KR20120062572A - 진공 열처리 장치 - Google Patents

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채경훈
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Abstract

실시예에 따른 진공 열처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 위치하는 반응 용기; 및 상기 챔버 내에서 상기 반응 용기를 가열하는 가열 부재를 포함한다. 상기 반응 용기의 측벽의 하부에 하부 배기 통로가 형성된다.

Description

진공 열처리 장치{VACUUM HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 기재는 진공 열처리 장치에 관한 것이다.
진공 열처리 장치는 원료를 도가니 내에서 열처리하여 원하는 물질을 제조하는 장치로서, 진공 상태에서 열처리를 수행하여 주위로부터의 오염이 발생하지 않는 등의 장점이 있다. 이러한 진공 열처리 장치에서는, 진공으로 유지되는 챔버 내에 단열 부재를 위치시키고 이 단열 부재 내에 히터를 위치시켜 원료를 가열한다.
진공 열처리 장치에서 반응 중에 생성된 가스 및 미반응 가스 등이 원활하게 배출되지 않으면 진공 열처리 장치에서 제조된 물질의 품질이 저하될 수 있다. 또한, 진공 열처리 장치에서 가스 등이 균일하게 배출되지 않으면 제조된 물질의 입도가 균일하지 않을 수 있다.
실시예는 반응 가스 및 미반응 가스를 원활하고 균일하게 배출할 수 있는 진공 열처리 장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 진공 열처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 위치하는 반응 용기; 및 상기 챔버 내에서 상기 반응 용기를 가열하는 가열 부재를 포함한다. 상기 반응 용기의 측벽의 하부에 하부 배기 통로가 형성된다.
상기 반응 용기 내에 다공질 부재가 위치할 수 있다.
상기 다공질 부재가 상기 반응 용기의 하부에 위치할 수 있다.
상기 다공질 부재가 상기 하부 배기 통로를 막도록 위치할 수 있다.
상기 다공질 부재의 두께가 상기 하부 배기 통로의 두께와 동일하거나 상기 하부 배기 통로의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 다공질 부재가 흑연을 포함할 수 있다.
상기 반응 용기는 내부에 공간부를 구비하며 일면이 개구되고, 상기 진공 열처리 장치는 상기 반응 용기를 덮는 덮개 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 반응 용기에서 상기 덮개 부재와 인접한 부분에 상부 배기 통로가 형성될 수 있다.
상기 상부 배기 통로와 상기 하부 배기 통로가 서로 대응하도록 위치할 수 있다.
상기 반응 용기가 복수로 구비되고, 상기 복수의 반응 용기의 외곽에서 상기 복수의 반응 용기를 감싸는 외곽 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 반응 용기의 평면 형상이 다각 형상 또는 라운드진 형상일 수 있다.
실시예에 따른 진공 열처리 장치에서는, 반응 용기에 하부 배기 통로를 형성하여 하부에서도 가스 배출이 될 수 있도록 한다. 이에 의하여 가스 흐름을 원활하게 할 수 있어, 제조된 물질의 품질을 향상할 수 있다.
이때, 하부 배기 통로를 막도록 다공질 부재를 위치시켜 반응 용기 내부의 원료는 흐르지 않도록 하면서 가스 배출은 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
이러한 하부 배기 통로는 상부 배기 통로와 대응하는 위치에 형성하는 것에 의하여 상부와 하부의 가스 배출을 균일하게 할 수 있으며, 이에 의하여 균일한 입도를 가지는 물질을 제조할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 진공 열처리 장치의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 반응 용기부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 4는 변형예에 따른 반응 용기부를 도시한 사시도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 반응 용기부를 도시한 개략도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 실시예에 따른 진공 열처리 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 진공 열처리 장치(100)는, 챔버(10)와, 챔버(10) 내에 위치한 단열 부재(20)와, 단열 부재(20) 내에 위치한 반응 용기부(30) 및 가열 부재(40)를 포함한다. 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
분위기 가스 공급 파이프(도시하지 않음)를 통하여 챔버(10)의 내부로 분위기 가스가 주입된다. 분위기 가스로는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다.
챔버(10) 내에 위치하는 단열 부재(20)는 반응 용기부(30)가 반응에 적정한 온도로 유지될 수 있도록 단열시키는 역할을 한다. 이러한 단열 부재(20)는 고온에 견딜 수 있도록 흑연을 포함할 수 있다.
단열 부재(20) 내에는, 원료가 충전되고 이들의 반응에 의하여 원하는 물질이 생성되는 반응 용기부(30)가 위치한다. 이러한 반응 용기부(30)는 고온에 견딜 수 있도록 흑연을 포함할 수 있다. 반응 중에 생성되는 가스 또는 미반응 가스 등은 반응 용기부(30)에 연결된 배기구(12)을 통하여 배출할 수 있다.
단열 부재(20)와 반응 용기부(30) 사이에는 반응 용기부(30)를 가열하는 가열 부재(40)가 위치한다. 이러한 가열 부재(40)는 다양한 방법에 의하여 반응 용기부(30)에 열을 제공할 수 있다. 일례로, 가열 부재(40)는 흑연에 전압을 가하여 열을 발생시킬 수 있다.
이러한 진공 열처리 장치(100)는 일례로, 탄소원과 규소원을 포함하는 혼합 원료를 가열하여 탄화 규소를 제조하는 탄화 규소의 제조 장치로 이용될 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 진공 열처리 장치(100)의 반응 용기부(30)를 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2는 일 실시예에 따른 반응 용기부를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면 반응 용기부(30)는, 내부의 공간부를 구비하며 일면이 개구되는 반응 용기(32)와, 이 반응 용기(32)를 덮는 덮개 부재(34)를 포함할 수 있다. 이러한 반응 용기부(30)는 고온에서 견딜 수 있는 물질, 일례로 흑연으로 이루어질 수 있다.
반응 용기(32)에는 반응 원료가 충전되는 내부의 공간부가 구비된다. 그리고 반응 용기(32)의 측벽 상부, 즉 반응 용기(32)에서 덮개 부재(34)에 인접한 부분에 상부 배기 통로(322)가 형성될 수 있다. 그리고 반응 용기(32)의 측벽 하부, 즉 반응 용기(32)의 바닥면 부근에 하부 배기 통로(324)가 형성될 수 있다. 이러한 상부 배기 통로(322) 및 하부 배기 통로(324)로 열처리 시 발생하는 반응 가스 또는 미반응 가스 등이 배출될 수 있다.
실시예에서는 상부 배기 통로(322)와 함께 하부 배기 통로(324)를 형성하여 가스들이 원활하게 배출될 수 있도록 한다. 그리고 반응 용기(32)의 상부와 하부에서 균일하게 가스들이 배출될 수 있도록 한다. 이에 의하여 진공 열처리 장치에서 제조된 물질의 품질을 향상할 수 있고, 입도를 균일하게 할 수 있다.
이때, 상부 배기 통로(322)와 하부 배기 통로(324)가 서로 대응하는 위치에 위치하도록 하여 가스 흐름을 좀더 원활하게 할 수 있다.
그리고 반응 용기(32)의 내부, 좀더 정확하게는 반응 용기(32)의 하부에 다공질 부재(36)가 위치한다. 이러한 다공질 부재(36)는 하부 배기 통로(324)를 막도록 위치하여, 반응 용기(32) 내에 위치하는 원료가 외부로 유출되는 것을 방지하면서 다공질 부재(36)의 기공에 의해 가스는 원활하게 흐르도록 할 수 있다.
다공질 부재(36)의 두께를 하부 배기 통로(324)의 두께와 동일하거나 이보다 두껍게 하여, 원료가 외부로 유출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이러한 다공질 부재(36)는 고온에서 견딜 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 다공질 부재(36)가 흑연을 포함할 수 있다.
실시예에서는 반응 용기(32)가 사각형의 평면 형상을 가지는 것을 도시하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 반응 용기(32)가 다양한 다각 형상을 가질 수 있다. 그리고 변형예로서 도 4에 도시된 바와 같이 반응 용기부(130)가 라운드진 평면 형상을 가질 수도 있다. 이를 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4를 참조하면, 반응 용기부(130), 즉 반응 용기(132) 및 덮개 부재(134)의 평면 형상이 라운드진 형상을 가질 수 있다. 그러면, 반응 용기(132)에 가해지는 열 응력들간의 방향성을 이용하여 반응 용기(132)에 가해지는 힘을 최소화할 수 있다. 이에 의하여 반응 용기의 변형 및 파손을 방지할 수 있다.
이때, 반응 용기(132)의 평면 형상이 원형 또는 타원형을 가지면, 반응 용기(132)에 가해지는 힘을 거의 0에 가깝게 할 수 있다.
본 변형예에서도 반응 용기(132) 측벽의 상부 및 하부에 각기 상부 배기 통로(1322) 및 하부 배기 통로(1324)를 형성하여 가스 흐름을 원활하게 할 수 있다. 그리고 반응 용기(132)의 하부에 다공질 부재(136)를 위치시켜 원료의 이탈을 방지하면서 가스 흐름을 유지할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 상술한 도 2 및 도 3과 관련한 설명과 동일 또는 거의 유사하므로 생략한다.
이하, 도 5를 참조하여 다른 실시예에 따른 반응 용기부를 상세하게 설명한다. 간략하고 명확한 설명을 위하여 상술한 실시예와 동일 또는 극히 유사한 부분은 상세한 설명을 생략하고, 서로 다른 부분에 대해서 상세하게 설명한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 반응 용기부를 도시한 개략도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 반응 용기부에서는, 반응 용기(36)가 복수로 구비되고, 복수의 반응 용기(36)의 외곽에서 이들을 감싸는 외곽 부재(38)를 포함할 수 있다. 반응 용기(36)는 도 2 또는 도 4에 도시한 바와 같은 반응 용기로 이루어질 수 있다. 이 외곽 부재(38)에도 배기 통로(도시하지 않음) 등이 형성될 수 있다.
이하, 제조예 및 비교예에 따른 탄화 규소의 제조 방법을 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 제조예는 본 발명을 좀더 상세하게 설명하기 위하여 예시로 제시한 것에 불과하다. 따라서 본 발명이 이러한 제조예에 한정되는 것은 아니다.
제조예
평면 형상이 원형이며 직경이 500 mm이고 높이가 250 mm인 반응 용기에 혼합 원료(SiO2와 카본 블랙(carbon black)의 혼합 원료)를 넣고 1800℃, 아르곤 가스 분위기에서 2 시간 동안 열처리하여 탄화 규소 분말을 제조하였다. 반응 용기의 상부 및 하부에 동일한 크기의 배기 통로가 형성되어 있었다.
비교예
반응 용기의 상부에만 배기 통로가 형성되었다는 점을 제외하고는 제조예와 동일한 방법으로 탄화 규소 분말을 제조하였다.
제조예 및 비교예에서 반응 용기의 상부 및 하부에서 제조된 탄화 규소 분말의 채취하여 입도를 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
상부 입도[㎛] 하부 입도[㎛]
제조예 1.4 1.2
비교예 1.4 0.6
표 1을 참조하면, 제조예에 의하면 반응 용기의 상부 입도와 하부 입도가 유사한 반면, 비교예에 의하면 반응 용기의 상부 입도와 하부 입도가 큰 차이를 보이는 것을 알 수 있다. 즉, 제조예에 의하면 제조된 물질의 입도를 균일하게 할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하는 반응 용기; 및
    상기 챔버 내에서 상기 반응 용기를 가열하는 가열 부재
    를 포함하고,
    상기 반응 용기의 측벽의 하부에 하부 배기 통로가 형성되는 진공 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응 용기 내에 다공질 부재가 위치하는 진공 열처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다공질 부재가 상기 반응 용기의 하부에 위치하는 진공 열처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 다공질 부재가 상기 하부 배기 통로를 막도록 위치하는 진공 열처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 다공질 부재의 두께가 상기 하부 배기 통로의 두께와 동일하거나 상기 하부 배기 통로의 두께보다 두꺼운 진공 열처리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 다공질 부재가 흑연을 포함하는 진공 열처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응 용기는 내부에 공간부를 구비하며 일면이 개구되고,
    상기 진공 열처리 장치는 상기 반응 용기를 덮는 덮개 부재를 더 포함하고,
    상기 반응 용기에서 상기 덮개 부재와 인접한 부분에 상부 배기 통로가 형성되는 진공 열처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부 배기 통로와 상기 하부 배기 통로가 서로 대응하도록 위치하는 진공 열처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반응 용기가 복수로 구비되고,
    상기 복수의 반응 용기의 외곽에서 상기 복수의 반응 용기를 감싸는 외곽 부재를 더 포함하는 진공 열처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반응 용기의 평면 형상이 다각 형상 또는 라운드진 형상인 진공 열처리 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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