KR20090039822A - 하나 이상의 다공성 물품의 치밀화를 위한 파워 제어 - Google Patents

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Abstract

액체 매트릭스 전구체로 다공성 물품을 치밀화하기 위해 사용되는 유도코일 조립체에 인가되는 파워를 제어하는 방법을 개시한다. 인가된 파워의 제어는 점점 더 치밀해짐에 따라 치밀화되는 다공성 물품의 전기적 특성의 동적인 변화를 고려한다. 특히, 인가된 파워는 다공성 물품과 유도가열 시스템의 결합된 시스템의 공진주파수의 변화에 따라서 제어된다.

Description

하나 이상의 다공성 물품의 치밀화를 위한 파워 제어 {POWER CONTROL FOR DENSIFICATION OF ONE OR MORE POROUS ARTICLES}
본 발명은 특히 그러나 반드시 이에 한정되지는 않는 항공기 브레이크 등의 마찰 브레이크 물품 분야에서 바람직하게 높은 생산속도로 다공성 물품을 치밀화하는 것에 관한 것이다. 더 상세하게는 본 발명은 치밀화 공정 동안의 공정 제어 개선에 관한 것이다.
본 출원은 2006년 8월 7일자로 출원된 미국가출원 제60/821,596호의 우선권을 주장하는 바, 그 내용은 본 명세서에 참조문헌으로서 합체된다.
마찰 재료 분야에 있어서, 마찰 브레이크 디스크를 제조하기 위하여 다공성 프리폼(preform)을 사용하는 것과 같이, 다공성 재료를 사용하여 마찰 부재들을 제조하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 이러한 마찰부재의 제조는 다공성 프리폼을 구성하는 것으로 시작한다. 예를 들어, 여러 마찰 브레이크 응용에서는 고리형상 프리폼이 사용된다.
다공성 프리폼(고리형상 또는 기타 형상)은 (본 발명과 밀접한 관계가 없는) 몇가지 다른 공지의 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 어떤 경우에도, 원하는 마찰성질과 기계적 성질을 얻기 위하여 결과로 얻어지는 다공성 프리폼을 (특히 그러나 반드시 이에 한정되는 않는, 탄소질의 재료로) 더욱 치밀화하는 것이 바람직하다.
화학기상침착법(CVI)이 탄소/탄소 복합재료를 얻기 위하여 이런 점에서 널리 사용된 종래의 기술이다. 화학기상침착법은 탄화수소를 포함하는 가스를 사용하여 다공성 프리폼을 침착시킨다. 화학기상침착 가스는 프리폼의 섬유구조에 탄소코팅을 남겨두기 위하여 고온에서 열분해(cracked)된다.
종래의 화학기상침착법은 원하는 밀도와 기계적 성질을 갖는 탄소/탄소(C/C) 구조를 얻기 위하여 수백시간의 처리를 전형적으로 요구한다. 예를 들어, 전형적인 종래의 화학기상침착 공정은 예컨대 약 300-500 시간 이상으로 수행되는 제1 침착 사이클을 포함한다.
그러나, 종래의 화학기상침착법은 프리폼의 내부 부분이 적절히 치밀화되기 전에 프리폼 표면 구멍의 급격한 폐색을 종종 야기시킨다. 따라서 탄화수소를 포함하는 가스는 프리폼 내부의 치밀화되지 않은 부분으로 더 이상 확산할 수 없다. 더 이상의 치밀화가 가능하도록 표면의 구멍을 "재개방(reopen)"하기 위하여, 중간 기계가공 단계가 필요해진다. 일반적으로, (밀링 등의 공지방법을 사용하는) 이 중간 기계가공은 탄화수소 가스가 프리폼 구조에 다시 침착할 수 있도록 탄소로 차단된 기공들을 가진 프리폼의 표면층을 제거하여 프리폼의 개방된 기공들을 노출시킨다. 수백개의 프리폼들이 전형적인 치밀화공정에서 치밀화되는 점을 고려하면, 개별적인 프리폼들의 중간 기계가공에 의해 전체적인 종래의 화학기상침착 치밀화공정에 48시간이 더해질 수 있다.
부분적으로 치밀화된 물품의 중간 기계가공이 완료되면, 제2 화학기상침착 공정이 수행되어 프리폼의 재개방된 표면 기공을 사용한다. 이 제2 화학기상침착 공정단계는 예컨대 별도의 300-500 시간 이상 계속된다. 일반적으로 이렇게 하여 화학기상침착을 사용하는 종래의 치밀화 공정이 완료된다.
다공성 프리폼을 치밀화하는 다른 접근방법은 일반적으로 가스 상의 탄화수소 전구체 대신에 액체를 사용한다. 때때로 이 치밀화 방법을 종래에는 "필름 보일링(film boiling)" 또는 "급속 치밀화(rapid densification)"라고 한다.
치밀화를 위하여 액상 전구체를 사용하는 것이 예를 들어 미국특허 제4472454호, 제5389152호, 제5397595호, 제5733611호, 제5547717호, 제5981002호 및 제6726962호에 논의되어 있다. 이 각 문헌들의 내용은 본 명세서에 참고문헌으로서 합체된다.
필름 보일링 치밀화는 액체가 프리폼의 기공들과 틈새들에 대체로 완전히 침착되도록 액상의 탄화수소에 다공성 프리폼을 담그는 것을 일반적으로 포함한다. 그 후, 이 담그어진 프리폼은 액체 탄화수소의 분해온도 이상(전형적으로는 1000℃ 이상)으로 유도 가열된다. 더 상세하게는, 유도가열된 프리폼 구조체에 인접한 액체 탄화수소는 프리폼의 구멍들 내에서 다양한 가스상의 화학종들(species)로 해리된다. 가스상의 화학종들의 추가 열분해는 다공성 재료의 개방영역의 내부 표면들에 열분해 탄소의 형성을 초래하여, 프리폼의 구멍이 감소된다.
이 분야에서 유도 가열의 개념은 상술한 참조문헌들에 설명되어 있는 것을 포함하여 일반적으로 공지되어 있다. 필름 보일링 치밀화는 가스를 기반으로 하는 화학기상침착 공정보다 더 빠르게 수행될 수 있다. 예를 들어, 화학기상침착을 위 한 상술한 수백시간에 비하여 필름 보일링은 대체로 수 시간내에 완료될 수 있다.
빠른 처리시간들에 따른 이점은 공정 사이클에서 다수의 프리폼을 함께 처리함으로써 더 개선될 수 있다. 그러나, 다수의 부품을 처리하기 위하여 유도가열장치를 구성하는 종래의 접근방법은 전기적으로 복잡해서, 부하분산(load balancing) 등을 필요로 한다.
상술한 것을 고려하여, 본 발명은 다공성 물품의 치밀화에 관한 것으로서 특허청구범위에서 청구된 발명에 따라 상술한 종래분야에서 알려진 하나 이상의 쟁점에 대처한다.
본 발명은 첨부된 하기의 도면들을 참조하면 더욱 명확히 이해될 것이다.
도1은 본 발명에 관한 필름 보일링 치밀화 설비의 개략도이다.
도2와 도3은 본 발명에 따라서 브레이크 프리폼 등의 다수의 다공성 물품을 처리하는 반응챔버의 개략적인 부분 측절개도 및 평면절개도이다.
도4는 본 발명에 관한 유도코일의 개략적인 측면도이다.
도5는 본 발명의 예에 따른 한 쌍의 유도코일 사이에 장착된 다공성 물품의 일부를 나타내는 부분단면도이다.
도6은 본 발명에 관한 유도가열시스템의 파워 주파수를 제어하는 시스템의 개략도이다.
도7은 다수의 다공성 구조체를 치밀화하기 위한 다른 장치의 측절개도이다.
도8은 다수의 다공성 구조체를 치밀화하기 위한 또 다른 장치의 개략적인 사시도이다.
도9a 내지 도9h는 전기 파워가 다수의 다공성 구조체를 치밀화하기 위한 복수의 유도가열 코일에 병렬로 제공될 수 있는 방법을 비제한적으로 나타내는 여러 개략적인 예를 도시한 것이다.
도10a 내지 도10c는 전기 파워가 다수의 구조체를 치밀화하기 위한 복수의 유도가열 코일에 직렬로 제공될 수 있는 방법을 비제한적으로 나타내는 여러 개략적인 예를 도시한 것이다.
도11a 내지 도11d는 본 발명에 다른 유도가열코일의 전류 방향의 다양한 개략적 예를 비제한적으로 나타낸 다양한 개략도이다.
도12는 최소 및 최대 설정 포인트를 선택하기 위하여 사이클의 시간과 주파수 사이의 관계를 나타낸다.
도13은 본 발명에 다른 파워 레벨과 사이클 시간 및 주파수 변동 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도14는 주파수 변동 및 치밀화 속도(퍼센트/시간) 사이의 통계적인 상관관계를 나타낸다.
도15는 다공성 물품이 본 발명의 유도코일에 대하여 어떻게 장착될 수 있는 방법에 관한 변동을 나타낸다.
본 출원의 모든 도면은 설명을 위한 것이며 예를 든것이다. 비례와 축적은 실제와 다를 수 있다.
순전히 예를 들고 및/또는 설명을 위하여, 마찰 브레이크 디스크를 제조하기 위한 다공성 탄소 프리폼 등의 다공성 프리폼이 이하 언급된다. 그러나 본 발명은 설명된 방식으로 다른 종류의 다공성 기재를 치밀화하는데 더 일반적으로 적용할 수 있다는 점을 특히 주목하여야 한다.
액체 전구체를 사용하여 치밀화를 수행하는 시설을 도1에 개략적으로 나타내었다. 이 시스템은 새로운 전구체 액체와 사용된 전구체 액체의 이송을 관리하는 원격 액체 전구체 저장소(100; 예컨대 유체이송시스템을 포함함)를 포함할 수 있다. 본 시스템에 따라서 사용된 전구체 액체의 일예로는 사이클로헥산(C6H12) 등의 액체 탄화수소이다. 예를 들어, 액체 전구체를 위하여 하나 이상의 원격 저장탱크(참조번호 100으로 집학적으로 나타냄)의 탱크 "파암(farm)"이 제공될 수 있다. 탱크 파암은 사용된 액체 전구체를 적어도 초기에 저장하기 위한 하나 이상의 탱크를 포함할 수도 있다. 안전상의 이유로 적어도 탱크 파암(100)을 시설의 받침대로부터 일정 거리를 유지하게 하는 것이 바람직하거나 또는 (적용되는 산업 기준에 따라서는) 요구되기도 한다. 예를 들어, 일부 지방자치단체 및/또는 정부의 조례나 법령은 수백 피트 떨어뜨릴 것을 요구한다.
이 시설은 원한다면 비교적 작은 양의 새로운 전구체 액체를 처리장비에 가깝게 유지하기 위하여 비교적 작은 로컬 저장탱크(105)를 임의선택적으로 포함할 수 있다.
시설의 여러 부품들을 연결시키는데 사용되는 파이프 시스템(펌프 등을 포함함)은 종래의 것이며 사용되는 액체 전구체, 특히 그렇지만 반드시 이에 한정되는 것은 아닌 액체탄화수소의 이송을 위하여 적절한 임의의 구성과 배치일 수 있다. 유체이송시스템은 컴퓨터로 제저되는 것이 바람직하지만 반드시 그럴 필요는 없다. 상업적으로 구입가능한 컴퓨터 제어형 시스템(OPTO 22 회사로부터 구입가능한 것을 예로 들 수 있는데 한정하고자 하는 것은 아님)이 이 타입의 유체이송시스템을 감시하고 제어하기 위해 사용될 수 있는데, 외부 공급부로부터 새로운 액체 전구체를 로딩하는 것을 포함한다.
액체 전구체는 로컬 전구체 저장탱크(105)로부터 하나 이상의 반응챔버(참조번호 110으로 집합적으로 표시함)로 공급된다. 바람직하게는, 피결합된 유도가열 코일은 물론, 그 안에서 치밀화되는 하나 이상의 프리폼을 실질적으로 담그기 위해 충분한 액체 전구체가 제공된다.
전술한 바와 같이, 필름 보일링 공정은 부분적으로 프리폼 구멍의 내부 표면에 열분해 탄소의 형성을 초래하는 가스 상의 화학종들을 생성한다. 과잉 전구체 증기는 가능한 정도까지 포획되어 공정 내에서 저장소(100)에 재순환될 수 있도록 종래의 응축기 유닛(115)에서 응축된다. 응축기 유닛(115)을 냉각시키기 위하여 적절한 수온을 유지시키는데 상업적인 냉각탑(14)을 사용할 수 있다.
아직 남아있는 방출가스는 임의선택사항인 종래의 열산화기(120)로 이송되어 방출가스 내의 잔류 탄화수소를 태워 없앨 수 있다.
AC 파워 서플라이(125)로부터 나오는 전기가 설비 내의 주어진 부재들의 배 치에 따라서 그리고 적절한 원하는 크기를 고려하여 구성된 금속 버스 막대(30)들에 의해 유도코일(25)(도2와 도3에 개략 도시함)로 보내진다. 이 버스 막대들은 예컨대 구리로 제조될 수 있다. 버스 막대(30)는 임의선택적으로는 냉각수 네트워크(50)에 의해 수냉식으로 냉각될 수 있다(예컨대 도2 참조). 각 파워 서플라이(125)는 원격 비례적분미분(PID) 루프 제어성능을 가질 수 있고 컴퓨터 제어 터미널로부터 감시되고 제어될 수 있다. 치밀화 공정의 파워 밀도 제어, 전압 제어, 전류 제어, 주파수 제어 및/또는 온도 제어가 후술하는 바와 같이 본 발명에서 개별적으로 또는 다양한 조합으로 계획된다.
도2는 그 안에서 하나 이상의 다공성 프리폼을 처리하도록 구성되고 배치된 반응챔버(110)의 부분 측절개도이다. 도3은 이에 대응하는 반응챔버(110)의 부분 평면 절개도이다.
반응챔버(100)는 처리될 각 프리폼(35)에 대응하여 예컨대 2쌍의 유도 가열코일 세트(25)를 갖는다 (도3 참조). 유도코일 세트(25) 각각은 바람직하게는 예를 들어 액체 탄화수소 환경을 견딜 수 있는 예컨대 ("G-10"으로 당업계에 알려진 것과 같은) 비전도성 유리복합재료(45)로 제조된 열적으로 안정한 비반응성 지지부를 사용하여 제 위치에 장착된 한쌍의 이격된 유도코일을 구비한다. 유도가열 코일(25)은 각기 바람직하게는 수냉식 팬케이크 나선형 코일이고, 구리 금속으로 제조될 수 있다. 이런 이유로, 유도코일(25)용 수냉 시스템 전용의 열교환기(135; 도1 참조)를 제공하는 것이 바람직하다. 열교환기(135)는 존재한다면 알려진 방식으로 냉각 타워(140; 도1)에 연결될 수 있다. 사용에 있어서, 치밀화되는 프리폼(또 는 마모된 브레이크)(35)은 그 어느 한쪽에 유도코일(25)로부터 직접 커플링시켜서 가열된다 (도5도 참조).
코일/반응챔버(110)를 로딩하고 언로딩하는 예에 있어서, 상부 덮개 패널(15)은 챔버(110)를 밀봉하기 위하여 종래의 잠금기구(예컨대 종래의 볼트)를 구비한다. 각 반응챔버(110)(제공되는 것과 같은 수의)는 각각 공통의 액체 전구체 공급라인 연결부(20)와, 응축기(115)와 열산화기(120)에 작동가능하게 연결된 공통의 배출라인(10)을 구비한다. 설명을 명확히 하기 위하여, 배출라인(10)과 전구체 공급라인(20)으로의 외부 연결부는 도2와 도3에 도시되어 있지 않지만 도1의 개략적인 도시에 따른다.
주목할 점은 도8이 다른 반응챔버 디자인(80)을 나타내는 것으로서, 여기에서는 복수의 프리폼(82)이 반응챔버 공간으로 미끄럼 이동될 수 있는 랙(rack) 형상 구조에 전방 로딩된다.
각 반응챔버(110)는 바람직하게는 컴퓨터 제어 시스템으로부터 채워지고 배출되고 감시될 수 있다. 치밀화 공정으로부터 배출되는 액체 전구체 증기는 응축되고 결국에는 반응챔버(110)로 다시 공급되는데, 잔류하는 배출가스는 열산화기(120)로 이송되어 태워진다.
예를 들어, 반응챔버는 알루미늄으로 적절히 제조될 수 있다. 다른 적절한 재료는 비자성체로서 유리, 스테인레스 스틸, 세라믹 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는데, 이에 한정하는 것은 아니다. 전용의 내부 버스와 코일들이 치밀화되는 프리폼들의 크기에 따라서 제공된다. 프리폼 직경의 전형적인 예는 약 10인치에서 25인치 범위이다. 특히 일반적인 예로는 15인치와 20인치 직경의 프리폼을 포함한다.
휘발성 액체 탄화수소는 본 발명에서 사용되는 액체 전구체의 특별한 예이기 때문에, 연소의 위험을 줄이도록 예컨대 (산소를 포함하는 공기 대신에) 불활성 가스로 파이프 시스템을 씻어내리고 시스템 내의 보이드(void)를 일반적으로 채우기 위하여 불활성 가스 공급시스템을 제공하는 것이 바람직하다 (그러나 반드시 제공해야 하는 것은 아니다). 질소 가스는 이 목적을 위한 적절한 불활성 가스의 예이다. 그리고, 원격 및 로컬 액체 전구체 저장탱크 양쪽에서의 비어있는 공간은 휘발성 증기들이 위험하게 축적될 가능성을 방지하기 위하여 계속적으로 공급되는 약간 과압의 질소가스(또는 종래에 알려진 다른 불활성 가스)로 유지될 수 있다. 배출된 질소가스와 혼합된 탄화수소 화학종들은 가스가 외부로 배출되기 전에 탄화수소들이 타서 없어지도록 열산화기(120)로 보내진다.
또한, 시스템은 "습식" 공정을 사용하기 때문에, 치밀화에 따른 치밀화된 프리폼들을 건조시키기 위하여 시스템 내에 건조 오븐(130)을 제공하는 것이 유용하다. 만약 존재하는 경우 이 건조 오븐(130)으로부터의 배출은 결과적으로 발생하는 방출가스에 동반된 무거운 아로마틱(aromatic)과 가벼운 아로마틱을 처리하기 위하여 바람직하게는 또한 열산화기(120)에 연결된다. 건조시키는 동안 오븐 내의 휘발성 가스들이 존재하는 점을 고려하면, 안전을 위하여, 그 안에서 폭발이 있는 경우 구조적으로 고장에 견디는 오븐 구조를 사용하는 것이 유용하다. 건조 공정은 예를 들어 공정제어를 간단히 하기 위하여 컴퓨터로 제어될 수 있다.
본 발명에 따라 다공성 물품의 구멍들 내에 퇴적되는 재료는 탄소, 실리콘 카바이드, 실리콘 질화물, 탄소-실리콘 카바이드, 또는 탄소-실리콘 질화물일 수 있는데, 이는 예를 든 것이고 제한하려고 하는 것은 아니다.
퇴적된 재료(업계에서는 때때로 "매트릭스" 재료라 함)는 사용된 액체 전구체의 선택에 대응한다. 예를 들어, 프리폼 내에 탄소를 퇴적시키기 위하여, 탄화수소 예컨대 사이클로헥산, 엔핵산(n-hexane), 벤젠, 톨루엔 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 메틸트리클로로실란(methyltrichlorosilane), 디메틸디클로로실란(dimethyldichlorosilane), 메틸디클로로실란(methydichlorosilane), 트리스-엔-메틸 아미노 실란(tris-n-methyl amino silane) 또는 다른 유기실란(organosilane) 혼합물들이 실리콘 카바이드와 실리콘 질화물을 퇴적시키기 위하여 사용될 수 있다. 게다가, 전구체 액체가 함께 퇴적되는 재료로 선택될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 카바이드와 실리콘 질화물의 혼합물이 트리스-엔-메틸 아미노(tris-n-methyl amino) 또는 다른 실란 화합물을 사용하여 퇴적될 수 있다. 또한 탄소-실리콘 카바이드 및 탄소-실리콘 질화물 등의 함께 퇴적되는 재료는 적절히 선택된 전구체 혼합물과 함께 제조될 수 있다. 원하는 매트릭스에 따라서, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 질화물 경계 코팅이 치밀화의 초기단계 동안에 생성되거나 또는 매트릭스 치밀화 동안 함께 퇴적될 수 있다.
치밀화 동안 프리폼을 회전시키면 치밀화 공정을 실질적으로 증진시킬 수 있다. 따라서, 프리폼은 치밀화 공정동안 유도코일의 영향을 받아 그 중심 주위로 회전되도록 대응하는 유도코일에 대하여 장착될 수 있다. 예를 들어, 각각의 반응챔 버의 바깥에 위치된 회전구동장치에 적절히 연결될 수 있는 주어진 프리폼의 중심에 장착 어셈블리가 제공될 수 있다. 프리폼의 회전속도는 현재 고려하는 바로는 분당 1회전에서 분당 5회전일 수 있다.
창안된 시스템에 따르면, 프리폼과 코일 및/또는 버스 사이의 우연한 접촉에 의해 야기되는 쇼트 또는 전기부하 누전을 방지하기 위하여 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 또는 수지 폴리에폭시드(polyepoxide)(즉, 에폭시) 등의 눌어붙지 않는 전기절연 코팅을 코일 및/또는 버스에 제공하는 것이 유용할 수 있다.
일 실시예에서, 각 반응챔버 내의 유도코일은 대응하는 AC 전기 파워서플라이와 연관된다. 본 출원에 적절한 상업적으로 구입가능한 AC 파워서플라이의 예는 모델 번호 LSP 14-400/30 레펠 유도형(Lepel induction-type) 파워서플라이이다.
파워서플라이로부터 나오는 AC 파워는 외부 냉각수 네트워크를 구비한 (예컨대) 구리 버스 바아에 의해 유도코일로 보내진다. 이하 자세히 설명하는 바와 같이, 대응하는 복수의 프리폼을 치밀화하기 위한 복수의 유도코일 어셈블리에는 부하분산기(load balancer) 등의 추가회로가 필요없이 직렬로 또는 병렬로 전기가 직접 공급될 수 있다.
레펠 파워 서플라이는 예를 들어 원격의 비례적분미분(PID) 루프 제어 성능을 가지며 컴퓨터 제어 터미널로부터 감시되고 제어될 수 있다. 알려진 방법에 의한 치밀화 공정의 파워 밀도, 전압 제어, 전류 제어, 및/또는 온도 제어는 또한 계획된 해결책의 범위 내에 있다.
구부러진 구리 튜브(사각형이거나 또는 둥근)로 구성된 종래의 팬케이크 코일을 사용하면 나선형 유도코일에 대응하는 바람직하지 않은 "나선형" 치밀화(때때로 "거울 효과"라고 함)가 초래된다. "나선형 치밀화"는 대체로 원주형의 "줄무늬"- 치밀화가 인접영역과는 적지않게 다른 영역에 의해 특히 특징지워지는 일반적으로 비균일한 치밀화로 불리는 업계에서 인식된 용어이다. 이 문제는 코일 디자인의 불완전함, 특히 코일의 인접 권선(turn)들 사이의 간극과 상당히 관련된다. 종래의 구리 튜브는 코일의 인접 권선들 사이의 간격을 일정하게 유지하면서 팬케이크 코일로 형성하는(즉, 구부리는)것이 비교적 어렵다. 따라서, 종래 구조의 코일 권선들 사이의 간극은 인접한 프리폼의 불충분한 가열을 초래할 수 있다. 이는 차례로 불량한 치밀화의 결과를 낳는다. 그리고, 팬케이크 코일 거리는 침투깊이에 대한 임의의 조정을 허용하지 않는 통상 고정된 위치에 있다.
따라서, 시스템은 원하는 코일 형태로 밀링가공되거나 또는 달리 기계가공된 예컨대 1/4인치 고체 구리판으로 제조된 유도코일을 사용한다. 바람직하게는, 높은 정밀도의 기계가공 동작, 예컨대 컴퓨터 수치제어(CNC) 밀링 등이 구리판으로부터 코일을 형성하는데 사용된다. 구리 냉각튜브는 기계가공된 구리판의 바깥쪽(즉, 사용중인 프리폼과 마주보는 쪽의 반대쪽)에 브레이징된다. 브레이징 합금은 필름 보일링 공정 (및 적용될 수 있는 임의의 다른 열처리) 동안 예상된 온도환경을 견딜 수 있는 한 구리를 브레이징하기에 적절한 임의의 상업적으로 구입가능한 합금일 수 있다.
따라서, 유도코일(25)은 (예를 들어 상술한 바와 같이 금속판을 밀링함으로 써 제조된) 고체 금속부분(25a)과, 프리폼(35)으로부터 반대쪽 코일측 상에서 금속부분(25a)에 브레이징된 냉각수 튜브(25b)를 구비한다. 도4는 냉각수 튜브(25b)가 그 위에 브레이징된 유도코일의 측면을 나타내는 유도코일(25)의 부분측면도이고, 도5는 프레임(45)의 한 쌍의 유도코일(25) 사이에 장착된 프리폼(35)의 부분단면도이다. 도면의 명확성을 증가시키기 위하여 (연속을 나타내는 점선으로 암시된 바와 같이) 교번 코일 권선들의 부분들이 도4에서 제거되어 있음을 주목하여야 한다.
현재 고안된 유도 코일은 (예컨대 구리로 제조된) 기계가공된 편평한 금속판을 사용하기 때문에, 구리튜브를 구부리는 것보다 (특히 코일의 권선들 사이의 간극에 대하여) 더 큰 정밀도로 제조될 수 있다. 그리고, 기계가공된 구리판은 구부러진 구리 튜브처럼 응력 및 스트레인 변형을 겪지 않는다.
도5는 본 발명에 따른 유도코일의 하나의 세그멘트의 단면도이다. 볼트 축(27)과 같은 장착 고정물이 냉각수 튜브(25b)의 외부에 부착될 수 있다. 각각의 볼트 축(27)은 (G-10 유리 또는 다른 적절한 화학적으로 중성인 재료로 형성될 수 있는) 지지 프레임(45)에 각 유도코일(25)을 장착하기 위하여 대응하는 너트(27') 등과 함께 사용될 수 있다. 프리폼(35)은 그 주변부의 복수의 위치에서 프리폼을 보지하는 지지부(37)를 사용하여 유도코일(25)에 대하여 적절히 보지된다. 지지부(37)는 G-10 유리 또는 비반응성 수정유리 또는 알루미나 실린더 등과 같이 프레임(45)을 제조하는데 사용되는 다른 재료로 제조될 수도 있다. 예를 들어, 지지부(37)는 일개방단부에 횡방향 노치(37a)가 형성된 속이 빈 원통형 부재인데, 노치는 프리폼(35)의 에지를 수용하기에 적절한 크기를 갖는다. 다른 폭(37a)을 갖는 다른 지지부(37)가 프리폼(35)의 두께에 따라서 사용될 수 있다. 각 지지부(37)는 볼트나 나사 등에 의해 베이스(37b)를 사용하는 프레임(45)에 대하여 장착될 수 있다. 반경방향으로 뻗어있는 슬롯(39)이 베이스(37b)를 장착하는데 사용되는 볼트나 나사를 수용하기 위하여 프레임(45)에 제공될 수 있어서, 지지되는 프리폼(35)의 직경에 따라서 베이스(37b)를 위한 고정점을 이동시킴으로써 각 베이스(37b)의 반경방향 위치가 조정될 수 있다.
치밀화되기 전에 프리폼들은 대체로 부드럽고 휘어지기 쉽다는 것이 당업계에 공지되어 있다. 따라서, 프리폼을 치밀화하기 전에 구부러짐 및 다른 형태의 휨 또는 변형을 감소시키는 방식으로 프리폼을 유도가열코일에 대하여 유지하는 것이 바람직하다. 도15는 도5에 도시된 것의 변형으로서 프리폼을 장착하는 설비를 나타낸다. 도15에는, 지지부(37)에 추가하여, 프리폼을 더욱 지지하기 위하여 서스펜션 벨트(39)가 프리폼의 주변부 둘레에 제공된다. 서스펜션 벨트(39)는 예컨대 (브레이드 세라믹 쓰레드(braided ceramic thread), 탄소 쓰레드 또는 유리섬유 스트랜드(strand)나 쓰레드와 같은) 화학적 비활성 와이어 또는 쓰레드(thread; 39b)에 의해 상호연결된 알루미나 또는 G-10 유리 막대 또는 튜브 등의 복수의 규칙적으로 이격된 지지부재를 구비한다. 벨트(39)는 일그러짐을 최소화하기 위하여 프리폼(35)의 중량을 더 균일하게 지지한다. 벨트(39)는 프레임(45)의 상부 위치(38a)에서 (도15에는 개략적으로만 도시함) 걸려있을 수 있으며 임의선택적으로는 프레임(45)에 하부 위치(38b)에서 추가로 고정될 수 있는데 (또 다시 도15에는 개략적으로만 도시함), 프레임(45)의 마주보는 양쪽 사이에서 뻗어있는 크로스 부재 등으 로 고정될 수 있다 (도5참조).
프리폼이 그 완전한 밀도에 도달하게 하기 위하여, 프리폼의 중앙부는 전구체 액체의 열분해 온도 이상으로 초기에 가열되는 것이 바람직하다. 치밀화가 진행됨에 따라, 유도가열에 의해 생성된 가열 프로파일때문에 치밀화는 프리폼의 중앙부로부터 반경방향 바깥쪽으로 이동하는데, 프리폼의 표면 영역은 액체 전구체와 접촉에 의해 상대적으로 냉각된다. 일실시예에서, 파워 서플라이의 주파수는 프리폼의 대략 중앙부 근방에서 침투깊이(skin depth)를 제공하도록 (프리폼의 재료특성을 고려하여) 설정된다. 프리폼의 중앙부가 치밀화됨에 따라서, 파워 서플라이의 주파수는 치밀화에 의해 야기된 프리폼의 전기적 특성 변화에 상응하여 증가한다.
필름 보일링 치밀화 공정에서 사용된 유도코일의 구조는 마찰특성을 포함하여 적절한 기계적 특성을 갖는 치밀화된 프리폼들을 얻는데 매우 중요하다.
치밀화 속도는 다공성 구조 내부의 온도와 관련되며, 따라서 사용된 파워 레벨과 관련된다. 가열에 사용된 파워의 제어는 원하는 치밀화 키네틱(kinetic)을 줄 수 있다.
예를 들어, 종래의 접근방법은 원하는 최종 재료를 얻기 위해 구축된 소정의 (및 일정한) 파워 커브 "레시피(recipe)"에 따라서 파워를 제어하는 것을 포함한다. 다른 종래의 접근방법은 치밀화 공정동안 다공성 구조 내부의 온도를 측정하는 것인데, 이에 의해 파워가 온도 설정값 또는 기준값에 따라서 제어될 수 있다. 탄소 브레이크 디스크의 경우, 예를 들어 브레이크 프리폼의 내부 온도는 900℃ 내지 1200℃ 사이에서 전형적으로 유지된다.
대조적으로, 본 발명은 치밀화되고 있는 다공성 물품의 치밀화 상태와 관련된 주파수 관련 파라미터에 의거하여 파워를 제어하는 방법이다. 이 방법은 다공성 구조를 유도가열하기 위하여 전자기장을 생성하는데 사용되는 파워레벨을 변화시킴으로써 다공성 물품의 치밀화 키네틱(즉, 시간당 (치밀화 공정을 통한) 물품의 중량수득)을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 특징들을 이하 설명하는 바, 이 특징들은 종래의 필름 보일링 치밀화 공정을 사용하는 경우와 구별된다.
주어진 다공성 물품에 대한 치밀화 키네틱을 정의함에 있어서 고려될 수 있는 작동 파리미터로는 초기 파워 설정(P1), 최종 파워 설정(P2), 초기 안정기 지속시간(T1), 램프(ramp) 지속시간(T2), 램프 타입(R1-선형 또는 R2-다항(polynominal)), 최종 안정기 지속시간(T3), 및 프리폼 크기(R-회전자 또는 SS-단일 고정자)이다.
본 발명은 직접적인 전자기 커플링을 통해 물품을 가열하면서 (탄소 프리폼 등의) 다공성 물품의 치밀화 키네틱이 제어되는 것을 허용한다. 이 방법은 치밀화공정 동안 다공성 물품, 파워 서플라이, 및 유도가열코일로 이루어진 전자회로의 공진주파수를 간접적으로 제어하는 것에 의거한다. 필름 보일링 공정을 통해 매트릭스 재료를 퇴적하면 다공성 물품과 유도코일의 조립체의 전기적 특성 변화를 초래하며, 이는 시스템의 공진주파수의 증가를 가져온다.
도14는 2개의 (다양한 조건의 파워 및 처리 시간을 사용하여) 다른 프리폼에 대한 치밀화 키네틱과 공진주파수 변화 사이의 통계적인 상관관계(R2)를 나타낸다. 각 점에서, 치밀화 키네틱(중량수득을 치밀화 시간으로 나눈 값)은 사이클 동안 측정된 시간에 따른 평균 주파수 변동에 대하여 도시되었다. 이 도면은 치밀화 키네틱이 주파수 변동과 매우 상관관계가 있음을 보여준다. 따라서, 치밀화 시이클 동안의 주파수 증가를 제어함으로써, 부품의 치밀화 키네틱을 제어할 수 있다.
이러한 파워 제어를 수행하기 위하여, 파워 서플라이는 동조 콘덴서(tuning capacitor)와 유도 코일의 공진주파수를 연속적으로 정합시키는 능력을 가지고 있어야 한다. 예를 들어, 스태티파워(Statipower) LSP14는 약 20-20 KHz의 범위 내에서 그 주파수를 조절할 수 있다. 이 범위에 포함된 공진주파수로 치밀화를 시작하기 위하여, 가열 코일의 인덕턴스를 의도적으로 변화시키거나 파워서플라이의 캐퍼시턴스 양을 동조시킴으로써 "부하 주파수"가 적합하게 수정되어야 한다.
따라서, 치밀화 사이클 동안, 시스템의 초기 공진주파수와 최종 공진주파수는 파워 서플라이의 정합 능력의 범위(예컨대 스태티파워 LSP14 파워 서플라이의 경우 10KHz) 내에 있어야 하며, 그렇지 않다면 동조 커패시턴스는 치밀화 사이클 동안 공진주파수를 감소시키도록 조절되어야 한다.
예를 들어, 스태티파워 LSP14 파워 서플라이와 함께 상술한 바와 같이 유도 코일을 사용하는 경우, 20인치 항공기 바퀴용의 탄소섬유 프리폼의 치밀화 사이클 동안 발생하는 공진주파수 변동은 전형적으로 +8 KHz보다 작고, 이는 LSP14의 공진주파수 정합범위가 본 발명에 따라서 그러한 프리폼의 치밀화를 수행하기에 충분히 넓다는 것을 의미한다.
도6은 상술한 개념에 따른 치밀화 사이클을 수행하는데 사용된 공진주파수 제어시스템의 개략도이다.
이 시스템은 공진주파수 정합능력을 가진 파워 서플라이(60)(예컨대 상업적으로 구입가능한 스태티파워 LSP14)와, 치밀화되는 프리폼(64)을 가열하기 위한 유도코일 어셈블리(62)와, 유도코일 어셈블리(62)에 연결된 주파수 미터/게이지(66)(예를 들어 상업적으로 구입가능한 요코가와(Yokogawa) 800+), 및 상업적으로 구입가능한 컴퓨터 제어시스템(68)(예를 들어 상업적으로 구입가능한 OPTO 22)를 포함한다.
치밀화 사이클 동안, 주파수 미터(66)는 코일/프리폼 시스템의 AC 전기 파워의 공진주파수를 측정하여 컴퓨터 시스템(68)에 이를 전송한다. 컴퓨터 시스템(68)은 측정들 사이의 주파수 변동을 자동적으로 계산하고, 이를 프로그램에 이전에 입력했던 주파수 변동 설정값과 비교하고 이어서 파워 출력을 동적으로 조정하여 주파수 변동 설정값과 정합시키거나 또는 적어도 주파수 변동 설정값 쪽으로 이동시킨다. (미터(66)의 표면에 도시된 값은 단지 도시를 위한 것이다.)
주파수 변동 설정값은 치밀화 사이클 동안 고정되거나 변할 수 있다.
도12는 주파수 변동 설정값의 아이디어를 나타낸다. 주파수 대 사이클 시간의 그래프에서, 2개의 라인은 900℃의 코어 온도 대 1400℃의 코어 물품 온도에 대한 시간에 따른 주파수 변화를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 코어온도가 높을수록 짧은 사이클 시간과 주파수 변동의 빠른 증가를 요구한다. 따라서, (유효하게 는 1400℃ 라인의 기울기인) 대응하는 주파수 변동 설정값은 높다.
마찬가지로, 900℃에 대한 라인이 사이클 시간에 걸쳐서 더 길게 뻗어있는데, 이는 낮은 온도에서 필요로 하는 더 긴 치밀화 시간을 반영한 것이다. 대응하는 설정값은 따라서 1400℃ 라인의 설정값보다 상당히 작다.
이런 의미에서 보자면, 최대 및 최소 주파수 변동 설정값의 개념은 치밀화 공정 동안 발생하는 원하는 최대 및 최소 온도에 대응하는 것으로 볼 수 있다. 주파수 제어는 따라서 이 한계들 사이에서 수행되는데, 단일 주파수 변동 설정값을 사용하든지 또는 이 한계 내에서 주파수 변동 설정값을 변화시켜서 수행된다.
도13은 공진주파수 변동이 이런 의미로 제어되는 2개의 치밀화 사이클을 나타낸다. 파워 및 주파수 변동(시간에 대한 주파수 변동)은 여기서 같은 그래프에 표시된다. 이 예에서, 사이클들은 2개의 다른 주파수 변동 설정값(0.22Hz/s를 사용한 사이클#1과 0.15Hz/s를 사용한된 사이클#2)에서 작동되었다.
이 치밀화 사이클의 제1 부분 동안, 프리폼의 코어가 치밀화될 때 파워는 상대적으로 낮고 안정된 상태를 유지한다. 치밀화의 전선(front)이 프리폼의 에지(즉, 표면)에 접근함에 따라, 파워가 더 급격하게 증가하여 허용된 최대 파워 레벨에 도달한다. 주파수 변동이 0(효과적으로 완전한 치밀화를 나타냄)이면 치밀화 사이클은 정지된다. 예상대로, 더 높은 주파수 변동 설정값을 가진 사이클 런(run)(사이클#1)이 가장 빠르다.
주파수 변동 설정값이 일정하게 유지될 필요는 없는데, 원하는 치밀화 패턴에 따라, 치밀화 공정이 진행됨에 따라 점차적으로 증가되거나 감소될 것이다. 탄 소 프리폼이 치밀화되는 경우, 주파수 변동 설정값이 가능한 한 낮게 유지될 때 가장 높은 코어 밀도들이 얻어질 것이다. 이 설정값이 낮게 치밀화를 개시할수록 사이클을 완료하는데 사이클 런은 더 오래 걸릴 것이다. 이 한계들을 초과하는 설정값들은 부적절한 치밀화를 초래한다.
이 공정제어의 특징은 파워 변동의 효과가 치밀화의 종단(end)에서 보다 치밀화의 초기에서 공진주파수에 대하여 다른 효과를 가진다는 점이다. 전형적인 치밀화 사이클 동안, 일정한 주파수 설정값은 종단에서보다 초기에서 더 낮은 (즉, 더 작은) 파워 변동을 가지고 유지된다. 이런 이유로, 주파수 변동 설정값에 따른 파워 조절을 가능하게 하는 제어시스템 소프트웨어는 가변 파워 보정인자를 포함할 수 있다. 통상, 이 보정인자는 사이클이 시작될 때 낮게 설정되어야 하며 치밀화 런(run)의 종단 쪽으로 증가된다.
공진주파수 제어가 개선된 대량생산을 위하여 사용될 수 있다. 가끔, 프리폼의 코어 치밀화가 중요하다. 일반적으로, 이 단계 동안의 파워는, 온도가 너무 높은 경우에 발생하는 디스크 내의 구멍 형성을 피하기 위하여 주의깊게 제어되어야 한다. 불행하게도, 프리폼들 사이의 물리적인 변동 때문에 그리고 직접적인 커플링 가열 때문에 다공성 물품 내부의 온도는 같은 파워 양이 디스크에 전해지더라도 하나의 사이클로에서 다른 사이클까지 다를 수 있다. 이는 부품들이 파워 커브 레시피 (소정의 파워-시간 커브)로부터 종래의 방식으로 치밀화된다면 연속적인 생산의 경우 문제가 될 수 있다.
상술한 바와 같은 주파수 제어는 치밀화의 일관성을 개선시키는 방법인데, 이는 파워가 일관된 평균 치밀화속도를 얻기 위하여 (그 사이의 물성 차이에도 불구하고) 각 디스크에 대하여 적용되기 때문이다.
공진주파수 제어의 다른 이점은 새로운 타입의 (즉, 다른 크기, 아키텍쳐 및/또는 섬유 타입에 대하여) 프리폼을 위한 치밀화 경험을 구축하는 것에 있다. 실제로, 이 파라미터들은 디스크를 가열하는데 필요로 하는 파워의 레벨에 대하여 중요한 효과를 가진다. 탄소 디스크 프리폼의 경우, 예를 들어 디스크의 두께는 프리폼 내부의 주어진 온도에 도달하는데 요구되는 초기 파워에 반비례한다.
치밀화에 크게 영향을 미치는 다른 인자는 z축을 따른 z-섬유율(fiber rate) (z축을 따라서, 달리 말하면 프리폼의 마찰면에 수직한 방향을 따라서 (예컨대 니들링에 의해) 변위된 섬유들의 정도에 대응하는 퍼센트 값임)이다. 높은 z 섬율율은 디스크 면들을 통한 더 높은 냉각율에 대응한다. 따라서, 더 많은 파워가 원하는 부품내의 온도를 얻는데 요구된다. 예컨대, 이 인자들은 하나의 구성과 다른 구성 사이에 치밀화를 개시하기 위하여 파워를 2배로 할 것을 요구할 수 있다. 파워 커브를 셋업하는 것은 사이클의 다른 단계들(전형적으로는 3단계, 낮은 파워에서의 평탄부 또는 느린 경사부, 최대 파워에 도달하기 위한 경사부, 및 최종의 높은 파워를 유지하기 위한 시간) 동안 치밀화 시간과 파워레벨을 결정할 것을 요구한다. 매번 프리폼 두께나 아키텍쳐와 같은 파라미터가 변경되면, 파워 커브의 각 부분은 종래에는 원하는 치밀화를 얻기 위하여 최적화되어야 할 것인데, 이는 긴 시간과 많은 폐기 프리폼들을 사용한다.
이와 대조적으로 이 변형은 본 명세서에 설명된 공진주파수 제어방법을 사용 하는 경우 쉽고 빠른데, 이는 하나의 파라미터(주파수 변동 대 주파수 변동 설정값)만이 조절되거나 고려되기 때문이다.
다수의 다공성 물품들이 유용하게 치밀화될 수 있다. 예를 들어, 다수의 다공성 물품들을 치밀화하기 위한 설비(도7 참조)는 복수의 적층된 프리폼(72)을 (지지대(76) 등의 위에 있는) 반응챔버(70)에 삽입하는 것을 의도하여 프리폼들의 평면들이 평행하고 수평하다. 적층된 프리폼들(72)은 본 발명에 따른 나선형 유도코일 어셈블리(74)에 의해 (예컨대 도8에서와는 달리) 그룹으로 포위될 수 있다.
본 명세서에 설명된 다수의 프리폼 치밀화의 주 목적은 (도7과 달리) 부하 분산 장치를 사용할 필요없이 복수의 유도코일 시스템을 사용하는 다부품 직접 커플링의 개념을 보여주는 것이다. 부하 분산 장치들은 1990년대 초반 MIT 링컨 연구소의 연구자들에 의해 먼저 도입되었고 후에 다부품 치밀화를 위하여 텍스트론 어드밴스드 머티어리얼(Textron Advanced Materials)에 의해 채택되었다. 그 당시 다수의 프리폼에 인가되는 전류와 유도 장 간섭(field interference)은 치밀화 공정의 균일성에 크게 영향을 미칠 수 있는 것으로 일반적으로 생각되었다. 그러므로, 부하 분산장치가 다부품의 치밀화를 위한 제어환경을 생성하기 위하여 치밀화되는 개별 부품들에 제공되는 파워 밀도를 균등하게 분산시키는(balance) 것이 필수적인 것으로 고려되었다.
현재의 실험에서, 3개의 부품 코일(14"φ)이 다음의 응답에 기초하여 평가되었다:
1. 중량% 픽업(pick-up)
2. 중간 기계가공된 밀도
3. 공정 온도
4. 현재 측정치
5. X선 단층촬영 스캔.
도8은 위에서 일반적으로 설명한 바와 같이 다수의 유도코일 어셈블리(82)를 사용하여 다수의 프리폼을 치밀화하기 위한 반응챔버(80)의 개략적인 사시도이다. 도8의 예에서, 유도 코일의 3개의 평행한 어셈블리(82)는 공통 버스(84)에 평행하게 전기적으로 연결된다.
도8에 도시된 것과 유사한 장치가 테스트를 위해 사용되었는데, 이 테스트는 각 어셈블리의 공정온도와 측정된 전류가 부하 분산 장치를 사용하지 않고 3개의 부품으로부터 서로 밀접하게 뒤따르는 것을 나타낸다. 이는 각각의 어셈블리들 사이의 유도 장간섭이 최소이고 그리고 다수의 다공성 부품들을 치밀화하기 위하여 다수의 유도 코일 장치를 사용하는 경우 파워 손실이 낮다는 것을 뜻한다. 그러나 아직 미해결된 것이 있는데, 장 간섭이 파워 분산에 기여할 가능성도 있다는 것이다.
전체적으로, 부하분산을 제외하는 다수 부품의 치밀화 연구로부터의 모든 응답들은 일관성이 있으며 적어도 3개 부품의 치밀화 구성으로 탄소 디스크를 제조할 수 있다. 온도 및 전류 프로파일링 모두는 3개의 모든 프리폼은 치밀화 사이클에 걸쳐 유사한 공정온도와 파워밀도를 받았다는 것을 보여준다.
도8의 장치는 엄격하게는 다수의 다공성 부품들의 치밀화를 나타내기 위하여 예를 든 것으로서, 다른 로딩 장치들이 가능하다. 더 일반적으로는, 도9a 내지 도9h와 도10a 내지 도10c는 복수의 유도코일 어셈블리가 파워 소스에 각각 병렬 및 직렬로 연결될 수 있는 다양한 장치를 개략적으로 나타낸다.
또한, 도11a 내지 도11d는 전류가 코일에 흐르도록 배치될 수 있는 여러 가지 방법을 주어진 유도코일 쌍에 대하여 개략적으로 나타낸다.
프리폼들의 외주 및 내주에 일정 형태의 절연재를 제공하는 것은 또한 프리폼의 반경방향 에지에서의 불규칙한 치밀화의 이슈를 검토하기 위하여 고안된 것이다. 절연재는 그 에지에서 프리폼의 가열을 유지하는데 도움을 주기 위한 것이다. 절연재는 프리폼의 내주와 외주에 쓰레드(thread)에 의해 결합된(bound) 화학적으로 적절한 펠트(felt)와 같이 간단할 수 있다. 예를 들어 절연재는 탄소 펠트, 유리섬유, 또는 심지어 폴리테트라플루오로에틸렌 메쉬일 수 있다. 결합(binding)은 예컨대 탄소 또는 유리섬유 쓰레드일 수 있다.
다른 잠재적인 구성은 각각 프리폼의 내주와 외주에 기계적으로 클램프 결합될 수 있는 (예컨대 화학적으로 적절한 세라믹으로 제조된) 기계적인 어셈블리이다.
본 발명을 나타내고 설명할 목적으로 특정 예를 참조하여 본 발명이 기술되었지만, 본 발명은 이 특정예들에만 한정되는 것은 아니라는 점을 이해하여야 한다. 더 상세하게는, 당업자라면 수정예 및 변형예들이 첨부된 청구범위에 기술된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 바람직한 실시예 내에서 이루어질 수 있다는 점을 용이하게 알 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 하나 이상의 다공성 물품을 치밀화하는 방법으로서,
    하나 이상의 다공성 물품을 하나 이상의 유도코일을 구비한 반응챔버에 로딩하는 단계;
    액체 전구체가 하나 이상의 다공성 물품의 구멍들에 침착되도록 상기 하나 이상의 다공성 물품과 하나 이상의 유도코일을 치밀화 하는 매트릭스 재료용 액체 전구체에 담그는 단계;
    상기 하나 이상의 다공성 물품의 구멍들의 내부 표면에서 증기층이 형성되도록 하기에 충분한 온도까지 그리고 증기가 상기 하나 이상의 다공성 물품들의 구멍들 내에 치밀화하는 매트릭스 재료를 열분해하고 퇴적하도록 하기에 충분한 온도까지 하나 이상의 유도 코일을 사용하여 상기 하나 이상의 다공성 물품을 유도가열하는 단계를 구비하고,
    여기에서 상기 하나 이상의 다공성 물품을 유도가열하는 단계는 치밀화하는 동안 하나 이상의 유도코일을 구동시키기 위해 공급된 AC 전기 파워를 능동적으로 제어하는 단계를 포함하는, 하나 이상의 다공성 물품을 치밀화하는 방법.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 치밀화하는 동안 하나 이상의 유도코일을 구동시키기기 위해 공급된 전기 파워를 능동적으로 제어하는 단계는 치밀화하는 동안 하나 이상의 유도코일에 공급된 AC 전기파워의 주파수 변동을 제어하는 단계를 구비하는, 하나 이상의 다공성 물품을 치밀화하는 방법.
  3. 청구항2에 있어서,
    공급되는 AC 전기파워의 주파수 변동을 제어하는 단계는,
    상기 하나 이상의 유도코일에 공급되는 AC 전기 파워의 주파수를 주기적으로 측정하는 단계;
    공급되는 AC 전기 파워의 측정된 주파수들의 변동을 계산하고 각각의 계산된 주파수 변동을 주파수 변동 설정값과 비교하되, 주파수 변동 설정값은 시간에 대한 주파수의 소정의 변화인, 계산 및 비교단계;
    계산된 주파수 변동과 주파수 변동 설정값 사이의 비교에 따라 공급되는 AC 전기 파워 레벨을 조절하는 단계;를 구비하는, 하나 이상의 다공성 물품을 치밀화하는 방법.
  4. 청구항3에 있어서,
    주파수 변동 설정값은 주어진 치밀화 싸이클에 걸쳐 일정한, 하나 이상의 다공성 물품을 치밀화하는 방법.
  5. 청구항3에 있어서,
    주파수 변동 설정값은 최소 및 최대 한계 사이에서 변할 수 있는, 하나 이상 의 다공성 물품을 치밀화하는 방법.
  6. 청구항5에 있어서,
    최소 주파수 변동 설정값은 치밀화가 발생할 수 있는 주어진 다공성 물품의 최소 코어 온도에 대응하는, 하나 이상의 다공성 물품을 치밀화하는 방법.
  7. 청구항6에 있어서,
    최대 주파수 변동 설정값은 주어진 다공성 물품의 최대 코어 온도에 대응하고, 이를 넘어서면 치밀화가 너무 빨리 진행되어 다공성 물품의 내부에서 불완전한 치밀화를 초래하는, 하나 이상의 다공성 물품을 치밀화하는 방법.
  8. 청구항5에 있어서,
    주파수 변동 설정값은 치밀화 싸이클의 코스(course)에 걸쳐 증가하는, 하나 이상의 다공성 물품을 치밀화하는 방법.
  9. 청구항3에 있어서,
    상기 주파수 변동 설정값에 따라서 공급되는 AC 전기파워를 조절하는 단계는 치밀화 싸이클 동안 동적으로 수행되는, 하나 이상의 다공성 물품을 치밀화하는 방법.
  10. 청구항9에 있어서,
    상기 주파수 변동 설정값에 대응하도록 하기 위하여 공급되는 전기파워의 주파수를 조절하는 단계는 컴퓨터 제어시스템을 사용하여 치밀화 싸이클 동안 동적으로 그리고 자동적으로 수행되는, 하나 이상의 다공성 물품을 치밀화하는 방법.
  11. 청구항1에 있어서,
    복수의 유도코일은 복수의 다공성 물품에 대응하여 제공되고, 복수의 유도코일은 공통의 파워소스에 전기적으로 연결되는, 하나 이상의 다공성 물품을 치밀화하는 방법.
  12. 청구항11에 있어서,
    복수의 유도코일은 단일 전기버스에 의해 공통의 파워소스에 전기적으로 연결되는, 하나 이상의 다공성 물품을 치밀화하는 방법.
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