• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.247-247
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• 2011

차단기의 주 임무는 사고전류를 차단하는 것이다. 진공 인터럽터는 진공차단기의 차단부로서 진공차단기의 핵심부이다. 사고전류 발생시 전극이 분리되면서 아크가 발생한다. VI의 아크소호 방식에는 크게 축자계 방식과 횡자계 방식이 있는데 본 논문은 횡자계 방식에 관한 것이다. 교류전류에서는 전류가 일시적으로 공급되지 않는 전류영전에서 아크소호가 가능하다. 전류영점에서 아크가 소호된 직후 극간저항은 거의 0에서부터 무한대까지 급격하게 변화하는데 이때 이 저항의 증가에 비례하여 과도회복전압이 발생한다. 하지만 잔류플라즈마의 소멸에는 일정시간이 소요되며 아크가 소호된 이후에도 종종 극간에 금속증기가 존재하게 된다. 잔류플라즈마는 전기전도도를 가지므로 극간에 과도회복전압이 걸리면 전류영점 직후에 아크를 통해 흘러 결국 아크의 재점호를 야기시키는 post arc current를 발생시킬 수 있다. 따라서 전류영점의 충분한 시간 이전에 아크를 확산아크로 전환시켜 극간에 존재하는 잔류 플라즈마 량을 최소화시켜야 한다. VI 내부의 아크거동에 미치는 인자에는 접점재료와 VI 용기내부의 진공도 이외에도 전극의 직경, 쉴드, 전극의 개극속도, 최종 극간거리 등이 있다. 본 연구에서는 나선형 VI 접점을 대상으로 두 접점 사이의 비틀림 각도에 따른 아크제어성능을 비교분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.339-339
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• 2011

진공 플라즈마와 달리 개방된 공간에서 방전되는 대기압 플라즈마는 진공상태에서 수행되는 에칭, 증착 등의 복잡한 플라즈마 공정을 경제적이고 신속하게 수행할 수 있어, 최근 들어 연구가 활발히 진행 중이다. 이와 관련하여 He, Ar, $N_2$, $O_2$, Air 등의 여러 종류의 기체를 50 kHz 고전압에서 방전하여 대기 중에서 저온 플라즈마 공정이 가능한 아크젯 타입의 플라즈마 소스를 개발하였다. 개발된 플라즈마 소스에서는 입력전압, 기체유량, 노즐의 구조와 크기 등의 여러 운전변수에 따라 플라즈마의 방전특성이 변화되었다. 특히 본 연구에서는 아크젯의 플라즈마 발생부의 물질성분(SUS, Aluminum, Cupper)에 따른 플라즈마의 기체온도 및 전자여기 온도의 변화를 광방출분광법(OES)를 이용한 Synthetic spectrum method와 Boltzmann plot method을 통해 살펴보았다. 전압-전류 특성곡선, 시간분해 이미지 촬영법, 기체온도 측정법 등을 이용하여 발생된 플라즈마의 물리적인 특성을 분석하였다. 특히 물질의 성분에 따라 발생되는 플라즈마의 기체 및 전자여기 온도가 이차 전자 방출계수 및 물질의 전도도와의 상관관계가 있는지 연구가 진행 중이다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2013.07a
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• pp.147-148
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• 2013

최근 각 종 산업 분야에서 박막증착 공정의 다양화, 고품질화, 고속화 추세에 대응하기 위하여 고밀도의 대용량 DC 플라즈마 전원장치에 대한 관심이 커지고 있으며, 아울러 DC 플라즈마 전원장치의 고질적인 문제인 아크 방지회로의 중요성이 부각되고 있다. 효율적인 아크 방지 기법의 하나인 비대칭 펄스형 DC플라즈마 전원장치에서는 짧은 기간 동안 (-)전압을 부하에 인가하여 아크에너지를 감소시키는 방법을 사용하고 있으며 이를 위해 매우 부피가 큰 트랜스포머가 사용되고 있다. 본 연구는 펄스형 DC플라즈마 전원장치에서 나타나는 승압효과를 억제하고 전체 효율을 향상시킴과 동시에 상호 인덕턴스가 작은 트랜스포머를 사용하여 부피를 크게 감소시킨 진보된 형태의 비대칭 펄스형 DC 플라즈마 전원장치를 제안한다.

• Resources Recycling
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• v.26 no.6
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• pp.3-9
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• 2017

In this study, plasma arc remelting behaviors according to arc current, arc voltage, and types of plasma gas were investigated using Kroll processed Ti sponges as anode. In the discharge pressure range of vacuum pump ($200{\sim}300kgf/cm^2$), the arc voltage did not vary greatly with the increase of discharge pressure at a given arc length. This means that the pressure in the vacuum chamber during operation hardly changes and the atmospheric pressure maintains. Under various conditions of arc currents (700~900A), the arc voltage slightly increased with arc current. The effects of anode materials and operational variables on the arc length-arc voltage relationship were compared with the results in previous studies. When the atmospheric gas changed from argon to helium, double effect of improvement on the output of the steady state was observed. The increase of output in the plasma arc device was accompanied by an increase in the melting rate of the Ti sponge and the quality of the ingot surface was also improved. The plasma arc remelting of the new scrap titanium and the old scrap zirconium alloy could result in the fabrication of an ingot with high surface quality.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2008.07a
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• pp.1356-1357
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• 2008

교류 펄스전압을 이용하여 글라이딩 아크 플라즈마 반응기에서 지구 온난화의 주요 원인으로 꼽히는 PFCs(Perfluoro compounds) 가스의 일종인 $SF_6$에 관한 분해 연구를 하였다. 가스의 농도를 조절하기 위하여 압축공기를 사용하였고 각각의 유량을 MFC를 통하여 조절하였다. 반응기 내의 양전극사이에 인가하는 전압을 아크가 발생하는 7kV$\sim$10kV 사이를 1kV 단위로 가변하였고 유량을 변화시켜가며 실험한 결과 높은 전압과 낮은 유량일 때 높은 분해율 특성을 보였다. 기본 방전 특성을 오실로 스코프를 통하여 관찰 분석하였다. 각 가스들의 분해율과 분해후 가스 성분분석은 글라이딩 아크 플라즈마와의 반응후 가스를 포집하여 FT-IR을 통하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.168.2-168.2
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• 2013

테슬라 코일은 니콜라 테슬라가 고안한 변압기로, 교류 아크 방전을 통한 플라즈마의 발생을 관찰할 수 있는 기기이다. 고전압 트랜스를 사용해 저전압을 고전압으로 변환하고, 변환된 에너지를 콘덴서에 충전시켜 스파크 갭 사이에 절연파괴를 일으켜 아크 방전을 통한 플라즈마를 발생시킨다. 이 때 콘덴서와 1차코일 사이에 폐회로가 형성되고, 1차 코일과 2차 코일 사이에 전자기장이 생긴다. 공진주파수가 맞을 때 만들어진 전자기장으로 에너지가 전달되고, 2차 코일에서 증폭된 에너지는 충전된 탑로드 끝에서 아크 방전을 통하여 플라즈마의 형태로 방출된다. 본 프레젠테이션에서는 한동글로벌 학교 고등학생들이 50시간에 걸쳐 직접 제작한 테슬라 코일의 자세한 스펙, 만든 부품들과 그를 만드는 데 사용한 물품들, 설계도들, 날짜별로 기록한 테슬라 코일의 자세한 제작 과정과 후기, 만든 테슬라 코일의 작동과 이를 이용한 추가적인 실험 내용을 발표하고자 한다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2008.11a
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• pp.442-445
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• 2008

본 연구에서는 자장인가방식의 계단형 구조를 가지는 비이송식 플라즈마 토치를 설계 제작하여 토치의 전극 구조가 열플라즈마의 안정성에 미치는 영향을 진단하고 원통형 구조를 가지는 표준형 토치와 비교 분석하였다. 운전 변수인 전극 간격, 전류, 아크기체의 유량 변화에 따른 아크전압의 특성을 살펴보고, 설계 변수인 전극 구조에 따른 아크의 동적 특성 실험을 통해 열플라즈마의 특성에 미치는 영향을 실험적으로 규명 하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.29.1-29.1
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• 2018

양극산화 표면처리 방법의 일종인 플라즈마 전해산화(PEO, Plasma electrolytic oxidation)는 금속 소재에 양극 전압을 인가하여 고경도의 산화 피막을 금속 표면에 형성시키는 표면처리 기술이다. PEO 공정은 피막의 국부적 유전체 파괴에 의한 아크의 발생을 동반하며, 형성된 산화 피막이 아크 발생에 의한 높은 열에 의해 결정화 되어 일반적인 양극산화 피막보다 우수한 경도와 내마모성을 가진다. 하지만 PEO 공정은 고전압을 필요로 하여 일반적인 양극산화 처리보다 소모되는 전력량이 많으며, 아크 발생에 의해 형성된 피막의 표면 거칠기가 높기 때문에 활용 분야가 제한되거나 후속 연마 공정을 필요로 하는 단점이 존재한다. 본 연구에서는 전류 파형이 알루미늄 합금의 플라즈마 전해산화 피막의 형성 거동에 미치는 영향을 직류 및 펄스전류를 사용하여 연구하였다. NaOH 및 $Na_2SiO_3$가 혼합된 전해액에서 직류 전류 밀도, 전압, 펄스폭을 달리하여 알루미늄 합금에 전류를 인가할 때 발생되는 아크의 거동, 형성된 산화 피막의 두께, 거칠기, 경도, 표면 및 단면 구조를 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.286-286
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• 2011

현재의 NEDO (New Energy and industrial technology Development Organization) style Si 정련은 두 단계로 구분되어 있다. 고출력 집속 전자빔을 이용한 금속 실리콘의 1차 용융과 대기압 근처의 플라즈마 아크 용해를 이용해서 B, P를 약간의 반응성 가스를 첨가 하여 제거하는 방법이다. 그러나 저가형 실리콘을 생산하려는 취지와 달리 두 가지의 고가 장비가 필요하다. E-beam melting 장치에서도 반응성이 높은 라디칼을 생성할 수 있다면 하나의 장비에서 두 가지의 정련 작업을 진행시킬 수 있다. 본 연구에서는 고진공에서(< 10-4 Torr) 동작하는 E-beam의 성능에 전혀 영향을 주지 않으면서 플라즈마를 용이하게 생성 시킬 수 있는 방법을 개발하고 이를 적용하여 실제 금속 순도 실리콘 내에 존재하는 B, P가 제거되는지 확인하는 것을 연구 내용으로 한다. 본 연구는 MG (Metal Grade) - Si 을 플라즈마 보조 전자빔 정련을 이용하여 정련한 Si 의 불순물 함량의 개선 효과를 조사하는 것이다. MG-Si 의 정련 방법 중에서 고출력 집속 전자빔을 이용하여 휘발성 오염물질을 제거 후, 플라즈마 아크 용해를 이용해서 B 를 제거하는 방법을 접목시켰다. MG-Si 에 DC power 와 전자빔을 집속시켜서 정련을 하면 챔버 내의 잔류 수증기가 플라즈마에 의해 분해되어 O를 생성하고, B와 반응을 하여 BO 형태로 제거가 된다. 방전 전압 700 V 와 전자빔 가속 전압이 4.5 kV, 방출 전류는 11 A, 진공 챔버 내의 압력은 $7.2{\times}10^{-4}$ Torr에서 정련을 진행하여 B를 제거했다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.370-370
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• 2010

최근 자연모사를 통한 초저마찰 연구가 활발히 진행되고 있으며 리소그라피, 레이져 가공법 등의 다양한 방법을 통해 표면구조 제어가 시도되고 있다. 본 연구에서는 자장여과 아크 플라즈마 이온 소스를 이용한 WC-Co 및 SCM 415 금속소재의 표면구조 형상제어를 통해 저마찰 특성을 시도하였다. 자장여과 아크 소스는 90도 꺽힘형이며 5개의 자장 코일을 통해 아크 음극에서 발생된 고밀도($10^{13}\;cm^{-3}$ 이상) 플라즈마를 표면처리 대상 기판까지 확산시켰다. 공정 압력은 알곤가스 1 mTorr, 아크 방전 전류는 25 A, 플라즈마 수송 덕트 전압은 10 V이다. 기판 전압은 비대칭 펄스 (-80 %/+5 %)로 -600 V에서 -800 V까지 인가되었으며 -600 V 비대칭 펄스 인가시기판으로 입사하는 알곤 이온 전류 밀도는 약 $4.5\;mA/cm^2$ 이다. WC-Co 시편의 경우 -600 V 전압 인가시, 이온빔 처리 전 46.4 nm(${\pm}12.7\;nm$)의 조도를 갖는 시편이 5분, 10분, 20분동안 이온빔 처리함에 따라 72.8 nm(${\pm}3\;nm$), 108.2 nm(${\pm}5.9\;nm$), 257.8 nm(${\pm}24.4\;nm$)의 조도를 나타내었다. SCM415 시편의 경우 -800 V 인가시, 이온빔 처리 전 20.4 nm(${\pm}2.9\;nm$)의 조도를 갖는 시편이 20분동안 이온빔 처리함에 따라 275.1 nm(${\pm}43\;nm$)의 조도를 나타내었다. 또한 주사전자현미경을 통한 표면 형상 관찰 결과, 이온빔 식각을 통해 생성된 거친 표면에 $3-5\;{\mu}m$ 직경의 돌기들이 산발적으로 생성됨을 확인했다. 마찰계수 측정 결과 SCM415 시편의 경우, 이온빔 처리전 마찰계수 0.65에서 조도 275.1 nm 시편의 경우 0.48로 감소하였다. 본 연구를 통해 이온빔 식각을 이용한 금속표면 제어 및 저마찰 특성 향상의 가능성을 확인하였다.