KR102287257B1 - 인덕션 코일과 전자빔을 이용한 이종재질의 브레이징 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수율을 극대화하고 공정시간을 단축할 수 있어 공정 중에 재질의 성질이 변성되는 것을 방지할 수 있는 인덕션 코일과 전자빔을 이용한 이종재질의 브레이징 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 형태에 따르면, 캐소드와 애노드를 포함하는 전자빔 방출장치, 상기 전자빔 방출장치에서 방출되는 전자빔이 조사되며, 상호 접합되는 전기전도성 재지르이 제1모재와 비전기전도성 재질의 제2모재를 포함하는 접합대상물이 위치되는 챔버, 상기 접합대상물의 표면에 위치되며, 인가되는 전류에 의해 유도가열로서 상기 접합대상물의 제1모재를 가열하는 인덕션 코일, 상기 전자빔 방출장치에서 조사되는 전자빔이 상기 접합대상물의 제2모재를 가열하고, 상기 인덕션 코일이 상기 접합대상물의 제1모재를 가열하도록 제어하는 제어부를 포함하는 이종재질 브레이징 장치가 제공된다.

Description

인덕션 코일과 전자빔을 이용한 이종재질의 브레이징 장치 및 그 제어방법{Device for Brazing using Electron Beam and Induction coil and Method for Controlling the Same}

본 발명은 인덕션 코일과 전자빔을 이용한 이종재질의 브레이징 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수율을 극대화하고 공정시간을 단축할 수 있어 공정 중에 재질의 성질이 변성되는 것을 방지할 수 있는 인덕션 코일과 전자빔을 이용한 이종재질의 브레이징 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 브레이징(Brazing)이란, 접합하려는 양 모재의 사이에 필러(용가제)를 위치시킨 후, 이를 가열하여 필러를 녹여 양 모재를 접합시키는 방법으로서, 모재를 거의 용융시키지 않고 필러만을 용융시켜 접합하는 접합방법을 뜻한다.

이러한, 브레이징을 이용한 접합은 컨덴서 등의 고압을 사용하는 전기부품의 전기절연을 위해 서로 다른 재질의 양 모재를 접합할 때 또는 냉각기 부품 중 진공을 이루는 부품의 실링처리할 때 많이 쓰이며, 양 모재가 동종소재일 경우도 쓰이지만, 양 모재가 이종소재일 경우에 주로 사용되고 있다. 예를 들어, 기존의 모재를 용융시키는 방법으로 불가한 세라믹과 세라믹을 접합시킬 때 또는 세라믹과 금속등의 이종소재를 접합시킬 때 주로 사용되고 있다.

한편, 인서트 팁이나 드릴 공구, 밀링 공구 등의 절삭공구는 산업현장에서 널리 쓰이고 있는 공구로서, 자동차, 금형, 항공, 전기, 반도체 등 주요 산업 분야에 많은 수요 및 영향을 끼치는 기반 기술요소이다.

예를 들어, 인서트 팁 등의 절삭공구는 선반 가공 등에 주로 쓰이는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 다이아몬드와 같이 마름모 형태를 가지는 생크층(12)과, 상기 생크층(12)의 모서리에 마모에 강한 세라믹 등의 재질로 이루어진 절삭층(14)이 구비된다.

일반적으로 생크층(12)은 파손에 강하고 열전도율이 높으며 전기전도성의 금속재질로 이루어지고, 상기 절삭층은 마모에 강하며 비전기전도성의 세라믹 등의 재질로 이루어져, 서로 이종재질로 이루어진다.

이러한 인서트 팁은 여러가지 방법으로 제조될 수 있으나, 그 중 브레이징 방법으로 상기 절삭층(14)을 상기 생크층(12)에 접합하는 방법이 사용되고 있다.

즉, 상기 생크층(12)과 절삭층(14)의 사이에 은이나 니켈 합금 등의 필러(16)을 위치시킨 후, 도 2에 도시된 바와 같이, 브레이징로(20)에 위치시킨 후 가열시켜 브레이징 한다.

상기 생크층(12)과 절삭층(14)을 브레이징 할 때, 열변형의 차이로 인해 뒤틀리거나 깨지지 않도록 서서히 가열하며, 상기 필러(16)을 이루는 금속의 용융온도 이상으로 가열하여 필러(16)을 용융시킨 뒤에 서서히 냉각하여 상기 용융된 필러(16)가 고화되면서 브레이징이 완료될 수 있다.

이러한 절삭공구(10)는 선반에 쓰이는 인서트 팁 뿐만 아니라 구멍을 뚫는 드릴이나 범용 절삭기구인 밀링 등에 사용되는 공구도 마찬가지로서, 실제 절삭가공하는 부분을 이루는 절삭층을 별도로 형성하여, 용접이나 브레이징 등으로 접합시켜 제조하고 있다.

그러나, 이러한 종래의 브레이징 방법은 다음과 같은 제점이 있다.

첫째, 가열로(20)를 사용하므로, 작업이 가열로(20) 단위로 이루어져, 소품종 대량생산에는 유리하지만, 다품종 소량생산에는 불리한 문제점이 있다.

둘째, 가열로(20)를 사용하는 방식은 접합대상물(10)의 열팽창과 열수축시 크랙생성을 방지하기 위하여 매우 천천히 가열/냉각 시키므로 브레이징 작업에 수일이 걸려 생산성이 낮은 문제점이 있다.

셋째, 가열로(20)를 사용하여 양 모재와 필러에 동일한 열량(에너지)를 주입하여 가열시키는 방식이므로, 양 모재의 열팽창률이 다른 이종소재를 사용하는 경우 양 모재의 열팽창량이 서로 상이하여 크랙 발생등의 불량이 발생할 확률이 매우 높아 생산성이 낮은 문제점이 있다.

넷째, 종래의 브레이징 방법은 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어졌고, 브레이징로를 취급하는 작업자의 숙련도에 따라 수율이 달라지는 문제점이 있었다. 또한, 브레이징 가열 시 고온으로 오랜시간동안 가열하게 되면, 생크층 및 절삭층의 결정이 성장하는 결정립 성장(Grain-growth) 현상이 발생하여, 절삭층의 세라믹은 내마모성이 작아지거나 기계적 강도가 감소(텅스텐 카이이드 등)되며, 때로는 고온에 의해 재료 변형 및 파손 등의 문제(PCD 등)가 발생된다.

다섯째, 결정립 성장 현상을 방지하기 위해서 접합층의 소재의 선택에 있어서, 일반적으로 용융점이 높으며 경도(대략 638MPa, Hv)가 강하고 인성이 좋아 댐핑성능(최대 z=0.035)이 우수하여 충격 흡수성이 좋은 니켈 등의 소재를 사용하지 못하고, 용융온도가 낮은 은 등의 소재를 사용하고 있으나, 경도(250MPa, Hv)가 낮아 강성의 제약으로 인해 충격 흡수성이 좋지 않으며, 특히 가공시의 열부하에 취약한 구조를 가지고 있는 제약 사항이 있다.

여섯째, 도 2의 브레이징 가공시 생크층과 절삭층이 동일한 열량을 공급받게 되므로, 상기 생크층과 절삭층을 이루는 소재의 열팽창계수가 크게 차이날 경우, 열팽창량이 차이가 크게 발생하여 깨짐이나 뒤틀림이 발생할 수 있어, 생크층과 절삭층의 소재가 열팽장계수가 크게 차이나지 않는 소재로만 선택해야 하여, 소재의 선택에 한정적인 문제점이 있다.

일곱째, 일반적으로 절삭공구에서 실제 절삭하는 절삭층은 내마모성이 우수한 WC(텅스텐 카바이드)등의 세라믹 계열의 재질을 널리 사용하나, 세라믹 소재는 비전도성의 소재로서 전자빔으로 가공하기 불가능한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 보다 생산성이 향상되고, 결정립의 변성이 발생되지 아니하며, 수율이 향상되고, 비전도성 소재의 브레이징이 가능하여 소재의 선택이 자유로운 인덕션 코일과 전자빔을 이용한 이종재질의 브레이징 장치를 제공하는 것이 과제이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따르면, 캐소드와 애노드를 포함하는 전자빔 방출장치, 상기 전자빔 방출장치에서 방출되는 전자빔이 조사되며, 상호 접합되는 전기전도성 재지르이 제1모재와 비전기전도성 재질의 제2모재를 포함하는 접합대상물이 위치되는 챔버, 상기 접합대상물의 표면에 위치되며, 인가되는 전류에 의해 유도가열로서 상기 접합대상물의 제1모재를 가열하는 인덕션 코일, 상기 전자빔 방출장치에서 조사되는 전자빔이 상기 접합대상물의 제2모재를 가열하고, 상기 인덕션 코일이 상기 접합대상물의 제1모재를 가열하도록 제어하는 제어부를 포함하는 이종재질 브레이징 장치가 제공된다.

상기 제어부는, 상기 제1모재 및 제2모재의 단위시간당 열팽창량이 동일하도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제1모재 및 제2모재의 단위시간당 열수축량이 동일하도록 제어할 수 있다.

상기 인덕션 코일은 상기 접합대상물의 제2모재의 표면상에 위치될 수 있다.

상기 인덕션 코일은 상기 접합대상물의 제1모재의 표면상에 위치될 수 있다.

상기 인덕션 코일은 내부에 냉각수가 유동되도록 중공의 단면을 가지도록 형성될 수 있다.

상기 접합대상물의 제2모재의 전자빔이 조사되는 면에 연접되어 상기 제2모재를 덮도록 구비되는 전도층 및 상기 전도층을 접지시키는 접지와이어를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 전기전도성 재질의 제1모재와 비전기전도성 재질의 제2모재 사이에 필러를 위치시키고, 이를 가열하여 상기 필러를 녹여 상기 제1모재와 제2모재를 접합시키는 이종재질 브레이징 장치의 제어방법에 있어서, 인덕션 코일을 작동하여 제1모재를 가열하는 유도전류 가열단계, 전자빔으로서 제2모재를 가열하는 전자빔 조사단계를 포함하는 이종재질 브레이징 장치의 제어방법이 제공된다.

상기 유도전류 가열단계 및 전자빔 조사단계는, 상기 제1모재와 제2모재의 시간당 열팽창량이 동일하도록 가열할 수 있다.

상기 제1모재와 제2모재의 접합이 완료된 후, 상기 제1모재와 제2모재를 냉각시키는 냉각단계를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각단계는, 상기 제1모재와 제2모재의 시간당 열수축율이 동일하도록 상기 인덕션 코일 및 전자빔을 제어할 수 있다.

본 발명의 인덕션 코일과 전자빔을 이용한 이종재질의 브레이징 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 인덕션 코일을 이용하여 전기전도성 재질의 제1모재를 가열하고, 전자빔을 이용하여 비전기전도성 재질의 제2모재를 각각 별도로 가열하므로 제1모재와 제2모재를 각각 독립적으로 가열할 수 있어 가열의 제어가 보다 용이할 수 있다.

둘째, 인덕션 코일과 전자빔을 이용하여 브레이징함으로써 제1모재와 제2모재의 열팽창량이 동일하도록 가열할 수 있어, 제2모재의 두께가 얇아 제1모재와 부피차이가 크거나 열 팽창계수의 차이가 클 경우라도 브레이징 공정 중 제2모재가 깨지거나 뒤틀리는 현상의 발생을 방지할 수 있다.

셋째, 전자빔 브레이징을 이용하여 비전도성의 제2모재를 가열함으로써, 가열시간이 대폭 단축되어, 제2모재 및 제1모재 내부의 결정립 성장현상이 발생하기 전에 가열이 종료될 수 있어 브레이징 시 제1모재 및 제2모재의 결정립 성장현상(스틸의 경우 카바이드 크기 등)이 방지될 수 있다. 따라서, 상기 제1모재 및 제2모재의 내마모성과 강성을 확보를 위한 공정 재현성과 안정성을 확보할 수 있다.

넷째, 접합계면층의 재질로서 용융점이 높은 대신 접합강도 및 내열온도가 우수하고, 내부댐핑특성이 우수한 니켈 계열의 합금을 사용할 수 있다.

다섯째, 종래에는 제1모재와 제2모재의 열팽창률이 최대한 유사한 소재로 선택해야 하여 소재 선택이 자유롭지 아니하였으나, 인덕션 코일과 전자빔 브레이징을 이용함으로써 제1모재 및 제2모재를 각각 독립적으로 가열 가능하므로 제1모재와 제2모재의 열팽창률이 차이가 나는 것도 적용 가능하게 되므로서 소재 선택이 자유롭다.

여섯째, 종래에는 세라믹 등의 비전도성재질은 전자빔을 이용한 가공이 어려웠으나, 본 발명에 따르면 비전도성재질의 층 표면에 접지된 전도층이 형성되어 전자빔의 조사가 가능하여 소재의 선택이 자유롭다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 종래의 일반적인 인서트 팁 절삭공구를 도시한 사시도;
도 2는 도 1의 인서트 팁 절삭공구를 일반적인 브레이징 로에서 브레이징 가공하는 모습을 도시한 도면;
도 3은 본 발명의 일 형태에 따른 인덕션 코일과 전자빔을 이용한 이종재질의 브레이징 장치의 일 실시예를 도시한 도면;
도 4는 인서트 팁 절삭공구에 도 3의 인덕션 코일이 배치되는 모습을 도시한 도면;
도 5는 인덕션 코일에 의해 발생되는 유도전류와 전자빔 조사에 의해 제1모재와 제2모재가 가열되는 모습을 도시한 단면도;
도 6은 도 3의 인덕션 코일의 단면을 도시한 도면;
도 7은 인덕션 코일이 제1모재에 접하도록 배치되고, 제2모재의 표면에 전도층 및 접지와이어가 구비되는 모습을 도시한 단면도;
도 8은 카본나노튜브용액을 이용해 인서트 팁 절삭공구의 표면에 전도층을 형성하는 모습을 도시한 도면;
도 9는 본 발명의 다른 형태에 따른 이종재질 브레이징 장치의 제어방법을 도시한 순서도;
도 10은 초기예열온도 차이에 따른 제1모재와 제2모재의 온도상승의 차이를 도시한 그래프;
도 11은 제1모재와 제2모재가 열팽창량이 동일하도록 가열되는 모습을 도시한 그래프;
도 12는 제1모재와 제2모재가 자연냉각될 때 열수축량의 차이를 나타낸 그래프;
도 13은 냉각단계에서 제1모재와 제2모재의 열수축량이 동일하도록 냉각될 때의 그래프; 그리고,
도 14는 냉각단계에서 제1모재와 제2모재의 열수축량이 유사하도록 제1모재를 간헐적으로 가열하면서 냉각할 때의 그래프 이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

이하, 본 발명의 인덕션 코일과 전자빔을 이용한 이종재질의 브레이징 장치(이하, 설명의 편의를 위해 '이종재질 브레이징 장치라 칭하기로 한다)일 실시예에 대해서 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 이종재질 브레이징 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 전자빔 방출장치(100), 챔버(210), 스테이지(220), 인덕션 코일(230) 냉각부(240) 및 제어부(280)를 포함할 수 있다.

상기 전자빔 방출장치(100)는 캐소드(120)와 애노드(130)를 포함하여 전자빔을 방출하는 장치이다.

본 실시예에서, 상기 전자빔 방출장치(100)로는 플라즈마 방식의 전자빔 방출장치가 구비되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 상기 전자빔 방출장치(100)는 하우징(150), 캐소드(120), 애노드(130) 및 절연홀더(140)를 포함하는 콜드(Cold) 타입 플라즈마 전자빔 방출장치를 적용하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

상기 하우징(150)은 후술하는 캐소드(120) 및 애노드(130) 등이 위치되며, 전자빔이 가속되는 공간을 형성하는 구성요소로서, 타측에는 가속된 전자빔이 방출되는 방출구(156)가 형성될 수 있으며, 상기 하우징(150) 내부는 진공 분위기를 형성할 수 있다. 이 때, 상기 하우징(150)내부에 형성되는 진공도는 10^-3Torr 정도의 진공도일 수 있다.

그리고, 상기 하우징(150) 내 일측에는 캐소드(120)가 구비된다. 상기 캐소드(120)는 전기에너지를 인가받아 전자를 방출하는 구성요소로서, 본 실시예에서는 금속 재질로 이루어지고 전체적으로 소정의 두께를 갖는 원판의 형태로 이루어지는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

상기 애노드(130)는 상기 하우징(150) 내에서 상기 캐소드(120)로부터 타측으로 이격되어 위치될 수 있다. 상기 애노드(130)는 전기에너지를 인가받아 상기 캐소드(120)로부터 방출된 전자를 가속시키는 구성요소로서, 가속된 전자들이 통과하는 개구부(132)가 형성될 수 있다.

한편, 상기 절연홀더(140)는 상기 캐소드(120)와 하우징(150) 사이를 절연하며, 상기 캐소드(120)를 하우징(150)에 고정시키는 구성요소이다.

또한, 절연홀더(140)의 일측에는 상기 캐소드(120) 또는 애노드(130)에 전기에너지를 공급하는 구동부(160) 및 캐소드(120)를 냉각시키는 냉각부(미도시)가 구비될 수 있다.

그리고, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 애노드(130)의 타측에는 상기 애노드(130)의 개구부(132)를 통과한 전자빔을 집속하거나 편향시키는 집속부(미도시)와 편향부(170)가 구비될 수 있다.

따라서, 상기 캐소드(120)와 애노드(130)에 전기에너지를 인가하면, 상기 캐소드(120)로부터 전자가 방출되어 애노드(130) 측으로 가속된 후 하우징(150)의 방출구(156)를 통해 방출될 수 있다.

한편, 상기 캐소드(120)는 상기 애노드(130)를 바라보는 면이 오목하게 구배를 형성하도록 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 캐소드(120)의 상기 구배를 형성한 면의 테두리(122)는 둥글게 라운드지게 형성될 수 있다.

따라서, 캐소드(120)에 테두리에 뾰족한 첨단 부분이 형성되지 아니하므로 아크 발생이 방지되어 보다 안정적인 운전이 가능하다.

그리고, 상기 절연홀더(140)는 상기 캐소드(120)의 구배가 형성된 면의 배면 및 상기 캐소드(120)의 측면을 감싸도록 형성되는데, 상기 절연홀더(140)가 상기 캐소드(120)의 측면을 감싸는 부분은 상기 캐소드 테두리의 라운드진 부분(122)까지 연장되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 절연홀더(140)가 캐소드(120)의 측면까지 연장되어 하우징(150)과 캐소드(120) 사이에서 아크가 발생하는 것이 방지될 수 있다.

이 때, 상기 절연홀더(140)는 상기 캐소드 테두리(122)의 라운드진 부분의 일부를 감싸도록 연장형성 될 수 있다.

즉, 상기 캐소드(120)가 상기 절연홀더(140)보다 더 상기 애노드(130)에 가깝게 위치될 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 캐소드(120)의 테두리가 라운드지게 형성되므로, 상기 절연홀더(140)와 캐소드(120)의 사이에는 공간이 형성될 수 있는데, 이 때 상기 공간이 전하가 축적되는 공간의 역할을 하게 되어 전자빔 방출장치의 운전중 아크가 발생할 수도 있다.

따라서, 상기 캐소드(120)가 절연홀더(140)보다 더 애노드(130)에 가깝게 위치되어 상기 캐소드(120)와 절연홀더(140) 간의 간격이 줄어들어 전하가 축전되는 공간이 줄어들 수 있다.

따라서, 상기 캐소드(120)와 절연홀더(140)간에 커페시턴스가 줄어들게 되어 아크의 발생이 억제되므로, 보다 안정적으로 운전할 수 있으며, 한계 출력을 보다 상승시킬 수 있다.

한편, 상기 하우징(150)은 그 측면의 둘레를 형성하는 튜브(152)를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 튜브(152)는 금속재질로 형성될 수 있으며, 상기 캐소드(120) 및 애노드(130)와는 절연될 수 있다. 이를 위해, 상기 튜브(152)와 캐소드(120)의 사이에는 절연체(154)가 구비될 수 있다.

그리고, 접지(158)가 이루어질 수 있다.

상기 전자빔 방출장치로서 금속을 가공할 때에는 용융된 금속에서 금속증기가 발생되며, 발생된 금속증기는 상기 튜브(152) 내측면에 증착될 수 있다.

이 때, 상기 튜브(152)에 접지(158)가 이루어져 있으므로, 상기 튜브(152) 내측면에 부착된 금속증기의 주변의 전자는 접지(158)된 그라운드로 흐르게 되어 아크의 발생이 방지되어 보다 안정적인 운전이 가능하며, 동시에 한계 출력을 상승시킬 수 있다.

또한, 금속 재질의 특성상 외부의 충격 및 반복되는 열 충격에 강하고, 부착되는 금속증기를 제거하지 아니하여도 운전이 가능하므로 반영구적인 사용이 가능하다.

그리고, 반사전자 차단구조체(160)가 구비될 수 있다.

상기 캐소드(120)에서 방출되는 전자빔(e) 중 외곽의 일부는 상기 애노드(130)측을 향하지 못하고, 다른 방향을 향하여 이동하게 되는 후방산란전자(BSE: Backscattered Electron)을 형성할 수 있다.

또한, 상기 튜브(152) 내부내에 잔류하는 질소 등의 원소가 가속된 전자와 충돌하여 발생하는 2차전자가 발생할 수 있다.

이하의 설명에서 상기 후방산란전자와 2차전자를 통틀어 반사전자라 칭하기로 하다.

이러한 반사전자들은 상기 애노드(130)를 통과하는 전자빔(e)에 비해 집속되지 못하여 방향성이 없거나 또는 산란될 수 있다.

이러한 반사전자 들은 상기 하우징(150) 내에서 반사되어 튜브(152)를 가열시키거나 아크를 발생시킬 수 있는데, 본 실시예의 전자빔 방출장치(100)의 튜브(152)는 스테인레스 등의 금속재질로 형성되므로, 상기 튜브(152)가 가열되어 열팽창하게 되면 기하학적 조건이 변경되어 전자빔 방출장치(100)의 정밀도가 하락하는 문제점이 발생될 수 있다.

따라서, 상기 반사전자 차단구조체(160)는 이러한 반사전자들이 튜브(150) 내측으로 향하는 것을 차단하는 구성요소이다.

상기 반사전자 차단 구조체(200)는 상기 하우징(150)의 방출구(156)가 형성된 면의 방출구(156) 주위로부터 상기 애노드(130) 측으로 연장되도록 형성될 수 있다.

따라서, 상기 반사전자 차단구조체(160)는 애노드(130)와 상기 방출구(156)가 형성된 면 사이에 배치되며, 상기 방출구(156)가 형성된 면으로부터 상기 애노드(130)를 향하여 연장된 관의 형태로 이루어질 수 있다.

이 때, 상기 반사전자 차단구조체(160)는 상기 애노드(130)를 향하는 측 및 상기 방출구(156)를 향하는 측은 개구되며, 중공은 상기 애노드(130) 및 방출구(156)와 연통될 수 있다.

따라서, 상기 반사전자 차단구조체(160)의 중공은 상기 애노드(130)의 개구부(132)를 통해 가속된 전자가 상기 방출구(156)로 방출되는 통로의 역할을 할 수 있다.

이 때, 한편, 상기 중공은 상기 방출구(156)와는 동축상에 상기 방출구(156)보다는 큰 직경을 가지도록 형성될 수 있으며 상기 애노드(130)의 개구부(132)보다 작거나 같은 직경으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 방출구(156)는 상기 애노드(130)의 개구부(132)보다 작은 직경으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 반사전자 차단구조체(160)의 내주면에서 내측으로 연장된 플랜지부(162형성될 수 있다. 상기 플랜지부(210)는 상기 반사전자 차단구조체(160)의 상측부에 형성될 수 있으며, 상기 플랜지부(210)가 돌출되는 길이는 상기 애노드(130)의 개구부(132)를 통과한 가속된 전자가 상기 반사전자 차단구조체(160)를 통과하는데 방해되지 않는 정도일 수 있다.

또한, 상기 전자빔 방출장치로서 금속을 가공할 때에는 용융된 금속에서 금속증기가 발생될 수 있는데, 이러한 금속증기들은 방출구(156)을 통해 하우징(150) 내부로 유입되어 튜브(152)에 증착되거나 또는 절연홀더(140)에 증착되는 경우 아크를 발생시킬 수 있다. 그런데, 상기 금속증기들이 캐소드(120)의 오목하게 구배를 형성하는 면에 증착될 경우, 전자빔의 고에너지에 의해 상기 금속증기들이 증착되지 못하고 증발될 수 있다.

따라서, 상기 플랜지부(162)직경은 상기 방출구(156)을 통해 유입되는 금속증기가 하우징 내에서 퍼지지 않고 상기 캐소드(120)의 오목한 구배를 형성하는 면을 향하도록 안내할 수 있는 직경으로 형성될 수 있다.

상기 애노드(130)의 개구부(132)를 통과하는 가속된 전자는 상기 반사전자 차단구조체(160)의 중공을 통해 하우징(150)의 방출구(156)로 방출될 수 있다.

한편, 상기 반사전자등 상기 하우징(150)의 방출구(156)를 통과하지 못하고, 상기 하우징(150)의 방출구(156)가 형성된 면에 반사될 수 있다.

이 때, 상기 반사된 전자는 상기 반사전자 차단구조체(160)의 내주면내에서 반사되어 튜브(152)측으로 재반사 되는 것이 차단될 될 수 있다.

상기 플랜지부(162)가 내주면 내측으로 연장되어 있으므로 상기 반사전자 차단구조체(160)의 중공 내부에서 반사되는 전자들이 반사전자 차단구조체(160)의 외측으로 탈출하는 것이 방지됨과 동시에 상기 방출구(156)을 통해 유입되는 금속증기가 하우징 내에서 퍼지지 않고 상기 캐소드(120)의 오목한 구배를 형성하는 면을 향하도록 안내되어 금속증기가 튜브(152)나 절연홀더(140)에 증착되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 반사전자 차단구조체(160)의 내주면에는 복수개의 흡수홈(164)되어 반사전자와 복수개의 홈(164) 간의 충돌확률을 높여 상기 반사전자 차단구조체(160)의 중공 내주면에서 반사되는 전자들을 흡수할 수 있다.

한편, 상기 반사전자 차단구조체(160)는 반사전자에 의해 가열될 수 있는데, 이러한 반사전자 차단구조체(160)의 과열을 방지하기 위해 상기 반사전자 차단구조체(160)의 외주면 둘레에 냉각매체가 흐르는 냉각파이프(166)가 구비될 수 있다.

상기 냉각매체는 물일수도 있고, 또는 여타 다른 냉각에 유리한 유체일 수도 있다.

따라서, 상기 반사전자 차단구조체(160)가 냉각될 수 있으며, 상기 냉각파이프(166)가 반사전자 차단구조체(160)의 외주면 둘레에 구비되므로, 설혹 상기 냉각파이프(166)에서 누수가 발생한다고 하더라도 누출된 냉각매체가 상기 튜브(152)와 반사전자 차단구조체(160)의 사이로 누출되므로 상기 애노드(130) 및 방출구(156)를 통해 전자빔 방출장치의 외부로 세어나오는 것이 방지될 수 있다.

그리고, 상기 냉각파이프(166)의 외측에는 차단판(168)이 더 구비되어 상기 반사전자가 냉각파이프(166)로 직접 조사되는 것을 차단하여 냉각파이프(166)의 손상을 미연에 방지할 수 있다.

상기와 같이 플라즈마 연속 전자빔 방식의 전자빔 방출장치(100)를 사용할 경우, 전자빔이 연속적으로 조사될 수 있어 꾸준한 가열이 가능하며, 전자빔의 직경이 작고 조사지점의 조절이 보다 정밀하게 가능하며, 집속도와 확산도의 조절이 자유로워 필요한 지점만 집중적으로 또는 전체적으로 가열을 제어하는 것이 가능하다.

또한, 브레이징의 경우, 필러(16)가 증발하여 가스화 될 수 있는데, 플라즈마 방식의 경우 요구되는 진공도가 비교적 낮아 가스에 의한 문제발생의 우려도 적다.

또한, 전자빔 방출장치(100)로서 열전자빔 방식의 전자빔 방출장치를 적용할 경우, 세라믹 소재등 비전도성 소재에 전자빔을 조사 할 때 전기장이 발생하여 작업이 어려울 수 있으나, 본 실시예와 같이 플라즈마 전자빔 방식의 전자빔 방출장치(100)를 적용할 경우, 플라즈마에 의한 중화작용에 의해 전기장의 발생이 억제되어 비전도성 소재에도 적용할 수 있는 잇점이 있다.

물론, 본 발명의 전자빔 방출장치(100)는 전술한 플라즈마 전자빔 방식에 한정되는 것은 아니며, 여타 다른 다양한 방식의 전자빔 방출장치가 적용될 수도 있다.

한편, 상기 챔버(210)는, 상호 브레이징 접합되는 제1모재(12)와 제2모재(14) 및 상기 제1모재(12)와 제2모재(14) 사이에 위치된 필러(16)가 위치되는 공간을 형성하는 구성요소이다.

또한, 상기 전자빔 방출장치(100)와 연통되어 상기 전자빔 방출장치(100)에서 조사되는 전자빔이 상기 챔버 내부에 위치된 접합대상물(10)에 조사될 수 있다.

이하, 상기 제1모재(12)와 제2모재(14) 및 필러(16)를 접합대상물(10)이라 칭하기로 한다.

상기 접합대상물의 제1모재(12)는 전기가 통하는 전기전도성 재질일 수 있다.

그리고, 상기 제2모재(14)는 전기가 통하지 않는 비전기전도성 재질일 수 있다.

한편, 본 실시예의 설명에서, 상기 접합대상물(10)은 절삭작업 등에 사용되는 인서트 팁 절삭공구인 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 물론, 본 발명의 접합대상물(10)은 반드시 인서트 팁 절삭공구인 것에 한정되지 아니하며, 여타 다른 것일 수도 있다.

본 실시예에서, 상기 제1모재(12)의 재질로서는 스틸 또는 스테인레스 스틸, 공구강이나 고속도강 등의 스틸 기반의 합금인 것을 예로 들기로 한다.

또한, 상기 제2모재(14)의 재질로서는 스텐카바이드(WC)인 것을 예로 들어 설명하기로 하나, 본 발명은 반드시 이에 한정된 것은 아니며, Al2O3, SiC, CBN, PCD등 다양한 세라믹 재질이 적용될 수 있다.

한편, 상기 제1모재(12)와 제2모재(14)를 접합시키는 필러(16)로는 니켈 베이스의 합금 소재 또는 니켈 그리고 코발트가 사용될 수 있으며, 또는 실버 베이스의 합금 소재 또는 실버가 사용될 수 있는 등 다양한 재질이 적용될 수 있다.

니켈 및 니켈 베이스의 합금 소재는 용융점이 높은 대신 접합강도 및 내열온도가 우수하고 내부댐핑특성이 우수하여 상기 제2모재(14)에 가해지는 충격을 효과적으로 흡수할 수 있으며, 온도상승에 따른 강도저하 현상이 배제될 수 있다.

이 때, 상기 니켈 또는 코발트의 소재는 브레이징 온도가 높은 이유로, 고온 내열성이 우수한 WC나 Al2O3, SiC, CBN 등의 세라믹 소재와 짝을 이뤄 적용될 수 있으며, 실버 베이스의 소재는 브레이징 온도가 니켈 또는 코발트 소재에 비하여 비교적 낮은 이유로 PCD 등의 세라믹 소재와 짝을 이뤄 적용될 수 있다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(210) 내부에 위치된 접합대상물(10)의 표면에 위치되며 인가되는 전류에 의해 상기 접합대상물(10)의 제1모재(12)를 가열하는 인덕션 코일(230)이 구비될 수 있다.

상기 인덕션 코일(230)은 상기 접합대상물(10)의 표면에 위치되어 교류를 인가받으며, 전기전도성 재질로 이루어진 상기 제1모재(12)를 유도가열 하도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 전자빔 방출장치(100)에서 조사되는 전자빔(e)은 상기 접합대상물(10)의 제2모재(14) 또는 필러(16)에 조사되어 상기 제2모재(14) 또는 필러(16)를 가열할 수 있다.

즉, 전기전도성 재질로 이루어진 제1모재(12)는 상기 인덕션 코일(230)에 의해 유도가열되며, 비전기전도성 재질로 이루어진 제2모재(14)는 상기 전자빔 장출장치(100)에서 조사되는 전자빔(e)에 의해 가열되도록 구비될 수 있다.

따라서, 상기 제1모재(12)와 제2모재(14)는 서로 독립적으로 가열될 수 있다.

또한, 상기 필러(16)는 상기 인덕션 코일(230)에 의해 유도가열 될 수도 있고, 또는 상기 전자빔 방출장치(100)에서 조사되는 전자빔(e)에 의해 가열될 수도 있다. 물론, 상기 제1모재(12) 또는 제2모재(14)에서 전도되는 열에 의해 가열될 수도 있을 것이다.

이 때, 상기 인덕션 코일(230)은 상기 접합대상물(10)의 제1모재(12) 또는 제2모재(14) 표면상에 위치될 수 있다.

상기 인덕션 코일(12)이 제2모재(14) 표면상에 위치된 경우, 상기 인덕션 코일(230)이 상기 비전도성 소재의 제2모재(14)를 접지시키는 역할을 함으로써, 제2모재(14)의 표면에 발생되는 충전현상을 방지할 수 있다.

충전현상이란, 전자빔이 비전도성 재질에 조사되는 경우 지속적인 전자빔 조사로 인해 전자빔 조사면의 표면에 전자가 쌓이게 되는 현상을 의미할 수 있다. 이러한 충전현상이 발생되는 경우 비전도성 재질의 표면에 충전된 전자들의 척력에 의해 전자빔이 왜곡되어 전자빔의 정밀한 조사가 불가능해 질 수 있다.

따라서, 전기가 흐르는 재질의 상기 인덕션 코일(230)이 텅스텐 카바이드(WC)등의 비전도성 재질의 제2모재(14)에 접촉되어 있으면, 전기전도성의 인덕션 코일(230)에 의해 접지가 이루어지므로 전자의 충전현상이 발생되지 아니하므로 비전도성 재질의 제2모재(14)의 가열이 이루어질 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 인덕션 코일(230)은 내부에 냉각수가 유동되도록 중공(231)의 단면을 가지도록 형성될 수 있다. 따라서, 조사되는 전자빔에 의해 상기 인덕션 코일(230)이 가열되어도 상기 냉각수에 의해 냉각이 이루어질 수 있어 과열되는 현상을 방지할 수 있다.

물론, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 상기 인덕션 코일(230)이 제2모재(14)에 접촉되지 아니하고 제1모재(12)에만 접촉되도록 형성될 수도 있을 것이다.

이 경우 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2모재(14)의 표면에 전자빔 조사로 인해 발생되는 충전현상을 해소하기 위하여, 전도성 소재로 형성된 전도편(292)을 비전도성 재질의 제2모재(14) 표면에 연접되도록 위치시켜 전도층(290)을 형성할 수 있다.

상기 전도편(292)은 구리등과 같은 전도성과 열전달성이 우수한 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 전도편(292)은 접지와이어(294)를 통해 접지가 이루어질 수 있다.

즉, 전도편(292)에 접지가 이루어지므로 전자의 충전현상이 발생되지 아니하며, 전자빔이 전도편(292)에 조사되어 열이 발생되면 비전도성 재질의 제2모재(14)와 접촉되어 있으므로 열전달에 의해 비전도성 재질의 제2모재(14)의 브레이징 가공이 이루어질 수 있다.

또한, 전도편(292) 대신 카본나노튜브용액(296)을 사용할 수도 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 카본나노튜브용액(296)은 IPA(IsoPropyl Alchol)이나 물 등에 카본나노튜브등이 분산된 용액일 수 있다.

이러한 카본나노튜브용액(296)을 접합대상물(10)의 표면에 도포하거나 또는 접합대상물(10)을 카본나노튜브용액에 담근 후 꺼낼 수도 있다.

그리고, 카본나노튜브용액(296)가 도포된 접합대상물(10)을 건조시킬 수 있다.

건조할 때에는 접합대상물(10)을 챔버(210) 내에 위치시킨 후 가열부(310)를 통한 가열하거나 또는 진공배출펌프(270)을 이용하여 챔버(210)내 진공분위기 형성할 수 있다.

챔버(210)내에 진공 분위기가 형성되면 도포된 카본나노튜브용액 중()의 용매는 증발하고 카본나노튜브만 남고, 증발된 용매는 진공배출펌프(270)를 통해 챔버(210)외측으로 배출되며, 잔류된 카본나노튜브는 접합대상물(10)의 표면에 전도층(293)을 형성할 수 있다.

또한, 접합대상물(10)이 스테이지(220)에 고정되면서 전도층(293)과 스테이지(220)가 연접되며, 스테이지(220) 또한 전도성 재질로 형성되고 접지가 이루어지므로, 접합대상물(10)의 표면에 잔류된 카본나노튜브의 전도층(293)또한 접지가 이루어지는 것이다.

또한 챔버(210)에는 개폐 가능한 도어(212)가 구비되어 상기 챔버(210) 내부로 상기 접합대상물(10)이 반입되거나 반출될 수 있다.

한편, 상기 스테이지(220)는 상기 챔버(210) 내부에 구비되며, 상기 챔버(210) 내부로 반입된 접합대상물(10)을 고정하도록 구비될 수 있다.

상기 스테이지(220)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 접합대상물(10)이 안착되거나 고정되는 구성요소이다.

이 때, 상기 스테이지(220)는 수평방향으로 이동되어 상기 접합대상물(10)을 수평이송시킬 수 있다.

그리고, 상기 냉각부(240)는 상기 스테이지(220)를 냉각시키는 구성요소일 수 있다. 상기 스테이지(220)를 냉각시키기 위하여, 상기 냉각부(240)는 냉각매체가 저장된 탱크와, 상기 탱크의 냉각수가 스테이지로 흐르는 파이프(242), 상기 냉각매체를 압송하며 순환량을 조절하는 펌프(244) 등을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 냉각매체는 물이나 기름 또는 공기나 가스 등의 유체일 수 있다.

이 때, 상기 스테이지(220)를 냉각시키기 위하여, 상기 파이프(242)는 상기 스테이지의 내측에 매설될 수 있다.

상기 스테이지(220) 또한 열전도율이 높은 소재로 이루어져, 상기 스테이지(220)에 접촉된 접합대상물(10)과 연절달이 일어나도록 이루어질 수 있다.

따라서, 상기 냉각부(240)는 상기 스테이지(220)를 냉각시킴과 동시에 상기 스테이지(220)에 접촉된 접합대상물(10) 또한 냉각시킬 수 있다.

물론, 필요에 따라 상기 스테이지(220)는 설치되지 않을 수도 있으며, 생략되거나 여타 다른 구조물로 대체될 수도 있을 것이다.

한편, 상기 전자빔 방출장치(100)와 스테이지(220), 냉각부(240) 및 인덕션 코일(230)을 제어하는 제어부(280)가 구비될 수 있다.

상기 제어부(280)는 본 실시예의 전자빔 브레이징 장치에 일체로 구비된 연산부와 입력부, 출력부 등으로 이루어질 수도 있으며, 또는 외부에 별도로 구비되며, 유무선으로 상기 전자빔 방출장치(100)와 스테이지(220), 냉각부(240) 및 인덕션 코일(230)과 연결되어 제어하는 PC등으로 이루어질 수도 있다.

즉, 상기 제어부(280)은 상기 전자빔 방출장치(100)에서 조사되는 전자빔이 상기 접합대상물(10)의 제2모재(14) 또는 필러(16)을 가열하고, 상기 인덕션 코일()이 상기 접합대상물(10)의 제1모재(12)를 가열하도록 제어할 수 있다. 즉 상기 제어부(280)의 제어에 따라 상기 전자빔 방출장치(100) 및 인덕션 코일(230)을 제어하여 가열되는 지점 및 가열대상과 가열온도를 제어할 수 있다.

한편, 상기 제1모재(12) 및 제2모재(14)는 가열되면서 그 부피가 재질 고유의 열팽창 계수에 따라 팽창되며 냉각될 때에도 재질 고유의 열팽창 계수에 따라 수축될 수 있다.

그러나, 제1모재(12)와 제2모재(14)가 서로 다른 재질이므로, 열팽창 계수가 서로 상이할 수 있고 그에 따라 동일한 열량이 가해질 경우 서로 다른 열 팽창량 및 열 수축량을 나타낼 수 있다.

상호 접합된 상태의 제1모재(12)와 제2모재(14)가 서로 다른 열 팽창량 및 열 수축량을 나타낸다면 응력이 작용되어 크랙발생으로 이어질 수 있다.

따라서, 상기 제어부(280)는 상기 제1모재(12) 및 제2모재(14)가 가열될 때, 서로 동일한 단위 시간당 열 팽창량을 나타내도록 가열할 수 있다. 또한, 상기 제1모재(12) 및 제2모재(14)가 냉각될 때 서로 동일한 단위 시간당 열 수축량을 나타내도록 냉각시킬 수도 있다.

따라서, 상기 제1모재(12) 및 제2모재(14)가 서로 동일한 단위 시간당 열 팽창량이 동일하도록 가열되거나 단위 시간당 열 수축량이 동일하도록 냉각되므로 서로 다른 이종재질인 제1모재(12) 및 제2모재(14)의 크랙 발생이 방지될 수 있다.

또한, 상기 챔버(210) 내부에 위치된 접합대상물(10)의 온도를 측정하거나 영상을 촬영하는 적외선 카메라(260)가 구비될 수 있다.

상기 적외선 카메라(260)는 상기 접합대상물(10)의 열영상을 촬영하여 상기 제어부(280)로 송신할 수 있으며, 상기 제어부(280)는 송신된 적외선 카메라(260)의 열영상 정보로서 접합대상물의 부위별 온도를 파악하여 이를 PC의 화면 등에 나타낼 수 있으며, 이렇게 상기 적외선 카메라(260)로부터 수신된 데이터 및 기 입력된 제질과 형상 및 브레이징 작업조건 등의 데이터를 바탕으로 상기 전자빔 방출장치(100)와 스테이지(220) 및 냉각부(240)를 제어할 수 있다.

물론, 상기 적외선 카메라(260)외에도 접합대상물(10)의 형상 및 크기를 측정하는 별도의 카메라 등의 측정장치가 구비될 수도 있다.

또한, 상기 챔버(210) 내부의 기체를 배출하여 진공도를 조절하는 진공 배출펌프(270) 및, 상기 챔버(210) 내부에 반응가스를 공급하는 가스 공급부(250) 등이 구비될 수 있다. 상기 반응가스는 브레이징 시 투입되어 브레이징 접합을 보다 원할하게 유도하는 가스로서 Ar 또는 H2 등 다양한 가스를 적용시킬 수 있다. 이러한 반응가스는 상기 제1모재(12)와 제2모재(14) 및 필러(16)의 종류 및 브레이징 작업 조건에 따라 적절하게 선택할 수 있다.

한편, 본 실시예의 전자빔 브레이징 장치는 분위기 냉각부(320)를 더 포함할 수 있다.

전자빔을 이용하여 브레이징이 이루어진 직후에는 전자빔이 조사된 모재와 필러 뿐만 아니라, 상기 챔버(210) 내부의 주변 공기도 매우 뜨거운 온도로 가열된 상태일 수 있다.

따라서, 고온상태의 모재 및 필러의 가열된 부위가 고온의 주변 공기에 포함된 산소와 반응하여 산화가 일어날 수 있다.

따라서, 상기 분위기 냉각부(320)는 전자빔의 조사가 끝난 후 또는 전자빔 조사 중 상기 챔버(210)내의 공기를 냉각시켜 고온상태의 모재 및 필러가 산화되는 것을 방지하며 냉각을 도모하도록 구비될 수 있다.

상기와 같은 분위기 냉각부(320)는 상기 챔버(210)의 외측에 설치되어 상기 챔버(210)내측의 공기를 냉각시키도록 냉각기 또는 열교환기의 일부가 상기 챔버(210) 내측에 위치되도록 이루어질 수 있다. 물론, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 챔버(210)의 벽면 자체를 냉각시키는 등 다른 형태로 챔버(210) 내측 공기를 냉각시키도록 이루어질 수 있다.

또한, 본 실시예의 전자빔 브레이장 장치는 분위기 가열부(310)를 더 포함할 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 모재가 가열될 때 시간에 따라 온도가 상승하는 추세는 직선의 선형적인 그래프를 그리는 것이 아니라 시간이 지날수록 그 상승폭이 상승하는 지수함수적인 그래프를 나타낼 수 있다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 초기 예열온도가 높을수록 동일한 가열 시간이 지난후의 온도가 더 높은 것을 알 수 있다.

따라서, 전자빔 조사 전에 예열온도를 최대한 높이는 것으로서 브레이징 공정의 시간을 단축하며 소요되는 에너지량을 절약할 수 있다.

따라서, 상기 분위기 가열부(310)가 챔버(210)내의 온도를 상승시킴으로써 상기 모재(10)의 온도를 설정된 온도까지 상승시킬 수 있다.

상기와 같은 분위기 가열부(310)는 상기 챔버(210)의 외측에 설치되고, 열교환기나 가열기의 일부가 챔버 내측에 위치되어 상기 챔버(210) 내측의 분위기(가스 등)를 가열시키도록 구비될 수 있다.

물론, 상기 분위기 가열부(310)는 상기 접합대상물(10)을 직접 가열시키도록 구비될 수도 있을 것이다. 물론, 본 발명의 분위기 가열부(310)는 그 형태나 구조에 한정되지 아니하며, 상기 챔버(210) 내측의 분위기나 접합대상물(10)을 예열할 수 있다면 어떠한 형태나 구조로도 변형이 가능하다.

한편, 상기 전자빔 방출장치(100)에서 방출되는 전자빔은 대부분 상기 접합대상물(10) 에 조사되도록 제어되지만, 일부는 상기 접합대상물(10)을 벗어나는 곳으로 조사되는 누설전자빔이 발생할 수 있다.

이러한 누설전자빔은 최초 의도한 만큼 접합대상물(10)을 가열시키지 못하게 되는 원인이며, 챔버(210)의 벽면 또는 접합대상물(10)의 하측에 위치한 모재이동수단(미도시) 등의 별도 구조물을 의도치 않게 가열시켜 변형을 초래할 수 있다.

따라서, 이러한 누설전자빔을 차단하는 인슐레이터(330)가 구비될 수 있다.

상기 인슐레이터(330)는 상기 챔버(210)의 내부에 상기 모재(10)가 위치되는 부분보다 하측에 위치되어 상기 누설전자빔이 챔버(210)의 벽면이나 모재(10)의 하측에 위치한 별도 구조물을 가열시키는 것을 차단시킬 수 있다.

또한 상기 인슐레이터(330)는 누설전자빔에 의한 전자가 누적되지 않도록 접지(334)가 이루어질 수도 있으며, 상기 인슐레이터(330)에 조사되는 전자빔의 양을 측정할 수 있도록 전류계(332)가 연결될 수 있다.

따라서, 상기 제어부(280)에서는 상기 전자빔 방출장치(100)에서 방출되는 전자빔의 전류값과 상기 인슐레이터(330)에 연결된 전류계(332)에서 측정되는 전류값을 비교하여 상기 모재(10)에 조사되는 전류값을 추산할 수 있으며, 이를 통해 상기 전자빔 방출장치(100)에서 방출되는 전자빔을 더욱 정밀하게 피드백 제어할 수 있다.

또한, 상기 챔버(210)의 벽면은 단열 처리될 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 형태에 따른 인덕션 코일과 전자빔을 이용한 이종재질 브레이징 장치의 제어방법의 일 실시예에 대해서 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 이종재질 브레이징 장치의 제어방법은 도 9에 도시된 바와 같이, 예열단계(S110), 유도전류 가열단계(S120), 전자빔 조사단계(S130) 및 냉각단계(S140)를 포함할 수 있다.

상기 예열단계(S110)는, 상기 가열부(310)등을 이용하여 상기 챔버(210)내의 온도를 상승시키는 단계이다. 본 단계에서 상기 접합대상물(10)을 직접 가열하거나 또는 상기 챔버(210)내의 분위기 온도를 상승시키는 것일 수 있다. 또한, 상기 챔버(210)내의 분위기 온도가 상승됨으로 인해 상기 챔버(210)내에 위치된 접합대상물(10)의 온도 또한 열전도를 통해 상승될 수도 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 동일한 시간 동안 가열되어도 초기 예열온도가 높을수록 온도상승폭이 지수함수적으로 상승됨을 알 수 있으며, 상기 예열단계를 통해 접합대상물(10)의 온도를 상승시킴으로써, 브레이징 공정의 시간을 단축하며 브레이징 공정에 소요되는 에너지량을 절약할 수 있다.

또한, 인서트 팁 등의 절삭공구를 제조할 때 제2모재(14)에 해당하는 절삭층은 내마모성을 향상시키기 위해 세라믹(텅스텐 카바이드, 산화알루미늄, PCD, CBN)등을 사용하나, 이러한 세라믹 재질의 경우 고온으로 오랜시간동안 가열하게 되면 소재의 결정이 성장하는 결정립 성장(Grain-growth)현상이 발생하여, 내마모성이 작아지거나 기계적 강도가 감소되며 때로는 고온에 의해 재료의 변형 및 파손 등의 문제가 발생될 수 있다. 이는 비단 제2모재(14)에서만 발생되는 현상은 아니하며, 메탈재질로 형성되는 제1모재(12)에서도 발생될 수도 있다.

따라서, 본 실시예에서는 접합대상물(10)의 온도를 미리 예열시킴으로써 고온으로 가열되는 시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있으며 그에 따라 제1모재(12) 및 제2모재(14)의 결정립 성장현상을 방지하거나 최소화 시킬 수 있다.

상기 예열단계(S110) 후에는 유도전류 가열단계(S120) 및 전자빔 조사단계(S130)가 형성될 수 있다.

상기 유도전류 가열단계(S120)는 상기 인덕션 코일(230)에 교류전류를 인가하여 상기 제1모재(12)를 유도가열로서 가열하는 단계이다.

또한, 상기 전자빔 조사단계(S130)는 상기 전자빔 방출장치(100)를 통해 제2모재(14)에 전자빔을 조사함으로써 상기 제2모재(14)를 가열하는 단계이다.

상기 유도전류 가열단계(S120) 및 전자빔 조사단계(S130)에서, 상기 제1모재(12)와 제2모재(14)가 각각 독립적으로 가열될 수 있다.

이 때, 상기 제1모재(12)와 제2모재(14)는 단위시간당 열팽창량이 동일하도록 가열될 수 있다.

즉, 상기 제1모재(12)는 상기 인덕션 코일(230)에 의해 가열되며, 상기 제2모재(14)는 전자빔 방출장치(100)에 의해 가열되므로, 서로 다른 열원에 의해 독립적으로 가열될 수 있어 가열량 및 가열온도가 서로 상이할 수 있고, 상기 제1모재(12)와 제2모재(14)의 열팽창량이 동일하도록 가열하는 것이 비교적 용이할 수 있다.

또한, 상기 유도전류 가열단계(S120) 및 전자빔 조사단계(S130)를 통해 상기 필러(16)가 용융될 때 까지 상기 제1모재(12) 및 제2모재(14)를 가열 할 수 있다.

한편, 상기 유도전류 가열단계(S120) 및 전자빔 조사단계(S130)중에 상기 챔버(210) 내부에 가스를 주입할 수도 있다.

일반적으로 플라즈마 전자빔 방식의 경우 비교적 저진공 환경에서 작동할 수 있어 브레이징 환경을 조성하는 가스를 주입하여 브레이징 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 유도전류 가열단계(S120) 및 전자빔 조사단계(S130)의 후에는 냉각단계(S140)가 더 수해오딜 수 있다. 상기 냉각단계(S140)에서는 용융된 필러(16)를 냉각시켜 고화시킴으로써 상기 제1모재(12)와 제2모재(14)가 상기 필러(16)에 의해 접합되록 하는 단계이다.

이 때, 상기 냉각단계(S140)에서도 상기 제1모재(12) 및 제2모재(14)를 상기 인덕션 코일(230) 또는 전자빔 방출장치(100)로 가열함으로써, 상기 제1모재(12)와 제2모재(14)의 냉각시 단위시간당 열수축량이 동일하도록 제어할 수 있다.

즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 가열된 상태의 제1모재(12)와 제2모재(14)를 동일하게 냉각하였을 때, 온도는 동일하게 냉각된다고 하여도, 상기 제1모재(12)와 제2모재(14)의 열수축률 차이로 인해 열 수축량이 상이할 수 있다.

이러한 열 수축량의 차이로 인해, 냉각시 상기 제1모재(12)와 제2모재(14)의 접합부가 파손되거나 또는 뒤틀리게 될 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 냉각단계에서 상기 제1모재(12)와 제2모재(14)의 단위시간당 열수축량이 동일하거나 또는 최대한 유사하도록 냉각시킬 수 있다.

이 때, 상기 제1모재(12)와 제2모재(14)의 단위시간당 열수축량이 동일해지도록 상기 제1모재(12) 또는 제2모재(14) 또는 제1모재(12)와 제2모재(14) 모두를 상기 인덕션 코일 또는 전자빔 방출장치를 통해 간헐적 또는 지속적으로 조사하여 냉각 속도 및 냉각량을 독립적으로 제어할 수 있다.

즉, 상기 제1모재(12)가 제2모재(14)보다 열수축율이 1/5로 낮은 재질이라면(즉, 제2모재(14)의 열수축율이 제1모재(12)보다 5배 크다면), 빠르게 수축되는 제2모재(14)에 전자빔(e)을 지속적 또는 간헐적으로 조사하여 제1모재(12)의 열수축량과 동일 또는 유사하도록 제어하는 것이다.

도 14는 상기 제1모재(12)와 제2모재(14) 중 열수축율이 낮은 제2모재(14)는 통상의 공랭 또는 수냉방식으로 지속 냉각시키고, 열수축율이 높은 제1모재(12)는 제2모재(14)와 마찬가지로 공랭 또는 수냉방식으로 지속냉각시키는 중에 간헐적으로 가열하여 그 냉각시 열수축량이 제2모재(14)와 유사하도록 제어한 그래프를 나타낸 것이다.

즉, 냉각되면서, 지속적 또는 간헐적 가열로서 냉각시 열수축량을 제1모재(12)와 제2모재(14)가 상호 동일하거나 유사하도록 제어할 수 있다.

한편, 냉각시 냉각속도를 더욱 높이기 위하여, 냉각부(240)를 이용할 수 있다.

전술한 상기 냉각부(240)에서 파이프(242)에 냉각매체를 순환시켜, 스테이지를 냉각하며, 그에 따라 상기 스테이지(220)에 접촉되 있는 접합대상물(10)을 냉각시킬 수 있다.

따라서, 상기 접합대상물(10)이 냉각부(240)에 의해 냉각되면서, 상기 인덕션 코일에 의한 유도가열 및 전자빔 조사에 의해 간헐적 또는 지속적으로 가열되어 냉각시 열수축량을 제1모재(12)와 제2모재(14)가 상호 유사하도록 제어할 수 있다.

이 때, 상기 냉각매체의 순환량을 조절하거나 또는 냉각매체의 온도를 조절함으로써, 냉각속도를 제어할 수도 있다. 물론, 이 때에는 상기 냉각매체의 온도를 조절하는 별도의 온도조절부(미도시)가 구비될 수 있다.

또한, 상기 챔버(210) 내부의 분위기 또한 냉각시킬 수도 있다. 상기 챔버(210)내의 분위기의 온도를 냉각시킴으로써 고온으로 가열된 제1모재 및 제2모재와 주변 공기가 반응하여 산화가 일어나는 것을 예방할 수 있다.

한편, 상기 과정 중에 상기 적외선 카메라(260)로서, 상기 접합대상물(10)의 각 부분의 온도를 측정하여, 상기 제1모재(12) 또는 제2모재(14)의 각 부분의 온도가 균일하거나 설정치에 근접하는지의 여부를 측정하여 이를 피드백 제어하여 상기 전자빔 방출장치(100)와 인덕션 코일(230) 및 냉각부(240)를 제어할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10: 작업대상물 12: 제1모재
14: 제2모재 16: 필러
100: 전자빔 방출장치 120: 캐소드
122: 캐소드 테두리의 라운드진부분
130: 애노드 132: 개구부
140: 절연홀더 150: 하우징
152: 튜브 154: 절연체
156: 방출구 158: 접지
160: 반사전자 차단구조체 162: 플랜지부
164: 흡수홈 166: 냉각파이프
168: 차단판 210: 챔버
212: 도어 220: 스테이지
230: 인덕션 코일 240: 냉각부
242: 파이프 244: 펌프
250: 가스공급부 260: 적외선 카메라
270: 진공배출펌프 S110: 예열단계
S120: 유도전류 가열단계 S130: 전자빔 조사단계
S140: 냉각단계
e: 전자빔

Claims (13)

1. 캐소드와 애노드를 포함하는 전자빔 방출장치;
   상기 전자빔 방출장치에서 방출되는 전자빔이 조사되며, 상호 접합되는 전기전도성 재질의 제1모재와 비전기전도성 재질의 제2모재를 포함하는 접합대상물이 위치되는 챔버;
   상기 접합대상물의 표면에 위치되며, 인가되는 전류에 의해 유도가열로서 상기 접합대상물의 제1모재를 가열하는 인덕션 코일;
   상기 전자빔 방출장치에서 조사되는 전자빔이 상기 접합대상물의 제2모재를 가열하고, 상기 인덕션 코일이 상기 접합대상물의 제1모재를 가열하도록 제어하여, 상기 제1모재와 제2모재를 서로 다른 가열원으로서 각각 독립적으로 가열하는 제어부;
   를 포함하는 이종재질 브레이징 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 제1모재 및 제2모재의 단위시간당 열팽창량이 동일하도록 제어하는 이종재질 브레이징 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 제1모재 및 제2모재의 단위시간당 열수축량이 동일하도록 제어하는 이종재질 브레이징 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 인덕션 코일은 상기 접합대상물의 제2모재의 표면상에 위치되는 이종재질 브레이징 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 인덕션 코일은 상기 접합대상물의 제1모재의 표면상에 위치되는 이종재질 브레이징 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 인덕션 코일은 내부에 냉각수가 유동되도록 중공의 단면을 가지도록 형성되는 이종재질 브레이징 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 접합대상물의 제2모재의 전자빔이 조사되는 면에 연접되어 상기 제2모재를 덮도록 구비되는 전도층; 및
   상기 전도층을 접지시키는 접지와이어;
   를 포함하는 이종재질의 브레이징 장치.
8. 전기전도성 재질의 제1모재와 비전기전도성 재질의 제2모재 사이에 필러를 위치시키고, 이를 가열하여 상기 필러를 녹여 상기 제1모재와 제2모재를 접합시키는 이종재질 브레이징 장치의 제어방법에 있어서,
   인덕션 코일을 작동하여 제1모재를 가열하는 유도전류 가열단계;
   전자빔으로서 제2모재를 가열하는 전자빔 조사단계;
   를 포함하여,
   상기 제1모재와 제2모재를 서로 다른 가열원으로서 각각 독립적으로 가열하는 이종재질 브레이징 장치의 제어방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 유도전류 가열단계 및 전자빔 조사단계는,
   상기 제1모재와 제2모재의 시간당 열팽창량이 동일하도록 가열하는 이종재질 브레이징 장치의 제어방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제1모재와 제2모재의 접합이 완료된 후,
    상기 제1모재와 제2모재를 냉각시키는 냉각단계를 더 포함하는 이종재질 브레이징 장치의 제어방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 냉각단계는,
    상기 제1모재와 제2모재의 시간당 열수축율이 동일하도록 상기 인덕션 코일 및 전자빔을 제어하는 이종재질 브레이징 장치의 제어방법.
12. 제8항에 있어서,
    상기 유도전류 가열단계 및 전자빔 조사단계 전에, 상기 제1모재 및 제2모재의 온도를 기 설정된 온도까지 예열시키는 예열단계를 더 포함하는 이종재질 브레이징 장치의 제어방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 예열단계는, 챔버 내부의 분위기 온도를 상승시켜 제1모재 및 제2모재의 온도를 상승시키는 단계인 이종재질 브레이징 장치의 제어방법.

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