KR20200118715A - 하드 코팅막 형성 장치용 소스 가스 공급 장치 - Google Patents

하드 코팅막 형성 장치용 소스 가스 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 원료 분말이 수용되는 수용 공간이 내부에 형성되는 분말 컨테이너와, 상기 분말 컨테이너의 하부에 위치하며, 상기 수용 공간에 수용된 상기 원료 분말을 단속적으로 하부로 공급하는 게이트 밸브와, 상기 게이트 밸브의 하부에 위치하며 상기 게이트 밸브에서 공급되는 상기 원료 분말을 하부로 공급하는 호퍼와, 상기 호퍼의 하부에 위치하며, 상기 호퍼에서 공급되는 원료 분말을 하부로 공급하는 분말 피더 및 상기 분말 피더의 하부에 위치하며, 상기 분말 피더에서 공급되는 원료 분말을 증발시켜 소스 가스를 형성하고, 상기 소스 가스를 캐리어 가스와 혼합시켜 외부로 공급하는 증발기를 포함하는 소스 가스 공급 장치를 개시한다.

Description

하드 코팅막 형성 장치용 소스 가스 공급 장치{Source Gas Supply Device for Hard Coating Layer Forming Apparatus}
본 발명은 하드 코팅막 형성 장치에서 필요로 하는 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급 장치에 관한 것이다.
TaC, HfC 또는 ZrC와 같은 복합탄화물계 코팅막은 초내열 내산화성을 가지는 하드 코팅막으로 많이 사용되고 있다. 탄화탄탈륨(TaC) 코팅막은 염화탄탈륨(TaCl4)과 같은 탄탈륨의 소스 물질과 에틸렌과 같은 탄소의 소스물질이 진공 챔버에서 화학 증착 과정을 통하여 반응하여 형성된다. 상기 탄탈륨의 소스 물질인 염화탄탈륨(TaCl4)은 고체 상태이며, 소스 가스 공급 장치의 내부에 충진된 후에 공급되는 캐리어 가스인 불활성 가스와 함께 증기 상태로 증발되어 진공 챔버로 공급된다. 상기 염화탄탈륨(TaCl4)은 코팅 과정에서 균일하게 공급되는 것이 필요하다. 상기 염화탄탈륨(TaCl4)은 코팅 과정에서 과다량 또는 과소량으로 공급되는 경우에 코팅막에 TaC2 또는 C가 불순물로 석출되어 하드 코팅막의 특성을 저하시킨다.
한편, 상기 소스 가스 공급 장치는 내부에 고체상의 염화탄탈륨(TaCl4)가 충진되며, 상부에서 공급되는 캐리어 가스가 증발되는 염화탄탈륨(TaCl4) 기체를 함께 이송하도록 형성된다. 그러나, 상기 소스 가스 공급 장치는 충진된 고체 상태의 염화탄탈륨(TaCl4)이 증발기 챔버의 하부에 쌓이게 되면 캐리어 가스와 염화탄탈륨(TaCl4)의 접촉 면적이 감소되고 캐리어 가스에 의하여 공급되는 기체 상태의 염화탄탈륨(TaCl4)의 양이 변동되는 문제가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 흡습성을 가지는 원료 분말을 증발기로 공급하는 과정에서 응집을 완화시킬 수 있는 소스 가스 공급 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 증발기에서 공급되는 소스 가스의 캐리어 가스에 대한 포화도가 증가될 수 있는 소스 가스 공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소스 가스 공급 장치는 원료 분말이 수용되는 수용 공간이 내부에 형성되는 분말 컨테이너와, 상기 분말 컨테이너의 하부에 위치하며, 상기 수용 공간에 수용된 상기 원료 분말을 단속적으로 하부로 공급하는 게이트 밸브와, 상기 게이트 밸브의 하부에 위치하며 상기 게이트 밸브에서 공급되는 상기 원료 분말을 하부로 공급하는 호퍼와, 상기 호퍼의 하부에 위치하며, 상기 호퍼에서 공급되는 원료 분말을 하부로 공급하는 분말 피더 및 상기 분말 피더의 하부에 위치하며, 상기 분말 피더에서 공급되는 원료 분말을 증발시켜 소스 가스를 형성하고, 상기 소스 가스를 캐리어 가스와 혼합시켜 외부로 공급하는 증발기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분말 컨테이너는 상기 수용 공간을 형성하며, 하부로 상기 원료 분말이 배출되는 하측 구개부를 구비하는 하우징 본체와, 상기 하우징 본체의 외주면에 위치하여 상기 수용 공간을 상기 원료 분말의 응집 방지 온도 이상을 가열하는 가열 수단 및 상기 수용 공간에 수용되는 원료 분말을 유동시키는 스터러를 포함하며, 상기 수용 공간은 진공으로 유지될 수 있다.
또한, 상기 게이트 밸브는 내부가 중공이며 상부와 하부가 개방되는 원통 형상의 밸브 하우징과, 상기 밸브 하우징의 내부 형상에 대응되는 원판 형상이며, 상면에서 하면으로 관통되는 상부 게이트 홀을 구비하는 상부 게이트 판 및 상기 상부 게이트 판의 형상에 대응되는 원판 형상이고 상면이 상기 상부 게이트 판의 하면과 접촉되도록 위치하며, 상면에서 하면으로 관통되고 상기 상부 게이트 홀에 대응되는 형상으로 형성되는 하부 게이트 홀을 구비하는 하부 게이트 판을 포함하며, 상기 상부 게이트 판 또는 하부 게이트 판이 회전하여 상기 상부 게이트 홀과 하부 게이트 홀의 적어도 일부를 연통하여 상기 원료 분말을 하부로 공급할 수 있다.
또한, 상기 상부 게이트 홀은 상기 상부 게이트 판의 중심에서 외측으로 갈수록 폭이 증가하는 부채꼴 형상으로 형성되고 원주 방향으로 이격되며, 상기 상부 게이트 홀의 폭 또는 호의 길이가 서로 이격되는 폭 또는 호의 길이와 동일하게 형성되며, 상기 하부 게이트 홀은 상기 하부 게이트 판의 중심에서 외측으로 갈수록 폭이 증가하는 부채꼴 형상으로 형성되고 원주 방향으로 이격되며, 상기 하부 게이트 홀이 상기 게이트 홀과 동일하게 이격되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 증발기는 상기 분말 피더로부터 공급되는 상기 원료 분말을 수용하며 상부가 개방되는 증발 하우징과, 상기 증발 하우징의 상부를 밀폐하며, 상면에서 하면으로 관통되는 분말 유입홀과 캐리어 가스 유입홀 및 혼합 가스 유출홀을 구비하는 상부 커버와, 상기 상부 커버의 분말 유입홀을 관통하여 상기 증발 하우징의 내부로 삽입되며 하단부가 상기 증발 하우징의 상부에 위치하는 분말 유입관과, 상기 상부 커버의 캐리어 가스 유입홀을 관통하여 상기 증발 하우징의 내부로 삽입되며 하단부가 상기 증발 하우징의 상부에 위치하는 캐리어 가스 유입관과, 상기 상부 커버의 소스 가스 유출홀을 관통하여 상기 증발 하우징의 내부로 삽입되며 하단부가 상기 증발 하우징의 하부에 위치하는 소스 가스 유출관과, 기공이 일면에서 타면으로 연결되도록 형성되며 소정 두께를 갖는 판상으로 형성되며, 상기 증발 하우징의 내부에 수평 방향으로 위치하여 상기 증발 하우징의 내부 공간을 상부 공간과 하부 공간으로 분리하며, 상면에 상기 원료 분말이 지지되는 분말 지지망 및 상기 증발 하우징의 내부에 위치하는 원료 분말을 증발에 필요한 증발 온도로 가열하는 증발 가열 수단을 포함할 수 있다.
또한, 상기 분말 유입관의 하단부와 상기 캐리어 가스 유입관의 하단부는 상기 분말 지지망의 상면에서 상부로 이격되어 위치하며, 상기 혼합 가스 유출관의 하단부는 상기 분말 지지망의 하면과 상기 증발하우징의 바닥면 사이에 위치할 수 있다.
또한, 상기 분말 지지망의 기공은 상기 원료 분말의 입경보다 작은 직경으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 증발 온도는 100∼ 400℃일 수 있다.
본 발명의 소스 가스 공급 장치는 흡습성을 가지는 원료 분말을 분말 컨테이너의 내부에 뭉침 방지 온도 이상으로 유지하면서 단속적으로 균일하게 호퍼로 공급하므로 원료 분말이 증발기에 도착하기 전에 응집되는 것을 감소시키고 원료 분말을 증발기로 균일하게 분산시켜 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 소스 가스 공급 장치는 분말 컨테이너의 원료 분말을 하부의 호퍼로 공급하는 게이트 밸브가 복수 개의 홀을 통하여 원료 분말을 공급하므로 원료 분말이 응집되는 것을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 소스 가스 공급 장치는 증발기로 공급되는 원료 분말이 분말 지지망에 안착되어 소스 가스로 증발되고 캐리어 가스가 분말 지지망의 상부에서 하부로부터 흐르면서 소스 가스를 이송하므로 소스 가스의 캐리어 가스에 대한 포화도가 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 가스 공급 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 분말 컨테이너의 수직 단면도이다.
도 3은 도 1의 게이트 밸브가 개방된 상태에 대한 수직 단면도이다.
도 4는 도 3의 게이트 밸브의 평면도이다.
도 5는 도 3의 게이트 밸브의 하부 정지판의 평면도이다.
도 6은 도 1의 분말 피더의 개략적인 수직 단면도이다.
도 7은 도 1의 증발기의 수직 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 소스 가스 공급 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소스 가스 공급 장치의 구성도이다. 도 2는 도 1의 분말 컨테이너의 수직 단면도이다. 도 3은 도 1의 게이트 밸브가 개방된 상태에 대한 수직 단면도이다. 도 4는 도 3의 게이트 밸브의 평면도이다. 도 5는 도 3의 게이트 밸브의 하부 정지판의 평면도이다. 도 6은 도 1의 분말 피더의 개략적인 수직 단면도이다. 도 7은 도 1의 증발기의 수직 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소스 가스 공급 장치는, 도 1 내지 도 7을 참조하면, 분말 컨테이너(100)와 게이트 밸브(200)와 호퍼(300)와 분말 피더(400) 및 증발기(500)를 포함한다.
상기 소스 가스 공급 장치는 분말 컨테이너(100)에 저장되는 고체상태인 원료 분말을 게이트 밸브를 이용하여 단속적으로 공급하여 원료 분말이 응집되지 않도록 한다. 상기 원료 분말은 TaCl5, HfCl4, ZrCl4와 같은 물질일 수 있다. 또한, 상기 소스 가스 공급 장치는 분말 피더(400)를 이용하여 원료 분말을 균일하게 증발기(500)로 공급하며, 증발기(500)에서 원료 분말이 소스 가스로 증발되도록 한다. 또한, 상기 소스 가스 공급 장치는 증발기(500)로 공급되는 원료 분말이 소스 가스로 증발되고 캐리어 가스를 이용하여 소스 가스를 이송한다.
상기 소스 가스 공급 장치는 고체 상태인 원료 분말이 증발되어 형성되는 기체 상태인 소스 가스에 의하여 형성되는 다양한 하드 코팅막을 형성하는 하드 코팅 형성 장치에 적용될 수 있다. 상기 하드 코팅막은 TaC, HfC 또는 ZrdC와 같은 물질에 의한 단일 또는 복합탄화물계 코팅막일 수 있다. 상기 소스 가스 공급 장치는 탄화탄탈륨(TaC) 코팅막과 같은 하드 코팅막을 형성하기 위하여, 고체 상태인 염화탄탈륨(TaCl4)의 원료 분말을 기체 상태인 염화탄탈륨(TaCl4)의 소스 가스로 증발시키며 캐리어 가스를 이용하여 공급할 수 있다.
상기 분말 컨테이너(100)는 하우징(110)과 가열 수단(120) 및 스터러(stirrer)(130)를 포함할 수 있다. 상기 분말 컨테이너(100)는 소스 가스의 원료 분말을 내부에 수용한다. 상기 분말 컨테이너(100)는 수용 공간(100a)이 내부에 형성될 수 있다. 상기 원료 분말은 흡습성을 가지므로 습기가 존재하면 습기를 흡수하여 응집이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 분말 컨테이너(100)는 원료 분말이 수용되는 하우징 내부를 진공 상태로 유지할 수 있다. 또한, 상기 분말 컨테이너(100)는 하우징 내부를 가열 수단을 이용하여 소정의 응집 방지 온도 이상으로 유지할 수 있다. 상기 분말 컨테이너(100)는 내부에 원료 분말을 수용하며, 중력을 이용하여 원료 분말을 하부로 공급한다.
상기 하우징(110)은 하우징 본체(111)와 상부 커버(113) 및 하부 커버(115)를 포함할 수 있다, 상기 하우징은 내부에 원료 분말이 수용되는 수용 공간(100a)이 형성된다. 상기 하우징의 수용 공간(100a)은 진공으로 유지될 수 있다. 상기 하우징은 구체적으로 도시하지 않았지만, 외부의 진공 장치와 연결되어 수용 공간(100a)이 진공 상태로 유지될 수 있다. 또한, 상기 하우징은 가열 수단에 의하여 수용 공간(100a)이 응집 방지 온도 이상으로 유지된다.
상기 하우징 본체(111)는 내부가 중공이며, 상부와 하부가 개방된 원통 형상으로 형성된다. 상기 하우징 본체(111)는 내부에 수용 공간(100a)이 형성된다. 즉, 상기 하우징 본체(111)는 상측 개구부(111a)와 하측 개구부(111b)를 구비한다. 상기 하우징 본체(111)는 내부식성이 있는 스테인레스스틸 재질로 형성되거나 또는 스테인레스스틸의 표면에 테프론이 코팅되어 형성될 수 있다.
상기 하우징 본체(111)는 내부 하측을 깔때기 형상으로 하기 위한 테이퍼링 형상의 돌출부(111c)를 구비할 수 있다. 상기 돌출부(111c)는 하우징 본체(111)의 내부 하측이 하부로 갈수록 수평 단면적이 작아지도록 형성된다. 따라서, 상기 하우징 본체(111)는 상측 개구부(111a)의 단면적이 하측 개구부(111b)의 단면적보다 크게 형성된다. 상기 하우징 본체(111)는 하측 개구부(111b)를 통하여 원료 분말을 하부로 공급한다.
상기 상부 커버(113)는 하우징 본체(111)의 상측 개구부(111a)를 차폐하는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 커버(113)는 소정 두께를 갖는 원형판으로 형성될 수 있다. 상기 상부 커버(113)는 하우징 본체(111)의 상부를 전체적으로 차폐할 수 있다. 상기 상부 커버(113)는 하우징 본체(111)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 상기 상부 커버(113)는 중앙에 상부 커버 홀(113a)을 구비할 수 있다. 상기 상부 커버 홀(113a)은 상면에서 하면으로 관통되어 형성될 수 있다.
상기 하부 커버(115)는 하우징 본체(111)의 하측에 대응되는 판상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 커버(115)는 소정 두께를 갖는 원형판으로 형성될 수 있다.
상기 하부 커버(115)는 중앙에 하부 커버 홀(115a)을 구비할 수 있다. 상기 하부 커버 홀(115a)은 상면에서 하면으로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 하부 커버 홀(115a)은 하측 개구부(111b)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 커버 홀(115a)은 하측 개구부(111b)와 동일한 직경을 갖는 원형으로 형성될 수 있다. 상기 하부 커버 홀(115a)은 수용 공간(100a)에 수용되는 원료 분말이 하우징 본체(111)의 외부로 공급되는 경로를 제공한다. 한편, 상기 하부 커버(115)는 게이트 밸브(200)가 하우징 본체(111)의 하부에 직접 결합되는 경우에 생략될 수 있다.
상기 가열 수단(120)은 열선과 같은 가열 수단을 포함하여 형성된다. 상기 가열 수단으로 사용되는 열선은 코일 형상, 바 형상 또는 링 형상과 같이 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 가열 수단은 하우징 본체(111)의 외주면에 위치할 수 잇다. 상기 가열 수단을 하우징 본체(111)의 외주면을 감싸거나, 외주면에 원주 방향 또는 상하 방향으로 이격되어 위치할 수 있다. 또한, 상기 가열 수단은 하우징 본체(111)의 내부 또는 외부에 형성되는 액체 재킷으로 형성될 수 있다. 이러한 경우에 상기 액체 재킷에는 응집 방지 온도 이상으로 가열된 물, 기름과 같은 액체가 저장되거나 순환될 수 있다. 상기 가열 수단은 하우징 본체(111)를 응집 방지 온도 이상으로 가열한다. 상기 응집 방지 온도는 80℃이상일 수 있다.
상기 스터러(130)는 회전 축(131) 및 회전 날개(133)를 구비할 수 있다. 상기 스터러는 하우징의 수용 공간(100a)에 수용되는 원료 분말이 응집되지 않도록 유동시킨다. 상기 스터러는 용기 내의 원료를 유동시키기 위하여 사용되는 일반적인 스터러로 형성될 수 있다.
상기 회전 축(131)은 상부 커버(113)의 상부 커버 홀(113a)을 관통하며, 회전 가능하게 결합된다. 상기 회전 축(131)은 하우징의 수용 공간(100a)의 내부로 연장된다. 상기 하우징 본체(111)의 하부까지 연장되어 형성될 수 있다. 상기 회전 축(131)은 구체적으로 도시하지 않았지만 외부의 모터등에 연결되어 소정의 속도로 회전할 수 있다.
상기 회전 날개(133)는 막대 형상으로 형성되며, 회전 축(131)에 일측단부가 결합된다. 상기 회전 날개(133)는 회전 축(131)의 원주 방향을 따라 서로 엇갈리며, 축 방향으로 이격되어 결합된다. 상기 회전 날개(133)는 회전 축(131)의 회전에 따라 회전하면서 원료 분말을 유동시킬 수 있다.
상기 게이트 밸브(200)는 밸브 하우징(210)과 상부 게이트 판(220) 및 하부 게이트 판(230)을 포함할 수 있다. 상기 게이트 밸브(200)는 분말 컨테이너(100)의 하부에 위치하며, 분말 컨테이너(100)에 수용된 원료 분말을 단속적으로 하부의 호퍼(300)로 공급한다. 상기 게이트 밸브(200)는 밸브 하우징(210)의 내부에 상부 게이트 판(220)과 하부 게이트 판(230)이 위치하며, 상부 게이트 판(220) 또는 하부 게이트 판(230)이 회전하면서 원료 분말을 하부로 공급한다. 이때, 상기 상부 게이트 판(220)과 하부 게이트 판(230)은 어느 하나 만이 회전을 하며, 원료 분말이 하부로 통과하는 경로를 형성한다. 바람직하게는 상기 상부 게이트 판(220)이 회전할 수 있다. 상기 게이트 밸브(200)는 분말 컨테이너(100)에 수용되는 원료 분말을 중력에 의하여 하부로 떨어지도록 공급한다.
상기 밸브 하우징(210)은 내부가 중공이며 상부와 하부가 개방된 원통 형상으로 형성된다. 상기 밸브 하우징(210)은 내부에 상부 게이트 판(220)과 하부 게이트 판(230)이 수용된다. 상기 밸브 하우징(210)은 수평 단면적이 분말 컨테이너(100)의 하우징 본체(111)의 수평 단면적에 대응되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 밸브 하우징(210)은 하우징 본체(111)의 내경에 대응되는 내경으로 형성될 수 있다. 상기 밸브 하우징(210)은 내부가 진공으로 유지될 수 있다.
상기 상부 게이트 판(220)은 원판 형상으로 형성되며, 밸브 하우징(210)의 내부 형상에 대응되는 원판 형상으로 형성된다. 상기 상부 게이트 판(220)은 중심이 밸브 하우징(210)의 중심 축과 일치하도록 밸브 하우징(210)의 내부에 회전 가능하게 결합된다. 상기 상부 게이트 판(220)은 상면이 밸브 하우징(210)의 중심 축에 수직하게 결합된다. 상기 상부 게이트 판(220)은 밸브 하우징(210)의 내주면에 원주 방향을 따라 형성되는 별도의 핀 또는 돌기에 안착되어 지지될 수 있다.
상기 상부 게이트 판(220)은 상부 게이트 홀(221)을 포함한다. 상기 상부 게이트 홀(221)은 상면에서 하면으로 관통되어 형성된다. 상기 상부 게이트 홀(221)은 상부 게이트 판(220)의 중심을 기준으로 원주 방향으로 서로 이격되는 복수 개의 홀로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 게이트 홀(221)은 도 4에서 보는 바와 같이 4개로 형성되며, 90도 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 상부 게이트 홀(221)은 2개부터 16개까지 다양한 개수로 형성되며, 다양한 각도 간격으로 형성될 수 있다. 상기 상부 게이트 홀(221)은 상부 게이트 판(220)의 중심에서 외측으로 갈수록 호 길이 또는 폭이 증가하는 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다. 상기 상부 게이트 홀(221)은 삼각형상 또는 호 형상으로 형성될 수 있다. 상기 상부 게이트 홀(221)은 폭 또는 호의 길이가 서로 이격되는 폭 또는 호 길이와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상부 게이트 판(220)은 별도의 회전 수단에 의하여 회전되도록 밸브 하우징(210)의 내부에 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 게이트 판(220)은, 구체적으로 도시하지 않았지만 외부에 위치하는 모터(미도시)와 별도의 구동 축(미도시)에 의하여 연결되어 회전될 수 있다. 또한, 상기 상부 게이트 판(220)은 스터러의 회전 축(131)에 별도의 축에 의하여 연결되며, 스터러와 함께 회전할 수 있다.
상기 하부 게이트 판(230)은 원판 형상으로 형성되며, 상부 게이트 판(220)에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 하부 게이트 판(230)은 밸브 하우징(210)의 내부 형상에 대응되는 원판 형상으로 형성될 수 있다. 상기 하부 게이트 판(230)은 중심 축이 밸브 하우징(210)의 중심 축과 일치하도록 밸브 하우징(210)의 내부에 결합된다. 즉, 상기 하부 게이트 판(230)은 상면이 밸브 하우징(210)의 중심 축에 수직하도록 결합된다. 상기 하부 게이트 판(230)은 밸브 하우징(210)의 내주면에 원주 방향을 따라 형성되는 별도의 핀 또는 돌기에 안착되어 지지될 수 있다. 상기 하부 게이트 판(230)은 상면이 상부 게이트 판(220)의 하면에 접촉되도록 위치할 수 있다.
상기 하부 게이트 판(230)은 하부 게이트 홀(231)을 포함한다. 상기 하부 게이트 홀(231)은 상면에서 하면으로 관통되어 형성된다. 상기 하부 게이트 홀(231)은 상부 게이트 홀(221)에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 하부 게이트 홀(231)은 상부 게이트 홀(221)과 동일한 형상과 이격 간격으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 게이트 홀(231)은 도 4에서 보는 바와 같이 4개로 형성되며, 90도 간격으로 형성될 수 있다. 상기 하부 게이트 홀(231)은 2개부터 16개까지 다양한 개수로 형성될 수 있다. 다만, 상기 하부 게이트 홀(231)은 폭 또는 호의 길이가 서로 이격되는 폭 또는 호의 길이와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 상기 상부 게이트 판(220)과 하부 게이트 판(230)에 의하여 상부 게이트 홀(221)과 하부 게이트 홀(231)이 서로 엇갈리게 되더라도 상부 게이트 홀(221)과 하부 게이트 홀(231)이 완전하게 차폐되지 않을 수 있다. 상기 하부 게이트 판(230)이 상부 게이트 판(220)과 상하로 위치할 때, 하부 게이트 홀(231)은 상부 게이트 홀(221)과 일치하여 하나의 관통 통로를 형성할 수 있다.
상기 게이트 밸브(200)는 상부 게이트 판(220) 또는 하부 게이트 판(230)이 일정한 각도 범위로 회전하여 상부 게이트 홀(221)과 하부 게이트 홀(231)이 연통될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 게이트 홀(221)과 하부 게이트 홀(231)이 도 4에서 보는 바와 같이 4개로 형성되는 경우에, 상부 게이트 판(220)이 45도로 회전하여 상부 게이트 홀(221)과 하부 게이트 홀(231)이 연통되도록 할 수 있다. 이러한 경우에 상기 게이트 밸브(200)의 상부에 수용되는 원료 분말이 하부로 공급될 수 있다. 상기 게이트 밸브(200)는 상부 게이트 판(220) 또는 하부 게이트 판(230)의 회전 각도를 조절하거나 회전 속도를 조절하여 하부로 공급되는 원료 분말의 양을 조절할 수 있다.
상기 호퍼(300)는 호퍼 본체(310) 및 호퍼 배관(320)을 포함한다. 상기 호퍼(300)는 상부가 게이트 밸브(200)에 결합되며, 하단이 분말 피더(400)에 결합된다. 상기 호퍼(300)는 게이트 밸브(200)의 하부에서 공급되는 원료 분말을 분말 피더(400)로 공급한다. 상기 호퍼(300)는 게이트 밸브(200)의 위치와 분말 피더(400)의 위치에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 호퍼(300)는 내부가 전체적으로 진공으로 유지될 수 있다.
상기 호퍼 본체(310)는 상부에서 하부로 갈수록 내경이 작아지는 원통 관으로 형성될 수 있다. 상기 호퍼 본체(310)는 상단이 게이트 밸브(200)에 결합되며, 하단이 하부를 향하도록 상하 방향으로 연장될 수 있다.
상기 호퍼 배관(320)는 내부가 중공인 원통 형상으로 형성된다. 상단이 호퍼 본체(310)의 하단에 결합되며, 하단이 분말 피더(400)에 결합된다. 상기 호퍼 배관(320)은 직선 형상으로 형성되거나 곡선 형상으로 형성될 수 있다.
상기 분말 피더(400)는 피더 하우징(410)과 피더 축(420) 및 피더 날개(430)를 포함한다. 상기 분말 피더(400)는 호퍼(300)에서 공급되는 원료 분말을 일정 공급 속도로 증발기(500)로 공급한다. 상기 분말 피더는 일정한 공급 속도로 원료 분말을 공급함으로써 소스 가스가 균일하게 증발되어 공급되도록 한다. 상기 분말 피더(400)는, 예를 들면, 5 ~ 200g/hr으로 공급할 수 있다.
상기 피더 하우징(410)은 내부가 중공인 내부가 중공이며 상부와 하부가 밀폐된 원통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 피더 하우징(410)은 내부에 피더 축(420) 및 피더 날개(430)를 수용한다. 상기 피더 하우징(410)은 원료 분말이 흐르는 경로를 제공한다. 상기 피더 하우징(410)은 내부가 진공으로 유지할 수 있다.
상기 피더 하우징(410)은 측벽 상부에 원료 분말이 유입되는 분말 유입구(411)가 형성된다. 상기 분말 유입구는 피더 하우징(410)의 상판에 형성될 수 있다. 상기 분말 유입구(411)는 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 분말 유입구(411)는 호퍼 배관(320)과 연결되며, 원료 분말이 피더 하우징(410)의 내부로 유입되는 경로를 제공한다.
또한, 상기 피더 하우징(410)은 바닥판에 원료 분말이 유출되는 분말 유출구(412)가 형성된다. 상기 분말 유출구(412)는 피더 하우징(410)의 원주 방향을 따라 서로 이격되는 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 분말 유출구(412)는 증발기(500)와 연결되며, 원료 분말이 증발기(500)로 유출되는 경로를 제공한다.
상기 피더 축(420)은 피더 하우징(410)의 상부를 관통하며 회전 가능하게 결합된다. 상기 피더 축(420)은 피더 하우징(410)의 수용 공간(100a)의 내부로 연장된다. 상기 피더 하우징(410)의 하부까지 연장되어 형성될 수 있다. 상기 피더 축(420)은 구체적으로 도시하지 않았지만 외부의 모터등에 연결되어 소정의 속도로 회전할 수 있다.
상기 피더 날개(430)는 소정 폭을 갖는 띠 형상의 막대가 피더 축(420)의 외주면을 따라 상부에서 하부로 나선 형으로 결합된다. 한편, 도 6에서 피더 날개(430)는 수직 단면도임에도 피더 축(420)을 따라 전체적으로 도시되었다. 상기 피더 날개(430)가 나선 형으로 권취된 상태에서 최대 외경은 피더 하우징(410)의 내경에 대응될 수 있다. 이때, 상기 피더 날개(430)는 외측단이 피더 하우징(410)의 내주면과 접촉되지 않도록 형성된다. 상기 피더 날개(430)는 피더 축(420)과 함께 회전하면서 호퍼(300)에서 상부로 공급되는 원료 분말을 하부로 이송한다.
상기 증발기(500)는 증발 하우징(510)과 증발 상부 커버(520)와 분말 유입관(530)과 캐리어 가스 유입관(540)과 혼합 가스 유출관(550)과 분말 지지망(560) 및 증발 가열수단(570)을 포함한다. 한편, 상기 증발기(500)는 캐리어 가스 유입관(540)과 혼합 가스 유출관(550)이 바뀌어 형성될 수 있다. 즉, 상기 캐리어 가스 유입관(540)은 혼합 가스를 유출하는 관으로 작용하고, 혼합 가스 유출관(550)은 캐리어 가스를 유입시키는 관으로 작용할 수 있다.
상기 증발기(500)는 증발 하우징(510)의 상부에서 내부로 분말 유입관(530)을 통하여 공급되는 고체 상태의 원료 물질을 기화시켜 소스 가스로 형성하므로 내부에 원료 분말을 채우기 위한 과정을 필요로 하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 증발기(500)는 소스 가스 공급 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 증발기(500)는 상부에서 공급되는 원료 분말(p)을 분말 지지망(560)의 상부에 안착시켜 지지하며, 분말 지지망(560)이 증발 하우징(510)의 바닥면으로 이격되는 높이에 위치시킨다. 따라서, 상기 캐리어 가스 유입관(540)으로 유입되는 캐리어 가스는 원료 분말이 기화되어 형성되는 소스 가스와 함께 분말 지지망(560)을 통과하여 상부로 흐른다. 상기 증발기(500)는 캐리어 가스와 원료 분말의 접촉 면적과 시간을 증가시켜 캐리어 가스가 소스 가스를 충분히 포함할 수 있도록 한다. 즉, 상기 소스 가스는 캐리어 가스에 대한 포화도가 증가될 수 있다.
상기 증발 하우징(510)은 상부가 개방된 통 형상으로 형성된다. 예를 들면, 상기 증발 하우징(510)은 바닥판(511)과 바닥판(511)의 상면인 바닥면에서 상부로 연장되는 측벽(513)을 포함한다. 상기 증발 하우징(510)은 수평 단면이 원통 형상, 사각 형상 또는 오각 형상과 같은 다각 형상을 이루도록 형성될 수 있다. 상기 증발 하우징(510)은 내부로 공급되는 원료 분말과 반응성이 없으며, 원료 분말의 증발 온도인100 ∼ 400℃ 정도의 온도에서 내열성과 내부식성이 있는 스테인레스스틸과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.
상기 증발 하우징(510)은 분말 지지망(560)을 지지하기 위한 지지핀(515)을 구비할 수 있다. 상기 지지핀(515)은 증발 하우징(510)의 바닥면으로 소정 높이에서 원주 방향으로 서로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 증발 상부 커버(520)는 분말 유입홀(521)과 캐리어 가스 유입홀(522) 및 혼합 가스 유출홀(523)을 포함한다. 상기 증발 상부 커버(520)는 증발 하우징(510)의 수평 단면에 대응되는 형상으로 형성된다. 예를 들면, 상기 증발 하우징(510)이 원통 형상으로 형성되는 경우에 증발 상부 커버(520)는 소정 두께의 원판 형상으로 형성된다. 상기 증발 상부 커버(520)는 증발 하우징(510)의 상부에 결합되어 증발 하우징(510)의 상부를 밀폐한다.
상기 분말 유입홀(521)은 증발 상부 커버(520)의 중앙 영역에 상면에서 하면으로 관통되어 형성된다. 상기 분말 유입홀(521)은 분말 유입관(530)이 관통 또는 결합하는 경로를 제공한다.
상기 캐리어 가스 유입홀(522)은 증발 상부 커버(520)의 중심을 기준으로 일측에 상면에서 하면으로 관통되어 형성된다. 상기 캐리어 가스 유입홀(522)은 캐리어 가스 유입관(540)이 관통 또는 결합하는 경로를 제공한다.
상기 혼합 가스 유출홀(523)은 증발 상부 커버(520)의 중심을 기준으로 타측에 상면에서 하면으로 관통되어 형성된다. 상기 혼합 가스 유출홀(523)은 혼합 가스 유출관(550)이 관통 또는 결합하는 경로를 제공한다.
상기 분말 유입관(530)은 관으로 형성되며, 증발 상부 커버(520)의 분말 유입홀(521)을 관통하여 증발 하우징(510)의 내부로 삽입된다. 상기 분말 유입관(530)은 상단부가 분말 피더(400)에 결합되며 하부가 증발 하우징(510)의 내부의 상측에 위치하도록 증발 상부 커버(520)에 결합된다. 상기 분말 유입관(530)은 별도의 배관을 통하여 피더 하우징(410)의 분말 유출구(412)와 연결된다. 상기 분말 유입관(530)은 원료 분말(p)을 분말 지지망(560)의 상부로 공급한다. 상기 분말 유입관(530)은 바람직하게는 하단부가 분말 지지망(560)의 상면에서 충분히 이격될 수 있다. 상기 분말 유입관(530)의 하단부가 분말 지지망(560)의 상면으로부터 이격되는 높이가 너무 작은 경우에, 분말 유입관(530)에서 공급되는 원료 분말(p)은 분말 지지망(560)의 중앙 영역에 주로 위치하므로 증발 효율이 감소될 수 있다.
상기 캐리어 가스 유입관(540)은 관으로 형성되며, 증발 상부 커버(520)의 캐리어 가스 유입홀(522)을 관통하여 증발 하우징(510)의 내부로 삽입된다. 상기 캐리어 가스 유입관(540)은 하단부가 증발 하우징(510)의 내부의 상측에 위치하도록 증발 상부 커버(520)에 결합된다. 상기 캐리어 가스 유입관(540)은 캐리어 가스를 분말 지지망(560)의 상부로 공급한다. 상기 캐리어 가스 유입관(540)은 바람직하게는 하단부가 분말 지지망(560)의 상면에서 충분히 이격되도록 한다. 상기 캐리어 가스 유입관(540)의 하단부가 분말 지지망(560)의 상면으로부터 이격되는 높이가 너무 작은 경우에, 캐리어 가스가 분말 지지망(560)의 일측 영역을 통하여 분말 지지망(560)의 하부로 흐르게 되므로 증발되는 소스 가스와의 접촉 정도가 감소되면서 원료 분말의 포화도를 감소시킬 수 있다.
상기 혼합 가스 유출관(550)은 관으로 형성되며, 증발 상부 커버(520)의 혼합 가스 유출홀(523)을 관통하여 증발 하우징(510)의 내부로 삽입된다. 상기 혼합 가스 유출관(550)은 하단부가 분말 지지망(560)의 하부에 위치하도록 형성된다. 즉, 상기 혼합 가스 유출관(550)은 분말 지지망(560)을 관통하여 형성된다. 또한, 상기 혼합 가스 유출관(550)은 하단부가 증발 하우징(510)의 바닥면의 상면으로부터 이격되도록 형성된다. 상기 혼합 가스 유출관(550)은 혼합 가스를 분말 지지망(560)의 하부에서 증발 하우징(510)의 외부로 유출시킨다.
상기 분말 지지망(560)은 기공이 일면에서 타면으로 연결되도록 형성되며 소정 두께를 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 분말 지지망(560)은 복수 개의 2차원 메쉬(mesh) 망이 상하로 적층되어 형성될 수 있다. 따라서, 상기 분말 지지망(560)은 메쉬망의 홀이 상하로 연결되면서 기공을 형성할 수 있다. 또한, 상기 분말 지지망(560)은 기공이 일면에서 타면으로 연결되도록 형성되는 3차원 폼 형상, 3차원 망상 형상으로 형성될 수 있다. 상기 분말 지지망(560)은 소정 두께를 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 분말 지지망(560)은 평면 형상이 증발 하우징(510)의 내부 수평 단면에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 분말 지지망(560)은 기공의 직경이 원료 분말의 입경보다 작도록 형성된다. 다만, 상기 분말 지지망(560)의 기공이 너무 작으면 캐리어 가스의 흐름이 막힐 수 있으므로 적정한 크기의 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 분말 지지망(530)은 니켈, 스테인레스스틸과 금속 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 분말 지지망(560)은 알루미나 또는 지르코니아와 같은 산화물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 분말 지지망(650)은 그라파이트 재질로 형성될 수 있다.
상기 분말 지지망(560)은 증발 하우징(510)의 하부에서 소정 높이에 위치한다. 상기 분말 지지망(560)은 증발 하우징(510)의 내부에 수평 방향으로 위치하여 증발 하우징(510)의 내부 공간을 상부 공간과 하부 공간으로 분리할 수 있다. 상기 분말 지지망(560)은 하면이 증발 하우징(510)의 바닥면과 소정 높이로 이격되도록 위치한다. 상기 분말 지지망(560)과 증발 하우징(510)의 하면 사이의 이격 공간은 캐리어 가스와 소스 가스가 혼합된 혼합 가스가 흐르는 공간이므로, 혼합 가스의 원활한 흐름을 위하여 적정한 높이로 형성될 필요가 있다.
상기 증발 가열수단(570)은 열선과 같은 가열 수단을 포함하여 형성된다. 상기 증발 가열 수단(570)으로 사용되는 열선은 코일 형상, 바 형상 또는 링 형상과 같이 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 증발 가열 수단(570)은 증발 하우징(510)의 외주면에 위치할 수 있다. 즉, 상기 증발 가열 수단(570)을 코일 형상으로 형성되어 증발 하우징(510)의 외주면을 감싸거나, 바 또는 링 형상으로 형성되어 외주면에 원주 방향 또는 상하 방향으로 이격되어 위치할 수 있다. 상기 증발 가열 수단(570)은 증발 하우징(510)의 내부에 위치하는 원료 분말을 증발에 필요한 증발 온도로 가열한다. 예를 들면, 상기 증발 가열 수단(570)은 증발 하우징(510)의 내부를 100 ∼ 400℃의 증발 온도로 가열할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 소스 가스 공급 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 분말 컨테이너
110: 하우징 120: 가열 수단
130: 스터러 200: 게이트 밸브
210: 밸브 하우징 220: 상부 게이트 판
230: 하부 게이트 판 300: 호퍼
310: 호퍼 본체 320: 호퍼 배관
400: 분말 피더 410: 피더 하우징
420: 피더 축 430: 피더 날개
500: 증발기 510: 증발 하우징
520: 증발 상부커버 530: 분말 유입관
540: 캐리어 가스 유입관 550: 혼합 가스 유출관
560: 분말 지지망 570: 증발 가열수단

Claims (8)

  1. 원료 분말이 수용되는 수용 공간이 내부에 형성되는 분말 컨테이너와,
    상기 분말 컨테이너의 하부에 위치하며, 상기 수용 공간에 수용된 상기 원료 분말을 단속적으로 하부로 공급하는 게이트 밸브와,
    상기 게이트 밸브의 하부에 위치하며 상기 게이트 밸브에서 공급되는 상기 원료 분말을 하부로 공급하는 호퍼와,
    상기 호퍼의 하부에 위치하며, 상기 호퍼에서 공급되는 원료 분말을 하부로 공급하는 분말 피더 및
    상기 분말 피더의 하부에 위치하며, 상기 분말 피더에서 공급되는 원료 분말을 증발시켜 소스 가스를 형성하고, 상기 소스 가스를 캐리어 가스와 혼합시켜 외부로 공급하는 증발기를 포함하는 것을 특징으로 하는 소스 가스 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분말 컨테이너는
    상기 수용 공간을 형성하며, 하부로 상기 원료 분말이 배출되는 하측 구개부를 구비하는 하우징 본체와,
    상기 하우징 본체의 외주면에 위치하여 상기 수용 공간을 상기 원료 분말의 응집 방지 온도 이상을 가열하는 가열 수단 및
    상기 수용 공간에 수용되는 원료 분말을 유동시키는 스터러를 포함하며,
    상기 수용 공간은 진공으로 유지되는 것을 특징으로 하는 소스 가스 공급 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 게이트 밸브는
    내부가 중공이며 상부와 하부가 개방되는 원통 형상의 밸브 하우징과,
    상기 밸브 하우징의 내부 형상에 대응되는 원판 형상이며, 상면에서 하면으로 관통되는 상부 게이트 홀을 구비하는 상부 게이트 판 및
    상기 상부 게이트 판의 형상에 대응되는 원판 형상이고 상면이 상기 상부 게이트 판의 하면과 접촉되도록 위치하며, 상면에서 하면으로 관통되고 상기 상부 게이트 홀에 대응되는 형상으로 형성되는 하부 게이트 홀을 구비하는 하부 게이트 판을 포함하며,
    상기 상부 게이트 판 또는 하부 게이트 판이 회전하여 상기 상부 게이트 홀과 하부 게이트 홀의 적어도 일부를 연통하여 상기 원료 분말을 하부로 공급하는 것을 특징으로 하는 소스 가스 공급 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 게이트 홀은 상기 상부 게이트 판의 중심에서 외측으로 갈수록 폭이 증가하는 부채꼴 형상으로 형성되고 원주 방향으로 이격되며, 상기 상부 게이트 홀의 폭 또는 호의 길이가 서로 이격되는 폭 또는 호의 길이와 동일하게 형성되며,
    상기 하부 게이트 홀은 상기 하부 게이트 판의 중심에서 외측으로 갈수록 폭이 증가하는 부채꼴 형상으로 형성되고 원주 방향으로 이격되며, 상기 하부 게이트 홀이 상기 게이트 홀과 동일하게 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 소스 가스 공급 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발기는
    상기 분말 피더로부터 공급되는 상기 원료 분말을 수용하며 상부가 개방되는 증발 하우징과,
    상기 증발 하우징의 상부를 밀폐하며, 상면에서 하면으로 관통되는 분말 유입홀과 캐리어 가스 유입홀 및 혼합 가스 유출홀을 구비하는 상부 커버와,
    상기 상부 커버의 분말 유입홀을 관통하여 상기 증발 하우징의 내부로 삽입되며 하단부가 상기 증발 하우징의 상부에 위치하는 분말 유입관과,
    상기 상부 커버의 캐리어 가스 유입홀을 관통하여 상기 증발 하우징의 내부로 삽입되며 하단부가 상기 증발 하우징의 상부에 위치하는 캐리어 가스 유입관과,
    상기 상부 커버의 소스 가스 유출홀을 관통하여 상기 증발 하우징의 내부로 삽입되며 하단부가 상기 증발 하우징의 하부에 위치하는 소스 가스 유출관과,
    기공이 일면에서 타면으로 연결되도록 형성되며 소정 두께를 갖는 판상으로 형성되며, 상기 증발 하우징의 내부에 수평 방향으로 위치하여 상기 증발 하우징의 내부 공간을 상부 공간과 하부 공간으로 분리하며, 상면에 상기 원료 분말이 지지되는 분말 지지망 및
    상기 증발 하우징의 내부에 위치하는 원료 분말을 증발에 필요한 증발 온도로 가열하는 증발 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 소스 가스 공급 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분말 유입관의 하단부와 상기 캐리어 가스 유입관의 하단부는 상기 분말 지지망의 상면에서 상부로 이격되어 위치하며,
    상기 혼합 가스 유출관의 하단부는 상기 분말 지지망의 하면과 상기 증발하우징의 바닥면 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 소스 가스 공급 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 분말 지지망의 기공은 상기 원료 분말의 입경보다 작은 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 소스 가스 공급 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 증발 온도는 100∼ 400℃인 것을 특징으로 하는 소스 가스 공급 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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