KR100659247B1 - 다공질 금속체의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, (1) 밀폐 용기내에서 감압하에 금속 원료를 상온에서 금속의 융점 미만의 온도 영역으로 유지함으로써, 금속 원료의 탈기를 행하는 공정; (2) 상기 밀폐 용기내에 가스를 도입하여, 가압하에 금속 원료를 용융시키고 또한, 가스를 용융 금속중에 용해시키는 공정; 및 (3) 상기 밀폐 용기내의 가스압 및 용융 금속의 온도를 제어하면서, 용융 금속을 냉각 응고시킴으로써, 다공질 금속체를 형성시키는 공정을 구비한 다공질 금속체의 제조 방법을 제공한다.
다공질 금속체, 용융 금속, 탈기, 기공률

Description

다공질 금속체의 제조 방법{PRODUCTION METHOD FOR POROUS METAL BODY}
본 발명은, 다공질 금속체의 제조 방법에 관한 것이다.
다공질 금속체 및 그 제조 방법은 잘 알려져 있다. 예를 들면, 미국 특허 제 5,181,549 호 명세서는, 용융 금속 원료 내에 가압하에 수소 또는 수소 함유 가스를 용해시킨 후, 온도 및 압력을 제어하면서 용융 금속을 냉각 응고시킴으로써 다공질 금속체를 제조하는 방법을 개시하고 있다.
그러나, 이 방법에는, (1) 우수한 특성을 가지는 다공질 금속체를 얻기 위해서는, 원료로서 초고순도 금속을 사용할 필요가 있고, (2) 원료 금속 내에 산소, 질소, 수소 등의 불순물이 포함되어 있는 경우에는, 이들이 다공질 금속체중에 잔존하기 때문에, 다공질 금속체의 특성이 저해되어, 그 사용 분야가 제한되며, (3) 용융 금속 내에 용해시키는 가스로서, 수소 또는 수소 함유 가스를 사용하기 때문에, 금속 종류가, 수소 흡수에 의한 특성 열화를 발생시키지 않는 것에 한정된다는 등의 실용상의 큰 문제점이 있다.
본 발명자는, 종래의 다공질 금속체 제조 기술에 있어서의 상기의 문제점에 착안하여 연구를 진행한 결과, 금속 원료의 용융전 및 용융 과정에서, 금속 내에 포함되는 불순물 함유량을 소정값 이하로 감소시켜 둠으로써, 최종적으로 고품질의 다공질 금속체를 얻을 수 있음을 발견했다.
즉, 본 발명은, 이하에 설명하는 다공질 금속체의 제조 방법을 제공한다.
1. 하기의 공정을 구비한 다공질 금속체의 제조방법:
(1) 밀폐 용기 내에서 감압하에 금속 원료를 상온에서 금속의 융점 미만의 온도 영역으로 유지함으로써, 금속 원료의 탈기행하는 공정;
(2) 상기 밀폐 용기 내에 가스를 도입하여, 가압하에 금속 원료를 용융시키고 또한, 가스를 용융 금속중에 용해시키는 공정; 및
(3) 상기 밀폐 용기 내의 가스압 및 용융 금속의 온도를 제어하면서, 용융 금속을 주형내에서 냉각 응고시킴으로써, 다공질 금속체를 형성시키는 공정.
2. 제1항에 있어서, 금속이, 철, 구리, 니켈, 코발트, 마그네슘, 알루미늄, 티탄, 크롬, 텅스텐, 망간, 몰리브덴, 베릴륨 및 이들 금속중 적어도 1종을 포함하는 합금으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 다공질 금속체의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 공정 (1)에서의 감압 조건이, 10-1Torr 이하인 다공질 금속체의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 공정 (1)에서의 감압 조건이, 10-1∼10-6 Torr의 범위내 에 있는 다공질 금속체의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 공정 (1)에서의 금속 재료를 금속의 융점보다도 50∼200℃ 낮은 온도 영역의 범위로 유지하는 다공질 금속체의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 공정 (2) 및 공정 (3)에서 사용되는 가스는, 수소, 질소, 아르곤 및 헬륨 중 적어도 1종인 다공질 금속체의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 공정 (2)에서의 가압 조건이, 0.1∼10 MPa의 범위내에 있는 다공질 금속체의 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 공정 (2)에서의 가압 조건이, 0.2∼2.5 MPa의 범위내에 있는 다공질 금속체의 제조 방법.
9. 제1항에 있어서, 공정(3)에 있어서, 밀폐 용기에서 냉각 장치를 구비한 주형으로 용융 금속을 주입하는 다공질 금속체의 제조 방법.
10. 제1항에 있어서, 공정 (3)에 있어서, 용융 금속의 냉각 응고를 연속 주조(鑄造) 방식에 의해 행하는 다공질 금속체의 제조 방법.
발명의 구체적 형태
본 발명에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 먼저, 다공질체의 제조 원료가 되는 금속을 밀폐 구조의 용기 내에 수용하고, 감압하에 상온에서 금속의 융점 미만의 온도로 유지함으로써, 금속 원료의 탈기(degas)를 수행하는 〔공정(1)〕.
이어서, 탈기를 종료한 금속 재료를 소정 가스에 의한 가압하에 가열하여, 용융시키고 또한, 용융 금속중에 가스를 용해시키는 〔공정(2)〕.
이어서, 원료 금속과 가압 가스의 종류에 따라, 밀폐 용기내의 가스압 및 용융 금속의 온도를 제어하면서, 용융 금속을 냉각 응고시킴으로써, 원하는 다공질 금속체를 형성시키는 〔공정(3)〕.
금속 원료로서는, 철, 구리, 니켈, 코발트, 마그네슘, 알루미늄, 티탄, 크롬, 텅스텐, 망간, 몰리브덴, 베릴륨 및 이들 금속중 적어도 1종을 포함하는 합금을 사용할 수 있다.
2종 이상의 단체(單體) 금속의 적절한 조합으로 이루어지는 원료 금속을 밀폐 용기에 수용하여 탈기를 수행해도 좋다. 또는, 금속 원료로서는, 단체 금속의 적어도 1종과 합금의 적어도 1종과의 병용, 2종 이상의 합금의 병용 등도 가능하다. 이들의 경우에는, 후술하는 용융 과정에서, 합금이 형성되고, 최종적으로 다공질 합금 재료를 얻을 수 있다.
공정 (1)에서의 감압 조건은, 원료 금속의 종류, 원료 금속중에 포함되는 제거되어야 할 불순 성분(산소, 질소, 수소 등)에 의해 다르지만, 통상 10-1 Torr 이하이며, 바람직하게는 10-1∼10-6 Torr의 범위내에 있다. 감압이 불충분한 경우에는, 잔존하는 불순 성분이 다공질 금속체의 내식성, 내약품성, 인성(toughness) 등을 저해하는 일이 있다. 한편, 과도한 감압을 행하는 경우에는, 다공질 금속체의 성능은 약간 개선되지만, 장치의 제조 비용 및 운전 비용가 증대되기 때문에, 바람직하지 못하다.
공정 (1)에서의 금속 원료의 유지 온도는, 상온에서 금속 원료의 융점 미만(2종 이상의 금속을 병용하는 경우에는, 최저 융점 미만)까지의 범위내이며, 더욱 바람직하게는, 융점보다도 50∼200℃ 정도 낮은 온도이다. 탈기는, 상온에서 밀폐 용기내에 금속 원료를 주입한 후, 점차 온도를 상승시켜 행하는 것이, 조작상 용이하다. 탈기 효과를 높이기 위해서는, 공정 (2)의 시작 전에, 금속 원료의 융점 미만의 가능한 한 높은 온도로 두는 것이, 바람직하다. 공정 (1)에서의 금속 원료의 유지 온도를 높여 두는 경우에는, 후술하는 금속 용융에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
공정 (1)에서의 금속 유지 시간은, 금속에 포함되는 불순물의 종류와 양 및 요구되는 탈기의 정도 등에 따라, 적절히 결정하면 좋다.
탈기 처리를 끝낸 금속 원료는, 이어서, 공정 (2)에서, 가압하에 용융된다. 가압용 가스로서는, 수소, 질소, 아르곤 및 헬륨 중 적어도 1종을 사용한다.
안전성을 특히 중시한다면, 가압용 가스로서는, 질소, 아르곤 및 헬륨 중 적어도 1종을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 다공질 금속체 내의 구멍의 치수와 기공률을 더욱 정확히 제어하기 위해서는, 질소-아르곤 혼합물, 질소-헬륨 혼합물 또는 질소-아르곤-헬륨 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
이 공정 (2)에서, 가압 조건하에 가스의 일부가 용융 금속중에 용해된다. 도 2에 나타난 금속-가스계 상태도에 도시한 바와 같이, 용융 금속중에는, 소정 가압 조건하에서의 공융점(eutectic point)C3 형성량을 포함하는 일정 범위량의 가스를 용해시키는 것이 바람직하다. 용융 금속중의 가스 용해량은, 금속의 종류, 가스 의 종류 및 가스의 압력, 원하는 다공질 금속체의 구멍 구조 등을 고려하여 정할 수 있다.
공정 (2)에서의 가압 조건은, 금속의 종류, 최종적으로 얻을 수 있는 다공질 금속체 내의 구멍 형상, 구멍 지름, 기공률 등에 따라서 정해지지만, 통상 0.1∼10 MPa 정도이며, 더욱 바람직하게는 0.2∼2.5 MPa 정도이다.
가압용 가스는, 최종적으로 얻을 수 있는 다공질 금속체의 특성을 저해하지않는 한, 상기한 가스 그룹에서 선택하면 좋지만, 금속과 가스와의 사이에는, 바람직한 조합이 있다. 이러한 바람직한 조합으로서는, 예를 들면, 철-질소/아르곤(「질소/아르곤」이란, 질소와 아르곤의 혼합 가스를 의미한다 ; 이하 동일함), 철-질소/헬륨, 철계 합금(공업용 순철, 보통강철, 스테인레스강 등)-질소/아르곤, 철계 합금(보통강철, 스테인레스강 등)-질소/헬륨, 동-아르곤, 구리-수소, 구리-수소/아르곤, 니켈-질소/아르곤 등이 예시된다.
가스를 용해한 용융 금속은, 이어서, 공정 (3)으로 보내지고, 냉각 응고된다. 도 3에 모식적으로 도시한 바와 같이, 금속중의 가스 용해량은, 융점의 상하에 있어서, 현저하게 상이하다. 즉, 용융 상태의 금속은, 다량의 가스를 용해하지만, 온도의 저하에 따라 응고되기 시작하면, 가스 용해량은 급속히 감소된다. 따라서, 용융 금속의 온도와 그 분위기 가스압(gas atmosphere pressure)을 적절히 제어하면서, 일정 방향으로 용융 금속을 응고시킴으로써, 고상(固相)/액상 계면 근방의 고상 부분에는, 액상 부분에 과포화로 용해되어 있던 가스의 석출에 의한 기포를 생성시킬 수 있다. 이러한 가스 기포는, 금속의 응고와 함께 성장하기 때문에, 고 상 부분에는, 다수의 기공이 형성된다. 이 공정 (3)에서는, 하기에서 상술하는 바와 같이, 용융 금속의 냉각 속도 또는 응고 속도를 제어하고, 또한 응고 분위기 가스의 조성(질소 가스/비활성 가스의 혼합비) 및 가스압의 조정(압력 증대, 등압 유지 또는 압력 감소) 등을 적절히 수행함으로써, 기공 형상, 기공 지름, 기공률 등을 임의로 제어한 다공질 금속체를 얻을 수 있다.
도 4는, 질소/아르곤 혼합 가스에 의한 2.3 MPa의 가압하로 유지한 순철(99.99%)중의 질소 용해량(외쪽 종축은 액상중 농도를 나타내고, 오른쪽 종축은 고상중 농도을 나타낸다)의 변화를 상세히 도시한 그래프이다.
도 4로부터 분명해지는 바와 같이, 순철의 용융으로부터 응고의 과정에 있어서, 액체 철과 고체 철의 질소 용해도는, 급격히 또한 불규칙하게 변화된다. 또한, 고화 철에 있어서도, 온도 저하와 함께, δ상에서 γ상을 경유하여 α상으로 순차 동소체 전이(allotropic transformation) 상태변화를 일으키고, 질소 용해량이 변화된다. 이러한 질소 용해도 차를 이용하여, γ상으로 석출한 질소 가스에 의해, 고체 철중에 기공을 형성시킬 수 있다. 이 현상은, 가압 기체로서 질소 대신에 질소-비활성 가스 혼합물, 수소-질소 혼합물, 수소-비활성 가스 혼합물, 수소-질소-비활성 가스 혼합물 등을 사용하는 경우에도, 동일하게 발현되기 때문에, 동일한 다공질 철 재료를 얻을 수 있다. 또한, 금속 종류으로서, 강철 등의 철계 합금, 구리 및 그 합금, 니켈 및 그 합금, 및 상술한 각종의 금속 또는 그들의 합금을 사용하는 경우에도, 같은 현상이 생기기 때문에, 같은 방법에 의해, 각종 금속의 다공질체를 제조할 수 있다.
또한, 일반적으로, 일정 압력에서의 다공질 금속체의 제조시에는, 금속-가스계중의 가스 원자 농도와 기공의 생성 상태(기공 분포, 기공지름 등)과의 사이에는, 일정한 상관 관계가 인정된다. 여기서, 원통 형상의 주형내에서 원주면 방향에서 가스 용해 금속(금속-가스계)를 냉각하고, 수득한 원통형 금속체의 단면을 관찰하는 것으로 상정한다. 이 때, 냉각을 적절히 행하면, 어떤 위치에서의 단면에 있어서도, 거의 동일한 결과를 얻을 수 있다.
먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 가스 원자 농도 C1가 공융 조성 C3보다도 많이 낮은 경우에는, 온도 T1에서 TE에 이르는 냉각 과정에서는, 주형 내면으로부터 중심부 방향을 향해서 무기공(non-porous)의 금속 고상부가 일정한 두께로 형성된 후, 온도 TE에서 더욱 저온에 이르는 냉각 과정에서, 중심부 영역에 다공질 금속상이 형성된다(단면 C1 참조).
가스 원자 농도 C2가 공정 조성 C3와 C1의 사이에 있는 경우에는, 온도 T2에서 TE에 이르는 냉각 과정에서는, 주형 내면에서 중심부 방향을 향해서 무기공 금속 고상부가 더욱 좁은 폭으로 형성된 후, 온도 TE에서 더욱 저온에 이르는 냉각 과정에서, 더욱 넓은 중심부 영역으로 다공질 금속상이 형성된다(단면 C2 참조).
금속-가스계가 공융 조성 C3를 가지는 경우에는, 온도 TE에서 금속의 응고가 시작되고, 동시에 기공이 형성되기 때문에, 무기공의(non-porous) 금속 고상부는 형성되지 않는다. 그리고, 기공 지름은 비교적 균일하다(단면 C3 참조).
가스 원자 농도 C4가 공정 조성 C3보다도 높은 경우에는, 온도 T4에서 T E에 이르는 냉각 과정에서는, 액상중에 큰 기공이 형성되고, 온도 TE에서 금속의 응고가 시작된다. 온도 TE에서 더욱 저온에 이르는 냉각 과정에서는, 더욱 작은 기공이 형성된다. 따라서, 이 경우에는, 크기가 다른 기공을 포함하는 다공질 금속상이 형성되고, 무기공의 금속 고상부는, 형성되지 않는다(단면 C4 참조).
도 5는, 질소-아르곤 혼합 가스에 의한 가압하에 제조한 다공질 순철(99.99%)의 기공률 변화의 일례를 도시한 그래프이다. 도 5로부터 분명해지는 바와 같이, 아르곤 가스의 압력이 일정한 경우에는, 질소 가스압의 증대와 함께, 다공질체 내의 기공률이 증가된다. 반대로, 질소 가스의 압력이 일정한 경우에는, 아르곤 가스압의 증대와 함께, 다공질 금속체의 다공률은 저하된다. 그리고, 3개의 파선으로 나타낸 바와 같이, 다공질체의 기공률은, 혼합가스 전체의 가스압이 증대됨과 함게, 증가하는 경향이 있다.
도 6은, 질소-아르곤 혼합 가스에 의한 정압 가압(2.1 MPa)하에 제조한 다공질 순철(99.99%)의 기공률 변화의 일례를 도시한 그래프이다. 도 6으로부터 알 수 있듯이, 정압 조건하에서는, 질소 분압의 증대와 함께, 다공질체 내의 기공률이 증가되고 있다. 도 5와 도 6을 종합하면, 질소 가스는, 다공질 금속체 내의 기공률 증가에 크게 기여하는 것이 분명하다. 또한, 질소-아르곤 혼합 가스 대신에 질소- 헬륨 혼합 가스를 사용하는 경우에도, 동일한 결과가 얻어졌다.
도 5와 도 6에 도시한 결과로부터, 가압 분위기 가스의 조성을 조정함에 따라, 다공질 금속체의 기공률을 제어할 수 있음이 분명하다.
도 7은, 질소-아르곤 혼합 가스에 의한 일정 압력의 가압하(2.1 MPa)에 제조한 다공질 순철(99.99%)중의 질소 함유량을 나타낸다. 질소 분압의 상승과 함께 다공질체 내의 질소 함유량도 점차 증가되고 있지만, 질소 분압이 약 1MPa의 지점에서 포화되고 있다. 또한, 수득한 다공질 순철에 있어서는, 겉보기의 질소 함유량은 높지만, 그 대부분은, 기공 표면의 매우 얇은 표층 부분에 농축되어 포함되어 있고, 순철 내부에서는, α상으로 미량의 Fe4N이 분산 함유되어 있는 것에 불과하다. 즉, 수득한 다공질체는, 마치 기공 표면을 포함하는 모든 표면이 질화 처리된 것 같이, 경도가 현저하게 개선되어 있다. 이렇게 다공질체 전체로서는, 다량의 질소를 함유하고 있음에도 불구하고, 그 내부에는 미량의 Fe4N밖에 존재하지 않는다는 특이한 성장은, 액상에서 고상(δ상, γ상, α상)으로의 전이에 따른 질소 용해량의 미묘한 변화에 의해, 얻을 수 있는 것으로 추측된다.
또한, 본 발명에 의해 수득한 다공질 금속체는, 그 밖의 각종의 특성(강도, 인성, 절삭성, 가공성, 용접성, 진동 감쇠성, 음향 감쇠성, 고 비표면적 등)이 우수하다. 예를 들면, 본 발명에 의한 다공질 금속 재료는, 원료 금속에 비해, 비강도(강도/중량)가 20∼30% 정도 향상되어 있고, 비커스 경도(Vickers hardness)가 약 3배 정도로 향상되어 있다.
또한, 본 발명에 의해 수득한 철계 다공질 금속체를 또한 담금질 처리함으로써, 담금질 전에 비해, 그 비커스 경도를 약 2배 정도로 향상시킬 수 있다.
도 8은, 본 발명에서 사용하는 다공질 금속체 제조 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 8에 도시한 장치는, 주요 구성 요소인 금속 원료 가열 용해부(1)와 용해 금속 냉각 응고부(2)가 상하 방향으로 배치되어 있다.
금속 원료 가열 용해부(1)는, 금속 용해조(4), 유도 가열 코일(7), 스토퍼(8), 탈기 경로(脫氣經路)(31), 가스 도입 파이프(9) 및 가스 배출 파이프(10)를 구비하고 있다. 공정 (1)에서는, 용해조(4) 내에 금속 원료를 수용한 후, 스토퍼(8)를 폐쇄 위치에 배치하여 용해조(4)를 밀폐 상태로 한 후, 진공 펌프(도시하지 않음)를 구동시킴으로써, 탈기 파이프(31)로부터 용해조(4)내의 기체를 뽑아 내고, 소정의 감압 상태로 만든다. 이어서, 유도 가열 코일(7)에 전력를 공급하고, 감압 조건하에 소정의 가열 프로파일에 따라서 금속 원료를 가열한다. 이 감압하에서의 가열 처리에 의해, 금속 원료중의 산소, 질소 등의 불순 가스 성분이 대폭 감소된다. 그 결과, 최종적으로 수득한 다공질 금속체 내의 가스 함유량도 대폭 저하된다.
이어서, 가스 공급 파이프(9)로부터 용해조(4)의 상부공간(3-b) 내로 가스를 도입하면서, 금속 원료에서 방출된 불순 성분 가스를 가스 배출 파이프(10)에서 용해조밖으로 퍼지한다.
공정 (2)에 있어서는, 가스 배출 파이프(10)가 닫힌 상태로, 가스 공급 파이 프(9)에서 용해조(4)의 상부 공간(3-b) 내로 소정의 가스를 도입하여, 용해조(4)내를 소정의 압력까지 승압시키면서 또는 승압시킨 후, 전자 유도 코일(7)에 전력을 공급함으로써, 금속을 용해시킨다. 공정(2)에서의 가압용 가스와 공정(1)에서의 퍼지용 가스는, 조성이 동일해도 달라도 좋지만, 가스 공급 장치의 간략화, 가스 공급 조작의 용이성 등의 점에서는, 조성이 동일한 것이 바람직하다. 이 가압 조건하에서의 금속의 용융에 의해, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 다량의 가스가 금속중에 용해된다.
이어서, 스토퍼(8)를 끌어 올리고, 용해 금속 주입구(11)를 경유하여, 가스를 용해한 용융 금속(3-a)을 용해 금속 냉각 응고부(2) 저부에 배치한 주형(5)에 주입하여, 다공질 금속체를 형성시킨다. 용융 금속의 주입에 앞서, 용해 금속 냉각 응고부(2)에는, 가스 공급 파이프(12)로부터 소정의 가스를 도입해 두고, 그 내부를 소정의 압력으로 유지해 둔다. 용해 금속 냉각 응고부(2) 내의 가스 압력은, 가스 공급 파이프(12) 및 가스 배출 파이프(13)를 적절히 개폐함으로써 용이하게 제어할 수 있다. 한편, 냉각 기구(6)를 구비한 주형(5) 내로 주입된 용융 금속의 냉각 속도의 제어는, 물 등의 냉매(통상은 물을 사용하기 때문에, 이하 「물」이라고 기재함)의 도입 파이프(14)로부터 공급되고, 냉각수 배출 파이프(15)로부터 배출되는 냉각 수량에 의해 행할 수 있다.
상기와 같이, 용해 금속 냉각 응고부(2) 내의 가스압을 제어하면서, 주형(5)내에 주입된 용융 금속을 냉각 기구(6)에 의해 하부에서 냉각함으로써, 윗쪽의 액상과 아래쪽의 고상과의 계면 근방에는, 액상부분에 용해되어 있던 가스에 기인하 는 다수의 기포가 생성되고, 이들 기포가 고체상 중에 기공을 발생시킨다. 그 결과, 소정의 기공 형상, 기공률 등을 가지는 다공질 금속 재료를 수득할 수 있다.
도 9는, 도 8에 도시한 장치에서 사용하는 주형(5)과 그 냉각 기구(6)의 일례의 개요를 도시한 도면이다. 이 실시예에서는, 냉각 기구(6) 자체를 주형(5)의 저부로서 사용한다. 이 경우에는, 용융 금속(3-a)과 접하는 냉각 기구(6)의 저부에서 냉각수를 공급하여, 용융 금속을 급속 냉각시킨다. 도 6은, 용융 금속의 냉각 과정에서 수직 방향의 기공이 형성되고 있는 상태를 나타내지만, 최종적으로는, 금속의 응고에 따라, 아래쪽에서 윗쪽으로 세로 방향으로 연장되는 기공을 가지는 다공질 금속체(3)를 형성시킬 수 있다.
도 10은, 도 8에 도시한 장치에서 사용하는 주형(5)과 그 냉각 기구(6)의 다른 일례를 도시한 개요면이다. 이 실시예에서는, 주형(5)의 중앙부에 냉각 기구(6)를 배치하고, 그 둘사이의 원통상 공간에 용융 금속(3-a)를 주입한다. 도 10은, 용융 금속의 냉각 과정에서 횡방향의 기공이 형성되고 있는 상태를 나타내지만, 최종적으로는, 원통체의 내측에서 외측으로 횡방향으로 연장되는 기공을 가지는 다공질 금속체(3)를 형성시킬 수 있다.
도 11은, 연속 주조법에 의한 다공질 금속체 제조 장치의 일례를 모식적으로 도시한 것이다.
도 11에 도시한 장치는, 금속 원료 가열 용해부(1)와 용해 금속 유지부(2)가 상하 방향으로 배치되어 있고, 용해 금속 유지부(2)의 가로 방향으로 연속 주조 장치가 연접(連接)되어 있다. 금속 원료 가열 용해부(1)에서의 금속 원료의 탈기 및 용해는, 도 8에 도시한 장치에서와 같이 수행한다.
이어서, 스토퍼(8)를 끌어 올리고, 용해 금속 주입구(11)를 경유하여, 가스를 용해한 용융 금속(3-a)을 용해 금속 유지부(2)의 저부에 배치한 용해물 유지 용기(melt holding container)(19)에 주입한다. 용해물 유지 용기(19)에의 용융 금속의 주입에 앞서, 진공 펌프(도시하지 않음)를 구동시킴으로써, 탈기 파이프(31)로부터 기체를 뽑아 내어, 용해 금속 냉각 응고부(22) 내를 감압 상태로 만든 후, 가스 공급 파이프(17)로부터 소정의 가스를 도입하여, 그 내부를 소정의 압력으로 유지해 둔다. 용해 금속 냉각 응고부(22) 내의 가스 압력은, 가스 공급 파이프(17) 및 가스 배출 파이프(18)를 적절히 개폐함으로써 용이하게 제어할 수 있다. 용탕 유지 용기(19) 내에 주입된 용융 금속은, 히터(20)에 의해, 소정 온도로 유지된다.
이어서, 가스 주입 파이프(16)로부터 공급되는 가스에 의해 가압된 용융 금속은, 주형(21)에 들어가고, 연속 주조되어, 최종적으로 긴 치수의 다공질 금속체를 형성한다. 용융 금속의 응고 과정에서의 액상/고상 계면에서의 가스의 움직임, 금속체 내에서의 기공의 형성 상황 등은, 도 8에 도시한 장치에서의 그것들과 거의 동일하다. 연속 주조 장치는, 냉각 기구(25)에 의해 둘러싸이는 주형(21)의 부분(이 부분에서 액상/고상 계면이 형성된다), 필요에 따라서 설치되는 보조 냉각 기구(26), 응고된 다공질 금속체의 선단부에 접하는 안내 스핀들(27), 롤러(28) 등을 주요 구성 요소로 하고 있다. 연속 주조 장치는, 고온의 다공질 금속체의 산화방지, 냉각 기구의 보호 등을 위해, 밀폐 구조체(30) 내에 설치되어 있다. 밀폐 구조체(30)는, 그 내부의 비활성 가스 압력을 조정하기 위해서, 기밀(氣密) 링(29), 비활성 가스 주입 파이프(23) 및 비활성 가스 배출 파이프(24)를 구비하고 있다. 도 11에 있어서, 왼쪽으로 이동하는 안내 스핀들(guide spindle)(27)로 안내되는 다공질 금속체의 선단이, 기밀 링(29)의 설치 위치에 도달한 시점에서, 기밀 링(29)은, 다공질 금속체의 외주면에 밀착되도록, 내측으로 이동한다. 그 후, 안내 스핀들(27)은, 밀폐 구조체(30) 밖으로 추출되고, 이어서 다공질 금속체가 순차 밀폐 구조체(30) 밖으로 인출된다. 이렇게 해서, 긴 다공질 금속체를 수득할 수 있다.
도 12는, 긴 다공질 금속체를 제조하기 위해서 사용하는 연속 주조 장치의 다른 예를 도시하는 개략도이다. 도 12에서는, 금속 원료의 탈기 및 용융에 따른 기계적 요소는 생략했다. 이 장치에 있어서는, 응고의 과정에서, 냉각 기구(26)의 형상 및 위치, 냉각 속도, 가스압 등의 영향에 의해, 금속의 액상/고상 계면이 금속체의 진행 방향에 대해 경사되어 형성되기 때문에, 도시한 경사 방향의 구멍을 가지는 다공질 금속체를 수득할 수 있다. 다공질 금속체의 형상은, 주형의 내면 형상에 대응하여, 원주상, 선상, 평판상, 각주상(prismatic) 등의 임의의 형상으로 할 수 있다.
도 13은, 막대상 내지 선상의 다공질 금속체를 제조하기 위해서 사용하는 연속 주조 장치의 더욱 다른 예를 도시하는 개략도이다. 도 13에서도, 금속 원료의 탈기 및 용융에 따른 기계적 요소는 생략한다. 이 장치에 있어서도, 응고의 과정에서, 냉각 기구(26)의 구조 및 위치, 냉각 속도, 가스압 등을 조정하고, 금속중의 액상/고상 계면을 금속체의 진행 방향에 대해 제어함으로써, 도시한 형태의 구멍을 가지는 다공질 금속체를 제조할 수 있다.
도 14 (a)∼(h)는, 연속 주조 방식에 의한 본 발명 방법에 의해, 제조되는 다공질 금속체의 일부를 절개하여 도시한 모식 사면도이다. 예를 들면, (a)에 도시한 다공질 금속체는, 도 2의 C3에 상당하는 단면을 가지는 원주 형상의 금속체이며, 원주의 일단에서 타단을 향해서 그 횡단면을 따라 금속중의 액상/고상 계면을 일정한 이동 속도로 이행시킨 경우에, 제조할 수 있다. (b)에 도시한 원주상 다공질 금속체는, 도2의 C3에 상당하는 단면을 가지는 원주 형상의 금속체이며, 원주의 일단에서 타단을 향해서 그 횡단면을 따라 금속중의 액상/고상 계면의 이동 속도를 간헐적으로 변화시킨 경우에, 제조할 수 있다. (c)에 도시한 원주상 다공질 금속체는, 도 2의 C3에 상당하는 단면을 가지는 원주 형상의 금속체이며, 원주의 일단에서 타단을 향해서 그 횡단면을 따라 금속중의 액상/고상 계면의 이동 속도를 일정하게 하면서, 가스압을 간헐적으로 변화시킨 경우에, 제조할 수 있다. (d)에 도시한 원주상 다공질 금속체는, 도 2의 C3에 상당하는 단면을 가지는 원주 형상의 금속체이며, 원주의 일단에서 타단을 향해서 그 횡단면을 따라 금속중의 액상/고상 계면의 이동 속도와 가스압을 간헐적으로 변화시킨 경우에, 제조할 수 있다. (e)에 도시한 원통상 다공질 금속체는, 도 10에 도시한 바와 같이, 주형의 중심부에 냉각 기구(6)를 배치하여, 원통의 중심부에서 주변부를 향해서 횡단면 방향으로 금속중의 액상/고상 계면을 이동시킨 경우에, 제조할 수 있다. (f)에 도시한 원통상 다공질 금속체는, 원통형 주형의 주변부에 냉각 기구를 배치하여, 원통의 주변부에서 중심부를 향해서 횡단면 방향으로 금속중의 액상/고상 계면을 등속도로 이동시킨 경우에, 제조할 수 있다. 이 경우, 초기 냉각을 급속하게 행함으로써, 주변에는, 기공이 존재하지 않는 고리부(ring portion)가 형성된다. (g)에 도시한 원통상 다공질 금속체는, 도 11에 도시한 방법에 의해, 제조할 수 있다. 또한, (h)에 도시한 단면 직사각형의 다공질 금속체는, 직사각형 내면을 가지는 주형을 이용하여, 도 11에 도시하는 방법에 의해 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 다공질 금속체의 제조 과정의 개요를 나타내는 플로우다이어그램이다.
도 2는 철-질소계에서의 상변화를 나타내는 상태도이다.
도 3은 가스를 용융한 용융 금속의 냉각 응고 과정에서의 고상(固相) 및 액상의 가스 용해 특성을 나타내는 개념도이다.
도 4는, 순철(pure iron, 99.99%)의 융점의 상하에 있어서의 순철로의 질소 용해량을 상세히 도시한 상태도이다.
도 5는 분압이 상이한 질소-아르곤 혼합가스에 의한 가압하에 순철(99.99%)을 용해시키고 주조(鑄造)한 경우에 얻을 수 있는 다공질 철 재료중의 기공률과 질소/아르곤 분압비의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은 분압이 상이한 질소-아르곤 혼합가스에 의한 가압하에 순철(99.99%)을 용해시키고 주조한 경우에 얻을 수 있는 다공질 철 재료중의 기공률과 질소 분 압과의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 분압이 상이한 질소-아르곤 혼합 가스에 의한 가압하에 순철(99.99%)을 용해시키고 주조한 경우에 얻을 수 있는 다공질 철 재료중의 질소 함유량과 질소 분압과의 관계를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명에서 사용하는 다공질 금속체 제조 장치의 개요를 도시한 단면도이다.
도 9는 저부(底部)에 냉각 기구를 구비한 주형의 개요를 도시한 도면이다.
도 10은 내표면부에 냉각 기구를 구비한 원통형(cylindrical) 주형의 개요를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에서 사용하는 연속 주조 방식에 의한 다공질 금속체의 제조 장치의 개요를 도시한 단면도이다.
도 12는 연속 주조법에 의해, 막대상(rod-shaped) 또는 긴 판상(plate-shaped) 다공질 금속 재료를 제조하는 장치의 개요를 도시한 도면이다.
도 13은 연속 주조법에 의해, 막대상 또는 긴 판상 다공질 금속 재료를 제조하는 장치의 개요를 도시한 도면이다.
도 14 (a)∼(h)는, 본 발명 방법에 의해 제조할 수 있는 다양한 형태의 다공질 금속 재료를 일부 절개하여 도시한 사시도이다.
도 15는 수소-아르곤 혼합 가스에 의한 0.8 MPa의 가압하에 1250℃로 용해시켜 얻은 다공질 구리 재료 4종의 기공률과 가스 분압비의 관계를 도시한 그래프이다.
도 16은 수소-아르곤 혼합 가스에 의한 0.8 MPa의 가압하에 1250℃로 용해시켜 얻은 다공질 구리 재료 4종의 기공 분포 상태를 도시한 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당함)이다.
도 17은, 도14 (c)에 대응하는 형상을 가지는 원통형 다공질 구리 재료의 종단면을 도시한 전자화 처리 이미지(12.5배 광학 현미경 사진에 대응함)이다.
도 18은 질소-헬륨 혼합 가스에 의한 1.5 MPa의 가압하에 1650℃로 용해시켜 얻은 다공질 보통 강(steel) 재료의 기공률과 가스 분압비의 관계를 도시한 그래프이다.
도 19는, 가스 분압비를 각기 달리한 4종의 질소-헬륨 혼합 가스의 가압하에 1650℃로 용해시켜 얻은 다공질 보통 강철 재료 4종의 기공 분포 상태를 도시한 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당함)이다.
도 20은 질소-헬륨 혼합 가스에 의한 0.8 MPa의 가압하에 1600℃로 용해시켜 얻은 다공질 니켈 재료(기공률 17%)의 기공 분포 상태를 도시한 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당함)이다.
도 21은 수소-아르곤 혼합 가스에 의한 0.9 MPa의 가압하에 1250℃로 용해시켜 얻은 원통형 다공질 구리 재료를 도시한 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당함)이다.
도 22는, 도 21에 도시한 원통형 다공질 구리 재료의 두께 방향의 기공 형상을 도시한 단면의 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당함)이다.
도 23은, 도 21에 도시한 원통형 다공질 구리 재료의 표면 상황을 도시한 전 자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당함)이다.
도 24는 수소-아르곤 혼합 가스에 의한 0.5 MPa의 가압하에 1250℃로 용해시켜 얻은 원통형 다공질 구리 재료를 도시한 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당함)이다.
도 25는, 도 24에 도시한 원통형 다공질 구리 재료의 두께 방향의 구멍 형상을 도시한 단면 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당함)이다.
도 26은, 도 24에 도시한 원통형 다공질 구리 재료의 표면 상황을 도시한 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당함)이다.
도 27은 수소-아르곤 혼합 가스에 의한 0.8 MPa의 가압하에 1250℃로 용해시켜 얻은 다공질 구리 원통체(직경 약 100 mm)의 횡단면을 도시한 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당함)이다.
이하에 본 발명의 최적의 형태(실시예)를 설명하고, 본 발명이 특징으로 하는 것을 더욱 분명히 한다. 본 발명은, 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위내에서, 다양한 수정, 변형, 변경 등이 가능함은 말할 필요도 없다.
실시예 1
도 8에 도시한 장치를 이용하여, 다공질 구리 재료를 제조했다.
즉, 구리 원료(순도 99.99%)를 5 ×10-2 Torr, 1250℃의 조건하에 0.1시간 유지한 후, 하기에 상술하는 가압 가스 분위기하에 1250℃로 0.5시간 용융했다. 이어서, 동일 가압 조건하에, 가스를 용해한 용융 구리를 원통상의 주형(높이 100mm × 내경 30mm)에 주입하고, 주형의 저부에 설치한 수냉 기구에 의해, 아래쪽에서 윗쪽을 향해 응고시킴으로써, 도 14(c)에 도시한 구조의 다공질 구리 원통체를 수득했다.
* 가압 분위기 가스(게이지압)
(a) 0.2 MPa H2 + 0.6 MPa Ar
(b) 0.4 MPa H2 + 0.4 MPa Ar
(c) 0.6 MPa H2 + 0.2 MPa Ar
(d) 0.8 MPa H2
수득한 4종의 다공질 구리 원통체 (a)∼(d)의 기공률을 도 15에 도시한다. 도 15에 도시한 결과로부터, 등압 가압 조건하에, 수소 분압이 높아짐과 함께, 기공률이 증대되고 있음이 분명하다.
도 16(a)∼(d)는, 상기 4종의 다공질 구리 원통체 (a)∼(d)의 횡단면의 일부를 각각 도시한 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당)이다. 아르곤/수소 분압비를 조정함으로써, 구멍 지름의 크기를 바꿀 수 있음을 나타내고 있다.
도 17은, 상기에서 수득한 다공질 구리 원통체(c)의 수직 단면의 일부를 도 시한 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당)이다. 수직 방향으로 정렬한 긴 구멍이 규칙적으로 형성되어 있음이 분명하다.
구리 원료는, 산소 약 157 ppm 및 질소 13 ppm을 포함하여 있는데 반해, 구리 다공질체중의 산소 및 질소 함유량은, 각각 7 ppm 및 2 ppm으로 감소하고 있다.
실시예 2
도 8에 개요를 나타낸 장치를 이용하여, 다공질 철 재료를 제조했다.
즉, 철 원료(순도 99.99%)를 5 ×10-2 Torr, 1800℃의 조건하에 0.1시간 유지한 후, 하기에 상술하는 가압 가스 분위기하에 1650℃로 0.5시간 용융했다. 이어서, 동일 가압 조건하에, 가스를 용해한 용융 철을 원통상의 주형(높이 100 mm × 내경 30 mm)에 주입하고, 주형의 저부에 설치한 수냉 기구에 의해, 아래쪽에서 윗쪽을 향해 응고시킴으로써, 도 14(a)에 도시한 구조의 다공질 철 원통체를 수득했다.
* 가압 분위기 가스(게이지압)
(a) 0.3 MPa N2 + 1.2 MPa He
(b) 1.0 MPa N2 + 1.0 MPa He
(c) 1.0 MPa N2 + 0.5 MPa He
(d) 1.5 MPa N2 + 0.5 MPa He
수득한 4종의 다공질 철 원통체 (a)∼(d)의 기공률을 도 18에 도시한다. 도 18에 도시한 결과로부터, 등압 가압 조건하에서, 질소와 헬륨의 분압을 조정함으로써, 기공률을 제어할 수 있음이 분명하다.
도 19(a)∼(d)는, 상기 4종의 다공질 철 원통체 (a)∼(d)의 횡단면의 일부를 각각 도시한 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당)이다. 아르곤/수소 분압비를 조정함으로써, 구멍 지름의 크기를 바꿀 수 있음을 나타내고 있다.
또한, 수득한 다공질 순철 재료를 약 1000℃로 가열한 후, 수중에 투입하여 담금질을 한 결과, 그 비커스경도는, 약 2.5∼3배에까지 높아졌다.
실시예 3
도 8에 개요를 나타낸 장치를 이용하여, 다공질 니켈 재료를 제조했다.
즉, 니켈(순도 99.99%)를 5 ×10-2 Torr, 1600℃의 조건하에 0.1시간 유지한 후, 가압 가스 분위기하에(0.6 MPaN2 + 0.2 MPaAr)에 1600℃로 0.5시간 용융했다. 이어서, 동일 가압 조건하에, 가스를 용해한 용융 니켈을 원통상의 주형(높이 100 mm ×내경 30mm)에 주입하고, 주형의 저부에 설치한 수냉 기구에 의해, 아래쪽에서 윗쪽을 향해 응고시킴으로써, 도 14(a)에 도시한 구조의 다공질 니켈 원통체를 수득했다.
도 20에 수득한 다공질 니켈 원통체 횡단면의 일부를 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당)로서 도시한다.
실시예 4
도 8에 개요를 나타낸 장치와 도 10에 개요를 나타낸 주형을 이용하여, 다공 질 구리 원주체(높이 100 mm ×지름 30mm)을 제조한 후, 이것을 가공하여, 다공질 원통체를 수득했다.
즉, 구리 원료(순도 99.99%)를 5 ×10-2 Torr, 1250℃의 조건하에 0.1시간 유지한 후, 가압 가스 분위기하(0.3 MPaH2 + 0.6 MPaAr)에 1250℃로 0.5시간 용융했다. 이어서, 동일 가압 조건하에, 가스를 용해한 용융 구리를 원통상 주형내에 주입하고, 아래쪽 냉각면에서 윗쪽을 향해서 응고시킴으로써, 다공질 원주체를 제조했다. 이어서, 이 원주체를 와이어 커터로 가공하여, 도 21에 도시한 형상의 외경 20 mm × 두께 1 mm의 다공질 구리 원통체를 수득했다.
도 22는, 수득한 다공질 구리 원통체의 수평 단면의 일부를 나타내는 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당)이다. 이 이미지로부터, 원통체의 내면에서 외주면으로 연장되는 기공이 형성되어 있음이 분명하다.
도 23은, 도 22에 도시한 다공질 구리 원통체의 외표면의 일부를 도시한 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당)이다. 이 이미지로부터, 원통체의 내면에서 외주면으로 통하는 다수의 기공이 형성되어 있음이 분명하다.
실시예 5
도 8에 개요를 나타낸 장치와 도 10에 개요를 나타낸 주형을 이용하여, 다공질 구리 원주체(높이 100 mm ×지름 30 mm)을 제조한 후, 이것을 가공하여, 다공질 원통체를 수득했다.
즉, 구리 원료(순도 99.99%)를 5 ×10-2 Torr, 1250℃의 조건하에 0.1시간 유 지한 후, 가압 가스 분위기하(0.3 MPaH2 + 0.2 MPaAr)에 1250℃로 0.5시간 용융했다. 이어서, 동일 가압 조건하에, 가스를 용해한 용융 구리를 원통상 주형내에 주입하고, 저부에서 냉각하여 원주상 주형 방향을 향해서 응고시킴으로써, 다공질 구리 원주체를 제조했다. 이어서, 이 원주체를 와이어 커터로 가공하여, 도 24에 도시한 형상의 외경 22 mm ×두께 1 mm의 다공질 구리 원통체를 수득했다.
수득한 다공질 구리 원통체는, 육안 관찰에서도, 빛 투과를 확인할 수 있을 정도의 고도의 다공성을 나타냈다.
도 25는, 도 24에 도시한 다공질 구리 원통체의 횡단면의 일부를 나타내는 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당)이다. 이 이미지로부터, 원통체의 내면에서 외주면으로 연장되는 기공이 형성되어 있음이 분명하다.
도 26은, 도 24에 도시한 다공질 구리 원통체의 외표면의 일부를 도시한 전자화 처리 이미지(광학 현미경 사진에 상당)이다. 이 이미지로부터, 원통체의 내면에서 외주면으로 통하는 다수의 기공이 형성되어 있음이 분명하다.
실시예 6
도 8에 개요를 나타낸 장치와 도 9에 개요를 나타낸 주형을 이용하여, 다공질 구리 원주체(외경 30 mm ×높이 100 mm)를 제조했다.
즉, 구리 원료(순도 99.99%)를 5 ×10-2 Torr, 1250℃의 조건하에 0.1시간 유지 후, 가압 가스 분위기하(0.4 MPaH2 + 0.4 MPaAr)에 1250℃로 0.5시간 용융했다. 이어서, 동일 가압 조건하에, 가스를 용해한 용융 구리를 원통상 주형내에 주입하 고, 저부의 냉각면에서 원통상 주형의 상방향을 향해서 응고시킴으로써, 도 14(c)에 도시하는 형상의 다공질 구리 원통체를 수득했다.
이 원통체로부터 두께 3 mm의 원판상 시험편을 잘라내고, 백지상에 배치하여, 윗쪽에서 빛을 조사한 결과, 도 27에 도시한 바와 같이, 구멍 지름이 일정한 다수의 기공이 형성되어 있음이 확인되었다.
본 발명에 의하면, 간단한 설비를 이용하여 용이한 방법에 의해, 기공의 형상, 치수, 기공률 등을 제어한 다공질 금속 재료를 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 임의의 형상의 다공질 금속 재료를 제조할 수 있다.
연속 주조법에 의해 본 발명을 실시하는 경우에는, 대형으로 긴 치수의 다공질 금속 재료를 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 원료 금속에 비해, 수득하는 다공질 금속체 내의 불순 성분 함유량을 현저히 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 산소 함유량은 1/20 이하로까지 감소시키는 것이 가능하고, 질소 함유량은 1/6이하로까지 감소시키는 것이 가능하다.
본 발명에 있어서, 금속 원료로서 철 또는 철 합금을 사용하고, 질소를 가압 가스 성분으로서 사용하는 경우에는, 기공 내면을 포함하는 모든 표면에 질화 상(nitriding phase)이 형성되기 때문에, 경도가 현저하게 향상된다.
본 발명에 의해 수득하는 다공질 금속 재료는, 경량이며, 비강도(比强度)(강 도/중량)가 높고, 절삭성, 용접성 등이 우수하다.
또한, 본 발명에 의한 다공질 금속 재료는, 그 기공 부분에 다른 재료를 충전 또는 담지시킴으로써, 특이한 성능을 발휘하는 새로운 복합 재료를 형성할 수 있다. 이러한 복합 재료의 구체적인 예로서는, 종래의 하니컴(honeycomb) 담체 대신에 다공질 금속체를 담체로 하는 촉매(자동차 등의 배기 가스 처리용 촉매, 탈취용 촉매 등)가 예시된다.
본 발명에 있어서, 가압 가스로서 질소, 아르곤, 헬륨 등의 불연성 가스를 사용하는 경우에는, 조업상의 안전성을 현저히 높일 수 있다.
본 발명에 의한 다공질 금속체는, 그 특이한 구조와 우수한 특성 때문에, 광범한 분야에서 이용할 수 있다. 이러한 이용 분야로서는, 수소 흡수저장 재료, 방진(防振) 재료, 충격 흡수 재료, 전자파 차폐 재료, 각종 구조물에 있어서의 부품 및 구조용 재료(자동차, 선박, 비행기 등의 운반 기기의 엔진 부품, 로켓 및 제트 엔진의 세라믹 서포트, 우주기기용 경량 패널, 공작 기계 부품 등), 의료 기구용 재료(예를 들면, 스텐트(stent)재 등), 열교환 재료, 소음 재료, 기액 분리용 재료, 경량 부재, 물 및 가스 순화용 필터, 자기 윤활성 베어링 재료, 기액 반응에 있어서의 기체 주입 재료 등이 예시된다. 본 발명에 의한 다공질 금속체는, 상기의 용도에 한정되지 않고, 그 밖의 각종 용도에도 이용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 다공질 금속체의 제조방법에 있어서,
    (1) 밀폐 용기 내에서, 금속의 융점보다 50 내지 200℃ 낮은 온도 범위내에서 금속 원료를 10-1 내지 10-6 Torr의 범위의 감압하에 유지하여, 상기 금속 원료의 탈기를 수행하는 공정;
    (2) 상기 밀폐 용기 내에 수소, 질소, 아르곤 및 헬륨으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 가스를 도입시킴으로써, 0.1 내지 10㎫사이의 가압하에 상기 금속 원료를 용융시키고, 용융 금속 중에 상기 가스 또는 가스들을 용해시키는 공정; 및
    (3) 상기 용융 금속의 온도 및 상기의 가스압을 제어하면서 냉각장치를 구비한 주형 내로 상기 용융 금속을 주입하고, 상기 밀폐 용기 내의 주형에서 상기 용융금속을 냉각 및 응고시킴으로써 다공질 금속체를 형성시키는 공정
    을 포함하는 다공질 금속체의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 금속이, 철, 구리, 니켈, 코발트, 마그네슘, 알루미늄, 티탄, 크롬, 텅스텐, 망간, 몰리브덴, 베릴륨 및 이들 금속 중 적어도 1종을 포함하는 합금으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는
    다공질 금속체의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    공정 (2)에서의 가압 조건이, 0.2∼2.5 MPa의 범위내에 있는
    다공질 금속체의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제1 항에 있어서,
    공정 (3)에 있어서, 상기 용융 금속의 냉각 응고를 연속 주조 방식에 의해 행하는
    다공질 금속체의 제조 방법.
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