KR20210118552A - Microwave sintering apparatus - Google Patents

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KR20210118552A KR1020200034937A KR20200034937A KR20210118552A KR 20210118552 A KR20210118552 A KR 20210118552A KR 1020200034937 A KR1020200034937 A KR 1020200034937A KR 20200034937 A KR20200034937 A KR 20200034937A KR 20210118552 A KR20210118552 A KR 20210118552A
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Abstract

A microwave sintering apparatus is disclosed. The present invention comprises a housing; a sintering chamber installed inside the housing; an amplifier for generating microwaves based on a high-power solid-state amplifier (SSPA) in the sintering chamber; a heat sink for dissipating heat generated inside the housing; a cooling fan operating to lower the temperature of the amplifier and the heat sink; and a power supply for supplying power to all components of the sintering apparatus, wherein a non-contact infrared temperature sensor is installed inside the sintering chamber to measure the temperature of a sintering object and the output of microwaves is controlled through an MCU. The microwave sintering apparatus of the present invention can perform accurate sintering by stably supplying microwave energy.

Description

마이크로파 소결장치{MICROWAVE SINTERING APPARATUS}Microwave sintering apparatus {MICROWAVE SINTERING APPARATUS}

본 발명은 마이크로파 소결장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 소결하고자 하는 대상물(세라믹 시료)에 조사된 마이크로파 신호로부터 피드백을 기반으로 세라믹 시료에 최적의 마이크로파 전력을 공급하고 세라믹 시료의 가공에 있어서 안정적으로 마이크로파 에너지를 공급하여 정확한 소결처리를 할 수 있도록 하는 마이크로파 소결장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microwave sintering apparatus, and more particularly, to supply optimal microwave power to a ceramic sample based on a feedback from a microwave signal irradiated to an object to be sintered (ceramic sample) and stably in the processing of the ceramic sample It relates to a microwave sintering apparatus that supplies microwave energy so that an accurate sintering process can be performed.

마이크로파 소결은 세라믹의 초기재료에 마이크로파를 조사하면 세라믹 재료 자체가 발열하여 재료가 소결된다. 즉 마이크로파에 의해서 초기재료가 미세구조에 대한 소결이 발생하고 투명한 세라믹이 만들어진다. 마이크로파 소결을 통해 만들어진 새로운 재료는 전통적인 공정 방법에서 쉽게 접근할 수 없는 기술로써 마이크로파는 새로운 재료들을 만들어 내기 위한 상당히 중요한 도구이며 현존하는 재료들의 활용 도면에서의 특성을 항상 시키기 위한 새롭고도 강력한 방법이 될 수 있다.In microwave sintering, when the initial ceramic material is irradiated with microwaves, the ceramic material itself generates heat and the material is sintered. That is, the microstructure of the initial material is sintered by microwaves and a transparent ceramic is made. New materials made through microwave sintering are techniques that are not easily accessible in traditional processing methods. Microwave is a very important tool for making new materials, and it will be a new and powerful method to always characterize existing materials in the application drawings. can

마이크로파 가열현상은 유전가열 원리에 의해 피가열체(유전체) 자체가 발열체가 되는 가열 현상으로 특히 마이 크로파 가열은 세라믹스, 금속재료 등에서 기존의 피가열체의 가열방법보다 100∼300℃정도 낮은 온도에서 화학 반응 및 소결반응이 일어난다.The microwave heating phenomenon is a heating phenomenon in which the object to be heated (dielectric) itself becomes a heating element according to the principle of dielectric heating. Chemical reactions and sintering reactions take place in

종래의 마그네트론을 사용한 기존의 마이크로파 소결로는 승온 과정 또는 유지 과정에서 목적하는 설정 온도와 실제 온도의 편차가 크다. 이와 같은 온도 편차는 마그네트론에 의한 온도 상승 및 하강이 매우 급격하게 진행된다. 즉 마그네트론에 전원이 공급되면 마이크로파에 의해 순간적인 온도 상승이 발생하고, 마그네트론 전원이 오프될 때에는 급속한 냉각이 진행된다. 따라서 마그네트론 구동 제어에 의해 온도 편차를 감소시키는 데에 많은 어려움이 존재하고 마그네트론 구동은 열조절이 어려워 열폭주가 일어날 가능성이 있다.In a conventional microwave sintering furnace using a conventional magnetron, there is a large deviation between the desired set temperature and the actual temperature during the temperature increase or maintenance process. In such a temperature deviation, the temperature rise and fall by the magnetron proceed very rapidly. That is, when power is supplied to the magnetron, an instantaneous temperature rise occurs by the microwave, and when the power of the magnetron is turned off, rapid cooling proceeds. Therefore, there are many difficulties in reducing the temperature deviation by the magnetron driving control, and there is a possibility that thermal runaway occurs because the magnetron driving is difficult to thermally control.

진공관인 마그네트론은 현재 마이크로파 가열에서 저렴하고 높은 출력에서 전력효율이 좋은 마이크로파 발생장치이다. 그러나 마그네트론은 발진 주파수 및 출력 전력이 낮음으로 인해 불안정하며 잡음이 있다.A vacuum tube magnetron is a current microwave heating device that is inexpensive and has good power efficiency at high output. However, the magnetron is unstable and noisy due to its low oscillation frequency and output power.

그리고 진동 주파수와 출력 전력이 불안정하여 가열되는 물체의 흡수효율은 현저히 떨어진다(50% 내외). 따라서 첨단 신소재인 세라믹의 소결기에 사용하기에는 신뢰성이 떨어진다. 그러므로 신소재 세라믹의 소결에는 보다 신뢰성이 향상되고 시료의 가열을 제어할 수 있는 마이크로파 가열 시스템을 필요로 한다.And the vibration frequency and output power are unstable, so the absorption efficiency of the heated object is significantly reduced (around 50%). Therefore, the reliability is low for use in the sintering machine of ceramic, which is a high-tech new material. Therefore, the sintering of the new ceramic material requires a microwave heating system with improved reliability and controllable heating of the sample.

1. 대한민국 공개특허 제10-2006-0123052호(2006.12.01)1. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2006-0123052 (2006.12.01) 2. 대한민국 등록특허 제10-0841039호(2008.06.18)2. Republic of Korea Patent Registration No. 10-0841039 (June 18, 2008)

본 발명의 목적은 소결하고자 하는 대상물(세라믹 시료)에 조사된 마이크로파 신호로부터 피드백을 기반으로 세라믹 시료에 최적의 마이크로파 전력을 공급하고 세라믹 시료의 가공에 있어서 안정적으로 마이크로파 에너지를 공급하여 정확한 소결처리를 할 수 있도록 한 마이크로파 소결장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to supply optimal microwave power to a ceramic sample based on feedback from a microwave signal irradiated to an object to be sintered (ceramic sample) and to stably supply microwave energy in the processing of the ceramic sample to perform accurate sintering treatment It is to provide a microwave sintering apparatus that can do this.

본 발명의 다른 목적은 소결하고자 하는 대상물이 담겨진 서셉터를 복수로 설치하고 그들을 회전시킴으로써, 마이크로파가 균일하게 조사될 수 있고 동시에 복수의 피대상물을 동시에 소결처리할 수 있도록 한 마이크로파 소결장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a microwave sintering apparatus in which a plurality of susceptors containing an object to be sintered are installed and rotated, so that microwaves can be uniformly irradiated and a plurality of objects to be sintered can be sintered at the same time. there is

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마이크로파 소결장치는,In order to achieve the above object, the microwave sintering apparatus according to the present invention,

하우징; 상기 하우징 내부에 설치되는 소결챔버; 상기 소결챔버에 고전력 솔리드 스테이트 암프(SSPA)를 기반으로 마이크로파를 발생시키는 증폭기; 상기 하우징 내부에서 발생하는 열을 방열시키기 위한 방열판; 상기 증폭기와 방열판의 온도를 낮추기 위해 작동하는 냉각팬; 및 소결장치의 모든 부품들에 전원을 공급하기 위한 전원공급기;를 포함하고,housing; a sintering chamber installed inside the housing; an amplifier for generating microwaves based on a high-power solid-state amplifier (SSPA) in the sintering chamber; a heat sink for dissipating heat generated inside the housing; a cooling fan operating to lower the temperature of the amplifier and the heat sink; and a power supply for supplying power to all parts of the sintering apparatus;

상기 소결챔버의 내부에 비접촉 적외선 온도센서를 설치하여, 소결 대상물의 온도를 측정하고 MCU를 통해서 마이크로파의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that by installing a non-contact infrared temperature sensor inside the sintering chamber, the temperature of the sintering object is measured and the output of microwaves is controlled through the MCU.

상기 소결챔버는, 상기 하우징의 상측 내부에 설치되는 챔버케이스; 상기 챔버케이스 내부에 회전가능하게 설치되는 회전카트리지; 상기 회전카트리지를 구동시키기 위해 그 중앙부에 연결되는 구동모터; 상기 회전카트리지의 상부에 원주방향을 따라서 설치되는 복수개의 서셉터; 상기 챔버케이스와 상기 회전카트리지 사이에 설치되어 열의 유출을 차단하는 단열재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The sintering chamber may include: a chamber case installed inside the upper side of the housing; a rotary cartridge rotatably installed inside the chamber case; a driving motor connected to the central portion thereof to drive the rotary cartridge; A plurality of susceptors installed along the circumferential direction on the upper portion of the rotary cartridge; It is characterized in that it comprises a; is installed between the chamber case and the rotary cartridge to block the outflow of heat.

상기 챔버케이스의 상부에는 열의 유출을 방지하기 위하여 별도의 단열덮개를 더 설치하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that a separate heat insulating cover is further installed on the upper part of the chamber case to prevent heat leakage.

상기 회전카트리지의 중앙부로부터 그 하방으로는 모터축이 길게 연장하여 설치되고, 상기 모터축의 하단부는 상기 구동모터에 연결되는 것을 특징으로 한다.A motor shaft is installed to extend from the central portion of the rotary cartridge to a lower side thereof, and a lower end of the motor shaft is connected to the driving motor.

상기 구동모터는 상기 챔버케이스의 저면부 외부에 설치되는 것을 특징으로 한다.The driving motor is installed outside the bottom of the chamber case.

본 발명에 따르면, 비접촉 적외선온도센서가 첨버 상단에 장치되어 서셉터에 수용된 시료의 온도를 측정하고 MCU를 통해 마이크로파의 출력을 정밀하게 선형제어함으로써, 대상물의 소결이 소프트 렌딩(soft lending)이 되게 하는 효과가 있다.According to the present invention, a non-contact infrared temperature sensor is installed on the upper part of the cumber to measure the temperature of the sample accommodated in the susceptor and precisely linearly control the microwave output through the MCU, so that the sintering of the object becomes soft lending. has the effect of

본 발명에 따르면, 마이크로파 쳄버의 하단에 모터가 장치되어 시료와 서셉터가 설치된 카트리지(Applicator)를 회전시켜 시료가 일정한 마이크로파 에너지를 흡수할 수 있게 함으로써, 시료의 정착위치에 관계없이 일정한 크기의 마이크로파의 흡수효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a motor is installed at the lower end of the microwave chamber to rotate the cartridge (applicator) in which the sample and the susceptor are installed so that the sample can absorb certain microwave energy, thereby enabling the sample to absorb a certain microwave energy regardless of the location of the sample. It has the effect of obtaining the absorption effect of

도 1은 본 발명에 따른 마이크로파 소결장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로파 소결장치의 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로파 소결장치의 배면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로파 소결장치의 평단면도이다.1 is a view showing the appearance of a microwave sintering apparatus according to the present invention.
2 is a side cross-sectional view of the microwave sintering apparatus according to the present invention.
3 is a rear view of the microwave sintering apparatus according to the present invention.
4 is a plan cross-sectional view of the microwave sintering apparatus according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 소결장치에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a micro sintering apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서 사용되는 마이크로파 증폭기는 합성된 VCO(Voltage Controlled Oscillator)와 고전력 솔리드 스테이트 암프(SSPA)를 기반으로 한다. 또한 SSPA방식의 마이크로파 소결은 사용되는 대상물(세라믹 시료)에 조사된 마이크로파 신호로부터 피드백을 기반으로 세라믹 시료에 최적의 마이크로파 전력을 공급하며 세라믹 시료의 가공에서 안정적으로 마이크로파 에너지를 공급하여 정확한 소결처리를 가능하게 한다.The microwave amplifier used in the present invention is based on a synthesized voltage controlled oscillator (VCO) and a high power solid state amplifier (SSPA). In addition, the SSPA method microwave sintering supplies optimal microwave power to the ceramic sample based on feedback from the microwave signal irradiated to the object (ceramic sample) used, and provides stable microwave energy in the processing of the ceramic sample to ensure accurate sintering. make it possible

특히, 본 발명에 따른 마이크로파 소결기는 SSPA(고전력 솔리드 스테이트 암프)를 기반으로 마이크로파를 발생하고 MCU(마이크로컨트롤러)에 의해 마이크로파 출력을 세밀히 조정하여 시료를 소결하는데 사용하기 때문에 마그네크론을 사용한 경쟁사 제품에서의 열폭주(thermal runaway)와 같은 현상이 없는 것이 큰 특징이다.In particular, the microwave sintering machine according to the present invention generates a microwave based on SSPA (High Power Solid State Amp) and finely adjusts the microwave output by MCU (microcontroller) to sinter the sample. A major feature is that there is no phenomenon such as thermal runaway of

본 발명에 있어서, 마이크로파 증폭기는 합성된 VCO(Voltage Controlled Oscillator)와 고전력 솔리드 스테이트 암프(SSPA)를 기반으로 한다. 또한 SSPA방식의 마이크로파 소결은 사용되는 대상물(세라믹 시료)에 조사된 마이크로파 신호로부터 피드백을 기반으로 세라믹 시료에 최적의 마이크로파 전력을 공급하며 세라믹 시료의 가공에서 안정적으로 마이크로파 에너지를 공급하여 정확한 소결처리를 가능 하게 한다.In the present invention, the microwave amplifier is based on a synthesized voltage controlled oscillator (VCO) and a high power solid state amplifier (SSPA). In addition, the SSPA method microwave sintering supplies optimal microwave power to the ceramic sample based on feedback from the microwave signal irradiated to the object (ceramic sample) used, and provides stable microwave energy in the processing of the ceramic sample to ensure accurate sintering. make it possible

한편, 본발명에 따른 마이크로파 소결장치에서의 마이크로파에 의한 가열방식은 혼합가열방식으로 직접 대상체에 에너지를 전달시켜 주는 방식이나 대부분의 산화물 계통의 세라믹이 낯은 온도에서 2.45GHz 주파수의 마이크로파를 흡수하지 않으므로 이 산화물들이 마이크로파를 흡수할 수 있는 온도까지 예열을 해줄 필요가 있다. 시료 주위에 있는 탄화 규소 서셉터(SiC susceptor)가 상온에서 2,45GHz 주파수의 마이크로파를 흡수하여 발열하므로 통상적인 로내에서와 같이 시료를 복사와 전도열로 임계전이온도(critical transition temperture)까지 가열시키게 된다.On the other hand, the heating method by microwave in the microwave sintering apparatus according to the present invention is a method that directly transfers energy to an object as a mixed heating method, but most oxide-based ceramics do not absorb microwaves of 2.45 GHz frequency at an unfamiliar temperature. Therefore, it is necessary to preheat to a temperature at which these oxides can absorb microwaves. Since the silicon carbide susceptor (SiC susceptor) around the sample absorbs microwaves of 2,45GHz frequency at room temperature and generates heat, the sample is heated to the critical transition temperature by radiation and conduction heat as in a normal furnace. .

지르코니아와 탄화규소의 온도가 올라감에 따라 지르코니아에 흡수되는 마이크로파가 상대적으로 많아지며 이는 지르코니아의 유전손실 부분이 탄화규소보다 더 빠르게 증가 하기 때문에 유전손실이 서로 겹치는 부분의 500∼600℃ 이상에서는 지르코니아가 대부분의 마이크로파 흡수하여 가열하게 된다. As the temperature of zirconia and silicon carbide increases, the microwaves absorbed by zirconia increase relatively. This is because the dielectric loss portion of zirconia increases faster than silicon carbide. Most of the microwaves are absorbed and heated.

이와같이 본 발명에 따른 마이크로파 소결장치는 서셉터(susceptor)를 이용하여 복사, 전도열로 시료를 가열시키는 방법과 대상물인 시료의 직접적인 마이크로파 흡수 방법을 병행하여 사용함으로써, 효율적으로 소결체를 얻을 수 있는 것이다.As described above, in the microwave sintering apparatus according to the present invention, a sintered body can be efficiently obtained by using a method of heating a sample by radiation and conduction heat using a susceptor and a method of direct microwave absorption of a sample as an object in parallel.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로파 소결장치의 외관을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 마이크로파 소결장치의 측단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로파 소결장치의 배면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 마이크로파 소결장치의 평단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 마이크로파 소결장치의 전체 외관도이다.1 is a view showing the appearance of the microwave sintering apparatus according to the present invention, Figure 2 is a side cross-sectional view of the microwave sintering apparatus according to the present invention, Figure 3 is a rear view of the microwave sintering apparatus according to the present invention, Figure 4 is a plan cross-sectional view of the microwave sintering apparatus according to the present invention, Figure 5 is an overall external view of the microwave sintering apparatus according to the present invention.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로파 소결장치는 하우징(4), 상기 하우징(4) 내부에 설치되는 소결챔버(10), 상기 소결챔버(10)에 고전력 솔리드 스테이트 암프(SSPA)를 기반으로 마이크로파를 발생시키는 증폭기(9), 상기 하우징(4) 내부에서 발생하는 열을 방열시키기 위한 방열판(5) 상기 증폭기(9)와 방열판(5)의 온도를 낮추기 위해 작동하는 냉각팬(7) 및 상기 소결장치의 모든 부품들에 전원을 공급하기 위한 전원공급기(3)를 포함한다.1 to 5, the microwave sintering apparatus according to the present invention includes a housing 4, a sintering chamber 10 installed inside the housing 4, and a high-power solid-state amplifier (SSPA) in the sintering chamber 10. ) based on an amplifier (9) that generates microwaves, a heat sink (5) for dissipating heat generated inside the housing (4), and a cooling fan that operates to lower the temperature of the amplifier (9) and the heat sink (5) (7) and a power supply (3) for supplying power to all parts of the sintering apparatus.

상기 전원공급기(3)는 상기 하우징(4)의 일측 바닥부에 설치될 수 있고, 상기 증폭기(9), 방열판(5) 및 냉각팬(7)은 상기 하우징(4)의 배면 일측에 설치될 수 있다.The power supply 3 may be installed on the bottom of one side of the housing 4 , and the amplifier 9 , the heat sink 5 and the cooling fan 7 are installed on one side of the rear surface of the housing 4 . can

또한, 상기 하우징(4)의 상부에는 소결하고자 하는 대상물(30)을 넣거나 빼내기 위한 개폐문(2)이 설치될 수 있고, 상기 하우징(4)의 전면부에는 소결장치의 모든 동작을 제어하고 구동상황을 나타낼 수 있는 디스플레이패널(1)이 장착된다.In addition, an opening and closing door 2 for putting in or taking out the object 30 to be sintered may be installed on the upper portion of the housing 4, and the front part of the housing 4 controls all operations of the sintering apparatus and driving conditions A display panel (1) capable of showing is mounted.

상기 소결챔버(10)는, 상기 하우징(4)의 상측 내부에 설치되는 챔버케이스(12), 상기 챔버케이스(12) 내부에 회전가능하게 설치되는 회전카트리지(11), 상기 회전카트리지(11)를 구동시키기 위해 그 중앙부에 연결되는 구동모터(20), 상기 회전카트리지(11)의 상부에 원주방향을 따라서 설치되는 복수개의 서셉터(15), 상기 챔버케이스(12)와 상기 회전카트리지(11) 사이에 설치되어 열의 유출을 차단하는 단열재(13)을 포함한다.The sintering chamber 10 includes a chamber case 12 installed inside the upper side of the housing 4, a rotary cartridge 11 rotatably installed inside the chamber case 12, and the rotary cartridge 11 A driving motor 20 connected to the central portion to drive the susceptor 15, a plurality of susceptors 15 installed along the circumferential direction on the upper portion of the rotary cartridge 11, the chamber case 12 and the rotary cartridge 11 ) is installed between the heat insulator 13 to block the outflow of heat.

상기 챔버케이스(12)는 상기 하우징(4)의 상부에 설치되는 개폐문(2)을 열었을 때 바로 접근할 수 있도록 상기 하우징(4)의 상측부에 설치되는 것이 바람직하고, 상기 챔버케이스(12)의 상부에는 열의 유출을 방지하기 위하여 별도의 단열덮개(17)를 설치할 수 있다.The chamber case 12 is preferably installed in the upper part of the housing 4 so that it can be accessed immediately when the opening and closing door 2 installed in the upper part of the housing 4 is opened, and the chamber case 12 A separate insulating cover 17 may be installed on the upper portion of the to prevent leakage of heat.

또한, 상기 소결챔버(10)의 일측에는 내부의 온도를 측정하기 위한 온도센서(19)가 추가로 설치될 수 있다.In addition, a temperature sensor 19 for measuring an internal temperature may be additionally installed on one side of the sintering chamber 10 .

상기 회전카트리지(11)는 회전을 위해서 원판 형상을 가질 수 있으며, 상기 회전카트리지(11)의 중앙부로부터 그 하방으로는 모터축이 길게 연장하여 설치되고, 상기 모터축의 하단부는 구동모터(20)에 연결되게 된다. 상기 구동모터(20)는 상기 챔버케이스(12)의 저면부 외부로 설치될 수 있다 따라서, 상기 구동모터(20)가 구동하게 되면 상기 모터축이 회전하고 그에 연결된 회전카트리지(11)가 회전할 수 있는 것이다.The rotary cartridge 11 may have a disk shape for rotation, and a motor shaft is installed to extend from the central portion of the rotary cartridge 11 to a lower side thereof, and the lower end of the motor shaft is to the drive motor 20 . will be connected The driving motor 20 may be installed outside the bottom of the chamber case 12. Therefore, when the driving motor 20 is driven, the motor shaft rotates and the rotating cartridge 11 connected thereto rotates. it can be

상기 회전카트리지(11)의 상부판 원주방향을 따라서 복수개의 서셉터(15)가 설치되어 있으며, 상기 서셉터(15)에는 소결하고자 하는 대상물(예, 지르코니아)(30)이 수용될 수 있다.A plurality of susceptors 15 are installed along the circumferential direction of the upper plate of the rotary cartridge 11 , and an object to be sintered (eg, zirconia) 30 may be accommodated in the susceptors 15 .

따라서, 상기 서셉터(15)에 담겨진 대상물들은 상기 회전카트리지(11)가 회전하고 그와 함께 서셉터(15)가 회전함으로써, 대상물(30)이 일정한 마이크로파 에너지를 흡수할 수 있게 하여 시료의 정착위치에 관계없이 일정한 크기의 마이크로파의 흡수효과를 얻을 수 있는 것이다.Therefore, the objects contained in the susceptor 15 rotate the rotary cartridge 11 and the susceptor 15 rotates with it, so that the object 30 can absorb a certain microwave energy, so that the sample is fixed It is possible to obtain the effect of absorbing microwaves of a certain size regardless of the location.

도 5를 참조하면, 비접촉 적외선(IR) 온도센서(19)가 소결챔버 상단에 장착되어 서셉터(15)에 수용된 시료의 온도를 측정하고 MCU를 통해 마이크로파의 출력을 제어 한다. 대상물(30)에 대한 마이크로파의 출력제어 방법은 선형제어(Linear feedback control)방식으로 대상물의 소결이 소프트 렌딩(Soft Lending)이 되게 한다.Referring to FIG. 5 , a non-contact infrared (IR) temperature sensor 19 is mounted on the top of the sintering chamber to measure the temperature of the sample accommodated in the susceptor 15 and control the output of microwaves through the MCU. The microwave output control method for the object 30 is a linear control (Linear feedback control) method so that the sintering of the object is soft lending (Soft Lending).

도 6을 참조하면, 선형 시스템(linear system)이란 입력과 출력의 관계가 선형(linear)인 시스템을 말한다. 시스템이 선형성(linearity)을 가지면 시스템의 출력이 입력에 대해 일관적으로 나타나므로 시스템의 특성을 해석하기 좋고 이용하기 좋다. 본 발명에 따름 마이크로파 소결장치는 IR 센서로부터 받은 소결 대상물(30)의 온도 정보를 MCU에 전달하고 SSAP의 출력을 정밀하게 선형제어하는 것이 특징이다. 이는 소결 대상물(30)이 필요로 하는 온도에 최적화된 마이크로파 출력을 대상물에 안정적으로 공급하게 하여 소프트 렌딩을 유도할 수 있게 할 수 있다.Referring to FIG. 6 , a linear system refers to a system in which a relationship between an input and an output is linear. If the system has linearity, the output of the system appears consistent with respect to the input, so it is easy to interpret and use the system characteristics. The microwave sintering apparatus according to the present invention is characterized in that it transmits the temperature information of the sintering object 30 received from the IR sensor to the MCU and precisely linearly controls the output of the SSAP. This makes it possible to stably supply the microwave output optimized for the temperature required by the sintering object 30 to the object to induce soft landing.

또한, 본 발명에 따르면, 소결챔버(10)의 하단에 구동모터(20)가 장착되어 대상물(30)과 서셉터(15)가 설치된 회전카트리지(11)를 회전시켜 대상물(30)이 일정한 마이크로파 에너지를 흡수할 수 있게 된다. 이와 같이 마이크로파를 대상물에 조사하여 대상물을 소결시킨다. 따라서 본 발명에서는 대상물의 정착위치에 관계없이 일정한 크기의 마이크로파의 흡수효과를 달성할 수 있는 것이다.In addition, according to the present invention, the drive motor 20 is mounted at the lower end of the sintering chamber 10 to rotate the rotary cartridge 11 in which the object 30 and the susceptor 15 are installed, so that the object 30 is uniformly microwaved. able to absorb energy. In this way, the microwave is irradiated to the object to sinter the object. Therefore, in the present invention, it is possible to achieve the effect of absorbing microwaves of a certain size regardless of the fixing position of the object.

본 발명에 따른 마이크로파 소결장치의 장점에 대해서 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The advantages of the microwave sintering apparatus according to the present invention will be described in more detail as follows.

전통적인 가열에 의한 소결방식은 오븐이 가열되고 이 열이 대상물에 전달되나 마이크로파 가열은 소결챔버는 가열시키지 않고 단지 대상체만을 가열시킨다. 따라서 크고 복잡한 시료도 매우 빠르고 균일하게 소결할 수 있고 열응력을 감소시켜 균열방지 및 균일한 미세 구조를 얻을 수 있다.In the conventional sintering method by heating, the oven is heated and this heat is transferred to the object, but microwave heating only heats the object without heating the sintering chamber. Therefore, even large and complex samples can be sintered very quickly and uniformly, and by reducing thermal stress, crack prevention and uniform microstructure can be obtained.

공정시간이 짧고 에너지 소비가 적어 제조단가를 낯출 수 있고 제품의 균일성과 수율을 증가 시킨다.Because the process time is short and energy consumption is low, the manufacturing cost can be lowered and the uniformity and yield of the product are increased.

균일한 미세구조를 통한 물성증진이 가능하며 새로운 복합 재료 및 난소결성 재료의 소결에 응용할 수있다. 전통적인 소결방법보다 더 작고 미세한 입자 크기를 만들며 어떤 기공(pore)이 있다 하더라도 이 기공의 형태는 전통적인 소결에 의한 것과 다르며 이로 인해 더 강한 연성과 인성의 성질을 갖게 된다. 마이크로파에 장내에서의 가열은 초급속가열이 가능함으로써 급속소결의 장점 즉 입성장 속도에 대한 치밀화 속도의 비를 증가 기킴으로써 작은 입경의 고밀도 소결체를 얻을 수 있다.It is possible to improve physical properties through a uniform microstructure and can be applied to the sintering of new composite materials and non-sintering materials. It makes smaller and finer grain size than the traditional sintering method, and even if there are any pores, the shape of these pores is different from that of conventional sintering, which results in stronger ductility and toughness properties. in the microwave Since heating in the intestine enables ultra-rapid heating, it is possible to obtain a high-density sintered compact with a small particle size by increasing the ratio of the densification rate to the grain growth rate, which is the advantage of rapid sintering.

상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. Those skilled in the art to which the present invention of the above contents pertain will be able to understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all aspects and not restrictive.

1: 디스플레이패널 2: 개폐문
3: 전원공급기 4: 하우징
5: 방열판 7: 냉각팬
9: 증폭기 10: 소결챔버
11: 회전카트리지 12: 챔버케이스
13: 단열재 15: 서셉터
17: 단열덮개 19: 온도센서
20: 구동모터 30: 대상물1: Display panel 2: Open door
3: Power supply 4: Housing
5: heat sink 7: cooling fan
9: amplifier 10: sintering chamber
11: rotating cartridge 12: chamber case
13: insulation 15: susceptor
17: insulation cover 19: temperature sensor
20: drive motor 30: object

Claims (5)

마이크로파 소결장치에 있어서,
하우징;
상기 하우징 내부에 설치되는 소결챔버;
상기 소결챔버에 고전력 솔리드 스테이트 암프(SSPA)를 기반으로 마이크로파를 발생시키는 증폭기;
상기 하우징 내부에서 발생하는 열을 방열시키기 위한 방열판;
상기 증폭기와 방열판의 온도를 낮추기 위해 작동하는 냉각팬; 및
상기 소결장치의 모든 부품들에 전원을 공급하기 위한 전원공급기;를 포함하고,
상기 소결챔버의 내부에 비접촉 적외선 온도센서를 설치하여, 소결 대상물의 온도를 측정하고 MCU를 통해서 마이크로파의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결장치.In the microwave sintering apparatus,
housing;
a sintering chamber installed inside the housing;
an amplifier for generating microwaves based on a high-power solid-state amplifier (SSPA) in the sintering chamber;
a heat sink for dissipating heat generated inside the housing;
a cooling fan operating to lower the temperature of the amplifier and the heat sink; and
A power supply for supplying power to all parts of the sintering apparatus; including,
Microwave sintering apparatus, characterized in that by installing a non-contact infrared temperature sensor inside the sintering chamber, measuring the temperature of the sintering object and controlling the output of the microwave through the MCU. 제 1항에 있어서,
상기 소결챔버는,
상기 하우징의 상측 내부에 설치되는 챔버케이스;
상기 챔버케이스 내부에 회전가능하게 설치되는 회전카트리지;
상기 회전카트리지를 구동시키기 위해 그 중앙부에 연결되는 구동모터;
상기 회전카트리지의 상부에 원주방향을 따라서 설치되는 복수개의 서셉터; 및
상기 챔버케이스와 상기 회전카트리지 사이에 설치되어 열의 유출을 차단하는 단열재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결장치.The method of claim 1,
The sintering chamber,
a chamber case installed inside the upper side of the housing;
a rotary cartridge rotatably installed inside the chamber case;
a driving motor connected to the central portion thereof to drive the rotary cartridge;
A plurality of susceptors installed along the circumferential direction on the upper portion of the rotary cartridge; and
Microwave sintering apparatus comprising a; an insulating material installed between the chamber case and the rotary cartridge to block the outflow of heat. 제 2항에 있어서,
상기 챔버케이스의 상부에는 열의 유출을 방지하기 위하여 별도의 단열덮개를 더 설치하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결장치.3. The method of claim 2,
Microwave sintering apparatus, characterized in that a separate heat insulating cover is further installed on the upper part of the chamber case to prevent heat leakage. 제 2항에 있어서,
상기 회전카트리지의 중앙부로부터 그 하방으로는 모터축이 길게 연장하여 설치되고, 상기 모터축의 하단부는 상기 구동모터에 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결장치.3. The method of claim 2,
Microwave sintering apparatus, characterized in that the lower end of the motor shaft is installed to extend from the central portion of the rotary cartridge to the lower end is connected to the drive motor. 제 4항에 있어서,
상기 구동모터는 상기 챔버케이스의 저면부 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 소결장치.

5. The method of claim 4,
The driving motor is a microwave sintering apparatus, characterized in that installed outside the bottom of the chamber case.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117680681A (en) * 2024-02-01 2024-03-12 山西东方资源发展集团东瑞新科技有限公司 Ferromanganese powder microwave sintering device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060123052A (en) 2006-11-15 2006-12-01 삼성전기주식회사 Microwave sintering apparatus
KR100841039B1 (en) 2007-09-21 2008-06-24 김문수 Microwave sintering system
KR20090015542A (en) * 2007-08-09 2009-02-12 김병관 Microwave sintering furnace
JP2018022868A (en) * 2016-07-26 2018-02-08 三菱電機株式会社 Electronic apparatus cooler
KR20180094934A (en) * 2015-12-16 2018-08-24 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 Microwave sintering furnace and sintering method
KR20190016666A (en) * 2017-08-09 2019-02-19 덴스타주식회사 Microwave Sintering Apparatus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060123052A (en) 2006-11-15 2006-12-01 삼성전기주식회사 Microwave sintering apparatus
KR20090015542A (en) * 2007-08-09 2009-02-12 김병관 Microwave sintering furnace
KR100841039B1 (en) 2007-09-21 2008-06-24 김문수 Microwave sintering system
KR20180094934A (en) * 2015-12-16 2018-08-24 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 Microwave sintering furnace and sintering method
JP2018022868A (en) * 2016-07-26 2018-02-08 三菱電機株式会社 Electronic apparatus cooler
KR20190016666A (en) * 2017-08-09 2019-02-19 덴스타주식회사 Microwave Sintering Apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117680681A (en) * 2024-02-01 2024-03-12 山西东方资源发展集团东瑞新科技有限公司 Ferromanganese powder microwave sintering device

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