KR20130076367A - 진공 열처리 장치 - Google Patents
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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 포함하고, 상기 반응 용기는 카본 복합재(carbon composite)를 포함한다.
Description
실시예는 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.
그런데, 반응 중에 도가니가 원료와 반응하여 생성된 물질이 도가니 내벽에 부착될 수 있다. 이렇게 생성된 물질은 도가니와 다른 물질이므로 이종 물질 간의 열팽창 계수 차이에 의하여 도가니에 열 응력이 가해진다. 심각할 경우 열 응력에 의하여 반응 도중에 도가니가 파손될 수 있다. 이에 의하여 도가니 교체 비용이 과다하게 발생하여 생산성이 저하될 수 있다.
또한, 반응 중 도가니 내에서 발생하는 미반응 가스를 배출하기 위해 상기 도가니에는 복수의 배기 구멍이 형성된다. 이러한 배기 구멍으로 반응 중 생성되는 배기 가스를 배출할 수 있다. 그러나, 이러한 배기 구멍으로 인해 상기 도가니가 수용할 수 있는 원료의 양에 제한이 생길 수 있다. 즉, 상기 배기 구멍이 있는 높이까지 상기 원료를 채우게 되면, 원료 즉, 탄화규소 분말의 비산으로 인해 원료의 손실이 발생할 수 있다. 이에 따라, 상기 도가니에서 배기 구멍의 아래 부분까지만 원료를 채우게 되고, 따라서, 도가니의 공간 모두를 원료 수용부로 사용할 수 없어 공간의 손실이 발생한다.
이에 따라, 상기 도가니 내에서 원료 수용 면적을 증대시킬 수 있고, 열 응력에 의한 도가니의 파손을 방지할 수 있는 도가니의 필요성이 요구된다.
실시예는 원료 수용 면적을 확장할 수 있고, 강성이 강한 반응 용기부를 포함하는 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 포함하고, 상기 반응 용기는 카본 복합재(carbon composite)을 포함한다.
실시예에 따른 진공 열처리 장치는 원료를 수용하는 반응 용기의 재질이 40% 내지 70%의 공극률을 가지는 카본 복합재이다.
따라서, 상기 반응 용기는 상기 반응 용기에 따로 미반응 가스 등이 배기되는 배기 통로의 생략이 가능하다. 즉, 상기 다공성 재질로 구성된 반응 용기 자체에서 상기 공극을 통해 미반응 가스 들이 배출되므로 별도의 배기 통로가 요구되지 않는다.
이에 따라, 상기 반응 용기 내에 수용할 수 있는 원료의 양을 증가시킬 수 있다. 즉, 종래에는 원료가 상기 배기 통로에 의해 비산되는 것을 방지하기 위해 배기 통로 아래 부분까지만 채웠으나, 실시예에 따른 반응 용기는 반응 용기의 상부까지 원료를 수용할 수 있다.
또한, 상기 카본 복합재는 종래 흑연 반응 용기보다 취성 및 강성이 크므로, 상기 반응 중 반응 용기의 변형 및 파손을 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 반응 용기의 교체 및 수리에 대한 비용을 절감할 수 있고, 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 진공 열처리 장치의 개략도이다.
도 2는 실시예에 따른 반응 용기부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 반응 용기부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
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 머플(muffle 30), 가열 부재(40), 배기관(50) 및 반응 용기부(60)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(60)가 반응에 적정한 온도로 유지될 수 있도록 단열시키는 역할을 한다. 이러한 단열 부재(20)는 고온에 견딜 수 있도록 흑연을 포함할 수 있다.
머플(30)은 내부의 반응 가스가 상기 단열 부재(20)으로 침투하지 못하게 하는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 머플(30)은 기밀성이 뛰어나며, 고온에 견딜 수 있도록 흑연을 포함할 수 있다
단열 부재(20) 및 머플(30) 내에는, 원료가 충전되고 이들의 반응에 의하여 원하는 물질이 생성되는 반응 용기부(60)가 위치한다. 이러한 반응 용기부(60)는 고온에 견딜 수 있도록 흑연을 포함할 수 있다. 반응 중에 생성되는 가스 또는 미반응 가스 등은 머플(30)에 연결된 배기구(50)를 통하여 배출할 수 있다.
단열 부재(20)와 머플(30) 사이에는 머플(30) 및 반응 용기부(60)를 가열하는 가열 부재(40)가 위치한다. 이러한 가열 부재(40)는 다양한 방법에 의하여 반응 용기부(60)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(60)를 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2는 실시예에 따른 반응 용기부를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A' 선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면 반응 용기부(60)는, 내부의 공간부를 구비하며 일면이 개구되는 반응 용기(62)와, 이 반응 용기(62)를 덮는 덮개 부재(64)를 포함할 수 있다. 이러한 반응 용기부(60)는 고온에서 견딜 수 있는 물질, 일례로 흑연으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 상기 반응 용기(62)는 카본 복합재(carbon composite)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 반응 용기(62)의 재질은 카본 복합재일 수 있다.
도면에서는 반응 용기(62)가 사각형의 평면 형상을 가지는 것을 도시하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 상기 반응 용기(62)는 다양한 다각 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 반응 용기(62)는 원형의 형상을 가질 수도 있다.
상기 카본 복합재는 탄소(C)를 100 중량% 포함할 수 있다. 또한, 상기 카본 복합재를 재질로 하는 상기 반응 용기(62)는 40% 내지 70%의 공극률을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 반응 용기(62)는 종래 상기 반응 용기(62)에 형성되어 있던, 배기 통로를 포함하지 않는다. 종래에는, 상기 반응 용기 내에서 우너료에 의한 반응 가스 또는 미반응 가스들은 상기 반응 용기에 형성된 배기 구멍들을 통해 반응 용기 밖으로 배출되었다. 그러나, 실시예에 따른 반응 용기는 상기 가스들이 배기 구멍이 아닌, 상기 반응 용기 내의 미반응 가스는 상기 반응 용기에 형성되어 있는 공극들에 의해 배기 될 수 있다.. 즉, 실시예에 따른 반응 용기(62)의 재질은 40% 내지 70%의 높은 공극률을 가지는 카본 복합재를 포함하므로 반응 용기(62)에 배기 통로가 없어도 미반응 가스 등을 배기할 수 있다.
실시예에서는 반응 용기에 배기 통로가 없어도 상기 반응 용기의 재질에 의한 공극들에 의해 미반응 가스들이 원활하게 배출될 수 있으므로, 진공 열처리 장치에서 제조된 물질의 품질을 향상할 수 있고, 입도를 균일하게 할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 반응 용기(62)는 상기 반응 용기(62) 내에 수용되는 원료(70)의 양을 증대시킬 수 있다. 종래에는, 상기 배기 통로에 의해 상기 원료 수용 면적이 감소하였다. 즉, 원료 즉, 탄화규소 분말의 비산으로 인해 상기 배기 통로로 원료의 손실이 발생하므로, 상기 배기 통로 아랫부분까지만 상기 원료를 수용하였다. 그러나. 실시예에 따른 반응 용기는 상기 배기 통로가 없으므로, 상기 반응 용기의 모든 면적에 원료를 투입할 수 있어, 탄화규소 분말 합성 공정의 효율 및 시간을 단축할 수 있다.
또한, 상기 카본 복합재는 종래의 흑연에 비해 취성이 높으므로, 상기 반응 용기의 표면에 형성되는 탄화규소에 의한 반응 용기의 변형 및 파손을 감소할 수 있다. 따라서, 상기 반응 용기의 수명을 향상시킬 수 있고, 반응 용기의 교체 횟수가 감소되므로 공정 효율의 향상 및 공정 비용을 절감할 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 (4)
- 챔버;
상기 챔버 내에 위치하는 반응 용기; 및
상기 챔버 내에서 상기 반응 용기를 가열하는 가열 부재를 포함하고,
상기 반응 용기는 카본 복합재(carbon composite)를 포함하는 진공 열처리 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 반응 용기는 40% 내지 70%의 공극률을 가지는 진공 열처리 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 카본 복합재는 탄소를 100 중량% 포함하는 진공 열처리 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 반응 용기는 사각 또는 원형의 형상을 포함하는 진공 열처리 장치.
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|---|
| 일본 특허공보 특허 제 2660515호(1997.10.08.) 1부. * |
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