KR20030020279A - 저온에서 가열 요소의 수명을 연장시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가열 요소가 400 내지 800℃와 같은 비교적 낮은 온도에서 작동될 때, 대체로 몰리브덴 규소 화합물과, 몰리브덴 텡스텐 규소 화합물 및 이 기본 재료의 다양한 합금으로 구성되어 있는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 작동 시에 가열 요소를 둘러싸는 분위기가 약 1 체적% 미만의 수분 함량을 갖게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

저온에서 가열 요소의 수명을 연장시키는 방법{A METHOD OF INCREASING THE LENGTH OF LIFE OF HEATING ELEMENTS AT LOW TEMPERATURES}

이러한 가열 요소가 비교적 낮은 온도 예를 들어, 400 내지 500℃ 부근의 온도에서 작동되면, 고온에서 가열 요소를 작동시키는 경우와 달리 어떠한 보호성 규소 스케일(소위, 유리층)도 형성되지 않게 된다. 대신에, 가열 요소에는 소위 페스트(pest)가 형성되기 쉬운데, 이것은 가열 요소의 표면에 비보호성 MoO₃층 및 SiO₂층이 형성된다는 것을 의미한다. 이 혼합물은 다공성이고, 쉽게 분해되어, 가열 요소의 유효 수명을 현저히 단축시킨다.

그러나, 그럼에도 불구하고, 이러한 가열 요소가 최고의 대안인 적용예가 있다. 이와 관련된 한가지 예는 전자 회로의 제조에 있어서, LPCVD(저압 화학적 증착) 챔버의 가열에서 발견된다.

이러한 가열 요소의 저온 특성은 약 1500℃ 이상의 온도에서 가열 요소를 미리 산화시켜, SiO₂스킨을 형성함으로써, 개선될 수 있다. 이러한 스킨은 페스트의 형성을 억제시킨다.

제시된 방법은 이러한 가열 요소의 유효 수명을 크게 연장시킨다.

본 발명은 저온에서 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 말하면 몰리브덴 규소 화합물과, 몰리브덴 텅스텐 규소 화합물을 비롯하여, 이 기본 재료의 다양한 합금을 포함하는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법에 관한 것이다. 이러한 가열 요소는 비교적 많은 용례에서 출원인에 의해 제조된다.

도 1은 다양한 가스에 대한 산화물 두께를 시간의 함수로 도시하는 도면이다.

도 2는 산화에 의해 야기된 중량의 증가를 주변 가스의 수분 함량의 함수로서 도시하고 있는 도면이다.

따라서, 본 발명은 가열 요소가 400 내지 800℃ 범위의 온도와 같은 낮은 온도에서 작동될 때, 주성분으로 몰리브덴 규소 화합물과, 몰리브덴 텅스텐 규소 화합물과, 이러한 기본 재료의 여러 합금으로 구성되는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법은 상기 가열 요소가 작동될 때 이 가열 요소를 둘러싸는 분위기가 약 1 체적% 미만의 수분 함량을 갖게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 가스의 산소 함량이 매우 높음에도 불구하고, 가열 요소를 둘러싸는 가스의 수분 함량이 낮은 수준으로 유지되는 경우, MoO₃및 SiO₂산화물이 훨씬 더 적게 형성된다는 놀라운 사실에 기초하고 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더 자세히 설명한다.

본 발명은 가열 요소가 400 내지 800℃ 범위의 온도와 같은 낮은 온도에서 작동될 때, 주성분으로 몰리브덴 규소 화합물과, 몰리브덴 텅스텐 규소 화합물과, 이러한 기본 재료의 여러 합금으로 구성되는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법에 관한 것이다. 이 온도 범위에서는 이 가열 요소에는 소위 페스트가 형성되기 쉽다. 가열 요소가 작동하는 온도는 한편으로는, 가열 요소를 사용하는 공정에 따라 달라지고, 다른 한편으로는, 가열 요소를 제조하는 재료의 조성에 따라 달라진다.

페스트는 SiO₂및 O₂로부터 MoO₃및 SiO₂가 형성되는 것이다. 이 산화 혼합물은 비교적 다공성이고, 따라서 연속적인 산화에 대한 어떠한 보호도 제공할 수 없다.

본 발명에 따르면, 작동할 때 가열 요소를 둘러싸는 분위기가 약 1 체적% 이하의 수증기 함량을 갖게 된다. 이로 인하여 페스트의 성장이 현저하게 감소하게 된다.

도 1은 450℃의 다양한 분위기에서의 MoO₃및 SiO₂산화물 두께를 보여주고 있다. 도 1의 건조 공기는 공기에 수분 함량이 0.0005 체적% 라는 것을 의미한다. 산소 가스(O₂)는 상응하게 건조 상태이다. O₂+ 10% H₂O는 10 체적%의 수분을 구비하는 산소 가스를 의미한다.

도 1로부터, 산화물 성장은 매우 제한되고, 건조 공기 및 건조 산소 가스에 대해 대체로 동일한 반면, 성장율은 주변 분위기가 10 체적%의 수분을 함유하는 경우보다 10배 이상 빠르다는 것이 명백하다.

도 2는 상기 산화물의 형성에 의해 유발된 재료 중량의 증가를 450℃의 가열 요소의 온도에서 가열 요소를 둘러싸는 분위기의 체적% 수분 함유량의 함수로서 보여주고 있다.

도 2에서부터 명백한 바와 같이, 산화물 및 페스트의 형성은 수분 함유량에 따라 선형적으로 증가한다.

주변 분위기의 다양한 수분 함유량에 따라 다양한 산화물 구조가 형성된다는 것이 입증되었다.

비결정 SiO₂에 매립되어 있는 MoO₃-결정으로 이루어진 산화물이 각각 450℃에서 72시간 및 210시간 후에 형성되었다. 이 2개의 산화물 사이의 양적 비율은 일정해 보였다.

10 체적%의 물을 함유하는 산소 가스 분위기에서 각각 72시간 및 210시간 후에 더 많은 MoO₃-결정이 형성되었다. MoO₃의 비율에 대한 SiO₂의 비율은 시간이 지남에 따라 감소하는 것으로 보였다.

따라서, 주변 분위기의 수분 함유량은 형성된 산화물의 양적 비율 및 구조에 영향을 주었다. 형성된 산화물의 양적 비율 및 구조는 전술한 바와 같이 주변 가스의 수분 함량에 대한 산화물 성장이 크게 차이나는 것에 대한 유력한 설명이 된다.

주변 분위기의 산소량은 산화물 성장에 크게 영향을 주지 못한다는 것도 주목할 만하다.

도입부에서 언급한 바와 같이, 상기 가열 요소는 소정의 산업 공정 온도에서 사용된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 주변 분위기의 수분 함유량을 약 1 체적% 미만으로 되게 하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 도 2는 산화물 성장이 완전히 건조한 분위기의 경우보다 약간만 더 증가하는 것을 보여주고 있다.

그러나, 수분 함유량을 약 0.5 체적% 미만의 수준이 되게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 한 가지 바람직한 실시예에 따르면, 가열 요소를 둘러싸는 분위기는 전술한 수분 함유량을 갖는 공기로 이루어져 있다. 이러한 건조도의 공기는 상업적으로 입수 가능한 플랜트 또는 기구에 의해 생산될 수 있다. 건조 공기는 공기 실린더에도 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 분위기는 전술한 수분 함유량을 갖는 산소 가스로 이루어진다. 용기에 담겨진 건조 산소는 이러한 목적으로 사용될 수 있다.

선택되는 분위기는 가열 요소가 사용되는 공정에 의존한다.

분위기가 본 발명에 따른 수분 함유량을 갖는다면, 공기와 산소 가스 이외의분위기는 산화물 형성과 관련하여 상응하는 결과를 제공할 것이다. 예를 들어, 질소 가스 또는 불활성 가스를 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 가열 요소를 둘러싸는 전술한 분위기에 제한되는 것으로 간주되어서는 안된다.

Claims (4)

1. 가열 요소가 400 내지 800℃ 범위의 온도와 같은 낮은 온도에서 작동될 때, 주성분으로 몰리브덴 규소 화합물과, 몰리브덴 텅스텐 규소 화합물과, 이러한 기본 재료의 다양한 합금으로 구성되는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법에 있어서, 작동 시에 가열 요소를 둘러싸는 분위기가 약 1 체적% 미만의 수분 함량을 갖게 하는 것을 특징으로 하는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 분위기는 약 1 체적% 미만의 수분 함량을 갖는 공기로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 분위기는 약 1 체적% 미만의 수분 함량을 갖는 산소 가스로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수분 함량이 0.5 체적% 미만으로 되게 하는 것을 특징으로 하는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법.