KR0178643B1 - 비정질 금속섬유 제조장치 - Google Patents

비정질 금속섬유 제조장치 Download PDF

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Abstract

다수의 메탈-바(200)를 금속섬유 추출수단(300)에 공급하기 위한 메탈-바 공급수단(30)과, 메탈-바(200)를 용융하는 용융수단(10)과 용융된 메탈-바를 가공하여 금속섬유를 추출하는 스핀들수단(100)으로 이루어진 금속섬유 추출수단(300), 상기 용융수단(10)의 예열 및 용융온도를 제어하는 온도제어수단(20), 상기 금속섬유 추출수단(300)에서 추출된 금속섬유(202)를 수집하기 위한 금속섬유 수집수단(40), 상기 금속섬유 추출수단 내의 진공상태를 조절하기 위한 진공제어수단(50), 상기 금속섬유 추출수단내의 스핀들수단(100)의 냉각상태를 조절하기 위한 냉각제어수단(60), 냉각수를 순환시키기 위한 냉각순환수단(103), 스핀들수단(100)을 냉각시키는 물을 급수하기 위한 급수수단(90)을 구비한 비정질 금속섬유 제조장치에 있어서, 상기 금속섬유 추출수단(300)은 다수의 메탈-바(200)를 각각 일정온도로 예열하기 위하여 메탈-바(200)를 삽입시키는 삽통공(14' )이 구비된 예열기(14), 상기 예열된 각각의 메탈-바(200)를 용융하기 위한 메탈-바(200)의 삽통공(11')을 구비한 인덕션(11), 상기 인덕션(11)을 내포하여 방출되는 고열을 단열하기 위한 단열재(12), 상기 인덕션(11)의 가열온도를 감지하는 열전대(15), 및 상기 단열재(12)를 고정지지하기 위해 조이는 조임구(13)를 포함하여 메탈-바를 예열 및 용융하기 위한 용융수단(10)과, 상기 인덕션(11)으로부터 소정간격 이격되어 상기 다수의 메탈-바(200) 각각에 대응하여 위치한 다수의 회전디스크(101), 상기 회전디스크(101)를 축지지하는 샤프트(102), 상기 샤프트(102)가 회동가능하게 소정부위를 포위하여 회전디스크(101)를 급속냉각시키기 위한 냉각수단(103), 상기 샤프트(102)의 원활한 회동을 위하여 냉각수단(103)의 샤프트 결합공(102' )의 전면 소정부위에 위치한 복수의 베어링(104), 상기 냉각수단(103)의 내측에 배설된 냉각수공급부(106), 및 상기 냉각수단(103)과 샤프트(102)를 회동가능하게 고정지지하는 조임구(105)로 이루어진 스핀들수단(100)을 구비하여서 된 비정질 금속섬유 제조장치를 제공한다.

Description

비정질 금속섬유 제조장치
본 발명은 회전디스크 상에서 용융물을 경화시킴으로써 비정질 금속섬유를 획득하기 위한 야금술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속을 용융하여 형성된 물방울상의 용융물을 진공장치 속에서 고속회전하는 냉각 디스크에 접속시켜 비정질 금속섬유를 추출하기 위한 비정질 금속섬유 제조장치에 관한 것이다. 메탈-바에서 금속섬유를 획득하기 위한 고생산성의 비정질 금속섬유 제조장치는 알루미늄, 동, 니켈, 및 다양한 금속의 합금으로 부터 섬유를 생산시 성공적으로 이용되고 있으며, 트랙터나 농업용 기계의 직물이 아닌 필터용 재료와, 우유, 식용유, 쥬스 및 기타 음료수를 위한 다용도의 비직물필터와, 철도길과 자동차 도로의 나무못을 위한 혼합물 첨가물과, 가스터빈 모타의 솔모양의 빽빽한 것, 차단재료와, 지붕용 피복재료와, 흡수기 철조와, 벽돌건물을 위한 혼합물과, 도로용 피복재료와, 내부연소의 원동기에 이용키 위한 촉매제와, 기계식 제진기와, 화학축전지의 전극과, 자석재료 등을 제조하는 과정에서 창안된 것이다. 메탈-바 용융물로 부터 금속섬유를 신속하게 추출하기 위한 장치가 널리 알려져 있는데, 여기에서는 회전디스크가 회전하면서 방울형상의 용융물로 부터 가느다란 섬유가 추출되어 나온다. 이 장치는 각 메탈-바를 용융시키기 위해 인덕터와 함께 별도의 전원을 사용해야 한다. 도1은 상술한 바와같은 일반적인 금속섬유 제조장치를 개념적으로 도시한 것으로 금속섬유 제조장치는, 메탈-바(200)를 금속섬유 추출수단(300)에 공급하기 위한 메탈-바 공급수단(30)과, 메탈-바(200)를 가열하여 용융하기 위한 용융수단(10)과 용융된 메탈-바(200)를 가공하여 금속섬유(202)를 추출하기 위한 회전디스크로 이루어진 스핀들수단(100)을 포함하는 금속섬유 추출수단(300)과, 상기 용융수단(10)의 용융온도를 제어하기 위한 온도제어수단(20)과, 상기 금속섬유 추출수단(300)에서 추출된 금속섬유를 수집하기 위한 금속섬유 수집수단(40)과, 상기 금속섬유 추출수단(300) 내의 진공상태를 조절하기 위한 진공제어수단(50)과, 상기 금속섬유 추출수단(300)의 스핀들수단(100) 냉각상태를 조절하기 위한 냉각제어수단(60)과, 냉각수를 순환시키기 위한 냉각순환수단(80)과, 스핀들수단(100)을 냉각시키기 위하여 냉각수를 급수하는 급수수단(90)으로 구성되어 있다. 여기에는, 가열구역이 있는 진공실(300' ), 메탈-바(200) 밑에 작업에지가 있는 냉각된 회전디스크에 접촉되는 소모성인 메탈-바(200)와, 상기 소모성인 메탈-바(200)의 카트리지가 달린 메탈-바 공급수단(30), 전자빔 스테이션의 제어수단에 장착되어 있는 전자빔 스캐닝수단, 진공실(300' ) 측벽에 달린 온도센서, 진공장치의 제어수단, 한 개 또는 몇 개의 재료로 만든 소모성 메탈-바(200)에서 동시에 특정온도와 기하구조로 용융물을 가열해서 물방울 형태가 되도록 하기 위한 신호처리 및 피드백장치등이 부가되어 있다. 또한, 도2는 종래 금속섬유 제조장치에 따른 금속섬유 추출수단의 개략적인 요부 구성도를 나타낸 것으로, 상기 금속섬유 추출수단은 메탈-바(200)를 용융하기 위한 인덕션을 포함한 용융수단(10)과, 상기 용융수단(10)에 삽입된 메탈-바(200)에 대응하는 스핀들수단(100)의 회전디스크(101)로 되어 있다. 상기한 구성의 금속섬유 제조장치에서는 메탈재료의 전체수량을 용해시키고 안정적인 용융물 물방울을 만들기 위해 메탈-바(200)가 세로축 주위를 회전할 수 있도록 하는 가열원이 필요하다. 그러나, 메탈-바(200)가 회전하면 메탈 용융물이 상기 회전디스크(101)의 작업에지를 치게되고, 그 접촉면을 손상시켜 금속섬유 제조작업의 효율성이 저하된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 창안된 것으로서, 용해성이 높고 화학적으로 잘 반응하는 물질로 형성된 메탈-바로 부터 용융되어 인덕션의 끝에 매달려 있는 다수의 용융물을 진공장치에서 고속회전하는 냉각 디스크에 접촉시켜 다수의 비정질 금속섬유를 동시에 추출하기 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
제1도는 일반적인 금속섬유 제조장치를 개념적으로 도시하고 있는 도면.
제2도는 종래 금속섬유 제조장치에 따른 금속섬유 추출수단의 개략적인 요부 구성도.
제3도는 본 발명의 비정질 금속섬유 제조장치에 따른 금속섬유 추출수단을 개략적으로 나타낸 도면.
제4도는 본 발명에 따른 비정질 금속섬유 추출상태를 보여주고 있는 요부 상태도.
제5도는 본 발명의 장치에 따른 메탈-바 공급수단의 구성도.
제6도는 본 발명에 따른 다수의 메탈-바와 회전디스크의 결합상태를 개략적으로 도시한 도면.
제7도는 본 발명의 비정질 금속섬유 제조장치에 따른 스핀들수단의 단면구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 용융수단 11 : 인덕션
11' : 삽통공 12 : 단열재
13 : 조임구 14 : 예열기
14' : 삽통공 15 : 열전대
17 : 변압기 16, 16' : 밀폐재
18 : 전류조절수단 19 : 온도조절수단
20 : 온도제어수단 30 : 메탈-바 공급수단
31 : 지지대 32 : 나사부
33 : 나사결합구 35,36,35',36' : 리미트 스위치
34 : 슬라이드부재 37 : 축기어
37' : 구동기어 38,38' : 밀폐재
39 : 모터 39' : 전원공급수단
40 : 금속섬유 수집수단 50 : 진공제어수단
60 : 냉각제어수단 70 : 메인제어수단
80 : 냉각순환수단 90 : 급수수단
100 : 스핀들수단 101 : 회전디스크
102 : 샤프트 102' : 결합공
103 : 냉각수단 104 : 베어링
105 : 조임구 106 : 냉각수공급부
200 : 메탈-바 201 : 용융물
202 : 금속섬유 300 : 금속섬유 추출수단
300' : 진공실
이하, 첨부도면을 첨조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 비정질 금속섬유 제조장치는 회전디스크 상에서 용융물을 경화시킨 금속섬유를 획득함으로써, 높은 냉각율로써 과대 과소 용출을 감소시키고, 입자의 크기를 축소시킬 수 있는 준안정구조를 가진 미정질 및 비결정질 상태의 금속과 합금, 그리고 합금성분의 과포화 농축물을 이용한 비정질 금속섬유를 얻는데 사용될 수 있다. 첨부도면 도3 내지 도7에서 보듯이, 본 발명에 따른 비정질 금속섬유 제조장치는 상기한 종래 금속섬유 제조장치와 동일한 구성요소로 이루어지나, 상기 본원의 금속섬유 추출수단(300)은 다수의 메탈-바(200)를 각각 일정온도로 예열하기 위하여 상기 메탈-바(200)를 삽입하기 위한 삽통공(14' )이 구비된 예열기(14), 상기 예열기(14)를 통해 예열된 각각의 메탈-바(200)를 용융시키기 위해 상기 예열된 메탈-바(200)를 삽입하는 삽통공(11' )을 구비한 인덕션(11), 상기 인덕션(11)을 포위하여 인덕션(11)으로 부터 방출되는 고열을 단열하기 위한 단열재(12), 상기 인덕션(11)의 가열온도를 감지하기 위한 열전대(15), 및 상기 단열재(12)를 고정지지하기 위해 조이는 조임구(13)를 포함하여 메탈-바(200)를 예열 및 용융하기 위한 용융수단(10)과, 상기 인덕션(11)으로 부터 소정간격 이격되어 상기 다수의 메탈-바(200) 각각에 대응하여 위치한 다수의 회전디스크(101), 상기 회전디스크(101)를 축지지하기 위한 샤프트(102), 상기 샤프트(102)가 회동가능하게 소정부위를 포위하여 회전디스크(101)를 급속냉각시키기 위한 냉각수단(103), 상기 샤프트(102)의 원활한 회동을 위하여 냉각수단(103)의 샤프트(102) 결합공(102' )의 전면 소정부위에 위치한 복수의 베어링(104), 상기 냉각수단(103)의 내측에 배설된 냉각수공급부(106), 상기 냉각수단(103)과 샤프트(102)를 회동가능하게 고정지지하기 위한 조임구(105)로 이루어진 스핀들수단(100)을 구비하여 이루어진다. 또, 상기 금속섬유 추출수단(300)은 상기 인덕션(11)에 고압을 공급하기 위한 변압기(17)와, 상기 변압기(17)에 공급되는 전류를 조절하기 위한 전류조절수단(18), 및 상기 열전대(15)에서 감지된 인덕션(11)의 온도에 따라 변압기(17)의 전류량을 조절하기 위한 온도조절수단(19)을 더 구비하여서 작동되어 진다. 물방울 형상의 메탈-바(200) 용융물(201)이 상기 용융수단(10)의 인덕션(11)과 스핀들수단(100)의 회전디스크(101) 사이에 위치하며, 진공상태의 상기 금속섬유 추출수단(300)에 구비된 회전디스크(101)의 고속회전에 의해 상기 용융물(201)로 부터 금속섬유(202)가 추출되어 지는 것이다.
상기 금속섬유 추출수단(300)은 0.5×10-2~0.5×10-1기압 정도의 진공상태로 되며 상기 회전디스크(101)는 1500rpm~2000rpm 정도의 고속으로 회전한다. 이때, 상기 메탈-바(200)를 용융하는 인덕션(11)의 온도는 대략 2000℃~3000℃ 정도의 고온으로서 상기 금속섬유 추출수단(300)에서 금속섬유를 추출할 때, 이 금속섬유의 냉각온도는 50만℃/초~150만℃/초로서 급속냉각하게 된다. 이와 같이 생성되는 금속섬유(202)의 굵기는 20㎛~150㎛ 정도로서, 상기 회전디스크(101)에는 회전날의 에지에 소정의 간격으로 요홈을 형성하여 40㎛~100㎛ 정도의 길이로 금속섬유(202)가 절단될 수 있도록 할 수 있다.
상기 단열재(12)는 텅스텐, 몰리브덴 및 탄탈륨으로 된 일군의 고열용융금속 중의 어느 하나에서 선택적으로 선택하거나, 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있으며, 무기재료, 예컨대 도자기를 이용하여 형성할 수도 있다.
상기 메탈-바(200)를 공급하는 메탈-바 공급수단(30)은 도5에서 보듯이, 구동기어(37')와 직각으로 치합되어 회동하는 축기어(37)와, 상기 축기어(37)의 나사부(32)와 나사결합되어 축기어(37)를 지지하기 위한 나사결합구(33)와, 상기 나사결합구(33)를 몸체에 고정지지하기 위한 지지대(31)와, 상기 축기어(37)와 치합되고 나사결합구(33)에 지지되어 축기어(37)의 회동에 따라 상하방향으로 슬라이드 이동하는 슬라이드부재(34)와, 상기 슬리아드부재(34)의 상하이동 위치를 제한하기 위한 복수의 리미트 스위치쌍(35,35';36,36')을 포함하여 이루어진다.
스텐레스 스틸(Cr18Ni10T)로부터 스텐레스 섬유를 뽑아내는 경우의 예를 통해, 상기한 본 발명의 작용효과를 살펴보면, 먼저, 직경이 12mm인 3개의 스텐레스 스틸-바를 기술적으로 머니퓰레이터에 고정시키고, 회전속도가 1700rpm인 동으로 된 회전디스크(101)의 작업에지로 스틸-바(200)을 공급하면, 단면이 8×12mm인 흑연 블록의 평나사들 사이에서 스틸-바가 용융된다.
가열소자인 인덕션(11) 내부에 위치한 스틸-바의 용융과정은, 몇 개의 스틸-바를 동시에 용융시키기 때문에 작업능률을 증진시키고, 견본물이 축주위를 회전하지 않도록 하며, 회전디스크의 작업에지와 스틸-바의 충돌을 제거하기 때문에 용융물(201) 방울과 회전디스크(101) 사이의 접촉의 안정성을 증가시켜 줌으로서 제조공정의 능률이 향상되고, 얻어진 섬유의 기하학적 치수의 안정성이 향상된다.
이러한 장치는 고열금속(몰리브덴)의 섬유생산시와 고열(2400℃ 이상)에서 녹는 화학적 활동성이 높은 무기질의 생산시에 적용된다. 또, 이 장치는 40㎛~100㎛의 간격으로 주어진 두께로 스테인레스 스틸의 섬유획득을 보장한다. 마찬가지로, 섬유획득의 과정은 고진공상태에서 이루어진다.
이와 같이 생성된 스텐레스 섬유는 스텐레스로 된 정교한 공기정화 및 정수용 필터의 개발에 이용되고, 이 분야의 스텐레스 섬유의 필터적용은 견고성과 높은 침투성을 요구한다. 섬유로 된 필터는 분말로 된 필터와 비교하여 매우 기공이 많은 형태(47%,98%)로 높은 침투성, 견고성을 가지므로 쉽게 재생된다. 또한, 스텐레스 섬유로 된 필터는 고분자제품 및 식품생산시(예, 프라스틱), 야금, 화학생산에도 이용되며 높은 기압이 요구되는 높은 온도의 액체를 여과시키기 위하여 광범위하게 사용된다. 또한, 견고성과 재생력의 특성은 우유, 쥬스, 식용유의 정제시에도 이용된다.
상술한 바의 본 발명의 비정질 금속섬유 제조장치에 의하면, 회전디스크(101)상에서 용융물(201)을 경화시킨 금속섬유(202)를 획득함으로써, 높은 냉각율로써 과대 과소용출을 감소시키고, 입자의 크기를 축소시킬 수 있는 준안정구조를 가진 미정질 및 비결정질 상태의 금속과 합금, 그리고 합금성분의 과포화 농축물을 이용한 비정질 금속섬유(202)를 얻을 수 있으며, 용융수단(10)에 맞는 가열원을 정하면 회전디스크(101)가 돌출해 있어도 용융물(201)이 부딪치지 않으면서 메탈-바(200)의 끝부분이 일정하게 용융되어 용융물(201)이 물방울 형태를 이루면서 메탈-바(200)의 끝에 매달려 있게 되므로, 다수개의 용융물(201) 방울로 부터 다수의 금속섬유(202)를 동시에 뽑아내기 때문에 공정의 효율성이 높아 생산원가를 감소시킬 수가 있다.

Claims (6)

  1. 다수의 메탈-바(200)를 금속섬유 추출수단(300)에 공급하기 위한 메탈-바 공급수단(30)과, 메탈-바(200)를 용융하는 용융수단(10)과 용융된 메탈-바(200)를 가공하여 금속섬유(202)를 추출하는 스핀들수단(100)로 이루어진 금속섬유 추출수단(300), 상기 용융수단(10)의 예열 및 용융온도를 제어하기 위한 온도제어수단(20), 상기 금속섬유 추출수단(300)에서 추출된 금속섬유(202)를 수집하기 위한 금속섬유 수집수단(40), 상기 금속섬유 추출수단(300) 내의 진공상태를 조절하기 위한 진공제어수단(50), 상기 금속섬유 추출수단(300)내의 스핀들수단(100)의 냉각상태를 조절하기 위한 냉각제어수단(60), 냉각수를 순환시키기 위한 냉각순환수단(80), 스핀들수단(100)을 냉각시키는 냉각수를 급수하기 위한 급수수단(90)을 구비한 비정질 금속섬유 제조장치에 있어서, 상기 금속섬유 추출수단(300)은 다수의 메탈-바(200)를 각각 일정온도로 예열하기 위하여 메탈-바(200)의 삽통공(14' )이 구비된 예열기(14), 상기 예열된 각각 메탈-바(200)를 용융할 수 있도록 메탈-바(200)의 삽통공(11' )을 구비한 인덕션(11), 상기 인덕션(11)을 내포하여 방출되는 고열을 단열하기 위한 단열재(12), 상기 인덕션(11)의 가열온도를 감지하는 열전대(15), 및 상기 단열재(12)를 고정지지하기 위해 조이는 조임구를 포함하여 메탈-바(200)를 예열 및 용융하는 용융수단(10)과, 상기 인덕션(11)로부터 소정간격 이격되어 상기 다수의 메탈-바(200)에 각각 대응하여 위치한 다수의 회전디스크(101), 상기 회전디스크(101)를 축지지하는 샤프트(102), 상기 샤프트(102)가 회동가능하게 소정부위를 포위하여 회전디스크(101)를 급속냉각시키기 위한 냉각수단(103), 상기 샤프트(102)의 원활한 회동을 위하여 냉각수단(103)의 샤프트(102) 결합공(102' )의 전면 소정부위에 위치한 복수의 베어링(104), 상기 냉각수단(103)의 내측에 배설된 냉각수공급부(106), 상기 냉각수단(103)과 샤프트(102)를 회동가능하게 고정지지하는 조임구(105)로 이루어진 스핀들수단(100)을 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 비정질 금속섬유 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속섬유 추출수단(300)은 상기 인덕션(11)에 고압을 공급하기 위한 변압기(17)와, 상기 변압기(17)에 공급되는 전류를 조절하는 전류조절 수단(18)과, 상기 열전대(15)에서 감지된 인덕션(11)의 온도에 따라 변압기(17)의 전류량을 조절하는 온도조절수단(19)을 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비정질 금속섬유 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 용융수단(10)의 인덕션(11)과 스핀들수단(100)의 회전디스크(101) 사이에는 물방울형상의 메탈-바(200)의 용융물(201)이 위치하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속섬유 제조장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단열재(12)는 텅스텐, 몰리브덴 및 탄탈륨으로 된 일군의 고열용융금속 중의 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 비정질 금속섬유 제조장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 인덕션(11)은 무기재로 형성된 것을 특징으로 하는 비정질 금속섬유 제조장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 메탈-바(200)를 공급하는 메탈-바 공급수단(30)은 구동기어(37')를 구동하는 모터(39)와, 상기 구동모터(39)에 전원을 공급하는 전원공급수단(39')과, 상기 구동기어(37')와 직각으로 치합되어 회동하는 축기어(37)와, 상기 축기어(37)의 나사부(32)와 나사결합되어 축기어(37)를 지지하는 나사결합구(33)와, 상기 나사결합구(33)를 몸체에 고정지지하는 지지대(31)와, 상기 축기어(37)와 치합되고 나사결합구(33)에 지지되어 축기어(37)의 회동에 따라 상하방향으로 슬라이드 이동하는 슬라이드부재(34)와, 상기 슬라이드부재(34)의 상하이동 위치를 제한하는 복수의 리미트 스위치쌍(35,36,35',36')을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비정질 금속섬유 제조장치.
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