KR100406984B1 - Manufacture of Porous Metal by Electrolyte Diffusion Plating - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자 부품, 공조기, 수처리용 필터 및 건축 자재 등의 용도에 광범위하게 사용 가능한 다공성 금속 재료를 제조할 수 있는 용액 확산 도금법을 이용한 다공성 금속재료 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a porous metal material using a solution diffusion plating method capable of producing a porous metal material that can be widely used for applications such as electronic components, air conditioners, water treatment filters and building materials.

본 발명은 폴리우레탄 폼을 모재로 사용하여 전기 도금을 위한 전해조를 2 부분으로 나누어 각각 금속 농도가 다른 용액을 채워 넣고, 미세 기공의 여과포(Filter Cloth)를 통하여 고농도의 용액으로부터 저농도 쪽으로 일정속도로 금속이온이 확산되도록 함으로써 폴리우레탄에 입혀지는 금속피막 두께를 균일하게 제어함으로써, 폭이 큰 다공성 금속재료의 제조가 가능함은 물론 금속피막 두께를 크게 하는 것이 가능하여 강도가 향상된 다공성 금속재료를 용이하게 만들 수 있다.The present invention divides the electrolytic cell for electroplating into two parts using a polyurethane foam as a base material, and fills a solution having a different metal concentration, respectively, at a constant speed from a high concentration solution to a low concentration through a filter cloth of fine pores. By spreading the metal ions to uniformly control the thickness of the metal coating on the polyurethane, it is possible to manufacture a wide porous metal material and to increase the thickness of the metal coating to facilitate the porous metal material with improved strength. I can make it.

Description

용액 확산 도금법을 이용한 다공성 금속 재료 제조 방법{Manufacture of Porous Metal by Electrolyte Diffusion Plating}Manufacture of Porous Metal by Electrolyte Diffusion Plating

본 발명은 용액 확산 도금법을 이용한 다공성 금속 재료 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 부품, 공조기, 수처리용 필터 및 건축 자재 등의 용도에 광범위하게 사용 가능한 다공성 금속 재료를 제조할 수 있는 용액 확산 도금법을 이용한 다공성 금속재료 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a porous metal material using a solution diffusion plating method, and more particularly, a solution diffusion capable of manufacturing a porous metal material that can be widely used in applications such as electronic components, air conditioners, water treatment filters, and building materials. A method for producing a porous metal material using a plating method.

최근 들어 각종 산업의 발달과 생활 환경의 개선으로 소재 산업에 있어서도점차 다양한 형태 및 구조를 갖는 금속 재료에 대한 요구가 증대되기에 이르렀다.Recently, with the development of various industries and the improvement of the living environment, the demand for metal materials having various forms and structures has gradually increased in the material industry.

종래의 금속 제품 혹은 가공품은 주지하는 바와 같이 금속괴 혹은 금속 분말을 사용하여 일정한 모양으로 성형하는 것이 일반적이며, 대부분의 범용 금속 재료는 상기 범주에 속한다.As is well known, conventional metal products or processed products are generally molded into a uniform shape using metal ingots or metal powders, and most general-purpose metal materials fall into this category.

그러나, 근래 들어 내부에 기공을 일정량 보유한 소위 다공성 금속 재료가 각종 산업에서 선보이기에 이르렀다. 이와 같은 다공성 금속 재료의 특징은 우선 내부에 충분한 기공을 확보함으로써, 기체나 액체에 함유된 입자들을 여과시킬 수 있는 필터로써의 성능을 가지는 동시에 통기성이 우수하고 열전도율이 좋기 때문에 효과적인 방열 재료로 사용할 수 있다는 장점이 있다.However, in recent years, so-called porous metal materials having a certain amount of pores therein have been introduced in various industries. The characteristic of such porous metal material is to secure sufficient pores inside, which can be used as an effective heat dissipation material because it has the performance as a filter that can filter particles contained in gas or liquid, and also has excellent breathability and good thermal conductivity. There is an advantage.

특히, 내부의 기공에 다른 특수한 기능을 갖는 물질을 채워 넣음으로써 다양한 복합 재료를 제조할 수 있는 모재로 사용 가능한 면을 지니고 있기 때문에 상기한 다공성 금속재료의 용도는 매우 다양하다.In particular, the use of the porous metal material described above is very versatile because it has a surface that can be used as a base material for manufacturing various composite materials by filling a material having a special function in the pores therein.

주지하는 바와 같이 다공성 금속 재료를 제조하는 방법에는 금속 분말을 원료로 사용하여 내부에 기공이 유지되도록 성형하여 얻는 방법, 금속 용탕에 기포를 생성시키면서 응고하는 발포 방법 및 폴리우레탄 폼(Poly Urethane Foam) 등의 다공성 모재에 금속 피막을 입힌 후 열 분해하여 모재를 제거하는 방법 등이 공업적으로 이용되고 있다.As is well known, a method of manufacturing a porous metal material is obtained by forming a metal powder as a raw material so that the pores are maintained therein, a foaming method that solidifies while generating bubbles in the molten metal, and a polyurethane foam. Background Art A method of removing a base material by thermal decomposition after coating a metal film on a porous base material such as is used industrially.

금속 분말을 원료로 사용하여 다공성 금속 재료를 제조하는 방법은 원하는 소재의 금속 분말을 기계적으로 압출 혹은 사출하여 열처리를 하는 비교적 단순한 공정을 통하여 제품을 생산할 수 있다는 장점은 있으나, 실제로 분말들이 서로 결합하였을 때 생기는 빈 공간이 그리 크지 않기 때문에 이 방법을 사용할 경우 공극율 50% 이상의 다공성 금속 재료를 제조하기가 불가능한 단점이 있다.The method of manufacturing a porous metal material using the metal powder as a raw material has the advantage that the product can be produced through a relatively simple process of heat treatment by mechanically extruding or injecting the metal powder of a desired material. Since the empty space generated is not so large, there is a disadvantage in that it is impossible to produce a porous metal material having a porosity of 50% or more.

또한, 금속 용탕에 기포를 생성시키는 발포 금속 제조법은 공극율이 비교적 큰 다공성 금속의 제조가 가능하나 금속을 용융시키기 위한 충분한 고온을 유지하여야 하기 때문에 에너지 비용이 많이 들고, 특히 발포 공정의 특성상 기포 크기를 일정하게 제어하는 것이 사실상 불가능하기 때문에 제품의 균질도가 크게 떨어지는 단점이 있다.In addition, the foamed metal manufacturing method for generating bubbles in the molten metal is capable of producing a porous metal having a relatively large porosity, but the energy cost is high because it must maintain a high temperature enough to melt the metal, in particular the bubble size due to the nature of the foaming process Since uniform control is virtually impossible, the homogeneity of the product is greatly reduced.

상기 다공성 금속 재료 제조와 관련하여 현재까지 발표된 자료로는 미국 특허 제 5,080,859호, 미국 특허 제 2,983,597호 및 일본 특허 제 02-50266호, 일본 특허 제 05-006762호, 일본 특허 제 53-009212호, 일본 특허 제 54-133431호 등에 기재된 방법이 있다.Data published to date regarding the manufacture of porous metal materials include US Patent No. 5,080,859, US Patent No. 2,983,597 and Japanese Patent No. 02-50266, Japanese Patent No. 05-006762, and Japanese Patent No. 53-009212. And Japanese Patent No. 54-133431 and the like.

상기 다공성 금속 재료의 제조 방법 가운데, 폴리우레탄 폼(PolyUrethane Foam) 등의 다공성 모재에 무전해 도금과 도금 공정을 주공정으로 한 다공성 금속 재료 제조 방법은 비교적 제조 비용이 저렴하고 생산성이 우수하며 공극율이 높은 제품의 제조도 가능하다는 장점은 있으나, 전기 도금 과정에서 다공성 재료의 구조적인 특징 때문에 재료의 부위에 따라 금속 피막의 두께가 불균일하게 형성된다는 문제가 있다.Among the methods of manufacturing the porous metal material, the porous metal material manufacturing method, which mainly uses electroless plating and plating processes on a porous base material such as polyurethane foam, is relatively inexpensive to manufacture, has high productivity, and has high porosity. Although there is an advantage that the manufacture of a high product is possible, there is a problem that the thickness of the metal film is formed unevenly according to the site of the material due to the structural characteristics of the porous material during the electroplating process.

즉, 양극(+)과 가까운 거리의 부위일수록 피막 두께가 두껍게 입혀지고, 재료 내부로 갈수록 전류량이 적게 흐르기 때문에 피막 두께가 얇아지며, 전기 도금을 장시간 할 수록 이와 같은 두께 편차는 더욱 커진다.In other words, the thickness of the film is increased as the portion closer to the anode (+), and the film thickness becomes thinner because the amount of current flows toward the inside of the material, and the thickness variation becomes larger as the electroplating is performed for a long time.

따라서, 상기 방법으로 제조한 다공성 금속 재료는 제품의 폭이 제한되어 있고, 더욱이 금속 피막을 두껍게 형성시키기가 곤란하여 무전해 도금과 전기 도금법으로 제조한 다공성 금속 재료는 우수한 비표면적과 공극율에도 불구하고 사용범위가 제한되어 있으며, 특히 강도를 요구하는 용도에는 거의 사용이 불가능한 단점이 있다Therefore, the porous metal material produced by the above method is limited in the width of the product, and furthermore, it is difficult to form a thick metal film, so that the porous metal material prepared by the electroless plating and the electroplating method, despite the excellent specific surface area and porosity The range of use is limited, and especially in applications requiring strength, there is a disadvantage that it is almost impossible to use

그러나, 향후 첨단 산업에서 요구하는 재료의 가장 중요한 물성 중의 하나가 강도이기 때문에 종래의 무전해 도금과 전기 도금으로 이루어지는 다공성 금속재료의 제조 방법에 대한 개선이 불가피하게 요구되고 있다.However, since one of the most important physical properties of the material required in the high-tech industry in the future, the improvement of the conventional method for producing a porous metal material consisting of electroless plating and electroplating is inevitably required.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 폴리우레탄 폼을 모재로 사용하여 무전해 도금과 전기 도금 공정을 통하여 다공성 금속 재료를 제조하는 경우에 있어서, 용액확산 도금법을 도입함으로써 다공성 금속재료 전부위의 금속피막 두께를 균일화함과 동시에 폭이 비교적 크고, 고강도를 요구하는 용도에 사용할 수 있도록 두꺼운 피막이 형성된 다공성 금속 재료의 제조를 가능하게 해 주는 용액 확산 도금법을 이용한 다공성 금속 재료 제조 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and its object is to produce a porous metal material through electroless plating and electroplating by using a polyurethane foam as a base material. The porous film using a solution diffusion plating method enables the production of a porous metal material having a thick film to be used for applications requiring a relatively large width and high strength while uniformizing the thickness of the metal film on all the porous metal materials. A metal material manufacturing method is provided.

도 1은 본 발명에 따른 용액 확산 도금법을 이용한 다공성 금속 재료 제조 방법에 따라 도금하기 위한 전해조의 구조를 설명하기 위한 구성도.1 is a block diagram for explaining the structure of the electrolytic cell for plating according to the porous metal material manufacturing method using the solution diffusion plating method according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 전해조 12 : 격판10: electrolytic cell 12: diaphragm

16 : 여과포 20 : 고농도부16: filter cloth 20: high concentration part

25 : 저농도부 30 : 폴리우레탄 폼25: low concentration part 30: polyurethane foam

35 : 구리판35 copper plate

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다공성 물질을 모재로 사용하여 무전해 도금과 전기 도금을 통하여 모재에 금속 피막을 입혀서 다공성 금속 재료를 제조하는 방법에 있어서, 다공성 물질로 된 모재를 무전해 도금법으로 금속 피막을형성하는 단계와; 미세 기공을 가지는 분리막에 의하여 분리된 전해조의 어느 한 쪽은 금속 이온 농도를 높게 하여 고농도부를 형성하고, 다른 한 쪽은 금속 이온 농도를 상대적으로 낮게 하여 저농도부를 형성하는 단계와; 상기 저농도부에 무전해 도금법으로 금속 피막이 형성된 모재와 금속 이온을 공급하는 금속을 설치하는 단계; 및 상기 금속에는 양극을 인가하고, 모재에는 음극을 인가함으로써, 고농도부에서 저농도부로 진행되는 이온의 확산 및 상기 금속의 전기 분해에 의하여 상기 모재에 균일한 두께의 금속 피막을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용액 확산 도금법을 이용한 다공성 금속재료 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a method for producing a porous metal material by coating a metal film on the base material through electroless plating and electroplating using a porous material as a base material, the electroless base material made of a porous material Forming a metal film by a plating method; One of the electrolyzers separated by the separator having fine pores forms a high concentration portion by increasing the metal ion concentration, and the other side forms a low concentration portion by relatively lowering the metal ion concentration; Installing a base material on which a metal film is formed and a metal supplying metal ions to the low concentration part by an electroless plating method; And forming a metal film having a uniform thickness on the base material by applying an anode to the metal and applying a cathode to the base material by diffusion of ions from the high concentration part to the low concentration part and electrolysis of the metal. Provided is a method of manufacturing a porous metal material using a solution diffusion plating method.

상기 금속은 구리, 니켈, 철, 크롬, 아연, 및 이들의 합금들 중에서 적어도 어느 한 금속을 선택 도금하여, 선택된 금속의 전기적 특성, 화학적 특성, 기계적 특성에 맞는 용도로 이용한다.The metal is plated with at least one metal among copper, nickel, iron, chromium, zinc, and alloys thereof, and used for the purpose of matching the electrical, chemical and mechanical properties of the selected metal.

상기 전해조의 금속 이온은 상기 금속과 동일한 금속으로 조성된 금속염을 이용하여 생성하고, 상기 전해조의 고농도부와 저농도부에 함유되는 금속 이온의 농도 비율은 6∼8 : 1로 이루어진다.The metal ions of the electrolytic cell are generated using a metal salt composed of the same metal as the metal, and the concentration ratio of metal ions contained in the high and low concentration parts of the electrolytic cell is 6 to 8: 1.

상기 도금 재료인 금속 및 금속 이온이 구리인 경우에 고농도부의 구리 이온 농도는 5∼10g/ℓ, 저농도부의 구리 이온 농도는 40∼60g/ℓ로 이루어지고, 상기 모재에 인가되는 전원의 음극 전류 밀도는 1∼5mA/cm2이다.When the metal and metal ions, which are the plating materials, are copper, the copper ion concentration in the high concentration portion is 5 to 10 g / l, and the copper ion concentration in the low concentration portion is 40 to 60 g / l, and the cathode current density of the power source applied to the base material is Is 1-5 mA / cm 2 .

상기 모재는 상기 분리막에 밀착 설치되어, 상기 고농도부에서 저농도부로의 확산되는 이온의 이동이 상기 모재를 통해서만 이루어지도록 하고, 상기 모재는 무전해 도금이 가능하면서 열 분해가 가능한 물질인 폴리우레탄 폼을 이용한다.The base material is installed in close contact with the separator so that the movement of ions diffused from the high concentration part to the low concentration part is made only through the base material, and the base material is a polyurethane foam which is electroless plating and thermally decomposable. I use it.

그리고, 상기 다공성 물질인 모재를 제거하여 다공성 금속 재료를 생성하기 위하여, 상기 모재를 열 분해하여 제거하는 단계를 더 포함한다.The method further includes removing the base material by thermal decomposition to remove the base material as the porous material to generate the porous metal material.

상기 모재에 도금되는 금속의 두께 제어는 모재에 인가되는 전원의 전류 밀도와, 전해조 내의 금속 이온 농도 및 농도차, 도금 시간 중에서 적어도 어느 하나를 선택 변경하여 제어한다.The thickness control of the metal to be plated on the base metal is controlled by selectively changing at least one of a current density of a power source applied to the base metal, a metal ion concentration and concentration difference in the electrolytic cell, and a plating time.

상기와 같은 본 발명은 제조하기 곤란한 폭이 큰 다공성 금속 재료의 제조가 가능하고, 금속 피막 두께를 두껍게 형성할 수 있으므로 강도가 향상된 다공성 금속 재료를 용이하게 만들 수 있는 장점이 있다.The present invention as described above has the advantage that it is possible to manufacture a porous metal material having a large width that is difficult to manufacture, and to form a thick metal film thickness, so that the porous metal material having improved strength can be easily made.

그리고, 본 발명의 방법에 의한 제조 대상 다공성 금속 재료는 구리, 니켈, 철, 크롬, 아연 및 각종 합금으로써, 특히 폭이 크고 강도를 요구하는 복합 재료 및 건축 자재용의 다공성 금속재료 제조에 효과적으로 적용될 수 있다.In addition, the porous metal material to be manufactured by the method of the present invention is copper, nickel, iron, chromium, zinc and various alloys, and is particularly applicable to the production of porous metal materials for composite materials and building materials, which require wide and high strength. Can be.

본 발명에 의한 다공성 금속재료의 제조방법을 예를 들어 상세히 설명하면, 우선 모재로 이용되는 폴리우레탄 폼(Ploy Urethane Foam)을 원하는 크기(가로 ×세로 ×두께)에 맞추어 재단한 다음 무전해 도금을 위한 전처리를 시행한다.For example, a method of manufacturing a porous metal material according to the present invention will be described in detail. First, a polyurethane foam used as a base material is cut to a desired size (width × length × thickness), and then electroless plating is performed. Pretreatment is done.

상기 폴리우레탄 폼은 열린 기공(Open Cell)을 가진 발포 수지여야 함은 물론이며, 단위 면적당 기공 크기 및 개수는 다양한 규격으로 시판되고 있는 것 가운데 적당한 것을 선택할 수 있다.Of course, the polyurethane foam should be a foamed resin having open pores (Open Cell), and the pore size and number per unit area may be selected from those that are commercially available in various standards.

본 발명에서는 30ppi(pores per inch) 규격의 폴리우레탄 폼을 사용하여 실험하였으며, 무전해 도금에 앞서 에탄올로 표면을 세척해 준 다음 염화제일주석염용액과 염화팔라듐 용액을 이용하여 각각 10분간 감수성 처리와 활성화 처리를 실시한다.In the present invention, the experiment was carried out using a polyurethane foam of 30ppi (pores per inch) standard, and the surface was washed with ethanol prior to electroless plating, and then subjected to susceptibility treatment for 10 minutes using a tin chloride salt solution and a palladium chloride solution, respectively. And activation processing.

상기 활성화 처리가 끝난 폴리우레탄 폼은 물로 깨끗이 세척한 다음 충분히 건조하여 통상적인 구리 무전해 도금을 실시한다.The activated polyurethane foam is washed thoroughly with water and then sufficiently dried to perform conventional copper electroless plating.

상기 무전해 도금을 위한 도금액으로는 황산구리(Cu2SO4)와 차아인산나트륨(Na[H2PO2])을 주성분으로 하는 산성 도금액을 사용하여, 도금온도 90℃, pH 4.5의 조건에서 30분간 무전해 도금을 하게 되나, 본 발명에서는 무전해 도금액의 종류나 구체적인 도금 조건에 대하여 제한을 두지는 않는다. 또한, 구리 무전해 도금 대신에 니켈 무전해 도금을 실시하여도 무방하다.As the plating solution for electroless plating, an acidic plating solution containing copper sulfate (Cu 2 SO 4 ) and sodium hypophosphite (Na [H 2 PO 2 ]) as a main component was used at a plating temperature of 90 ° C. and pH 4.5 at 30 ° C. Although electroless plating is performed for a minute, the present invention does not limit the type of electroless plating solution or specific plating conditions. In addition, nickel electroless plating may be performed instead of copper electroless plating.

상기한 무전해 도금의 목적은 폴리우레탄 폼에 전도성을 부여함으로써 후속 공정인 전기 도금을 원만히 수행하게 하기 위한 것이다.The purpose of the electroless plating is to impart conductivity to the polyurethane foam so as to smoothly perform the subsequent process of electroplating.

상기 공정 처리를 통하여 금속 피막이 입혀진 폴리우레탄 폼은 도 1에서 보는 바와 같은 전해조(10)에 장착하여 구리 도금을 실시한다.Polyurethane foam coated with a metal coating through the process treatment is mounted on the electrolytic cell 10 as shown in FIG. 1 to perform copper plating.

여기서, 상기 전해조(10)는 그 중간에 중공부가 형성된 격벽(12)에 의하여 2개의 공간으로 분리된다.Here, the electrolytic cell 10 is separated into two spaces by the partition 12 having a hollow portion in the middle thereof.

상기 격벽(12)의 중공부에는 미세한 기공을 가지는 여과포(Filter Cloth; 16)가 설치되고, 상기 2개의 공간으로 분리된 전해조(10)의 제 1공간에는 높은 이온 농도의 전해액을 채워서 고농도부(20)로 형성하고, 제 2공간에는 상기 고농도부(20)의 전해액보다 상대적으로 이온 농도가 낮은 전해액을 채워저농도부(25)로 형성한다.A filter cloth 16 having fine pores is installed in the hollow portion of the partition 12, and the first space of the electrolytic cell 10 separated into the two spaces is filled with an electrolyte having a high ion concentration to provide a high concentration portion ( 20), and the second space is filled with the electrolyte having a lower ion concentration than the electrolyte of the high concentration portion 20 to form the low concentration portion 25.

그리고, 상기 저농도부(25)의 격벽(12) 쪽에 무전해 도금법에 의하여 구리가 도금된 폴리우레탄 폼(30)이 상기 여과포(16)에 밀착되도록 설치되고, 전기 분해에 의하여 구리 이온을 공급하는 금속(35)이 상기 폴리우레탄 폼(30)과 통상적인 전기 분해법과 같은 통상적인 거리를 두고 이격되어 설치되어, 금속(35)에는 양극, 폴리우레탄 폼(30)에는 음극이 인가된다. 이 상태에서 음극 전류 밀도 1∼5mA/cm2, 상온의 조건으로 구리 도금을 실시한다.In addition, a polyurethane foam 30 plated with copper by an electroless plating method is installed on the partition 12 side of the low concentration part 25 so as to be in close contact with the filter cloth 16 to supply copper ions by electrolysis. The metal 35 is spaced apart from the polyurethane foam 30 at a conventional distance such as a conventional electrolysis method, so that the anode is applied to the metal 35 and the cathode is applied to the polyurethane foam 30. In this state, copper plating is performed under conditions of a cathode current density of 1 to 5 mA / cm 2 and room temperature.

여기서, 상기 저농도부(25)에는 Cu : 5∼10g/ℓ, H2SO4: 100g/ℓ 조성을 갖는 용액을 채우고, 고농도부(20)에는 Cu : 40∼60g/ℓ, H2SO4: 100 g/ℓ 조성을 갖는 용액을 각각 채운다.Here, the low concentration portion 25 is filled with a solution having a composition of Cu: 5 to 10 g / l, H 2 SO 4 : 100 g / l, and the high concentration portion 20 is formed of Cu: 40 to 60 g / l, H 2 SO 4 : Each solution is filled with a 100 g / L composition.

그리고, 상기 고농도부(20)와 저농도부(25)의 농도 차이는 6∼8 : 1로 조성하는데, 상기 농도 및 농도 차이는 이온의 확산 속도와 관계를 갖기 때문에 폴리우레탄 폼(30)에 형성된 금속 도금층의 두께를 고려하여 조성하면 된다.In addition, the concentration difference between the high concentration portion 20 and the low concentration portion 25 is 6 to 8: 1, the concentration and the concentration difference is formed in the polyurethane foam 30 because it has a relationship with the diffusion rate of ions What is necessary is just to consider the thickness of a metal plating layer, and to make a composition.

따라서, 고농도부(20)와 저농도부(25)의 구리 이온 농도가 서로 다르기 때문에 시간이 경과함에 따라 고농도부(20)로부터 여과포(16)를 통하여 저농도부(25)로 이온 확산이 일어난다.Therefore, since the copper ion concentrations of the high concentration portion 20 and the low concentration portion 25 are different from each other, ion diffusion occurs from the high concentration portion 20 to the low concentration portion 25 through the filter cloth 16 over time.

상기한 바와 같은 본 발명의 구리 도금법을 이용할 경우 양극(+)에서 음극(-)으로 흐르는 전류 방향과는 반대로 도금 용액 중의 구리 이온의 농도는 여과포(16)에 가까울수록 높은 반면, 여과포(16)로부터 멀어질수록 점차로 낮아지는 농도 편차가 발생한다.When the copper plating method of the present invention is used as described above, the concentration of copper ions in the plating solution is higher as it approaches the filter cloth 16, as opposed to the direction of current flowing from the anode (+) to the cathode (−). Farther away from, a gradually lower concentration deviation occurs.

상기한 농도 편차는 여과포(16)의 기공 크기와 도금 속도, 두 부분의 초기 구리 이온 농도 등에 따라 좌우되나, 본 발명에서는 농도 편차 범위나 이를 제어하기 위한 구체적인 방법에 제한을 두지는 않는다.The above-described concentration deviation depends on the pore size and the plating speed of the filter cloth 16, the initial copper ion concentration of the two parts, and the like, but the present invention does not limit the range of the concentration deviation or a specific method for controlling the same.

상기한 본 발명의 방법으로 구리 도금을 실시할 경우, 양극(+)에서 가까울수록 도달하는 전류량이 커서 도금이 진행됨에 따라 도금 피막 두께가 먼 부위의 두께보다 두꺼워지는 불균일한 도금 진행을 구리 이온 농도 편차에 의한 이온 확산을 통하여 방지할 수 있는 것이다.When copper plating is carried out by the above-described method of the present invention, the closer to the anode (+), the greater the amount of current that reaches and thus the plating progresses. This can be prevented through ion diffusion due to deviation.

본 발명에서는 상기 구리 도금액에 있어서 미량 첨가제를 첨가하거나 혹은 특정한 도금액을 사용하는 것에 대하여 별도의 제한을 두지는 않으며, 또한 본 발명의 방법은 단지 구리도금 뿐만 아니라 상기한 니켈, 철, 크롬, 아연 및 각종 합금 도금의 경우에도 동일하게 적용할 수 있는 특징이 있다.In the present invention, no particular limitation is imposed on adding a trace additive or using a specific plating solution in the copper plating solution, and the method of the present invention is not only copper plating but also nickel, iron, chromium, zinc and In the case of various alloy plating, there is a feature that can be similarly applied.

상기 본 발명의 방법에 의한 전기 도금을 실시하여 균일한 두께의 구리 피막이 입혀진 폴리우레탄 폼은 전기로에 장입하여 통상적인 열분해 과정을 통해 분해 제거하거나, 혹은 다공성 금속 재료 내부에 폴리우레탄이 잔류하여도 무방한 경우에는 그대로 최종 제품으로 생산하게 된다.Polyurethane foam coated with a copper film having a uniform thickness by carrying out the electroplating according to the method of the present invention may be charged into an electric furnace to be decomposed and removed through a conventional pyrolysis process, or polyurethane may remain inside a porous metal material. In one case, the final product is produced as is.

본 발명의 방법으로 다공성 금속 재료를 제조하는 경우 종래의 무전해 도금과 전기 도금 방법으로는 제조하기 곤란한 두께 20mm 이상의 다공성 금속 재료를 매우 균일하게 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한, 종래의 전기 도금법으로는 도금을 오래할수록 재료 부위에 따라 점점 금속 피막 두께 편차가 커지기 때문에 금속을 두껍게 입힐 수가 없었으나, 본 발명의 방법은 균일한 피막을 형성시킴으로써 금속 피막 두께를 임의로 조절할 수 있기 때문에 고강도의 다공성 금속재료 제조가 가능하다는 특징이 있다.When the porous metal material is manufactured by the method of the present invention, there is an advantage that a porous metal material having a thickness of 20 mm or more that is difficult to manufacture by the conventional electroless plating and electroplating method can be very uniformly produced. In addition, in the conventional electroplating method, the metal coating thickness could not be increased because the thickness of the metal film gradually increased according to the material region as the plating was longer, but the method of the present invention can arbitrarily control the metal film thickness by forming a uniform film. Since it is possible to manufacture a high-strength porous metal material.

이하, 본 발명에 따른 용액 확산 도금법을 이용한 다공성 금속 재료 제조 방법을 실시예를 통해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of preparing a porous metal material using the solution diffusion plating method according to the present invention will be described in detail with reference to Examples.

1. 제 1실시예1. First embodiment

30ppi(pores per inch) 규격의 폴리우레탄 폼을 가로 10cm, 세로 10cm, 두께 3cm 의 크기로 절단한 후에, 에탄올로 표면을 세척하고 염화제일주석염 용액과 염화팔라듐 용액을 이용하여 각각 10 분간 감수성 처리와 활성화 처리를 한다.After cutting 30 ppi (pores per inch) polyurethane foam into 10 cm wide, 10 cm wide, and 3 cm thick surfaces, the surface is washed with ethanol and susceptible to treatment for 10 minutes using a solution of stannous chloride and palladium chloride. And activation process.

상기 과정이 끝난 폴리우레탄 폼은 황산구리와 차아인산나트륨을 주성분으로 하는 산성 도금액을 사용하여 90℃, pH 4.5에서 30분간 구리 무전해 도금을 실시한 다음 도 1에서 보는 바와 같이, 전해조(10)의 저농도부(25)에 장착하였다.After the above-mentioned polyurethane foam is subjected to copper electroless plating at 90 ° C. and pH 4.5 for 30 minutes using an acidic plating solution containing copper sulfate and sodium hypophosphite as the main components, as shown in FIG. 1, the low concentration of the electrolytic cell 10 is achieved. It mounted to the part 25.

이때, 고농도부(20)에는 Cu : 40g/ℓ, H2SO4: 100g/ℓ 조성의 용액 5ℓ를, 또한 저농도부(25)에는 Cu : 5g/ℓ, H2SO4: 100g/ℓ 조성의 용액 8ℓ를 각각 채우며, 무전해 도금으로 구리 피막이 형성된 폴리우레탄 폼(30)은 가능한 한 격판(12)에 밀착시켜 전원의 음극에 연결시킨다. 한편, 양극(+)으로 사용한 구리판(35)은 폴리우레탄 폼(30)과 적당한 거리를 두고 전원에 연결되며, 도금 온도는 상온으로 한다.At this time, the high concentration portion 20, Cu: 40g / ℓ, H 2 SO 4 : 100g / ℓ 5L solution of the composition, and the low concentration 25, Cu: 5g / ℓ, H 2 SO 4 : 100g / ℓ composition Each of 8 L of solutions is filled, and the polyurethane foam 30 in which the copper film is formed by electroless plating is connected as close to the diaphragm 12 as possible and connected to the negative electrode of the power source. On the other hand, the copper plate 35 used as the anode (+) is connected to the power supply at an appropriate distance from the polyurethane foam 30, the plating temperature is at room temperature.

이 상태에서 음극 전류 밀도 1mA/cm2의 도금 조건으로 20시간 구리 도금을수행하는 방법으로 폴리우레탄 폼(30)에 구리 피막을 입힌다.In this state, a copper film is coated on the polyurethane foam 30 by a method of performing copper plating for 20 hours under plating conditions of a cathode current density of 1 mA / cm 2 .

상기한 바와 같은 본 발명의 방법으로 제조한 다공성 금속 재료의 균일성을 조사하기 위하여 폴리우레탄 폼(30)의 구리판(35) 쪽의 면(전면)을 기준으로 1cm 간격으로 절단하여 부위별 평균 피막 두께를 측정하였다.In order to investigate the uniformity of the porous metal material prepared by the method of the present invention as described above, the average coating film for each part was cut at intervals of 1 cm based on the surface (front side) of the copper plate 35 side of the polyurethane foam 30. The thickness was measured.

본 발명의 방법으로 제조한 다공성 금속 제품과 종래의 통상적인 전기 도금법을 사용한 제품과의 균일성을 비교한 결과 표 1에서 보는 바와 같이 종래의 전기도금법에 비해 본 발명에 의한 제조법이 균일성에 있어서 월등히 우수한 것으로 나타났다.As a result of comparing the uniformity between the porous metal product manufactured by the method of the present invention and the product using a conventional conventional electroplating method, as shown in Table 1, the manufacturing method according to the present invention is much more uniform in comparison with the conventional electroplating method. Found to be excellent.

다공성 금속재료 균일성 측정 결과Measurement result of uniformity of porous metal material 전면 기준 이격 거리(cm)Front reference clearance (cm) 00 1One 22 33 본 발명의 제조 방법(㎛)Manufacturing method of the present invention (μm) 2424 2323 2222 2222 종래의 제조 방법(㎛)Conventional Manufacturing Method (µm) 4343 3131 1313 66

2. 제 2실시예2. Second Embodiment

상기 제 1실시예와 동일한 규격과 크기를 가진 폴리우레탄 폼(30)을 상기 제 1실시예와 동일한 방법으로 감수성 처리와 활성화 처리 및 구리 무전해 도금을 실시하였다.The polyurethane foam 30 having the same specification and size as in the first embodiment was subjected to the susceptibility treatment, the activation treatment and the copper electroless plating in the same manner as in the first embodiment.

무전해 도금이 끝난 폴리우레탄 폼(30)을 도 1에서와 같이 전해조(10)의 저농도부(25)에 장착한 다음, 고농도부(20)에는 Cu : 60g/ℓ, H2SO4: 100g/ℓ 조성의 용액 5ℓ를, 또한 저농도부(25)에는 Cu : 10g/ℓ, H2SO4: 100g/ℓ 조성의 용액 8ℓ를 각각 채운다.The electroless plated polyurethane foam 30 was mounted on the low concentration portion 25 of the electrolytic cell 10 as shown in FIG. 1, and then the high concentration portion 20 had Cu: 60 g / L and H 2 SO 4 : 100 g. / a solution 5ℓ ℓ of the composition, and a low density area 25, Cu: fill the solution 8ℓ of 100g / ℓ each composition: 10g / ℓ, H 2 SO 4.

이하 상기 제 1실시예와 동일한 방법으로 음극 전류 밀도 5mA/cm2의 도금 조건으로 8시간 구리 도금을 수행하는 방법으로 폴리우레탄 폼(30)에 구리 피막을 입힌다.Hereinafter, a copper film is coated on the polyurethane foam 30 by a method of performing copper plating for 8 hours under plating conditions of a cathode current density of 5 mA / cm 2 in the same manner as in the first embodiment.

상기한 바와 같은 본 발명의 방법으로 제조한 다공성 금속 재료의 균일성을 상기 제 1실시예와 같은 방법으로 측정한 결과, 표 2에서 보는 바와 같이 종래 방식의 전기 도금법에 비해 균일성이 매우 우수한 것으로 나타났다.As a result of measuring the uniformity of the porous metal material prepared by the method of the present invention as described above in the same manner as in the first embodiment, as shown in Table 2, the uniformity is very excellent compared to the conventional electroplating method. appear.

다공성 금속재료 균일성 측정결과Result of measuring uniformity of porous metal material 전면기준 이격 거리(cm)Front separation distance (cm) 00 1One 22 33 본 발명의 제조방법(㎛)Manufacturing method of the present invention (㎛) 4949 4747 4646 4444 종래의 제조방법(㎛)Conventional Manufacturing Method (µm) 7676 5858 3636 1515

상기 실시예에서는 구리 및 구리 이온을 이용한 도금법에 대하여 설명하였으나, 본 발명에 따라 제조된 다공성 금속 재료를 사용하는 용도에 따라서 요구되는 전기적 특성, 화학적 특성, 기계적 특성을 고려하여 도금되는 금속 및 금속 이온을 선택하여 도금한다.In the above embodiment, the plating method using copper and copper ions has been described, but the metal and metal ions to be plated in consideration of the electrical, chemical and mechanical properties required according to the use of the porous metal material prepared according to the present invention. Select and plate.

다시 말하면, 전기적 특성이 우수한 다공성 금속 재료를 필요로 하는 전기 전자 부품용으로 이용할 때에는 전기 전도도 특성이 우수한 구리를 이용하며, 기계적 특성이 요구되는 분야에는 철, 니켈, 크롬을 이용함으로써, 사용 분야의 요구 특성을 만족시킬 수 있는 것이다.In other words, copper is used for electric and electronic parts that require a porous metal material having excellent electrical properties, and iron, nickel, and chromium are used for fields requiring mechanical properties. It can satisfy the required characteristics.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 폴리우레탄 폼을 모재로 사용하여 무전해 도금과 전기 도금 공정을 통하여 다공성 금속 재료를 제조하는 경우에는, 통상적인 전기 도금에서 양극(+)에서 가까울수록 도달하는 전류량이 커서 도금이 진행됨에 따라 도금피막 두께가 먼 부위의 두께보다 두꺼워지는 불균일한 도금 진행을 도금액 중의 농도 편차에 의한 이온 확산을 통하여 방지할 수 있기 때문에 종래의 무전해 도금과 전기 도금 방법으로는 제조하기 곤란한 두께 20mm 이상의 다공성 금속 재료를 매우 균일하게 제조할 수 있다.According to the present invention made as described above, when the porous metal material is manufactured through the electroless plating and the electroplating process using the polyurethane foam as the base material, the amount of current reached closer to the anode (+) in the conventional electroplating. As the plating progresses, it is possible to prevent the non-uniform plating process, in which the thickness of the plating film becomes thicker than that of the distant part, by preventing ion diffusion due to the variation in the concentration in the plating solution. A porous metal material having a difficult thickness of 20 mm or more can be produced very uniformly.

또한, 종래의 전기 도금법으로는 도금을 오래할수록 재료 부위에 따라 점점 금속 피막 두께 편차가 커지기 때문에 금속을 두껍게 입힐 수가 없었으나, 본 발명의 방법은 균일한 피막을 형성시킴으로써 금속 피막 두께를 임의로 조절할 수 있기 때문에 고강도의 다공성 금속재료 제조가 가능하다는 특징이 있다.In addition, in the conventional electroplating method, the metal coating thickness could not be increased because the thickness of the metal film gradually increased according to the material region as the plating was longer, but the method of the present invention can arbitrarily control the metal film thickness by forming a uniform film. Since it is possible to manufacture a high-strength porous metal material.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and the general knowledge in the technical field to which the present invention pertains without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be made by those who possess.

Claims (11)

다공성 물질을 모재로 사용하여 무전해 도금과 전기 도금을 통하여 모재에 금속 피막을 입혀서 다공성 금속 재료를 제조하는 방법에 있어서,In a method of manufacturing a porous metal material by coating a base metal film through electroless plating and electroplating using a porous material as a base material, 다공성 물질로 된 모재를 무전해 도금법으로 금속 피막을 형성하는 단계와;Forming a metal film on the base material of the porous material by electroless plating; 미세 기공을 가지는 분리막에 의하여 분리된 전해조의 어느 한 쪽은 금속 이온 농도를 높게 하여 고농도부를 형성하고, 다른 한 쪽은 금속 이온 농도를 상대적으로 낮게 하여 저농도부를 형성하는 단계와;One of the electrolyzers separated by the separator having fine pores forms a high concentration portion by increasing the metal ion concentration, and the other side forms a low concentration portion by relatively lowering the metal ion concentration; 상기 저농도부에 무전해 도금법으로 금속 피막이 형성된 모재와 금속 이온을 공급하는 금속을 설치하는 단계; 및Installing a base material on which a metal film is formed and a metal supplying metal ions to the low concentration part by an electroless plating method; And 상기 금속에는 양극을 인가하고, 모재에는 음극을 인가함으로써, 고농도부에서 저농도부로 진행되는 이온의 확산 및 상기 금속의 전기 분해에 의하여 상기 모재에 균일한 두께의 금속 피막을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용액 확산 도금법을 이용한 다공성 금속재료 제조 방법.The anode is applied to the metal and the cathode is applied to the base material, thereby forming a metal film having a uniform thickness on the base material by diffusion of ions proceeding from the high concentration part to the low concentration part and electrolysis of the metal. Porous metal material production method using a solution diffusion plating method. 제 1항에 있어서, 상기 금속은 구리, 니켈, 철, 크롬, 아연, 및 이들의 합금들 중에서 적어도 어느 한 금속인 것을 특징으로 하는 용액 확산 도금법을 이용한 다공성 금속 재료 제조 방법.The method of claim 1, wherein the metal is at least one of copper, nickel, iron, chromium, zinc, and alloys thereof. 제 1항에 있어서, 상기 전해조의 금속 이온은 상기 금속과 동일한 금속으로 조성된 금속염을 이용하여 생성하는 것을 특징으로 하는 용액 확산 도금법을 이용한 다공성 금속 재료 제조 방법.2. The method of claim 1, wherein the metal ions of the electrolytic cell are generated using a metal salt composed of the same metal as the metal. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 모재는 폴리우레탄 폼인 것을 특징으로 하는 용액 확산 도금법을 이용한 다공성 금속 재료 제조 방법.The method of claim 1, wherein the base material is a polyurethane foam. 삭제delete 삭제delete
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