KR20080043747A - 세라믹의 산화 열처리로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹의 산화 열처리로에 관한 것으로, 열처리 시 외부 공기를 가열시 내부로 투입하여, 산소가 충분한 조건에서 산화 열처리가 되며, 냉각 시에도 온도분포가 균일하게 유지가 되면서 열을 밖으로 배출하여, 빠른 냉각을 할 수 있도록 한 것이다.

종래의 열처리로는 단순 가열기능만 가졌기 때문에, 산화 세라믹 재료의 열처리 시 산소가 부족하여 산화 소성보다는 중성 소성에 가깝게 열처리가 되고, 냉각 시에도 가열실내에서 자연냉각에 의존하므로 냉각되는 시간이 오래 걸렸다.

원형(타원형)의 가열실, 공기공급관, 열배출관, 벤추리관

Description

세라믹의 산화 열처리로{AN OXIDATION HEATTREATMENT FURNACE OF THE CERAMICS}

본 발명은 세라믹의 산화 열처리로에 관한 것이다. 특히 산화세라믹재료의 열처리로는 충분한 산소공급이 되어 완벽한 산화물을 만들고, 또한 열처리 시 균일한 온도 분포와 빠른 냉각을 실시하는 것을 목적으로 한다.

이에 본 발명은 공기가 원활하게 공급되고, 열 순환이 잘되게 원형(타원형)의 구조로 되어 있으며, 가열 실 상단 측면에서 대각으로 공기공급관(31)이 설치되어 공기가 가열 실내로 유입되고, 하부 바닥에 설치된 열배출관을 통해서 밖으로 빠져나가도록 하였다. 이는 베르누이의 정리를 이용, 벤추리관(34)을 통해서 빠져나가는 열은 가열실내의 온도분포를 균일하게 하고, 유입되는 공기는 산소의 량을 증대시키며, 빠른 냉각을 할 수 있도록 한 세라믹의 산화 열처리로에 관한 것이다.

따라서 본 발명은 세라믹의 산화 열처리로의 이러한 문제점을 보완하여 발명된 것으로 베르누이의 정리를 이용하여, 공기의 유속과 압력을 이용한 것으로,

원형(타원형)으로 만들어진 가열 실 상부의 설치된 약 45°각도의 공기공급관(31)을 통해서 공기가 충분히 공급되고, 공급된 공기는 가열 실 내부에서 회전을 하면서 열 분포를 균일하게 한다. 냉각 시에도 상부 공기공급관(31)에서 유입되는 대기 온도의 공기가 가열 실 내부로 투입되어 로 바닥(15)에 설치된 열배출관(35)을 통해서 벤추리관(34)으로 밖으로 빠져 나감으로써 빠른 냉각을 하게 된다. 베르누이의 정리를 이용한 본 발명은 공기의 흐름을 원활하게 해서 온도의 분포가 좋게 하고, 송풍기(33)도 직접적인 열을 받지 않는다.

일반적으로 대표적인 산화세라믹재료로서는 실리카(SILICON DIOXIDE, SiO2), 알루미나(ALUMINUM OXIDE, Al2O3), 지르코니아(ZIRCONIA, ZrO2), 마그네시아(MAGNESIUM OXIDE, MgO)등이 있다. 이들의 재료들은 충분한 산소와 온도분포가 좋아야 한다. 기존의 열처리로는 가열이 주목적인 단순한 열처리로 이다. 일반 가열로는 가열 실 면적이 1㎡정도이고, 재료가 가득 차 있을 경우 목표온도까지 올라가는 시간이 12시간~24시간정도로 서서히 가열한다. 급속하게 온도가 올라가면 열 편차로 인해서 재료가 변형이 생기거나 균열이 발생된다. 온도가 장시간 올라감으로써 가열실내에 존재한 산소가 열원과 함께 밖으로 빠져 나가게 되며, 산소가 부족하므로 중성의 열처리 쪽이 가깝게 된다. 또한 발열체(12)가 벽면에서 가열되기 때문에 가열실의 중간지점까지는 온도의 편차가 많이 나, 균일한 온도를 만들려면 오랜 시간 가열을 해야 되기 때문에 가열 실 내부의 산소는 열과 함께 외부로 빠져나간다.

이렇게 되면 산소가 부족하게 되고, 산화성의 분위기에서 중성분위기로 바뀌게 되며, 산화세라믹재료의 품질 저하를 가져온다. 산소의 이탈을 막기 위해서 단열재(13)를 두껍게 시공하고, 밀폐가 잘되도록 시공한다. 하지만 이럴 경우 산소가 빼앗기는 것은 어느 정도 보완이 되나, 반대로 냉각 시에는 온도가 잘 떨어지질 않는다. 가열의 예와 같이 가열 실 면적이 1㎡정도에 재료가 가득 차 있을 경우 100℃ 이하로 떨어지는데 소요되는 시간이 약 48시간~72시간정도가 소요된다. 때문에 좀 더 빠른 냉각을 위해서 열처리로의 문을 조금 열어놓는 방법을 사용하고 있다. 이럴 경우는 가열 실 내부의 온도 분포가 균일하질 못해서, 재료의 변형이나 균열을 이 발생되어 오히려 낮은 수율을 나타낸다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 세라믹의 산화 열처리로는 품질을 향상시키고, 수율을 최대화하기 위한 원형(타원형)구조의 로체(11)에 베르누이의 정리를 이용한 열 순환으로 온도 분포의 균일은 물론이고, 완벽한 산화소성과 빠른 냉각 능력을 갖춰서 세라믹의 품질을 한층 더 증대시킬 수 있는 효과가 제공된다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예로써 산화세라믹재료의 열처리로의 전체 구성도이고, 도 2는 베르누이의 정리로 공기의 흐름을 보여주는 도면이고, 도3은 도2의 평면도이다.

도 1에서 열처리로는 원형(타원형)의 구조와 로체(11)가 상하로 이동하고, 로바닥(15)이 대차(22)와 함께 전후로 이동하는 구조이다. 구성으로는 크게 열처리로를 지탱하는 몸체(16)와 로체(11)와 컨트롤박스(14), 대차(22)로 구성되며, 열흐름을 위한 송풍기(33)와 벤추리관(34), 공기공급관(31)이 있다.

도 1에서 작동순서를 보면, 먼저 로바닥(15)을 업고 있는 대차(22)을 앞으로 당긴다. 로바닥(15)위에 먼저 1cm 지주(52)를 놓고 그 위에 내화판(51)을 올린다음 열처리할 재료를 올려놓는다. 차곡차곡 재임을 하고 난 후 맨위쪽에 최종적으로 내화판(51)을 얻는다. 이 내화판(51)은 세라믹에 직접적으로 공기가 마찰되는 것을 방지하기 위함과 원활한 공기의 회전과 균일한 온도 조건을 만든다. 재임이 끝나면 대차(22)을 안쪽으로 이동한다. 컨트롤박스(14)에 조작버튼을 눌러 로받침대(21)을 상하가이드(17)를 타고 아래로 내려온다. 이때 로체(11)가 로받침대(21)와 로바닥(15)이 완전히 밀착시킨다. 컨트롤박스(14)에 있는 프로그램(40)을 통해서 열처리가 시작된다. 설정된 순서대로 세라믹 열처리로는 자동으로 모든게 동작된다. 먼저 1단계 상온에서 약1000℃까지는 공기공급관(31)이 열고, 열처리로 하부에 설치된 송풍기(33)을 저속으로 작동한다. 공기공급관(31)을 통해서 공기가 가열 실 내부로 공기가 유입되고, 열배출관(35)을 통해서 벤추리관(34)으로 공기가 배출된다. 2단계는 온도가 약 1000℃까지 도달되면 공기공급관(31)은 자동불마개(32)에 의해서 막히게 되고, 하부에 있는 송풍기(33)는 정지한다. 이과 정은 가열 실의 산소를 가두고, 열은 내부에서 회전하면서 전체적 온도 분포를 만든다. 이 상태로 최종 온도(1200~1700℃)까지 산화소성을 한다. 3단계는 최종 가열이 끝나면 공기공급관(31)이 자동불마개(32)에 의해서 열리고, 하부에 있는 송풍기(33)가 저속으로 작동하게 된다. 이과정은 냉각을 위한 것으로 온도 분포를 그대로 유지하면서 열을 밖으로 배출하므로 빠른 냉각을 실행한다. 온도가 약 1000℃ 정도 내려오면 하부의 송풍기가 고속으로 회전하면서 공기공급관(31)으로 많은 대기 온도의 공기가 가열 실에 유입되면서 냉각을 더 빠르게 진행시킨다.

도 1은 본 발명의 전체 구성도

도 2는 본 발명의 원리에 대한 정면도

도 3은 본 발명의 원리에 대한 평면도

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

11 : 로 체 12 : 발열체

13 : 단열재 14 : 컨트롤박스

15 : 로 바닥 21 : 로 받침대

22 : 대 차 31 : 공기공급관

32 : 자동불마개 33 : 송풍기

34 : 벤추리관 35 : 열배출관

40 : 프로그램

Claims (2)

1. 원형(타원형)의 로체(11), 로바닥15), 대차(22), 컨트롤박스(14), 공기의 공급과 배출을 위한 장치로 이루어진 세라믹 열처리로에 있어서 로체 상부에 설치된 약 45°각도의 공기공급관(31)은 공기의 유입으로 산화소성을 완벽하게 하고, 가열 실내에서 열의 회전을 유도하여 열 분포가 좋게 하며, 또한 대기 온도의 공기가 가열 실내에 유입되어 빠른 냉각을 특징으로 하는 세라믹의 산화 열처리로
2. 제1항에 있어서 배출장치는 베르누이의 정리를 이용한 벤추리관(34)은 송풍

   기(33)가 회전하면 대기 공기가 벤추리관(34)을 지나면서 공기의 유속과

   압력에 의해서 상부의 공기공급관(31)으로 대기 공기를 유입시키며, 열처리

   로 하부 열배출관(35)을 통해서 가열 실 내부의 공기나, 열이 회전하면서 온

   도분포를 고르게 하면서 열이 외부로 빠져 나가게 하는 것을 특징으로 하는

   세라믹의 산화 열처리로.

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