KR20230024360A - 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용한 금속증기의 분배를 위한 진공코팅장치 - Google Patents

균일한 혼합 버퍼 구조를 이용한 금속증기의 분배를 위한 진공코팅장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하는 진공코팅장치로서, 도가니를 포함하며, 상기 도가니 내부의 용탕을 가열하여 금속증기를 형성하는 유도 가열기가 도가니 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 진공코팅장치가 개시된다. 도가니의 상단은 금속증기 파이프라인을 통해 흐름 분배 탱크 본체에 연결된다. 수평 코어 로드와 압력 안정화 플레이트는 흐름 분배 탱크 본체 내부에 배치된다. 코어 로드는 압력 안정화 플레이트 아래에 있다. 코팅 노즐은 흐름 분배 탱크 본체의 상단에 배치된다. 유도 코일은 흐름 분배 탱크 본체의 외부에 배치된다. 압력 조절 밸브는 금속증기 파이프라인에 배치된다. 상기 코어 로드 내부에 다수의 축 방향 가열홀이 구비되고, 상기 가열홀 내부에는 저항 와이어가 배치되며, 상기 코어 로드의 표면에 1차 가이드 플레이트, 2차 가이드 플레이트 및 3차 가이드 플레이트가 배치되고; 흐름 분배 탱크 본체의 내벽에 완충홈이 제공되고, 완충홈은 위치상 코어 로드에 대응한다. 본 발명에 따르면 저온의 스틸 플레이트에 고온의 증기가 접촉하면 스틸 플레이트의 표면에 균일한 코팅이 형성된다.

Description

균일한 혼합 버퍼 구조를 이용한 금속증기의 분배를 위한 진공코팅장치
본 발명은 진공 코팅 기술분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분포시키는 진공코팅장치에 관한 것이다.
PVD(Physical Vapor Deposition)는 도금된 금속을 진공 상태에서 가열하여 기판에 기체 상태로 증착하여 코팅을 형성하는 공정 기술을 말하며 가열 방식에 따라 (저항성 또는 유도성) 전기 가열, 전자 빔 총 가열(electron beam gun heating, EBPVD) 등으로 분류된다. 진공코팅은 표면 개질 및 코팅 공정으로 전자, 유리, 플라스틱 등 다양한 산업분야에 널리 적용되고 있으며, 진공코팅 기술은 환경적이며 코팅 성능이 우수하고 도금 재료의 다양성을 달성한다는 주요 장점이 있다. 연속 스트립 스틸에 대한 진공코팅 기술의 활용의 핵심은 연속 코팅 생산, 대량 생산, 고속 생산, 대량 생산 등과 같은 여러 측면에 있다. 1980년대 이후 세계 각 철강사에서 이 기술에 대한 많은 연구가 진행되었다. 이 기술은 유례없는 주목을 받고 있으며 열간 아연도금(hot galvanizing) 기술과 전기 아연도금(electro galvanizing) 기술이 성숙해짐에 따라 혁신적인 표면코팅 공정으로 평가받고 있다.
진공코팅에서 관건은 노즐을 배열하여 균일한 두께의 코팅물을 얻는 것이다. 현재 해외에 공개된 문서는 주로 다음과 같은 측면을 포함한다.
1) 일체형 증발 도가니와 흐름 분배 노즐(flow distribution nozzle) 구조
유럽특허 BE1009321A6 및 BE1009317A61은 각각 도 1 및 도 2와 같은 도가니 노즐 구조를 개시하고 있다. 도 1의 구조에서 도가니(1)의 상부에 상부 커버(2)를 추가하여 증발 금속의 직접 분무를 위해 상부 커버(2)와 도가니 벽 사이에 노즐구조를 형성한다. 도 2의 구조에서 증발 도가니에 여과판(filter plaste, 3)을 추가하고 상부의 슬릿 노즐을 사용하여 금속증기를 분사한다. 이 두 장치 노즐의 설계에서 하나의 노즐은 라발(Laval) 노즐 구조를 사용하고 다른 하나는 수렴형 노즐(converging nozzle)을 사용하며, 하나는 측면 분사용으로, 다른 하나는 수직 분사용으로 배치된다.
특허 JPS59177370A 및 US4552092A는 또한, 관련된 증발 도가니 및 노즐 구조를 개시한다. 도 3은 용탕(molten metal)을 자동으로 보충할 수 있는 도가니 노즐 구조를 나타낸 것이다. 노즐(4)은 더 넓은 출구를 채택하고, 히터(5)도 도가니 상부에 배치되어 스팀 등을 얻기 위한 가열에 사용된다. 도 4에 도시된 도가니 노즐 구조에서, 구조는 한쪽에서 아크(6)로 연장되어 측면 분사를 달성하고, 가열 파이프라인(7)이 마찬가지로 도가니 벽 외부에 배치되어 벽면을 가열한다.
2) 분리된 증발 도가니와 흐름 분배 노즐 구조
특허 WO2018/020311A1은 도 5에 나타낸 바와 같이 분리된 도가니 노즐 구조를 개시하고 있고, 여기서 도가니 하부는 용탕 공급 탱크(8)와 연결되고, 도가니 상부는 분리된 파이프라인(9)을 통해 금속증기를 관형 분배기와 전단에 있는 증기 노즐로 전달하며, 상기 금속증기는 노즐을 통해 고속으로 스틸 플레이트에 분사된다.
특허 CN103249860A는 분리된 흐름 분배기와 노즐 구조를 개시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 증기는 파이프라인을 통해 상부 수평 파이프라인(10)으로 전달되며, 수평 파이프라인(10)의 상부에는 금속증기를 금속 플레이트의 표면에 균일하게 분사하기 위한 다공성 노즐이 제공된다.
특허 CN101175866A는 금속증기 흐름 분배기 및 노즐의 형태를 개시한다. 도 7은 노즐의 단면을 나타내고, 와이어는 파이프라인을 가열하기 위해 흐름 분배기 파이프라인(11)의 외부에 감기며 노즐은 도 8과 같이 정사각형 하우징을 가지고 있고, 사각하우징(12) 내부에 다른 재질의 원형 파이프라인이 내장되어 금속증기를 분사하는데 사용되며; 노즐에 사용되는 증기 배출구는 다공성이다.
이러한 특허는 모두 코팅 공정에서 노즐의 특정 형태와 관련이 있지만 이러한 노즐이 균일한 코팅을 달성할 수 있다는 것을 나타내지는 않는다. 스틸 플레이트 표면의 도금 균일도는 벤딩, 펀칭 등 후속 공정의 핵심 요소이다.
상기와 같은 종래 기술에 존재하는 결점을 감안하여 본 출원의 목적은 가이드 플레이트형의 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분포시키기 위한 진공코팅장비를 제공하는데 그 목적이 있는데, 이때, 금속증기는 균일한 혼합 홈(mixing groove)을 이용하여 금속증기가 균일하게 분포 및 가이딩되고 압력 안정화 플레이트(pressure stabilizing plate)에 의해 2차 완충 분포를 거친 후 코팅 노즐에서 분사되어 최종적으로 스틸 플레이트 표면에 균일한 코팅을 형성한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 출원은 다음과 같은 기술 솔루션을 사용한다.
균일한 혼합 버퍼 구조(mixing buffer structure)를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치(vacuum coating apparatus)는 도가니(crucible)를 포함하는데, 여기서 상기 도가니 내부의 용탕(molten metal)을 가열하여 금속증기를 형성하는 인덕션히터(induction heater)가 도가니의 외부에 배치되어 있고; 도가니의 상부가 금속증기 파이프라인에 의해 흐름 분배 탱크 본체(flow distribution tank body)에 연결되며; 수평 방향으로 연장되는 균일 혼합 홈(uniform mixing groove) 및 압력 안정화 플레이트(pressure stabilizing plate)가 상기 흐름 분배 탱크 본체 내부에 배치되고; 상기 균일 혼합 홈은 상기 압력 안정화 플레이트 아래에 있으며; 상기 흐름 분배 탱크 본체의 상부에 코팅 노즐이 배치되고; 상기 흐름 분배 탱크 본체 외부에 유도 코일이 배치되며; 상기 금속증기 파이프라인에 압력 조절 밸브가 배치된다.
상기 균일 혼합 홈은 원호판(circular arc plate)의 형상으로 제공되며 금속증기 파이프라인을 향하는 오목 원호면(concave arc surface)을 가지며; 상기 균일 혼합 홈의 내부에 상기 균일 혼합 홈의 축 방향으로 연장되어 형성된 하나 이상의 가열 홀(heating holes)로서, 저항 와이어(resistance wire)가 상기 가열 홀 내부에 배열되며; 상기 균일 혼합 홈에는 오버플로우 홀(overflow hole)이 제공되고, 상기 오버플로우 홀은 상기 균일 혼합 홈의 반경 방향으로 상기 균일 혼합 홈을 관통한다.
상기 흐름 분배 탱크 본체의 내벽에 형성되고, 위치상 상기 균일 혼합 홈에 대응하며 내부에 복수의 감속벽(deceleration walls)이 제공된다.
선택적으로, 상기 완충홈은 위치상 상기 균일 혼합 홈에 대응되도록 수평방향으로 상기 균일 혼합 홈과 대향되게 배치된다.
바람직하게는, 상기 오버플로우 홀은 원형홀, 타원홀, 사다리꼴홀 또는 사각형홀로 제공된다.
선택적으로, 다수의 오버플로우 홀이 구비되고, 원형홀, 타원홀, 사다리꼴홀 또는 사각형홀 중 하나 이상의 조합을 포함한다.
바람직하게는, 상기 오버플로우 홀의 오버플로우 개구부는 연속적인 오버플로우 슬릿 형상으로 제공된다.
바람직하게는, 상기 완충홈의 단면은 직사각형 또는 사다리꼴로 설정된다.
바람직하게는, 상기 감속벽은 장방형 다공성 구조를 갖는 스트립 형상 또는 사다리꼴 스트립 형상으로 설정된다.
바람직하게는, 1~10개의 상기 감속벽이 제공된다.
바람직하게는, 상기 균일 혼합 홈에서 상기 오버플로우 홀의 오버플로우 개구부의 총면적 Soverflow, 상기 균일 혼합 홈의 기류 유입 채널의 총면적 Sinflow, 감속벽 상단에서 균일 혼합 홈 외면까지의 거리 D2, 감속벽의 개수, 감속벽의 공극률 P1, 인접한 두 감속벽 사이의 거리 DW, 저항 와이어의 총 전력 W1 및 금속증기 파이프라인의 금속증기 압력은 다음 관계를 만족하고;
상기 금속증기 파이프라인의 금속증기 압력이 10000-50000 Pa, Sinflow/Soverflow=00.5-4, D2=3-10 mm, DW=10-30 mm일 때 감속벽의 수는 1-10으로 설정되고, 감속벽은 연속 스트립 형상으로 설정되며, 감속벽의 공극률은 0.2-0.7로 설정되고, 저항 와이어는 총 전력 W1=1-10 KW/m를 가진다.
선택적으로, 일부 실시예에서 상기 금속증기 파이프라인의 금속증기의 압력이 증가함에 따라 Sinflow/Soverflow 값이 증가하고, D2 값이 증가하며, DW 값이 증가하고, 감속벽의 수가 증가하며, 감속벽이 연속 스트립 형상으로 설정되고, 감속벽의 공극률이 감소되고, 저항 와이어의 총 전력 W1이 증가한다.
선택적으로, 일부 실시예에서 상기 금속증기 파이프라인의 금속증기 압력이 50000-100000 Pa, Sinflow/Soverflow==2-4, D2=7-10 mm, DW=20-30 mm일 때 상기 감속벽의 수는 6-10으로 설정되고, 감속벽은 연속 스트립 형상으로 설정되며, 감속벽의 공극률(porosity)은 0.2-0.3으로 설정되고, 저항 와이어는 총 전력 W1=7-10 KW/m을 가지며;
상기 금속증기 파이프라인의 금속증기 압력이 10000-50000 Pa, Sinflow/Soverflow=1-2, D2=5-7 mm, DW=15-20 mm일 때 감속벽의 수는 4-6으로 설정되고, 감속벽은 연속 스트립 형상으로 설정되며, 감속벽의 공극률은 0.3-0.5로 설정되고, 저항 와이어는 총 전력 W1=5-7 KW/m를 가지며;
상기 금속증기 파이프라인의 금속증기 압력이 10000-50000 Pa, Sinflow/Soverflow=0.5-1, D2=3-5 mm, DW=10-15 mm일 때 감속벽의 수는 1-4로 설정되고, 감속벽은 연속 스트립 형상으로 설정되며, 감속벽의 공극률은 0.5-0.7로 설정되고, 저항 와이어는 총 전력 W1=1-5 KW/m를 가진다.
바람직하게는, 상기 압력 안정화 플레이트는 다공질 구조로 설정되고, 상기 코팅 노즐의 출구에서의 기류 채널(airflow channel) 면적 Soutlet에 대한 상기 압력 안정화 플레이트의 전체 홀 면적 Stotal hole area의 비율은 0.1 이상, 즉, Stotal hole area/Soutlet≥0.1이다.
바람직하게는, 상기 압력 안정화 플레이트의 홀은 원형, 사각형 또는 삼각형이다.
바람직하게는, 상기 압력 안정화 플레이트의 홀은 직선 또는 곡선으로 연장된다.
바람직하게는, 상기 코팅 노즐의 출구는 슬릿형 또는 다공형으로 설정되고; 상기 코팅 노즐의 출구에서의 기류 채널 면적은 Soutlet이고; 상기 도가니 상부와 상기 금속증기 파이프라인의 경계면에 있는 기류 채널 면적은 Sinlet이며, Soutlet 대 Sinlet의 비율은 0.05-5 이상, 즉, Soutlet/Sinlet≥0.05-5이다.
바람직하게는, 상기 코팅 노즐은 슬릿형으로 직선형 또는 곡선형 프로파일을 가지며; 또는, 상기 코팅 노즐은 다공형으로 직사각형, 원형 또는 사다리꼴 프로파일을 가지고 있다.
바람직하게는, 상기 균일 혼합 홈은 상기 흐름 분배 탱크 본체에 나사산(threads) 또는 인레이(inlaying)로 연결된다.
본 출원은 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치를 제공한다. 상기 인덕션히터의 유도가열에 의해 도가니 내의 용탕을 녹여 증발시켜 금속증기를 얻고; 상기 금속증기는 금속증기 파이프라인을 통해 흐름 분배 탱크 본체로 들어가며; 유도 코일은 가열을 위해 흐름 분배 탱크 본체 외부에 배치되고, 상기 균일 혼합 홈은 상기 흐름 분배 탱크 본체 내부에 배치되며, 나사산(threads) 또는 인레이(inlaying)에 의해 흐름 분배 탱크 본체 내부에 고정되고 축 방향 가열 홀은 코어 로드에 형성되어 저항 와이어에 의해 가열된다. 금속증기의 증발 온도에 따라 노즐과 균일 혼합 홈이 원하는 온도로 가열된 후 압력 조절 밸브가 열리고 금속증기가 흐름 분배 탱크 본체로 들어가 상기 균일 혼합 홈의 표면에 충돌한다. 상기 금속증기의 일부는 상기 균일 혼합 홈의 가장자리로 유입된 후 상기 흐름 분배 탱크 본체로 유입되고, 상기 금속증기의 나머지 일부는 상기 균일 혼합 홈으로 유입되어 분배되며; 상기 균일 혼합 홈에 오버플로우 개구부가 형성되어 상기 흐름 분배 탱크 본체 내벽의 완충홈과 연동하여 흐름을 분배하여 균일 혼합 홈 내부의 금속증기가 균일 혼합 홈의 가장자리로 분배되어 흐름 분배 탱크로 직접 유입되는 금속증기와 수렴하여 흐름 분배 탱크로 유입되도록 한다. 압력 안정화 플레이트는 분배 캐비티(distribution cavity)로 들어가는 금속증기의 2차 완충 분배를 위해 흐름 분배 탱크 본체에 배열된다. 그러면 코팅 노즐에서 금속증기가 분사되어 전처리된 금속판에 고속으로 접촉하여 균일한 금속 코팅이 형성된다.
도 1은 유럽특허 BE1009321A6의 개략도이다.
도 2는 유럽특허 BE1009317A61의 개략도이다.
도 3은 특허 JPS59177370A의 개략도이다.
도 4는 특허 US4552092A의 개략도이다.
도 5는 특허 WO2018/020311A1의 개략도이다.
도 6은 특허 CN103249860A의 개략도이다.
도 7은 특허 CN101175866A의 개략도이다.
도 8은 도 7의 사각형 하우징의 개략도이다.
도 9는 본 출원의 실시예에 의해 제공되는 진공코팅장치의 개략적인 구조도이다.
도 10은 본 출원의 일 실시예에서 제공하는 진공코팅장치에서 균일 혼합 홈에서 상기 오버플로우 홀의 오버플로우 개구부의 총면적 Soverflow, 상기 균일 혼합 홈의 기류 유입 채널의 총면적 Sinflow, 감속벽 상단에서 균일 혼합 홈 외면까지의 거리 D2, 감속벽의 공극률 P1, 인접한 두 감속벽 사이의 거리 DW에 대한 위치 파라미터의 개략도이다.
도 11은 도 9의 진공코팅장치에서 파라미터 영역 분류의 개략도이다.
본 출원의 실시예의 기술적 해결방안은 첨부된 도면과 관련하여 아래에서 추가로 설명된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 출원의 일 실시예는 도가니(13)를 포함하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치를 제공한다. 도가니(13) 내의 용탕(14)을 가열하여 금속증기(15)를 형성하기 위한 유도 가열기(16)가 도가니(13) 외부에 배치된다. 도가니(13)의 상부는 금속증기 파이프라인(17)에 의해 흐름 분배 탱크 본체(18)에 연결된다. 흐름 분배 탱크 본체(18)의 내부에는 수평방향으로 배치된 균일 혼합 홈(19)과 압력 안정화 플레이트(20)가 배치된다. 균일 혼합 홈(19)은 압력 안정화 플레이트(20) 하부에 위치한다. 균일 혼합 홈(19)은 나사산 또는 인레이에 의한 흐름 분배 탱크 본체(18)에 연결된다. 코팅 노즐(21)은 유동 분배 탱크 본체(18)의 상부에 배치된다. 유도 코일(22)은 유동 분배 탱크 본체(18) 외부에 배치된다. 압력 조절 밸브(23)는 금속증기 파이프라인(17)에 배치된다.
상기 균일 혼합 홈(19)은 원호판(circular arc plate)의 형상으로 제공되며 금속증기 파이프라인을 향하는 오목 원호면(concave arc surface, 19a)을 갖는다. 상기 균일 혼합 홈(19)에는 하나 이상의 가열 홀(24)이 형성되어 균일 혼합 홈(19)의 축방향(도 9 및 도 10의 지면에 수직한 방향)으로 연장된다. 각 가열 홀(24) 내부에는 저항 와이어가 배치되어 있다. 도 9 및 도 10에서 가열 홀(24)의 개수는 5개이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 가열 홀(24)의 개수는 다른 수, 예를 들어 1, 3, 7, 10 등일 수 있다.
상기 균일 혼합 홈(19)에는 오버플로우 홀(25)이 형성되어 균일 혼합 홈(19)을 혼합 홈(19)의 축방향(도 10에 도시된 X1 방향, 즉 원호판의 반경 방향)으로 관통한다. 균일 혼합 홈(19)은 주로 금속증기 파이프라인(17)으로부터 흐름 분배 탱크 본체(18)로 유입되는 금속증기(15)가 1차적으로 균일하게 혼합분포되는 것을 수행하는 역할을 하여, 금속증기(15)가 균일 혼합 홈(19)의 길이방향(즉, 균일 혼합 홈(19)의 축방향)으로 흐르도록 한다.
오버플로우 홀(25)은 원형홀, 타원홀, 사다리꼴홀 또는 사각형홀로 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 오버플로우 홀(25)이 제공되고, 원형홀, 타원홀, 사다리꼴홀 또는 사각형홀 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있다.
오버플로우 홀(25)의 오버플로우 개구부(즉, 균일 혼합 홈(19)의 외주면(19b)에 있는 오버플로우 홀(25)의 개구부)도 연속적인 오버플로우 슬릿 형상으로 제공될 수 있다.
오버플로우 개구부(25)는 균일 혼합 홈(19)으로 유입되는 금속증기를 균일하게 분배하여 유출시키기 위해 주로 사용된다.
유동 분배 탱크 본체(18)의 내벽에는 완충홈(26)이 형성되고, 균일 혼합 홈(19)의 위치에 대응되며, 내부에 1-10개의 감속 벽(27)이 제공된다. 예시적으로, 완충홈(26)은 수평 방향으로 균일 혼합 홈(19)에 대향하여 배치되어 완충홈(26)이 균일 혼합 홈(19)의 위치에 대응하게 한다.
완충홈(26)은 흐름 분배 탱크 본체(18)의 내벽에 형성된 오목홈으로서, 오목홈의 단면은 사다리꼴, 직사각형 또는 기타 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 10에 제공된 실시예에서, 완충홈(26)의 단면은 직사각형이다.
감속벽(27)은 완충홈(26)의 내벽에 배치된 볼록한 몸체로 장방형이나 사다리꼴 또는 기타 형상을 가지며 완충홈(26)으로 유입되고 흐름 분배 탱크 본체(18)로 흐르는 금속증기(15)의 완충분배에 주로 사용된다.
본 출원의 진공코팅장치의 작업 흐름은 다음과 같다:
1) 인덕션히터(16)의 작용으로 도가니(13)에서 금속 블록(metal block)이 용융되어 용탕(14)을 형성하고, 용탕(14)은 더 높은 과열도 및 낮은 압력에서 증발하기 시작하여 점차 금속증기(15)를 형성한다.
2) 시작 단계에서 도가니(13)에 연결된 금속증기 파이프라인(17)의 압력 조절 밸브(23)는 닫힌 상태이다. 도가니(13) 내부의 금속증기(15)는 용탕(14)이 지속적으로 기화됨에 따라 일정하게 증가하게 되며, 도가니(13) 내부의 압력이 일정값에 도달하면 압력 조절 밸브(23)가 개방되어 그것은 일정한 압력에서 흘러나온다.
3) 이때 인덕션히터(16)의 동력을 높여 압력 조절 밸브(23)의 개방으로 인한 감압을 보충해야 한다. 도가니(13)의 내부 캐비티 내의 금속증기(15)의 압력이 일정한 범위 내에 유지되도록 유도 가열기(16)의 전력 범위가 조정된다.
4) 압력 조절 밸브(23)가 열린 후 금속증기(15)는 금속증기 파이프라인(17)을 따라 앞으로 흐르고; 금속증기(15)가 흐름 분배 탱크 본체(18)로 유입되면 금속증기(15)의 일부는 균일 혼합 홈(19)으로 직접 유입되고, 나머지 일부는 균일 혼합 홈(19)을 우회하여 상기 균일 혼합 홈(19)의 외면과 완충홈(26) 사이의 틈에서 흘러나온다.
5) 상기 균일 혼합 홈(19)에는 방사상 오버플로우 홀(25)이 형성되어 있으며, 상기 균일 혼합 홈(19)으로 유입된 금속증기(15)는 상기 균일 혼합 홈(19)의 길이 방향으로 퍼지다가 상기 오버플로우 홀(25)을 통해 흘러나와 흐름 분배 탱크 본체(18)에 충돌하여 금속증기(15)의 1차 균일 혼합 완충 분포를 생성한다.
6) 흐름 분배 탱크 본체(18) 내벽의 균일 혼합 홈(19)에 대응되는 위치에 완충홈(26)이 형성된다. 완충홈(26) 내부에는 감속벽(27)이 배치된다. 균일한 혼합 홈(19)과 오버플로우 홀(25)에서 흘러나오는 금속증기(15)는 완충홈(26)에서 혼합되어 그 사이의 속도를 상쇄하고; 금속증기(15)는 완충홈(26)에서 감속벽(27)을 따라 흘러나와 흐름 분배 탱크 본체(18)로 유입되어 금속증기(15)의 2차 완충을 형성한다.
7) 균일 혼합 홈(19) 내부에 저항 와이어가 구비된 가열 홀(24)이 배치되어 작동 중에 균일 혼합 홈(19)을 가열하므로 흐름 분배 탱크 본체(18)로 유입되는 금속증기(15)가 응고될 수 없다. 유도 코일(22)은 흐름 분배 탱크 본체(18) 외부에 배열되어 전체 흐름 분배 탱크 본체(18)를 가열하므로, 흐름 분배 탱크 본체(18)의 온도는 일정하게 유지되고 흐름 분배 탱크 본체(18) 내부의 금속증기(15)는 흐르는 동안 응고될 수 없다.
8) 압력 안정화 플레이트(20)는 흐름 분배 탱크 본체(18)에 설치되어 분배 캐비티로 유입되는 금속증기(15)의 기류를 2차 완충분포하여 균일한 금속증기(15)가 코팅 노즐에서 균일하게 흘러나오는데 사용되고, 균일한 금속증기(15)는 흐름 분배 탱크 본체(18)의 상부에 있는 코팅 노즐(21)로부터 균일하게 흘러나온다.
9) 코팅 노즐(21)의 좁은 출구로 인해 금속증기(15)가 유출될 때 더 큰 속도가 형성되고; 이때 코팅 노즐(21) 상부에는 움직이는 스틸 플레이트(28)가 배치되어 있으며, 금속증기(15)의 온도가 높기 때문에 온도가 낮은 스틸 플레이트(28)와 만나면 금속증기(15)가 급격하게 응고되어 금속 코팅(29)이 형성된다.
용탕(14)은 아연, 마그네슘, 알루미늄, 주석, 니켈, 구리, 철 등의 금속을 포함할 수 있으며, 이들 원소의 저융점(2000℃ 미만) 산화물도 포함할 수 있다.
금속 플레이트(28)는 진공 코팅 전에 플라즈마 장치 또는 기타 장치에 의해 세정되며, 예열 온도는 80-300℃에 이른다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 균일 혼합 홈(19)에서 상기 오버플로우 홀(25)의 오버플로우 개구부의 총면적 Soverflow, 상기 균일 혼합 홈(19)의 기류 유입 채널의 총면적 Sinflow, 감속벽(27) 상단에서 균일 혼합 홈(19) 외면까지의 거리 D2, 감속벽(27)의 개수, 감속벽(27)의 공극률 P1, 인접한 두 감속벽(27) 사이의 거리 DW, 저항 와이어의 총 전력 W1 및 금속증기 파이프라인(17)의 금속증기(15) 압력은 다음 관계를 만족하고;
상기 금속증기 파이프라인(17)의 금속증기(15) 압력이 10000-50000 Pa, Sinflow/Soverflow=00.5-4, D2=3-10 mm, DW=10-30 mm일 때 감속벽의 수는 1-10로 설정되고, 감속벽은 연속 스트립 형상으로 설정되며, 감속벽의 공극률은 0.2-0.7로 설정되고, 저항 와이어는 총 전력 W1=1-10 KW/m를 가진다.
선택적으로, 일부 실시예에서, 상기 금속증기 파이프라인(17) 내의 금속증기(15)의 압력이 증가함에 따라 Sinflow/Soverflow의 값이 증가하고, D2의 값이 증가하며, DW의 값이 증가하고, 감속벽의 수가 증가하며, 감속벽이 연속 스트립 형상으로 설정되고, 감속벽의 공극률이 감소하고, 저항선의 총 전력 W1이 증가한다.
선택적으로, 일부 실시예에서, 상기 금속증기 파이프라인(17)의 금속증기(15) 압력이 50000-100000 Pa, Sinflow/Soverflow==2-4, D2=7-10 mm, DW=20-30 mm일 때 상기 감속벽(27)의 수는 6-10으로 설정되고, 감속벽(27)은 연속 스트립 형상으로 설정되며, 감속벽(27)의 공극률(porosity)은 0.2-0.3으로 설정되고, 저항 와이어는 총 전력 W1=7-10 KW/m을 가지며;
상기 금속증기 파이프라인(17)의 금속증기(15) 압력이 10000-50000 Pa, Sinflow/Soverflow=1-2, D2=5-7 mm, DW=15-20 mm일 때 감속벽(27)의 수는 4-6으로 설정되고, 감속벽(27)은 연속 스트립 형상으로 설정되며, 감속벽(27)의 공극률은 0.3-0.5로 설정되고, 저항 와이어는 총 전력 W1=5-7 KW/m를 가지며;
상기 금속증기 파이프라인(17)의 금속증기(15) 압력이 10000-50000 Pa, Sinflow/Soverflow=0.5-1, D2=3-5 mm, DW=10-15 mm일 때 감속벽(27)의 수는 1-4로 설정되고, 감속벽(27)은 연속 스트립 형상으로 설정되며, 감속벽(27)의 공극률은 0.5-0.7로 설정되고, 저항 와이어는 총 전력 W1=1-5 KW/m를 가진다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 압력 안정화 플레이트(20)는 다공질 구조로 설정되고, 상기 코팅 노즐(21)의 출구에서의 기류 채널(airflow channel) 면적 Soutlet에 대한 상기 압력 안정화 플레이트(20)의 전체 홀 면적 Stotal hole area의 비율은 0.1 이상, 즉, Stotal hole area/Soutlet≥0.1이다.
상기 압력 안정화 플레이트(20)의 홀은 원형, 사각형 또는 삼각형 또는 기타 형상이다.
상기 압력 안정화 플레이트(20)의 홀은 직선, 곡선 또는 다층 구조로 연장된다.
상기 코팅 노즐(21)의 출구는 슬릿형 또는 다공형으로 설정되고; 상기 코팅 노즐(21)의 출구에서의 기류 채널 면적은 Soutlet이다. 상기 도가니(13) 상부와 상기 금속증기 파이프라인(17)의 경계면에 있는 기류 채널 면적은 Sinlet이며, Soutlet 대 Sinlet의 비율은 0.05-5 이상, 즉, Soutlet/Sinlet≥0.05-5이다.
슬릿형으로 설정될 때, 코팅 노즐(21)은 직선형 또는 곡선형 프로파일을 갖는다. 또는 다공성 유형으로 설정될 때 코팅 노즐(21)은 직사각형, 원형 또는 사다리꼴 프로파일 또는 기타 프로파일을 갖는다.
코팅 노즐(21)은 흑연, 세라믹, 금속 또는 가공 가능한 기타 재료로 만들어질 수 있다.
실시예
스틸 플레이트(28)의 표면에 아연 증발 코팅(Zinc evaporation coating)이 채택된다. 스틸 플레이트(28)는 폭이 1000 mm이고, 스틸 플레이트(28)는 세척 및 건조 후에 120℃로 가열된다. 도가니(13)는 인덕션히터(16)로 가열되어 아연을 증발시킨다. 도가니(13) 내의 아연 증기의 압력은 동력을 조절하여 60000 Pa에 도달하고, 이때 압력 조절 밸브(23)는 닫힌 상태이다. 도가니(13) 내의 증기의 압력이 60000 Pa에 도달하면 압력 조절 밸브(23)가 열리고 금속증기(15)가 금속증기 파이프라인(17)을 통해 균일 혼합 홈(19)과 압력 안정화 플레이트(20)가 배치된 흐름 분배 탱크 본체(18)로 유입된다.
금속증기(15)의 일부는 균일 혼합 홈(19)으로 유입되고, 금속증기(15)의 다른 일부는 균일 혼합 홈(19)을 우회하여 흐름 분배 탱크 본체(18) 내부의 완충홈(26)으로 유입된다. Sinflow/Soverflow=3, 감속벽(27)의 상단에서 균일 혼합 홈(19)의 외면까지의 거리는 D2=8mm이고, 감속벽(27)의 수는 8개로 설정되며, 감속벽(27)은 연속적인 스트립 형상이며, 감속벽(27)의 공극률 P1은 0.3으로 설정되고, 인접한 두 감속벽(27) 사이의 거리는 DW=25mm이고, 저항 와이어는 총 전력 W1=8 KW/m를 갖는다.
압력 안정화 플레이트(20)는 다공성 구조를 가지며, Stotal hole area/Soutlet=2.8이다.
코팅 노즐(21) 내부의 작동압력은 55000 Pa이다. 코팅 노즐(21)은 흑연으로 이루어지며, 코팅 노즐(21)의 출구는 슬릿형이며 직사각형이며, 여기서 Stotal hole area/Soutlet=0.93이다.
당업자는 상기 실시예가 단지 본 출원을 설명하기 위해 사용된 것이며 본 출원을 제한하려는 의도가 아님을 인식해야 한다. 상기 실시예에 대한 변형 및 수정은 본 출원의 사상 내에 있는 한 본 출원의 특허청구범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (17)

  1. 도가니(crucible)로서, 상기 도가니 내부의 용탕(molten metal)을 가열하여 금속증기를 형성하는 인덕션히터(induction heater)가 도가니의 외부에 배치되어 있고; 도가니의 상부가 금속증기 파이프라인에 의해 흐름 분배 탱크 본체(flow distribution tank body)에 연결되며; 수평 방향으로 연장되는 균일 혼합 홈(uniform mixing groove) 및 압력 안정화 플레이트(pressure stabilizing plate)가 상기 흐름 분배 탱크 본체 내부에 배치되고; 상기 균일 혼합 홈은 상기 압력 안정화 플레이트 아래에 있으며; 상기 흐름 분배 탱크 본체의 상부에 코팅 노즐이 배치되고; 상기 흐름 분배 탱크 본체 외부에 유도 코일이 배치되며; 상기 금속증기 파이프라인에 압력 조절 밸브가 배치되어 있는 도가니;
    상기 균일 혼합 홈은 원호판(circular arc plate)의 형상으로 제공되며 금속증기 파이프라인을 향하는 오목 원호면(concave arc surface)을 가지며; 상기 균일 혼합 홈의 내부에 상기 균일 혼합 홈의 축 방향으로 연장되어 형성된 하나 이상의 가열 홀(heating holes)로서, 저항 와이어(resistance wire)가 상기 가열 홀 내부에 배열되며; 상기 균일 혼합 홈에는 오버플로우 홀(overflow hole)이 제공되고, 상기 오버플로우 홀은 상기 균일 혼합 홈의 반경 방향으로 상기 균일 혼합 홈을 관통하는 가열 홀; 및
    상기 흐름 분배 탱크 본체의 내벽에 형성되고, 위치상 상기 균일 혼합 홈에 대응하며 내부에 복수의 감속벽(deceleration walls)이 제공되는 완충홈(buffer groove)을 포함하는 균일한 혼합 버퍼 구조(mixing buffer structure)를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치(vacuum coating apparatus).
  2. 제1항에 있어서, 상기 완충홈은 위치상 상기 균일 혼합 홈에 대응되도록 수평방향으로 상기 균일 혼합 홈과 대향되게 배치되는 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 오버플로우 홀은 원형홀, 타원홀, 사다리꼴홀 또는 사각형홀로 제공되는 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  4. 제3항에 있어서, 다수의 오버플로우 홀이 구비되고, 원형홀, 타원홀, 사다리꼴홀 또는 사각형홀 중 하나 이상의 조합을 포함하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 오버플로우 홀의 오버플로우 개구부는 연속적인 오버플로우 슬릿 형상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 완충홈의 단면은 직사각형 또는 사다리꼴로 설정되는 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 감속벽은 장방형 다공성 구조를 갖는 스트립 형상 또는 사다리꼴 스트립 형상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 감속벽의 개수는 1~10인 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 균일 혼합 홈에서 상기 오버플로우 홀의 오버플로우 개구부의 총면적 Soverflow, 상기 균일 혼합 홈의 기류 유입 채널의 총면적 Sinflow, 감속벽 상단에서 균일 혼합 홈 외면까지의 거리 D2, 감속벽의 개수, 감속벽의 공극률 P1, 인접한 두 감속벽 사이의 거리 DW, 저항 와이어의 총 전력 W1 및 금속증기 파이프라인의 금속증기 압력은 다음 관계를 만족하고;
    상기 금속증기 파이프라인의 금속증기 압력이 10000-50000 Pa, Sinflow/Soverflow=00.5-4, D2=3-10 mm, DW=10-30 mm일 때 감속벽의 수는 1-10로 설정되고, 감속벽은 연속 스트립 형상으로 설정되며, 감속벽의 공극률은 0.2-0.7로 설정되고, 저항 와이어는 총 전력 W1=1-10 KW/m를 가지는 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 균일 혼합 홈에서 상기 오버플로우 홀의 오버플로우 개구부의 총면적 Soverflow, 상기 균일 혼합 홈의 기류 유입 채널의 총면적 Sinflow, 감속벽 상단에서 균일 혼합 홈 외면까지의 거리 D2, 감속벽의 개수, 감속벽의 공극률 P1, 인접한 두 감속벽 사이의 거리 DW, 저항 와이어의 총 전력 W1 및 금속증기 파이프라인의 금속증기 압력은 다음 관계를 만족하고;
    상기 금속증기 파이프라인의 금속증기의 압력이 증가함에 따라 Sinflow/Soverflow 값이 증가하고, D2 값이 증가하며, DW 값이 증가하고, 감속벽의 수가 증가하며, 감속벽이 연속 스트립 형상으로 설정되고, 감속벽의 공극률이 감소되고, 저항 와이어의 총 전력 W1이 증가되는 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 금속증기 파이프라인의 금속증기 압력이 50000-100000 Pa, Sinflow/Soverflow==2-4, D2=7-10 mm, DW=20-30 mm일 때 상기 감속벽의 수는 6-10으로 설정되고, 감속벽은 연속 스트립 형상으로 설정되며, 감속벽의 공극률(porosity)은 0.2-0.3으로 설정되고, 저항 와이어는 총 전력 W1=7-10 KW/m을 가지며;
    상기 금속증기 파이프라인의 금속증기 압력이 10000-50000 Pa, Sinflow/Soverflow=1-2, D2=5-7 mm, DW=15-20 mm일 때 감속벽의 수는 4-6으로 설정되고, 감속벽은 연속 스트립 형상으로 설정되며, 감속벽의 공극률은 0.3-0.5로 설정되고, 저항 와이어는 총 전력 W1=5-7 KW/m를 가지며;
    상기 금속증기 파이프라인의 금속증기 압력이 10000-50000 Pa, Sinflow/Soverflow=0.5-1, D2=3-5 mm, DW=10-15 mm일 때 감속벽의 수는 1-4로 설정되고, 감속벽은 연속 스트립 형상으로 설정되며, 감속벽의 공극률은 0.5-0.7로 설정되고, 저항 와이어는 총 전력 W1=1-5 KW/m를 가지는 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 압력 안정화 플레이트는 다공질 구조로 설정되고, 상기 코팅 노즐의 출구에서의 기류 채널(airflow channel) 면적 Soutlet에 대한 상기 압력 안정화 플레이트의 전체 홀 면적 Stotal hole area의 비율은 0.1 이상, 즉, Stotal hole area/Soutlet≥0.1인 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 압력 안정화 플레이트의 홀은 원형, 사각형 또는 삼각형인 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 압력 안정화 플레이트의 홀은 직선 또는 곡선으로 연장되는 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 코팅 노즐의 출구는 슬릿형 또는 다공형으로 설정되고; 상기 코팅 노즐의 출구에서의 기류 채널 면적은 Soutlet이고; 상기 도가니 상부와 상기 금속증기 파이프라인의 경계면에 있는 기류 채널 면적은 Sinlet이며, Soutlet 대 Sinlet의 비율은 0.05-5 이상, 즉, Soutlet/Sinlet≥0.05-5인 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 코팅 노즐은 슬릿형으로 직선형 또는 곡선형 프로파일을 가지며; 또는,
    상기 코팅 노즐은 다공형으로 직사각형, 원형 또는 사다리꼴 프로파일을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 균일 혼합 홈은 상기 흐름 분배 탱크 본체에 나사산(threads) 또는 인레이(inlaying)로 연결되는 것을 특징으로 하는 균일한 혼합 버퍼 구조를 이용하여 금속증기를 균일하게 분배하기 위한 진공코팅장치.
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