KR102478709B1 - 증기 흐름으로부터 입자를 제거하기 위한 필터 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증기 흐름 내 비증기 성분의 양을 감소시키기 위한 필터 디바이스에 튜브한 것이며, 이는, 상기 증기 흐름에 의해 튜브통될 수 있으며, 상기 탄소 폼을 통과하기 위한 상기 증기 흐름의 유일한 경로는 상기 탄소 폼의 튜브통을 통한 것과 같은 방식으로 배열되는 필터 재료로서 탄소 폼을 포함한다. 상기 디바이스는 특히 증기의 물리적 증착에 의해 기재를 코팅하는 것에 적합하다. 상기 필터 디바이스에 의해 생성되는 상기 균일하고 단일 위상의 증기 흐름은 부드럽게 코팅되는 기재를 초래하며 스플래시는 실질적으로 없다.

Description

증기 흐름으로부터 입자를 제거하기 위한 필터 디바이스{FILTER DEVICE TO REMOVE PARTICLES FROM A VAPOUR STREAM}

본 발명은 증기 흐름 내 비증기(non-vapourous) 성분의 양을 감소시키기 위한 디바이스, 이 디바이스를 포함하는 증기 발생기, 및 이 증기 발생기를 포함하는 증기 증착을 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 기재 상에 증기를 증착하기 위한 방법, 및 상기 방법에 의해 얻을 수 있는 기재에 관한 것이다.

다수의 산업 공정에서, 물질은 제한된 공간을 통해 증기 흐름(vapour stream)으로 안내함으로써 운송된다. 비등(沸騰) 또는 불안정성에 의해 주로 용융물로부터의 방출로 인해, 또는 증기의 조기 응축으로 인해, 또는 액체 소스의 불완전한 증발로 인해, 이러한 증기 흐름은 증기 흐름에 의해 함께 운반되는 동반 액체(entrained liquid)를 포함할 수 있다. 이러한 동반 액체는 종종 증기 흐름의 추가 처리에서 문제를 만든다.

예를 들어, 물리적증착(PVD: physical vapour deposition) 공정에서 사용되는 증기 흐름에 존재하는 액체의 액적(droplet)은, 그렇지 않으면 훨씬 더 높은 평활도를 가질 수 있는 최종 코팅 위에 스플래시(튀는 것; splash)로 종결될 수 있다. 이러한 거친 표면은 코팅된 제품의 질을 감소시키기 때문에 바람직하지 않다. 종종, 증기 증착 공정은 용융된 원재료의 저장소(도가니)를 이용하며, 이 경우 원재료는 증기 흐름을 형성하기 위해 가열된다. 이 기술과 관련된 한 가지 문제는 증발 동안 액체 재료의 스플래시가 용융물로부터 방출되고 증기 흐름으로 유입되는 것이다. 증발 동안 이러한 스플래시의 형성을 감소시키기 위해 또는 증기 흐름으로부터 스플래시를 제거하기 위해 많은 노력들이 있어 왔다. 예를 들어, 증기 흐름 내 액적의 자유경로(line of sight)가 차단되는 점에서, 증기 덕트(duct)를 부분적으로 차단하는 탄소 폼 차단막(baffle)을 이용하는 것이 알려져 있다. 이러한 차단막은, 액적을 포집하고 이것들을 증기 흐름 속으로 증발시키거나 모아서 증발 재료들로 되돌아가게 하는 효과를 갖지만, 유량(flux)이 중력을 상쇄시키기에 충분히 높으면 액체를 전달할 수 있다. 상기 차단막은 또한 한계를 가지는데, 스플래시가 응고되고 따라서 유동(flow)을 차단하는 경우, 양측의 압력 차이가 너무 높으면 차단막의 파열로 이어질 수 있는 것이다.

그러나, 이러한 방법들 중 어떤 것도 증기 증착 공정에서 특히 높은 증발 속도가 필요한 경우에 만족스럽지 않다(높은 증발력에서, 증발은 더욱 활발하고 더 많은 액체가 증기 흐름 내에 동반됨). 증기 덕트를 부분적으로 차단하는 탄소 폼(carbon foam) 차단막의 경우에, 점차적으로 더 높은 생성 속도는 점차적으로 더 큰 액적이 증기 흐름에서 상기 차단막의 양면을 통과하게 한다.

그러므로 본 발명의 목적은, 증기 흐름으로부터 스플래시를 제거하기 위한 디바이스를 제공하는 것이다. 특히 본 발명의 목적은, 원재료의 높은 증발 속도에서, 예컨대 초당 용융물의 m² 당 원재료의 최대 500g 및 더욱 바람직하게는 최대 2000g의 속도에서 효과적인 제거가 일어나는 것이다.

이제 상기 목적 중 하나 이상은 상기 증기 흐름 내에 특정 배열로 특정 필터 재료를 적용함으로써 달성될 수 있다는 것이 판명되었다.

따라서, 본 발명은 증기 흐름 내 비증기 성분의 양을 감소시키기 위한 필터 디바이스(1)에 관한 것이며[청구항 1 관련],

- 증기 흐름(5)을 위한 유입 통로(2);

- 상기 증기 흐름(5)으로부터 최종 비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6);

- 상기 필터 디바이스(1)로부터 상기 증기 흐름(5)을 방출하기 위한 유출 통로(7)를 포함하며,

상기 유입 통로(2)는 비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)과 유체 연통하고; 및 비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)은 상기 유출 통로(7)와 유체 연통하며;

- 비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)은 탄소 폼 부품(8)을 포함하고, 탄소 폼 부품(8)은 증기 흐름(5)이 통과하여 유출 통로(7) 쪽으로 흐름는 것을 허용할 수 있으며; 및

- 상기 증기 흐름이 상기 비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)을 통과하기 위한 유일한 경로는 상기 탄소 폼 부품(8)의 통과에 의한 것이다.

선택적으로, 본 발명의 디바이스는 증기 흐름 내 증기의 응축을 막기 위한 열적 절연 재료를 포함한다.

본 발명의 디바이스에서, 증기는 탄소 폼을 통과해야 한다. 증기가 여과 능력을 갖지 않은 채널을 통과하는 임의의 구성은 필터 디바이스의 효율성을 크게 감소시킬 것이다. 이는, 첫째로, 오픈 채널(유동에 대해 낮은 저항성을 가짐)이 존재할 때, 대부분의 증기는 그 경로를 따라 이동할 것이며, 둘째로, 낮은 관성을 갖는 임의의 입자는 흐름과 함께 운반될 것이고, 자유경로와 관계없이 필터에 접촉할 가능성이 없을 것이기 때문이다. 상기 자유경로는, 디바이스 내 유입 통로로부터 유출 통로를 통하여 흐를 때 동반 입자의 방해받지 않는 궤적을 의미한다. 상기 용어는 증기의 자유로운 흐름이 유입 통로부터 유출 통로까지 허용되는 공지된 필터 디바이스를 참조한다. 그러나, 본 발명의 디바이스에서는, 모든 가능한 궤적들이 탄소 폼에 의해 방해받기 때문에, 유입 통로부터 유출 통로를 통과하는 방해받지 않는 궤적은 없다.

도 1은 증기 흐름의 평면에서 본 발명의 필터 디바이스(1)의 단면도이다.
도 2는 탄소 폼 부품을 둘러싸고 이에 부착하는 흑연 튜브를 포함하는, 증기 흐름의 평면에서 본 발명의 필터 디바이스(1)의 단면도이다.
도 3은 탄소 폼 부품을 각각 둘러싸는 내측 및 외측 흑연 튜브를 포함하는, 증기 흐름의 평면에서 본 발명의 필터 디바이스(1)의 단면도이다.
도 4는 탄소 폼 부품 및 흑연 부품이 교대하는 구조체를 포함하는, 증기 흐름의 평면에서 본 발명의 필터 디바이스(1)의 단면도이다.
도 5는 단일 흑연 튜브에 의해 둘러싸인 연속하는 2개의 탄소 폼 필터들을 포함하는, 증기 흐름의 평면에서 본 발명의 필터 디바이스(1)의 단면도이다.
도 6은 연속하는 2개의 탄소 폼 필터들을 포함하고 내측 및 외측 흑연 튜브를 갖는, 증기 흐름의 평면에서 본 발명의 필터 디바이스(1)의 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 필터 디바이스를 포함하는, 증기 흐름의 평면에서 본 발명의 증기 발생기(11)의 단면도이다.
도 8은 도 6에서 도시된 필터 디바이스를 포함하는, 증기 흐름의 평면에서 본 발명의 증기 발생기(11)의 단면도이다.
도 9는 도 3에 도시된 바와 같은 필터 디바이스를 포함하는, 본 발명에 따른 진공 증착 장치(21)의 단면도이다.
도 10은 도 6에 도시된 바와 같은 필터 디바이스를 포함하는, 본 발명에 따른 진공 증착 장치(21)의 단면도이다.
도 11은 상위 10개의 가장 큰 스플래시들의 평균 등가 지름(mean equivalent diameter)의 관점에서 본 발명의 장치의 효율성을 보여주는 그래프이다.

도면들을 참조하면, 도 1은 증기 흐름(5)의 평면에서 측면으로부터의 필터 디바이스(1)의 단면도이다. 증기 흐름(5)은 유입 증기 흐름(5a) 및 유출 증기 흐름(5b)으로 나눠지며, 양쪽 모두 방향(4)으로 순유동(net flow)을 갖는다. 필터 디바이스(1)는 동반 액체 또는 다른 입자들을 포함하는 유입 증기 흐름(5a)을 위한 유입 통로(2)를 가지며, 이는 도가니, 반응기, 튜브, 파이프, 또는 증기 흐름을 안내할 수 있는 임의의 기타 요소들의 유출 통로에 연결될 수 있다. 유입 증기 흐름(5a)으로부터 동반 액체 또는 다른 입자들을 여과하는 필터 디바이스(1)의 능력은 비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)과 필터 디바이스(1)의 내부에서 그 특정 배열에 따라 달라진다. 모든 증기 흐름이 상기 수단(6)을 따라 통과해야 하기 때문에, 증기 흐름에 존재하는 스플래시들은 정지되는 반면, 증기 그 자체는 실제로 수단(6)을 통과할 수 있다. 일단 통과하게 되면, 증기 흐름은 추가의 필터 디바이스(1)를 통과하여 안내될 것이다. 필터 디바이스(1)는, 여과된 증기 흐름(5b)을 필터 디바이스(1)로부터 추가 디바이스로 배출하는 유출 통로(7)를 가지며, 여기서 증기 흐름은 추가로 처리될 수 있다.

상기 수단(6)은 탄소 폼 재료(8)를 포함한다. 상기 재료는 증기 흐름 내에 스플래시를 차단하는 반면 증기 그 자체는 실제로 탄소 폼 재료(8)를 통과할 수 있다. 상기 탄소 폼에서 스플래시의 차단 후, 포착된 스플래시들은 증발되거나, 축적되어 중력에 의해 용융물로 되돌아간다. 이것은, 탄소 폼 재료(8)를 아직 통과하지 않은 유입 증기 흐름(5a)과 비교할 때 감소된 양의 스플래시를 포함하거나 또는 스플래시가 없는 필터 디바이스를 나가는 증기 흐름(5b)을 제공한다. 그러므로, 동반 액체 또는 기타 입자들과 같은 비증기 성분을 포함하는 증기 흐름을 수용하도록 배구성될 때, 본 발명의 필터 디바이스(1)는 증기 흐름 내에서 상기 비증기 성분의 양을 효과적으로 감소시킨다. 이는 또한 증기 흐름으로부터 그러한 성분을 완전히 제거할 수도 있다.

탄소 폼 재료(8)는 튼튼해야 한다. 즉, 사용 동안 기계적으로 열화되지 않고 화학적으로 안정적이어야 한다. 정확한 규격은 필터 디바이스의 특정 응용에 따라 달라진다. 통상의 기술자는 창의적 노력 없이 일상적인 실험에 의해 충분히 튼튼한 탄소 폼(8)을 찾을 수 있다. 예를 들어, 원재료가 용융 아연이고 아연 증기 흐름으로부터 아연 액적(droplet)의 제거가 필요한 경우에, 유리질 탄소 폼이 적합하며, 이는 30 mm의 두께; 0.05 g·cm^-3의 벌크 밀도; 96.5 %의 다공성(porosity); 24 또는 40개 구멍(pore)·cm^-1의 메시(mesh)(등급에 따라 달라짐); 및 진공 또는 불활성 기체에서 3000℃ 또는 공기중에서 500-600℃의 온도 저항성을 가진 것으로 보인다. 유리질 또는 유리상 탄소는 3차원의 가교결합 폴리머의 열 분해에 의해 생성된 순수 탄소의 형태이다.

일반적으로, 탄소 폼은 개방 셀 구조를 가진 물질로서, 10 내지 100개 구멍·cm^-1의 메시를 갖는다. 바람직하게, 상기 메시는 20 내지 50개 구멍·cm^-1의 범위에 있다.

일부 경우에, 상기 탄소 폼은 증기 흐름의 방향에서 변화하는 단면 두께를 나타내는 것이 선호된다. 이는 더 얇은 구역에서 더 낮은 속도의 제한을 초래하고, 그에 의해 크기에 따른 액체 입자의 분리를 촉진시키며, 이로써 더 낮은 관성을 가진 더 작은 입자들은 더 얇은 구역 쪽으로 운반되지만, 더 큰 입자들은 이들이 용융물을 떠날 때 그 모멘텀에 따라 더 많이 이동한다. 이러한 방식으로, 상기 증발의 부담이 그렇지 않는 경우보다 더 넓은 영역에 걸쳐 퍼진다.

상기 필터는 가장 큰 단면 영역을 가진 덕트를 갖는 위치에 탄소 폼을 설치함으로써 추가로 최적화될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 가장 큰 가능한 단면 영역은 압력 강하를 최소화하면서 비증기 입자를 방해하기 위해 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 추가 실시예는 탄소 폼의 등급 시스템을 제공하며, 이 경우 증기 및 액적 혼합물과 접촉하는 제1 폼은 조대(coarse)하고 더 두꺼운 구조를 갖는다. 이는 더 큰 액적이 이 단계에서 제거되는 반면 더 작은 액적은 통과시키는 효과가 있다. 이는 또한 더 큰 열 용량을 가지며, 더 큰 입자의 증발에 의해 야기되는 온도 손실에 의해 영향을 덜 받을 것이다.

본 발명의 필터 디바이스는 PVD을 위한 증기 흐름을 제공하는 데에 특히 적합하다. 그러므로 유출 통로(7)는 특히 PVD 유닛에 연결될 수 있다. 이러한 결합은 고품질의 완전 마무리 PVD-코팅된 재료가 만들어지는 것을 허용한다는 것이 밝혀졌다. PVD의 경우, 증기 흐름은 통상 금속 증기(예컨대, 아연 증기, 마그네슘 증기, 티타늄 증기, 크롬 증기, 망간 증기, 니켈 증기, 비스무트 증기, 스트론튬 증기, 안티몬 증기 및 알루미늄 증기)의 흐름이지만, 이는 또한 금속염(예컨대, 질화 티탄, 질화 지르코늄, 질화 크롬 및 질화 티타늄 알루미늄과 같은 질화 금속)의 증기의 흐름일 수도 있다.

일 바람직한 실시예에서, 증기 성분을 제거하기 위한 수단(6)은 탄소 폼 부품(8)에 부착하는 흑연 부품(9)을 포함하며, 이것은 전자기 유도에 의해 가열되어 탄소 폼 부품(8)으로 그 열을 전도할 수 있으며, 상기 필터 디바이스는 흑연 부품(9) 주위에 위치되는 유도 코일(10)을 추가로 포함한다[청구항 2 관련]. 흑연 부품(9)은 탄소 폼 부품을 부분적으로 또는 완전하게 둘러쌀 수 있다. 탄소 폼과는 대조적으로, 흑연은 다공성이 아니라 조밀하다. 그러므로, 흑연의 열 용량은 탄소 폼의 열 용량보다 훨씬 더 높다.

상기 실시예에서, 탄소 폼은 전자기 유도 수단에 의해 및/또는 저항 가열에 의해 능동적으로 그리고 외부에서 가열될 수 있다. 탄소 폼은 폼 내의 전자기 유도의 결과로서 직접적으로 가열될 수 있지만(유도 코일을 통과하는 교류 전류에 의해 야기됨), 그 효과는 일반적으로 너무 작아서 포착된 입자들의 연속적인 증발에 충분한 에너지를 제공할 수 없다. 이것은 또한 흑연 부품(9)을 통한 열 전도에 의해 간접적으로 가열될 수도 있으며, 이 방식에서, 폼 단독일 때보다 상당히 더 많은 에너지가 포착된 입자를 증발시키기 위해 제공될 수 있다. 흑연 부품(9)의 가열은 유도 코일들을 통과하는 전류에 야기되는 전자기 유도에 의해, 및/또는 흑연 부품(9)에 또는 그 근처에 위치된 가열 디바이스로부터의 열(예를 들면 전기 저항, 마찰, 마그네트론, 플라즈마 또는 전자 빔 디바이스에 의해 제공되는 에너지, 이에 한정하지 않음)의 전도에 의해 수행될 수 있다.

흑연 부품(9)은 탄소 폼 재료(8)와 접촉하는 충분한 표면 영역을 가져야 한다. 이러한 방식으로, 열 에너지는 둘 사이에서 효과적으로 전도될 수 있다.

유도 코일들(10)로 탄소 폼을 가장 효율적으로 가열하기 위해, 이 유도 코일들은 통상 흑연 부품(9)을 포함하는 부피에, 그리고 또한 탄소 폼 부품(8)을 포함하는 부피에 부착된다. 코일들 내에 유도 전류를 위한 발전기는, 적절한 가열이 제공될 수 있도록, 흑연 부품 및 그 형상에 맞아야 한다. 통상의 기술자는, 창의적인 노력 없이고 일상적인 실험에 의해, 상기 배열을 만들 수 있고, 또한 상기 필터의 동작 동안 최적의 주파수, 전류 및 전압을 결정하는 것이 가능하다.

탄소 폼의 가열은 벌크 액체 또는 고체로부터 증발 동안 또는 우연한 증기의 응축에 의해 형성되는 스플래시의 증발을 촉진시킨다. 이러한 가열은, 탄소 폼 재료가 매우 작은 열 용량을 가지기 때문에, 특히 중요하다. 이것은 높은 다공성 때문에, 스플래시에 의해 충돌될 때 열을 빠르게 잃어버리며, 그 온도는 증기의 이슬점 온도 아래로 쉽게 떨어질 수 있다. 스플래시를 증발시키는 열을 제공하던 영역은, 온도가 다시 증기 이슬점 온도보다 꽤 위에 있을 때까지, 향후 증발에 비효율적이게 될 것이다. 보조 가열에 의하면, 이 시간은 상당히 감소될 것이다. 바람직하게는, 가열된 탄소 폼이 이를 통과하는 증기를 과열시켜, 더 하류에서 증기 응축의 가능성을 감소시키는 것이다. 증기 유량이 증가함에 따라, 증기가 통과할 때 그것이 탄소 폼의 냉각에 미치는 영향도 증가하므로, 점차 더 높은 증기 유량이 발생함에 따라, 코일에 제공되는 에너지는 필터의 증발 효과를 유지하기 위해 증가된다.

탄소 폼 필터 근처의 과열된 플라즈마는, 충분히 높은 온도라면, 증발 효과를 증가시킬 수도 있다. 이러한 방식으로, 여과 매체는 방사(radiation)에 의해 효과적으로 가열될 수 있다. 예를 들어, 상기 플라즈마는, 액상 아연의 증기 흐름이 처리될 때, 통상 1500K 초과의 온도를 가진다. 흑연과 같은 열이온 방출원이 탄소 폼을 가열하기 위해 사용될 수도 있다.

흑연 재료가 유도에 의해 가열될 수 있고 탄소 폼에 연결되는 구성으로 인해, 탄소 폼을 통과하는 증기가 쉽게 과열될 수 있다는 것이 본 발명 디바이스의 장점이다. 이에 의해 더 하류에서의 원치 않는 증기 응축의 가능성이 감소할 수 있기 때문에 이것은 유리하다.

도 2에서 도시되는 특정 실시예에서, 흑연 부품(9)은 탄소 폼 부품(8)을 둘러싸는 흑연 튜브이다[청구항 3 관련]. 탄소 폼 부품(8)은 원칙적으로는 상기 튜브 내에 끼워져 튜브 내 임의의 자유경로를 차단하는 디스크 모양의 형상을 가진다. 상기 튜브는 특정 길이 및 특정 원형의 내측 지름을 가지며; 상기 길이 및 내측 지름은 1:5 내지 5:1, 바람직하게는 1:5 내지 1:1의 범위의 비율을 가질 수 있다. 따라서, 튜브 그 자체는 탄소 폼으로 채워질 때 또한 디스크 모양의 외관을 가질 수도 있다(아마 상기 비율이 1:5 내지 1:1의 범위에 있을 때). 따라서, 도 2는 원통형의 단면을 나타내며, 이것의 세로 중심 축선은 도면의 평면에 있다.

탄소 폼 부품(8)의 주위에 또는 밀접하게 접촉한 흑연 튜브는, 흑연 부품과 탄소 폼 사이의 열 에너지의 전도를 증가시키는 효과적인 방법으로 보일 수 있다. 도 2에 도시된 예시에서, 외측 에지들은 탄소 폼 부품(8)의 중심부보다 흑연에 의해 더욱 효과적으로 가열될 것이다.

또 다른 특정 실시예에서[청구항 4 관련], 도 3에서 도시된 바와 같이, 비증기 성분을 제거하기 위한 수단(6)은 제1 지름의 제1 흑연 튜브 및 제1 지름보다 작은 제2 지름의 제2 흑연 튜브를 포함하며,

- 제1 흑연 튜브는 제1 탄소 폼 부품을 둘러싸며;

- 제2 흑연 튜브는 제2 탄소 폼 부품을 둘러싸며;

- 제1 탄소 폼 부품은 제2 흑연 튜브에 연결되며 양 튜브들의 세로 중심 축선은 실질적으로 동일한 방향에 있다.

이와 같이, 수단(6)은 제1 디스크 모양의 탄소 폼 부품을 단단히 둘러싸는 외측 흑연 튜브 및 제2 디스크 모양의 탄소 폼 부품을 좁게 둘러싸는 내측 흑연 튜브를 포함한다. 양쪽 튜브들의 연결을 위해, 제1 디스크 모양의 탄소 폼 부품은 바람직하게는 원형 구멍을 가지며, 내측 흑연 튜브가 이 구멍에 맞춤된다. 바람직하게, 양쪽 튜브의 세로 중심 축선은 20°미만, 바람직하게는 15°미만, 더욱 바람직하게는 10°미만 및 더욱 바람직하게는 5°미만으로 빗나간다. 가장 바람직하게는, 양쪽 축선은 실질적으로 평행하다. 또한, 양쪽 축선은 실질적으로 일치하는 것이, 즉 내측 튜브가 전체 원주 주위에서 외측 튜브와 동일한 간격을 가지는 것이 바람직하다.

또 다른 특정 실시예[청구항 5 관련]에서, 비증기 성분을 제거하기 위한 수단(6)은 교대로 배치된 탄소 폼 부품(8) 및 흑연 부품(9)의 구조체를 포함한다. 그러므로, 수단(6)은, 흑연 부품과 탄소 폼 부품이 교대로 존재하는, 복수의 흑연 부품 및 복수의 탄소 폼 부품의 구조체일 수 있다.

이러한 구조의 이점은, 증발을 위해 폼으로부터 회수되는 열이 열 전도에 의해 충돌된 스플래시에 빠르게 제공될 수 있다는 것이다. 그렇지 않으면 탄소 폼 재료의 작은 열 용량 및 재료를 통한 느린 열 전달로 인해 더 많은 시간의 걸릴 수 있다는 것이 밝혀졌다. 탄소 폼의 층들은 흑연 층들로부터 충분한 열 전도에 의해 높은 온도를 유지하는 것을 보장하기 위해 충분히 얇아야 한다. 흑연 부품의 2개의 층 사이의 탄소 폼 층의 두께는, 예컨대 흑연 부품의 두께, 특정 탄소 폼의 실제 열 전도성, 폼에서 일어나는 전자기 유도의 양(열 전도를 통해 필요한 열의 양을 감소시킴), 및 단위 시간 당 필터 재료의 부피 당 증발될 동반 액체의 양과 같은 인자들에 따라 달라진다. 본 발명의 디바이스에서, 탄소 폼 층의 두께는 예컨대 0.4-10 cm의 범위에 있다.

상기 교대하는 흑연 부품들은 탄소 폼과 접촉하는 충분한 표면적을 가져서, 열 에너지가 양 부품들 사이에서 효율적으로 전도될 수 있도록 한다. 예를 들어, 흑연 부품에 의해 커버되는 증기 흐름의 방향에서의 탄소 폼 부품의 거리는, 1:4 내지 4:1 특히 1:2 내지 2:1의 범위 내 비율로 상기 증기 흐름의 방향에 수직인 탄소 폼의 두께와 관련될 수 있다.

상기 교대하는 흑연 부품들은 코일의 유도 가열에 의해 가열된다. 이 특정 실시예에서, 상기 교대하는 흑연 부품들 및 이들을 가열하기 위한 수단은, 상기 교대하는 흑연 부품들이 용용물 및 증기 이슬점 온도보다 상당히 더 높은 온도에서 유지될 수 있도록 설계된다.

특히 [청구항 6 관련]에서, 상기 교대하는 부품들은 링 형상이고 튜브 형상의 층상 구조체를 함께 형성하며, 이것은 증기 흐름(5)의 방향에 실질적으로 평행하게 연장한다. 이는 도 4에 도시된다. 증기 흐름이 취할 수 있는 한 경로의 궤적이 흐름(3)에 의해 표현된다.

또 다른 실시예에서[청구항 7 관련], 디바이스 내 수단(6)은 추가 탄소 폼 부품(8')을 포함하며, 이는 탄소 폼 부품(8)과 연속하고 유체 연통하며, 부품(8)과 부품(8')은 증기 흐름(5)이 먼저 부품(8)을 통과하고 그 후 부품(8')을 통과하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이는 도 5 및 도 6에 도시된다. 비증기 성분들이 제1 필터 라인(부품(8))에 의해 포착되지 않는 경우, 제2 필터 라인(부품(8'))을 만날 것이며, 이것은 아마도 2차적으로 비증기 성분들을 포집하여 제거할 것이다. 탄소 폼 부품(8)과 같이, 추가 탄소 폼 부품(8') 역시 증기 흐름이 비껴 통과할 공간을 남겨두어서는 안된다. 이를 위해, 부품(8')은 필터 디바이스의 단면 영역을 완전히 커버할 수 있다.

탄소 폼의 연속적인 2 이상의 층을 만들 때, 증기 흐름의 방향에서 점차적으로 더 미세한 구조와, 더 얇은 구멍 크기 및 더 큰 단면 표면적을 가지는 층들을 채용하는 것이 유리할 수 있다. 이것은 차단에 취약할 수 있는 미세한 폼에 대한 부담을 감소시킬 것이다. 필터들을 연속으로 위치시킴으로써, 주어진 액적 및 입자 크기 분포에 대한 완전한 제거가 이뤄질 수 있다. 이와 마찬가지로, 탄소 폼을 기반으로 한 복수의 필터가 필터 디바이스에 평행하게 위치될 수 있다. 이것은, 증가된 증기 생성 상황에서, 기하학적 요인들이 연속 시스템의 적절한 작동을 방해할 때 유리할 수 있다.

상기 미세한 폼 필터들의 단면 표면적은 이 필터들의 존재로 인해 야기되는 증기 흐름에서의 어떤 손실도 수용할 정도로 충분히 커야 한다. 또는 이것들은 압력 손실을 최소화하기 위해 상당히 얇아야 한다.

흑연 부품(9)이 존재하는 임의의 실시예에서, 흑연 부품은 탄소 폼 부품(8)에 부착된다. 양호한 접착은 흑연 부품(9)이 탄소 폼 부품(8)과 밀접하게 부착하는 것을 보장한다. 이것은 양 부품들 사이의 열 에너지의 양호한 전도를 허용하기 때문에 중요하다. 흑연 부품(9)은 접착제에 의해 탄소 폼 부품(8)에 보통 융합된다[청구항 8 관련]. 충분한 접착을 제공하는 것 이외에, 이러한 접착제는 또한 충분히 열적으로 전도성이 있어야 하고, 흑연 부품(9)뿐만 아니라 탄소 폼 부품(8)과도 밀접하게 접촉해야 한다. 이러한 방식으로, 양 부품들 사이의 열 전도가 추가로 향상될 수 있다. 접착제는 흑연 접착제 또는 세라믹 접착제 예컨대 각각 Cotronics Corp의 Resbond 931C 흑연 접착제 및 Resbond 904 지르코니아 접착제일 수 있다.

그러므로, 본 발명의 필터 디바이스는 스플래시들의 상류 발생을 허용하며 증기 흐름으로부터 이들을 제거한다. 이 제거는 매우 효과적이어서 증기 흐름 내 더 많은 양의 스플래시가 처리될 수 있다. 이것은 상류 증발 컨테이너(예컨대 도가니)에서 더 높은 증발 속도를 허용하는데, 이는 더 높은 증발 속도가 보통 더 활발한 증발과 용융물로부터의 액상 파편들(스플래시)의 폭발로 이어지기 때문이다. 본 발명의 디바이스는, 상류 증발 속도가 최대 2000 g/m²/s, 즉 초당 용융물 표면의 m² 당 증발되는 물질의 2000 그램인 증기 흐름으로부터 스플래시들을 효과적으로 제거할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이것은 공지된 디바이스의 증발 속도를 능가한다. 예를 들어, 특허 US3458347호의 디바이스는 최대 80 lb/ft²/hr의 증발 속도를 다룰 수 있는 것으로 기재되어 있다. 이는 108 g/m²/s에 대응하며, 이는 본 발명의 디바이스에 의해 허용되는 비율보다 더 낮은 규모이다.

본 발명의 필터 디바이스는 원칙적으로 비증기 성분들을 포함하는 임의의 증기 흐름에서 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 필터 디바이스는 금속 증기의 흐름들을 다루기 위해 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 필터 디바이스는 예를 들어 응결수의 액적을 함께 운반하는 증기의 흐름 내에서 사용될 수 있다. 이러한 액적은 필터 디바이스에 의해 증기로부터 효율적으로 제거될 수 있다. 또 다른 예시는 화학 공정에서의 유기 화합물의 증기 흐름이다.

바람직하게는, 본 발명의 디바이스의 임의의 사용에서, 상기 증기 흐름은 필터에 의해 증발될 수 없는 입자들, 즉 필터 디바이스 및 증기 흐름과 양립할 수 있는 압력 및 온도의 조합에서 증발하지 않는 입자들을 포함하지 않는다. 상기 증기 흐름이 필터에 의해 증발될 수 없는 입자들을 포함할 때, 상기 디바이스 내 탄소 폼은 입자들에 의해 차단될 수 있어서, 상기 증기 흐름은 더 이상 필터를 통과할 수 없다.

상기 증기 흐름의 특성에 따라, 그 처리는 특정 범위의 온도 및 압력에 제한될 수 있다. 이 범위는 증기가 존재하는 조건뿐만 아니라, 화학 반응이 증기 흐름 내에서 일어나는지의 여부를 규정한다. 예를 들어, 온도 및 압력의 특정 조합에서, 상기 증기 흐름 내의 한 화합물은 열적으로 분해되거나 다른 화합물 또는 그 자체와 반응할 수 있다(예컨대 불균화 반응으로서). 이러한 반응이 통상 화학 공정에서 바람직하지 않다는 사실 이외에, 반응 생성물은 종종 고체 입자이며, 이는 탄소 폼 필터 재료를 막을 수 있다.

또한, 이동상(mobile phase)(즉, 증기 흐름 및 최종 비증기 성분들)과 여과를 위한 수단(특히 탄소 폼 재료) 사이에 화학 반응이 없어야 하며, 이는 이 화학 반응이 증기 흐름 성분들의 원치 않는 분해로 이어지고 상기 여과 수단의 열화 및/또는 방해를 초래하기 때문이다.

이러한 불필요한 부반응이 회피되어야 하는 필요성을 인식하면, 통상의 기술자는 과도한 실험 및 창의적인 노력을 하지 않고 주어진 증기 흐름 조성에 대한 공정 조건의 한계를 확인할 수 있다.

본 발명의 필터 디바이스는 특히 원재료가 증발되는 유닛과 결합하여 사용될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 증기 발생기(11)에 관한 것이며[청구항 9 관련],

- 원재료(13)를 위한 증발 컨테이너(12);

- 원재료(13)가 증발하여 증기 흐름(5)을 형성하는 온도까지 원재료(13)를 가열하기 위한 수단(14);

- 필터 디바이스(1);

- 유출 통로(15);를 포함하며,

여기서, 상기 증발 컨테이너(12)는 필터 디바이스(1)와 유체 연통하고; 상기 필터 디바이스(1)는 증기 발생기(11)의 유출 통로(15)와 유체 연통한다.

도 7은 도 1에 도시된 바와 같은 필터 디바이스(1)를 기반으로 한 증기 발생기(11)를 나타낸다. 도 7의 실시예에서, 증기 발생기(11)는 증기 흐름(5)을 위한 유입 통로(2)를 갖는 필터 디바이스(1)를 포함하며, 증발 컨테이너(12)는 유입 통로(2)에 연결된다. 증발 컨테이너(12)는 원재료(13)를 포함할 수 있고 원재료(13) 또는 상기 컨테이너 및 원재료(13)를 가열하기 위한 수단(14)을 포함한다. 이러한 방식으로, 상기 원재료는 증발되어 증기 흐름(5)을 생성할 수 있다. 작동 동안, 발생된 증기 흐름(5a)은 필터 디바이스(1)를 통해 안내되고, 여과된 증기 흐름(5b)으로서 유출 통로(15)를 통해 증기 발생기(11)를 빠져 나간다. 도 7의 필터 디바이스(1)는 증기 흐름(5)으로부터 비증기 성분을 제거하기 위한 수단(6)을 포함한다. 상기 수단(6)은 탄소 폼 부품(8)을 포함한다.

본 발명의 증기 발생기(11)는 원칙적으로는 임의의 종류의 필터 디바이스를 포함한다. 특히, 이것은 흑연 부품(9)이 탄소 폼 부품(8)에 부착하는 필터 디바이스(1)를 포함하며, 여기서 흑연 부품(9)은 전자기 유도에 의해 가열되고 그 열을 탄소 폼 부품(8)에 전도할 수 있다. 이러한 필터 디바이스들은 예를 들어 도 2-6에 도시되어 있다. 도 8은 도 6에 도시된 필터 디바이스를 포함하는 증기 발생기(11)를 예들 들어 보여준다. 여기서, 수단(6)은 추가 탄소 폼 부품(8')을 포함하며, 이는 탄소 폼 부품(8)과 연속하고 유체 연통한다. 이 실시예에서, 부품(8)과 부품(8')은 바람직하게는 증기 흐름(5)이 먼저 부품(8)을 통과하고 그 후 부품(8')을 통과하도록 위치된다.

본 발명의 증기 발생기(11)는 감소된 압력하에서, 예컨대 PVD 구성에서 사용될 때 작동할 수 있다. 상기 압력은 증기 흐름(5) 바람직하게는 증기 흐름(5b)과 유체 연통하는 진공 펌프에 의해 감소될 수 있으며, 이는 펌프 내로 빨아들여지는 증기 내에 동반된 액체가 없기 때문이다.

본 발명의 여과 디바이스는 용융 구역(도 7 및 도 8에서 표시됨) 바로 뒤에 채용될 수 있지만, 더 하류에 위치될 수도 있다. 예를 들면 이것은 기재(substrate)에 뒤따르는 노즐들 이후에 또는 전도 채널을 따라 포함될 수 있다. 일부 환경에서, 증기가 추가로 처리되는 장소에 가까이 상기 필터 디바이스를 채용하는 것이 유리할 수도 있다.

증기 발생기(11)는 필터 디바이스의 고성능으로부터 도움을 받는다. 일단 스플래시들이 증발 컨테이너의 용융물로부터 방출되면, 이 스플래시들은 액적보다 훨씬 더 높은 온도에 있는 가열된 폼에 의해 차단될 때까지 증기 흐름을 따라 또는 발사체로서 운반된다. 이것은 스플래시를 증발시키며, 그에 의해 증기 흐름으로부터 스플래시를 제거하고, 증기 흐름에 동반된 액체가 바람직하지 않은 응용에서 사용하기 위한 균일한 단일 상의 증기 흐름을 생산한다.

본 발명은 물리적 증착(PVD)을 위한 공정에서 특히 유용하다. 이 목적을 위해, 본 발명의 필터 디바이스는, 1) 원재료가 증발되는 유닛 및 2) 증기가 증착되는 기재를 수용할 수 있는 유닛에 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명은 추가로 기재상의 증기 증착을 위한 장치(21)[청구항 10 관련]에 관한 것이며:

- 전술한 증기 발생기(11); 및

- 증기 발생기(11)의 유출 통로(15) 위로 상기 기재를 통과시키는 수단을 포함한다.

도 9는 본 발명에 따른 증기 증착을 위한 장치(21)의 단면도이며, 이 단면도는 장치 내 증기 흐름의 순유동과 일직선을 이룬다. 이 실시예에서, 증기 발생기(11)는 증기 분배 박스(VDB)에 연결되며 이와 유체 연통한다. 증기 발생기(11)는 (용해된) 원재료(13)를 포함하도록 설계된 증발 컨테이너(12)를 포함한다. 증발 컨테이너(12)는 증기 흐름(5a)이 통과하는 탄소 폼 부품(8)과 유체 연통한다. 일단 증기가 통과하면, 여과된 증기 흐름(5b)은 VDB(22)를 통해 안내된다. VDB(22)를 나간 후, 증기 흐름(5b)은 기재(23)에 닿으며 이에 증착된다. 기재를 코팅하는 이 방법은 물리적 증착의 방법이다. 탄소 폼 부품(8)은 흑연 부품들(9)에 의해 제자리에 지지되고 둘러싸인다. 유도 코일들(10)은 흑연 부품들(9)뿐만 아니라 증발 컨테이너(12)에 감긴다. 이러한 방식으로, 양 부품은 전자기 유도에 의해 가열될 수 있다. 증발 컨테이너(12)의 가열에 의해 원재료가 증발되어 방향(4)의 순유동으로서 증기 흐름(5a)을 형성한다. 흑연 부품들(9)의 가열에 의해 탄소 폼 부품들(8)에 열이 전도된다. 가열된 탄소 폼 부품들(8)은 높은 유동 속도의 증기 흐름(5a) 내 비증기 성분들(혼입된 액체의 입자들)을 제거하는 데에 효과가 있다. 장치(21)에서 조기 응축을 억제하기 위해, 상기 장치 벽에는 절연 재료(24), 특히 세라믹 절연 재료가 제공된다.

도 10은 본 발명에 따른 증기 증착을 위한 장치(21)의 또 다른 실시예이다. 필터 디바이스(11)는 추가 탄소 폼 부품(8')을 포함하며, 이는 탄소 폼 부품(8)과 연속하고 유체 연통한다. 부품(8)과 부품(8')은 바람직하게는 증기 흐름(5)이 먼저 부품(8)을 통과하고 그 후 부품(8')을 통과하도록 위치된다. 비증기 성분들이 제1 필터 라인(부품(8))에 의해 포착되지 않는 경우, 제2 필터 라인(부품(8'))을 만나며, 이것은 비증기 성분들은 2차적으로 포착하여 제거할 것이다. 이 설계는 높은 유동속도의 증기 흐름(5a) 내 비증기 성분들을 제거하는 데에 특히 효과가 있다.

도 10에서 추가 탄소 폼 부품(8')은 증기 유동의 방향에서 변화하는 단면 두께를 갖는다. 전술한 바와 같이, 이것은 필터 디바이스의 효율성을 향상시킨다(도 11 및 예시 참조).

본 발명은 추가로, 코팅을 형성하기 위해 기재에 증기를 증착시키기는 방법에 관한 것이며[청구항 11 관련],

- 전술된 바와 같은 증기 증착을 위한 장치(21)를 제공하는 단계; 그 후

- 증기 컨테이너(12)에 원재료(13)를 위치시키는 단계; 그 후

- 원재료(13)를 가열해 증기 흐름을 만들기 위한 수단(14)을 작동시키는 단계; 및, 만약 존재한다면, 흑연 부품(9) 주위의 유도 코일(10)을 작동시키는 단계; 그 후

- 비증기 성분들이 실질적으로 없는 증기 흐름(5)을 만들기 위해 비증기 성분들을 제거하는 수단(6)의 탄소 폼 부품(8)을 통해 증기 흐름(5)을 통과시키는 단계; 그 후

- 유출 통로(15)를 통해 증기 흐름(5)을 방출하고 그것을 상기 기재 위에 분사하여 코팅을 형성하는 단계를 포함한다.

바람직한 일 실시예에서[청구항 12 관련], 원재료(13)는 금속, 예컨대 아연, 마그네슘, 티타늄, 크롬, 망간, 니켈, 비스무트, 스트론튬, 안티몬 및 알루미늄과 같은 금속을 포함한다. 이것은 또한 금속염, 예컨대 질화 티탄, 질화 지르코늄, 질화 크롬 및 질화 티타늄 알루미늄의 그룹에서 선택된 질화 금속을 포함할 수 있다.

또 다른 바람직한 실시예에서[청구항 13 관련], 상기 방법은 증기 발생기 내 감소된 압력으로 수행된다. 감소된 압력은 760 Torr의 대기압 미만의 압력, 즉 760 - 25 Torr 사이의 낮은 진공, 25 - 1x10^-3 Torr 사이의 중간 진공, 및 1x10^-3 - 1x10^-6 Torr 사이의 높은 진공을 의미한다.

본 발명은 추가로, 전술한 방법에 의해 얻을 수 있는 코팅된 기재에 관한 것이다[청구항 14 관련].

본 발명은 추가로, 기재 상에 증기를 증착하는 동안 형성되는 스플래시의 개수를 감소시키는 필터 디바이스에서 탄소 폼 부품의 사용에 관한 것이다[청구항15 관련].

실시 예:

방법들 및 재료들:

본 발명은 기재 상에 아연 증기의 PVD를 수행함으로써 설명되며, 다양한 증기 발생기들을 포함하는 PVD-장치를 이용한다. 종래의 증기 발생기와 비교할 때 코팅된 기재 상에 스플래시의 형성이 감소되었다. 본 발명을 설명하기 위해 사용된 다양한 증기 발생기들은 다음과 같으며 그 필터 디바이스들은 다음의 점에서 다르다.

#1. "제어"

여기서는, 스플래시의 감소를 위해 이용된 방법도 없고, 2차적인 응축의 발생을 막기 위한 노력도 없다.

#2. "응축 억제"

내부 표면을 과열시킴으로써 액적의 응축이 형성되는 것을 차단하는 수단은 유도에 의해 가열되는 흑연 튜브를 포함한다.

#3. "부분 차단막"(본 발명의 필터 디바이스)

액체 또는 고체 성분들을 제거하기 위한 수단은 방출된 액적을 잡아 끌어 모으고, 증발 또는 응고시키고 증발 재료로 되돌아갈 시간과 에너지를 주기 위해 증기 덕트를 부분적으로 차단하는 차단막을 포함한다. 이것은 액체 또는 고체 성분들의 자유경로를 차단함으로써 작동한다.

#4. "폼 결합 시스템"(본 발명의 필터 디바이스)

비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(8)(도 9 참조)은 내측 및 외측 튜브인 2개의 흑연 튜브를 포함한다. 각각은 탄소 폼 부품을 둘러싼다.

#5. "폼 결합 시스템 및 차단막"(본 발명의 필터 디바이스)

비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)은 "차단막"으로 위에서 표시된 필터들과 "폼 결합 시스템(foam combination system)"의 조합이다(도 10 참조).

상기 필터 디바이스에서 사용되는 탄소 폼 재료는 Goodfellow Holdings Ltd에서 얻은 유리질 탄소 폼이며, 다음 규격을 갖는다: 30 mm의 두께; 0.05 g·cm^-3의 벌크 밀도; 96.5%의 다공성; 24 또는 40개 구멍·cm^-1의 메시(등급에 따라 달라짐); 및 진공 또는 불활성 기체에서 3000℃ 또는 공기 중에서 500-600℃의 온도 저항성.

스플래시들의 감소는 상기 증발 디바이스들 중 어느 하나를 가지고 PVD 실험하는 동안 생성된 기재 재료의 분석에 의해 결정되었다. 기재 표면의 대표 구역의 사진을 찍었으며, 광학 및 조명 장치를 사용하여, 반사 스플래시 결함이 이미지 분석 소프트웨어를 이용하여 식별되고 분석될 수 있었다.

스플래시들은 50 ㎛(정상 조건에서 육안으로 관찰할 수 있는 것의 대략적인 한계임)보다 큰 것으로 규정된다. 광학 현미경을 사용하여 배경과 스플래시들의 반사율의 차이를 이용하는 것이 가능하다. 특징을 식별하기 위해 밝기의 차이를 이용하는 이미지 분석 소프트웨어가 이용 가능하다. 그러므로, 문제가 있는 결함을 제외하고, 전체 샘플에 걸쳐 고른 밝기를 갖는 적절한 대표 영역을 가진 이미지가 생성되어야 한다. 이것은 이미징용 LED 광원인, 반사 특징들이 명확하게 보이게 하는 소위 LED 돔을 사용하여 얻어졌다. 4912 x 3264 픽셀의 해상도를 산출하는 23.5 x 15.6mm의 이미지 센서를 가진 디지털 카메라가 사용되었다. 298 mm의 샘플 거리에 대한 렌즈에서 디지털 줌을 이용하지 않고 가장 높은 배율에서 시야는 139 x 92.5 mm이다. 얻어질 수 있는 해상도는 이 거리에서 픽셀 당 대략 26.5 ㎛이다. 이 배율은, 식별된 구역을 나타낼 만큼 충분히 큰 구역을 포함하기 위해 선택된다. 피사계 심도를 최대화하기 위해 F/20의 상대 조리개(relative aperture)를 사용했으며, 초점 거리는 50 mm이고, ISO100을 사용하여 '거칠기(graininess)'를 최소화하고, 노출 시간은 1초의 1/8 - 1/15의 범위에서 선택했다.

위에서 설명한 3 개의 스플래시 영역을 통합하기 위해 코팅 영역의 왼쪽 에지로부터 52cm 지점에 중심을 둔 이미지들을 취했다.

상기 사진들은 그 다음에 이미지 분석 소프트웨어를 이용하여 분석되었다. 먼저, 회색 및 컬러 루틴을 수행하고, 그 후 컬러 검출 루틴을 수행했으며, 여기서 샘플과 사진의 광학적 비교에 의해, 잘못된 지점이 선택되지 않도록 임계치 제한을 수동으로 이동시겼다. 특정 임계치 초과의 밝기를 가진 모든 특징부는 파란색으로 표시되며 크기 및 형상의 데이터 분석을 위해 식별된다.

실험에서 사용된 기재의 코팅된 구역은 104 x 17.5 cm이며, 기재 샘플의 동일한 코팅된 에지로부터 각각 10, 31 및 52cm에 중심을 둔 위치에서 139 x 92.5 mm 크기의 사진을 찍었다. 이것들은 전체 표면적을 나타내는 것으로 여겨지며, 52cm에서의 사진은 통상 대부분의 스플래시를 나타내는 구역이다. 상기 실험들은 유도 가열 발생기에 의한 파워를 지칭하는 40 및 80kW에서 수행되었다.

결과

코팅된 기재 위의 상위 10개의 큰 스플래시의 평균 등가 지름이 측정되었다. 도 11은 전술한 5개의 상이한 필터 디바이스 각각에 대해 52cm 위치에서 찍은 사진에 대한 10개의 가장 큰 스플래시들의 평균 등가 지름을 보여준다.

x 축을 가로 질러 오른쪽으로 횡단하는 연속적인 필터 장치들은 스플래시 감소에서 성능 향상을 보여준다. 제어(#1)는 최악이지만, 폼 결합 시스템 및 차단막(#5)에서의 필터 디바이스는 본 발명의 최고의 실시예이다. 후자는 심지어 52cm 위치에서 80kW 실험 동안 스플래시를 완전히 제거했다.

Claims (15)

1. 증기 흐름 내 비증기 성분들의 양을 감소시키기 위한 필터 디바이스(1)에 있어서,
   - 증기 흐름(5)을 위한 유입 통로(2);
   - 증기 흐름(5)으로부터 비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6); 및
   - 필터 디바이스(1)로부터 증기 흐름(5)을 배출하기 위한 유출 통로(7)를 포함하고;
   유입 통로(2)는 비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)과 유체 연통하고; 비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)은 유출 통로(7)와 유체 연통하며;
   - 비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)은 탄소 폼 부품(8)을 포함하고, 탄소 폼 부품(8)은 증기 흐름(5)이 통과하여 유출 통로(7)쪽으로 흐르는 것을 허용할 수 있으며; 그리고
   - 비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)을 통과하기 위한 상기 증기 흐름의 유일한 경로는 탄소 폼 부품(8)을 경유해서 통과하는 것이고,
   비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)은 탄소 폼 부품(8)에 부착하는 흑연 부품(9)을 포함하며, 흑연 부품(9)은 전자기 유도에 의해 가열되고 그 열을 탄소 폼 부품(8)에 전도할 수 있으며, 상기 필터 디바이스는 흑연 부품(9) 주위에 위치된 유도 코일(10)을 추가로 포함하는, 필터 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,
   흑연 부품(9)은 탄소 폼 부품(8)을 둘러싸는 흑연 튜브인, 필터 디바이스.
3. 제 1 항에 있어서,
   비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)은 제1 지름의 제1 흑연 튜브와, 제1 지름보다 작은 제2 지름의 제2 흑연 튜브를 포함하며,
   - 상기 제1 흑연 튜브는 제1 탄소 폼 부품을 둘러싸고;
   - 상기 제2 흑연 튜브는 제2 탄소 폼 부품을 둘러싸며;
   - 상기 제1 흑연 튜브와 상기 제2 흑연 튜브가 동일한 방향에 있도록 상기 제1 탄소 폼 부품이 상기 제2 흑연 튜브에 연결되는, 필터 디바이스.
4. 제 1 항에 있어서,
   비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)은 교대하는 탄소 폼 부품들(8) 및 흑연 부품들(9)의 구조체를 포함하는, 필터 디바이스.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 교대하는 부품들은 링 모양이고, 증기 흐름(5)의 방향에 실질적으로 평행하게 연장하는 튜브 모양의 층상 구조체를 함께 형성하는, 필터 디바이스.
6. 제 1 항에 있어서,
   비증기 성분들을 제거하기 위한 수단(6)은 추가 탄소 폼 부품(8')을 포함하며, 추가 탄소 폼 부품(8')은 탄소 폼 부품(8)과 연속하고 유체 연통하며, 탄소 폼 부품(8)과 추가 탄소 폼 부품(8')은 증기 흐름(5)이 먼저 부품(8)을 통과하고 그 후 부품(8')을 통과하도록 배치되는, 필터 디바이스.
7. 제 1 항에 있어서,
   탄소 폼 부품(8)에 부착하는 흑연 부품(9)은, 흑연 부품(9)에서 탄소 폼 부품(8)으로 열의 전도를 증가시키기 위해, 접착제에 의해 탄소 폼 부품(8)에 융합되는, 필터 디바이스.
8. 증기 발생기(11)에 있어서,
   - 원재료(13)를 위한 증발 컨테이너(12);
   - 원재료(13)가 증발하여 증기 흐름(5)을 형성하는 온도까지 상기 원재료(13)를 가열시키는 수단(14);
   - 청구항 1 항 내지 7 항 중 어느 한 항에 따른 필터 디바이스(1); 및
   - 증기 발생기(11)의 유출 통로(15)를 포함하며,
   증발 컨테이너(12)는 필터 디바이스(1)와 유체 연통하고, 필터 디바이스(1)는 증기 발생기(11)의 유출 통로(15)와 유체 연통하는, 증기 발생기.
9. 기재에 증기 증착을 위한 장치(21)에 있어서,
   - 청구항 8 항에 따른 증기 발생기(11); 및
   - 증기 발생기(11)의 유출 통로(15) 위로 상기 기재를 통과시키는 수단을 포함하는, 증기 증착 장치.
10. 코팅을 형성하기 위해 증기를 기재에 증착하는 방법에 있어서,
    - 청구항 9 항에 따른 증기 증착을 위한 장치(21)를 제공하는 단계; 이어서
    - 증기 컨테이너(12) 내에 원재료(13)를 배치시키는 단계; 이어서
    - 증기 흐름을 형성하도록 상기 원재료(13)를 가열시키는 수단(14)을 작동시키는 단계; 그리고, 존재한다면, 흑연 부품(9) 주위에 유도 코일(10)을 작동시키는 단계; 이어서
    - 상기 수단(6)의 탄소 폼 부품(8)을 통해 증기 흐름(5)을 통과시켜 비증기 성분이 실질적으로 없는 증기 흐름(5)을 형성하는 단계; 이어서
    - 유출 통로(15)를 통해 증기 흐름(5)을 방출하고 기재 위에 증기 흐름을 분사하여 코팅을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    원재료(13)는 아연, 마그네슘, 티타늄, 크롬, 망간, 니켈, 비스무트, 스트론튬, 안티몬 및 알루미늄의 그룹에서 선택된 금속을 포함하는, 방법.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 증기 발생기는 대기압 미만의 감소된 압력에서 동작이 수행되는, 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 감소된 압력은 760 - 25 Torr 사이의 낮은 진공, 25 - 1x10^-3 Torr 사이의 중간 진공, 또는 1x10^-3 - 1x10^-6 Torr 사이의 높은 진공인, 방법.
14. 제 10 항의 방법에 의해 얻을 수 있는 코팅된 기재.
15. 삭제

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