KR100388058B1 - 소결윅 제작방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소결윅 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소결 공정으로 제작하는 윅의 제작방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 히트파이프에 사용되는 윅 제작방법에 있어서, 코팅법에 의해 표면처리된 금속 봉을 사용하여 심(Mandrel)을 제작하고 상기 심을 이용하여 소결윅을 제작하는 것을 특징으로 하는 소결윅 제작방법이 제공된다.
본 발명에 따른 방법으로 소결윅을 제작하면 기존의 소결윅을 제작함에 있어 단가의 상승 요인이었던 소결윅 제작용 심(Mandrel)의 표면처리를 간단한 공정과 적은 비용으로 해결하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 소결윅 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소결 공정으로 제조하는 윅의 제작방법에 관한 것이다.
윅이 사용되는 구체적인 예로는 히트파이프를 들 수 있다. 히트파이프는 유체의 잠열을 이용하므로 열 이동량이 크며 열원(Heat Source)과 히트 싱크(Heat Sink) 양단 사이의 매우 적은 온도 차이로도 많은 양의 열을 이동시킬 수 있다.
히트파이프는 일반적으로 응축된 작동 유체를 귀환시키는 데 다공질의 윅으로부터 발생되는 모세관력을 이용하므로 윅은 모세관력을 잘 발생시킬 수 있는 구조로 제작되어지는 것이 중요하다.
종래의 윅으로는 그루브윅(groove wick), 미세 섬유윅(fine fiber wick) 또는 스크린윅(screen wick) 등이 주로 이용되어왔으며 각각의 윅 형태들은 나름대로 액체 유동 통로로서 장·단점을 가지며 모세관력과 투과성(permeability)을 향상시키는 방향으로 발전되어왔다. 그러나 상기 윅들은 기공의 크기에 한계가 있어 액체 펌핑거리를 크게 할 수 없을 뿐만 아니라 고온에서 장시간 작동시 어닐링(annealing)에 의해 윅과 튜브 내벽과의 접착이 충분히 이루어질 수 없어 열점(Hot spot)이 쉽게 발생되어 성능의 저하를 가져올 수 있다.
따라서 금속분말의 소결에 의해 윅을 제작하는 방법이 대두되었다. 금속분말의 소결에 의해 윅을 제작할 경우 어닐링(annealing)에 의한 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 형태, 기공율 및 다양한 기공크기를 가지는 윅의 제작이가능하다.
종래의 소결윅 제작 방법으로 금속분말을 포함한 슬러리를 제조한 후 이를 히트파이프의 내부에 충진한 후 고속으로 회전시키면서 건조하여 히트파이프의 내벽에 접착시킨 후 소결을 통하여 소결윅을 완성하는 방법이 있지만, 이러한 방법으로 소결윅을 제조하는 경우에 균일한 윅 구조를 얻을 수는 있었으나 제조공정이 복잡하여 응용분야가 제한되는 결과를 낳았다.
한편, 히트파이프의 내부에 심(Mandrel)을 넣고 금속분말을 히트파이프 내부에 충전시킨 상태에서 소결 후 윅을 제작한 후 심을 제거하여 윅을 완성하는 방법으로도 윅을 제작할 수 있다. 그러나, 이와 같이 심(Mandrel)을 삽입한 채로 소결하여 윅을 제작하는 경우에는 소결 후 내부에 삽입되어 있는 심(Mandrel)을 제거하는 것이 원활하지 않아 심(Mandrel)의 재료 선택과 선택된 재료의 새로운 표면처리 방법이 필요하다.
따라서 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명에 따른 소결윅 제작방법은, 원활하게 제거할 수 있는 심(Mandrel)을 제작하여, 상기 심을 히트파이프 내부에 삽입하여 금속분말의 소결을 한 후, 상기 심을 인발하여 히트파이프용 소결윅을 제작하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 소결윅을 가지는 히트 파이프의 개략도,
도 2는 소결윅용 심을 제작하기 위한 딥 코팅(Dip-Coating) 법을 도시한 상태도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
1 : 튜브 2 : 증기유동통로
3 : 윅 4 : 열원(heat source)
5 : 히트 싱크(heat sink) 6 : 증발부
7 : 단열부 8 : 응축부
9 : 스테인레스 스틸 봉 10 : 보론 나이트라이드
11 : 코팅된 스테인레스 스틸 봉 12 : 슬러리
상기한 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 소결윅 제작방법은 금속 봉의 둘레에 분리제를 코팅하는 단계와, 코팅된 금속 봉을 히트파이프의 내부에 삽입하는 단계와, 상기 히트파이프와 금속 봉의 사이에 금속분말을 충진하는 단계와, 상기 금속분말을 소결시키는 단계와, 상기 금속 봉을 인발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결윅 제작방법이 제공된다.
또한, 히트파이프의 내부에 소결윅을 제작하기 위해, 금속 봉에 세라믹 분말을 코팅하여 제작한 심(Mandrel)을 사용하는 것을 특징으로 하는 소결윅 제작방법이 제공된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 소결윅 제작방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 소결윅을 가지는 히트파이프의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 히트파이프는 가장 최외곽에 위치하는 튜브(1), 튜브 안쪽의 증기유동통로(2) 및 윅(3)을 포함하여 구성된다. 상기 윅(3)의 내부는 상기 히트파이프의 적용 온도범위에 따라 상기 히트파이프에 채워진 암모니아, 메탄올, 증류수, 나트륨 또는 리튬 등의 작동유체가 이동하는 통로의 역할을 하게 된다. 열원(heat source, 4)으로부터 열이 가해지게 되면 증발부(6)에 위치한 작동유체가 열을 흡수하면서 상의 변화를 일으켜 기화하게 되고 기화된 증기는 증기압에 의해 단열부(7)를 지나 응축부(8)로 이동하게 된다. 상기 응축부는 상기 증발부에 비해 온도가 낮기 때문에 상기 응축부로 이동한 기체는 다시 히트 싱크(heat sink, 5)로 열을 발산하면서액화하게 되고 이렇게 액화된 작동유체는 다시 윅에 흡수되어 윅의 모세관력에 의해 상기 증발부로 이동하게 된다.
히트파이프에는 위에서 언급한 것처럼 증기의 유동통로(2)가 필요한데 상기 증기유동통로(2)를 확보하기 위해 소결에 의해 윅을 제작하는 경우, 소결 후에 제거할 수 있는 심(Mandrel)이 필요하게 된다. 현재 심(Mandrel)의 재료로서 스테인레스 스틸이 많이 검토되고 있지만 스테인레스 스틸 봉을 표면처리 하지 않고 사용하는 경우에는 전기로에서 소결 후 심(Mandrel)의 제거가 불가능하다. 따라서 소결윅을 제작하기 위해서는 적절한 재료의 선택과 선택된 재료의 표면처리가 필요 불가결하다. 이처럼 소결 후에 원활히 제거될 수 있는 심(Mandrel)을 제작하기 위해 스테인레스 스틸 봉에 보론 나이트라이드 세라믹 분말을 딥 코팅(Dip-Coating) 법으로 코팅한다.
도 2는 상기 심(Mandrel)을 제작하기 위한 공정의 개략도이다. 먼저 TCE(trichloroethane)를 분산매로, 실리콘을 결합제로 하는 용액을 제조한 후 보론 나이트라이드(Boron-Nitride) 분말을 첨가하여 슬러리(12)를 제조한다. 첨가되는 분산매와 결합제의 양에 따라 점도가 달라지고 점도에 따라 코팅층의 두께가 달라지므로 첨가량이 아주 중요하다. 이렇게 제조된 슬러리(12)에 스테인레스 스틸 봉(9)을 함침시킨 후 일축방향을 유지하면서 스테인레스 스틸 봉(9)을 슬러리(12)로부터 분리시키면 보론 나이트라이드(10)가 균일하게 코팅된 스테인레스 스틸 봉(11)을 얻는다. 이것을 전기오븐에서 건조하여 상기 심의 제작을 완성하고, 완성된 상기 심을 금속 튜브의 중앙 부분에 삽입시킨 상태로 금속분말을 금속 튜브와상기 심 사이에 충진한 후 튜브형 전기로에서 소결하여 히트파이프를 제작한다. 소결시 슬러리(12)에 첨가되어 있는 유기물을 태우기(Burn-out) 위하여 초기 공기(air) 분위기에서 소결을 실시하다가 이후 소결의 종료시까지 환원 분위기를 유지하며, 소결이 모두 끝난 후 상기 심을 제거하여 소결윅을 완성한다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 소결윅을 제작하면 종래의 소결윅을 제작함에 있어 단가의 상승 요인이었던 소결윅 제작용 심(Mandrel)의 표면처리를 간단한 공정과 적은 비용으로 해결하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
Claims (7)
- 히트파이프의 내부에 소결윅을 제작하는 방법에 있어서,금속 봉의 둘레에 분리제를 코팅하는 단계와,코팅된 금속 봉을 히트파이프의 내부에 삽입하는 단계와,상기 히트파이프와 금속 봉의 사이에 금속분말을 충진하는 단계와,상기 금속분말을 소결시키는 단계와,상기 금속 봉을 인발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결윅 제작방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 봉은,스테인레스 스틸을 사용하는 것을 특징으로 하는 소결윅 제작방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 금속 봉에 보론 나이트라이드(boron nitride) 세라믹 분말을 딥 코팅(dip-coating)하는 것을 특징으로 하는 소결윅 제작방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속분말을 소결시키는 단계는,슬러리에 포함되어 있는 유기물을 태우기 위해 먼저 공기 분위기에서 소결한 후 환원 분위기에서 소결을 종료하는 것을 특징으로 하는 소결윅 제작방법.
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