KR20050013745A - 상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치 - Google Patents

상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치

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KR20050013745A
KR20050013745A KR1020030052297A KR20030052297A KR20050013745A KR 20050013745 A KR20050013745 A KR 20050013745A KR 1020030052297 A KR1020030052297 A KR 1020030052297A KR 20030052297 A KR20030052297 A KR 20030052297A KR 20050013745 A KR20050013745 A KR 20050013745A
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Abstract

본 발명은 분말의 기계적 이송에 의해 균일한 표면처리로 분산력 또는 관능기를 발달시켜 고기능성 소재를 제조할 수 있는 상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 장치는 유전체관; 유전체관의 외부에 위치한 제 1 전극; 유전체관의 내부로 반응가스를 주입하기 위한 반응 가스 주입부; 표면처리할 분말을 상기 유전체관의 내부로 주입하기 위한 분말 인입부; 처리된 분말을 반응가스와 함께 배출하기 위한 배출구; 유전체관의 내부에 위치하며, 제1 전극과 사이에 전원이 인가되고 반응가스가 주입되면 유전체관과의 사이에 플라즈마를 발생시키며, 분말 인입부를 통해 인입된 분말을 소정의 이송속도로 플라즈마 영역을 거쳐 배출구로 이송시키는 제2 전극; 제1 전극과 제2 전극 사이에 교류 전원을 인가하기 위한 전원부; 및 제2 전극을 회전시키기 위한 회전수단을 구비한다. 본 발명에 따르면 기존에 사용되고 있는 처리 장치의 경우에 비하여 분진이 발생하지 않으면서 이송 속도 및 양의 제어가 가능하고, 기계적인 혼합으로 분말 표면에 플라즈마를 균일하게 접촉시켜 분말의 표면특성을 효율적으로 개선할 수 있다.

Description

상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치{ Apparatus for reforming powder of materials using atmospheric pressure plasma }
본 발명은 상압 플라즈마 방전을 이용한 분말 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분말이 이송되는 공정과 함께 상압에서 플라즈마를 발생시키고 분말의 기계적 이송에 의해 균일한 표면처리로 분산력 또는 관능기를 발달시켜 고기능성 소재를 제조할 수 있는 분말 표면처리 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 환경문제에 대한 관심이 증가하면서 폐타이어, 폐고무 등과 같은 폐자원을 재활용하기 위한 다양한 연구가 시도되고 있으나 이러한 폐자원을 처리하기 위해 현재 가장 널리 사용되는 방식은 소각열 이용이나 분말이용 방식 등이다. 이 중에서 폐자원을 재활용할 수 있도록 자원화하는 방식은 분말화하는 방식인데, 분말화 방식으로는 주로 상온 분쇄방식이나, 질소냉동 분쇄방식 등이 이용된다.
이와 같이 폐타이어나 폐고무 등을 분말화하여 재활용하고자 할 경우에, 파쇄된 고무분말은 경화를 위해 사용되었던 황이 표면에서 강한 C-S, S-S 결합을 하고 있으므로 재활용을 위해 성형하면, 고무의 탄성과 인장강도를 유지하는데 필수적인 분말 입자간의 가교결합(Cross linking)이 잘 되지 않으므로 인장강도가 낮아져 재활용이 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 분말을 처리하는 종래의 분말처리 방식은 화학적, 전기 화학적, 표면코팅 방식을 도입한 배치(batch) 형태의 습식처리 방식과 플라즈마, 자외선(UV) 코팅 등과 같은 건식처리 방식이 있다.
종래의 습식처리 방식은 화학적 용액에 분말을 일정시간동안 담근 후 여러 가지 에너지를 가하여 처리하는 기술인데, 이는 환경오염과 세척 및 건조 공정이 필수적으로 수반되어 많은 공정과 유지비용이 요구되는 문제점이 있다. 이러한 이유에서 건식 표면처리 기술이 점차 각광을 받게 되었는데, 건식 표면처리 기술로서 가장 널리 사용되는 플라즈마 분말처리 방식은 챔버 내를 진공으로 만들어 분말을 물레방아처럼 돌리면서 골고루 처리하게 하는 방식이다. 즉, 분말을 장입한 채 일정시간 진공을 형성시킨 후, 방전가스를 투입시키면서 진공에서 플라즈마 방전을 형성시킨다. 그리고 플라즈마 처리가 끝나면 상압으로 벤트(vent)시킨 후 분말을 꺼내고, 다시 분말을 장입시켜 진공을 형성시키는 일련의 과정들을 반복한다.
이러한 종래의 방법은 플라즈마 처리를 위해 진공을 형성시켜야 하므로 고가의 진공장비를 필요로 하고, 분말의 균일한 처리를 위한 장치 구성이 어려운 문제점이 있다. 더욱이, 진공에서 진행되다 보니 분말을 연속적으로 처리하는 것이 불가능하여 대량으로 처리할 경우에 공정 로스가 많고, 장시간 처리할 경우 온도상승으로 인해 냉각을 위한 부대장비가 소요되며, 고무분말의 경우 온도가 일정 이상 상승하면 분말의 성질을 잃어버리는 문제점도 발생한다.
한편, 종래의 상압 플라즈마를 이용한 분말 처리 장치의 경우, 두 유전체 사이에 고전압을 걸어 플라즈마를 발생시키며, 플라즈마가 발생된 공간을 분말이 이송되는 과정을 반복하는 것으로, 두 유전체의 거리가 좁아 분말에 대한 정전기 발생률이 높아 벽면에 분말이 붙어 이동통로를 막는 현상이 발생하거나, 방전 공간을 반복적으로 통과하여 플라즈마와 접촉하는 시간을 제어하는 배치(batch) 형태의 공정 방식으로서 문제점이 있다. 즉, 상압 플라즈마 전극의 경우, 두 전극 사이 거리가 크면 클수록 플라즈마 방전을 일으키기 어렵고, 이로 인해 전극의 구조에 한계가 있으며, 처리할 수 있는 분말의 양과 이송속도도 제한된다.
도 1은 종래의 분말 표면처리 장치의 예를 도시한 개략도로서, 종래의 분말 표면처리장치는 절연관(3)과 절연관(3)에 형성된 플라즈마 반응영역(2), 사이클론(8a)과 백필터(8b)로 된 포집기(8), 재료 저장영역(7) 등으로 구성되어 상압 플라즈마에 의해 분말의 재처리를 수행하였다.
도 1을 참조하면, 전기 절연성을 갖는 절연관(3)의 일단부의 가스유입구(4a)로부터 반응가스를 유입하고, 절연관(3)의 타단부의 가스배출구(4b)로 가스를 배출한다. 이때 재료저장영역(7)에 있던 분말(5)은 반응가스와 함께 피처리 재료 공급구(6)를 통해 플라즈마 반응영역(2) 내로 투입되고, 플라즈마 반응영역(2)에서 플라즈마 처리된 후 포집기(8)에서 가스와 분말이 분리된 후 가스는 배출되고 분말은 다시 재료 저장영역(7)에 저장된다. 그리고 플라즈마 반응영역(2)에는 고주파전극(1a)과 접지전극(1b)으로 된 전극쌍(1)이 구비되어 있고, 두 전극 사이에 고주파전원(11)이 인가되면 글로우 방전에 의해 플라즈마가 생성되어 분말의 표면을 개질하게 된다.
그런데 이와 같은 종래의 분말 처리 장치는 전극이 반응관에 형성되어 있으므로 플라즈마가 약하고, 실제 에어나 아르곤 가스를 이용한 플라즈마 방전을 이용할 경우에 가능한 좁은 간격에서 플라즈마 방전을 일으켜야 하기 때문에 전극 구조가 구현하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 종래의 분말 처리 기술은 두 유전체 사이에서 플라즈마 방전을 일으킬 수 있는 전극 간격의 한계가 있고, 이에 따라 처리할 수 있는 분말의 형상에도 큰 제한이 따른다. 또한, 전극을 대형화하여 전극간격이 넓어질 경우 전극과 가까운 쪽에서만 방전이 발생하여 방전상태가 균일하지 않을 수 있어 유전체의 수명을 단축시키거나 처리하고자 하는 분말이 두 유전체 사이에 걸린 고전압에 의해 악영향을 받을 수도 있다. 특히, 분말이 전도성 물체인 경우 고전압에 의한 아크 등으로 처리하지 못하는 경우도 있고, 갭이 좁을 경우 반응관내에서 분말의 유동이 막힐 위험이 크다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 분말이 이송되는 공정과 함께 플라즈마를 발생시키고, 기계적인 운동에 의해 분말을 이송시켜 분말의 양과 이송속도를 조절하며, 이에 따라 균일하게 플라즈마와 접촉하여 균일한 처리가 가능한 상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 분말 표면처리 장치를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 분말 표면처리 장치를 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 따라 미처리 및 표면처리한 분말의 표면자유 에너지를 측정한 결과를 도시한 그래프,
도 4a,4b는 본 발명에 따라 미처리 및 표면처리한 분말을 에폭시에 분산시켜 얻은 복합재료의 기계적 물성을 측정한 결과를 도시한 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
200: 분말 표면처리 장치 202: 제1 전극
204: 유전체관 206: 제2 전극
208: 중심봉 210: 분말 이송 나사산
212: 분말 인입구 214: 가스 주입구
216: 분말 배출구 218: 글래스 맴브래인
220: 분말이송 제어기 224: 분말이송 모터
226: AC전원 공급부
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 분말 표면처리 장치는, 유전체관; 상기 유전체관의 외부에 위치한 제 1 전극; 상기 유전체관의 내부로 반응가스를 주입하기 위한 반응 가스 주입부; 표면처리할 분말을 상기 유전체관의 내부로 주입하기 위한 분말 인입부; 처리된 분말을 반응가스와 함께 배출하기 위한 배출구; 상기 유전체관의 내부에 위치하며, 상기 제1 전극과 사이에 전원이 인가되고 상기 반응가스가 주입되면 상기 유전체관과의 사이에 플라즈마를 발생시키며, 상기 분말 인입부를 통해 인입된 분말을 소정의 이송속도로 상기 플라즈마 영역을 거쳐 상기 배출구로 이송시키는 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 교류 전원을 인가하기 위한 전원부; 및 상기 제2 전극을 회전시키기 위한 회전수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제2 전극은 도체로 되어 있고 상기 회전수단에 의해 회전되는 중심봉과, 상기 중심봉에 형성되어 분말을 일방향으로 이송시키기 위한 나사산으로 구성되어 있고, 상기 나사산은 상기 중심봉과 동일 소재의 도체로 되거나 상기 중심봉과 다른 폴리머 또는 세라믹과 같은 비전도성 재료로 되어 있다. 그리고 상기 분말 이동속도(플라즈마의 접촉시간)는 나사산의 회전속도를 제어하거나 상기 제1전극 및 상기 제2 전극을 한 단위로 하여 이를 직렬 연결하여 조절할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 분말 표면처리용 플라즈마 장치를 도시한 도면으로서, 본 발명의 장치는 제1 전극(202)과, 유전체관(204), 제2 전극(206), 분말 인입구(212), 가스 주입구(214), 분말 배출구(216), 글래스 맴브래인(218), 분말이송 제어기(220), 분말이송 모터(224), AC 전원부(226)로 구성된다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 상압 방전용 전극인 금속 또는 전도성 물질의제1 전극(202)과 제2 전극(206)이 유전체관(204)의 내부와 외부에 각각 위치하여 플라즈마 방전 전극으로 AC 전원부(226)와 연결되어 있다. 유전체관(204)은 제1 전극(202)과 제2 전극(206) 사이에 위치하고 있으며, 통상 유전체관(204)의 외부 벽면에 제1 전극(202)이 부착되어 있다. 유전체관(204)과 제2 전극(206) 사이에는 일정 거리가 존재하여 분말이 이동되는 통로 및 플라즈마가 방전되는 영역을 형성하고 있다.
제2 전극(206)은 유전체관(204) 내에 위치하는 내부 전극으로서, 그 구조는 도 2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 방전을 위해 도체로 된 중심봉(208)과 분말을 일방향으로 이송하기 위한 나사산(210)이 일체로 이루어져 있고, 중심봉(208)은 분말 이송모터(224)의 축에 연결되어 회전하도록 되어 있다. 따라서 분말이송 제어기(220)의 제어에 따라 분말 이송모터(224)가 회전되면, 이에 따라 제2 전극(206)의 중심봉(208)이 회전하게 되고, 중심봉(208)의 표면측에 형성된 나사산(210)의 회전에 의해 분말 인입구(212)를 통해 입력된 분말이 분말 배출구(216)측으로 기계적으로 이송된다. 이와 같이 본 발명에 따른 분말 표면처리 장치(200)는 분말을 기계적으로 회전시키면서 플라즈마 영역을 통과하여 배출되도록 함으로써 플라즈마에 골고루 노출되어 균일한 처리가 가능하고, 분말 이송모터(224)의 회전속도를 제어함으로써 분말의 이송속도(즉, 분말이 플라즈마 영역에 머무르는 시간)를 자유롭게 콘트롤할 수 있는 잇점이 있다.
여기서, 제2 전극(206)을 구성하는 중심봉(208)과 나사산(210)을 전체가 전도성을 띄고 있는 한가지 소재(통상 도전성 금속)를 사용하여 제작하거나중심봉(208)은 전도성을 띄고 있는 소재를 사용하고, 나사산(210)의 경우 세라믹 또는 폴리머 등과 같이 중심봉(208)과는 다른 소재를 사용할 수도 있다. 또한 제2 전극(206)을 구성하는 중심봉(208)의 외벽 전체를 유전체로 감싸져 있을 경우 나사산(210) 및 유전체관(204)은 전도성을 띄며 가공이 쉬운 금속을 사용할 수 있으며, 이는 제1전극(202)의 역할을 담당할 수 있어 별도의 제1 전극(202)을 제거하여 사용할 수 있다. 이 때 사용되는 소재에 따라 나사산 날개의 크기 및 각도, 그리고 나사산 사이 간격(pitch) 등과 같은 조건을 조정해야 한다. 그리고 제2 전극(206)의 직경은 0.5~500 mm로 다양하게 적용할 수 있으며, 이를 감싸고 있는 유전체관(204)은 제2 전극(206)의 직경보다 0.5~200 mm가 더 크게 제작되는 것이 바람직하다.
유전체관(204)의 모양은 제 2 전극(206)의 모양에 크게 의존하고 있으며, 상황에 따라 원통형, 직각형, 다각형 등으로 변형이 가능하다. 그리고 유전체관(204)의 소재로는 MgO, Al2O3, TiO2, SiO2등의 산화물 계열의 세라믹으로 이루어지는 것이 바람직하며, 유리나 석영을 이용할 수도 있다.
분말 인입구(212)의 경우 벨브 등을 이용하여 공급량을 조절할 수 있으며, 진입 방향의 경우 플라즈마 방전용으로 쓰이는 기체가 공급되는 방향과 다른 경우도 있으며, 기체 흐름 방향과 동일할 경우 분말 인입구(212)가 기체 주입구(214)와 동일하게 구현할 수도 있다. 그리고 본 발명의 실시예에서는 분말 인입구(212)와 가스 주입구(214)가 구분되어 있으며, 인입부분이나 주입구(214), 및 배출구(216)에는 필요에 따라 역흐름이나 불필요한 공간으로의 분말 이동을 줄이기 위해 글래스 맴브래인(218)을 설치할 수도 있다.
플라즈마 표면처리된 분말이 나오는 분말 배출구(216)의 경우, 기체와 분말을 분리해야 하는 경우에는 인입 부분와 마찬가지로 글래스 맴브래인(미도시)을 설치할 수 있으며, 기체 속도를 낮추기 위해 배출구(216)의 직경이 유전체관(204)의 직경보다 크게 설계되어 있다.
이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 장치가 동작하는 것을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 장치를 동작시키기 위해서는 제1 전극(202)과 제2 전극(206) 사이에 교류 전원이 인가되어 있고, 플라즈마 방전을 위해 유전체관(204) 내부로 가스주입구(214)를 통해 반응 가스가 입력된다. 이에 따라 유전체관(204)과 제2 전극 (206)사이의 공간에 플라즈마가 생성된다.
이와 같은 상태에서 표면처리할 분말이 분말 인입구(212)를 통해 입력되고, 분말 이송 모터(224)가 분말이송 제어기(220)의 제어에 따라 회전되면 제2 전극(206)의 나사산(210)에 의해 분말이 유전체관(204) 내를 회전하면서 통과하게 된다. 이와 같이 분말이 이송되는 공정과 함께 플라즈마를 발생시켜 분말의 균일한 표면처리를 유도하고, 기계적인 분말 이송으로 분말의 양과 이송속도를 조절하며, 또한 균일하게 플라즈마와 접촉시켜 균일하게 처리된 분말을 얻을 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면 분말 표면의 미세기공, 비표면적, 입자크기, 표면의 극성및 산소화합물 등을 크게 향상시켜 고성능, 고기능성 제품을 제조할 수 있다. 이러한 특징을 갖고 있는 본 발명의 분말 표면처리 장치(200)는 타이어 사업장에서부터 화장품과 같은 생활용품 사업장까지 광범위하게 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 장치를 이용한 표면처리를 함에 있어서 기체 및 용액 분위기에서 플라즈마 방전은 0.01∼100 l/min, 좀더 양호하게는 0.05∼10 l/min의 유량으로 혼합 가스를 흘러보낸다. 두 전극(202,206) 사이에 인가되는 전원은 주파수가 1 kHz ∼ 수 giga (109) Hz (1 kHz∼수십 MHz 일 경우 더 양호)인 AC로 사용하며, 일반적으로 본 발명은 5 ∼ 30 kHz 범위의 주파수를 사용할 수 있다. 가스 주입구(214)를 통하여 유입된 가스는 도 2에 도시된 유전체관(204)과 제2 전극(206) 사이에서 플라즈마 방전을 일으키고, 이동되는 분말과 접촉하여 에칭, 클리닝, 코팅, 라디칼 또는 표면 관능기의 주입 등과 같은 플라즈마 표면처리를 실행한다.
본 발명에 있어서 분말 표면처리 장치(200)를 통과한 분말의 표면 상태 및 구조 변화를 다음 방법으로 측정하였다.
분말의 표면 특성 중 표면 자유에너지는 표면 장력을 알고 있는 용매와 고분자간의 접촉각을 측정함으로써 얻을 수 있다. 본 발명에서 표면 자유에너지를 알아보기 위하여 측정된 접촉각은 레임-하트 각도계(Rame-Hart goniometer)를 이용하여 세실 드롭 방법(sessile drop method)으로 측정하였다. 접촉각 측정은 임계 표면장력을 측정하기 위하여 젖음액을 떨어뜨린 후 형성된 각을 5초 이내에 측정하였다. 본 발명의 접촉각을 위해 사용된 젖음액으로는 증류수와 다이오도메탄, 그리고 에틸렌 글리콜을 사용하였으며, 각 분말에 대하여 10회 이상 접촉각을 측정하여그 평균값을 취하였고, 이를 이용하여 플라즈마 표면처리된 분말의 표면 자유에너지를 구하였다.
도 3은 위와 같은 방법으로 본 발명에 따라 처리된 혹은 미처리된 분말들의 표면자유 에너지를 측정할 결과 그래프이다. 도 3의 막대 그래프에서 종축은 표면자유 에너지(단위: mJ/m2)를 나타내고, 횡축은 여러 다른 실시예들을 나타낸다.
도 3을 참조하면, [실시예 1]은 분말을 수용성 세척액으로 세척한 후, 별도의 표면처리 과정을 거치지 않은 분말로 도 3의 그래프에 도시된 바와 같이 표면 자유에너지가 다른 실시예보다 작은 것을 확인할 수 있다.
[실시예 2]는 본 발명에 따른 장치의 플라즈마 발생 영역에 아르곤 또는 헬륨과 같은 비활성 기체 분위기로 조성하여 분말을 처리하였을 때 얻은 결과로서, 표면 자유에너지 중 극성요소가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
[실시예 3]은 본 발명에 따른 장치의 플라즈마 발생 영역에 아세틸렌과 같이 폴리머 중합이 가능한 기체 분위기로 조성하여 분말을 처리하였을 때 얻은 결과로서, 표면 자유에너지 중 극성요소가 증가하는 것을 확인 할 수 있다.
[실시예 4]는 본 발명에 따른 장치의 플라즈마 발생 영역에 불소가 함유된 기체 분위기로 조성하여 분말을 처리하였을 때 얻은 결과로서, 표면 자유에너지 중 극성 요소가 가장 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
또한 본 발명의 분말 표면처리 장치를 이용하여 제조된 분말을 복합재료로제조하여 이때의 기계적 물성을 다음과 같은 방법으로 측정하였다. 제조된 복합재료의 기계적 특성은 삼점 굴곡시험(tree-point bending test)과, 층간 전단강도 측정을 통하여 고찰하였다. 인스트론(Instron) #1125 시험기를 사용하였으며, ASTM D 399, 2344에 준해 span-to depth ratio 4:1 (층간전단강도), cross head speed 2 mm/min의 속도로 측정하였다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따라 미처리 및 표면처리한 분말을 에폭시에 분산시켜 얻은 복합재료의 기계적 물성을 측정한 결과를 도시한 그래프로이다.
도 4a에서 종축은 ILSS(단위: MPa)를 나타내고, 횡축은 다양한 실시예를 나타내며, 도 4b에서 종축은 KIC(단위: MPa/m1/2)를 나타내고, 횡축은 다양한 실시예를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, [실시예 5]는 본 발명의 [실시예 1]에서 얻은 분말을 폴리머(에폭시)에 분산시켜 얻은 복합재료의 물성으로 그래프에 나타난 바와 같이, 기계적 물성이 다른 실시예보다 낮은 것을 알 수 있다.
[실시예 6]은 본 발명의 [실시예 2]에서 얻은 분말을 폴리머(에폭시)에 분산시켜 얻은 복합재료의 물성으로 그래프에 나타난 바와 같이, 기계적 물성이 증가되는 것을 확인할 수 있다.
[실시예 7]은 본 발명의 [실시예 3]에서 얻은 분말을 폴리머(에폭시)에 분산시켜 얻은 복합재료의 물성으로 그래프에 나타난 바와 같이 기계적 물성이 증가되는 것을 확인 할 수 있다.
[실시예 8]은 본 발명의 [실시예 4]에서 얻은 분말을 폴리머(에폭시)에 분산시켜 얻은 복합재료의 물성으로 그래프에 나타난 바와 같이 기계적 물성이 [실시예 5]보다 약 2배가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기존에 사용되고 있는 처리 장치의 경우에 비하여 분진이 발생하지 않으면서 이송이 가능하고, 기계적인 혼합으로 분말 표면에 플라즈마를 균일하게 접촉시켜 분말의 표면특성을 효율적으로 개선할 수 있다. 또한 본 발명은 상압에서 플라즈마를 발생시키고, 이송속도의 제어가 가능하여 현존하는 사업장에 적용이 매우 편리하다.
본 발명에 따른 분말 처리 장치는 고기능, 고성능의 분말 제조는 물론, 작업자가 편리하게 사용하면서 인라인(in-line) 형태의 공정으로 대량생산이 가능하여 경제적이고, 분말 표면 성질을 다양한 플라즈마 표면처리 방법을 이용하여 선택적으로 변화시켜 다양한 분야에 적용시킬 수 있어 매우 편리하다.
더욱이 본 발명은 2차 환경오염을 유발하는 화학적, 전기 화학적, 실란 표면처리 등과 같은 습식 표면처리 기술 등과 같은 종래기술과 달리 환경 친화적 기능을 기본으로 하고, 적용 범위에 따라 분말처리 장치의 크기 및 인가전압을 매우 다양하게 하여 공장용에서부터 가정용까지 광범위하게 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 유전체관;
    상기 유전체관의 외부에 근접 설치한 제 1 전극;
    상기 유전체관의 내부로 반응가스를 주입하기 위한 반응 가스 주입부;
    표면처리할 분말을 상기 유전체관의 내부로 주입하기 위한 분말 인입부;
    처리된 분말을 반응가스와 함께 배출하기 위한 배출구;
    상기 유전체관의 내부에 위치하며, 상기 제1 전극과 사이에 전원이 인가되고 상기 반응가스가 주입되면 상기 유전체관과의 사이에 플라즈마를 발생시키며, 상기 분말 인입부를 통해 인입된 분말을 소정의 이송속도로 상기 플라즈마 영역을 거쳐 상기 배출구로 이송시키는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 교류 전원을 인가하기 위한 전원부를 구비한 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극은
    도체로 되어 있고 회전수단에 의해 회전되는 중심봉과, 상기 중심봉에 형성되어 분말을 일방향으로 이송시키기 위한 나사산으로 구성된 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 나사산은 도체 또는 비전도성 재료로 제작된 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 분말 이동속도(플라즈마의 접촉시간)는
    상기 나사산의 회전속도를 제어하여 결정하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제2 전극을 구성하는 중심봉의 외벽 전체가 유전체로 감싸져 있을 경우 상기 나사선 및 상기 유전체관을 전도성을 띄고 가공하기 쉬운 금속을 사용하여 제1 전극으로 사용함으로써 별도의 제1 전극이 필요없도록 된 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제 1 전극이
    코일, 망, 혹은 테이프의 형태로 되어 나선형 또는 플레이트 형으로 상기 유전체관에 부착된 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유전체관은
    그 형상이 원형 및 다각형으로 변형 가능한 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 인입구, 상기 가스 주입구, 및 상기 배출구에는 분말과 가스를 분리하기 위한 비드, 울, 혹은 글래스 맴브레인으로 된 분리시스템이 구비된 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마를 이용한 분말 표면처리 장치.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101369210B1 (ko) * 2012-04-06 2014-03-06 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 플라즈마 처리 장치
KR101371521B1 (ko) * 2013-04-01 2014-03-11 한국기초과학지원연구원 관형 플라즈마 구조물을 포함한 회전 원통 구조 플라즈마 분말 처리 장치
KR101374627B1 (ko) * 2012-02-20 2014-03-19 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 플라즈마 처리 장치
KR101404757B1 (ko) * 2011-05-27 2014-06-12 동국대학교 산학협력단 플라즈마 코팅 장치 및 방법
KR101414170B1 (ko) * 2012-10-05 2014-07-04 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 플라즈마 처리장치
KR101414168B1 (ko) * 2012-10-05 2014-07-04 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 플라즈마 처리장치
KR102014892B1 (ko) * 2018-09-20 2019-08-27 주식회사 경동냉열산업 수처리장치 등에 사용되는 플라즈마 발생장치
KR20200028689A (ko) * 2018-09-07 2020-03-17 한국기초과학지원연구원 진동을 이용한 분말 플라즈마 처리장치
KR20200095733A (ko) * 2019-02-01 2020-08-11 한국기초과학지원연구원 분말 플라즈마 처리장치
KR20210114249A (ko) * 2020-03-10 2021-09-23 한국기계연구원 고상시료 열처리 장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100924723B1 (ko) 2007-12-14 2009-11-04 부산대학교 산학협력단 나노분말의 상압 플라즈마 표면 처리 장치

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101404757B1 (ko) * 2011-05-27 2014-06-12 동국대학교 산학협력단 플라즈마 코팅 장치 및 방법
KR101374627B1 (ko) * 2012-02-20 2014-03-19 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 플라즈마 처리 장치
KR101369210B1 (ko) * 2012-04-06 2014-03-06 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 플라즈마 처리 장치
KR101414170B1 (ko) * 2012-10-05 2014-07-04 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 플라즈마 처리장치
KR101414168B1 (ko) * 2012-10-05 2014-07-04 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 플라즈마 처리장치
KR101371521B1 (ko) * 2013-04-01 2014-03-11 한국기초과학지원연구원 관형 플라즈마 구조물을 포함한 회전 원통 구조 플라즈마 분말 처리 장치
KR20200028689A (ko) * 2018-09-07 2020-03-17 한국기초과학지원연구원 진동을 이용한 분말 플라즈마 처리장치
KR102014892B1 (ko) * 2018-09-20 2019-08-27 주식회사 경동냉열산업 수처리장치 등에 사용되는 플라즈마 발생장치
KR20200095733A (ko) * 2019-02-01 2020-08-11 한국기초과학지원연구원 분말 플라즈마 처리장치
KR20210114249A (ko) * 2020-03-10 2021-09-23 한국기계연구원 고상시료 열처리 장치

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