Unicera - 마이크로파 소결로, 다이아몬드 코팅, 세라믹 접합 전문업체



What is Microwave Sintering?	Features	Advantage	Materials	Applications

<기존 마이크로파 소결로의 특성>

기존의 마이크로파 소결로는 승온 과정 또는 유지 과정에서 목적하는 설정 온도와 실제 온도의 편차가 크다는 단점을 갖습니다. 이와 같은 온도 편차는 몇 가지 이유에 의해 발생할 수 있습니다.

가장 중요한 이유 중 하나로는 마그네트론에 의한 온도 상승 및 하강이 매우 급격하게 진행된다는 점을 들 수 있습니다. 즉 마그네트론에 전원이 공급되면 마이크로파에 의해 순간적인 온도 상승이 발생하고, 마그네트론 전원이 오프될 때에는 급속한 냉각이 진행된다는 것입니다. 따라서 마그네트론 구동 제어에 의해 온도 편차를 감소시키는 데에 많은 어려움이 존재하고 있습니다.

<그림 1> <그림 2>

<그림 1> 및 <그림 2>는 각각 마이크로파 소결로의 구동에 사용될 수 있는 구동 방식을 도시하는 도면입니다. <그림 1>은 On/Off 구동 방식을 도시하는 도면입니다. 이 방식에 따르면, 마이크로파가 발생하는 구간(흑색 부분)에서는 순간적으로 온도상승이 일어나고 마이크로파가 소멸하는 구간(백색 부분)에서는 급속한 냉각이 진행됩니다. 따라서 승온 중이나 유지 중에 실제온도가 설정온도를 크게 벗어나게 되어 정밀한 제어가 어렵게 됩니다. <그림 2>는 이를 개선하기 위하여 개발된 출력 가변형 마이크로파 시스템(Variable Power Microwave Systems, VPMS)의 구동 방식을 도시하고 있습니다. 이 구동 방식은 마이크로파의 출력을 0 ~ 100% 사이에서 연속적으로 유지하면서 변화시키는 방법으로서 이는 On/Off 방식에 비해 설정 온도에서 실제 온도가 극심하게 오르내리는 현상을 억제할 수 있습니다. 그러나 VPMS 방식은 스터브(stub)를 모터 등에 의해 기계적 방식으로 구동함으로써 출력을 조절하기 때문에 출력 제어에 대한 응답속도가 매우 느리다는 단점이 있습니다. 따라서 급승온 소결로와 같이 출력 제어가 신속하게 이루어져야 할 경우에는 적합하지 않습니다. 결국 종래의 마이크로파 소결로는 종래의 전기로 수준의 정확한 온도 제어를 이루기가 기술적으로 곤란하며, 이를 이루기 위한 장치의 제작 비용 또한 매우 높다고 할 수 있습니다.

세라믹스나 금속 분말을 소결할 경우 온도제어가 정밀하게 이루어지지 않으면 소결품의 기계적, 전기적 특성의 편차로 인해 신뢰성이 떨어지기 때문에 전기로와 가스로에 비한 여러 가지 장점에도 불구하고 아직 마이크로파 소결로가 보편화 되지 못하고 있는 실정입니다.

<Unicera의 마이크로파 소결로>

위의 문제를 해결하기 위해 Unicera의 마이크로파 소결로는 미세 시분할(Micro Time Slicing) 방식의 마그네트론 구동 방식을 사용합니다.

이 구동 방식은 마그네트론을 온/오프(on/off) 제어하는 데 있어서 기존의 온오프 제어 방식에 비해 온오프 주기를 보다 미소하게 제어합니다. 미세 시분할(Micro Time Slicing) 방식의 마그네트론 구동 주기는 0.001초 이하입니다. 이것은 통상의 온오프 제어 방식의 제어 주기인 수초, 예컨대 7초의 주기에 비해 매우 짧은 것입니다.

<그림 3>은 미세 시분할(Micro Time Slicing) 방식 마그네트론 구동 주기의 한 예를 나타내 주고 있습니다. <그림 4>는 실제로 대상물에 가해지는 마이크로파의 강도를 연속적으로 나타낸 준 것으로 <그림 3>의 결과에 해당합니다.

이와 같이 짧은 시간단위의 출력시간 조절을 위해서 본 마이크로파 소결로는 전원 장치의 제어를 위해 온도 컨트롤러가 마이크로 프로세서와 구동 프로그램을 이용한 제어 방식을 취하고 있습니다. 하나의 구동 펄스 주기는 온 구간 및 오프 구간으로 구성되는데, 구동 펄스 주기 및 각 구간의 크기는 조작자의 입력 또는 구동 프로그램의 설정에 따라 변화할 수 있습니다. 예컨대, 구동 펄스 주기가 0.001초, 출력이 25%일 경우 온 구간이 0.00025초이고 오프 구간이 0.00075초가 됩니다.

당사의 마이크로파 소결로는 매우 짧은 출력시간 단위 내에서 온/오프 구간을 조절하기 때문에 높은 승온속도에서도 지시온도와 실제온도의 편차가 거의 발생하지 않습니다. 마이크로 프로세서는 승온 또는 유설정의 각 시점에서 열전대 등의 온도 측정 수단으로부터 얻어진 온도 데이터와 프로그램 된 온도 스케줄에 따라 상기 온/오프 구간의 비율을 동적으로 제어합니다. 예컨대 설정된 온도에 비해 실제 온도가 높거나 낮은 경우 상기 마이크로 프로세서는 구동 펄스 주기 중 온구간의 비율을 감소 또는 증가시킬 수 있습니다.