고용 강화 및 석출 경화층의 표면에 형성된 질소를 포함하는 경화막을 더욱 포함할 수 도 있고, 고용 강화 및 석출 경화층 대신에 프레임 표면에만 또는 전체적으로 형성된 질화물을 포함할 수 도 있다.

상기 새도우 마스크 프레임은 강도를 향상시키기 위하여 종래 공정으로 제조된 새도우 마스크 프레임을 침탄법, 침탄 질화법 및 연질화법을 사용하여 열처리하여 제조된다.

이하 본 발명의 새도우 마스크 프레임을 제조하는 방법을 침탄법, 침탄 질화법 및 연질화법으로 각각 구별하여 설명하면 다음과 같다.

1) 침탄법

AK강으로 형성된 새도우 마스크 프레임용 기판을 압연하여 원하는 두께로 제조한다. 연신율을 증가시켜 성형하기 위하여 어닐링 공정을 실시한다. 어닐링 공정을 실시한 기판을 프레스 성형 및 전자빔 통과용 개구부 형성 부분과 기타 부품 체결용 홀 형성 부분 절단 등의 성형 공정을 실시하여 성형물인 새도우 마스크 프레임을 제조한다. 얻어진 프레임을 일정 단위로 포개어 트레이로 적재한다.

가열실로의 온도가 약 150℃ 이상이 되면 RX 가스 및 프로판 가스를 포함하는 침탄 가스를 상기 가열실로에 투입한다. 상기 RX 가스는 H₂40%, N₂40% 및 CO 20%를 함유하는 가스이다. 상기 침탄 가스의 투입량은 RX 가스 5∼25ℓ/분 및 프로판 가스 1∼10ℓ/분이다.

상기 가열실로의 온도가 600∼1000℃로 유지되고, 가스 분위기가 적합하게 유지되면 적재되어 있던 프레임을 상기 가열실로에 투입한다. 500∼700℃로 일정하게 유지되는 전실로에 프레임을 먼저 투입한 후, 가열실로에 투입할 수 도 있다. 이와 같이 프레임을 먼저 전실로에 투입한 후, 가열실로 투입하는 경우에는 외부의 기체 분위기(대기) 및 차가운 상온의 공기가 가열실 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가열실로의 온도가 매우 높으므로 급격한 온도 변화로 인한 프레임의 변형을 방지할 수 있으며, 이에 따라 재질이 취약하게 되는 것은 방지할 수 있다. 아울러, 열처리 완료후 급격히 냉각되는 것을 방지할 수 있다.

상기 가열실로의 온도가 상기한 범위로 유지되면, RX 가스 및 프로판 가스가 분해되어 유리화된 탄소와 미량의 질소가 생성된다. 생성된 탄소와 미량의 질소는 새도우 마스크 프레임에 효과적으로 침투될 수 있다. 그러나 주로 탄소가 생성되므로 새도우 마스크 프레임에 침투하여 발생되는 효과에도 탄소의 역할이 지배적이며, 질소의 침투에 의한 효과는 극히 적게 나타난다. 상기한 가열실로의 온도가 600℃보다 낮은 경우에는 가스 분해 반응이 일어나지 않으므로 열처리 효과가 없어 바람직하지 않다. 또한 1000℃ 이하의 온도에서 분해 반응이 충분히 일어나므로 1000℃보다 높은 온도로 가열실의 온도를 높이는 것은 바람직하지 않다.

침탄 공정을 효과적으로 실시하기 위하여, 상기 가열실로에서 상기 새도우 마스크 프레임을 0.1∼5시간 동안 방치한다. 상기 방치 시간이 0.1시간보다 적은 시간 동안 실시하면 새도우 마스크와 가스의 반응이 충분히 일어나지 않아 바람직하지 않다. 또한, 5시간 동안 방치하여 열처리를 실시하면 마스크의 전면 열처리가 충분히 일어나므로 5시간을 넘는 시간동안 열처리를 실시하는 것은 바람직하지 않다.

침탄 처리가 끝나면 상기 가열실로의 분위기는 유지하면서 가열실로의 온도를 150℃까지 내리고 가스 주입을 중단한다. 상기 가열실로에서 마스크를 꺼내어 최종적인 새도우 마스크 프레임을 얻는다.

2) 연질화법

암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 연질화 가스를 이용하여 열처리를 실시하는 것을 제외하면 실질적으로 상기 침탄법과 동일하게 실시되나, 침탄법과 다소 상이한 조건 등에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

연질화 가스의 가열실로의 투입량은 1∼15ℓ/분이며, 상기 가열실로의 온도는 400∼700℃로 유지한다. 상기 가열실로의 온도가 상기한 범위로 유지되면 암모니아 가스가 분해되어 유리화된 질소를 생성하고, 이 질소는 새도우 마스크 프레임에 효과적으로 침투할 수 있다. 가열실로의 온도가 400℃보다 낮으면 분해 반응이 일어나지 않아 바람직하지 않고, 700℃ 이하의 온도에서 충분히 분해 반응이 일어나므로, 700℃보다 높은 온도로 가열실로의 온도를 높이는 것은 바람직하지 않다.

연질화 열처리를 촉진시키기 위하여, 상기 가열실로에서 상기 새도우 마스크 프레임을 0.1∼10시간 동안 방치한다. 0.1∼2시간 동안 새도우 마스크 프레임을 방치하면 새도우 마스크 프레임의 표면에 질화물이 형성되고, 새도우 마스크 프레임을 2∼10시간 동안 방치하여 열처리를 실시하면 새도우 마스크 프레임의 전체에 질화물이 형성된다. 즉, 통상 0.2∼5.0㎜ 정도의 두께를 갖는 새도우 마스크 프레임을 사용하는데 열처리를 0.1∼2시간 동안 실시하면 새도우 마스크 프레임의 표면에 질화물이 형성된다. 또한, 열처리를 2∼10시간 동안 실시하면 새도우 마스크 프레임의 두께 전체에 질화물이 형성된다. 상기 새도우 마스크 프레임을 연질화 열처리를 0.1시간 미만으로 실시하면 새도우 마스크 프레임과 가스의 반응이 충분히 이루어지지 않아 바람직하지 않다. 또한, 10시간 동안 열처리를 실시하면 새도우 마스크 프레임의 전면 열처리가 충분히 이루어지므로, 불필요하게 10시간을 넘는 시간 동안 열처리를 실시하는 것은 바람직하지 않다.

3) 침탄 질화법

RX 가스, 프로판 가스 및 암모니아 가스를 포함하는 침탄 질화 가스를 이용한 것을 제외하고는 상기 침탄법과 동일하게 실시하나, 이하 침탄법과는 다소 상이한 조건 등에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

침탄 질화 가스의 상기 가열실로의 투입량은 RX 가스 5∼25ℓ/분, 프로판 가스 1∼10ℓ/분 및 암모니아 가스 1∼15ℓ/분이며, 상기 가열실로의 온도가 400∼1200℃로 유지되고, 가스 분위기가 적합하게 유지되면 상기 전실로에 적재되어 있던 마스크를 상기 가열실로에 투입한다. 상기 가열실로의 온도가 상기한 범위로 유지되면, 암모니아 가스, 프로판 가스 및 RX 가스가 분해되어 유리화된 질소 및 탄소를 생성하게 되고, 이 질소 및 탄소가 효과적으로 새도우 마스크 프레임에 침투하고 확산되어 금속 성분과 반응하게 된다. 상기 가열실로의 온도가 400℃보다 낮을 경우 상술한 것과 같은 분해 반응이 일어나지 않아 바람직하지 않다. 또한, 상기 가열실로의 온도가 1200℃보다 높은 경우에는 1200℃ 이하의 온도에서 분해 반응이 충분히 일어나므로 더 이상 온도를 높이는 것은 바람직하지 않다.

침탄 질화 공정을 효과적으로 실시하기 위하여, 상기 가열실로에서 상기 새도우 마스크 프레임을 0.1∼5시간 동안 방치한다. 상기 방치 시간이 0.1시간보다 적으면 새도우 마스크 프레임과 가스 반응이 충분히 일어나지 않아 바람직하지 않다. 또한, 5시간 이하의 시간 동안 방치하여 침탄 질화 처리를 실시하여도 새도우 마스크 프레임의 전면 열처리가 충분히 이루어지므로, 5시간보다 많은 시간 동안 침탄 질화 처리를 실시하는 것이 바람직하지 않다.

침탄 질화법의 경우에도, 상기 두 방법과 동일하게, 새도우 마스크 프레임을 전실로에 투입하지 않고 직접 가열실로 투입하여 침탄 질화 열처리를 실시할 수도 있다. 그러나, 이와 같이 전실로에 투입하지 않고 바로 가열실로 투입하면, 탄소와 질소가 각각 다른 온도에서 침탄 질화 가스로부터 각각 분해되기 때문에, 새도우 마스크 프레임 기판과 각각 반응하게 된다. 결과적으로, 침탄 질화 효과가 탄소화 및 질소화 반응이 동시에 발생하는 전실로에 투입하여 실시하는 침탄 질화 공정에 비하여 효과가 감소된다.

본 발명에서는 종래의 방법으로 제조된 새도우 마스크 프레임을 침탄법, 연질화법 및 침탄 질화법을 더욱 실시하여 강도를 향상시켰다. 침탄법은 RX 가스 및 프로판 가스를 함유하는 가스성 대기에서 마스크 프레임을 고온으로 열처리하는 방법이다. 상기 가스는 일산화탄소(CO) 가스를 발생시키고, 발생된 일산화탄소는 새도우 마스크 프레임에 침투, 확산하여 새도우 마스크 프레임과 반응하여 Fe₃C 등의 반응물을 형성한다. 이 탄소 화합물은 주로 기지 금속 내에 고용 및 석출되어 경화층을 형성한다. 새도우 마스크 프레임에 포함되는 탄소의 중량은 새도우 마스크 프레임용 기판의 중량 대비 0.01∼2.0 중량%이다.

연질화법은 새도우 마스크 프레임을 암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 가스성 대기에서 고온으로 열처리하는 방법이다. 상기 가스는 질소를 생성시키고 이 질소가 새도우 마스크 프레임에 침투, 확산하여 새도우 마스크 프레임용 기판과 반응하여 Fe₂N, FeN, Fe₄N 등의 반응물을 형성한다. 이 질소 화합물은 새도우 마스크 프레임의 표면 또는 새도우 마스크 프레임 전체에 형성되어 기지 금속을 강하게 만든다. 새도우 마스크 프레임에 포함되는 질소의 중량은 새도우 마스크 프레임용 기판의 중량 대비 0.01∼2.0 중량%이다.

침탄 질화법은 상기 침탄법과 연질화법에 사용된 가스를 동시에 사용하는 방법이다. 침탄 질화법에 있어서, 새도우 마스크 프레임을 RX 가스, 프로판 가스 및 암모니아 가스를 포함하는 가스성 대기에서 고온으로 열처리한다. 상기 가스는 일산화탄소 및 질소를 발생시키고, 발생된 일산화탄소 및 질소가 프레임과 반응하여 Fe₃C, Fe₂N, Fe₄N, FeN 등의 반응물을 생성한다. 이중 탄소 화합물은 주로 기지 금속 내에 고용 및 석출되어 내부 경화층을 형성한다. 반면에, 질소 화합물은 주로 상기 프레임 표면에 형성되어 표면 경화층을 형성한다. 새도우 마스크 프레임에 포함되는 탄소의 양은 새도우 마스크 프레임 중량 대비 0.01∼2.0 중량%이며, 질소의 양은 새도우 마스크 프레임 중량 대비 0.01∼2.0 중량%이다.

상술한 효과에 의하여 새도우 마스크 프레임의 강도는 어닐링 공정만을 실시한 새도우 마스크 프레임에 비하여 백 MPa 이상 증가하게 된다. 또한 고온에서 열처리를 행함으로써 압연으로 생긴 조직을 보다 균질하게 재결정시킬 수 있고 또한 그레인(grain)을 균일하게 형성할 수 있다. 이외에 탄성 계수도 증가하므로 외부의 진동에 의한 떨림도 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이, 침탄, 연질화 및 침탄 질화 공정으로 제조된 새도우 마스크 프레임은 적당한 인장 강도를 갖는다. 이러한 충분한 인장 강도는 외부 충격 또는 충돌에 따른 새도우 마스크 프레임의 외부의 충격에 의한 변형 및 진동에 의한 새도우 마스크의 떨림을 감소시킬 수 있다.

[실시예]

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

AK강으로 형성된 새도우 마스크용 기판을 압연하였다. 압연된 기판을 어닐링 공정을 실시하였다. 어닐링된 기판을 프레스 성형하고, 전자빔 통과용 개구부 형성 부분과 기타 부품 체결용 홀 형성 부분을 절단하는 성형 공정을 실시하여 새도우 마스크 프레임을 제조한다.

이 새도우 마스크 프레임을 일정 단위로 포개어 트레이로 적재하였다. 전실로의 온도를 650℃로 일정하게 유지한 후, 상기 적재된 프레임을 전실로에 투입하였다. 가열실로의 온도가 약 150℃ 이상이 되면 RX 가스 및 프로판 가스를 포함하는 침탄 가스를 RX 가스 15ℓ/분 및 프로판 가스 3ℓ/분의 속도로 상기 가열실로에 투입하였다. 상기 가열실로의 온도가 850℃로 유지되고, 가스 분위기가 적합하게 유지되면 상기 전실로에 적재되어 있던 새도우 마스크 프레임을 상기 가열실로에 투입하였다. 상기 가열실로에서 상기 프레임을 1시간 동안 방치하여 침탄 열처리를 실시하였다. 침탄 열처리가 끝나면 상기 가열실로의 분위기는 유지하면서 가열실로의 온도를 150℃까지 내리고 가스 주입을 중단하였다. 상기 가열실로에서 새도우 마스크 프레임을 꺼내어 새도우 마스크 프레임을 얻었다.

상기한 방법으로 제조된 새도우 마스크 프레임에 포함되어 있는 탄소 및 질소의 양을 측정한 결과 탄소는 새도우 마스크 프레임 중량 대비 2.0 중량%이고, 질소는 새도우 마스크 프레임 중량 대비 2.0 중량%이다.

(실시예 2)

AK강으로 형성된 새도우 마스크용 기판을 압연하였다. 압연된 기판을 어닐링 공정을 실시하였다. 어닐링된 기판을 프레스 성형하고, 전자빔 통과용 개구부 형성 부분과 기타 부품 체결용 홀 형성 부분을 절단하는 성형 공정을 실시하여 새도우 마스크 프레임을 제조하였다.

이 새도우 마스크 프레임을 일정 단위로 포개어 트레이로 적재하였다. 전실로의 온도를 400℃로 일정하게 유지한 후, 상기 적재된 프레임을 전실로에 투입하였다. 가열실로의 온도가 약 150℃ 이상이 되면 암모니아 가스를 포함하는 연질화 가스를 5ℓ/분의 속도로 상기 가열실로에 투입하였다. 상기 가열실로의 온도가 550℃로 유지되고, 가스 분위기가 적합하게 유지되면 상기 전실로에 적재되어 있던 새도우 마스크 프레임을 상기 가열실로에 투입하였다. 상기 가열실로에서 상기 기판을 1시간 동안 방치하여 연질화 열처리를 실시하였다. 연질화 열처리가 끝나면 상기 가열실로의 분위기는 유지하면서 가열실로의 온도를 150℃까지 내리고 가스 주입을 중단하였다. 상기 가열실로에서 새도우 마스크 프레임을 꺼내어 새도우 마스크 프레임을 얻었다.

상기한 방법으로 제조된 새도우 마스크에 포함되어 있는 탄소 및 질소의 양을 측정한 결과 탄소는 새도우 마스크 프레임 중량 대비 1.0 중량%이고, 질소는 새도우 마스크 프레임 중량 대비 1.0 중량%이다.

(실시예 3)

AK강으로 형성된 새도우 마스크용 기판을 압연하였다. 압연된 기판을 어닐링 공정을 실시하였다. 어닐링된 기판을 프레스 성형하고, 전자빔 통과용 개구부 형성 부분과 기타 부품 체결용 홀 형성 부분을 절단하는 성형 공정을 실시하여 새도우 마스크 프레임을 제조하였다.

이 새도우 마스크 프레임을 일정 단위로 포개어 트레이로 적재하였다. 전실로의 온도를 600℃로 일정하게 유지한 후, 상기 적재된 프레임을 전실로에 투입하였다. 가열실로의 온도가 약 150℃ 이상이 되면 RX 가스, 프로판 가스 및 암모니아 가스를 포함하는 침탄 질화 가스를 RX 가스 15ℓ/분, 프로판 가스 3ℓ/분 및 암모니아 가스 5ℓ/분의 속도로 상기 가열실로에 투입하였다. 상기 가열실로의 온도가 850℃로 유지되고, 가스 분위기가 적합하게 유지되면 상기 전실로에 적재되어 있던 새도우 마스크 프레임을 상기 가열실로에 투입하였다. 상기 가열실로에서 상기 기판을 1시간 동안 방치하여 연질화 열처리를 실시하였다. 연질화 열처리가 끝나면 상기 가열실로의 분위기는 유지하면서 가열실로의 온도를 150℃까지 내리고 가스 주입을 중단하였다. 상기 가열실로에서 새도우 마스크 프레임을 꺼낸 후 프레스 성형하여 새도우 마스크 프레임을 제조하였다.

상기한 방법으로 제조된 새도우 마스크 프레임에 포함되어 있는 탄소 및 질소의 양을 측정한 결과 탄소는 새도우 마스크 프레임 중량 대비 1.0 중량%이고, 질소는 새도우 마스크 프레임 중량 대비 1.0 중량%이다.

본 방법은 종래의 새도우 마스크 프레임에 열처리 공정을 더욱 실시함으로써 인장 강도를 어닐링 공정만 실시하여 제조한 새도우 마스크 프레임에 비하여 향상시킬 수 있고, 외부의 충격에 의한 변형 및 진동을 감소시킬 수 있다.

Claims (11)

1. 고용 강화 및 석출 경화층을;

   포함하는 새도우 마스크 프레임.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 고용 강화 및 석출 경화층은 탄소를 포함하는 새도우 마스크 프레임.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 고용 강화 및 석출 경화층의 표면에 형성된 경화막을 더욱 포함하는 새도우 마스크 프레임.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 경화막은 질소를 포함하는 새도우 마스크 프레임.
5. 질화물을;

   포함하는 새도우 마스크 프레임.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 질화물은 상기 새도우 마스크 프레임의 표면 또는 전체에 형성되어 있는 것인 새도우 마스크 프레임.
7. 기판을 압연하고;

   상기 압연된 기판을 어닐링하고;

   상기 어닐링된 기판을 성형하고;

   상기 성형물을 열처리하는;

   공정을 포함하는 새도우 마스크 프레임의 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 열처리 공정은 침탄 가스, 연질화 가스 및 침탄 질화 가스로 이루어진 군에서 선택되는 가스로 실시하는 것인 제조 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 열처리 공정은 RX 가스 및 프로판 가스를 포함하는 침탄 가스를 이용하여 600∼1000℃에서 0.1∼5시간 동안 실시하는 것인 제조 방법.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 열처리 공정은 암모니아 가스를 포함하는 연질화 가스를 이용하여 400∼700℃에서 0.1∼10시간 동안 실시하는 것인 제조 방법.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 열처리 공정은 RX 가스, 프로판 가스 및 암모니아 가스를 포함하는 침탄 질화 가스를 이용하여 400∼1200℃에서 0.1∼5시간 동안 실시하는 것인 제조 방법.