KR20160002261A - 상압 플라즈마 발생 장치 및 이를 포함하는 분말 처리 장치 - Google Patents

상압 플라즈마 발생 장치 및 이를 포함하는 분말 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치는, 플라즈마 형성 가스가 통과하는 위치에 배치되며, 교류 전원이 인가되는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되어 포텐샬 차이로 인한 제1플라즈마를 발생시키기 위한 적어도 하나 이상의 유도전극; 상기 제1 플라즈마가 발생되는 공간을 규정하며, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 적어도 하나의 유도전극을 포위하는 유전체가이드부; 상기 유전체가이드부의 외면에 배치되어 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 과의 포텐샬 차이로 인한 제2 플라즈마를 발생시키기 위한 안테나전극; 및 상기 안테나전극과 연결되어 상기 제2 플라즈마의 발생 밀도를 제어하는 안테나;를 포함할 수 있다.

Description

상압 플라즈마 발생 장치 및 이를 포함하는 분말 처리 장치{Atmospheric pressure plasma generating apparatus and powder treating apparatus including the same}
본 발명은 상압 플라즈마 발생 장치 및 이를 포함하는 분말 처리 장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 또는 나노 미세입자의 표면 처리나 코팅을 통해 미세입자의 기능화를 수행하고 양산화하는 상압 플라즈마 발생 장치 및 이를 포함하는 분말 처리 장치에 관한 것이다.
미세입자(미세분말) 소재는 정보, 전자산업, 화학의 촉매나 경량 나노 친환경 소재, 에너지 분야 등 첨단 고부가가치 산업의 광범위한 분야에 널리 사용되고 있으며, 다양한 미세입자를 대량 생산할 수 있는 기술, 나아가 나노 기능화 및 복합재료 등 이를 응용한 기술 및 상업화 연구가 활발하게 진행되고 있다.
미세분말은 입자간 거리가 매우 가까워서 입자간 발데르발스 힘(van der Waals force)이 입자 자신의 중력보다 매우 크고, 높은 표면에너지를 낮추기 위하여 상호응집이 일어나기 쉬운데, 이것은 미세입자의 고유특성을 저하시킬 뿐만 아니라 미세입자의 혼합, 분산, 코팅, 복합재료화 등 모든 분야에 걸쳐 실제 상업화에 장애가 되고 있다.
특히, 탄소계열의 미세입자들인 그래핀, 나노튜브, 나노섬유, 흑연, 카본블랙 등의 경우, 분자 간 인력이 큰 물질로서 그 자체가 매우 안정된 화학적 구조를 가지고 있어 다른 물질에 분산시켜 활용하기가 어려운 것으로 알려져 있다.
따라서, 미세입자의 표면에 기능화기를 도입하여 분산성을 향상시켜야 하는데, 현재 주로 사용되고 있는 기계적 방식(ball milling, calendering 등)과 화학반응에 의존하는 습식방식은 복잡한 공정과 낮은 생산성, 비환경적인 문제 등에 의하여 상용화에 어려움을 겪고 있다(Ma PC, Siddiqui NA, Marom G and Kim JK, composites: part A 41, pp1345, 2010).
반면에, 양산성, 환경친화성 등을 고려해볼 때, 플라즈마를 이용한 건식 처리방법이 선호되고 있는데, 이는 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 운반가스(carrier gas)를 이용하여 미세분말을 이송시키는 유동층 반응기(fluidized-bed reactor)를 이용하거나 이를 응용한 플라즈마 반응기는 균일한 기능화 처리가 가능하지만 공정조건의 조절이 어렵고 양산화에 한계가 있으며, 기계적인 교반(mechanical agitation)을 이용하는 플라즈마 반응기는 반응시간을 충분하게 해줄 수 있고 대량생산이 가능하여 일부 상업화가 이루어졌으나, 미세입자의 균일한 기능화 처리가 어렵다(Arpagus C, Sonnenfeld A and Rudolf von Rohr P, Chem. Eng. Technol.,2005, 28, No 1).
이처럼 입자의 크기가 작아질수록 3차원 미세입자의 균일한 표면처리가 기술적으로 어렵고, 처리 효과에서도 균일한 처리와 양산성을 기대하기 어려운 문제 때문에 이를 충족하기 위한 건식 처리장치는 아직 연구 단계에 머물러 있는 실정이다.
본 발명의 목적은, 미세입자의 표면에 기능화기를 도입하여 분산성을 향상시키는 동시에 미세입자의 균일한 표면 처리를 구현토록 하여 생산성 증대 및 양산화가 가능하도록 하는 상압 플라즈마 발생 장치 및 이를 포함하는 분말 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치는, 플라즈마 형성 가스가 통과하는 위치에 배치되며, 교류 전원이 인가되는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되어 포텐샬 차이로 인한 제1플라즈마를 발생시키기 위한 적어도 하나 이상의 유도전극; 상기 제1 플라즈마가 발생되는 공간을 규정하며, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 적어도 하나의 유도전극을 포위하는 유전체가이드부; 상기 유전체가이드부의 외면에 배치되어 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 과의 포텐샬 차이로 인한 제2 플라즈마를 발생시키기 위한 안테나전극; 및 상기 안테나전극과 연결되어 상기 제2 플라즈마의 발생 밀도를 제어하는 안테나;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치의 상기 안테나전극은, 상기 제1 플라즈마가 발생되어 이동되는 방향에 치우쳐 상기 유전체가이드부의 외면에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치의 상기 안테나 전극이 배치되는 상기 유전체가이드부의 내부공간에는 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마가 동시에 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치의 상기 안테나 전극은, 복수로 형성되고, 상기 유전체가이드부를 사이에 두고 서로 대향되게 배치되며, 서로 대향하는 상기 안테나 전극 사이와 대응되는 상기 유전체가이드부의 내부공간에는 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마가 동시에 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치의 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 상기 교류 전원이 인가되는 부분은, 절연체에 의해 포위될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치는, 상압 플라즈마 발생 장치; 상기 교류 전원을 인가하는 전원인가부; 상기 상압 플라즈마 발생 장치로 분말 원료를 공급하도록 상기 분말 원료가 저장된 원료저장부; 및 상기 원료저장부와 상기 상압 플라즈마 발생 장치를 서로 연결하여 상기 분말 원료가 통과하는 제1 유로부 및 제2 유로부;를 포함하며, 상기 원료저장부에 저장된 상기 분말 원료는, 상기 제1 유로부를 통과한 후 상기 상압 플라즈마 발생 장치로 공급되어 플라즈마 처리되고, 상기 제2 유로부를 통과하여 상기 원료저장부로 유입되는 공정이 소정 횟수 반복적으로 진행되어 플라즈마 처리가 될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치의 상기 제1 유로부는, 외부로부터의 상기 플라즈마 형성 가스의 공급 여부를 조절하는 작업가스공급조절밸브를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치는, 상기 제1 유로부에 설치되어 상기 분말 원료 및 상기 플라즈마 형성 가스가 상기 상압 플라즈마 발생 장치로 유입되도록 하는 송풍부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치의 상기 제1 유로부는, 외부로부터의 에어의 공급 여부를 조절하는 에어공급조절밸브를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치는, 상기 제1 유로부와 연결되어 상기 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료를 회수하는 회수부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치의 상기 제1 유로부는, 상기 원료저장부로부터 상기 분말 원료가 상기 상압 플라즈마 발생 장치 또는 상기 회수부로의 유입 여부를 조절하는 분기조절밸브를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치는, 상기 전원인가부에 의한 상기 교류 전원 인가가 차단되고, 상기 작업가스공급조절밸브의 조절에 의해 상기 플라즈마 형성 가스의 공급이 차단되며, 상기 에어공급조절밸브의 조절에 의한 상기 에어의 공급에 의해 상기 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료가 상기 상압 플라즈마 발생 장치를 경유하여 상기 원료저장부로 유입되도록 하며, 상기 분기조절밸브는, 상기 원료저장부로부터 상기 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료가 상기 회수부로 유입되도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치의 상기 원료저장부는, 상기 분말 원료가 저장되는 공간을 제공하는 공간부 및 상기 공간부 내에 위치 이동 가능하도록 배치되어 상기 공간부의 내면에 상기 분말 원료가 흡착되는 것을 방지하는 흡착방지부를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치의 상기 흡착방지부는, 상기 공간부의 내면에 접촉되어 상기 분말 원료가 상기 내면에 흡착되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치는, 상기 원료저장부에 장착되어 상기 제1 유로부 및 상기 제2 유로부 중 적어도 하나의 내부의 압력을 조절하는 압력유지밸브;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생 장치 및 이를 포함하는 분말 처리 장치에 의하면, 플라즈마의 발생 영역을 증대시키는 동시에 순환 공정을 적용하여 미세 분말인 분말 원료를 균일하게 플라즈마 표면 처리를 할 수 있으므로, 표면 처리의 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한, 반복적인 사용이 가능하여 생산성을 극대화하는 동시에 양산화가 가능하여 미세 분말의 적용 영역을 확장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치를 설명하기 위한 개략 사시도.
도 2는 도 1의 AA선에 따른 개략 단면도.
도 3은 도 1의 BB선에 따른 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치에 제공되는 제1 전극, 유도전극 및 제2 전극에 의해 제1 플라즈마가 발생되는 상황을 설명하기 위한 전기배선도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치에 제공되는 제1 전극, 제2 전극, 안테나전극 및 안테나에 의해 제2 플라즈마가 발생되는 상황을 설명하기 위한 전기배선도.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치를 도시한 개략도로, 분말 원료가 플라즈마 처리되는 과정을 설명하기 위한 개략도.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치를 도시한 개략도로, 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료가 회수부에 회수되는 과정을 설명하기 위한 개략도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치를 설명하기 위한 개략 사시도이며, 도 2는 도 1의 AA선에 따른 개략 단면도이고, 도 3은 도 1의 BB선에 따른 개략 단면도이다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치에 제공되는 제1 전극, 유도전극 및 제2 전극에 의해 제1 플라즈마가 발생되는 상황을 설명하기 위한 전기배선도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치에 제공되는 제1 전극, 제2 전극, 안테나전극 및 안테나에 의해 제2 플라즈마가 발생되는 상황을 설명하기 위한 전기배선도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상압 플라즈마 발생 장치(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 적어도 하나 이상의 유도전극(130)에 의해서 제1 플라즈마(P1)가 발생되고, 상기 제1 전극(110), 제2 전극(120), 안테나전극(140) 및 안테나(150)에 의해 제2 플라즈마(P2)가 발생되는 장치일 수 있다.
여기서, 상기 제1 플라즈마(P1)는 글라이딩 아크 플라즈마를 포함할 수 있으며, 상기 제2 플라즈마(P2)는 코로나 플라즈마를 포함할 수 있다.
이하에서 상기 제1 플라즈마(P1) 및 상기 제2 플라즈마(P2)의 발생 원리에 대해 상세히 설명하기로 한다.
상기 상압 플라즈마 발생 장치(100)는 플라즈마 형성 가스(P)가 통과하는 위치에 배치되며, 교류 전원이 인가되는 제1 전극(110) 및 제2 전극(120), 상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(120) 사이에 배치되어 포텐샬 차이로 인한 제1 플라즈마(P1)를 발생시키기 위한 적어도 하나 이상의 유도전극(130)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 전극(110), 상기 적어도 하나 이상의 유도전극(130) 및 상기 제2 전극(120)은 전기가 통하지 않는 절연체(160)와 고정되는 전극고정부(170)에 의해 상기 절연체(160)에 의해 제공되는 내부공간에 안정적으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 상압 플라즈마 발생 장치(100)는 상기 제1 플라즈마(P1)가 발생되는 공간을 규정하며, 상기 제1 전극(110), 상기 제2 전극(120) 및 상기 적어도 하나의 유도전극(130)을 포위하는 유전체가이드부(180), 상기 유전체가이드부(180)의 외면에 배치되어 상기 제1 전극(110) 및 상기 제2 전극(120)과의 포텐샬 차이로 인한 제2 플라즈마(P2)를 발생시키기 위한 안테나전극(140) 및 상기 안테나전극(140)과 연결되어 상기 제2 플라즈마(P2)의 발생 밀도를 제어하는 안테나(150)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 유도전극(130)이 제1 유도전극(130a) 내지 제4 유도전극(130d)을 포함하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
글라이딩 아크 플라즈마를 포함하는 상기 제1 플라즈마(P1)의 발생 원리에 대해 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이 플라즈마 형성 가스(P)가 절연체(160)의 내부공간으로 유입되고 제1 전극(110)에 고압의 교류 전원이 인가되면 그 순간에 이웃하게 이격되게 배치되는 유도전극(130)인 제1 유도전극(130a)은 제로 포텐샬(zero potential)로 양단간에 고전압 포텐샬이 형성되고 높은 전기장 상태가 되어 제1 플라즈마(P1)가 방전되게 된다.
이와 같은 방전에 의해 상기 제1 유도전극(130a)의 포텐샬은 상기 제1 전극(110)의 포텐샬과 유사하게 높게 올라가게 되며, 그 다음의 유도전극(130)인 제2 유도전극(130b)은 아직 제로 포텐샬 상태로 상기 제1 유도전극(130a) 사이는 높은 포텐샬이 형성되고 방전이 발생하게 되며, 이런 식으로 제3 유도전극(130c) 및 제4 유도전극(130d)에도 제1 플라즈마가 방전될 수 있다.
결국, 상기 제2 전극(120)에까지 제1 플라즈마(P1)가 방전되게 되면, 전체적으로 상기 제1 플라즈마(P1)는 전극의 곡선을 따라 글라이딩 되어 넓은 막 형태의 기다란 형태일 수 있다.
다음으로, 코로나 플라즈마를 포함하는 제2 플라즈마(P2)의 발생 원리에 대해 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마 형성 가스(P)가 절연체(160)의 내부공간으로 유입되고 제1 전극(110)에 고압의 교류 전원이 인가되면 상기 제1 전극(110)과 상기 안테나전극(140) 사이에 제2 플라즈마(P2)가 발생하는데, 발생되는 상기 제2 플라즈마(P2)의 밀도, 즉, 세기는 안테나(150)의 크기가 클수록 높아지게 된다.
다시 말하면, 상기 제1 전극에 고압의 교류 전원이 인가되면 높은 포텐샬을 갖는 상기 제1 전극(110)과 제로 포텐샬의 안테나전극(140) 사이의 전위차에 의해 제2 플라즈마(P2)가 이그니션 되며, 발생된 제2 플라즈마(P2)에 의해 전기통로가 형성된 안테나전극(140)을 통하여 안테나(150)에 높은 포텐샬이 형성되게 된다.
즉, 안테나(150)의 전자들이 주변으로 방출 또는 흡수되면서 상기 안테나(150)는 높은 포텐샬을 갖게 된다.
세부적으로, 설명하면, 교류 전원 인가에 의해 상기 제1 전극(110)은 높은 플러스 전압이 가해지게 되어 제2 플라즈마(P2)가 발생하여 전기 통로가 형성되면 안테나전극(140) 및 안테나(150)에 있는 전자가 외부로 방출하게 되어 높은 플러스 포텐샬로 된다. 이후 교류 전원의 전압의 극성이 바뀌어 상기 제1 전극(110)에 높은 마이너스 전압이 인가되면 앞 사이클에서 형성된 안테나(150) 및 안테나전극(140)은 높은 마이너스 포텐샬로 바뀌게 되며, 이와 같은 과정을 반복하게 된다.
여기서, 안테나(150)는 크기에 따라 발생되는 제2 플라즈마(P2)의 발생 밀도가 제어될 수 있다.
한편, 안테나전극(140)은 상기 제1 플라즈마(P1)가 발생되어 이동되는 방향에 치우쳐 상기 유전체가이드부(180)의 외면에 배치될 수 있으며, 상기 안테나전극(140)이 배치되는 상기 유전체가이드부(180)의 내부공간에는 상기 제1 플라즈마(P1) 및 상기 제2 플라즈마(P2)가 동시에 존재할 수 있다.
여기서, 상기 유전체가이드부(180)는 플라즈마 형성 가스(P)가 일정 방향으로 흐르도록 하여 상기 제1 플라즈마(P1) 및 상기 제2 플라즈마(P2)가 일정 방향으로 형성되도록 가이드하는 구조물일 있으며, 일정한 유전상수를 가지고 있어서 전하가 한쪽면에 있으면 유전체가이드부(180) 안에 분자가 분극 전이되어　전하가 있는 위치의 반대쪽에도 분극　분자가 존재하여 전하를 나타내는 물질일 수 있다.
즉, 제2 플라즈마(P2)가 발생하는 유전체가이드부(180) 안쪽에　전하가 존재하면 바깥쪽도 전기를 띠어 유도전극에 전하 이동을 유도해 안테나전극(140)에 전기를　띠게 할 수 있다. 따라서, 전극이 바뀌면 전위차가 발생할 수 있어 교류에　따라 교대로 전위차 발생에 의해 제2 플라즈마(P2)가 형성될 수 있게 할 수 있는 것이다.
상기 안테나전극(140)은, 복수개가 상기 유전체가이드부(180)를 사이에 두고 서로 대향되게 배치될 수 있으며, 서로 대향하는 상기 안테나전극(140) 사이와 대응되는 상기 유전체가이드부(180)의 내부공간에는 상기 제1 플라즈마(P1) 및 상기 제2 플라즈마(P2)가 동시에 존재할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생 장치(100)는 플라즈마의 발생 영역을 증대시킬 수 있다.
그리고, 상기 제1 전극(110) 및 상기 제2 전극(120)의 상기 교류 전원이 인가되는 부분은 절연체(160)에 의해 포위될 수 있으며, 상기 유전체가이드부(180), 안테나전극(140) 및 안테나(150)는 하우징(190) 내부에 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치를 도시한 개략도로, 분말 원료가 플라즈마 처리되는 과정을 설명하기 위한 개략도이며, 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분말 처리 장치를 도시한 개략도로, 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료가 회수부에 회수되는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
우선, 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 다른 분말 처리 장치(200)는 도 1 내지 도 5를 참조로 설명한 상압 플라즈마 발생 장치(100), 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)에 교류 전원을 인가하는 전원인가부(210), 상기 상압 플라즈마 발생 장치(100)로 분말 원료(W)를 공급하도록 상기 분말 원료(W)가 저장된 원료저장부(220) 및 상기 원료저장부(220)와 상기 상압 플라즈마 발생 장치(100)를 서로 연결하여 상기 분말 원료(W)가 통과하는 제1 유로부(230) 및 제2 유로부(240)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 원료저장부(220)에 저장된 상기 분말 원료(W)는 상기 제1 유로부(230)를 통과한 후 상기 상압 플라즈마 발생 장치(100)로 공급되어 플라즈마 처리가 될 수 있으며, 이후에는 상기 제2 유로부(240)를 통과하여 상기 원료저장부(220)로 유입되는 공정이 소정 횟수 반복적으로 진행되어 플라즈마 처리가 완료될 수 있다.
상기 제1 유로부(230)는 외부로부터 플라즈마 형성 가스의 공급 여부를 조절하도록 하는 작업가스공급조절밸브(V1), 외부로부터의 에어의 공급 여부를 조절하는 에어공급조절밸브(V2)를 포함할 수 있으며, 본 발명에 따른 분말 처리 장치(200)는 상기 제1 유로부(230)와 연결되어 상기 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료(W)를 회수하는 회수부(250)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 유로부(230)는 상기 원료저장부(220)로부터 상기 분말 원료(W)가 상기 상압 플라즈마 발생 장치(100) 또는 상기 회수부(250)로의 유입 여부를 조절하는 분기조절밸브(260)를 구비할 수 있다.
이하에서는 분말 원료(W)의 플라즈마 처리 공정에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
플라즈마 처리가 되어야 할 분말 원료(W)는 외부로부터 원료저장부(220)에 공급될 수 있으며, 상기 원료저장부(220)는 제1 유로부(230) 및 제2 유로부(240)와 서로 연결될 수 있다.
상기 원료저장부(220)는 소정의 내부공간을 구비하는 구조체로, 상기 분말 원료(W)가 저장되는 공간을 제공하는 공간부(220a) 및 상기 공간부(220a) 내에 위치 이동 가능하도록 배치되어 상기 공간부(220a)의 내면에 상기 분말 원료가 흡착되는 것을 방지하는 흡착방지부(220b)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 흡착방지부(220b)는 상기 공간부(220a)의 내면에 접촉되어 상기 분말 원료(W)가 상기 내면에 흡착되는 것을 방지할 수 있으며, 모터(M)에 의해 회전될 수 있다.
상기 모터(M)에 의한 상기 흡착방지부(220b)의 회전에 의해 상기 분말 원료(W)는 상기 공간부(220a)의 내면에 흡착되지 않은 채 상기 제1 유로부(230)로 유입될 수 있으며, 상기 제1 유로부(230)로 유입된 분말 원료(W)는 송풍부(270)에 의한 공기압에 의해 상압 플라즈마 발생 장치(100)로 유입되게 된다.
상기 송풍부(270)는 상기 제1 유로부(230)에 설치되어 상기 분말 원료(W)와 작업가스공급조절밸브(V1)의 개방에 의해 외부로부터 공급되는 플라즈마 형성 가스(P)를 상기 상압 플라즈마 발생 장치(100)로 유입되도록 할 수 있다.
상기 작업가스공급조절밸브(V1)의 개방에 의해 소량의 작업 가스인 플라즈마 형성 가스(P)가 유입될 수 있으며, 상기 제1 유로부(230)로 공급되는 플라즈마 형성 가스(P)는 상기 상압 플라즈마 발생 장치(100)로 유입되어 도 1 내지 도 5를 참조로 설명한 제1 플라즈마(P1) 및 제2 플라즈마(P2)를 발생토록 할 수 있으며, 상기 제1 플라즈마(P1) 및 상기 제2 플라즈마(P2)에 의해 원료저장부(220)로부터 유입되는 분말 원료는 표면 처리, 즉, 표면에 기능화기가 도입되어 분산성이 향상될 수 있다.
상기 상압 플라즈마 발생 장치(100) 내부에서 플라즈마 처리가 된 분말 원료(W)는 제2 유로부(240)를 통해 다시 원료저장부(220)로 유입될 수 있으며, 상기 원료저장부(220)로 유입된 분말 원료(W)는 재차 제1 유로부(230)를 통해 상기 상압 플라즈마 발생 장치(100)로 유입되어 반복적으로 플라즈마 처리가 될 수 있다.
여기서, 상기 분말 원료(W)의 플라즈마 처리 시 에어공급조절밸브(V2)는 닫힌(폐쇄)된 상태일 수 있으며, 분기조절밸브(260)는 원료저장부(220)로부터 분말 원료(W)가 상압 플라즈마 발생 장치(100)로 유입되도록 제2 밸브(260b)는 닫히고 제1 밸브(260a)만이 개방된 상태일 수 있다.
또한, 작업가스공급조절밸브(V1)으로부터 유입된 소량의 작업 가스인 플라즈마는 형성 가스(P)는 압력유지밸브(V3)를 통하여 외부로 배기될 수 있다.
상기 압력유지밸브(V3)는 본 발명에 따른 분말 처리 장치(200)의 압력을 유지시키기 위한 밸브로, 도 6에서는 원료저장부(220)에 설치되는 것을 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 유로부(240) 등에 설치되어도 무방하다.
상기 압력유지밸브(V3)로 인해 본 발명은 작업가스공급조절밸브(V1)의 개방에 의해 지속적으로 유입되는 소량의 작업 가스인 플라즈마 형성 가스(P)에도 불구하고 적정한 압력을 유지시켜 줄 수 있으며, 이로 인해 분말 원료(W)의 플라즈마 처리 효율을 극대화할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따르면, 순환 공정을 적용하여 미세 분말인 분말 원료를 균일하게 플라즈마 표면 처리를 할 수 있으므로, 표면 처리의 정확성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도 7을 참조하여, 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료가 회수부(250)에 회수되는 과정을 설명한다.
도 7을 참조하면, 원료저장부(220)로부터 상압 플라즈마 발생 장치(100)로 분말 원료가 소정 횟수 순환되어 플라즈마 처리가 완료되면, 플라즈마 처리가 완료된 상기 분말 원료(W)의 회수를 위해 전원인가부(210)에 의한 교류 전원 인가가 차단될 수 있다.
그리고, 작업가스공급조절밸브(V1)의 조절에 의해 상기 플라즈마 형성 가스의 공급이 차단되며, 상기 에어공급조절밸브(V2)의 조절에 의한 상기 에어의 공급에 의해 상기 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료가 상기 상압 플라즈마 발생 장치를 경유하여 상기 원료저장부(220)로 유입되도록 할 수 있다.
이때, 상기 분기조절밸브(260)는, 제1 밸브(260a)는 닫히고 제2 밸브(260b)만이 개방된 상태가 되어 상기 원료저장부(220)로부터 상기 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료가 상기 회수부(250)로 유입되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 회수부(250)는 에어가 외부로 방출되도록 하는 배기구(E)를 구비할 수 있고, 상기 배기구(E)는 플라즈마 처리된 분말 원료(W)는 외부로 배출이 안되도록 필터 등으로 커버될 수 있다.
상기 배기구(E)에 의한 에어의 배기로 인해 상기 에어공급조절밸브(V2)의 개방으로 인한 지속적인 에어의 공급에도 불구하고 적정한 압력이 유지될 수 있다.
플라즈마 처리가 완료된 분말 원료(W)가 상기 회수부(250)로 모두 회수되고 나면, 상기 회수부(250)를 제1 유로부(230)로부터 분리하여 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료(W)를 수거한 후 빈 회수부(250)를 다시 상기 제1 유로부(230)에 연결시킬 수 있다.
이후에는 도 6을 참조로 설명한 과정을 반복적으로 수행하여 플라즈마 처리가 된 분말 원료(W)를 계속적으로 생산할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
예를 들어, 본 발명에서는 플라즈마 처리가 되는 물질을 분말 원료로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 기체 종류일 수도 있음을 밝혀둔다.
100: 상압 플라즈마 발생 장치
110: 제1 전극
120: 제2 전극
130: 유도전극
140: 안테나전극
150: 안테나
160: 절연체
170: 전극고정부
180: 유전체가이드부
200: 분말 처리 장치
210: 전원인가부
220: 원료저장부
230: 제1 유로부
240: 제2 유로부
250: 회수부

Claims (15)

  1. 플라즈마 형성 가스가 통과하는 위치에 배치되며, 교류 전원이 인가되는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되어 포텐샬 차이로 인한 제1플라즈마를 발생시키기 위한 적어도 하나 이상의 유도전극;
    상기 제1 플라즈마가 발생되는 공간을 규정하며, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 적어도 하나의 유도전극을 포위하는 유전체가이드부;
    상기 유전체가이드부의 외면에 배치되어 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 과의 포텐샬 차이로 인한 제2 플라즈마를 발생시키기 위한 안테나전극; 및
    상기 안테나전극과 연결되어 상기 제2 플라즈마의 발생 밀도를 제어하는 안테나;를 포함하는 상압 플라즈마 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나전극은,
    상기 제1 플라즈마가 발생되어 이동되는 방향에 치우쳐 상기 유전체가이드부의 외면에 배치되는 상압 플라즈마 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 전극이 배치되는 상기 유전체가이드부의 내부공간에는 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마가 동시에 존재하는 상압 플라즈마 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 전극은, 복수로 형성되고, 상기 유전체가이드부를 사이에 두고 서로 대향되게 배치되며,
    서로 대향하는 상기 안테나 전극 사이와 대응되는 상기 유전체가이드부의 내부공간에는 상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마가 동시에 존재하는 상압 플라즈마 발생 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 상기 교류 전원이 인가되는 부분은,
    절연체에 의해 포위되는 상압 플라즈마 발생 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 상압 플라즈마 발생 장치;
    상기 교류 전원을 인가하는 전원인가부;
    상기 상압 플라즈마 발생 장치로 분말 원료를 공급하도록 상기 분말 원료가 저장된 원료저장부; 및
    상기 원료저장부와 상기 상압 플라즈마 발생 장치를 서로 연결하여 상기 분말 원료가 통과하는 제1 유로부 및 제2 유로부;를 포함하며,
    상기 원료저장부에 저장된 상기 분말 원료는,
    상기 제1 유로부를 통과한 후 상기 상압 플라즈마 발생 장치로 공급되어 플라즈마 처리되고, 상기 제2 유로부를 통과하여 상기 원료저장부로 유입되는 공정이 소정 횟수 반복적으로 진행되어 플라즈마 처리가 되는 분말 처리 장치
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 유로부는,
    외부로부터의 상기 플라즈마 형성 가스의 공급 여부를 조절하는 작업가스공급조절밸브를 구비하는 분말 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 유로부에 설치되어 상기 분말 원료 및 상기 플라즈마 형성 가스가 상기 상압 플라즈마 발생 장치로 유입되도록 하는 송풍부;를 더 포함하는 분말 처리 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제1 유로부는,
    외부로부터의 에어의 공급 여부를 조절하는 에어공급조절밸브를 구비하는 분말 처리 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 유로부와 연결되어 상기 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료를 회수하는 회수부;를 더 포함하는 분말 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 유로부는,
    상기 원료저장부로부터 상기 분말 원료가 상기 상압 플라즈마 발생 장치 또는 상기 회수부로의 유입 여부를 조절하는 분기조절밸브를 구비하는 분말 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 유로부는, 외부로부터의 상기 플라즈마 형성 가스의 공급 여부를 조절하는 작업가스공급조절밸브 및 외부로부터의 에어의 공급 여부를 조절하는 에어공급조절밸브를 구비하며,
    상기 전원인가부에 의한 상기 교류 전원 인가가 차단되고, 상기 작업가스공급조절밸브의 조절에 의해 상기 플라즈마 형성 가스의 공급이 차단되며, 상기 에어공급조절밸브의 조절에 의한 상기 에어의 공급에 의해 상기 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료가 상기 상압 플라즈마 발생 장치를 경유하여 상기 원료저장부로 유입되도록 하며,
    상기 분기조절밸브는, 상기 원료저장부로부터 상기 플라즈마 처리가 완료된 분말 원료가 상기 회수부로 유입되도록 하는 분말 처리 장치.
  13. 제6항에 있어서, 상기 원료저장부는,
    상기 분말 원료가 저장되는 공간을 제공하는 공간부 및 상기 공간부 내에 위치 이동 가능하도록 배치되어 상기 공간부의 내면에 상기 분말 원료가 흡착되는 것을 방지하는 흡착방지부를 구비하는 분말 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 흡착방지부는,
    상기 공간부의 내면에 접촉되어 상기 분말 원료가 상기 내면에 흡착되는 것을 방지하는 분말 처리 장치.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 원료저장부에 장착되어 상기 제1 유로부 및 상기 제2 유로부 중 적어도 하나의 내부의 압력을 조절하는 압력유지밸브;를 더 포함하는 분말 처리 장치.
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