Others 공동형 플라즈마에서 구리 전극의 식각 문제
2012.11.09 20:21
30 kW급 공동형 (양 극 모두 구리) 플라즈마 토치를 운전하는데, 음극에서 구리 소모가 상당히 심하네요. 원래 음압에서 운전하도록 설계된 토치인데, 저희는 약간의 양압 상태에서 운전하고 있습니다. 0.2 bar정도...
플라즈마 소스는 알곤가스를 사용합니다. 냉각은 13도로 들어가서 15도 정도로 나오니... 잘 되는 것 같은데.... 구리가 많이 나오네요.
이런 경우는 어떤 대처가 필요할 까요? 궁금합니다.
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공동형 토치 및 이송식, 비이송식 토치는 교체 비용 절감 및 전기전도도, 열전도도 극대화를 위해 대부분 전극으로 무산소동 형태의 구리전극을 사용하며, 아크방전의 특성상 음극에서의 cathode fall 전압 및 아크 재부착 (arc reattachment)에 의한 전극의 손상은 본질적인 현상입니다. 토치의 설계를 직접하셨다면 이미 알고 계시는 내용일거라 생각됩니다
아크 방전형 토치의 경우 저압 공정에서의 RF 플라즈마와는 달리 압력은 방전특성보다는 아크의 연장길이 (arc length)에 주로 영향을 미치고, 토치 외부의 압력이 토치 내부보다 낮을 경우 아크의 연장은 최대화되어 양극 끝자락에 주로 부착됩니다. 이때 전극의 손상은 아크길이의 증가 분에 비례하여 증가하는 경향이 있습니다. 실험하시는 압력이 0.2 bar라고 명시하셨는데, 설명드린 내용은 토치내부의 압력과 외부압력의 차이에 의한 현상이므로 참고바랍니다
질문하신 사항에 가장 직접적인 원인은 방전가스로 아르곤을 사용하시는 점입니다. 일반적으로 아르곤은 비활성기체 특성 상 방전개시 전압이 타 기체에 비해 낮아 방전이 용이하고 방전 유지가 원활합니다. 다만 아르곤은 전기적 집속성이 높아 아크 방전 시 아크의 직경이 좁고 수직방향의 전기장이 가장 큰곳에 머무르는 특성을 지니므로, 아크 채널의 회전 및 이동을 통해 전극의 부분적인 손상을 방지하고자하는 토치의 구조상 손상이 가속되는 직접적인 원인이 됩니다. 따라서 아르곤을 통한 방전개시 이후 질소방전으로 전환하여 아크채널의 토치 내 거동 반경을 증가시킴으로서 전극의 손상을 최소화하는 과정을 포함하는 것이 전극손상 방지에 효과적입니다.
공동형 토치의 운전법 및 방전특성이해는 첨부한 논문을 참고하시면 도움이 되실 것 같습니다