KR20130083434A - 응력 완화 방식으로 천공된 작업편을 제조하는 방법 - Google Patents

응력 완화 방식으로 천공된 작업편을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 응력 완화 방식으로 유리, 유리 세라믹 또는 반도체로부터 천공된 작업편을 제조하는 방법에 관한 것이다. 작업편은 고전압 전기장에 적절한 주파수 또는 펄스 형태에 기초하여 변형 온도까지 가열된 다음 천공된다. 후속적으로, 천공된 작업편은 천공 처리에 의해 발생된 기계적 응력이 완화되는 속도로 변형 온도 범위에서 상온으로 냉각될 수 있다.

Description

응력 완화 방식으로 천공된 작업편을 제조하는 방법{METHOD FOR PRODUCING PERFORATED WORKPIECES IN A STRESS­RELIEVING MANNER}
본 발명은 응력 완화 방식으로 유리, 유리 세라믹 또는 반도체로부터 천공된 작업편을 제조하는 방법에 관한 것이다.
플라스틱, 반도체 또는 유리와 같은 유전체 재료의 포일 또는 박판은, 재료가 증발할 때까지 국부적으로 전열(electro-thermal) 가열하여 유전체에 구멍을 형성함으로써, 천공될 수도 있다. 천공 지점에서, 재료의 국부적인 가열은 브레이크다운 필드 강도를 국부적으로 감소시키기 위해 수행된다. 후속적으로 적절한 주파수 또는 펄스 형태의 고전압 전기장이 재료를 가로질러 인가되는 경우, 브레이크다운이 유발되어 전류가 재료를 가로질러 흐를 것이다. 대체로 반도체, 유리, 유리 세라믹 및 수많은 플라스틱의 경우에는, 재료의 전기 전도도가 온도로 인해 충분히 크게 증가되면, 재료의 브레이크다운 채널의 "전열 자체 집속(self-focusing)"이 유발된다. 재료가 더 고온이 되면, 전류 밀도가 과도하게 증가되어 재료가 증발될 때까지 계속해서 재료를 국부적으로 추가 가열하여, 사실상 증기가 천공을 "블로우 오픈(blow open)"한다.
국제공개공보 제2009/059768 A1호 및 제2009/074338 A1호에는, 열 에너지를 소정의 천공 지점에 선택적으로 공급하고 그리고 전류 및 파워 변조 소자에 의해 형성되는 전류 흐름을 유발시키도록 전기장을 인가함으로써 전기적 절연 기판에 천공을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 전체 작업편을 가열하지는 않는다.
독일 특허출원 제10 2007 062 979 A1호에는, 향상된 열충격 저항력을 갖는 유리 제품, 즉 요리 기구의 내부 페인(pane)과 같은 유리 시트를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이런 홈통 형상의 판유리는, 성형된 직후에, 국부 열원을 적절한 표면에 걸쳐 스위핑함으로써 판유리의 외부면 표면이 연화점 이상 범위의 온도로 급속 가열된다. 가열된 유리 시트의 후처리를 위해, 유리 시트는 레어(lehr)에서 서냉각되고 잔열 처리된다.
유리 또는 유리 유사 재료의 작업편이 전열적으로 천공되는 경우, 매우 높은 응력 환경이 구멍의 에지 구역에 유발될 수도 있다. 작업편의 기하학적 구조(구멍의 크기 및 패턴, 작업편의 두께 및 치수) 및 유리의 종류에 따라, 50 ㎫ 이상의 유해한 인장 응력이 유발되거나, 유해한 접선방향 인장 응력과 연관될 수도 있다. 작업편 내의 구멍의 공간이 아주 작아져야 하는 경우, 이런 작업편의 변형, 분열(splitering) 또는 균열의 위험이, 특히 추가적인 처리 단계들이 후속되는 경우, 예컨대 작업편이 코팅되어야 하는 경우, 특히 증가된다.
따라서, 본 발명의 목적은 전열적으로 천공되는 유리, 유리 세라믹 또는 반도체의 천공된 작업편을 응력 완화 방식으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 천공될 작업편은 작업편의 재료가 연화되는 천이 온도에근접한 온도 범위까지 가열되지만, 작업편의 변형의 위험이 유발될 수 있을 만큼 장기간 동안 이런 온도 범위로 유지되는 않는다. 적절한 주파수 또는 펄스 형태의 고전압 전기장에 기초하여 작업편이 천공된다. 이런 처리 동안, 전류 흐름이 증가하여 천공 재료를 가열하고 증발시킨다. 다른 구역보다 천공부의 에지 구역에서 온도가 더 높은 천공된 작업편이 이제 천공 처리에 의해 발생된 기계적 응력이 완화될 만큼 서서히 냉각될 수 있다.
또한, 냉각 단계는 펜듈럼 어닐링(pendulum annealing)에 의해 달성될 수도 있으며, 천공된 작업편은 상온으로 냉각되기 전에 재가열된다. 바람직하게는, 재가열은 대략 작업편 재료의 천이 온도인 온도 범위까지 수행된다.
본 발명에 따르면, 열적으로 유도된 응력 환경의 형성을 상당히 방지하거나, 기존의 응력 환경도 감소시키거나 제거할 수도 있다.
도 1은 천공된 작업편을 제조하는 방법을 개략적으로 도시하는 도면이다.
본 발명은 천공된 작업편을 제조하는 방법을 개략적으로 도시하는 도면을 참조하여 기술될 것이다.
노(2) 내에서 작업편 재료의 천이 온도 근방의 온도까지 가열되는 유리, 유리 세라믹 또는 반도체의 판형 작업편(1)이 노(2) 내에 배치된다. 천이 온도에서 작업편 재료가 연화되지만, 작업편은 이런 천이 온도에서의 단기간의 체류 시간 동안에 작업편의 형상을 상실하지는 않는다. 이런 온도는 1012 dPa·s 내지 1014 dPa·s의 점도 범위, 즉 천이 온도 바로 아래에서 바로 위까지의 범위에 대응한다.
이런식으로 열적으로 천공된 작업편(1)은 처리 공간(30) 및 전극(31)과 상대 전극(32)을 포함하는 천공 장치(3) 내에 배치된다. 고전압 발생기(33)가 전극(31, 32)을 여기시켜, 적절한 주파수 또는 펄스 형태의 고전압 전기장이 작업편(1)에 인가된다. 고전압 전기장은 화살표 34로 표시된 각각의 지점에서 감지될 수 있다. 이런 지점에서, 고전압 전기장은 작업편(1)의 재료의 유전 강도를 초과하여, 전류가 작업편을 가로질러 흘러 작업편 재료를 국부적으로 가열함으로써, 작업편 재료가 이런 지점에서 증발될 때까지 전류가 증가되고 열 발생이 증가된다. 각각의 구멍(10)은 소위 블로우 오픈된다. 이런 구멍(10)은 작업편 표면에 대해 실질적으로 수직으로 형성되며 거의 원형인 윤곽을 갖는다.
구멍(10)이 형성되면, 작업편(1)은 이제 레어로서 작동되는 노(2) 내로 재이송된다. 냉각 속도(cooling rate)는 천공 처리에 의해 발생된 기계적 응력이 완화되는 정도이다. 냉각 속도는 -0.5 ℃/분 내지 -5 ℃/분의 범위일 수도 있다. 유리 작업편의 경우, 약 -2 ℃/분의 냉각 속도가 천이 온도 근방의 온도 범위에서 바람직하다. 천이 온도를 상당히 벗어난 온도 범위에선, 냉각은 응력 완화가 이미 야기되었기 때문에 더 급속하게 수행될 수도 있다. 무알칼리 또는 저알칼리 유리의 경우, 천이 온도는 약 700 ℃이다. 이용된 가열 온도는 650 ℃ 내지 730 ℃의 범위이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 노(2)는 펜듈럼 어닐링 노로서 작동될 수도 있다. 이는 천공된 작업편이 천이 온도 근방의 범위까지 재가열되고 그리고 작업편의 완전한 완화가 기대될 수 있도록 다시 냉각될 수 있다는 것을 의미한다.
1 : 작업편 2 : 노
3 : 천공 장치 10 : 구멍
30 : 처리 공간 31 : 전극
32 : 상대 전극 33 : 고전압 발생기

Claims (7)

  1. 응력 완화 방식으로 유리, 유리 세라믹 또는 반도체로부터 천공된 작업편을 제조하는 방법이며,
    a) 천공될 작업편을 제공하는 단계로서, 상기 작업편은 작업편의 재료가 연화되는 천이 온도를 갖기 위한 성질을 갖는, 천공될 작업편을 제공하는 단계와,
    b) 바람직하게는 전체 작업편을 상기 천이 온도에 근접한 온도 범위까지 가열하는 단계와,
    c) 적절한 주파수 또는 펄스 형태의 고전압 전기장을 이용하여 작업편을 천공하는 단계로서, 상기 고전압 전기장에서 천공 재료를 가열하고 증발시키는 증가된 전류가 천공될 위치에 흐르는, 작업편을 천공하는 단계와,
    d) 천공된 작업편을 천공 처리에 의해 발생된 기계적 응력이 완화되는 속도로 상기 천이 온도 범위에서 상온으로 냉각시키는 단계를 포함하는,
    천공된 작업편을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 작업편의 연화는 1012 dPa·s 내지 1014 dPa·s의 점도 범위에서 수행되는, 천공된 작업편을 제조하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각 속도는 -0.5 ℃/분 내지 -5 ℃/분의 범위인, 천공된 작업편을 제조하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 천이 온도 근방에서의 냉각 동안 작업편으로서의 천공된 유리 시트에 대한 냉각 속도는 -2 ℃/분 ± 50 %인, 천공된 작업편을 제조하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 650 ℃ 내지 730 ℃의 범위의 가열 온도가 무알칼리 또는 저알칼리 유리로 제조된 작업편에 대해 이용되는, 천공된 작업편을 제조하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 d)에서, 천공된 작업편은 상온으로 냉각되기 전에 재가열되는, 천공된 작업편을 제조하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 재가열은 상기 작업편 재료의 천이 온도에 근접한 온도 범위까지 수행되는, 천공된 작업편을 제조하는 방법.
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