KR20030061799A - 규화몰리브덴 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고온의 열처리 공정에서 작동하고, 노의 천장 및/또는 바닥에 맞닿게 배치되며, 규화몰리브덴과 이 기본 재료의 합금을 주성분으로 하는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 가열 요소를 산화알루미늄 벽돌 재료와 직접 접촉하게 배치하고, 상기 가열 요소 재료는 몰리브덴과 그것의 합금을 함유하며, 상기 가열 요소 재료가 가열 요소의 표면에 안정성 있고 천천히 성장하는 산화알루미늄을 유지하도록 충분한 정도로 알루미늄을 함유하게 하는 것을 특징으로 한다.
Description
전자 세라믹스는 현재 다양한 용도로, 예를 들어, 옵트로닉스(optronics), 무선 전화기 제조, 및 자동차 전자 부품에 사용된다. 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 전자 세라믹스는 많은 성질 중에 유전성(誘電性) , 압전성(壓電性), 강유전성을 갖는다. 이러한 재료의 예로는 BaTiO3와 Pb(Zr, Ti)O3가 있다. 일반적으로 이러한 재료로부터 제조되는 구성 부품은 공진기, 필터, 캐패시터이다. 캐패시터는 예를 들어, 소위 다중층 캐패시터(MLCC)의 형태로 제조된다. 세라믹스는종종 가열 처리 단계에서 니켈과 같은 금속 컨덕터와 접촉하게 된다.
이러한 가열 요소가 소위 전자 세라믹스의 제조에 사용되는 경우, 가열 요소는 종종 지지면에 배치되고, 연속 소결로의 천장과 바닥으로부터 가열된다. 이러한 소결로, 예를 들어 소위 페라이트 소결로용의 리드햄머(Riedhammer)식 소결로에서 오래동안 선호된 가열 요소의 구조는 가열 영역과 연결 부분에서 각각 6/12 mm인 소위 4 아암 굴곡 요소이다.
이러한 가열 요소는 규산알루미늄 입자의 지지 자갈층에 배치되고, 이 지지 자갈층은 차례대로 순수 산화알루미늄의 벽돌부(brickwork) 위에 배치된다. 1600℃ 온도까지 MoSi2가열 요소와 양립할 수 있는(즉, 화학적으로 반응하지 않는) 규산알루미늄은 각각 실리만나이트(sillimannite)와 뮬라이트(mullite) 형태이다. 실리만나이트와 뮬라이트는 MoSi2요소의 표면에 전개된 SiO2층과 반응이 발생하기 이전에 오랜 기간 동안 사용될 수 있다. 이것은 규산알루미늄이 산화알루미늄 벽돌보다 SiO2층과 더 천천히 반응하기 때문이다. 이러한 반응으로 인해 알루미늄이 SiO2층에 합금되어, 가열 요소를 보호하는 층의 성능이 저하하고, 이에 따라 가열 요소의 수명이 더 단축된다.
이러한 표면층과의 반응에 이어서, 가열 요소의 벌크 재료에서도 반응이 발생하여, 추가로 부식이 발생되고 손상된다.
상기 입자층, 또는 자갈층이 없는 경우, Al2O3벽돌과 직접 접촉하는 가열 요소 표면 상의 SiO2에 의해 보다 빠른 반응이 발생하게 된다.
대부분의 전자 세라믹스는 1200 내지 1500℃ 및 그 이상의 노 온도에서 열처리된다. 질소 가스에 더하여, 분위기는 변화하는 이슬점을 갖는 약 5%의 수소 가스를 함유하는 것이 일반적이다. 예를 들어, 이슬점은 +20℃일 수 있다.
대부분의 경우에, 상기 가열 요소의 유효 수명은 3 내지 5년의 예상 기간 미만으로 상당히 단축되고, 일부의 경우에만 몇 달 연장된다는 것을 주목하였다. 국부적인 수명 문제의 원인은 자갈층과 반응하여 주로 규산알루미늄 함유 용융물을 형성하는 유해한 수소 가스이다. 가열 요소는 용융물에 침투하고, 온도가 증가함에 따라 부식이 심화되고, 결과적으로 가열 요소의 온도가 증가한다. 또한, 자갈층은 산화알루미늄 벽돌에 견고하게 소결된다. 수소 가스를 함유하지 않는 분위기에서도 문제가 발생할 수 있고, 이에 따라 가열 요소는 온도 변화와 그에 따른 체적 변화로 인해 입자층에 침투한다.
자갈층, 또는 입자층으로 인해 제조, 수송, 및 노 가동이 더 어렵게 된다.
따라서, 상기 공정으로부터 자갈층을 제거할 것이 요구된다.
본 발명은 이러한 목적을 달성한다.
본 발명은 전자 세라믹스를 열처리할 때 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법에 관한 것이다. 이러한 세라믹스는 페라이트(자기 세라믹스)와 티탄산염(예를 들어, BaTiO3)일 수 있다.
더 구체적으로 말하면, 본 발명은 규화몰리브덴(molybdenum silicide)과 몰리브덴 텅스텐 실리사이드(molybdenum tungsten silicide)를 비롯한 이들 기본 재료의 다양한 합금 형태의 가열 요소에 관한 것이다. 이러한 가열 요소는 본 출원인이 수 많은 구조로 제조하고 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 노의 구조를 보여준다.
본 발명은 고온의 열처리 공정에서 작동하고, 노의 바닥 및/또는 천장에 맞닿게 배치되며, 규화몰리브덴과 이 기본 재료의 합금을 주성분으로 하여 이루어진 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법에 있어서, 가열 요소를 산화알루미늄 벽돌 재료와 직접 접촉하게 배치하고, 가열 요소 재료는 규화몰리브덴과 그것의 합금을 함유하며, 상기 가열 요소 재료가 가열 요소의 표면에 안정성 있고 천천히 성장하는 산화알루미늄층을 유지하기에 충분한 양까지 알루미늄을 함유하게 하는 것을 특징으로 하는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 부분적으로 참조하여 더 자세히 설명하겠다.
도 1에는 관련된 종류의 노의 일부가 도시되어 있다. 도면에는 예를 들어 레일 위에서 전방으로 장입되는 세라믹 트레이 위에 있는 가열 요소들 사이의 공간을 재료가 통과하는 소위 관통 장입식 노(through-pushing furnace)의 가열 영역 부분이 도시되어 있다.
상측으로부터 재료를 가열하기 위해서, 자갈층 또는 입자층(1)이 산화알루미늄판(2)에 배치되어 있다. 입자층의 상부에는 4-암 요소(3)가 배치되어 있다. 산화알루미늄 벽돌-자갈층 요소를 포함하는 "가열 카세트"가 주변 벽돌 절연부(5)의 구획면/선반면(4) 내에 장입되어 있다. 하측으로부터 가열하는 경우에 상측 산화알루미늄판(6)을 사용한다는 것 외에는, 상하로부터 가열되는 가열 요소에 동일한 공정이 사용된다. 자연적으로, 가열 요소가 자갈층에 배치되어 있는 원리가 적용되는 다른 노 구성이 사용될 수 있다.
본 발명은 규화몰리브덴과 그 기본 재료의 합금을 주성분으로 하여 이루어진 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법에 관한 것으로, 상기 가열 요소는 예를들어, 수소 가스를 함유하는 부식성 분위기에서의 고온의 열처리 공정에서 작동하고, 상기 가열 요소는 노 바닥에 맞닿게 배치되거나 및/또는 노의 천장과 접촉하고 있다.
예시된 실시예의 경우에는, 가열 요소(3)는 산화알루미늄 벽돌과 직접 접촉한다. 이것은 본 발명에 따라 도 1의 자갈층(1)을 제거한다는 것을 의미한다.
가열 요소(3)를 구성하는 재료는 규화몰리브덴과 이것의 합금을 포함하고, 상기 재료는 가열 요소의 표면에 안정성 있고 천천히 성장하는 산화알루미늄 층을 유지하도록 충분한 알루미늄을 함유하게 된다.
이 실시예의 경우에는, 전자 세라믹의 열처리와 관련된 온도 범위에서 안정성 있고 천천히 성장하는 산화알루미늄층을 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 한 가지 실시예에 따르면, 가열 요소를 구성하는 재료는 Mo(Si1-xAlx)2를 포함하게 되고, 알루미늄을 충분히 포함하게 된다.
본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, x는 약 0.2 내지 0.6이다.
x는 0.40 내지 0.50 범위에 있는 것이 바람직하다. 이에 따라 안정성 있는 산화물층이 형성됨과 아울러, 동시에 고온 내구성이 있고 양호한 기계적 성질을 갖는 조성을 얻게 된다.
본 발명의 바람직한 한 가지 실시예에 있어서, 가열 요소 재료는 40 체적% 이하의 Al2O3를 함유한다. 산화알루미늄은 기계적으로 안정한 상을 갖는 성분 요소를 구성하고, 알루미노실리사이드 상의 비정상적인 입자 크기의 확장을 방해한다.
따라서, 본 발명은 자갈층이 필요없고, 이에 따라 제조, 수송, 노 가동이 용이하다. 자갈층이 필요없는 이유는 산화알루미늄이 산화알루미늄과 맞닿게 놓여 있기 때문이다.
또한, 시스템, 즉 가열 요소/자갈층/산화알루미늄 벽돌의 부식 위험이 감소하고, 이에 따라 가열 요소의 유효 수명이 크게 연장하고, 운전 장애가 최소화하게 된다.
전술한 가열 요소 재료의 안정성은 극고온의 부식성 환경에서 내식성이 있는 Al2O3세라믹의 고유한 성질에 근거한다.
본 발명은 전술한 형태의 노에 제한되는 것으로 간주되지 않아야 하고, 전술한 문제점이 있는 다른 형태의 노에도 적용될 수 있다.
Claims (5)
- 고온의 열처리 공정에서 작동하고, 노의 바닥 및/또는 천장에 맞닿게 배치되며, 규화몰리브덴과 이 기본 재료의 합금을 주성분으로 이루어진 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법에 있어서, 가열 요소를 산화알루미늄 벽돌 재료와 직접 접촉하게 배치하고, 가열 요소 재료는 규화몰리브덴과 그것의 합금을 함유하며, 상기 가열 요소 재료가 가열 요소의 표면에 안정성 있고 천천히 성장하는 산화알루미늄층을 유지하기에 충분한 정도까지 알루미늄을 함유하게 하는 것을 특징으로 하는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 요소 재료는 Mo(Si1-xAlx)2를 함유하고, 충분한 알루미늄을 함유하게 하는 것을 특징으로 하는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 x는 0.2 내지 0.6의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 x는 0.40 내지 0.50의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 요소 재료는 40 체적% 이하의 Al2O3를 함유하는 것을 특징으로 하는 가열 요소의 유효 수명을 연장시키는 방법.
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