KR20200137586A - 가스켓 필터 및 그 제조방법 - Google Patents

가스켓 필터 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 가스를 공급해주기 위해 사용하는 튜브 연결 시 가스 누설을 방지하고 불순물의 여과를 위해 사용하는 부품으로서, 가스켓부(110); 및 상기 가스켓부(110)와 결합된 필터부(120)를 포함하고, 상기 가스켓부(110)와 상기 필터부(120)가 결합된 전체 외관 형상은 압정형 구조를 이루고, 상기 카스켓부(110)와 인접한 상기 필터부(120)의 제1 단부(A)부터 이와 반대편의 제2 단부(B)까지는 관통되어 있고, 상기 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 경사져 있는 가스켓 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 가스켓 필터에 의하면, 압력 손실이 적고 불순물 입자 제거 효율이 우수하다.

Description

가스켓 필터 및 그 제조방법{Gasket filter and manufacturing method of the same}
본 발명은 가스켓 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압력 손실이 적고 불순물 입자 제거 효율이 우수한 가스켓 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 공정 및 화학 공정 등에서 공정 가스를 공급해주기 위해 사용하는 튜브 연결 시 누설 방지를 위해 도 1과 같이 피팅(Fitting)을 사용한다. 피팅(Fitting)을 활용할 경우, 튜브가 연결되는 위치에 그랜드(Gland)라는 형상의 부품과 튜브를 연결하고, 그랜드(Gland)가 맞닿는 부분에는 디스크 형상의 가스켓(Gasket)을 설치하여 누설을 방지하게 된다.
반도체 공정이 미세화됨에 따라 수백 나노 크기의 불순물에 의해서 공정 불량이 발생하기 때문에 불순물 입자를 제거하는 것이 중요하다. 특히, 이음부 같은 경우, 리크(leak) 또는 오염에 의해 불순물 입자가 발생할 수 있어 불순물을 제거함과 동시에 리크를 잡아 줄 수 있는 가스켓 필터의 역할이 중요하다.
등록실용신안공보 제20-0322580호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 압력 손실이 적고 불순물 입자 제거 효율이 우수한 가스켓 필터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 가스를 공급해주기 위해 사용하는 튜브 연결 시 가스 누설을 방지하고 불순물의 여과를 위해 사용하는 부품으로서, 가스켓부(110); 및 상기 가스켓부(110)와 결합된 필터부(120)를 포함하고, 상기 가스켓부(110)와 상기 필터부(120)가 결합된 전체 외관 형상은 압정형 구조를 이루고, 상기 카스켓부(110)와 인접한 상기 필터부(120)의 제1 단부(A)부터 이와 반대편의 제2 단부(B)까지는 관통되어 있고, 상기 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 경사져 있는 것을 특징으로 하는 가스켓 필터를 제공한다.
상기 가스켓부(110)는 디스크 형상을 갖고, 상기 가스켓부(110)의 직경은 상기 필터부(120)의 직경보다 크게 구비된다.
상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 경사진 기울기는 1∼3.5°인 것이 바람직하다.
상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 상기 필터부의 여과층 두께는 0.3∼1㎜인 것이 바람직하다.
상기 필터부(120)는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은, 금속 또는 금속합금 분말을 준비하는 단계와, 상기 금속 또는 금속합금 분말을 바인더(Binder)를 혼합하는 단계와, 상기 금속 또는 금속합금 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정을 이용하여 과립화(Granulation) 하는 단계와, 과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정을 이용하여 원하는 형상의 사출물(Green Part)로 제작하는 단계와, 상기 바인더를 용해할 수 있는 용액에 상기 사출물을 침지시켜 바인더(Binder)를 탈지시키는 단계와, 탈지된 사출물을 소결 지그에 장착하고 소결로에 장입한 뒤 환원 분위기에서 소결하여 필터부(120)를 수득하는 단계 및 수득한 필터부(120)를 가스켓부(110)와 결합하여 가스켓 필터를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 가스켓부(110)와 상기 필터부(120)가 결합된 전체 외관 형상은 압정형 구조를 이루고, 상기 카스켓부(110)와 인접한 상기 필터부(120)의 제1 단부(A)부터 이와 반대편의 제2 단부(B)까지는 관통되어 있고, 상기 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 경사져 있는 것을 특징으로 하는 가스켓 필터의 제조방법을 제공한다.
상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 경사진 기울기는 1∼3.5°인 것이 바람직하다.
상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 상기 필터부의 여과층 두께는 0.3∼1㎜인 것이 바람직하다.
상기 금속 또는 금속 합금 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 분말을 포함할 수 있다.
상기 금속 또는 금속합금 분말은 수분사로 제조된 분말인 것이 바람직하고, 15∼25㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 가스켓 필터에 의하면, 압력 손실이 적고 불순물 입자 제거 효율이 우수하다.
본 발명의 가스켓 필터는 저렴한 수분사 분말을 이용하여 0.4㎛ 불순물 입자 제거 효율 99.9% 이상과 유량 20L/min에서 압력 손실 10kPa 이하를 나타낼 수 있고, 상대적으로 낮은 제조 단가로 제작할 수 있다.
도 1은 반도체 공정 및 화학 공정 등에서 공정 가스를 공급해주기 위해 사용하는 튜브 연결 시 누설 방지를 위한 피팅(Fitting) 모습을 보여주는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터의 필터부를 도시한 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터가 그랜드(Gland) 사이에 끼워져 있는 모습을 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8은 Fe계 합금 분말을 보여주는 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이다.
도 9는 실험예 1에 따라 제조된 사출물(Green Part)의 크기 및 형상을 보여주는 도면이다.
도 10은 실험예 2에 따라 제조된 사출물(Green Part)의 크기 및 형상을 보여주는 도면이다.
도 11은 실험예 3에 따라 제조된 사출물(Green Part)의 크기 및 형상을 보여주는 도면이다.
도 12는 실험예 3 및 실험예 4에 따라 수득한 필터부의 여과 효율을 보여주는 도면이다.
도 13은 실험예 3 및 실험예 4에 따라 수득한 필터부의 압력 손실을 보여주는 도면이다.
도 14는 실험예 1, 실험예 2 및 실험예 3에 따라 제작한 필터부의 여과 효율을 보여주는 도면이다.
도 15는 실험예 1, 실험예 2 및 실험예 3에 따라 제작한 필터부의 압력 손실을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터는, 가스를 공급해주기 위해 사용하는 튜브 연결 시 가스 누설을 방지하고 불순물의 여과를 위해 사용하는 부품으로서, 가스켓부(110); 및 상기 가스켓부(110)와 결합된 필터부(120)를 포함하고, 상기 가스켓부(110)와 상기 필터부(120)가 결합된 전체 외관 형상은 압정형 구조를 이루고, 상기 카스켓부(110)와 인접한 상기 필터부(120)의 제1 단부(A)부터 이와 반대편의 제2 단부(B)까지는 관통되어 있고, 상기 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 경사져 있다.
상기 가스켓부(110)는 디스크 형상을 갖고, 상기 가스켓부(110)의 직경은 상기 필터부(120)의 직경보다 크게 구비된다.
상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 경사진 기울기는 1∼3.5°인 것이 바람직하다.
상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 상기 필터부의 여과층 두께는 0.3∼1㎜인 것이 바람직하다.
상기 필터부(120)는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터의 제조방법은, 금속 또는 금속합금 분말을 준비하는 단계와, 상기 금속 또는 금속합금 분말을 바인더(Binder)를 혼합하는 단계와, 상기 금속 또는 금속합금 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정을 이용하여 과립화(Granulation) 하는 단계와, 과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정을 이용하여 원하는 형상의 사출물(Green Part)로 제작하는 단계와, 상기 바인더를 용해할 수 있는 용액에 상기 사출물을 침지시켜 바인더(Binder)를 탈지시키는 단계와, 탈지된 사출물을 소결 지그에 장착하고 소결로에 장입한 뒤 환원 분위기에서 소결하여 필터부(120)를 수득하는 단계 및 수득한 필터부(120)를 가스켓부(110)와 결합하여 가스켓 필터를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 가스켓부(110)와 상기 필터부(120)가 결합된 전체 외관 형상은 압정형 구조를 이루고, 상기 카스켓부(110)와 인접한 상기 필터부(120)의 제1 단부(A)부터 이와 반대편의 제2 단부(B)까지는 관통되어 있고, 상기 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 경사져 있다.
상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 경사진 기울기는 1∼3.5°인 것이 바람직하다.
상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 상기 필터부의 여과층 두께는 0.3∼1㎜인 것이 바람직하다.
상기 금속 또는 금속 합금 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 분말을 포함할 수 있다.
상기 금속 또는 금속합금 분말은 수분사로 제조된 분말인 것이 바람직하고, 15∼25㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터를 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명은 가스켓과 필터를 일체화시킨 가스켓 필터에 관한 것으로, 가스켓부에 금속 또는 금속 합금 분말로 소결 제조한 필터부를 부착하여 튜브 내부에 흐르는 입자상 물질을 제거하는 기능을 갖는 가스켓 필터에 대한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터를 도시한 사시도이다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터를 설명하기 위해 도시한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터의 필터부를 도시한 사시도이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터가 그랜드(Gland) 사이에 끼워져 있는 모습을 보여주는 도면이다.
도 2a 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터는 가스켓부(110)와, 상기 가스켓부(110)와 결합된 필터부(120)를 포함한다.
상기 가스켓부(110)와 상기 필터부(120)가 결합된 전체 외관 형상은 압정형 구조를 이룬다. 압정은 납작하고 평평한 머리부와 가느다란 바늘이 합쳐진 도구를 의미한다. 상기 가스켓부(110)와 상기 필터부(120)가 결합된 전체 외관 형상은 압정과 비슷한 구조를 이루고 있다.
상기 가스켓부(110)는 디스크 형상을 갖는다. 상기 가스켓부(110)는 상기 압정형 구조에서 납작하고 평평한 머리부를 이루는 부분이다. 상기 가스켓부(110)의 직경은 상기 필터부(120)의 직경보다 크게 구비된다. 상기 가스켓부(110)는 금속, 금속 합금 재질로 이루어질 수 있다.
상기 필터부(120)는 가스를 필터링하는 역할을 하고, 가스가 통과할 수 있는 기공들이 몸체 내에 존재한다. 상기 필터부(120)는 상기 압정형 구조에서 가느다란 바늘에 해당하는 부분이다. 상기 필터부(120)는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 필터부(120)는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 분말이 소결되어 형성된 소결체로 이루어질 수 있다.
상기 필터부(120)에는 개구부(130)가 형성되어 있다. 상기 필터부(120)는 일단(제1 단부(A))이 개방되어 있고 타단(제2 단부(B))가 밀폐되어 있는 구조를 갖는다. 상기 카스켓부(110)와 인접한 상기 필터부(120)의 제1 단부(A)부터 이와 반대편의 제2 단부(B)까지는 관통되어 있고, 상기 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 경사져 있다. 상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 경사진 기울기는 1∼3.5° 범위인 것이 바람직하다. 상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 상기 필터부의 여과층 두께(T)는 0.3∼1㎜를 이루는 것이 바람직하다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스켓 필터의 제조방법을 설명한다.
금속(금속합금) 분말을 준비한다. 상기 금속(금속합금) 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 분말인 것이 바람직하다. 상기 Fe계 합금 분말의 예로 스테인레스(Stainless) 분말 등을 들 수 있다.
상기 금속(금속합금) 분말은 수분사로 제조된 분말일 수 있다. 수분사로 제조된 분말은 저렴하고 구형의 형태가 아니라 비정형의 형태를 갖고 있어 필터 제조에 적합하다.
상기 금속(금속합금) 분말을 채거름 망 등을 이용하여 체거름하여 소정 크기의 분말(예컨대, 평균 입경이 15∼25㎛)로 선별한다.
선별된 금속(금속합금) 분말과 바인더(Binder)를 혼합한다. 상기 혼합은 120∼200℃, 더욱 바람직하게는 150∼180℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 금속(금속합금) 분말과 상기 바인더는 0.5:1∼2:1, 더욱 바람직하게는 0.8:1∼1.5:1 정도의 부피비로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 금속(금속합금) 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정 등을 이용해 일정한 크기로 과립화(Granulation) 한다.
과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정 등을 이용하여 원하는 형상의 사출물(Green Part)을 제작한다. 필터부(120) 제조를 위한 사출물은 일단(제1 단부(A))이 개방되어 있고 타단(제2 단부(B))가 밀폐되어 있는 구조를 갖게 하고, 제1 단부(A)부터 이와 반대편의 제2 단부(B)까지는 관통되어 있고, 상기 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 경사지게 하게 것이 바람직하다. 상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 경사진 기울기는 1∼3.5° 범위인 것이 바람직하다. 여과층 두께(T)는 0.3∼1㎜, 더욱 바람직하게는 0.4∼0.8㎜ 정도를 이루게 하는 것이 바람직하다.
제작한 사출물을 헥산(Hexane), 헵탄(Heptane) 등의 용액에 침지시켜 바인더(Binder) 탈지를 시킨 뒤, 건조시킨다.
1차 탈지와 건조가 완료된 사출물을 소결 지그에 장착하고 소결로에 장입한 뒤 환원 분위기(예컨대, 96% Ar와 4% H2의 혼합 가스)에서 소결하여 소결체(필터부)를 수득한다. 상기 소결은 1000∼1200℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 소결체를 N2 가스 등으로 세정하는 것이 바람직하다.
필터부의 불순물 제거 효율을 높이기 위해 기공률을 낮추면 공정 가스의 압력 손실이 커지고, 압력 손실을 낮추기 위해 기공률을 높이면 필터 효과가 낮아진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 특정 형상을 가지는 분말을 제작하여 필터를 제작하고, 이로 인해 소재 비용이 증가하는 문제가 있다.
분말 입도, 필터 형상, 필터 제조 공정 변수 등을 통해 상대적으로 저렴한 수분사 분말을 사용해 산업에서 요구되는 유량 20 L/min의 조건에서 10kPa 이하 압력 손실과 0.4㎛ 입자 제거 효율 99.9% 이상의 가스켓 필터를 제조할 수 있다.
상기 가스켓부(110)를 준비한다. 상기 가스켓부(110)는 디스크 형상을 갖는다. 상기 가스켓부(110)는 상기 압정형 구조에서 납작하고 평평한 머리부를 이루는 부분이다. 상기 가스켓부(110)의 직경은 상기 필터부(120)의 직경보다 크게 구비된다. 상기 가스켓부(110)는 금속, 금속 합금 재질로 이루어질 수 있다.
상기 필터부(120)와 가스켓부(110)를 용접 등의 방법으로 결합하여 가스켓 필터를 형성한다.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실험예 1>
Fe계 합금 분말을 준비하였다. 상기 Fe계 합금 분말은 스테인레스 분말(SUS 316L 분말)로서 수분사로 제조된 Fe계 합금 분말을 사용하였다. 수분사로 제조된 Fe계 합금 분말은 저렴하고 구형의 형태가 아니라 비정형의 형태를 갖고 있어 필터 제조에 적합하다. 도 7 및 도 8은 Fe계 합금 분말을 보여주는 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이다.
상기 Fe계 합금 분말을 채거름 망을 이용하여 체거름하여 d50 값이 20㎛ 정도인 금속 분말(Fe계 합금 분말)로 선별하였다.
선별된 Fe계 합금 분말과 바인더(Binder)를 170℃에서 4시간 동안 혼합하였다. 상기 Fe계 합금 분말과 상기 바인더는 48(Fe계 합금 분말) : 52(Binder)의 부피비로 혼합하였다.
상기 Fe계 합금 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정을 이용해 일정한 크기로 과립화(Granulation) 하였다.
과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정을 이용해 도 9와 같은 형상의 사출물(Green Part)을 제작하였다. 여과층 두께는 1㎜ 였고, 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 평평한 형상을 갖도록 사출물을 제작하였다.
제작한 사출물을 40℃의 헥산(Hexane) 용액에 24시간 동안 침지시켜 1차로 바인더(Binder) 탈지를 시킨 뒤, 상온에서 12시간 동안 건조시켜 탈지용액을 제거하였다.
1차 탈지와 건조가 완료된 사출물을 소결 지그에 장착하고 진공소결로에 장입한 뒤 환원 분위기(96% Ar와 4% H2의 혼합 가스)에서 1100℃에서 소결을 수행하였다.
소결체를 N2 가스로 세정하여 필터부를 수득하였다.
<실험예 2>
Fe계 합금 분말을 준비하였다. 상기 Fe계 합금 분말은 스테인레스 분말(SUS 316L 분말)로서 수분사로 제조된 Fe계 합금 분말을 사용하였다. 수분사로 제조된 Fe계 합금 분말은 저렴하고 구형의 형태가 아니라 비정형의 형태를 갖고 있어 필터 제조에 적합하다.
상기 Fe계 합금 분말을 채거름 망을 이용하여 체거름하여 d50 값이 20㎛ 정도인 금속 분말(Fe계 합금 분말)을 선별하였다.
선별된 Fe계 합금 분말과 바인더(Binder)를 170℃에서 4시간 동안 혼합하였다. 상기 Fe계 합금 분말과 상기 바인더는 48(Fe계 합금 분말) : 52(Binder)의 부피비로 혼합하였다.
상기 Fe계 합금 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정을 이용해 일정한 크기로 과립화(Granulation) 하였다.
과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정을 이용해 도 10과 같은 형상의 사출물(Green Part)을 제작하였다. 여과층 두께는 0.5㎜ 였고, 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 평평한 형상을 갖도록 사출물을 제작하였다.
제작한 사출물을 40℃의 Hexane 용액에 24시간 동안 침지시켜 1차로 바인더(Binder) 탈지를 시킨 뒤, 상온에서 12시간 동안 건조시켜 탈지용액을 제거하였다.
1차 탈지와 건조가 완료된 사출물을 소결 지그에 장착하고 진공소결로에 장입한 뒤 환원 분위기(96% Ar와 4% H2의 혼합 가스)에서 1100℃에서 소결을 수행하였다.
소결체를 N2 가스로 세정하여 필터부를 수득하였다.
<실험예 3>
Fe계 합금 분말을 준비하였다. 상기 Fe계 합금 분말은 스테인레스 분말(SUS 316L 분말)로서 수분사로 제조된 Fe계 합금 분말을 사용하였다. 수분사로 제조된 Fe계 합금 분말은 저렴하고 구형의 형태가 아니라 비정형의 형태를 갖고 있어 필터 제조에 적합하다.
상기 Fe계 합금 분말을 채거름 망을 이용하여 체거름하여 d50 값이 20㎛ 정도인 금속 분말(Fe계 합금 분말)을 선별하였다.
선별된 Fe계 합금 분말과 바인더(Binder)를 170℃에서 4시간 동안 혼합하였다. 상기 Fe계 합금 분말과 상기 바인더는 48(Fe계 합금 분말) : 52(Binder)의 부피비로 혼합하였다.
상기 Fe계 합금 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정을 이용해 일정한 크기로 과립화(Granulation) 하였다.
과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정을 이용해 도 11과 같은 형상의 사출물(Green Part)을 제작하였다. 여과층 두께는 0.5㎜ 였고, 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 2˚의 기울기를 가진 경사진 형상을 갖도록 사출물을 제작하였다.
제작한 사출물을 40℃의 Hexane 용액에 24시간 동안 침지시켜 1차로 바인더(Binder) 탈지를 시킨 뒤, 상온에서 12시간 동안 건조시켜 탈지용액을 제거하였다.
1차 탈지와 건조가 완료된 사출물을 소결 지그에 장착하고 진공소결로에 장입한 뒤 환원 분위기(96% Ar와 4% H2의 혼합 가스)에서 1100℃에서 소결을 수행하였다.
소결체를 N2 가스로 세정하여 필터부를 수득하였다.
<실험예 4>
Fe계 합금 분말을 준비하였다. 상기 Fe계 합금 분말은 스테인레스 분말(SUS 316L 분말)로서 수분사로 제조된 Fe계 합금 분말을 사용하였다. 수분사로 제조된 Fe계 합금 분말은 저렴하고 구형의 형태가 아니라 비정형의 형태를 갖고 있어 필터 제조에 적합하다.
상기 Fe계 합금 분말을 채거름 망을 이용하여 체거름하여 d50 값이 10㎛ 정도인 금속 분말(Fe계 합금 분말)을 선별하였다.
선별된 Fe계 합금 분말과 바인더(Binder)를 170℃에서 4시간 동안 혼합하였다. 상기 Fe계 합금 분말과 상기 바인더는 48(Fe계 합금 분말) : 52(Binder)의 부피비로 혼합하였다.
상기 Fe계 합금 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정을 이용해 일정한 크기로 과립화(Granulation) 하였다.
과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정을 이용해 도 11과 같은 형상의 사출물(Green Part)을 제작하였다. 여과층 두께는 0.5㎜ 였고, 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 2˚의 기울기를 갖는 경사진 형상을 갖도록 사출물을 제작하였다.
제작한 사출물을 40℃의 Hexane 용액에 24시간 동안 침지시켜 1차로 바인더(Binder) 탈지를 시킨 뒤, 상온에서 12시간 동안 건조시켜 탈지용액을 제거하였다.
1차 탈지와 건조가 완료된 사출물을 소결 지그에 장착하고 진공소결로에 장입한 뒤 환원 분위기(96% Ar와 4% H2의 혼합 가스)에서 1100℃에서 소결을 수행하였다.
소결체를 N2 가스로 세정하여 필터부를 수득하였다.
도 12는 실험예 3 및 실험예 4에 따라 수득한 필터부의 여과 효율을 보여주는 도면이다. 도 12에서 (a)는 실험예 4에 따라 평균 입도가 10㎛인 Fe계 합금 분말을 사용하여 필터부를 제작한 경우에 필터부의 불순물 제거 효율을 보여주는 그래프이고, (b)는 실험예 4에 따라 평균 입도가 20㎛인 Fe계 합금 분말을 사용하여 필터부를 제작한 경우에 필터부의 불순물 제거 효율을 보여주는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 실험예 4에 따라 평균 입도가 10㎛인 Fe계 합금 분말을 사용한 경우 0.2㎛ 불순물 입자까지 100% 여과가 가능하고, 실험예 3에 따라 평균 입도 20㎛인 Fe계 합금 분말을 사용한 경우 0.4㎛ 불순물 입자부터 99.9% 이상 여과가 가능하였다.
도 13은 실험예 3 및 실험예 4에 따라 수득한 필터부의 압력 손실을 보여주는 도면이다. 도 13에서 (a)는 실험예 4에 따라 평균 입도가 10㎛인 Fe계 합금 분말을 사용하여 필터부를 제작한 경우에 필터부의 압력 손실을 보여주는 그래프이고, (b)는 (a)는 실험예 4에 따라 평균 입도가 20㎛인 Fe계 합금 분말을 사용하여 필터부를 제작한 경우에 필터부의 압력 손실을 보여주는 그래프이다.
도 13을 참조하면, 실험예 4에 따라 평균 입도가 10㎛인 Fe계 합금 분말을 사용한 경우 압력 손실이 유량 20L/min에서 80kPa 이상으로 금속 분말 소결 필터로 적합하지 않고, 실험예 3에 따라 평균 입도가 20㎛인 Fe계 합금 분말을 사용한 경우 유량 20L/min에서 10kPa 이하로 나타났다.
도 14는 실험예 1, 실험예 2 및 실험예 3에 따라 제작한 필터부의 여과 효율을 보여주는 도면이다. 도 15는 실험예 1, 실험예 2 및 실험예 3에 따라 제작한 필터부의 압력 손실을 보여주는 도면이다. 도 14 및 도 15에서 (a)는 실험예 1에 따라 필터부의 여과층 두께를 1㎜로 하고 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 평평한 형상을 갖는 필터부에 대한 것이고, (b)는 실험예 2에 따라 필터부의 여과층 두께를 0.5㎜로 하고 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 평평한 형상을 갖는 필터부에 대한 것이며, (c)는 실험예 2에 따라 필터부의 여과층 두께를 0.5㎜로 하고 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 2˚의 기울기를 갖는 경사진 형상을 갖는 필터부에 대한 것이다.
도 14를 참조하면, 실험예 1에 따라 필터부의 여과층 두께를 1mm로 할 경우 0.25㎛ 불순물 제거 효율 100%로 높은 여과 성능을 보이지만, 20L/min에서 60kPa 이상의 높은 압력 손실을 보였다.
실험예 2에 따라 필터부의 여과층 두께를 0.5mm로 낮출 경우 0.4㎛ 불순물 제거 효율이 99.9%로 여전히 높은 여과 효율을 보이고 실험예 1에 따라 필터부의 여과층 두께가 1mm인 경우 보다 낮은 압력 손실을 보이지만 20L/min의 조건에서 32kPa로 높은 압력 손실을 보였다.
실험예 3에 따라 제작한 필터부는 0.5mm의 여과층 두께를 가지지만 경사 구배 2°를 주었다. 이와 같은 이유는 금속 분말 소결 필터를 거쳐 나온 공정 가스가 튜브와의 공간을 주어 와류로 인해 발생하는 압력 손실을 감소하기 위함이다. 그 결과, 도 14의 (c) 및 도 15의 (c)에 나타낸 바와 같이, 20L/min에서 10kPa 이하의 압력 손실과 0.4um 입자 여과 효율 99.9%를 보이는 것을 확인하였다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
110: 가스켓부
120: 필터부
130: 개구부

Claims (10)

  1. 가스를 공급해주기 위해 사용하는 튜브 연결 시 가스 누설을 방지하고 불순물의 여과를 위해 사용하는 부품으로서,
    가스켓부(110); 및
    상기 가스켓부(110)와 결합된 필터부(120)를 포함하고,
    상기 가스켓부(110)와 상기 필터부(120)가 결합된 전체 외관 형상은 압정형 구조를 이루고,
    상기 카스켓부(110)와 인접한 상기 필터부(120)의 제1 단부(A)부터 이와 반대편의 제2 단부(B)까지는 관통되어 있고,
    상기 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 경사져 있는 것을 특징으로 하는 가스켓 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스켓부(110)는 디스크 형상을 갖고,
    상기 가스켓부(110)의 직경은 상기 필터부(120)의 직경보다 크게 구비되는 것을 특징으로 하는 가스켓 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 경사진 기울기는 1∼3.5°인 것을 특징으로 하는 가스켓 필터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 상기 필터부의 여과층 두께는 0.3∼1㎜인 것을 특징으로 하는 가스켓 필터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 필터부(120)는 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스켓 필터.
  6. 금속 또는 금속합금 분말을 준비하는 단계;
    상기 금속 또는 금속합금 분말을 바인더(Binder)를 혼합하는 단계;
    상기 금속 또는 금속합금 분말과 바인더의 혼합물을 펠레타이징(Pelletizing) 공정을 이용하여 과립화(Granulation) 하는 단계;
    과립화된 혼합물을 금속주입몰딩(MIM; Metal Injection Molding) 공정을 이용하여 원하는 형상의 사출물(Green Part)로 제작하는 단계;
    상기 바인더를 용해할 수 있는 용액에 상기 사출물을 침지시켜 바인더(Binder)를 탈지시키는 단계;
    탈지된 사출물을 소결 지그에 장착하고 소결로에 장입한 뒤 환원 분위기에서 소결하여 필터부(120)를 수득하는 단계; 및
    수득한 필터부(120)를 가스켓부(110)와 결합하여 가스켓 필터를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 가스켓부(110)와 상기 필터부(120)가 결합된 전체 외관 형상은 압정형 구조를 이루고,
    상기 카스켓부(110)와 인접한 상기 필터부(120)의 제1 단부(A)부터 이와 반대편의 제2 단부(B)까지는 관통되어 있고,
    상기 제1 단부(A)부터 제2 단부(B)까지 경사져 있는 것을 특징으로 하는 가스켓 필터의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 경사진 기울기는 1∼3.5°인 것을 특징으로 하는 가스켓 필터의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 단부(A)부터 상기 제2 단부(B)까지 상기 필터부의 여과층 두께는 0.3∼1㎜인 것을 특징으로 하는 가스켓 필터의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 금속 또는 금속 합금 분말은 Fe계 합금 및 Ni계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스켓 필터의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 금속 또는 금속합금 분말은 수분사로 제조된 분말이고, 15∼25㎛의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 가스켓 필터의 제조방법.
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