KR20010093272A - 열구조 복합재료로 된 보울의 제조방법과 이에 의해형성된 보울 및 이를 도가니 지지부로 사용하는 방법 - Google Patents

열구조 복합재료로 된 보울의 제조방법과 이에 의해형성된 보울 및 이를 도가니 지지부로 사용하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매트릭스에 의해 밀도가 높아진 섬유보강부를 구비하고서 열구조 복합재료로 된 일체형 보울을 제조하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 슬롯이나 절개부가 없이 완전체인 변형가능한 섬유층을 제공하는 단계와, 만들어질 보울에 상응한 형상의 성형구에 상기 층들을 겹치는 단계, 층들을 변형시키는 단계, 예컨대 바느질에 의해서 상기 층들에 대해 가로질러 뻗어 있는 섬유들에 의해 겹쳐진 층들을 서로 접합시켜 차후에 밀도가 높아지는 보울 예비형성품을 얻는 단계를 포함하는데, 상기 보울(1)은 단결정 실리콘을 생산하는 설비에서 도가니(5)를 위한 지지부로 사용될 수 있다.

Description

열구조 복합재료로 된 보울의 제조방법과 이에 의해 형성된 보울 및 이를 도가니 지지부로 사용하는 방법{Method for making a bowl in thermostructural composite material, resulting bowl and use of same as crucible support}
특히 반도체 제품을 생산하기 위한 단결정 실리콘을 생산하는 잘 알려진 방법은, 용기에서 실리콘을 융해시키는 단계와, 액체인 실리콘탕과 접촉하여 바람직한 결정구조를 갖춘 결정발아물을 넣어 이 바람직한 결정구조로 도가니내에 담긴 실리콘의 결정화를 시작하는 단계 및, 도가니에서 이렇게 얻어진 단결정 실리콘괴를 기계적으로 제거하는 단계로 이루어진다. 이 방법은 초크랄스키 (Czochralski) 방법 또는 "씨젯(CZ)"방법으로 알려져 있다.
융해된 실리콘을 담은 용기는 종종 보울내에 놓이면서 실리카 또는 석영(SiO2)으로 된 도가니이고, 상기 보울은 때때로 서셉터(susceptor)로 불리우며, 통상 흑연으로 만들어지는데, 예컨대 주울효과에 의해 가열되고 보울을 둘러싸면서 흑연으로 된 전기전도성 원통형상체로부터 복사에 의해 가열될 수 있다. 상기 보울의 바닥은 지지부상에 위치된다. 이를 위해, 보울의 바닥은 특히 중심을 맞추기 위한 지지표면과 지지영역을 형성하도록 통상 기계가공된다. 덧붙여, 당해 응용에서는 아주 높은 순도의 조건이, 오염시키지 않는 방법 또는 마무리된 상태나 보울 제조의 중간상태에서 정화시키는 방법으로 순수한 원료를 사용하는 것을 필요로 한다. 탄소를 함유한 재료(흑연이나 C/C 복합재료와 같은)에 대해서, 비활성이거나 반응성(예컨대 할로겐과 같은)인 대기하에서 고온처리(2000℃ 이상으로)에 의해 정화시키는 방법이 알려져 있고 통상 이용된다.
보울로 사용되는 흑연조각은 무르게 되어 있는데, 이는 종종 다수의 부분(소위 "꽃잎(petal)"구성이라 불리우는)으로 이루어져 있고, 상기 도가니가 약화되거나 갈라진 경우에는 융해된 실리콘을 보유할 수 없다. 이 안전문제는 인출되는 실리콘괴의 증가하는 크기와, 이에 따라 액체 실리콘의 증가하는 질량에 의해 더욱 위험하게 된다. 더구나, 흑연보울은 일반적으로 짧은 수명을 갖고 있는 한편, 매우 두껍고 이에 따라 거대하고 무겁다.
이들 결점을 방지하기 위해, 보울을 C/C 복합재료로 만드는 것이 이미 제안되었으며, 이러한 재료는 흑연보다 훨씬 우수한 기계적인 강도를 갖고 있다. 그 후에, 보다 큰 단면의 단결정 실리콘괴를 위한 조건에 대처하기 위해서, 예컨대 850mm와 같거나 훨씬 큰 직경의 보울을 제조하는 것이 기대될 수 있다. 덧붙여, 이러한 보울의 두께는 흑연보울의 두께와 비교해 감소될 수 있어서, 도가니로의 열량전달을 향상시키고 크기를 감소시킨다. 더구나, C/C 복합재료는 도가니에서 생기는 SiO로부터 부식되어 부서지기 쉽게 되는 흑연보다 덜 노출된다.
C/C 복합재료 조각 또는 더욱 일반적으로 열구조 복합재료 조각의 제조는, 만들어질 조각과 동일한 형상을 갖고서 복합재료로 된 섬유보강재를 구성하는 섬유 예비형성품을 만드는 단계와, 그 후에 이 예비형성품을 매트릭스로 밀도를 높이는 단계로 통상 이루어진다.
예비형성품을 제조하기 위해 현재 사용되는 기술은, 만들어질 예비형성품의 형상에 상응한 형상을 가진 맨드릴(mandrel)에 실을 둘둘 감는 단계와, 만들어질 예비형성품의 형상에 맞춰진 성형구에 2차원 섬유직물로 된 층들 또는 겹들로 겹쳐 놓되, 이 겹쳐진 층들은 선택적으로 바느질이나 꿰맴 또는 사실상 3차원으로 짜거나 뜨개질을 함으로써 함께 접합되게 하는 늘어뜨리는 단계를 포함한다.
상기 예비형성품은 액체처리나 가스처리 또는 이들 모두를 조합한 이중처리를 이용하는 잘 알려진 방식으로 밀도가 높게 될 수 있다. 액체처리식 밀집화는, 예컨대 탄소나 세라믹 선구수지와 같은 매트릭스 선구물질을 예비형성품에 주입하거나 예비형성품을 구성하는 실이나 층에 미리 주입하는 단계와, 열처리에 의해 상기 선구물질을 변형시키는 단계로 이루어진다. 화학증기침투로 알려진 가스식 밀집화는 구획부내에 예비형성품을 놓는 단계와, 매트릭스 선구가스를 상기 구획부내로 넣는 단계로 이루어진다. 특히 온도와 압력과 같은 조건들은 가스가 예비형성품에 있는 기공들의 중심으로 확산할 수 있도록 조절되어, 섬유와 접촉할 때 분해시키는 가스성분들 중 하나 또는 다수의 가스성분 사이에서 일어나는 반응에 의해 매트릭스를 구성하는 재료의 용착을 형성한다.
개발될 수 없는 공동부형상, 예컨대 보울형상으로 된 이들 조각에 대해 특별한 어려움으로는 알맞은 형상을 갖는 섬유 예비형성품을 만드는 데에 있다.
필라멘트(filament) 감음기술은 단일조각으로 보울형상을 얻기 위해 이행되기가 매우 어렵다. 권장될 수 있는 해결방법으로는, 필라멘트를 감음으로써 보울 예비형성품의 측벽을 만드는 것이고, 별도로 보울의 바닥에 상응한 예비형성품의 부분을 만드는 것이다.
층들을 늘어뜨리는 기술도, 필요할 때 이 복잡한 형상이 층에서 접히기 때문에 생기는 추가적인 두께부의 형성을 방지하도록 이행되기가 어렵다. 알려진 해결방법은 만들어질 형상의 작용으로 인해 특히 슬롯(slot)을 형성하도록 층들을 절단하여, 상기 층들이 늘어뜨려지고 형상이 이루어지면 함께 나타나는 슬롯 또는 절개부의 립(lip)에 의해 이 형상에 가깝게 맞춰질 수 있다. 이러한 층들은 매우 높은 정밀도로 절단되어야 한다. 절단된 층들도 예비형성품의 실에 불연속부를 남기는 결점을 나타낸다.
본 발명은 열구조 복합재료로 된 공동부를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 개발될 수 없고 축방향으로 대칭될 필요가 없는, 압형으로 깊게 찍어낸 형상을 갖고서 곡률반경이 비교적 작은 부분으로 상호연결된 끝벽과 측벽을 갖춘 공동부에 관한 것이다. 편리를 위해 이러한 부분은 이 명세서의 나머지와 청구범위에 걸쳐 "보울(bowl)"이라는 일반적인 용어로 불리우게 된다. 본 발명의 이용분야는 예컨대 실리콘과 같은 융해된 금속을 담는 도가니를 수용하고, 특히 실리콘괴(塊) 또는 다른 야금분야의 다른 금속괴를 인출하는 보울을 제조하는 것이다.
"열구조 복합재료"라는 용어는 예컨대 탄소섬유나 세락믹섬유와 같은 내화성섬유로 만들어지고서, 탄소나 세라믹으로 된 내화성 매트릭스(matrix)로 밀도가 높아진 섬유보강재를 구비한 재료에 사용된다. 열구조 복합재료의 예로는 탄소/탄소 복합재료(이하 C/C 복합재료)와 세라믹 복합재료(이하 CMC 복합재료)가 있다.
도 1은 실리콘괴를 생성하는 설비에서 도가니 지지부로 사용되는 복합재료로 된 보울의 절반부를 도시한 개략단면도,
도 2는 본 발명에 따른 방법의 제 1실시예의 연속적인 단계들을 도시한 흐름순서도,
도 3a와 도 3b 및 도 3c는 도 2에 도시된 방법을 실시하는 데에 적합하면서 변형가능한 그물눈을 갖춘 2차원 층을 도시한 도면,
도 4는 도 2에 도시된 방법을 실시하는 데에 적합한 형태의 바느질장치를 도시한 개략사시도,
도 5는 보울의 바닥부 위로 층들이 추가적으로 늘어뜨려져 있는 것을 부분적으로 도시한 개략도,
도 6은 본 발명에 따른 방법의 제 2실시예의 연속적인 단계들을 도시한 흐름순서도,
도 7은 예비형성품의 바닥에 형성된 구멍을 폐쇄하는 마개를 도시한 개략단면도,
도 8은 본 발명에 따른 방법의 제 3실시예의 연속적인 단계들을 도시한 흐름순서도,
도 9는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에서 늘어뜨려져 있는 층들을 도시한 개략도이다.
하나의 양상에서, 본 발명의 목적은 종래기술의 결점을 방지하는 한편, 단순하고 저비용인 장점을 유지할 수 있는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 방법은 변형가능한 2차원 섬유층을 제공하는 단계와;
상기 층들을 겹치게 하면서 만들어질 보울의 형상에 상응한 형상을 가진 성형구에서 층들을 변형시키되, 상기 층들을 접히지 않게 변형시킴으로써 상기 성형구에 가깝게 맞추는 단계 및;
상기 층들에 대해 가로질러 뻗어 있는 섬유에 의해 변형된 층들을 함께 접합시켜, 다음에 밀도가 높아지는 보울 예비형성품을 얻는 단계;로 이루어진다.
본 발명에서는 상기 보울 예비형성품이 요구되는 형상에 가깝게 맞춰질 수 있도록 임의의 슬롯을 구비하지 않는 단위층으로 만들어질 수 있음에 주목한다. 이는 예비형성품의 밀도를 높임으로써 얻어지는 보울에 우수한 기계적 성질과 접착성질을 제공하고, 실리콘괴를 인출하는 데에 사용되는 상황에서 도가니가 파손되는 경우에 높은 수준의 안전을 제공하는 데에 기여한다.
상기 층들은 변형가능한 섬유직물로 제조된다. 바람직하기로, 이 직물은 예컨대 서로에 대해 45°내지 60°범위내에서 바람직하게 놓이는 각도의 방향으로 겹쳐지되, 변형가능하고 개별적인 그물눈(mesh loop)을 형성하도록 함께 접합되는 2개의 단방향시트와 같이 다른 방향으로 겹쳐진 다수의 단방향시트로 만들어져 사용된다. 상기 시트는 바늘질 또는 실로 짜거나 꿰매어서 함께 접합될 수 있다. 전체 층들은 변형가능한 직물에서 필요한 크기로 절단된다. 따라서, 접힌 부분을 형성하거나 두께를 증가시키지 않고서, 단지 변형됨으로써 바람직한 형상을 얻을 수 있도록 충분한 변형능력을 가진 층들이 얻어진다.
바람직하기로, 변형된 층들은 바느질에 의해 서로 접합되어, 바늘에 의해 층들로부터 얻어진 섬유를 층들에 대해 가로질러 뻗어 있는 방향으로 바꿀 수 있게 된다. 늘어뜨려진 각각의 새로운 층은 기초구조물상에 바느질될 수 있는 한편, 바람직하기로 예비형성품의 두께 전체에 걸쳐 바뀐 섬유의 밀도를 조절할 수 있다.
변형예에서, 변형된 시트는 꿰맴 또는 실을 끼워넣음으로써 함께 접합될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에서, 층들을 구성하는 변형가능한 섬유직물은 편물이다.
상기 층들을 구성하는 섬유는 바람직하기로 탄소 또는 탄소 선구물질로 만들어진다. 이들이 선구물질로 되면, 예비형성품이 만들어진 후에 열처리가 이행되어 상기 선구물질을 탄소로 변형시킨다.
예비형성품이 만들어진 후에, 액체방법에 의한 강화단계와, 강화 전후로 이행될 수 있는 정화 및 섬유의 안정화를 위한 열처리를 받을 수 있다.
선택적으로 강화된 예비형성품은 바람직하기로 화학가스침투에 의해 밀도가 높아지게 된다.
바람직한 실시예에서, 사용되는 변형가능한 2차원 섬유층은 절개부 또는 슬롯을 갖지 않는 완전체로서, 단일조각으로 완전한 보울 예비형성품을 얻게 되고, 밀집화는 이 완전한 보울 예비형성품에서 이행된다. 따라서, 열구조 복합재료의 일체형 보울은 바로 얻어질 수 있다.
다른 실시예에서, 마찬가지로 사용되는 일체형이고 변형가능한 2차원 섬유층은 어떤 절개부 또는 슬롯이 없어서, 완전한 보울 예비형성품을 얻게 되는데, 화학증기침투에 의한 밀집화 전에 상기 예비형성품의 바닥을 통하는 구멍이 형성된다. 이 구멍의 존재는 가스흐름을 향상시켜서, 특히 큰 크기의 보울과 함께 밀집효율을 증가시킬 수 있게 한다. 적어도 부분적으로 예비형성품의 밀도가 높아진 후에, 상기 구멍은 마개에 의해 폐쇄되는데, 열구조 복합재료로 만들어진 마개를 사용할 수 있다. 상기 구멍이 마개로 폐쇄된 후에 화학증기침투에 의한 밀집화의 최종단계가 이행될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 사용되는 일체형인 2차원 섬유층은 대체로 중앙에 개구부가 있으며, 이 층들은 일직선으로 된 개구부들에 의해 성형구상에 겹쳐져 있어서, 예비형성품의 바닥을 관통하면서 층들에 정렬된 개구부에 의해 구성된 구멍이 있는 보울 예비형성품을 얻게 된다. 상기 예비형성품이 적어도 부분적으로 화학증기침투에 의해 밀도가 높아진 후에, 상기 구멍은 마개에 의해 폐쇄된다. 전술된 바와 같이 보울은 열구조 복합재료로 만들어질 수 있고, 화학증기침투의 최종단계가이행될 수 있다.
어떤 경우에, 예비형성품의 밀도가 높아지면 보울의 공백부가 얻어진다.
그 후에, 최종 정화용 열처리가 선택적으로 이행될 수 있다.
덧붙여, 열분해 탄소 또는 탄화규소(SiC)의 최종 용착이 적어도 보울의 내부면에서 이행될 수 있다.
또한, 다른 양상에서 본 발명은 전술된 방법에 의해 얻어질 수 있는 종류의 열구조 복합재료로 된 보울을 제공한다.
본 발명에서 이러한 보울은, 층들에 대해 가로질러 뻗어 있는 섬유에 의해 함께 겹쳐지고 접합되는 2차원 섬유층을 갖춘 섬유보강부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하기로, 상기 섬유보강부는 슬롯과 절개부가 없는 일체형인 2차원 층들로 만들어진 단일조각을 구성한다.
열분해 탄소로 된 코팅부는 적어도 보울의 내부에서 보울의 표면에 있을 수 있다.
또한, 본 발명은 특히 단결정 실리콘을 생성하기 위해 도가니의 지지부로서 이러한 보울을 이용할 수 있게 한다.
예컨대, C/C 복합재료와 같은 열구조 복합재료로 된 보호층이 보울과 도가니 사이에 삽입될 수 있다.
이제 본 발명은 비제한적인 표시에 의해 주어진 다음의 설명과 첨부도면을 참조로 하여 더욱 잘 이해될 것이다.
이미 전술한 바와 같이, 본 발명이 적용되는 비제한적인 예에는 단결정 실리콘괴를 생성하는 설비에서 도가니를 지지하도록 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 것이 있다.
아주 개략적인 도 1에는, 예컨대 C/C 복합재료와 같은 복합재료로 되고서 통상 실리카로 만들어진 도가니(5)를 지지하는 이러한 보울이 도시되어 있다. 상기 보울(1)은 그 안에 단차부(4)를 갖춘 축(3)의 끝에 장착된 링(2)으로 형성된 환형상의 지지부상에 위치한다. 보울은 바닥부(1a)와, 그 일부가 대체로 원통형이면서 둥근 외곽영역을 매개로 바닥부에 연결된 외주부(1b)를 갖추고 있다. 상기 보울(1)의 바닥부는 상기 단차부(4)에 상응하는 중앙의 지지면과 링(2)의 지지표면을 형성하도록 기계가공된다.
도가니가 실리콘으로 채워진 후, 이 조립체는 노내에 위치되고, 노 안의 온도는 실리콘을 용해시키기에 충분히 높은 값으로 상승된다. 1420℃ 보다 높은 이 온도에서, 실리카 도가니는 부드러워지고 이는 보울의 형상에 맞게 된다. 그 후에, 결정구조를 가진 발아물이 실리콘탕과 접촉하게 되고, 실리콘괴가 이로부터 천천히 추출되어서, 발아물과 실리콘탕 사이에 기둥을 형성한다. 따라서, 상기 괴가 인출될 수 있으며, 그 길이는 1 내지 2m의 범위내에 있을 수 있다.
실리콘괴를 제조하는 상기 방법은 잘 알려져 있고 본 발명의 일부를 이루지 않아서, 더욱 상세히 설명되지 않는다.
열구조 복합재료는 고온에서 우수한 크기안정성과 우수한 기계적인 성질을 보존하는 능력을 갖고 있기 때문에, 전술된 용도로 사용되는 보울을 만드는 데에 아주 적합하다.
아래의 설명은 특히 탄소섬유 보강부와, 탄소 매트릭스 또는 적어도 본질적으로 탄소로 만들어진 매트릭스를 갖춘 C/C 복합재료로 보울을 만드는 데에 관련된 것이다. 또한, 본 발명은 CMC형 복합재료, 즉 세라믹섬유 보강부(예컨대 SiC섬유로 만들어진)와 역시 세라믹(예컨대 마찬가지로 SiC로 된)인 매트릭스를 갖춘 복합재료로 보울을 만드는 것도 포함하는데, CMC로 만드는 기술은 잘 알려져 있다.
상기 섬유보강부는 시중에서 구입가능한 종류의 탄소실로 만들어질 수 있되, 바람직하기로 이러한 실들이 고온에서 사용되도록 되어 있지 않은 섬유/수지형 복합재료를 형성하는 데에 이용될 때, 유기 매트릭스와의 접합을 촉진시키는 표면작용을 제공하기 위해 통상 이행되는 임의의 표면처리를 받지 않는다. 이 표면작용의 부재(不在)는 본 발명에 따른 방법을 이용하여 복합재료를 제조하는 공정동안 내부응력을 방지할 수 있게 한다.
변형예에서, 섬유보강부를 만들기 전 또는 바로 후에, 통상적으로 시중에서 구할 수 있는 탄소실은 표면작용을 제거하기 위한 열처리를 받을 수 있고, 상기 실을 구성하는 섬유는 전형적으로 0.1㎛와 같거나 보다 작은 두께를 가진, 열분해 탄소로 된 얇은 중간 코팅부를 구비할 수 있다. 이 열분해 탄소로 된 중간 코팅부는 본 출원인의 미국 특허 제4,748,079호에 기술된 바와 같은 화학증기침투에 의해 얻어질 수 있다.
복합재료로 된 보울을 제조하는 방법의 제 1실시예는 도 2를 참조로 하여 아래에 기술되어 있다.
이 방법의 제 1단계(10)는 탄소섬유로 된 변형가능한 2차원 층들을 제공하는 것으로 이루어진다.
상기 층들은 변형가능한 섬유직물로 만들어지고, 바람직하기로는 표면작용이 없는 탄소실로 된 단방향시트로 만들어지는데, 이들은 다른 방향으로 겹쳐지고 함께 접합되어서 변형가능한 개별적인 그물눈을 형성하게 된다.
상기 시트는, 접착성을 가진 섬유를 제공하는 올차지 않은 바느질에 의해 함께 접합될 수 있는 한편, 충분한 변형가능성을 유지하고 있다. 또한, 직물의 한쪽 면으로부터 다른 면으로 통과하는 실을 이용하여 꿰맴으로써 서로에 대해 시트들을 접합시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이 바람직하기로 상기 시트는 직물의 한쪽 면으로부터 다른 면으로 통과하는 실을 뜨개질함으로써 함께 접합된다. 이러한 변형가능한 직물은 공지되어 있고 본 출원인의 국제특허출원공개 WO 98/44182호에 기술되어 있다. 이들은 서로 사이의 방향이 90°보다 작은 각도, 바람직하기로 45°내지 60°의 범위내에 놓이는 각도를 이루면서 겹쳐진 2개의 단방향시트로 구성된다.
도 3a와 도 3b는 직물(102)의 앞면과 뒷면을 도시하는 한편, 도 3c는 사용된 뜨개질 뜸(108)을 더욱 상세하게 도시하고 있다. 이 뜸은 직물(102)의 길이방향으로 길게 뻗어 있고 인접한 열에 눈을 상호연결시키는 V형상 또는 지그재그형경로(108b)와 함께 다수의 평행한 열을 형성하는, 짜맞춰진 눈(108a)의 형태로 된다. 상기 직물(102)은 앞면(도 3a)에 위치된 경로(108b)와 뒷면에 위치된 눈(108a) 사이에 위치되고, 한쪽 면에 있는 지그재그형 뜸의 외면과 다른 면의 체인형 뜸의 외면을 짜게 된다. 상기 뜨개질 뜸은 뜨개질기계의 선택된 치수에 따라 다수의 실을 각각의 단방향시트에 놓게 된다.
도 3c의 A점, B점, C점, D점과 같이, 지그재그형 경로(108b)와 눈(108a) 사이의 연결부는 변형가능한 개별적인 그물눈의 정점(vertex)을 한정한다. 이러한 상태에서, 뜨개질 뜸에 의해 한정된 눈과 시트의 실들 사이에 있는 교차점들에 의해 한정된 눈 모두는 변형가능한데, 상기 교차점은 변형가능한 평행사변형을 이루도록 작용한다.
사용된 뜨개질실(106)은 탄소실이나 탄소 선구물질로 만들어진 실, 또는 사실상 희생재료, 즉 용해되거나 열에 의해 제거되어 복합재료로 된 보울의 제조의 다음 단계에 나머지를 남기지 않도록 하는 재료로 만들어진 실로 될 수 있다. 희생실의 한 예로 물에서 용해될 수 있는 폴리비닐 알코올(PVA)로 만들어진 실이 있다.
상기 층들은 변형가능한 직물에서 만들어질 보울의 크기와 형상에 필요한 외부크기로 절단된다. 이 층들은 어떤 내부의 절개부나 슬롯이 없는 단일조각을 구성하는 완전체이다.
본 발명의 다음 단계(20)에서, 상기 층들은 만들어질 보울의 형상에 상응한 형상을 가진 도구에서 늘어뜨려지는데, 이 늘어뜨림은 수동으로 이행될 수 있다.
상기 층들의 그물눈이 변형가능하고 이러한 방식으로 층들이 늘어뜨려지기때문에, 어떤 접힌 부분도 형성되지 않고서 바람직한 형상을 겹쳐진 층들에 부여할 수 있는 한편, 그럼에도 불구하고 어떤 슬롯이나 절개부 없이 완전체인 층들을 사용하게 된다.
예컨대, 접힌 부분이나 추가적인 두께부 없이 요구되는 형상에 가깝게 맞출 수 있는 꽃잎부를 형성하도록, 충분히 변형될 수 없는 2차원 층들에 절개부를 형성하는 것으로 이루어진 기술과 비교하면, 변형가능한 그물눈을 가진 층들의 이용은 늘어뜨리기가 보다 쉽고 층들의 완전한 구조를 보전하는 장점을 나타낸다. 최종적인 보울의 기계적인 성질을 위해 이 점이 특히 중요하다.
상기 층들은 구조내에서 불균일하게 유도될 수 있기 때문에, 그 상부를 관통하는 예비형성품의 축 주위로 각을 이루어 벗어남으로써 겹쳐지게 되어, 이들 패턴의 정확한 겹침을 방지하게 된다.
보울 예비형성품에 필요한 두께가 얻어질 때까지 상기 층들은 적층되고, 이들은 바느질에 의해 서로 접합된다(단계 30).
바느질은 상기 층들이 늘어뜨려진 후 또는 바람직하기로 예컨대 새로이 늘어뜨려진 각각의 층을 바느질함으로써 늘어뜨려지게 될 때 이행될 수 있다.
예를 들면, 본 출원인의 미국 특허 제5,266,217호에 기술된 종류의 바느질장치가 이용된다. 도 4에 아주 개략적으로 도시된 바와 같이, 이러한 장치는 성형구(302)를 지지하는 테이블(300)과, 작업자의 조작반(308)에 연결된 제어장치(306)를 갖춘 로봇(304) 및, 이 로봇(304)의 아암(312)에 그 끝이 고정된 바느질 헤드(310)를 구비한다. 상기 아암(312)의 다른 끝은 수직하게 이동가능한지지부(314)에 대해 수직축 주위로 힌지연결되어 있다. 상기 바느질 헤드의 근처에 상기 아암(312)은 다축 관절부(316)를 갖추고 있다.
따라서, 상기 바느질 헤드(310)는 성형구(302)상에 늘어뜨려진 층들을 바느질하기 위해 필요한 방위로 요구되는 위치로 보내어지고, 통상 상기 층들에 수직하고서 예정된 경사방향으로 미리 설정된 궤도를 따라 바느질을 이행하는 데에 필요한 자유도를 갖고 있다.
상기 성형구(302)는, 예컨대 헤드(310)의 바늘이 손상되지 않고서 관통할 수 있는 펠트(felt)와 같은 배면코팅부를 구비한다.
상기 바느질 헤드(310)는 바늘이 관통하는 구멍들을 갖춘 압착판(310a)을 구비한다. 이 압착판은 바느질되는 층들에 제어된 압력을 가하도록 탄력적으로 유도된다.
바람직하기로, 바느질은 층들에 대해 가로질러 바늘에 의해 바뀌는 섬유의 밀도를 조절하는 동안 이행된다. 이는 예비형성품의 두께 전체에 걸쳐 대체로 일정한 바느질 밀도를 얻도록 바느질의 관통깊이를 제어함으로써 성취될 수 있다.
늘어뜨려지고 바느질된 층들(102)로 이루어진 예비형성품(320)은 바람직하기로 만들어질 보울의 바닥부의 크기로 제한되는 크기를 갖고서 늘어뜨려진 추가층들과 결합한다(단계 40).
도 5에 도시된 바와 같이, 추가층(104:층들(102)과 동일한 종류로 될 수 있는)은 보울의 바닥부가 기계가공되어 중앙의 지지면과 함께 지지표면을 형성할 수 있도록 충분한 두께가 얻어질 때까지 예비형성품(320)의 바닥부에 늘어뜨려진다.
상기 층들(140)은 함께 접합되고 바느질에 의해 층들(120)에 접합된다. 이는 전술한 종류의 바느질장치를 이용하여 이루어진다.
그 후에, 형성된 섬유 예비형성품은 액체를 이용하는 강화처리를 받게 된다.
이를 위해, 상기 섬유 예비형성품(54)은 몰드(56)내에 위치되고, 액체인 탄소 선구물질이 주입된다(단계 50). 이 주입은 예컨대 페놀수지를 이용하여 이행될 수 있다.
상기 수지가 몰드내에서 중합된 후, 예비형성품은 몰드로부터 제거되고 수지를 탄화시키는 열처리를 받게 된다.
변형예에서, 주입은 바느질 후 성형구에 유지되어 있는 동안 예비형성품에 이행될 수 있다. 이를 위해, 예비형성품이 흡입과 관련될 수 있는, 예컨대 탄성중합체로 되고서 유연성 있는 덮개로 덮여져 있는 동안 상기 수지는 예비형성품내로 삽입된다. 다음으로, 상기 수지가 중합된 후 탄화되기 전에, 상기 덮개가 회수될 수 있고 예비형성품이 제거된다.
상기 방법의 다음 단계(60)는 탄소섬유를 크기적으로 안정화시키고 강화된 예비형성품을 정화시키는 열처리의 이행으로 이루어진다. 이 열처리는 바람직하기로 1600℃ 내지 2800℃의 범위내에 있는 온도로 이행될 수 있다. 이는 섬유가 이전에 이들 섬유가 연속적으로 노출되는 온도 이상의 온도에 노출되지 않았을 때 보울의 계속적인 제조동안, 특히 밀집화 동안 섬유의 연속적인 크기변화를 방지하도록 작용한다. 이는 강화수지의 코크스(coke)와 섬유내에 함유된 불순물의 제거를 촉진시킨다.
그 후에, 상기 예비형성품은 화학증기침투를 이용하여 열분해 탄소의 매트릭스에 의해 밀도가 높아진다(단계 70). 이 때문에, 잘 알려진 방식으로 예비형성품은, 예컨대 메탄과 같은 탄소 선구물질을 함유한 가스가 유입되는 구획부내에 위치될 수 있다. 압력 및 온도조건은, 가스가 강화된 예비형성품의 기공내에 확산될 수 있고, 메탄이 분해되어 열분해 탄소가 용착될 수 있게 하는 방식으로 선택된다.
화학증기침투는 일정온도 및 일정압력조건 또는 온도구배하에서 이행될 수 있는데, 이 모든 처리는 잘 알려져 있다.
또한, 침투는 액체인 선구물질에 강화된 예비형성품을 잠기게 하고 그 표면에 가스인 선구물질의 필름을 생성하도록 예비형성품을 가열함으로써 이행될 수 있다. 이 방법은 예컨대 본 출원인의 프랑스 특허 FR 2,784,695호에 기술되어 있다.
다른 변형예에서, 예비형성품은 예컨대 수지와 같은 매트릭스를 위한 선구물질의 형태인 액체를 이용하여 밀도를 높일 수 있다.
밀집화 후에, 형성된 보울 공백부는 특히 보울의 바닥에 있는 지지표면과 중앙의 지지면을 형성하기 위해 기계가공된다(단계 80).
최종 열처리단계는, 예컨대 형성된 C/C 복합재료 보울을 정화시키기 위해 2200℃ 내지 2700℃ 범위내의 온도로 이행된다(단계 90). 종래의 방식에서, 정화처리는 할로겐의 존재하에 이행될 수 있다.
열분해 탄소의 최종 용착은 화학증착에 의해 이행될 수 있다(단계 100). 이 용착은 보울의 표면, 적어도 그 내부에 형성된다. 변형예에서, 이 최종 용착은 마찬가지로 화학증착으로 얻어진 탄화규소(SiC)로 될 수 있다.
선택적으로, 열분해 탄소 또는 SiC로 된 최종 용착은 최종 정화용 열처리전에 이행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예가 도 6과 도 7을 참조로 하여 아래에 기술된다.
도 6에 그 연속적인 단계들이 도시되어 있는 상기 방법은 도 2의 방법과 동일한 단계 10 내지 단계 60의 초기 단계들, 즉 변형가능한 2차원 섬유층을 제공하는 단계(10)와, 성형구에 상기 층들을 늘어뜨리는 단계(20), 이 늘어뜨려진 층들을 바느질에 의해 함께 접합시키는 단계(30), 추가층들을 늘어뜨리는 단계(40), 강화를 목적으로 수지를 주입시키는 단계(50) 및, 안정화 및 정화용 열처리 단계(60)를 포함한다.
그 후에, 도 6의 방법은 예비형성품의 밀도를 높이기 전에 강화된 예비형성품(58)의 바닥을 통하는 구멍(52)이 기계가공된다(단계 65)는 점에서 도 2의 방법과는 다르다. 상기 구멍(52)은 수지가 주입되기 전 또는 상기 수지가 중합된 바로 후이되, 수지가 탄화되기 전에 강화되지 않은 예비형성품에 형성될 수 있다.
상기 구멍(52)의 존재는 화학증기침투에 의한 예비형성품의 밀집화 동안 유익하게 될 수 있다. 이 구멍(52)은 예비형성품이 위치되는 구획부를 통하는 가스흐름을 촉진시킨다.
따라서, 바람직하기로 예비형성품의 밀도를 높이는 단계(70)는 화학증기침투에 의해 이행된다.
이러한 방식으로 밀도가 높아진 예비형성품은 기계가공되는데(단계 80), 특히 예비형성품의 바닥이 기계가공된다.
다음으로, 마개가 만들어져(단계 82), 상기 구멍(52)에 삽입된다(단계 86).
상기 마개는 예컨대 흑연 또는 바람직하기로 C/C 복합재료와 같은 열구조 복합재료와 같은 여러 다른 재료로 만들어질 수 있다. 이 마개는 하나 이상의 상응하는 예비형성품의 밀도를 높임으로써 얻어진 하나 이상의 부품으로 만들어질 수 있다. 각각의 예비형성품은 예컨대 짜여진 직물과 같은 2차원 층들을 겹치게 함으로써 형성되는데, 이들은 바느질 또는 꿰매어서 함께 접합된다. 그 후에, 탄소 매트릭스에 의한 밀집화가 액체를 이용하여, 또는 화학증기침투에 의해 이행된다. 도 7에 도시된 예에서, 상기 마개(84)는 2개의 부품(84a,84b)을 구비한다. 부품(84a)은 보울 예비형성품의 내부에 있는 구멍(52)의 벽에 형성된 단차부(52a)에 대해 지지하는 립형태의 외곽선을 가진 컵형상으로 되어 있다. 이 부품(84a)의 외부면은 보울의 내부면과 계속적으로 일치하는 형상이다. 또한, 부품(84b)은 구멍(52) 주위로 보울 예비형성품의 바닥의 외부면에 대해 지지하는 립형태의 외곽선을 가진 컵형상으로 되어 있다. 이들 부품(84a,84b)은 나사고정에 의해 함께 접합될 수 있는데, 상기 부품(84a)은 부품(84b)의 하우징내에 나사고정되면서 돌출한 중앙부를 갖추고 있다. 따라서, 상기 부품들(84a,84b)은 구멍(52)의 림(rim)에 대해 조여지게 된다.
상기 마개가 적소에 놓여진 후에, 화학증기침투의 새로운 단계(88)가 이행되어, 보울 예비형성품의 바닥부와 마개의 조립체를 완성하고, 밀집화를 끝내게 된다. 그 후에, 단계 80에서 이행된 밀집화는 부분적인 방식으로 이행될 수 있다.
다음으로, 정화와 열분해 탄소의 용착을 위한 최종 열처리의 단계들(90,100)은 도 2의 방법에서와 같이 이행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예가 도 8을 참조로 간략히 기술된다.
이 방법은 늘어뜨려진 층들을 접합하고 추가층을 늘어뜨리는 단계들(30,40)을 제외하고, 도 2의 방법과 같은 단계 10 내지 단계 100을 포함한다.
도 8의 방법에서, 층들(102)은 이 늘어뜨려진 층들(102)의 세트를 관통하는 실(202)을 이용하여 꿰맴으로써 서로 접합된다(단계 30'). 유사한 실(204)이 다음 단계(40')에서 사용되어, 추가층들(104)을 서로 접합시키고 층들(102)에 접합시키는데, 상기 실(204)은 모든 층들(102,104)을 관통하게 된다.
상기 실들(202,204)은 층들(102,104)을 형성하기 위해 사용된 실과 유사한 탄소실로 될 수 있다. 변형예에서, 희생재료, 즉 보울의 준비 중에 계속되는 단계에서 열에 의해 또는 용해됨으로써 제거되기에 적당한 재료로 된 실을 이용할 수 있다.
또한, 도 6의 단계(40)에서와 같이 꿰매어 층들(102)을 함께 접합시킬 수 있고, 바느질에 의해 층들(104)을 함께 접합시키면서 층들(102)에 접합시킬 수 있다.
꿰매어 층들(102,104)을 함께 접합시키는 방법은 도 6의 방법에서 이용된 바느질기술 대신에 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에서는, 대체로 중앙에 개구부가 있는 변형가능한 2차원 층들이 이용된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 중앙 개구부(203)를 구비한 층들(202)은 도 4에 도시된 바와 같은 동일한 성형구(302)에 늘어뜨려진다. 상기 층들(202)은 개구부(203)가 생성될 예비형성품의 바닥의 중앙부에 정렬되도록 늘어뜨려진다.
상기 층들(202)은 도 2 및 도 6의 방법에서와 같이 바느질에 의하거나, 도 6의 방법에서와 같이 꿰맴에 의해 함께 접합된다.
추가층들(204)은 예비형성품의 바닥에 늘어뜨려지는데, 상기 층들(204)은 정렬되는 중앙 개구부(205)를 갖추고 있다. 상기 층들(204)은 바느질 또는 꿰맴에 의해 서로 접합되고 층들(202)에 접합된다.
정렬된 개구부(203,205)는 예비형성품의 바닥을 관통하는 구멍(152)을 한정한다.
상기 층들(202,204)이 늘어뜨려지고 함께 접합된 후에 보울의 제조가 계속될 수 있는 바, 도 6에 도시된 방법의 단계들(50,60,70,80,82,86,88,90,100)과 같이 수지의 주입에 의한 강화단계와, 안정화 및 정화용 열처리단계, 화학증기침투에 의한 밀집화단계, 기계가공단계, 구멍(152)을 폐쇄시키는 마개를 준비하고 고정하는 단계, 화학증기침투에 의한 최종 밀집화단계, 정화용 열처리단계, 열분해 탄소의 용착단계로 이루어진다.
다른 변형이 첨부한 청구범위에 의해 한정된 보호범위를 벗어남 없이 전술된 방법에 적용될 수 있다. 따라서, 예비형성품은 탄소섬유 대신에 탄소 선구섬유로 된 실로 만들어질 수 있다. 종래의 방식에서 적당한 탄소 선구물질로는 미리 산화된 폴리아크릴로니트릴(PAN)과 페놀화합물 및 피치(pitch)를 포함한다. 선구물질은 예비형성품이 생성된 후에 열처리에 의해 탄소로 바뀌게 된다.
예비형성품을 강화시키는 단계는 생략될 수 있다. 그 후에, 겹쳐지고 함께접합된 층들을 갖춘 예비형성품은 만들어질 보울의 형상에 상응한 형상인 도구에 놓여, 화학증기침투에 의한 밀집화를 위해 구획부에 삽입될 수 있다. 상기 도구없이 밀집화가 계속될 수 있도록 충분한 접착성을 제공하는 제 1밀집화단계 후에 상기 도구는 제거될 수 있다.
밀집화 전에 예비형성품을 열처리하는 단계는 특히 섬유가 크기적으로 안정화될 필요가 없을 때 생략될 수 있다. 예비형성품의 탄소섬유가 이미 다음에 만나게 될 온도 이상의 온도로 상승되었을 때 이러한 경우가 있을 수 있다. 그 후에, 정화는 밀집화 후에 단일한 작업으로 이행될 수 있다.
선택적으로, 밀집화 전에, 그리고 상당한 양의 불순물을 삽입하지 않은 조건하에서 밀집화가 탄소 선구물질로 이행될 때, 열처리에 의해 예비형성품에 대해 얻어진 순도를 제공하는 최종 정화단계는 생략될 수 있다. 반도체를 제조하는 데에 사용되는 실리콘의 경우에서와 같이, 제조된 보울에 의해 지지되는 도가니내에 수용된 재료에 대해 높은 수준의 순도를 따라야 할 필요가 있을 때, 보울내에 있는 나머지 불순물의 수준은 바람직하기로 5ppm 이하여야 한다.
덧붙여, 예비형성품은 예컨대 화학증기침투에 의해 얻어진 탄화규소와 같은 세라믹 재료로 적어도 부분적으로 만들어진 매트릭스와, 메틸트리클로로실란과 같은 가스인 선구물질을 이용하여 밀도가 높아질 수 있다.
끝으로, 보울의 내부면에 특히 열분해 탄소나 SiC로 된 코팅부를 형성하는 것에 대하여 위에서 설명되었지만, 열분해 탄소나 SiC로 된 코팅부는 물론 그 대신에 다른 형태의 선구물질이 적용될 수 있다.
특히, 보호층이 보울과 도가니 사이에 삽입될 수 있어서, 실리카로 된 도가니와 C/C 복합재료로 된 보울로 일어날 수 있는, 보울 복합재료의 침식을 방지할 수 있다.
예를 들면, 상기 보호층은 C/C 복합재료와 같은 열구조 복합재료로 만들어질 수 있고, 이는 주기적으로 교체될 필요가 있는 "소비성"층으로 작용할 수 있다. 사용된 C/C 복합재료는 액체 또는 화학증기침투를 사용함으로써 얻어진 탄소 매트릭스에 의해 함께 접합된 탄소섬유의 2차원 층들로 만들어질 수 있다.
상기 보울(1)의 내부면의 형상에 가깝게 맞춰진 이러한 보호층(6)은 도 1에 도시되어 있다.

Claims (40)

  1. 만들어질 보울의 형상에 상응한 형상의 성형구에 2차원 섬유층들을 늘어뜨림으로써 섬유보강부를 구성하는 예비형성품을 만드는 단계와, 복합재료로 된 매트릭스를 구성하는 재료로 상기 예비형성품의 밀도를 높이는 단계를 포함하는, 매트릭스에 의해 밀도가 높아진 섬유보강부로 형성된 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 방법은 변형가능한 2차원 섬유층들을 이용하는 단계와; 상기 성형구상에 층들을 겹쳐 놓는 단계; 상기 층들을 접히지 않게 변형시킴으로써 상기 성형구에 가깝게 맞춰지도록 층들을 변형시키는 단계 및; 다음에 밀도가 높아지는 일체형인 보울 예비형성품을 얻도록 상기 층들에 대해 가로질러 뻗어 있는 섬유에 의해 겹쳐진 층들을 서로 접합시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 층들은 변형가능하고 개별적인 그물눈을 형성하도록 함께 접합되고 다른 방향으로 겹쳐진 다수의 단방향시트로 형성된 직물로 만들어져 사용되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 층들은 서로 사이에 45°내지 60°의 각도를 갖는 방향으로 겹쳐진 2개의 단방향시트로 형성된 직물로 만들어져 사용되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 단방향시트는 직물의 한쪽에서 다른 쪽으로 통과하는 실을 뜨개질함으로써 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 단방향시트는 바느질로 함께 접합되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  6. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 단방향시트는 직물의 한쪽에서 다른 쪽으로 통과하는 실로 꿰맴으로써 함께 접합되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  7. 제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층들은 보울의 바닥을 관통하는 축 주위로 서로 각을 이루어 벗어남으로써 겹쳐지게 되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 변형가능한 섬유층들은 뜨개질로 형성되어 사용되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층들은 표면작용이 없는 탄소섬유실로 형성되어 사용되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층들은 열분해 탄소로 된 중간 코팅부를 구비한 탄소섬유실로 형성되어 사용되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 겹쳐진 층들은 이 층들로부터 얻어진 섬유를 가로질러 바꾸도록 바느질로 함께 접합되는 것을 특징으로하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 새로이 늘어뜨려진 각각의 층은 기초구조물상에 바느질되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 층들에 대해 가로질러 바뀌는 섬유의 밀도는 예비형성품의 두께 전체에 걸쳐 조절되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  14. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 겹쳐진 층들은 꿰매어 함께 접합되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  15. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 겹쳐진 층들은 이 층들에 대해 가로질러 실을 끼워넣음으로써 함께 접합되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비형성품은 밀집화 전에 강화되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 예비형성품은 수지를 주입하고, 이 수지를 중합시키며, 중합된 수지를 탄화시킴으로써 강화되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비형성품은 밀집화 전에 1600℃ 내지 2800℃의 범위내에 있는 온도로 크기적으로 안정화시키고 정화시키기 위한 열처리를 받게 되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비형성품은 화학증기침투에 의해 밀도가 높아지게 되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용된 변형가능한 2차원 섬유층은 어떤 절개부나 슬롯이 없는 완전체로서, 단일조각으로 완전한 보울을 위한 예비형성품을 얻게 되며, 밀집화가 완전한 보울 예비형성품에서 이행되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  21. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용된 변형가능한 2차원 섬유층은 완전한 일체형 보울을 얻기 위해 어떤 절개부나 슬롯이 없는 완전체로서, 화학증기침투에 의한 예비형성품의 밀집화 전에 이 예비형성품의 바닥을 통하는 구멍이 형성되며, 이 구멍은 마개에 의해 다음에 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  22. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사용된 변형가능한 2차원 섬유층은 중앙 개구부를 갖춘 완전체로서, 상기 층들은 이들 개구부가 일직선으로 되도록 성형구상에 겹쳐져 있어, 상기 층들에 있는 정렬된 개구부에 의해 구성되고서 예비형성품의 바닥을 통하는 구멍을 갖춘 보울 예비형성품을 얻게 되며, 상기 예비형성품이 화학증기침투에 의해 밀도가 높아지고, 상기 구멍은 마개에 의해 다음에 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  23. 제 21항 또는 제 22항에 있어서, 열구조 복합재료로 된 마개가 사용되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  24. 제 21항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학증기침투의 추가적인 단계는 상기 마개가 예비형성품의 바닥에 형성된 구멍의 적소에 놓여지 후에 이행되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  25. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, 밀집화 후에 정화용 열처리가 1600℃ 내지 2700℃의 범위내에 있는 온도로 이행되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  26. 제 1항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 밀집화 후에 열분해 탄소로 된 코팅부가 보울에 형성되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  27. 제 1항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 밀집화 후에 탄화규소로 된 코팅부가 보울에 형성되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  28. 제 21항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보울의 내부면은 보호용 코팅부로 채워 넣어진 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 보호용 코팅부는 열구조 복합재료로 형성되어 사용되는 것을 특징으로 하는 열구조 복합재료로 된 보울을 제조하는 방법.
  30. 매트릭스에 의해 밀도가 높아지되, 겹쳐진 2차원 섬유층들을 구비하는 섬유보강부로 형성된 열구조 복합재료로 된 보울에 있어서,
    상기 섬유층들은 이 층들에 대해 가로질러 뻗어 있는 섬유에 의해 함께 접합되는 것을 특징으로 하는 보울.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 보울은 일체형 보울이고, 이는 절개부나 슬롯이 없는 완전체인 2차원 보강층을 갖추는 것을 특징으로 하는 보울.
  32. 제 30항 또는 제 31항에 있어서, 상기 섬유층들은 다른 방향으로 겹쳐진 단방향시트로 형성되는 것을 특징으로 하는 보울.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 섬유층들은 탄소섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 보울.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 매트릭스는 적어도 부분적으로 열분해 탄소로 형성된 것을 특징으로 하는 보울.
  35. 제 33항 또는 제 34항에 있어서, 상기 매트릭스는 적어도 부분적으로 세라믹으로 형성된 것을 특징으로 하는 보울.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 매트릭스는 적어도 부분적으로 탄화규소로 형성된 것을 특징으로 하는 보울.
  37. 제 30항 내지 제 36항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 그 내부면은 열분해 탄소로 된 층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 보울.
  38. 제 30항 내지 제 36항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 그 내부면은 탄화규소로 된 층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 보울.
  39. 단결정 실리콘괴를 생산하는 설비에 있는 도가니를 지지하되, 보호층이 보울과 도가니 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 제 30항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 따른 보울의 사용방법.
  40. 제 39항에 있어서, 열구조 복합재료로 된 보호층이 사용되는 것을 특징으로 하는 보울의 사용방법.
KR1020017009286A 1999-11-24 2000-11-24 열구조 복합재료로 된 보울의 제조방법과 이에 의해형성된 보울 및 이를 도가니 지지부로 사용하는 방법 KR100761580B1 (ko)

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