KR102727726B1 - Apparatus and method for de-bubbling for manufacturing synthetic quartz - Google Patents
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Abstract
합성 쿼츠 제조를 위한 버블 제거 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 버블 제거 장치는 외주면에 실리카 수트체가 거치되는 맨드릴; 맨드릴을 내부에 수용하여 진공 밀폐 상태에서 실리카 수트체를 소결하는 열처리 장비; 및 맨드릴 내부에 배치되어 실리카 수트체의 소결이 진행되는 동안 맨드릴의 내부에서 외부를 향해 열을 전달하는 내부 히터를 포함한다.A bubble removal device and method for manufacturing synthetic quartz are disclosed. The bubble removal device according to one embodiment of the present invention includes: a mandrel having a silica soot body placed on an outer surface; heat treatment equipment accommodating the mandrel therein and sintering the silica soot body in a vacuum-sealed state; and an internal heater disposed inside the mandrel and transmitting heat from the inside to the outside of the mandrel while sintering of the silica soot body progresses.
Description
본 발명은 합성 쿼츠를 제조시 수율 향상을 위해 공정 도중 발생 가능한 버블을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a device and method for removing bubbles that may occur during a process to improve yield when manufacturing synthetic quartz.
본 연구는 2022~2023년도 중소벤처기업부의 기술개발사업 지원에 의한 연구임 [S3276575]This study is supported by the Technology Development Project of the Ministry of SMEs and Startups in 2022-2023 [S3276575]
This work was supported by the Technology development Program(S3276575) funded by the Ministry of SMEs and Startups(MSS, Korea)This work was supported by the Technology development Program(S3276575) funded by the Ministry of SMEs and Startups(MSS, Korea)
합성 쿼츠(합성 석영)는 반도체 공정 부품 중 대표적인 소재로, 최근 첨단 공정에서는 천연 쿼츠보다 합성 쿼츠에 대한 수요가 보다 커지고 있다. 합성 쿼츠가 천연 쿼츠에 비해 내열성과 내플라즈마성에서 우수한 특성을 지니기 때문이다. Synthetic quartz (synthetic quartz) is a representative material among semiconductor process components, and in recent advanced processes, the demand for synthetic quartz is greater than that for natural quartz. This is because synthetic quartz has superior characteristics in heat resistance and plasma resistance compared to natural quartz.
합성 쿼츠는 반도체 공정용 석영 제품, 포토마스크용 기판 등으로 활용되고 있으며, 벌크 형태의 대형 합성 쿼츠를 먼저 제조한 후에 이를 가공하여 해당 제품을 제조하는 순서로 이루어지는 것이 일반적이다. Synthetic quartz is used as quartz products for semiconductor processes, substrates for photomasks, etc., and it is common to first manufacture large synthetic quartz in bulk form and then process it to manufacture the relevant product.
대형 합성 쿼츠는 통상적으로 OVD(Outside Vapor Deposition)라 불리는 외부 증착 방법을 사용하여 제조되는데, 간략하게 설명하면 회전체의 외면에 이산화규소를 증착하여 실리카 수트를 형성하고 이를 소결하는 방법이다. Large-scale synthetic quartz is typically manufactured using an external vapor deposition method called Outside Vapor Deposition (OVD), which simply involves depositing silicon dioxide on the outer surface of a rotor to form silica soot, which is then sintered.
대형 합성 쿼츠를 제조함에 있어서는 수율 관리가 매우 중요한데, 증착 수행 과정 등에서 크랙, 필링, 버블 등 다양한 불량이 발생할 가능성이 높기 때문이다. 따라서 제조 공정에서 이러한 불량 발생을 최소화하여 수율을 높이는 것이 큰 과제다.In the production of large-scale synthetic quartz, yield management is very important, as various defects such as cracks, peeling, and bubbles are likely to occur during the deposition process. Therefore, minimizing the occurrence of these defects in the manufacturing process and increasing the yield is a major challenge.
본 발명은 합성 쿼츠 제조 공정에서 발생 가능한 버블을 제거 내지 최소화 함으로써 합성 쿼츠의 수율을 높일 수 있는 버블 제거 장치 및 방법을 제공하고자 한다. The present invention aims to provide a bubble removal device and method capable of increasing the yield of synthetic quartz by removing or minimizing bubbles that may occur in a synthetic quartz manufacturing process.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이산화규소(SiO2) 원료를 증착용 맨드릴 외면에 증착시켜 중공 실린더 형태로 형성되는 다공성 재질의 증착물인 실리카 수트체가 외주면에 거치되는 맨드릴; 맨드릴을 내부에 수용하고, 진공 밀폐 상태에서 실리카 수트체를 탈수, 건조 및 가열하여 소결체를 형성하는 열처리 장비; 및 맨드릴 내부에 배치되어 실리카 수트체의 소결이 진행되는 동안 발생하는 기공을 실리카 수트체의 외곽으로 이동시키기 위해 맨드릴의 내부에서 외부를 향해 열을 전달하는 내부 히터를 포함하고, 맨드릴 내부에는 내부 히터가 이동할 수 있는 레일이 구비되고, 내부 히터는 레일을 따라 가이드되어 이동되는 버블 제거 장치가 제공될 수 있다. According to one aspect of the present invention, there is provided a mandrel having a silica soot body, which is a porous material deposited in the shape of a hollow cylinder by depositing a silicon dioxide (SiO 2 ) raw material on the outer surface of a deposition mandrel, placed on the outer surface thereof; a heat treatment device which accommodates the mandrel therein and dehydrates, dries, and heats the silica soot body in a vacuum-sealed state to form a sintered body; and an internal heater which is disposed inside the mandrel and transfers heat from the inside to the outside of the mandrel to move pores generated during sintering of the silica soot body to the outside of the silica soot body, wherein a rail on which the internal heater can move is provided inside the mandrel, and the internal heater is guided and moved along the rail.
이 때, 상기 내부 히터가 복수개 배치될 수 있다. At this time, a plurality of internal heaters may be arranged.
또한, 상기 복수개의 내부 히터는 서로 독립적으로 온도 제어 가능하도록 구성될 수 있다. Additionally, the plurality of internal heaters can be configured to be temperature controlled independently of each other.
한편, 상기 레일이 복수개 구비되고, 복수의 상기 내부 히터가 각 레일에 배치되어 서로 독립적으로 이동 가능할 수 있다. Meanwhile, the rails may be provided in multiple numbers, and the internal heaters may be arranged on each rail and may be moved independently of each other.
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본 발명의 구체예들에 따른 버블 제거 장치는 실리카 수트체의 소결을 위한 맨드릴(Mandrel) 내부에 배치되어 맨드릴을 승온시키는 내부 히터를 포함함으로써, 소결(sintering)이 진행되는 동안 맨드릴의 내부에서 외부 방향으로 열을 가하여 실리카 수트체에 존재하거나 발생하는 버블을 외측으로 이동시켜 제거할 수 있다. 이에 따라 버블 발생을 최대한 억제하여 합성 쿼츠의 수율을 높일 수 있다.A bubble removal device according to specific examples of the present invention includes an internal heater that is arranged inside a mandrel for sintering a silica soot body and heats the mandrel, thereby applying heat from the inside to the outside of the mandrel during sintering to remove bubbles that exist or are generated in the silica soot body by moving them to the outside. Accordingly, bubble generation can be suppressed as much as possible, thereby increasing the yield of synthetic quartz.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버블 제거 장치에서 맨드릴 및 실리카 수트의 외관을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 버블 제거 장치가 열처리 장비에 수용된 상태에서의 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 버블 제거 장치에서 맨드릴의 내부를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 버블 제거 장치에 의해 버블이 제거되는 모습을 개략적으로 나타낸다. Figure 1 schematically illustrates the appearance of a mandrel and silica soot in a bubble removal device according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a cross-sectional view of the bubble removal device illustrated in Figure 1 when it is accommodated in heat treatment equipment.
Figure 3 shows the interior of a mandrel in a bubble removal device according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 schematically illustrates a bubble removal device according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 하기의 설명은 본 발명을 구체적인 예시를 들어 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술적 사상이 하기의 설명에 한정되는 것은 아니다. 그리고 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 첨부된 도면에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 각 부재의 두께나 크기 등은 설명의 편의 등을 위해 과장, 생략, 개략적으로 도시될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the attached drawings. The following description should be understood as describing the present invention with specific examples, and the technical idea of the present invention is not limited to the following description. In addition, the attached drawings are provided to help understand the present invention, and the technical idea of the present invention is not limited to the attached drawings. In addition, the thickness or size of each member in the drawings may be exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience of explanation, etc.
본 명세서에 기재된 본 발명 구조에 대한 설명에서 위치관계나 방향은 특별히 언급하지 않는 한, 본 명세서에 첨부된 도면을 기준으로 한다.In the description of the structure of the present invention described in this specification, unless specifically stated otherwise, the positional relationship or direction is based on the drawings attached to this specification.
본 명세서에 기재된 본 발명 구조에 대한 설명에서 공간에 대한 설명이나 위치관계에 대한 설명은 본 발명을 이루는 구성요소들 간의 상대적인 위치를 의미한다. 또한 특별히 언급하지 않는 한, 하나의 구성요소와 다른 구성요소 사이의 공간에는 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다. 예를 들어 본 명세서에서 하나의 구성요소의 "상부에" 또는 "위에" 다른 구성요소가 위치함을 언급하는 경우, 하나의 구성요소의 바로 위에 다른 구성요소가 위치하는 경우뿐만 아니라, 하나의 구성요소와 다른 구성요소들 사이에 또 다른 구성요소가 위치하는 경우까지를 포함한다. In the description of the structure of the present invention described in this specification, the description of space or the description of the positional relationship means the relative position between the components forming the present invention. In addition, unless specifically stated otherwise, another component may exist in the space between one component and another component. For example, when it is mentioned in this specification that another component is located "above" or "on" one component, it includes not only the case where another component is located directly above one component, but also the case where another component is located between one component and another component.
본 명세서에서 단수의 표현은 특별히 언급하지 않는 한, 복수를 포함하는 의미로 해석될 수 있다. 본 명세서에서 "포함한다"의 표현은 설명에 기재된 구성, 부품, 동작, 특징, 숫자, 등이 존재하는 것을 의미하는 것이고, 하나 또는 그 이상의 다른 구성, 부품, 동작, 특징, 숫자 등이 부가됨을 배제하는 것은 아니다.In this specification, singular expressions may be interpreted to include plural expressions unless specifically stated otherwise. The expression "comprises" in this specification means that the components, parts, operations, features, numbers, etc. described in the description are present, but does not exclude the addition of one or more other components, parts, operations, features, numbers, etc.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버블 제거 장치(100)에서 맨드릴(110) 및 실리카 수트체(120)의 외관을 개략적으로 나타낸다. FIG. 1 schematically illustrates the appearance of a mandrel (110) and a silica soot body (120) in a bubble removal device (100) according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 버블 제거 장치(100)는 맨드릴(110, Mandrel)을 포함한다. 맨드릴(110)은 실리카 수트체(silica soot, 120)를 소결시키기 위한 구성이다. 여기에서 "실리카 수트체"란 이산화규소(SiO2) 원료를 증착용 맨드릴(미도시) 외면에 증착시켜 중공 실린더 형태로 형성되는 다공성 재질의 수트체(즉, 증착물)를 의미할 수 있다. 한편, 실리카 수트체(120)의 형성 방법은 공지된 내용과 동일 또는 유사할 수 있으므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다. 일 예시에 있어서 실리카 수트체(120)의 형성 방법은 한국등록특허 제10-2612244호(2023.12.06.등록)에 개시된 내용과 동일 또는 유사할 수 있다. Referring to FIG. 1, the bubble removal device (100) includes a mandrel (110). The mandrel (110) is configured to sinter a silica soot body (120). Here, the "silica soot body" may mean a soot body (i.e., a deposit) of a porous material formed in a hollow cylinder shape by depositing silicon dioxide (SiO 2 ) raw material on the outer surface of a deposition mandrel (not shown). Meanwhile, the method for forming the silica soot body (120) may be the same as or similar to known contents, so a detailed description thereof will be omitted. In one example, the method for forming the silica soot body (120) may be the same as or similar to the contents disclosed in Korean Patent No. 10-2612244 (registered on December 6, 2023).
증착용 맨드릴에서 실리카 수트체(120)가 형성된 후에는 다음 공정인 소결(sintering)을 위해 실리카 수트체(120)를 증착용 맨드릴로부터 분리하고, 맨드릴(110)을 실리카 수트체(120)의 중공 부위에 삽입하는 방식으로 실리카 수트체(120)를 맨드릴(110)에 거치시킬 수 있다. After the silica soot body (120) is formed on the deposition mandrel, the silica soot body (120) can be separated from the deposition mandrel for the next process, sintering, and the silica soot body (120) can be placed on the mandrel (110) by inserting the mandrel (110) into the hollow portion of the silica soot body (120).
맨드릴(110)에는 실리카 수트체(120)가 거치될 수 있다. 일 예시에 있어서 맨드릴(110)은 속이 비어 있고 양단이 개방된 원 기둥형으로 형성될 수 있다. 일 예시에 있어서 맨드릴(110)은 열팽창 계수를 고려하여, 실리카 수트체(120)의 내경과 동일 또는 유사한 외경을 가지도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. A silica soot body (120) may be placed on the mandrel (110). In one example, the mandrel (110) may be formed in a hollow cylinder shape with both ends open. In one example, the mandrel (110) may be formed to have an outer diameter that is the same as or similar to the inner diameter of the silica soot body (120) in consideration of the coefficient of thermal expansion, but is not limited thereto.
맨드릴(110)은 흑연, 탄소-탄소(C-C) 복합재, 탄화규소, 밀도 85% 이하의 다공성(porous) 탄소 재질로 형성될 수 있다. 나아가 도면에 도시되어 있지는 않으나 맨드릴(110)에는 탈가스 배출을 용이하게 하기 위하여 1 이상의 유로(channel, 미도시)가 형성될 수 있다. 일 예시에 있어서 상기 유로는 멘드릴(110)의 표면에서 멘드릴(110)의 축과 평행한 방향으로 형성될 수 있다. The mandrel (110) may be formed of graphite, carbon-carbon (C-C) composite, silicon carbide, or porous carbon material having a density of 85% or less. Furthermore, although not shown in the drawing, one or more channels (not shown) may be formed in the mandrel (110) to facilitate degassing. In one example, the channels may be formed in a direction parallel to the axis of the mandrel (110) on the surface of the mandrel (110).
도 2는 도 1에 도시된 버블 제거 장치(100)가 열처리 장비(130)에 수용된 상태에서의 단면도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 버블 제거 장치(100)는 열처리 장비(130)를 더 포함할 수 있다. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the bubble removal device (100) illustrated in FIG. 1 accommodated in heat treatment equipment (130). Referring to FIG. 2, the bubble removal device (100) may further include heat treatment equipment (130).
실리카 수트체(120)의 소결 공정은 실리카 수트체(120)의 유리화를 진행시키기 위한 것으로서, 실리카 수트체(120)가 거치된 맨드릴(110)을 열처리 장비(130) 내부에 투입하고, 진공 밀폐 상태에서 실리카 수트체(120)를 열처리를 통해 탈수, 건조 및 가열하여 소결체를 형성하는 공정이다. 이 때, 열처리 온도는 예를 들면 약 600℃ ~ 1,700℃, 예를 들면 약 1,000℃ ~ 1,700℃, 예를 들면 약 1,300℃ ~ 1,700℃, 예를 들면 약 1,500℃ ~ 1,700℃ 범위를 가질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. The sintering process of the silica soot body (120) is a process for promoting the vitrification of the silica soot body (120), in which a mandrel (110) on which the silica soot body (120) is placed is placed inside a heat treatment device (130), and the silica soot body (120) is heat treated in a vacuum-sealed state to dehydrate, dry, and heat the silica soot body (120) to form a sintered body. At this time, the heat treatment temperature may have a range of, for example, about 600°C to 1,700°C, for example, about 1,000°C to 1,700°C, for example, about 1,300°C to 1,700°C, for example, about 1,500°C to 1,700°C, but is not limited thereto.
일 예시에 있어서, 열처리 장비(130)는 실리카 수트체(120)가 거치된 맨드릴(110)을 내부에 수용할 수 있도록 중공형으로 형성되는 몸체와, 맨드릴(110)을 수용한 후 진공 밀폐될 수 있도록 몸체의 양단에 결합하는 커버부(미도시)를 포함할 수 있다. 한편 도면에 도시되지는 않았으나 열처리 장비(130)는 열처리를 수행할 때 실리카 수트체(120) 내부의 기공 형성을 최소화하기 위하여 헬륨(He) 가스를 일정량 투입할 수 있다. In one example, the heat treatment equipment (130) may include a body formed in a hollow shape so as to accommodate a mandrel (110) having a silica soot body (120) placed therein, and a cover part (not shown) coupled to both ends of the body so as to be vacuum sealed after accommodating the mandrel (110). Meanwhile, although not shown in the drawing, the heat treatment equipment (130) may inject a certain amount of helium (He) gas to minimize the formation of pores inside the silica soot body (120) when performing the heat treatment.
열처리 장비(130)는 내부에 배치되는 외부 히터(131)를 더 포함할 수 있다. 일 예시에 있어서, 외부 히터(131)는 열처리 장비(130) 내부에 맨드릴(110)이 수용되었을 때, 맨드릴(110)의 외곽에 위치할 수 있다. 즉 외부 히터(131)에서 '외부'란 맨드릴(110)을 기준으로 한 히터의 위치를 가리킨다. The heat treatment equipment (130) may further include an external heater (131) disposed inside. In one example, the external heater (131) may be located on the outside of the mandrel (110) when the mandrel (110) is accommodated inside the heat treatment equipment (130). That is, the term 'external' in the external heater (131) refers to the position of the heater with respect to the mandrel (110).
외부 히터(131)는 맨드릴(110) 외부에 배치되어 맨드릴(110)에 거치된 실리카 수트체(120)를 소결시키기 위한 구성이다. 외부 히터(131)는 특정 종류의 장치로 한정되지 않는다. 예컨대 외부 히터(131)는 카트리지 히터(봉 히터), 투입 히터(플랜지 히터, 소켓 히터), 시즈 히터(파이프 히터), 유도 코일 히터, 밴드 히터, 원적외선 히터(석영관 히터, IR 히터), PTC 히터 및 이들의 조합과 같은 산업용 히터들 중 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 상기 나열된 것들로 한정되는 것은 아니다. The external heater (131) is configured to be placed outside the mandrel (110) and sinter the silica soot body (120) placed on the mandrel (110). The external heater (131) is not limited to a specific type of device. For example, the external heater (131) may be at least one selected from among industrial heaters such as cartridge heaters (rod heaters), immersion heaters (flange heaters, socket heaters), sheath heaters (pipe heaters), induction coil heaters, band heaters, far-infrared heaters (quartz tube heaters, IR heaters), PTC heaters, and combinations thereof, and is not limited to those listed above.
버블 제거 장치(100)는 내부 히터(140)를 더 포함할 수 있다. 일 예시에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이 내부 히터(140)는 맨드릴(110)의 내주연을 따라 복수개가 배치될 수 있으며 이 경우 복수의 내부 히터(140)가 소정 간격을 두어 배치될 수 있다. 다른 예시에 있어서, 도 2에 도시된 것과는 달리 내부 히터(140)는 맨드릴(110)의 내부 공간 임의의 지점에 설치될 수 있으며, 마찬가지로 소정 간격을 두어 배치될 수 있다. 즉 내부 히터(140)에서 '내부'란 맨드릴(110)을 기준으로 한 히터의 위치를 가리킨다. The bubble removal device (100) may further include an internal heater (140). In one example, as illustrated in FIG. 2, a plurality of internal heaters (140) may be arranged along the inner periphery of the mandrel (110), and in this case, the plurality of internal heaters (140) may be arranged at a predetermined interval. In another example, unlike that illustrated in FIG. 2, the internal heaters (140) may be installed at any point in the inner space of the mandrel (110), and may likewise be arranged at a predetermined interval. That is, in the internal heater (140), the term “inside” refers to the position of the heater with respect to the mandrel (110).
내부 히터(140)는 맨드릴(110) 내부에 배치되어 맨드릴(110)에 거치된 실리카 수트체(120)를 소결할 때, 실리카 수트체(120)에서 발생 가능한 기공을 실리카 수트체(120)의 외곽으로 이동시키기 위한 구성이다. 내부 히터(140)는 특정 종류의 장치로 한정되지 않는다. 예컨대 내부 히터(140)는 카트리지 히터(봉 히터), 투입 히터(플랜지 히터, 소켓 히터), 시즈 히터(파이프 히터), 유도 코일 히터, 밴드 히터, 원적외선 히터(석영관 히터, IR 히터), PTC 히터 및 이들의 조합과 같은 산업용 히터들 중 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 상기 나열된 것들로 한정되는 것은 아니다. 일 예시에 있어서, 내부 히터(140)는 외부 히터(131)와 동종의 것이거나 이종의 것일 수 있다. The internal heater (140) is configured to move pores that may occur in the silica soot body (120) when sintering the silica soot body (120) placed on the mandrel (110) to the outside of the silica soot body (120). The internal heater (140) is not limited to a specific type of device. For example, the internal heater (140) may be at least one selected from among industrial heaters such as cartridge heaters (rod heaters), immersion heaters (flange heaters, socket heaters), sheath heaters (pipe heaters), induction coil heaters, band heaters, far-infrared heaters (quartz tube heaters, IR heaters), PTC heaters, and combinations thereof, and is not limited to those listed above. In one example, the internal heater (140) may be the same type as or different from the external heater (131).
내부 히터(140)의 승온 범위는 특정되지 않으며, 내부 히터(140)로 채용되는 산업용 히터의 승온 범위에 따라 결정될 수 있다. 또한 내부 히터(140)는 구동을 위해 전원부(미도시)와 연결될 수 있으며, 내부 히터(140)가 복수개인 경우, 각 내부 히터(140)는 서로 독립적으로 온도 제어 가능하도록 구성될 수 있다. The temperature rise range of the internal heater (140) is not specified, and may be determined according to the temperature rise range of the industrial heater employed as the internal heater (140). In addition, the internal heater (140) may be connected to a power supply (not shown) for driving, and when there are multiple internal heaters (140), each internal heater (140) may be configured to be capable of temperature control independently of each other.
맨드릴(110)의 열 전도도와 맨드릴(110)의 거치되는 실리카 수트체(120)의 표면의 열 전도도는 차이가 있으므로, 소결이 진행되는 동안 각 부위별 온도가 수시로 변할 수 있다. 또한 외부 히터(131)로부터의 열 전달이 균일하지 않은 상태로 이루어지는 경우 실리카 수트체(120)에는 다량의 기공(버블)이 발생할 수 있다. 이러한 기공(버블)이 소결이 완료된 최종 제품에 남아 있는 경우에는 최종 제품의 불량으로 처리되므로, 소결 과정에서 기공(버블)의 발생을 최대한 억제하거나 기공(버블)이 최대한 제품의 외경에 가깝게 위치하도록 제어하는 것이 매우 중요하다. 후자의 경우에는 제품의 외경을 소정 정도 컷팅(cutting)함으로써 최종 제품이 불량으로 처리되는 것을 막을 수 있기 때문이다. Since the thermal conductivity of the mandrel (110) and the thermal conductivity of the surface of the silica soot body (120) on which the mandrel (110) is placed are different, the temperature of each part may change frequently during sintering. In addition, if the heat transfer from the external heater (131) is not uniform, a large number of pores (bubbles) may be generated in the silica soot body (120). If these pores (bubbles) remain in the final product after sintering is completed, the final product will be treated as a defect. Therefore, it is very important to suppress the generation of pores (bubbles) as much as possible during the sintering process or to control the pores (bubbles) to be located as close to the outer diameter of the product as possible. In the latter case, the final product can be prevented from being treated as a defect by cutting the outer diameter of the product to a certain degree.
관련하여 내부 히터(140)는 맨드릴(110)의 내부에 위치하고 발열함으로써 맨드릴(110)의 내부 방향에서 외부 방향으로 열을 전달할 수 있다. 따라서 맨드릴(110)의 외부에만 히터가 존재하는 경우에 비하여(예컨대 외부 히터) 내부 히터(140)를 추가 적용할 경우에는, 내부 히터(140)에 의해 맨드릴(110)의 내부 방향에서 외부 방향으로 열이 전달되어 소결 과정에서 실리카 수트체(120)에 기공(버블)이 발생하더라도 기공(버블)을 열의 전달 경로에 따라 실리카 수트체(120)의 외경 방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 대해서는 다른 도면을 참조하여 후술하기로 한다. In this regard, the internal heater (140) is positioned inside the mandrel (110) and can transfer heat from the inside to the outside of the mandrel (110) by generating heat. Therefore, compared to a case where the heater exists only on the outside of the mandrel (110) (e.g., an external heater), when the internal heater (140) is additionally applied, heat is transferred from the inside to the outside of the mandrel (110) by the internal heater (140), so that even if pores (bubbles) are generated in the silica soot body (120) during the sintering process, the pores (bubbles) can be moved in the outer diameter direction of the silica soot body (120) along the heat transfer path. This will be described later with reference to other drawings.
한편, 도면에 도시되어 있지는 않으나, 버블 제거 장치(100)는 맨드릴(110)에 거치된 실리카 수트체(120)의 온도를 측정하는 온도 측정부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 온도 측정부는 맨드릴(110)에 거치된 실리카 수트체(120)의 상부, 측부 등에 1 이상 마련될 수 있다.Meanwhile, although not shown in the drawing, the bubble removal device (100) may further include a temperature measuring unit (not shown) for measuring the temperature of the silica soot body (120) mounted on the mandrel (110). One or more temperature measuring units may be provided on the upper part, side, etc. of the silica soot body (120) mounted on the mandrel (110).
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 버블 제거 장치(100)를 나타낸다. 다만 본 실시예는 전술한 실시예와 내부 히터(140)가 이동 가능하게 구성되는 점만 차이가 있으므로, 이하에서는 이를 중심으로 설명하도록 한다. Figure 3 shows a bubble removal device (100) according to another embodiment of the present invention. However, this embodiment differs from the above-described embodiment only in that the internal heater (140) is configured to be movable, so the following description will focus on this.
본 실시예에 있어서, 내부 히터(140)는 맨드릴(110) 내부에 배치되어 맨드릴(110)을 승온시킬 수 있되, 맨드릴(110) 내부에서 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 전술한 실시예에서와는 달리 내부 히터(140)가 맨드릴(110) 내부에서 이동 가능하므로 전술한 실시예에서보다 내부 히터(140)의 수를 적게 배치하면서도 동일 또는 유사한 효과를 구현할 수 있다. In the present embodiment, the internal heater (140) may be arranged inside the mandrel (110) to heat up the mandrel (110), but may be configured to be movable inside the mandrel (110). That is, unlike the embodiment described above, since the internal heater (140) is movable inside the mandrel (110), the same or similar effect may be achieved while arranging a smaller number of internal heaters (140) than in the embodiment described above.
일 예시에 있어서, 맨드릴(110) 내부에는 내부 히터(140)가 이동할 수 있는 레일(미도시)을 구비하고, 내부 히터(140)가 레일을 따라 가이드되어 이동하도록 구성될 수 있다. 이 때 내부 히터(140)가 복수개인 경우 각 내부 히터(140)가 서로 독립적으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 또한 내부 히터(140)는 온도 측정부로부터 측정된 온도에 기반하고 맨드릴(110) 및 실리카 수트체(120)의 내외경, 내부 히터(140)의 이동 속도 등을 종합 고려하여 개별 이동하거나 열량을 제어할 수 있다. In one example, the mandrel (110) may be provided with a rail (not shown) on which the internal heater (140) can move, and the internal heater (140) may be configured to be guided and moved along the rail. In this case, if there are multiple internal heaters (140), each internal heater (140) may be configured to move independently of one another. In addition, the internal heaters (140) may individually move or control the amount of heat based on the temperature measured from the temperature measuring unit and comprehensively considering the inner and outer diameters of the mandrel (110) and the silica soot body (120), the moving speed of the internal heater (140), etc.
도 4는 본 발명에 따른 버블 제거 장치(100)에 의해 버블(11)이 제거되는 모습을 개략적으로 나타낸다.Figure 4 schematically shows a bubble (11) being removed by a bubble removal device (100) according to the present invention.
도 4a를 참조하면, 맨드릴(110)에 거치된 실리카 수트체(120)에서는 소결이 진행되는 동안 다양한 요인들에 의해 버블(11, 기공)이 발생할 수 있다. 이 때 본 발명의 실시예들에 따른 버블 제거 장치(100)에서는 맨드릴(110)의 내부에 내부 히터(140)를 마련하고, 내부 히터(140)를 통해 맨드릴(110)의 내부(A로 표시)에서 외부(B로 표시) 로 열을 전달할 수 있다. Referring to FIG. 4a, bubbles (11, pores) may be generated in the silica soot body (120) placed on the mandrel (110) due to various factors during sintering. At this time, in the bubble removal device (100) according to the embodiments of the present invention, an internal heater (140) is provided inside the mandrel (110), and heat can be transferred from the inside (indicated by A) of the mandrel (110) to the outside (indicated by B) through the internal heater (140).
이어 도 4b를 참조하면, 내부 히터(140)에서 전달되는 열에 의해 소결 과정에서 발생한 버블(11, 기공)은 열의 전달 경로에 따라 맨드릴(110) 및 실리카 수트체(120)의 외경 방향으로 이동될 수 있다. 따라서 버블(11)의 일부는 실리카 수트체(120)의 외부로 배출되어 사라지고, 버블(11)의 나머지 일부는 실리카 수트체(120)의 최외경으로 이동하여 잔류하는 형태를 가질 수 있다. 따라서 실리카 수트체(120)를 소결하여 제조된 최종 제품(벌크형 합성 쿼츠를 의미함)에는 기공이 없거나, 또는 기공이 있더라도 최외경에만 잔류하는 형태를 띨 수 있다. 따라서 최종 제품의 최외경을 일부 컷팅하는 후가공을 통하여 양호한 품질을 갖는 제품 제조가 가능하다. Referring to FIG. 4b, bubbles (11, pores) generated during the sintering process by heat transferred from the internal heater (140) may move toward the outer diameter of the mandrel (110) and the silica soot body (120) along the heat transfer path. Accordingly, some of the bubbles (11) may be discharged to the outside of the silica soot body (120) and disappear, and the remaining part of the bubbles (11) may move to the outermost diameter of the silica soot body (120) and remain there. Accordingly, the final product (meaning bulk-type synthetic quartz) manufactured by sintering the silica soot body (120) may have no pores, or even if there are pores, they may remain only at the outermost diameter. Accordingly, it is possible to manufacture a product with good quality through post-processing that cuts a portion of the outermost diameter of the final product.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 버블 제거 방법에 대해 설명한다. 설명의 편의를 위하여 위에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 병기하였다. Hereinafter, a bubble removal method according to embodiments of the present invention will be described. For convenience of explanation, the same drawing reference numerals are used for configurations identical or similar to those described above.
본 발명의 일 실시예에 따른 버블 제거 방법은 맨드릴(110)의 외주면에 실리카 수트체(120)를 거치시키는 거치 단계와, 실리카 수트체(120)를 소결시키는 소결 단계를 포함하고, 상기 소결 단계를 진행하는 동안 맨드릴(110) 내부에 배치되는 내부 히터(140)로 맨드릴(110)을 승온시키는 것을 특징으로 한다. A bubble removal method according to one embodiment of the present invention includes a step of placing a silica soot body (120) on an outer surface of a mandrel (110), and a sintering step of sintering the silica soot body (120), and is characterized in that the mandrel (110) is heated by an internal heater (140) placed inside the mandrel (110) while the sintering step is being performed.
이 때, 내부 히터(140)는 발열하여 맨드릴(110)의 내부(A)에서 외부(B)로 열을 전달하며, 경우에 따라 발열 정도는 맨드릴(110)의 외부에 배치되는 온도 측정부로부터 측정된 온도에 기반하여 결정될 수 있다. 일 예시에 있어서, 내부 히터(140)의 발열 정도는 소결 단계에서의 소결 온도와 대략 유사한 범위를 가질 수 있다. 예컨대 소결 단계에서의 열처리 온도가 약 1,500℃ ~ 1,700℃ 범위인 경우, 내부 히터(140)도 약 1,500℃ ~ 1,700℃ 범위로 승온될 수 있다. 상술한 것과 같은 내부 히터(140)를 통한 열 전달에 의해 소결 과정에서 발생 가능한 기공(11, 버블)이 외부로 배출되거나 또는 제품(소결물)의 최외경에 잔류할 수 있다. At this time, the internal heater (140) generates heat and transfers heat from the inside (A) of the mandrel (110) to the outside (B), and in some cases, the degree of heat generation may be determined based on the temperature measured from a temperature measuring unit disposed on the outside of the mandrel (110). In one example, the degree of heat generation of the internal heater (140) may have a range approximately similar to the sintering temperature in the sintering step. For example, when the heat treatment temperature in the sintering step is in the range of about 1,500°C to 1,700°C, the internal heater (140) may also be heated to the range of about 1,500°C to 1,700°C. As described above, pores (11, bubbles) that may occur during the sintering process may be discharged to the outside or remain on the outermost diameter of the product (sintered material) due to heat transfer through the internal heater (140).
한편, 소결 단계가 종료되면 치수 검사 등의 원자재 검사, 가공 공정, 소재의 응력 해소 공정, 표면 가공 및 처리 공정, 표면검사, 세정, 포장 등의 공정을 거쳐 완제품이 제조될 수 있으며, 이는 통상적인 공정에 해당하는바 각 후속 공정에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다. Meanwhile, once the sintering step is completed, a finished product can be manufactured through processes such as raw material inspection such as dimensional inspection, processing process, material stress relief process, surface processing and treatment process, surface inspection, cleaning, and packaging. Since this corresponds to a typical process, a detailed description of each subsequent process is omitted.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 기술의 구체적 적용에 따른 단순한 설계변경, 일부 구성요소의 생략, 단순한 용도의 변경 등 본 발명을 다양하게 변형할 수 있을 것이며, 이러한 변형 역시 본 발명의 권리범위 내에 포함됨은 자명하다.Above, the embodiments of the present invention have been described. However, those skilled in the art will be able to modify the present invention in various ways, such as simple design changes, omission of some components, and simple changes in purpose according to specific applications of the technology within the scope of the technical idea of the present invention described in the claims, and it is obvious that such modifications are also included within the scope of the rights of the present invention.
100: 버블 제거 장치 110: 맨드릴
120: 실리카 수트체 130: 열처리 장비
131: 외부 히터 140: 내부 히터100: Bubble removal device 110: Mandrel
120: Silica suit 130: Heat treatment equipment
131: External heater 140: Internal heater
Claims (5)
맨드릴을 내부에 수용하고, 진공 밀폐 상태에서 실리카 수트체를 탈수, 건조 및 가열하여 소결체를 형성하는 열처리 장비; 및
맨드릴 내부에 배치되어 실리카 수트체의 소결이 진행되는 동안 발생하는 기공을 실리카 수트체의 외곽으로 이동시키기 위해 맨드릴의 내부에서 외부를 향해 열을 전달하는 내부 히터를 포함하고,
맨드릴 내부에는 내부 히터가 이동할 수 있는 레일이 구비되고, 내부 히터는 레일을 따라 가이드되어 이동되는 버블 제거 장치.A mandrel having a silica soot body, a porous material deposited in the shape of a hollow cylinder by depositing silicon dioxide (SiO2) raw material on the outer surface of a deposition mandrel, placed on the outer surface thereof;
A heat treatment device that accommodates a mandrel inside and dehydrates, dries and heats a silica soot body in a vacuum-sealed state to form a sintered body; and
An internal heater is included that transfers heat from the inside to the outside of the mandrel to move the pores that occur during sintering of the silica soot body to the outside of the mandrel,
A bubble removal device having a rail on which an internal heater can move inside a mandrel, and in which the internal heater is guided and moved along the rail.
상기 내부 히터가 복수개 배치되는 버블 제거 장치.In claim 1,
A bubble removal device having a plurality of internal heaters.
상기 복수개의 내부 히터는 서로 독립적으로 온도 제어 가능하도록 구성되는 버블 제거 장치.In claim 2,
A bubble removal device wherein the plurality of internal heaters are configured to be temperature controlled independently of each other.
상기 레일이 복수개 구비되고, 복수의 상기 내부 히터가 각 레일에 배치되어 서로 독립적으로 이동 가능한 버블 제거 장치. In claim 2,
A bubble removal device having a plurality of the above rails, and a plurality of the above internal heaters arranged on each rail and capable of moving independently of each other.
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