KR100289459B1 - 통기성 및 내구성 금형의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 골재의 편석에 의한 크랙(crack)이나 주형틀 표면에 반점이 생기는 일이 없고, 치수의 정밀도도 뛰어난 통기성 내구주형틀의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

300㎛ 이하의 입자를 80% 이상 포함하는 금속분말과 금속산화물 분말을 5:95~30:70의 중량비율로 배합한 골재 100에 대해 소성과정에서 연화용융하는 경화보조재를 10~35 및 증발 성분을 포함하는 점결재를 10~25의 중량비율로 각각 배합 및 혼합하여 슬러리상의 혼합물을 만들고, 이것을 원형모형에 부어넣어 만든 주형틀을 산화성분위기 중에서 600~1200℃로 소성하는 통기성 내구주형틀의 제조방법.

Description

통기성 및 내구성 금형의 제조방법

제1도는 본 발명에 따른 통기성 및 내구성 금형의 일례를 나타낸 단면도이다.

제2도는 본 발명에 따른 보강섬유를 가진 통기성 및 내구성 금형을 나타낸 단면도이다.

제3도는 제1도에 도시한 통기성 및 내구성 금형의 구조를 확대하여 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 보강섬유 20 : 금속 분말이 산화된 산화물 입자

21 : 금속 산화물 분말 22 : 미세한 가공

23 : 경화 보조재

본 발명은 금형 전체에 걸쳐 미세하고 연속된 기공을 가지며, 그 표면에 미세한 패턴이 있는 통기성 및 내구성 금형의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 상기와 같은 통기성 및 내구성 금형을 사용하는 예로서는 진공 성형법을 들 수가 있다. 이 진공 성형법은, 열가소성 수지 시트를 가열연화시킨 후, 이것을 통기성을 가지는 표면에 흡입작용시킨 금형상에 덮고, 금형 표면과 열가소성 수지 시트 사이의 공기를 흡인하여, 시트를 금형 표면에 흡착시켜 성형하는 방법이다.

이 방법은 비교적 간단한 설비로 소형에서부터 대형의 성형품에 이르기까지 효율적으로 만들어낼 수 있다는 이점이 있어 널리 이용되고 있다. 최근에는 성형품의 상품가치를 높이기 위해 성형품의 표면에 드로잉 가공 등 섬세한 무늬를 만들거나, 대형이며 사이징에 있어서 정밀도가 높은 성형품을 얻기 위한 금형이 요구되고 있다.

이와 같은 통기성 및 내구성 금형은 진공 성형법 뿐만 아니라 통기성을 필요로 하는 블로우 성형 및 그 밖의 방법에 널리 사용될 수가 있다. 이러한 요구를 만족하는 금형로서 본 출원인은 이미 일본국 특공평 2-6620호 공보에 개시한 바와 같이 낮은 비용, 짧은 납기, 뛰어난 전사성과 뛰어난 통기성 등을 갖춤과 동시에 내구성면에서도 뛰어난 금형을 개발하여 왔다.

그 외에도 일본국 특공소 63-65416호, 특공평 1-53140호, 특공평 2-27925호, 특공평 3-23253호 공보등에 개시한 통기성, 투수성을 갖춘 금형을 개발하여 왔다.

그러나, 이들 금형은 모두 골재로서 비중이 크게 다른 금속 분말과 세라믹 분말 혹은 내화물 분말의 혼합물을 액상의 바인더와 혼합하여 슬러리상으로 만든 것을 원형 모형에 부어 넣고, 결합제를 고화시켜, 얻어진 고형물을 건조한 후 산화성 대기중에서 소성함으로써 금속 분말을 산화팽창시켜 세라믹을 감싸는 형태로 소결된 강도높은 통기성 금형을 얻고 있다.

그러나, 상기의 슬러리상 혼합물속에서는 결합제가 경화(硬化)하기 이전에 골재의 침강이 시작되는데, 이때 골재인 금속 분말과 세라믹 분말은 서로 비중이 크게 다르므로 침강속도에 차가 생기기 쉬워, 결합제가 고화한 시점에서 고형물 중에 골재의 편석(segregation)이 생겨버린다는 결점이 있다.

이 때문에, 편석된 경화물을 소성하여 얻은 금형에는 골재의 편석에 기인하는 크랙(crack) 및 금형 표면에 반점이 생기기 쉬운데, 전사성이 뛰어난 본 금형은 이러한 크랙 및 반점까지도 전사해버려 양호한 성형품제조에 어려움이 있었다. 또한, 금속 분말을 소성금형에 강도를 부여하는 재료로 하고 있기 때문에 강도 높은 금형을 얻고자 하는 경우 아무래도 금속 분말의 사용량이 많아진다(예를들면, 금속 분말:세라믹 분말 = 1:1). 이 때문에 소성금형이 팽창되는 경향이 있어 금형 치수의 정밀도를 콘트롤 하는 것이 곤란하였다.

본 발명은 상기의 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 골재의 편석에 의한 크랙이나 금형 표면의 반점이 발생하지 않고 사이징과 정밀도가 높은 통기성 및 내구성 금형의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 골재로서 비중차가 적고 침강속도의 차가 적은 재료를 선택함과 동시에 소성시의 결합(금형의 강도발생)을 금속 분말의 산화팽창에만 의지하지 않고 보조적인 결합방법을 선정하기로 하였다.

따라서, 본 발명에서는 골재로서 비중차가 적고 침강속도의 차가 적은 금속 분말과 그 금속 산화물 분말을 조합하여 사용하였는데, 여기서, 골재를 금속 산화물 분말만으로 하지 않고 금속 분말도 병용한 이유는, 금속 분말의 산화에 의한 결합과 건조시의 수축을 금속 분말의 산화팽창에 의해 상쇄시켜, 모형과 동일한 크기의 금형을 만들기 위한 「치수조절제」로서 사용하기 위해서이다. 또, 금속 분말만으로 하지 않은 이유는 금속 분말만을 사용하면 산화팽창이 지나치게 커서 금형의 치수가 모형에 비해 너무 커져 조절이 곤란하기 때문이다.

더욱이, 본 발명에 있어서는 금속 분말의 산화에 의한 결합에 더하여, 소성후의 금형이 충분한 강도를 갖도록 하기 위해 보조적인 결합제로서 프릿(frit) 등으로 이루어진 경화 보조재를 함께 사용하도록 하고 있다. 이것은 골재의 결합에 크게 기여하는 금속 분말을 상기의 이유에 의해 많이 사용할 수가 없기 때문에 이것을 보충할 목적으로 여러가지 실험을 행한 결과, 프릿 등과 같이 「금속 분말이 산화하는 온도 이상에서 연화 용융하고, 냉각후 다시 고형화된다」는 이유로 골재들을 강력하게 결합시키는 물질이 극히 효과적이라는 것이 판명되었다.

또한, 프릿 등의 물질을 단순히 골재와 조합시켜 다공물체를 얻는 방법은 일본 특개소 63-176380호 공보 등에 의해 공지되어 있으나, 상기와 같이 정밀한 전사성을 요하는 금형에 사용하거나, 금속 분말의 산화팽창에 의해 치수의 정밀도를 높인 후, 이 산화팽창에 의한 결합을 보강하고자 프릿들을 사용한 예는 없다.

본 발명은 통기성 및 내구성 금형을 제조하기 위해 다음과 같이 하였다. 즉, 금속 분말과 그 금속 산화물의 배합물을 골재로 하고, 이것에 소성과정에서 연화 용융하는 프릿 등의 경화 보조재를 배합한 후, 여기에 증발하는 성분을 포함하는 결합제를 넣고 혼합하여 슬러리상 혼합물로 만들고, 이것을 모형에 부어넣어 고화시켜 금형을 만든 다음, 금형을 떼어낸 후 건조시킴으로써 다공성을 부여하며, 산화성 대기중에서 소성하는 것이다. 또한, 상기 골재에 보강섬유를 넣어 소성 전후의 경화물의 강도를 높여 취급을 용이하게 하는 것도 포함한다.

이하, 본 발명의 제조에 사용하는 재료에 관해 상세하게 설명한다.

1. 금속 분말.

금속 분말은 소성시 산화팽창하여 금속 산화물 분말을 감싸는 듯한 형태로 소결시키며 금속 산화물 분말의 계면(界面)에서 확산접합 접착을 행한다.

금속 분말로서는 철 분말, 니켈 분말, 코발트 분말 등을 들 수가 있으나, 산화물 분말과의 사이에서 편석이 잘 생기지 않는다는 점, 비용 및 구입이 쉽다는 점 등을 고려할 때, 본 발명에 있어서는 철 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

2. 금속 산화물 분말.

본 발명에서 사용하는 산화물 분말은 반드시 입자 전체가 완전히 산화되어 있을 필요는 없으며 중심부의 일부가 비산화 상태에 있는 것을 사용할 수도 있다. 즉, 첫째로는 금속 분말과의 사이에서 편석이 잘 생기지 않는 것이 효과적인데, 사용하는 금속 분말과 산화물 분말의 크기 및 형상을 고려하여 산화물 분말의 산화정도를 선정하면 된다.

산화정도가 커지면 일반적으로 비중은 비산화물보다 작아져 침강속도가 저하된다. 또, 입자의 크기가 클수록 침강속도는 빨라진다. 또 둘째로는 소성시의 팽창에 관계되는데, 산화정도가 낮은 것을 사용하면 소성시 이 산화물 분말의 팽창량도 무시할 수 없게 된다. 이 때문에 치수의 정밀도를 고려한 경우, 금속 분말과 배합 비율을 고려할 필요가 있다. 금속 분말과의 편석이 생기기 어렵다는 점과, 비용면, 그리고 구입이 쉽다는 면을 고려했을 때 철 산화물 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

3. 보강섬유.

보강섬유는 반드시 필요한 것은 아니지만, 첨가하여 배합하는 것이 바람직하다. 즉, 소성전의 경화물은 결합제의 경화에 의해 고형화되기는 하나, 소성후의 그것에 비해 대단히 강도가 낮은데, 이것에 보강섬유를 균일하게 분산시킴으로써 소성전의 경화물의 강도가 높아져 취급이 극히 간편해진다.

또 소성후, 골재들 간에는 그 계면에서 산화에 의한 확산 접합 접착 및 프릿 등에 의한 결합이 이루어지기는 하나, 이 소결체의 내부에 섬유가 균일하게 분산되어 존재함으로써 강도를 한층 높이고, 크랙을 방지하며, 금형의 내구성을 높임과 동시에 치수의 안정성을 높이는 작용을 한다. 보강섬유로서는 철계, 스테인레스계, 유리계 등의 것을 생각할 수 있으나 스테인레스계의 것이 바람직하다. 스테인레스 보강섬유가 바람직한 이유는 소성 공정에서 부식되거나 소실되지 않으며 소성체에 대한 보강 효과가 높기 때문이다.

4. 경화 보조재.

금속 분말이 산화, 팽창되어 골재의 계면에서 확산, 접합이 이루어지는 온도에서 연화, 용융되며, 냉각후 골재들을 거듭 접합시킬 필요가 있는데 일반적으로 프릿, 유약, 유리 분말 등이 경화 보조재로 사용될 수 있다.

사용하는 경화 보조재의 용융온도는, 골재가 되는 금속 분말 및 산화물 분말의 융점 이하이어야 함은 물론, 금속이 산화되기 시작하는 온도 이상일 필요가 있다. 따라서, 소성온도 보다 낮은 융점을 가지는 하기된 바와 같은 경화 보조재가 선정되어야 할 것이다. 사용하는 금속 분말 및 프릿 등과 같은 경화 보조재에 따라 다르겠으나 여러가지 실험을 행한 결과, 소성온도와 융점의 온도차는 대체로 10-300℃일 때 프릿의 첨가효과(강도면)가 높고, 치수의 정밀도도 높으며, 표면 성상도 좋은 소성물을 얻을 수 있었다.

5. 증발 성분을 포함하는 결합제.

슬러리상 혼합물을 고형화하는 결합제는 소성할 때까지의 강도를 경화물에 부여함과 동시에 경화물로부터 건조공정 및 소성공정에서 증발성분이 증발하여 소실됨으로써, 소성체 전체에 걸쳐 미세하고 연속된 기공(氣孔)을 발생시키는 것이다. 이 결합제로서는 에틸실리케이트의 가수분해물(용매:알콜)이나 콜로이드실리카(용매:물) 등을 들 수가 있는데, 에틸실리케이트 가수분해물을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 에틸실리케이트 가수분해물은 경화제의 양을 조절함에 따라 경화시간을 아주 정확하게 조절할 수가 있으며, 또 경화개시부터 경화완료까지가 극히 단시간인 것을 특징으로 하고 있기 때문이다.

즉, 경화제의 첨가량에 따라, 슬러리상의 혼합물을 모형상에 부어 성형이 완료된 후 즉시 경화시켜버릴 수가 있다.

이것은 첫째로, 골재상호간에 편석을 방지한다는 면에서 극히 효과적이며, 둘째로, 단시간에 효과가 완료되므로 공정시간의 단축이 가능하다는 장점이 있다.

또한, 에틸실리케이트 가수분해물은 증발성분으로서 증발성이 좋은 알콜을 포함하므로 다음 공정에서의 건조시간을 단축할 수가 있으며, 에틸실리케이트 가수분해물 중의 실리카 분말이 금형표면의 성상을 양호하게 한다.

6. 건조공정.

슬러리상 혼합물을 고형화한 고형물 중으로부터 상기 증발 성분을 거의 제거함으로써 다공질화를 꾀하려는 것이다. 이 증발성분의 제거로 인해 고형물의 치수는 수축된다.

건조하는 방법으로는 첫째로, 자연스럽게 방치하는 방법, 둘째로 온도를 가한 건조기 속에 넣고 건조하는 방법, 셋째로 진공건조기 속에 넣고 건조하는 방법 등이 있다.

상기 첫번째 방법은 고형물 중으로부터 증발성분이 증발되는데에 장시간을 요한다. 또 표면으로부터의 증발은 빠른데 반해 내부 증발은 극히 완만하여 경화물 중의 건조정도에 커다란 차가 생기는데, 이에 수반하는 수축량의 차이로 인해 일그러지는 현상이 발생하여 크랙이 생기기 쉽다. 두번째 방법은 첫번째 방법에 비해 건조시간은 짧으나 첫번째 방법과 마찬가지로 표면과 내부의 증발속도에 차가 생기기 쉽고, 특히 부피가 큰 경우 크랙이 발생되기 쉽다. 세번째 방법은 앞의 두가지 방법에 비해 경화물 내부로부터의 증발도 상당하여 표면층 근처와 내부의 건조공정에 차가 생기기 어려워, 건조시의 수축에 의한 크랙은 쉽게 발생되지 않는다. 이 방법은 특히 커다란 물건을 처리하는데 효과적이므로 본 내구주 형틀을 만드는데는 세번째의 진공건조에 의한 건조가 적합하다.

7. 소성공정.

소성공정은 다음의 작용을 일으킬 목적으로 행한다. 즉, 첫째로, 슬러리 경화물 중에 잔류하는 증발성분을 완전히 증발시켜 다공질화를 완료시키는 작용, 둘째로, 산화성 대기 중에서의 소성에 의해 금속 분말을 산화팽창시켜 금속 산화물을 감싸는 형태로 소결을 행하여, 그 계면에서의 확산접합적인 접착을 행하게 하는 작용, 셋째로, 상기 슬러리 경화물이 건조되어 다공질화될 때 일어나는 수축이 금속 분말의 산화에 의해 팽창시킴으로써 소성물의 치수를 모형치수와 동일하게 하는 작용, 넷째로, 산화물 중의 골재 간에 산재하는 프릿 등의 경화 보조재를 연화 용융시켜, 골재들을 접착시킴으로써 소성완료후에 냉각과 함께 골재간의 접착을 견고하게 하는 작용이다.

소성온도는 사용하는 금속 분말 및 금속 산화물 분말의 종류나 그 배합 비율, 그리고 소성물의 기공율, 강도, 치수의 정밀도, 표면 성상 등과 관계가 있다. 즉, 금속 분말이 산화되어 팽창하기 시작하는 온도 이상이어야 하며, 금속 분말이나 금속 산화물 분말의 융점 이하일 필요가 있다.

철, 니켈, 코발트 등 여러가지의 금속 분말과 그 산화물 분말을 골재로 하고, 융점이 다른 여러가지 프릿 등의 경화 보조재를 이용하여 실험을 한 결과, 대체로 600~1200℃에서 소성한 경우, 통기성 및 내구성 금형에 요구되는 강도, 통기성, 표면 성상, 치수 안정성 등을 고루 갖춘 좋은 금형을 얻을 수 있다. 또 금속 분말로 철 분말을 사용하고, 산화물 분말로서 철 산화물 분말을 사용한 경우 최적 소성온도는 600~750℃이다.

다음으로 사용될 재료의 크기에 관해 설명한다.

1. 금속 분말과 금속 산화물 분말의 입도.

입자지름은 일반적으로 300μ이하가 바람직하며, 300μ이상의 골재를 사용하면 미세한 무늬의 전사성을 기대할 수 없게 된다. 특히 미세한 전사성을 희망하는 경우는 100㎛ 이하의 입자가 80% 이상인 것이 바람직하다. 한편, 극단적으로 미세하면 건조공정이나 소성공정에서 크랙이 생기기 쉽다는 결점이 있다. 또, 금속 분말과 금속 산화물 분말의 입도(grain size)의 차이는 편석을 가능한한 작게 하는 방법으로, 즉 각각의 침강속도에 차가 생기지 않도록 해야 하는데, 일반적으로 금속 분말은 금속 산화물에 비해 비중이 크므로, 양자의 침강속도를 비슷하게 하려는 경우 금속 분말의 입자지름을 금속 산화물 분말의 입자지름보다 약간 작게 선정해야 한다. 어떠한 경우에도 최소 입자지름이나 금속 분말과 금속 산화물의 입자지름의 차는 실제 금형 제조에 있어서 크랙의 발생이나 골재의 편석을 작게 하기 위해 그 치수를 적당하게 선정하면 된다.

2. 보강섬유의 크기.

금형의 크기나 금형표면의 무늬에 따라 적당히 선정하면 되는데, 예를들면 길이 1~30mm, 두께 20~400㎛의 범위에서 선정하면 되며, 더 바람직하게는 길이 2~5mm, 두께 50~200㎛인 것이 크랙 발생의 방지효과, 금형의 강도, 금형 표면의 성상, 치수의 안정성 등을 고려했을 때 효과적이다.

다음으로 본 발명에 사용되는 재료의 배합 비율(중량비율)에 관해 설명한다.

금속 분말과 금속 산화물을 5:95~30:70의 중량비율로 배합한 골재 100을 기준으로 하여, 경화 보조재를 10~35의 중량비율로 배합하고, 상기 골재 100을 기준으로 하여 증발하는 성분을 포함하는 결합제를 10~25의 중량비율로 혼합하는 것이며, 보강섬유를 첨가하는 경우는 상기 골재 100을 기준으로 하여 보강섬유를 5~25의 중량비율로 넣으면 된다. 여기서, 금속 분말과 금속 산화물을 5:95~30:70의 중량비율로 배합하는 이유는, 슬러리 고형물은 건조시 수축되는데, 금속 분말이 상기 양보다 적으면 소성시 산화팽창에 의해 금형의 치수를 크게 할 수가 없어 모형치수보다 작은 금형이 되어버리기 때문이다. 또한, 금속 분말이 상기 양보다 많으면 소성시 산화팽창에 의해 금형의 치수가 너무 커져 버리기 때문이다.

또한, 골재 100을 기준으로 하여 경화 보조재를 10~35의 중량비율로 배합하는 것은 10% 이하면 경화 보조재로서의 기능, 즉, 강도의 발생이 불충분하고, 35% 이상이면 소성시 경화 보조재가 금형 표면에 막형상으로 석출(析出)되거나, 금형 전체의 통기성을 저하시키기 때문이다.

그리고, 보강섬유를 첨가하는 경우에 있어서, 골재 100을 기준으로 하여 보강섬유를 5~25의 중량비율로 배합하는 이유는 5% 이하면 보강효과, 즉, 강도의 향상 및 치수의 안정성을 기대할 수가 없고, 25% 이상이면 섬유 볼(fiber ball)이 생겨 섬유의 균일한 분산이 어려워지고, 동시에 금형 표면으로의 석출이 과잉되어 표면 성상을 약화시킬 우려가 있기 때문이다.

또 골재 100을 기준으로 하여 증발 성분을 포함하는 결합제를 10~25의 중량비율로 배합하는 것은 10% 이하면 양호한 슬러리를 얻을 수 없고, 모형상에 부어넣은 경우 세부까지 전사되기가 어렵고, 또 증발성분도 감소되어 필요한 통기성의 확보가 곤란해지기 때문이며, 25% 이상이면 골재에 비해 액상물이 과다한 슬러리가 되어 골재의 침강속도가 빨라져 금속 분말과 금속 산화물 분말의 편석이 생기기 쉬워진다.

또한 전사성, 표면 성상, 통기성, 치수 안정성, 강도, 비용 등 통기성 및 내구성 금형으로서의 중요한 성질을 고루 갖추려면 이하의 물질을 이하의 비율로 배합하면 된다. 즉, 철 분말과 철 산화물 분말을 10:90~20:80의 중량비율로 배합한 골재 100을 기준으로 하여 보강섬유로서의 스테인레스 섬유를 8~15의 중량비율로 배합함과 동시에 경화 보조재로서의 프릿을 골재 100을 기준으로 하여 15~25의 중량비율로 배합하고, 결합제로서의 에틸실리케이트 가수분해물을 골재 100을 기준으로 하여 14~18의 중량비율로 배합하는 것이다.

다음은 본 발명에 따른 통기성 및 내구성 금형을 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

제1도 및 제2도는 본 발명에 따른 통기성 및 내구성 금형 M의 단면도인데, 제1도는 보강섬유를 포함하지 않는 금형을 나타내고, 제2도는 보강섬유(1)를 넣은 금형을 나타내며, 모두 금속 분말과 금속 산화물 분말을 골재로 한 소성체로 이루어져 있다.

제2도에 있어서는 보강섬유(1)가 거의 고르게 분산되어 있는데, 이 분산된 형태의 보강섬유가 소성체의 결합조직을 강화하고 있다. 소성체는 제3도에 나타낸 바와같이 금속 분말이 산화된 산화물 입자(20)와 금속 산화물 분말(21)의 결합 조직 및 이들의 접합부 부근을 감싸는 듯한 형태로 골재간을 결합하는 경화 보조재(23)에 의해 구성되어 있다.

이 결합조직의 생성은 명확하지는 않으나, 금속 분말이 산화물로 변화되어 체적이 크게 증가하고, 금속 산화물 분말을 감싸는 듯한 형태로 소결되면서 양자의 계면에서 확산접합 접착이 수행되는 것으로 생각된다.

또한 경화 보조재는 소성시의 온도로 한번 연화 용융됨으로써 접합부 부근을 더욱 감싸거나, 골재간의 일부를 채운 후, 냉각시 다시 유리질 형상으로 고형화됨으로써 견고한 접착이 이루어지게 한다.

그리고 이 소결체에는, 건조공정 및 소성공정에서 결합제 중의 증발성분이 외부로 빠져나가 소실됨으로 인하여 연속된 미세기공(22)이 생긴다. 이 미세한 기공(22) 및 상기 결합과정에 의해 본 내구성 금형은 다공질이면서도 치밀한 표면 성상과 높은 강도를 가지게 되는 것이다.

기공율이나 기공의 지름 및 강도는 배합조건, 소성조건 등에 따라 변화하나, 일반적으로 기공율 1~40%, 기공지름 5~30μ, 압축강도 400~1000㎏/㎠ 정도의 성질을 갖추고 있다.

[실시예 1]

세로 700×가로 1000×최대두께 120mm의 크기로 중량 150㎏의 자동차 도어 트림 성형용 진공 성형 금형을 다음과 같이하여 20개 제조하고, 그 완성된 상황을 표 1에 나타내었다.

우선, 재료로서 44㎛ 이하의 입자를 80% 이상 포함하는 비중 7.8g/㎤의 철 분말과, 63㎛ 이하의 입자를 80% 이상 포함하는 비중 6.1g/㎤의 산화철 분말과 융점 550℃인 프릿과, 길이 3mm×두께 100μ의 스테인레스 섬유와, 에틸실리케이트 가수분해물을 각각 준비한다.

상기 철 분말과 철 산화물 분말을 15:85의 중량비율로 배합한 골재 100을 기준으로 하여 상기 스테인레스 섬유를 10의 중량비율로 추가 배합하고, 상기 골재 100을 기준으로 하여 상기 프릿을 20 및 상기 에틸실리케이트 가수분해물을 16의 중량비율로 각각 배합 및 혼합하여 슬러리상 혼합물을 만들고, 이 슬러리상 혼합물을 원형모형에 부어넣고 고화시켜 금형을 제조하고, 금형을 떼어낸 다음, 60℃에서 48시간 가열건조한 후, 이 금형을 소성로의 온도를 상온에서부터 600℃의 온도로 높이는데 20시간, 그리고 600℃에서 650℃로 높이는데 4시간을 들여 소성하였다.

[실시예 2]

실시예 1에서와 같은 크기 및 중량의 금형을 다음과 같이 하여 20개 제조하고, 그 완성된 상황을 표 1에 나타내었다.

재료로서는 실시예 1과 같은 것을 준비하고, 그것들을 실시예 1과 같은 비율로 배합 및 혼합하여 슬러리상 혼합물을 만들고, 이 슬러리상 혼합물을 원형모형에 부어넣고 고화시켜 금형면을 제조하고, 금형을 떼어낸 다음, 이 금형을 -700mmHg에서 48시간 건조한 후, 실시예 1의 경우와 마찬가지로 소성로의 온도를 상온에서 600℃의 온도로 높이는데 20시간, 그리고 600℃에서 650℃로 높이는데 4시간을 들여 소성하였다.

[실시예 3]

실시예 1에서와 같은 크기 및 중량의 금형을 다음과 같이 하여 20개 제조하고, 그 완성된 상황을 표 1에 나타내었다.

재료로서는 스테인레스 섬유를 제외하고 실시예 2와 같은 것을 사용한다. 성형, 건조 및 소성조건은 실시예 2와 같다.

[비교예]

종래기술에 의한 금형을 실시예 1과 같은 크기 및 중량으로 다음과 같이 하여 20개 제조하고 그 완성된 상황을 표 1에 나타내었다.

재료로서 44㎛ 이하의 입자를 80% 이상 포함하는 비중 7.8g/㎤의 철 분말과 74㎛ 이하의 입자를 80% 이상 포함하는 비중 3.1g/㎤의 합성 뮬라이트(mullite) 분말과, 3mm×두께 100μ의 스테인레스 섬유와, 에틸실리케이트 가수분해물을 각각 준비하고, 상기 철 분말과 합성 뮬라이트 분말을 50:50의 중량비율로 배합한 골재 100을 기준으로 하여 상기 스테인레스 섬유를 10의 중량비율로 추가 배합하고, 또 상기 골재 100을 기준으로 하여 상기 에틸실리케이트 가수분해물을 18의 중량비율로 배합 및 혼합하여 슬러리상 혼합물을 만들고, 이 슬러리상 혼합물을 원형모형에 부어넣고 고화시켜 금형을 제조하고, 금형을 떼어낸 다음, 60℃에서 48시간 가열 건조한 후, 소성로의 온도를 18시간에 걸쳐 상온으로부터 900℃의 온도로 높이고, 900℃에서 6시간 유지시켜 소성하였다.

[표 1]

표 1로부터 알 수 있듯이 본 발명에 의해 제조된 통기성 및 내구성 금형은, 종래의 기술에 의해 제조된 것에 비하여 소성시 크랙이 발생하지 않았으며 금형 표면에 반점이 생기지 않으며, 원형모형에 대한 금형의 치수정도도 극히 뛰어나 종래의 기술이 지니고 있었던 문제점들을 일소하였다. 또 금형을 가열 건조시킨 실시예 1과 진공 건조시킨 실시예 2를 비교해 보면, 진공 건조시킨 경우가 크랙 발생의 방지에 효과적이라는 것을 알 수가 있다.

강화섬유를 첨가한 실시예 2와 강화섬유를 첨가하지 않은 실시예 3을 비교해 보면 실시예 2에서 얻어진 금형에서 크랙이 발생하지 않는다. 이는 크랙을 방지하는데 강화섬유가 효과적임을 나타낸다.

표는 강화섬유가 치수 안정성의 개선에 효과적이라는 것을 나타낸다.

[실시예 4]

새로 100×가로 150×최대두께 60mm의 크기로 중량 2㎏의 기계 부분 커버를 제조하기 위한 진공 성형용 금형을 다음과 같이 하여 20개 제조하고, 그 완성된 상황을 표 2에 나타내었다.

재료로서, 실시예 1에서와 동일한 재료를 사용한다. 이들을 동일한 비율로 혼합하여 슬리러 혼합물을 얻는다. 슬리러 혼합물을 금형에 붓고, 금형을 형성하도록 경화시킨다. 따라서, 얻어진 금형을 해체시켜 48시간 동안 실온에서 건조시킨다. 소결로의 온도를 통상적인 온도에서 600℃까지 10시간에 걸쳐 증가시키고, 600℃까지 650℃로 4시간에 걸쳐 증가시킴으로써 금형을 소결시킨다.

[실시예 5]

실시예 4에서와 같은 크기 및 중량을 가진 금형을 다음과 같이 20개 제조하고, 그 완성된 상태를 표 2에 나타내었다.

출발물질 및 물질의 혼합비율과 같은 성형조건 및 소결조건은, 건조조건에 있어서, 패턴화된 금형으로부터 해체되는 금형이 주형을 형성하도록 -700mmHg에서 24시간 동안 건조되는 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하다.

[표 2]

표 2에 나타낸 바와 같이, 비교적 크기가 작은 주형을 생산함에 있어서, 진공 건조와 대기 중 건조사이에 발생하는 크랙에는 차이가 없었다.

Claims (4)

1. 300㎛ 이하의 입자를 80% 이상 포함하는 금속 분말과 금속 산화물 분말을 5:95~30:70의 중량비율로 배합한 골재 100을 기준으로 하여, 소성과정에서 연화 용융되는 경화 보조재를 10~35 및 증발하는 성분을 포함하는 결합제를 10~25의 중량비율로 각각 배합 및 혼합하여 슬러리상의 혼합물을 만들고, 이 슬리러상 혼합물을 원형모형에 부어넣고 고화시켜 금형을 제조한 다음, 금형을 떼어낸 후 건조시킴으로써 다공성(多孔性)을 부여하며, 산화성 대기중의 600~1200℃에서 소성하는 것을 특징으로 하는 통기성 및 내구성 금형의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 골재 100을 기준으로 하여 보강섬유를 5~25의 중량비율로 추가 배합하는 것을 특징으로 하는 통기성 및 내구성 금형의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 금속 분말이 철 분말이며, 금속 산화물 분말이 철 산화물 분말이고, 보강섬유가 스테인레스 재료 섬유이며, 증발하는 성분을 포함하는 결합제가 에틸실리케이트 가수분해물임을 특징으로 하는 통기성 및 내구성 금형의 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 금형을 떼어낸 후의 건조가 진공 건조인 것을 특징으로 하는 통기성 및 내구성 금형의 제조방법.