KR100755882B1 - New Ti-based solid-solution cutting tool materials - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물로 이루어지고, 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는, 유심구조가 없는 완전 고용상인 것을 특징으로 하는 고용체 분말, 이를 포함하는 써메트용 분말, 상기 고용체 분말을 소결한 세라믹스 소결체, 상기 써메트용 분말을 소결한 써메트를 개시하고, 나노 크기를 갖는, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 산화물 및 탄소 분말 혹은 탄소 소스를 혼합하거나, 혼합 및 분쇄하는 단계(S1-1); 및 상기 혼합된 분말 또는 분쇄된 분말을, 환원 및 탄화하거나 환원, 탄화 및 질화하는 단계(S2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고용체 분말의 제조 방법, 상기 고용체 분말을 포함하는 써메트용 분말의 제조 방법 등을 개시한다. 본 발명에 따라, TiC계 또는 Ti(CN)계 복합 분말의 미세 구조에 있어서 완전 고용상을 제공함으로써, 금속결합재 없는 세라믹스의 경도와 인성을 향상시키며 혹은 금속결합재가 존재하는 써메트 재료의 인성을 현저히 향상시키고, 추가적인 혼합과정 없이 직접 소결할 수 있는 장점을 가지며, 기타 전반적인 기계적 물성이 우수하므로, WC-Co 초경 재료를 대체하여, 고경도 절삭공구 혹은 고인성 절삭공구를 제공하는 효과를 달성한다.In the present invention, there is no core structure consisting of carbides, carbonitrides, or mixtures of two or more metals selected from the group IVa, Va, and VIa metals in the periodic table, including titanium, and having nanocrystal grains of 100 nm or less. A solid solution powder characterized in that it is completely solid solution, a powder for cermet comprising the same, a ceramic sintered body sintered the solid solution powder, a cermet sintered the powder for the cermet, and has a nano-size IVa of the periodic table, Mixing, mixing and pulverizing oxides and carbon powders or carbon sources of two or more metals selected from Va, and Group VIa metals, including titanium; And reducing and carbonizing or reducing, carbonizing, and nitriding the mixed powder or pulverized powder (S2); a method for producing a solid solution powder, comprising a powder for cermet comprising the solid solution powder The manufacturing method, etc. are disclosed. According to the present invention, by providing a completely solid solution phase in the fine structure of TiC-based or Ti (CN) -based composite powder, it improves the hardness and toughness of ceramics without a metal binder or the toughness of a cermet material in which the metal binder is present. Significantly improved, the ability to sinter directly without additional mixing, and the good overall mechanical properties make it possible to replace WC-Co cemented carbide materials, providing the effect of providing hard or tough cutting tools. .

탄소분말, 나노크기, 탄질화물, 탄화물, 유심조직, 완전고용체, 고인성, 고경도, 써메트 Carbon powder, Nano size, Carbonitride, Carbide, Core structure, Complete solid solution, High toughness, Hardness, Cermet

Description

새로운 Ti계 고용체 절삭 공구 소재{New Ti-based solid-solution cutting tool materials}New Ti-based solid-solution cutting tool materials

도 1a는 본 발명에 의한 15wt%의 WC를 포함하는 (Ti,W)C 고용체 분말의 XRD 상분석 결과이다.1A is an XRD image analysis result of (Ti, W) C solid solution powder containing 15 wt% WC according to the present invention.

도 1b는 본 발명에 의한 30wt%의 WC를 포함하는 (Ti,W)C-Ni 써메트용 분말의 XRD 상분석 결과이다.Figure 1b is an XRD image analysis of the powder for (Ti, W) C-Ni cermet containing 30wt% WC according to the present invention.

도 1c는 본 발명에 의한 30wt%의 WC를 포함하고 C와 N의 비가 3대 1인 (Ti,W)(CN)-Ni 써메트용 분말의 XRD 상분석 결과이다.Figure 1c is a result of XRD analysis of the powder for (Ti, W) (CN) -Ni cermet containing 30wt% WC according to the present invention and the ratio of C and N is 3: 1.

도 2a는 본 발명에 의한 15wt%의 WC를 포함하는 (Ti,W)C-Ni 써메트용 분말의 형상을 보여주는 SEM 사진이다.Figure 2a is a SEM photograph showing the shape of the powder for (Ti, W) C-Ni cermet containing 15wt% WC according to the present invention.

도 2b는 본 발명에 의한 15wt%의 WC를 포함하는 (Ti,W)C-Ni 써메트용 분말의 형상을 보여주는 TEM 사진이다.Figure 2b is a TEM photograph showing the shape of the powder for (Ti, W) C-Ni cermet containing 15wt% WC according to the present invention.

도 3a는 본 발명에 의한 15wt%의 WC를 포함한 (Ti,W)C-Ni 써메트용 분말과 30wt%의 WC를 포함한 (Ti,W)C-Ni 써메트용 분말을 각각 1510℃에서 1시간 소결한 것의 FE-SEM 사진이다.Figure 3a is a powder for (Ti, W) C-Ni cermet containing 15wt% WC and powder for (Ti, W) C-Ni cermet containing 30wt% WC according to the present invention 1 at 1510 ℃ It is FE-SEM photograph of time sintered.

도 3b는 본 발명에 의한 15wt%의 WC를 포함하고 C와 N의 비가 2대 1인 (Ti,W)(CN)-Ni 써메트용 분말과 30wt%의 WC를 포함하고 C와 N의 비가 3대 1인 (Ti,W)(CN)-Ni 써메트용 분말 각각 1510℃에서 1시간 소결한것의 FE-SEM 사진이다.FIG. 3b is a powder for (Ti, W) (CN) -Ni cermet with 15 wt% WC and a ratio of C and N, and 30 wt% WC with a ratio of C and N FE-SEM photograph of three-to-one (Ti, W) (CN) -Ni cermet powders sintered at 1510 ° C for 1 hour.

도 4a는 본 발명에 의해 질소분위기에서 15wt%의 WC를 포함한 (Ti,W)C-Ni 써메트용 분말을 1510℃에서 1시간 소결한 것의 FE-SEM 사진이다.FIG. 4A is a FE-SEM photograph of a sintered powder for (Ti, W) C-Ni cermet including 15 wt% of WC in a nitrogen atmosphere according to the present invention at 1510 ° C. for 1 hour.

도 4b는 본 발명에 의해 질소분위기에서 30wt%의 WC를 포함한 (Ti,W)C-Ni 써메트용 분말을 1200℃에서 1시간 소결한 것의 표면부의 FE-SEM 사진이다.Figure 4b is a FE-SEM photograph of the surface portion of the sintered powder for (Ti, W) C-Ni cermet containing 30wt% WC in a nitrogen atmosphere by 1 hour at 1200 ℃ according to the present invention.

도 5는 본 발명에 의해 15wt%의 WC를 포함한 (Ti,W)C-Ni 써메트용 분말을 1510℃에서 1시간 소결후 PVD를 이용하여 TiN 코팅을 한 것의 FE-SEM 사진이다.5 is a FE-SEM photograph of the TiN coating using PVD after sintering the powder for (Ti, W) C-Ni cermet including 15 wt% of WC at 1510 ° C. for 1 hour.

도 6a는 본 발명에 의해 TiC-Ni과 WC-Ni의 혼합 분말을 1510℃에서 1시간 소결한 것의 FE-SEM 사진이다.6A is a FE-SEM photograph of a sintered mixture of TiC-Ni and WC-Ni at 1510 ° C. for 1 hour according to the present invention.

도 6b는 본 발명에 의해 Ti(CN)-Ni과 Mo2C-Ni의 혼합 분말을 1510℃에서 1시간 소결한 것의 FE-SEM 사진이다.6B is a FE-SEM photograph of a sintered mixture of Ti (CN) -Ni and Mo 2 C-Ni at 1510 ° C. for 1 hour according to the present invention.

도 7은 (Ti,W)(CN)-Ni과 30wt%의 Ti(CN)-Ni의 혼합분말을 1510℃에서 1시간 소결한 것의 FE-SEM 사진이다.FIG. 7 is a FE-SEM photograph of a sintered mixture of (Ti, W) (CN) -Ni and 30 wt% of Ti (CN) -Ni at 1510 ° C. for 1 hour.

본 발명은 고용체 분말, 고용체 분말을 소결한 세라믹스, 고용체 분말을 포함하는 써메(cermet)트용 분말, 써메트용 분말을 소결한 써메트, 그리고 이들의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 기계 제조업과 자동차 공업 등 기계 산업 분야에 사용되는 고속 절삭 공구 재료 및 금형 재료 등에 적용되며, 전반적인 기계적 물성 및 특히 인성과 경도를 향상시킬 수 있는, 고용체 분말, 고용체 분말을 소결한 세라믹스, 고용체 분말을 포함하는 써메트용 분말, 써메트용 분말을 소결한 써메트, 그리고 이들의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solid solution powder, ceramics sintered solid solution powder, cermet powder containing solid solution powder, cermet sintered powder for cermet, and a method for producing the same. More specifically, it is applied to high-speed cutting tool materials and mold materials used in the mechanical industry, such as machine manufacturing and automobile industry, and ceramics sintered solid solution powder and solid solution powder which can improve overall mechanical properties and especially toughness and hardness. The present invention relates to a powder for cermet containing solid solution powder, a cermet sintered powder for cermet, and a method for producing the same.

본 발명에서 나노 크기란 일반적으로 알려진 바와 같이 100nm 이하의 크기를 의미한다. In the present invention, nano size means a size of 100 nm or less, as is generally known.

기계 산업에 필요한 금속 절삭 가공 등에 활용되는 주된 절삭 공구 또는 내마모성 공구들에는, WC 계열의 초경합금, TiC나 Ti(CN) 계열의 각종 써메트 합금, 기타 세라믹 또는 고속도강 등이 사용된다.The main cutting tools or wear-resistant tools used in the metal cutting process required for the mechanical industry include WC cemented carbide, TiC or Ti (CN) based cermet alloys, other ceramics or high speed steels.

그 중에서 써메트는, 일반적으로, 경질상인 TiC, Ti(CN)과, 결합상인 Ni, Co, Fe 등의 금속을 주성분으로 하며, 주기율표 중에서 IVa, Va, 그리고 VIa 족 금속의 탄화물, 질화물, 그리고 탄질화물 등을 첨가물로 함유하는 세라믹-금속 복합 소결체를 말한다. Among them, the cermet is generally composed of metals such as TiC, Ti (CN), which are hard phases, and Ni, Co, Fe, which are bonded phases, and carbides, nitrides, and nitrides of Group IVa, Va, and Group VIa metals in the periodic table. Ceramic-metal composite sintered compact containing carbonitride and the like as an additive.

즉, 상기 써메트는, TiC나 Ti(CN) 등 이외에 WC, NbC, TaC, Mo2C 등의 경질 세라믹 분체 및 이들을 결합하기 위한 기지상인 Co와 Ni 등의 금속 분체를 혼합하여, 이들을 진공 또는 수소 분위기하에서 소결함으로써 제조된다.That is, the cermet mixes hard ceramic powders such as WC, NbC, TaC, Mo 2 C, and metal powders such as Co and Ni, which are combined for bonding them, in addition to TiC, Ti (CN), and the like, and vacuum them. It is manufactured by sintering in a hydrogen atmosphere.

상기 TiC와 Ti(CN)은 우수한 고강도 재료로써 많은 분야에 응용되어 왔다. 특히 TiC는 경도(Vicker's hardness)가 3,200kg/mm2로 대단히 단단하고, 녹는점이 3,150 내지 3,250℃로 상당히 높으며, 700℃ 까지는 비교적 우수한 내산화성을 가지고 있고, 내마모성, 내식성, 전자 방사성, 집광성 등 우수한 성질을 가지고 있으므로, 고속도 절삭 공구용 재료로서 WC-Co 합금을 대체해서 많이 사용되었다.TiC and Ti (CN) have been applied to many fields as excellent high strength materials. In particular, TiC has a very high hardness (Vicker's hardness) of 3,200kg / mm 2 , a very high melting point of 3,150 to 3,250 ° C, and a relatively excellent oxidation resistance up to 700 ° C. Because of its excellent properties, it has been widely used as a substitute for WC-Co alloys as a material for high-speed cutting tools.

그러나, 상기 TiC를 이용하여 써메트를 제조하는 경우, 소결 시 액상 금속으로서 Ni등 결합상 금속을 사용하게 되는데, 이 경우, WC-Co 조합에 비해서 적심각(wetting angle)이 크기 때문에, TiC의 급속한 입성장이 일어나게 되고, 이에 따라 인성이 떨어진다는 문제점을 갖고 있었다. However, when the cermet is manufactured using the TiC, a binder phase metal such as Ni is used as the liquid metal during sintering. In this case, since the wetting angle is larger than that of the WC-Co combination, Rapid grain growth occurs, resulting in a drop in toughness.

그럼에도 불구하고, 1956년 미국의 포드 자동차(Ford Motor)에서는 TiC-Mo2C-Ni 써메트를 최초로 양산하였는데, 비록 그 인성이 크게 개선되지는 못하였지만, 정밀 가공을 위한 고경도 공구 재료로서 중삭(semi-finishing)과 정삭(finishing) 등에 사용되었다.Nevertheless, in 1956, Ford Motor of the United States first mass-produced TiC-Mo 2 C-Ni cermets, although their toughness was not significantly improved, they were machined as hard tool materials for precision machining. Used in semi-finishing and finishing.

1960년대, 1970년대에는 상기 TiC-Ni 써메트 시스템이 가지고 있는 가장 큰 약점인 인성을 개선하고자 여러 종류의 원소를 첨가하는 시도가 있었는데, 뚜렷한 성과를 거두지는 못하였다. In the 1960s and 1970s, attempts were made to add various kinds of elements to improve toughness, which is the biggest weakness of the TiC-Ni cermet system.

그러던 중 1970년대 TiC에 TiN을 첨가함으로써 열역학적으로 보다 안정한 상(相)인 Ti(CN)을 형성하게 되었으며, 이에 따라 인성을 어느 정도 개선할 수 있게 되었다. However, by adding TiN to TiC in the 1970s, Ti (CN), which is a thermodynamically more stable phase, was formed, thereby improving the toughness to some extent.

즉, Ti(CN)은 TiC에 비해서 미세한 조직을 가지고 있어서 인성이 개선될 수 있었고, 그 외에도 화학적 안정성, 기계적 충격 저항성을 향상시킬 수 있었다.That is, Ti (CN) has a finer structure than TiC, so the toughness could be improved, and in addition, chemical stability and mechanical impact resistance could be improved.

한편, 인성의 향상을 위해 WC, Mo2C, TaC, NbC 등 많은 첨가 탄화물을 사용하여 왔고, 지금까지도 Ti(CN)-M1C-M2C-…-Ni/Co 형태의 제품들이 상용화되고 있다.On the other hand, many added carbides, such as WC, Mo 2 C, TaC, NbC, etc. have been used to improve toughness, and Ti (CN) -M1C-M2C-... -Ni / Co type products are commercially available.

인성의 향상을 위해 첨가 탄화물을 적용하는 경우, TiC계 혹은 Ti(CN)계 써메트 소결체의 일반적인 미세구조는 유심구조(core/rim structure)로 관찰되는데, 이와 같은 유심구조의 경질상을 Ni, Co 등의 결합상이 둘러싸게 된다. When the addition carbide is applied to improve the toughness, the general microstructure of the TiC-based or Ti (CN) -based cermet sintered body is observed as a core / rim structure. The hard phase of such a core structure is Ni, A binding phase such as Co is surrounded.

상기 유심구조 중 코어(core)는 소결 중 액화된 금속 결합물(binder : Ni, Co 등) 내에서 용해되지 않은 TiC 또는 Ti(CN)으로써 고경도를 가지고 있는 조직이다. The core of the core structure is a structure having high hardness as TiC or Ti (CN) which is not dissolved in a metal binder (binder: Ni, Co, etc.) liquefied during sintering.

반면에 이들 코어 주변을 싸고 있는 주변의 림(rim) 조직은 코어의 성분인 TiC 혹은 Ti(CN)과 첨가 탄화물 간의 고용체(solid-solution : (Ti,M1,M2…)(CN)으로 나타난다)로 경도보다는 고인성을 갖는 조직이다. On the other hand, the surrounding rim tissue surrounding these cores is represented by a solid-solution (Ti, M1, M2…) (CN) between the core components TiC or Ti (CN) and the added carbides. It is a tissue with high toughness rather than hardness.

이와 같이, 써메트는 림조직의 형성을 통하여, TiC-Ni 혹은 Ti(CN)-Ni 같은 단순계 써메트가 가지고 있던 치명적인 약점인 인성의 문제를 어느 정도 해결하였다.Thus, through the formation of the rim structure, the cermet solved the problem of toughness, which is a fatal weakness of the simple cermet such as TiC-Ni or Ti (CN) -Ni, to some extent.

그러나 상기 유심구조를 갖는 써메트의 경우, 여전히 WC-Co의 초경 합금에 비하여 인성이 낮다는 문제점이 있었으며, 따라서 아직까지도 WC-Co를 완전하게 대체하지 못하고 있다.However, in the case of the cermet having the concentric structure, there is still a problem that the toughness is lower than that of the cemented carbide of WC-Co, and thus it has not yet completely replaced WC-Co.

이에, 유심구조를 갖지 않는 완전 고용상의 형성을 통해, 인성이 향상된 써메트를 개발하고자 하는 시도가 스미토모(Sumitomo), 쿄세라(Kyocera) 등 일본 공구회사들과 유럽 NATO 연합국 연구진들에 의해 꾸준히 이루어져 왔다.Thus, attempts to develop improved toughness through the formation of unemployed, fully employed forms have been steadily made by Japanese tool companies such as Sumitomo, Kyocera, and researchers from the European Union of NATO. come.

그러나 고용상은 소결 중에 형성되며, 형성되는 양이 소결 온도와 시간에 연관되어 있으므로, 완전 고용체만으로 구성된 써메트를 얻을 수 없었고, 아직까지도 실질적인 고인성을 달성하는 완전 고용체 분말이나 이를 이용하여 제조되는 극 미세구조를 가진 써메트는 제공된 바 없다.However, solid solution phases are formed during sintering, and since the amount formed is related to the sintering temperature and time, it is not possible to obtain a cermet consisting entirely of solid solution, and the solid solution powder produced using the same or the poles which are still achieving substantial toughness No microstructures have been provided.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 종래 TiC계, Ti(CN)계 써메트가 가지는 고경도에 따른 저인성의 문제를 해결하여, TiC계 또는 Ti(CN)계 복합 분말의 미세 구조에 있어서 유심 구조를 갖지 않는 완전 고용상을 제공함으로써, 써메트 재료의 인성을 실질적으로 크게 향상시킬 수 있고, 전반적인 기계적 물성도 우수하며, 따라서 WC-Co 초경 재료를 대체하여 고경도, 고인성 절삭공구의 제조를 가능하게 하는, 고용체 분말, 그 제조 방법, 상기 고용체 분말을 포함하는 써메트용 분말, 그 제조 방법 및 상기 고용체 분말을 소결한 세라믹스 소결체, 상기 써메트용 분말을 이용한 써메트를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to solve the problem of low toughness according to the high hardness of the conventional TiC-based, Ti (CN) -based cermet, TiC-based or Ti By providing a fully solid solution phase having no core structure in the fine structure of the (CN) -based composite powder, the toughness of the cermet material can be substantially improved, and the overall mechanical properties are also excellent, thus WC-Co cemented carbide material A solid solution powder, a manufacturing method thereof, a powder for cermet containing the solid solution powder, a manufacturing method thereof, and a ceramic sintered body sintered the solid solution powder, which enables the production of a high hardness, high toughness cutting tool in place of It is to provide a cermet using the powder for the met.

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본 발명은 고용체 분말, 그 제조 방법, 상기 고용체 분말을 포함하는 써메트용 분말, 그 제조 방법 및 상기 고용체 분말을 소결한 세라믹스 소결체, 상기 써메트용 분말을 이용한 써메트의 제조에 관한 것으로, TiC계 또는 Ti(CN)계 상용 써메트가 고경도화에 따른 저인성화의 문제점을 가지고 있는 것에 비하여 미세구조상에서 유심구조를 나타내지 아니하는 완전 고용상을 제공함으로써 경도 및 인성을 현저히 향상시키고 전반적인 기계적인 물성을 우수하게 하여 WC-Co 초경재료를 대체하고 고경도 고인성 절삭공구를 제공하는 효과를 달성한다.The present invention relates to a solid solution powder, a manufacturing method thereof, a powder for cermet including the solid solution powder, a manufacturing method thereof, and a ceramic sintered body obtained by sintering the solid solution powder. Compared to the conventional toughness of Ti- or Ti (CN) -based cermets, the hardness and toughness are significantly improved by providing a completely solid phase that does not exhibit a core structure in the microstructure. It achieves the effect of replacing WC-Co cemented carbide materials and providing high hardness and toughness cutting tools.

본 발명에서는 상기의 목적을 달성하기 위하여 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물로 이루어지고 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는, 완전 고용체인 것을 특징으로 하는 고용체 분말을 제공한다.In the present invention, in order to achieve the above object, carbides, carbonitrides, or mixtures of two or more metals selected from the group IVa, Va, and Group VIa metals, including titanium, in the periodic table, and have nanocrystals of 100 nm or less. It provides a solid solution powder characterized in that the complete solid solution.

본 발명에 의해 (i)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 하나 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하고 (ii) Ni, Co 그리고 Fe 중의 적어도 하나의 금속을 포함하는 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 응집된 써메트용 분말을 제공한다. (I) carbides, carbonitrides, or mixtures thereof of one or more metals from Groups IVa, Va, and VIa metals of the periodic table, and (ii) at least one of Ni, Co, and Fe Provided is a powder for agglomerated cermets having nanocrystal grains of 100 nm or less.

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본 발명에 의한 써메트용 분말 내에서의 써메트용 분말은 (i) 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하고 (ii) Ni, Co 그리고 Fe 중 적어도 한가지 금속을 포함하는 응집체이고 이는 완전 고용체이며 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 응집체이다.The cermet powder in the cermet powder according to the present invention comprises (i) carbides, carbonitrides, or mixtures thereof of two or more metals selected from the group IVa, Va, and VIa metals in the periodic table, including titanium. And (ii) aggregates comprising at least one metal of Ni, Co and Fe, which are fully solid solutions and have aggregates of up to 100 nm.

본 발명에 의해 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 하나 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 응집체인 고용체 분말을 소결하여 세라믹을 제공한다.The present invention provides a ceramic by sintering a solid solution powder that is an aggregate having nanocrystal grains of 100 nm or less, including carbides, carbonitrides, or mixtures of one or more metals from Group IVa, Va, and VIa metals in the periodic table.

본 발명에 의해 (i)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 하나 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하고 (ii) Ni, Co 그리고 Fe 중의 적어도 하나의 금속을 포함하는 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 응집체인 써메트용 분말을 소결하여 써메트를 제공한다.(I) carbides, carbonitrides, or mixtures thereof of one or more metals from Groups IVa, Va, and VIa metals of the periodic table, and (ii) at least one of Ni, Co, and Fe The powder for cermet, which is an aggregate having nanocrystal grains of 100 nm or less, is sintered to provide a cermet.

본 발명에 의해 써메트 내에서의 써메트용 분말은 (i)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하고 (ii) Ni, Co 그리고 Fe 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 응집체이고 이는 완전고용체이며 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 응집체이다.The powder for cermet in the cermet by the present invention comprises (i) carbides, carbonitrides, or mixtures thereof of two or more metals selected from the group IVa, Va, and Group VIa metals, including titanium, in the periodic table; (ii) an aggregate comprising at least one metal of Ni, Co and Fe, which is a fully solid solution and has an aggregate of nanocrystals of 100 nm or less.

본 발명에 의한 써메트에서 써메트는 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 TiC-Me 혹은 Ti(CN)-Me(e는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)의 써메트용 분말과 모두 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 WC-Me, Mo2C-Me, TaC-Me, NbC-Me, ZrC-Me 및 HfC-Me(Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)으로 구성된 그룹으로부터 하나 또는 그 이상 선택된 써메트용 분말의 혼합체의 소결체이고 이 소결체는 Ti(CN)의 코어를 갖는다.In the cermet according to the present invention, the cermet is a cermet of TiC-Me or Ti (CN) -Me (e is one or two or more bonding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) having nanocrystals of 100 nm or less. WC-Me, Mo 2 C-Me, TaC-Me, NbC-Me, ZrC-Me, and HfC-Me, both of which have nanocrystal grains of 100 nm or less, and Me is one selected from the group consisting of Ni, Co, and Fe Or a sintered body of a mixture of powders for cermets selected from the group consisting of two or more combined phases) which have a core of Ti (CN).

본 발명에 의한 써메트에서 써메트는 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 TiC-Me 혹은 Ti(CN)-Me(e는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)의 써메트용 분말과 (i)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하고 (ii) Ni, Co 그리고 Fe 중 적어도 한가지 금속을 포함하는 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 완전 고용체의 응집체인 써메트용 분말의 혼합체의 소결체이다. In the cermet according to the present invention, the cermet is a cermet of TiC-Me or Ti (CN) -Me (e is one or two or more bonding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) having nanocrystals of 100 nm or less. Powders and (i) carbides, carbonitrides, or mixtures thereof of two or more metals selected from the group IVa, Va, and VIa metals in the periodic table, including titanium; and (ii) at least one of Ni, Co, and Fe. It is a sintered compact of the mixture of the powder for cermets which is an aggregate of the completely solid solution which has a nanocrystal grain below 100 nm containing a metal.

본 발명에 의한 써메트에서 써메트는 TiC, Ti(CN), (Ti,M1,M2..)C 또는 (Ti,M1,M2..)(CN)의 경질상을 오직 써메트 표면부에 더 포함하고 이 경질상은 소결 과정동안 로 내부로 도입된 질소의 양과 시간을 조절하여 써메트용 분말의 소결과 함께 형성된다. In the cermet according to the present invention, the cermet has only a hard phase of TiC, Ti (CN), (Ti, M1, M2 ..) C or (Ti, M1, M2 ..) (CN) on the surface of the cermet. This hard phase is formed together with the sintering of the powder for cermet by controlling the amount and time of nitrogen introduced into the furnace during the sintering process.

본 발명에 의한 세라믹에서 세라믹은 세라믹의 표면위에 고용체 분말의 소결후에 CVD, PVD 등의 방법으로 형성한 TiC-Me, Ti(CN)-Me, (Ti,M1,M2..)C-Me 또는 (Ti,M1,M2..)(CN)-Me (Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)의 인성강화 코팅층을 더 포함하고 있다.In the ceramic according to the present invention, the ceramic is formed by TiC-Me, Ti (CN) -Me, (Ti, M1, M2 ..) C-Me formed by CVD, PVD or the like after sintering the solid solution powder on the surface of the ceramic. (Ti, M1, M2 ..) (CN) -Me (Me is one or more of two or more binding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) further comprises a toughened coating layer.

본 발명에 의한 써메트에서 써메트는 써메트의 표면위에 써메트용 분말의 소결후에 CVD 나 PVD 방법으로 형성한 TiC, TiN, Ti(CN), TiAlN 또는 TiAlCrN의 강화코팅층을 더 포함하며 이 써메트는 진공, 아르곤 또는 질소분위기 하에서 소결하여 써메트의 표면에 고용상 또는 결합상이 많은 상을 가지고 있다.In the cermet according to the present invention, the cermet further includes a reinforced coating layer of TiC, TiN, Ti (CN), TiAlN or TiAlCrN formed by CVD or PVD after sintering the powder for cermet on the surface of the cermet. The met is sintered in a vacuum, argon or nitrogen atmosphere to have a solid or bonded phase on the surface of the cermet.

본 발명에 의하면 나노 크기를 갖는, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 산화물을 탄소 분말 혹은 탄소 소스와 함께 원하는 조성에 따라 혼합하는 단계(S1-1);와 산화물과 탄소 분말 혹은 탄소 소스가 혼합된 분말을 환원 및 탄화시키는 단계(S2);를 포함하는 고용체 분말을 준비하는 방법을 제시한다.According to the present invention, a step of mixing an oxide of two or more metals selected from the group IVa, Va, and Group VIa in the periodic table having a nano size, including titanium with a carbon powder or a carbon source according to a desired composition (S1-1). And; reducing and carbonizing the oxide and the carbon powder or the powder mixed with the carbon source (S2).

본 발명에 의한 방법에는 (S1-1)단계는 산화물과 탄소 분말 혹은 탄소 소스의 혼합분말을 분쇄하는 단계를 더 포함한다.In the method according to the present invention, the step (S1-1) further includes pulverizing a mixed powder of an oxide and a carbon powder or a carbon source.

본 발명에 의하면 마이크론 크기를 갖는, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 산화물을 탄소 분말 혹은 탄소 소스와 함께 원하는 조성에 따라 혼합 후 100nm 이하의 나노 크기 또는 비정질상태로 분쇄하는 단계(S1-2); 및 산화물과 탄소 분말 혹은 탄소 소스가 혼합된 분말을 환원 및 탄화시키는 단계(S2);를 포함하는 고용체 분말을 준비하는 방법을 제시한다.According to the present invention, nanoscales of 100 nm or less after mixing oxides of two or more metals selected from group IVa, Va, and Group VIa metals in the periodic table, including titanium, with a carbon powder or carbon source, depending on the desired composition Or pulverizing to an amorphous state (S1-2); It provides a method for preparing a solid solution powder comprising a; and reducing and carbonizing the oxide and carbon powder or powder mixed with a carbon source (S2).

본 발명에 의하면 (i) Ni, Co 및 Fe로부터 선택된 나노 크기의 한가지 이상의 금속성분을 갖는 산화물, (ii)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 선택된 나노 크기의 한가지 이상의 성분을 갖는 산화물 그리고 (iii)원하는 조성에 따른 탄소 분말 혹은 탄소 소스를 혼합(S1-3)하는 단계와 산화물[(i)과 (ii)]과 탄소 분말 혹은 탄소 소스[(iii)]의 혼합분말의 환원 및 탄화단계(S2)를 포함하고 있는 방법을 사용한 써메트용 분말 제조 방법을 포함하고 있다.According to the present invention, (i) an oxide having at least one metal component of nano size selected from Ni, Co and Fe, (ii) an oxide having at least one component of nano size selected from Group IVa, Va, and Group VIa metals in the periodic table; (iii) mixing (S1-3) the carbon powder or carbon source according to the desired composition and reducing and carbonizing the mixed powder of the oxide [(i) and (ii)] and the carbon powder or carbon source [(iii)]. It includes the powder manufacturing method for cermet using the method containing the step (S2).

본 발명에 의하면 단계(S1-3)은 (i)Ni, Co 및 Fe로부터 선택된 나노 크기의 한가지 이상의 금속성분을 갖는 산화물, (ii)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택된 나노 크기의 둘 이상의 성분을 갖는 산화물 그리고 (iii)원하는 조성에 따른 탄소 분말 혹은 탄소 소스의 혼합을 포함하고 있다.According to the invention step (S1-3) comprises (i) an oxide having at least one metal component of nano size selected from Ni, Co and Fe, and (ii) titanium from Group IVa, Va, and Group VIa metals in the periodic table. Oxides having two or more components of selected nanosize and (iii) a mixture of carbon powders or carbon sources according to the desired composition.

본 발명에 의하면 단계 (S1-3)은 산화물[(i)과 (ii)]과 탄소 분말 혹은 탄소 소스[(iii)]의 혼합분말의 분쇄공정을 더 포함하고 있다.According to the present invention, step (S1-3) further includes a step of crushing the mixed powder of the oxides [(i) and (ii)] and the carbon powder or the carbon source [(iii)].

본 발명에 의하면 (i)Ni, Co 및 Fe로부터 선택된 마이크론 크기의 한가지 이상의 금속성분을 갖는 산화물, (ii)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 선택된 마이크론 크기의 하나 이상의 성분을 갖는 산화물 그리고 (iii)원하는 조성에 따른 탄소 분말 혹은 탄소 소스의 혼합공정과 산화물[(i)과 (ii)]과 탄소 분말 혹은 탄소 소스[(iii)]의 혼합분말을 나노 크기 또는 비정질 상태로 분쇄하는 단계(S1-4);와 산화물[(i)과 (ii)]과 탄소 분말 혹은 탄소 소스[(iii)]의 혼합분말의 환원 및 탄화단계(S2)를 포함하는 써메트용 분말의 제조 방법을 제공한다.According to the present invention, (i) an oxide having at least one metal component of micron size selected from Ni, Co and Fe, (ii) an oxide having at least one component of micron size selected from Group IVa, Va, and Group VIa metals in the periodic table; (iii) mixing the carbon powder or the carbon source according to the desired composition and pulverizing the mixed powder of the oxide [(i) and (ii)] and the carbon powder or the carbon source [(iii)] to a nano size or amorphous state. (S1-4); and a method for producing a powder for cermet comprising the step of reducing and carbonizing (S2) a mixed powder of an oxide [(i) and (ii)] and a carbon powder or a carbon source [(iii)]. to provide.

본 발명에 의하면 단계 (S1-4)는 (i)Ni, Co 및 Fe로부터 선택된 마이크론 크기의 한가지 이상의 금속성분을 갖는 산화물, (ii)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택된 마이크론 크기의 둘 이상의 성분을 갖는 산화물 그리고 (iii)원하는 조성에 따른 탄소 분말 혹은 탄소 소스의 혼합공정과 산화물[(i)과 (ii)]과 탄소 분말 혹은 탄소 소스[(iii)]의 혼합분말을 나노 크기 또는 비정질 상태로 분쇄하는 단계를 포함한다.According to the invention step (S1-4) comprises (i) an oxide having at least one metal component of micron size selected from Ni, Co and Fe, and (ii) titanium from Group IVa, Va, and Group VIa metals in the periodic table. An oxide having two or more components of selected micron size, and (iii) a mixing process of a carbon powder or carbon source according to the desired composition and a mixture of oxides [(i) and (ii)] and carbon powder or carbon source [(iii)]. Pulverizing the powder to a nano size or amorphous state.

본 발명에 의하면 단계 (S2)는 산화물 분말과 탄소 분말 혹은 탄소 소스의 환원 및 탄화공정에 추가하여 질화공정을 더 포함한다.According to the invention step (S2) further comprises a nitriding process in addition to the reduction and carbonization process of the oxide powder and carbon powder or carbon source.

본 발명에 의하면 단계 (S2)는 환원 및 탄화공정은 진공 또는 수소, CH4, CO/CO2 분위기에서 1000 내지 1300℃에서 3시간 이하에서 질화공정은 질소 분위기에서 동시에 수행된다. According to the present invention step (S2) is a reduction and carbonization process is carried out at the same time in a nitrogen atmosphere in a vacuum or hydrogen, CH 4 , CO / CO 2 atmosphere at 1000 to 1300 ℃ 3 hours or less.

본 발명에 의하면 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 선택된 하나 이상의 금속 성분의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물, 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 응집체인 고용체 분말을 소결하는 단계를 포함하는 방법 즉 세라믹을 제조하는 방법을 제공한다.According to the present invention, the method comprises sintering a solid solution powder which is a carbide, carbonitride, or mixture thereof, an aggregate having nanocrystal grains of 100 nm or less, selected from group IVa, Va, and Group VIa metals in the periodic table. That is, a method of manufacturing a ceramic is provided.

본 발명에 의하면 (i)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 선택된 하나 이상의 금속 성분의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물과 (ii) Ni, Co 그리고 Fe에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 응집체인 써메트용 분말을 소결하는 단계를 포함하는 방법 즉 써메트를 제조하는 방법을 제공한다.According to the present invention, (i) a carbide, carbonitride, or mixture thereof of one or more metal components selected from Group IVa, Va, and Group VIa metals of the periodic table, and (ii) one or more metals selected from Ni, Co and Fe Provided is a method for producing a cermet, that is, a method comprising the step of sintering a powder for cermet, which is an aggregate having nano grains of 100 nm or less.

본 발명에 의하면 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 TiC-Me, 혹은 Ti(CN)-Me(Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)의 써메트용 분말과 모두 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 WC-Me, Mo2C-Me, TaC-Me, NbC-Me, ZrC-Me 및 HfC-Me(Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)으로 구성된 그룹으로부터 하나 또는 그 이상 선택된 써메트용 분말의 혼합 분말이 소결된다. According to the present invention, all of the powders for cermets of TiC-Me, or Ti (CN) -Me (Me is one or two or more bonding phases selected from the group consisting of Ni, Co, and Fe) having nanocrystals of 100 nm or less and both are 100 nm. WC-Me, Mo 2 C-Me, TaC-Me, NbC-Me, ZrC-Me and HfC-Me having the following nano grains (Me is one or more binding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) A mixed powder of powder for one or more selected cermets from the group consisting of) is sintered.

본 발명에 의하면 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 TiC-Me, 혹은 Ti(CN)-Me(Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)의 써메트용 분말과 (i)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하는 적어도 둘 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물과 (ii) Ni, Co 그리고 Fe 중 적어도 하나 금속을 포함하는 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 완전고용체의 응집체인 써메트용 분말의 혼합분말이 소결된다.According to the present invention, the powder for cermet of TiC-Me or Ti (CN) -Me (Me is at least one or two bonding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) having nanocrystals of 100 nm or less and (i 10 nm or less nanoparticles containing carbides, carbonitrides, or mixtures of at least two metals, including titanium, from Group IVa, Va, and VIa metals in the periodic table, and (ii) at least one metal of Ni, Co, and Fe. The mixed powder of the powder for cermet, which is an aggregate of a solid solid having crystal grains, is sintered.

본 발명의 공정에는 소결과정동안 로 내부로 도입된 질소의 양과 시간을 조절하여 써메트용 분말의 소결과 함께 TiC, Ti(CN), (Ti,M1,M2..)C 또는 (Ti,M1,M2..)(CN)의 경질상을 오직 써메트 표면부에 형성하는 공정을 더 포함한다. In the process of the present invention, by controlling the amount and time of nitrogen introduced into the furnace during the sintering process, TiC, Ti (CN), (Ti, M1, M2 ..) C or (Ti, M1 And forming a hard phase of M2 ..) (CN) only on the cermet surface.

본 발명의 공정에는 소결을 진공, 아르곤 또는 질소분위기에서 수행하여 써메트의 표면에 고용상 또는 결합상이 많은 상을 가지게 하고 이와 같은 써메트용 분말의 소결 후 써메트의 표면위에 CVD 나 PVD 등을 이용하여 TiC, TiN, Ti(CN), TiAlN 또는 TiAlCrN의 강화코팅층을 형성하는 공정을 더 포함한다. In the process of the present invention, sintering is carried out in a vacuum, argon or nitrogen atmosphere so that the surface of the cermet has a high solid phase or a large number of binder phases, and after sintering of the powder for cermet, CVD or PVD is applied on the surface of the cermet. It further comprises the step of forming a reinforcement coating layer of TiC, TiN, Ti (CN), TiAlN or TiAlCrN.

본 발명의 공정에는 고용체 분말의 소결 후 세라믹스의 표면위에 CVD, PVD 등의 방법으로 형성한 TiC-Me, Ti(CN)-Me, (Ti,M1,M2..)C-Me 또는 (Ti,M1,M2..)(CN)-Me (Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)의 인성강화 코팅층을 형성하는 공정을 더 포함한다. In the process of the present invention, after sintering the solid solution powder, TiC-Me, Ti (CN) -Me, (Ti, M1, M2 ..) C-Me or (Ti, M1, M2 ..) (CN) -Me further comprises forming a toughening coating layer of (Me is one or more binding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe).

본문의 내용에 W, M1, M2..같은 대문자와 w, m1, m2..와 같은 소문자가 동시에 사용되었다. 이는 소문자의 w, m1, m2..가 대문자의 W, M1, M2...에 비해 적은 양임을 의미한다.In the text, uppercase letters such as W, M1, M2 .. and lowercase letters such as w, m1, m2 .. are used simultaneously. This means that lowercase letters w, m1, m2 .. are less than uppercase letters W, M1, M2 ....

본 발명에 따르는 고용체 분말, 상기 고용체 분말을 포함하는 써메트용 분말 및 상기 써메트용 분말을 이용한 써메트는, 고용체 분말이나 이에 결합상 금속을 포함하는 써메트용 분말이, 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 것이고, 이에 따라 유심 구조를 갖지 않는 완전 고용상의 제공이 가능하게 되고, 따라서 제공되는 써메트의 인성이 실질적으로 크게 향상된다.The solid solution powder according to the present invention, the cermet powder containing the solid solution powder, and the cermet using the cermet powder, the solid solution powder or the cermet powder containing the binding phase metal therein is 100 nm or less nanocrystal grain Thus, it becomes possible to provide a complete employment without having a concentric structure, thus substantially improving the toughness of the provided cermet.

본 발명에 따르면 고용체 분말과 써메트 분말을 제조하는 과정은 두 단계로 구성된다.According to the present invention, the process for preparing the solid solution powder and the cermet powder consists of two steps.

고용체 분말 제조를 위한 첫 단계는 나노 크기를 갖는, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 산화물 및 탄소 분말 혹은 탄소 소스를 원하는 조성에 따라 혼합하거나, 또는 혼합 및 분쇄하는 단계(S1-1)을 포함한다.The first step for the preparation of a solid solution powder is to mix oxides and carbon powders or carbon sources of two or more metals selected from the group IVa, Va, and VIa metals of the periodic table with nano size, according to the desired composition, or Mixing and pulverizing (S1-1).

혹은 고용체 분말을 제조하는 첫 단계는 마이크론 크기를 갖는, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 금속의 산화물을 탄소 분말 혹은 탄소 소스와 함께 혼합하고 상기 혼합체를 나노 크기화 또는 비정질화 하는 분쇄공정(S1-2)을 포함한다. Alternatively, the first step to prepare a solid solution powder is to mix oxides of a metal selected from the group IVa, Va, and VIa metals of the periodic table with a micron size with a carbon powder or carbon source and nanosize the mixture. Or a crushing step (S1-2) to be amorphous.

첫 단계에서 완전 고용상을 갖는 탄화물 또는 탄질화물 고용체 분말을 제조하기 위하여, 나노 크기의 혼합한 산화물과 탄소 분말 혹은 탄소 소스를 사용하는 것이 가능하다. 그러나 마이크론 크기의 혼합한 산화물과 탄소 분말 혹은 탄소 소스를 섞어 고에너지 볼 밀링(high energy ball miling)을 사용하여 비정질 상태의 나노 크기로 분쇄하는 것이 더욱 우수하다. In the first step, it is possible to use nano-sized mixed oxides and carbon powders or carbon sources to produce carbide or carbonitride solid solution powders with a completely solid solution phase. However, micron-sized mixed oxides and carbon powders or carbon sources can be mixed and pulverized into nanoscale nanoscales using high energy ball milling.

예를 들어, 나노 크기를 갖는 TiC를 기본으로 하는 고용체 분말을 제조하기 위하여 나노크기의 TiO2, 나노 크기를 갖는 예를 들어 WO3 등과 같은 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족의 금속 중 Ti을 제외하고 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 금속의 산화물, 및 탄소 분말 혹은 탄소 소스를 혼합한다(S1-1). 그리고, 이 후, 필요에 따라서는 상기 나노 크기의 산화물들과 탄소 분말이 혼합된 분말을 더욱 분쇄하는 과정을 거칠 수 있다.For example, in order to prepare a solid solution powder based on TiC having a nano size, Ti in a metal of Groups IVa, Va, and VIa in a periodic table such as nano sized TiO 2 , nano sized WO 3, etc. Except for the oxide of any one or two metals selected, and carbon powder or carbon source (S1-1). Then, after that, if necessary, the powder of the nano-sized oxides and the carbon powder may be further ground.

혼합 및/또는 분쇄 전 이미 나노 크기를 갖는 금속 산화물을 사용하지 않는 경우, 마이크론 크기의 TiO2 및 마이크론 크기의 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족의 금속 중 Ti을 제외하고 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 금속의 산화물을 탄소 분말 혹은 탄소 소스와 함께 혼합하고, 이 혼합된 분말을 비정질 상태의 나노 크기가 되도록 분쇄하도록 한다.When not using a metal oxide already nano-sized prior to mixing and / or milling, any one or more selected except for Ti in Groups IVa, Va, and VIa of the micron-sized TiO 2 and micron-sized periodic tables The oxides of the metals are mixed with the carbon powder or carbon source, and the mixed powders are ground to an amorphous nano size.

혼합되는 양은 미리 결정된 고용체 분말의 조성에 따라 적절히 선택될 수 있다. 또한 분쇄공정에는 상기에 설명된 고에너지 볼 밀링이 사용될 수 있다. 본 발명에 의하면 단지 고에너지 볼밀링에 의해 나노 크기의 결정립 또는 비정질 상태의 분말이 쉽게 제조되었다. The amount to be mixed may be appropriately selected depending on the composition of the predetermined solid solution powder. The high energy ball mill described above may also be used in the grinding process. According to the present invention, nano-sized grains or amorphous powders were easily produced by only high energy ball milling.

한편 써메트용 분말 제조를 위한 첫 단계는 나노 크기를 갖는, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 산화물 및 탄소 분말 혹은 탄소 소스; 그리고 나노 크기를 갖는 니켈, 코발트 및 철과 같은 결합상의 분말들의 산화물 혼합체와 필요에 따라 혼합체의 혼합 및 분쇄공정을 포함한다. On the other hand, the first step for the preparation of powder for cermets is an oxide and carbon powder or carbon source of two or more metals selected from the group IVa, Va, and Group VIa metals of the periodic table having a nano size; And mixing and pulverizing the oxide mixture of nanophase sized powders of the bonded phases such as nickel, cobalt and iron and the mixture as needed.

혹은 써메트용 분말 제조를 위한 첫 단계는 마이크론 크기를 갖는, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 산화물 및 탄소 분말 혹은 탄소 소스; 그리고 마이크론 크기를 갖는 니켈, 코발트 및 철과 같은 결합상의 분말들의 산화물 혼합과 나노 크기 또는 비정질 상태로 만들기 위한 분쇄공정을 포함한다. Or a first step for preparing a powder for cermets is an oxide and carbon powder or carbon source of two or more metals selected from the group IVa, Va, and Group VIa metals of the periodic table, having a micron size; And oxide mixing of the powders of the bonded phases, such as nickel, cobalt and iron, having a micron size, and grinding to make them nanoscale or amorphous.

본 발명에 의해 써메트용 분말을 제조하기 위하여 나노 크기를 갖는, 니켈, 코발트 및 철과 같은 결합상 금속의 산화물과 나노 크기를 갖는, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 금속의 산화물; 및 탄소 분말 혹은 탄소 소스를 원하는 조성에 따라 혼합하는 공정과 필요에 따라 분쇄공정을 더 진행시키는 공정을 수행한다.Including titanium from Group IVa, Va, and Group VIa metals in the periodic table having nano-sized oxides and nano-sized oxides of bonding phase metals such as nickel, cobalt and iron for preparing powders for cermets according to the invention. Oxide of the metal selected; And a step of mixing the carbon powder or the carbon source according to the desired composition and further proceeding the grinding step as necessary.

여기에 마이크론 크기를 갖는, 니켈, 코발트 및 철과 같은 결합상의 산화물을 사용하였을때, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 금속의 나노 혹은 마이크론 크기의 산화물 및 탄소 분말 혹은 탄소 소스;를 마이크론 크기의 금속 결합상 산화물과 함께 혼합하여 나노 크기 혹은 비정질상태로 만드는 분쇄공정을 수행한다. Nano or micron-sized oxide and carbon powders of metals selected from the group IVa, Va, and VIa metals in the periodic table when using oxides of the bonding phase, such as nickel, cobalt and iron, having a micron size here Or a carbon source; is mixed with a micron-sized metal-bonded phase oxide to form a nano-scale or amorphous state.

첫 단계에 따르면 유심구조를 갖지 아니한 완전 고용상으로 이루어진 균일한 미제구조가 얻어질 수 있다. 더욱이 추가적인 공정없이 써메트용 분말을 바로 소결하여 써메트가 얻어질 수 있다.According to the first step, a uniform unstructured structure can be obtained with a complete solid solution without a concentric structure. Furthermore, the cermet can be obtained by directly sintering the powder for the cermet without further processing.

다음 고용체 분말과 써메트용 분말을 제조하기 위한 두 번째 단계는 환원과 탄화 공정을 포함한다. 필요에 따라 두 번째 단계는 환원, 탄화 및 질화를 포함한다.(S2)The second step to prepare the solid solution powder and the powder for the cermet then involves a reduction and carbonization process. If necessary, the second step includes reduction, carbonization and nitriding (S2).

예를 들어 혼합 및 분쇄된 분말은 진공 또는 수소, CH4, CO/CO2 분위기에서 환원된 후 탄화 및 질화 공정후 나노 결정립을 갖고 완전 고용상으로 구성된 고용체 분말로 제조된다. 또한 써메트용 분말의 경우 나노 결정립을 가지고 있고 완전 고용상인 응집체가 제조된다.For example, the mixed and milled powder is prepared as a solid solution composed of completely solid solution with nano grains after reduction in vacuum or hydrogen, CH 4 , CO / CO 2 atmosphere and after carbonization and nitriding processes. In addition, for powders for cermets, aggregates are prepared that have nanocrystals and are completely solid solution.

더욱이 탄질화물 형성에 있어서 1000 내지 1300℃에서 3시간 이하로 진공 또는 수소 분위기에서 환원, 탄화하면서 동시에 질화를 하게 되면 산소의 양을 최소화시키고 적절한 양의 탄소와 질소를 유지케 하여 기공의 발생을 막고 써메트의 기계적 물성을 향상시키는 것이 확실하다. Furthermore, in the formation of carbonitride, nitriding while reducing and carbonizing in a vacuum or hydrogen atmosphere at 1000 to 1300 ° C. for 3 hours or less, minimizing the amount of oxygen and maintaining appropriate amounts of carbon and nitrogen prevents the formation of pores. It is certain to improve the mechanical properties of the cermet.

산소의 양은 상기의 공정에 있어 탄화물 또는 탄질화물 나노 분말을 제조하는 데 있어 중요한 변수이다. 일반적으로 산소의 양이 증가하면 기공의 형성을 가져오므로 산소의 양을 최소화하고 탄소의 양을 적정하게 하는 것이 필요하다.The amount of oxygen is an important parameter in the preparation of carbide or carbonitride nanopowders in the above process. In general, increasing the amount of oxygen leads to the formation of pores, so it is necessary to minimize the amount of oxygen and to titrate the amount of carbon.

혼합 분쇄된 분말이 1000 내지 1300℃에서 3시간 이하로 진공 또는 수소 분위기에서 환원, 탄화하고 동시에 질화를 하게 되면 나노 결정립의 Ti(CN)의 예와 같이 비록 나노 분말일지라도 산소의 양은 보통의 마이크론 크기의 분말들의 산소의 양과 유사하다.When the mixed pulverized powder is reduced, carbonized and simultaneously nitridated in a vacuum or hydrogen atmosphere at 1000 to 1300 ° C. for 3 hours or less, the amount of oxygen even in the case of nano powder is normal micron size, as in the example of Ti (CN) of nano grains. Is similar to the amount of oxygen in the powders.

그리고 상기 처리 조건하에서 질소양은, 공정 온도와 분말 합성시의 질소 분압 및 분말 내에 첨가되는 탄소의 양에 따라 자유롭게 선택이 가능하게 되며, 특히 안정적인 조성으로서, C/N(몰비)이 3/7, 5/5, 7/3것이 바람직하고, 7/3이 더욱 바람직하다.Under the above treatment conditions, the amount of nitrogen can be freely selected depending on the process temperature, the nitrogen partial pressure during powder synthesis, and the amount of carbon added in the powder, and as a particularly stable composition, C / N (molar ratio) is 3/7, 5/5, 7/3 are preferable, and 7/3 is more preferable.

다음으로 TiC나 Ti(CN)을 기본으로 하는 써메트가 완전 고용상을 가지도록 하기 위하여 상기의 방법으로 제조된 써메트용 분말을 진공분위기에서 소결 온도와 시간에 따라 소결한다. Next, in order to ensure that the cermet based on TiC or Ti (CN) has a completely solid solution phase, the cermet powder prepared by the above method is sintered under a sintering temperature and time in a vacuum atmosphere.

본 발명의 방법에 따라 원하는 조성을 갖는 (Ti,M1,M2..)C 및 (Ti,M1,M2..)(CN) 형 태의 유심구조를 갖지 않는 완전 고용체 분말, 이를 포함하는 서멧트용 분말 및 그 고용체 분말과 서멧트용 분말을 이용하는 세라믹스 및 서멧트의 제공이 가능하다.Full solid solution powder having no core structure in the form of (Ti, M1, M2..C) and (Ti, M1, M2 ..) (CN) having a desired composition according to the method of the present invention, a powder for cermet comprising the same, and It is possible to provide ceramics and cermet using the solid solution powder and cermet powder.

TiC계 또는 Ti(CN)계 고용체 분말에 있어서, 실질적인 분말의 성격을 보이는 결정립이 100nm 이하의 나노 결정립이 되도록 할 수 있으며, 또한, TiC계 또는 Ti(CN)계 서멧트용 분말에 있어서, 100nm 이하의 나노 결정립을 나타내는 응집체를 제공할 수 있다. 본 발명에서는 상기와 같은 크기의 결정립으로써 완전 고용상을 제공한다. In the TiC-based or Ti (CN) -based solid solution powder, the crystal grains exhibiting the characteristics of the substantial powder can be made nanocrystalline grains of 100 nm or less, and in the powder for TiC-based or Ti (CN) cermets, 100 nm or less Aggregates exhibiting nano grains of can be provided. The present invention provides a complete solid solution as grains of the above size.

응집체의 크기는 다양하게 조절가능하다. 시간, 속도, 온도 등의 밀링 조건, 및 시간, 온도 등의 분말 합성 조건을 조절함에 의해, 분말의 크기를 조절할 수 있으며, 응집체에 있어서, 나노 크기, 서브마이크론 크기(100nm 초과, 1㎛ 미만), 마이크론 크기(수 ㎛)에 대하여 모두 제조 가능하다. The size of the aggregates is variously adjustable. By controlling milling conditions such as time, speed and temperature, and powder synthesis conditions such as time and temperature, the size of the powder can be controlled, and in the aggregate, nano size, submicron size (more than 100 nm, less than 1 μm) All can be manufactured for micron size (a few micrometers).

그러나, 종래 서멧트의 제조 설비, 공정이 서브마이크론 크기 이상의 분말에 대하여 최적화되어 있으므로, 200nm 이하의 응집체를 제조하는 경우, 본 발명 적용의 용이성 및 경제성 측면에서 적합하다However, since the manufacturing equipment and process of conventional cermets are optimized for powders of submicron size or more, when preparing aggregates of 200 nm or less, they are suitable for ease of application and economical efficiency of the present invention.

한편, 본 발명에 따른 고용체 분말중의 고용되는 금속의 경우, 그 금속의 고용도 범위에서 모두 완전 고용상의 형성이 가능하다. On the other hand, in the case of the solid solution metal in the solid solution powder according to the present invention, it is possible to form a completely solid solution in the solid solution range of the metal.

즉, 본 발명의 완전 고용체 분말에 있어서, 예를 들어 WC가 고용되는 경우, 그 고용양은, 15 wt.%, 30 wt.%, 60 wt.%, 및 그 이상의 범위에 대하여 모두 가능하며, 그 외의 기타 Mo2C, NbC첨가 탄화물 등의 경우에도 각각의 가능한 고용도 범위에서 완전 고용상을 형성할 수 있다. That is, in the fully solid solution powder of the present invention, for example, when WC is solvated, the solid solution amount can be all about the range of 15 wt.%, 30 wt.%, 60 wt.%, And more. In the case of other Mo 2 C, NbC-added carbides, etc., it is possible to form a complete solid solution in each possible range of employment.

본 발명에 있어 고인성을 갖는 고경도 써메트의 제조는 두 가지 방법이 써메트용 분말의 소결에 있어 가능하다. In the present invention, the production of high hardness cermet having high toughness is possible in two methods for sintering powder for cermet.

하나 방법은 써메트의 표면위에 고경도 층을 형성하는 것이고 다른 하나는 써메트의 표면에 고경도 코팅층을 형성하는 방법이다.One method is to form a high hardness layer on the surface of the cermet and the other method is to form a high hardness coating layer on the surface of the cermet.

전자의 써메트 표면위에 고경도 층을 형성하기 위하여 본 발명에 의하면 써메트 분말의 소결동안에 로 내의 질소를 주입하여 주입 시간과 질소 양을 조절한다. In order to form a high hardness layer on the former cermet surface, according to the present invention, nitrogen in the furnace is injected during sintering of the cermet powder to control the injection time and the amount of nitrogen.

즉 본 발명에 의하면 써메트 분말의 소결 동안에 있어 소결 온도 전후에 로 내부에 1~100torr 압력의 질소를 주입하고 냉각 과정동안 압력이 유지된다. 결국에는 (Ti, W, M1, M2..)C/ (Ti, W, M1, M2..)(CN) 으로 형성된 고용상이 분해되어 고경도의 TiC, Ti(CN), (Ti,w, m1, m2..)C 또는 (Ti, w, m1, m2..)(CN)와 WC, M1C, M2C가 존재하거나 존재하지 않는 상태가 된다. 그래서 결과적으로 고경도상이 오직 써메트의 표면에 형성되고 그래서 소결된 전체 써메트는 고인성을 지니면서 표면에는 고경도 성질을 지니게 된다.That is, according to the present invention, during the sintering of the cermet powder, nitrogen of 1 to 100 torr pressure is injected into the furnace before and after the sintering temperature and the pressure is maintained during the cooling process. Eventually, the solid solution phase formed from (Ti, W, M1, M2 ..) C / (Ti, W, M1, M2 ..) (CN) is decomposed to form TiC, Ti (CN), (Ti, w, m 1 , m 2 ..) C or (Ti, w, m 1 , m 2 ..) (CN) and WC, M1C, M2C are present or absent. As a result, a high hardness phase is formed only on the surface of the cermet, so that the entire sintered cermet has high toughness and high toughness on the surface.

또한 써메트의 표면위에 고경도 코팅층을 형성하기 위해 본 발명에 의한 써메트 분말의 소결 과정동안 진공이나 아르곤, 질소 등의 분위기를 이용하여 써메트의 표면에 고용상의 크기를 더욱 늘리거나 금속성분의 결합상을 표면 근처에 더욱 늘린 후에 CVD나 PVD 의 방법을 이용하여 TiC, TiN, Ti(CN), TiAlN, TiAlCrN 등의 고경도 코팅층을 써메트 표면 위에 형성시킨다.In addition, during the sintering process of the cermet powder according to the present invention in order to form a high hardness coating layer on the surface of the cermet, by using an atmosphere such as vacuum, argon or nitrogen, the solid solution size is further increased on the surface of the cermet, or After further increasing the bonding phase near the surface, a hard coating layer such as TiC, TiN, Ti (CN), TiAlN, TiAlCrN, or the like is formed on the surface of the cermet using CVD or PVD.

또한 본 발명에 의한 상기의 방법을 사용유무에 관계없이 전체적으로 초미립 또는 나노 크기의 결정립을 갖는 고인성, 고경도 써메트를 다음의 두 가지 방법에 의해 제조할 수 있다.In addition, regardless of the use of the above method according to the present invention, high toughness and high hardness cermet having ultrafine or nano-sized crystal grains as a whole can be produced by the following two methods.

하나의 방법은 본 발명에 의한 나노 결정립을 갖는 TiC-Me 혹은 Ti(CN)-Me 분말을 WC-Me, Mo2C-Me, TaC-Me, NbC-Me, ZrC-Me 및 HfC-Me (Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)의 분말과 모두 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 WC-Me, Mo2C-Me, TaC-Me, NbC-Me, ZrC-Ni 및 HfC-Ni (Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 원하는 조성에 따라 혼합한 후 소결하여 미세한 TiC 혹은 Ti(CN) 코어를 갖는 소결체를 제조하는 것이다.One method is to prepare TiC-Me or Ti (CN) -Me powders having nanocrystals according to the present invention by WC-Me, Mo 2 C-Me, TaC-Me, NbC-Me, ZrC-Me and HfC-Me ( Me is WC-Me, Mo 2 C-Me, TaC-Me, NbC-Me, ZrC- with powders of one or two or more binding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) and all with nanocrystal grains of 100 nm or less Fine TiC or Ti (CN) cores by mixing and sintering one or more selected from the group consisting of Ni and HfC-Ni (Me is one or two or more bonding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) according to a desired composition It is to manufacture a sintered body having a.

또 다른 방법은 나노 결정립을 갖는 TiC-Me 혹은 Ti(CN)-Me(Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상) 분말과 본 발명에 의한 완전고용체의 써메트용 분말을 원하는 조성에 따라 혼합한 후 소결하여 써메트의 경도를 강화시킨다.Another method is for cermets of TiC-Me or Ti (CN) -Me (with one or more binding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) powders with nanocrystals and the complete solid solution according to the invention. The powders are mixed according to the desired composition and then sintered to enhance the hardness of the cermet.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상술한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

[예시1][Example 1]

예로써 순도99%의 TiO2 (anatase)와 평균입도 45 ㎛의 크기를 갖는 순도 99%의 NiO 와 평균입도 20 ㎛ 를 가지고 있는 WO3 를 사용하였다. For example, TiO 2 (anatase) having a purity of 99%, NiO having a purity of 99% having an average particle size of 45 μm, and WO 3 having an average particle size of 20 μm were used.

이들은 탄소분말과 함께 혼합하여 다음의 다섯 가지 목표조성을 선택하였다. They were mixed with carbon powder to choose the following five target compositions.

즉, 목표 조성은, (i) (Ti,W)C-Ni (15 wt.% WC 함유), (ii) (Ti,W)C-Ni (30 wt.% WC 함유), (iii) (Ti,W)(CN)-Ni (15 wt.% WC 함유, C/N= 2:1), (iv) (Ti,W)(CN)-Ni (30 wt.% WC 함유, C/N= 3:1), (v) (Ti,W)C (15 wt.% WC 함유)의 다섯 가지이다.Namely, the target composition is (i) (Ti, W) C-Ni (containing 15 wt.% WC), (ii) (Ti, W) C-Ni (containing 30 wt.% WC), (iii) ( Ti, W) (CN) -Ni (with 15 wt.% WC, C / N = 2: 1), (iv) (Ti, W) (CN) -Ni (with 30 wt.% WC, C / N = 3: 1), (v) (Ti, W) C (containing 15 wt.% WC).

이들은 모두 플래니터리 밀(planetary mill, Fritsch Pulverisette 7)을 이용하여 고에너지 볼밀링을 행하였고 이때 사용된 WC 재질의 볼의 직경은 5mm 이다. 분쇄하는 볼과 분쇄되는 분체의 질량비는 20:1이다. They were all high-energy ball milling using a planetary mill (Fritsch Pulverisette 7), the diameter of the WC material used was 5mm. The mass ratio of the grinding balls to the grinding powder is 20: 1.

분쇄공정에 사용된 용기의 재질은 WC이면 이때 분쇄는 250rpm의 속도에서 20시간동안 행하였다.If the material of the vessel used for the grinding process is WC, the grinding was performed for 20 hours at a speed of 250 rpm.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 나노 분말의 XRD 상분석 결과이다.1 is an XRD image analysis result of the nano-powder prepared according to an embodiment of the present invention.

도 1중 (a)는 TiO2, WO3, C의 혼합물로부터 (Ti,W)C (15 wt.% WC 함유)의 완전 고용체 분말이 제조되었음을, 도 1중 (b)는 TiO2, WO3, NiO, C의 혼합물로부터 (Ti,W)C-Ni (30 wt.% WC 함유)의 완전 고용상을 갖는 서멧트용 분말이 제조되었음을, 그리고 도 1중 (c)는 TiO2, WO3, NiO, C의 혼합물로부터 (Ti,W)(C,N)-Ni (30 wt.% WC 함유) 완전 고용상을 갖는 서멧트용 분말이 제조되었음을 보여준다.In FIG. 1 (a), a complete solid solution powder of (Ti, W) C (containing 15 wt.% WC) was prepared from a mixture of TiO 2 , WO 3 , C. In FIG. 1 (b), TiO 2 , WO A powder for cermets having a completely solid phase of (Ti, W) C-Ni (containing 30 wt.% WC) was prepared from a mixture of 3 , NiO, C, and (c) in FIG. 1 shows TiO 2 , WO 3 It is shown that a powder for cermet with (Ti, W) (C, N) -Ni (containing 30 wt.% WC) full solid phase was prepared from a mixture of NiO, C.

도 1중 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 형성된 고용상은 단일상으로, 이와 같은 단일상의 형성은 종래에 불가능하였다. 도 1중 (b), (c) 역시, Ni 분말이 단일 고용상과 혼합된 형태로 존재함을 보여 준다. As can be seen from (a) of FIG. 1, the solid solution phase formed is a single phase, and such a single phase cannot be formed conventionally. (B) and (c) of FIG. 1 also show that the Ni powder is present in a mixed form with a single solid solution phase.

이와 같이 NiO와 탄화물 또는 탄질화물 제조를 위한 산화물을 사용함으로써, 균일한 미세 구조를 얻을 수 있음을 알 수 있었고, 또한, 이에 의하면 서멧트의 제조 과정에서 추가적인 혼합 과정을 거치지 않고도 직접 소결할 수 있게 된다.By using NiO and oxides for the production of carbides or carbonitrides, it can be seen that a uniform microstructure can be obtained, and accordingly, it can be directly sintered without additional mixing in the manufacturing process of the cermet. do.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 제조된 (Ti,W)C-Ni (15 wt.% WC 함유) 분말의 주사 전자 현미경(SEM)의 사진이고, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 제조된 (Ti,W)C-Ni (15 wt.% WC 함유) 분말의 투과 전자 현미경(TEM) 사진이다. Figure 2a is a photograph of a scanning electron microscope (SEM) of (Ti, W) C-Ni (containing 15 wt.% WC) powder prepared according to an embodiment of the present invention, Figure 2b is an embodiment of the present invention Transmission electron microscopy (TEM) photograph of (Ti, W) C-Ni (containing 15 wt.% WC) powder prepared according to FIG.

도 2a의 주사현미경 사진으로부터 분말이 주어진 스케일에서 대략 200nm 정도의 균일한 응집체를 형성함을 확인할 수 있고, 도 2b의 투과전자현미경 사진으로부터도 분말이 주어진 스케일에서 대략 100nm보다 작은 혼합 응집체를 형성하고 있음을 확인할 수 있다. It can be seen from the scanning micrograph of FIG. 2A that the powder forms a uniform aggregate of about 200 nm at a given scale, and the transmission electron micrograph of FIG. 2B also shows that the powder forms a mixed aggregate smaller than about 100 nm at a given scale. It can be confirmed.

이러한 응집체 현상은 일반적으로 나노 분말에서 발견되는 것으로 과도한 응집현상을 제외하고는 응집체 형성은 소결에 도움을 준다.Such aggregates are generally found in nanopowders. Except for excessive aggregation, aggregate formation helps sintering.

표 1은 상기 조성을 바탕으로 상기 과정에 의해 제조된 분말의 CNO 원소 분석 결과이다. 비교 자료로서 같은 조성의 상용 분말에 대해 동일한 분석을 하였다. Table 1 shows the results of CNO element analysis of the powder prepared by the above process based on the composition. As comparative data, the same analysis was carried out for commercial powders of the same composition.

조성Furtherance CC NN OO 15 wt.% WC15 wt.% WC Nano (Ti,W)C-Ni*Nano (Ti, W) C-Ni * 12.1412.14 0.520.52 1.141.14 상용 TiC-WC-NiCommercial TiC-WC-Ni 14.1914.19 0.000.00 0.990.99 30 wt.% WC30 wt.% WC Nano (Ti,W)C-Ni**Nano (Ti, W) C-Ni ** 10.6510.65 0.380.38 1.081.08 상용 TiC-WC-NiCommercial TiC-WC-Ni 12.1512.15 0.000.00 0.830.83 15 wt.% WC15 wt.% WC Nano (Ti,W)C-Ni*Nano (Ti, W) C-Ni * 11.4511.45 5.585.58 0.380.38 상용 TiC-WC-NiCommercial TiC-WC-Ni 10.1010.10 4.444.44 0.810.81 30 wt.% WC30 wt.% WC Nano (Ti,W)C-Ni**Nano (Ti, W) C-Ni ** 10.3910.39 3.663.66 0.080.08 상용 TiC-WC-NiCommercial TiC-WC-Ni 9.009.00 3.393.39 0.830.83

*의 조성은 Ti(CN)-15 wt.% WC-Ni 을 시작조성으로 하여 제작하였다.The composition of * was prepared using Ti (CN) -15 wt.% WC-Ni as a starting composition.

**의 조성은 Ti(CN)-30 wt.% WC-Ni 을 시작조성으로 하여 제작하였다.The composition of ** was prepared using Ti (CN) -30 wt.% WC-Ni as a starting composition.

표 1로부터 확인할 수 있듯이, 제조된 나노 분말은 15, 30 wt.%를 갖는 (Ti,W)C-Ni과 (Ti,W)(CN)-Ni 써메트용 분말인데, 특히 (Ti,W)(CN)-Ni 의 경우, 상용 분말과 비교할 때, 낮은 산소 함유량을 가짐을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, the prepared nanopowders are powders for (Ti, W) C-Ni and (Ti, W) (CN) -Ni cermet having 15, 30 wt.%, In particular (Ti, W In the case of (CN) -Ni, it can be seen that it has a low oxygen content when compared with a commercial powder.

이와 같이 (i) 내지 (iv)의 조성을 갖는 상기 제조 방법에 의해 제조된 분말을 10-2Torr의 진공과 일반적 소결온도인 1510℃에서 1시간 소결을 하였다. Thus, the powder produced by the above-mentioned production method having the composition of (i) to (iv) was sintered for 1 hour at a vacuum of 10 −2 Torr and 1510 ° C. which is a general sintering temperature.

도 3a는 상기 (i) 및 (ii)의 조성의 경우에 있어서, 상기 소결된 시편들의 미세조직을 나타내는 사진으로, 왼쪽 사진은 (i)조성의 경우를 나타내는 것이고, 오른쪽 사진은 (ii)조성의 경우를 나타내는 것이다.Figure 3a is a photograph showing the microstructure of the sintered specimens in the case of the composition of (i) and (ii), the left photo shows the case of composition (i), the right photo is composition (ii) The case is shown.

도 3b는 상기 (iii) 및 (iv)의 조성의 경우에 있어서, 상기 소결된 시편들의 미세조직을 나타내는 사진으로, 왼쪽 사진은 (iii)조성의 경우를 나타내는 것이고, 오른쪽 사진은 (iv)조성의 경우를 나타내는 것이다.Figure 3b is a photograph showing the microstructure of the sintered specimens in the case of the composition of (iii) and (iv), the left photo shows the case of composition (iii), the right photo is the composition (iv) The case is shown.

도 3a에서 알 수 있듯이, (Ti,W)C-Ni 써메트 분말을 사용하여 소결한 경우 100nm 보다 작은 결정립 크기를 나타내었고, 도 3b에서 알 수 있듯이, (Ti,W)(CN)-Ni 써메트 분말의 경우 1㎛보다 작은 크기의 미세조직을 나타내었다.As can be seen in Figure 3a, when sintered using (Ti, W) C-Ni cermet powder showed a grain size smaller than 100nm, as can be seen in Figure 3b, (Ti, W) (CN) -Ni In the case of the cermet powder, a microstructure having a size smaller than 1 μm was shown.

결국, 종래 Ti(CN)-M1C-M2C-…-Ni/Co 등의 상용계에서 보이던 것과는 달리, 유심구조가 관찰되지 않는 완전 고용상 구조를 확인할 수 있었다. As a result, conventional Ti (CN) -M1C-M2C-... Contrary to that seen in commercial systems such as -Ni / Co, it was possible to confirm a completely solid solution structure in which no core structure was observed.

표 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 써메트의 기계적 물성을 나타내는 것이다. 비교를 위해서 같은 조성의 마이크론 크기의 상용 분말로 제조된 써메트에 대해서 동일한 평가를 실시하였다. Table 2 shows the mechanical properties of the cermet prepared according to an embodiment of the present invention. For comparison, the same evaluation was performed on cermets made from commercially available powders of the same size in microns.

소결 조건Sintering Condition 조성Furtherance 성형밀도Molding density 소결밀도Sintered Density 기계적 특성Mechanical properties 기공도Porosity (g/cm3)(g / cm 3 ) (%)(%) (g/cm3)(g / cm 3 ) (%)(%) HV (GPa)H V (GPa) K1C (MPa·m1/2)K 1C (MPam 1/2 ) 1510℃ 1시간1510 1 hour (Ti,W)C-Ni(Ti, W) C-Ni 15 wt.% WC15 wt.% WC 3.973.97 63.663.6 6.136.13 100100 12.312.3 13.213.2 A2B1A2B1 30 wt.% WC30 wt.% WC 4.554.55 63.963.9 7.057.05 100100 11.111.1 13.813.8 A2B2A2B2 (Ti,W)(CN)-Ni(Ti, W) (CN) -Ni 15 wt.% WC15 wt.% WC 3.583.58 57.357.3 6.166.16 98.898.8 12.212.2 12.812.8 A3B1A3B1 30 wt.% WC30 wt.% WC 4.484.48 62.862.8 7.037.03 98.598.5 11.211.2 12.612.6 A2B3A2B3 1400℃ 1시간1400 1 hour (Ti,W)C-Ni(Ti, W) C-Ni 15 wt.% WC15 wt.% WC 3.973.97 63.663.6 6.236.23 100100 12.312.3 10.910.9 A1B2A1B2 30 wt.% WC30 wt.% WC 4.554.55 63.863.8 7.087.08 100100 11.211.2 11.711.7 A1B2A1B2 (Ti,W)(CN)-Ni(Ti, W) (CN) -Ni 15 wt.% WC15 wt.% WC 3.603.60 57.757.7 6.226.22 99.799.7 12.612.6 8.48.4 A2B1A2B1 30 wt.% WC30 wt.% WC 4.494.49 62.962.9 7.017.01 98.198.1 11.511.5 11.511.5 A2B2A2B2

표 2에서 확인할 수 있듯이, 제조된 써메트는 간단한 조성임에도 불구하고 높은 소결밀도와 낮은 기공도를 나타냄을 알 수 있었다. 더욱이 K1C 값이 비교 예의 일반 써메트에 있어서는 6~8 MPam1/2 을 보이지만, 반면에 본 발명에 따른 써메트에 있어서는 11~14 MPam1/2에 이르는 높은 인성 값을 보였다. 따라서, 종래와 달리, 써메트의 활용을 크게 넓힐 수 있음이 예상된다.As can be seen in Table 2, the prepared cermet showed a high sintered density and low porosity despite the simple composition. Moreover, the K 1C value showed 6-8 MPam 1/2 in the general cermet of the comparative example, while the toughness value of 11-14 MPam 1/2 was shown in the cermet according to the present invention. Therefore, unlike the related art, it is expected that the utilization of the cermet can be greatly expanded.

[예시2][Example 2]

예로써 간단한 목적조성이 선택되었고 결국에는 각각의 양에 따라 100nm 이하의 결정립 크기를 갖는 TiO2, WO3, NiO 산화물을 준비하였다.As an example, a simple object composition was selected and eventually TiO 2 , WO 3 , NiO oxides having grain sizes of 100 nm or less were prepared according to the respective amounts.

목적조성으로써 (i) (Ti,W)C-Ni (15wt% of WC 함유) and (ii) (Ti,W)C-Ni (30wt% of WC 함유)의 둘가 선택되었다. As the target composition, two were selected: (i) (Ti, W) C-Ni (containing 15wt% of WC) and (ii) (Ti, W) C-Ni (containing 30wt% of WC).

탄소분말과 상기의 나노 산화물을 혼합 분쇄한 후 상기 분말을 진공 또는 수소, CH4, CO/CO2 분위기에서 1300℃ 열처리를 통하여 환원 탄화를 하였다.After mixing and grinding the carbon powder and the nano oxide, the powder was subjected to reduction carbonization through vacuum or hydrogen, CH 4 , CO / CO 2 atmosphere at 1300 ° C. heat treatment.

준비된 써메트용 분말을 소결하는 동안 1~100 torr 압력의 질소를 소결 온도에서 로 내에 주입하였고 압력은 냉각이 끝날 때까지 유지 하였다. While sintering the prepared powder for cermet, nitrogen of 1-100 torr pressure was injected into the furnace at the sintering temperature and the pressure was maintained until the end of cooling.

도 4a는 질소분위기에서 15wt%의 WC를 함유한 (Ti,W)C-Ni 써메트용 분말을 1510℃에서 1시간 소결한 것의 FE-SEM 사진이다.FIG. 4A is a FE-SEM photograph of a sintered powder for (Ti, W) C-Ni cermet containing 15 wt% of WC in a nitrogen atmosphere at 1510 ° C. for 1 hour.

도 4a에서 보여 지듯이 표면과 내부에 각기 다른 둘 형태의 (Ti,W)C-Ni 의 완전고용체가 형성이 되는 것을 볼 수 있다. 15 wt% of WC를 함유한 (Ti,W)C-Ni 소결체는 TiO2, WO3, NiO 와 C 의 혼합분말을 질소분위기 (~100 torr)에서 소결공정 (1510℃에서 1시간)과 냉각공정을 거치며 제조한 소결체이다.As shown in FIG. 4A, two types of (Ti, W) C-Ni completely solid solutions are formed on the surface and the inside. (Ti, W) C-Ni sintered body containing 15 wt% of WC is cooled by sintering process of TiO 2 , WO 3 , mixed powder of NiO and C in nitrogen atmosphere (~ 100 torr) (1 hour at 1510 ℃) Sintered body manufactured through the process.

질소 분위기에서 소결된 써메트의 표면부와 내부의 고용상의 SEM/EDS를 통한 성분 분석은 표3에 보였다.The component analysis by SEM / EDS on the surface of the cermet sintered in the nitrogen atmosphere and in the solid solution phase is shown in Table 3.

내부 표면 Ti 89.49 92.44 W 10.51 7.56 총합 100at% 100at%
표3에 보여지듯이 형성된 고용상은 서로 다른 조성을 가지고 있다. 표면 근처의 고용상은 내부보다 더 많은 Ti를 가지고 있고 이는 표면부의 경도를 향상시킨다. TiC/Ti(CN)을 기본으로 하는 고용상의 경도는 고용상내의 Ti의 양의 증가가 경도의 증가를 가져온다고 알려져 있다. 도 4a는 표면부의 금속 결합상의 증가와 함께 고용상의 입성장이 일어남을 보여준다.
inside surface Ti 89.49 92.44 W 10.51 7.56 total 100at% 100at%
As shown in Table 3, the solutes formed have different compositions. The solid solution near the surface has more Ti than the interior, which improves the hardness of the surface portion. As for the hardness of solid solution based on TiC / Ti (CN), it is known that an increase in the amount of Ti in the solid solution causes an increase in hardness. 4A shows that grain growth in solid solution occurs with an increase in the metal bonding phase of the surface portion.

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반면에 도 4b는 질소분위기에서 30wt%의 WC를 포함한 (Ti,W)C-Ni 써메트용 분말을 1200℃에서 1시간 소결한 것의 표면부의 FE-SEM 사진이다.On the other hand, Figure 4b is a FE-SEM photograph of the surface of the sintered powder for (Ti, W) C-Ni cermet containing 30wt% WC in nitrogen atmosphere for 1 hour at 1200 ℃.

도 4b에 보이듯이 소결체의 표면부 미세구조에는 흑색을 나타내는 TiC [또는 Ti(CN)] 경질상의 발생이 관찰된다.As shown in Fig. 4B, the surface microstructure of the sintered compact is observed to exhibit a black TiC (or Ti (CN)) hard phase.

그러므로 더 단단한 표면부 미세구조는 소결공정 동안 또는 그 이전에 질소분위기를 통하여 얻어진 것이 증명된다. 이러한 질소 분위기 조건은 냉각공정에도 지속될 수 있다.Therefore, harder surface microstructure is demonstrated through nitrogen atmosphere during or prior to the sintering process. These nitrogen atmosphere conditions can be maintained even in the cooling process.

[예시3][Example 3]

하나의 예로써, 단순 최종 조성을 채택하고자 하면, 100nm 이하의 결정립 크기를 가지는 나노 산화물 TiO2, WO3, NiO은 각각의 양에 따라 준비하였다.As an example, to adopt a simple final composition, nanooxides TiO 2 , WO 3 , NiO having a grain size of 100 nm or less were prepared according to the respective amounts.

최종 조성으로, 4개의 조성은 다음과 같이 선택하였다. (i) (Ti,W)C-Ni (15wt% WC함유), (ii) (Ti,W)C-Ni (30wt% WC 함유), (iii) (Ti,W)(CN)-Ni (15wt% WC 함유) and (iv) (Ti,W)(CN)-Ni ( 30wt% WC 함유).As the final composition, four compositions were selected as follows. (i) (Ti, W) C-Ni (containing 15wt% WC), (ii) (Ti, W) C-Ni (containing 30wt% WC), (iii) (Ti, W) (CN) -Ni ( 15 wt% WC) and (iv) (Ti, W) (CN) -Ni (containing 30 wt% WC).

준비된 탄소 분말과 상기의 나노 산화물은 혼합 및 분쇄되어지며, 분쇄된 나노 분말들은 1300℃에서 2시간동안 열처리하며 진공, 수소, CH4, CO/CO2 분위기에서 환원 및 탄화된다. 탄질화물의 경우, 질소가 로 내부로 주입된다.The prepared carbon powder and the nano oxides are mixed and pulverized, and the pulverized nano powders are heat treated at 1300 ° C. for 2 hours, and reduced and carbonized in a vacuum, hydrogen, CH 4 , and CO / CO 2 atmosphere. In the case of carbonitrides, nitrogen is injected into the furnace.

준비된 써메트 분말의 소결에서, 진공 또는 아르곤, 질소분위기 상에서 진행된다. 소결된 써메트의 표면에 형성된 TiN 코팅층은 PVD 방법을 이용한다. TiN 코팅층은 고경도, 내마모 특성을 보이므로 써메트의 표면에 TiN 코팅층 형성은 경도값을 높일 수 있다.In the sintering of the prepared cermet powder, it is carried out in a vacuum or argon, nitrogen atmosphere. The TiN coating layer formed on the surface of the sintered cermet uses the PVD method. Since the TiN coating layer exhibits high hardness and wear resistance, the formation of the TiN coating layer on the surface of the cermet can increase the hardness value.

도 5는 (Ti,W)C-Ni 써메트 분말 (15wt% of WC 함유)을 1510℃에서 한 시간 소결 후 본 발명에 의해 PVD 방법으로 TiN 코팅층의 표면의 FE-SEM 사진이다.FIG. 5 is an FE-SEM photograph of the surface of a TiN coating layer by PVD method after sintering (Ti, W) C-Ni cermet powder (containing 15wt% of WC) at 1510 ° C. for one hour.

도 5에서 보듯이, 코팅층은 써메트의 표면에 형성되었으며 두께는 1-1.5 마이크론이다.As shown in FIG. 5, the coating layer was formed on the surface of the cermet and has a thickness of 1-1.5 microns.

본 발명에 의해 각각 소결체의 기계적 특성은 표4와 같다.According to the present invention, the mechanical properties of each of the sintered bodies are shown in Table 4.

조건 조성 내부 TiN 코팅 층 경도(GPa) 인성 (MPa·m1/2) 경도(GPa) 인성 (MPa·m1/2) 나노 1510℃ 1h (Ti,W)C-Ni 15WC 12.3 13.2 14.3 8.8 30WC 11.1 13.8 14.1 8.8 (Ti,W)(CN)-Ni 15WC 12.2 12.0 15.3 10.2 30WC 11.2 12.6 14.8 9.3
표 4에서, 코팅층은 내부상에 비해 인성은 떨어지지만 고경도를 나타낸다. 그러므로, 고인성 써메트 표면의 코팅층 (내부+코팅층) 절삭공구 용도로 적합하다. [예시4]
Condition Furtherance inside TiN coating layer Longitude (GPa) Toughness (MPa · m 1/2 ) Longitude (GPa) Toughness (MPa · m 1/2 ) Nano 1510 ℃ 1h (Ti, W) C-Ni 15 WC 12.3 13.2 14.3 8.8 30 WC 11.1 13.8 14.1 8.8 (Ti, W) (CN) -Ni 15 WC 12.2 12.0 15.3 10.2 30 WC 11.2 12.6 14.8 9.3
In Table 4, the coating layer exhibits high hardness but less toughness compared to the inner phase. Therefore, it is suitable for coating tool (internal + coating layer) cutting tool of high toughness cermet surface. [Example 4]

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예로써 우선 Ti(CN)-Ni, WC-Ni 과 Mo2C-Ni 의 나노 분말을 목적 조성으로 선택하고 결국에는 나노 크기의 (TiO2, NiO), (WO3, NiO) 와 (Mo2, NiO)의 산화물을 각기 조성에 따라 준비하였다.As an example, first, nano powders of Ti (CN) -Ni, WC-Ni and Mo 2 C-Ni are selected as the target composition, and eventually nano-sized (TiO 2 , NiO), (WO 3 , NiO) and (Mo 2) , NiO) oxides were prepared according to their respective compositions.

상기에 설명된 방법으로 Ti(CN)-Ni ( 20wt% of Ni 함유, C/N=7:3), (ii) WC-Ni (20wt% 의 Ni 함유) 그리고 (iii) Mo2C-Ni (20wt% Ni 함유)의 세 가지 조성을 택하였다.Ti (CN) -Ni (containing 20wt% of Ni, C / N = 7: 3), (ii) WC-Ni (containing 20wt% Ni) and (iii) Mo 2 C-Ni by the method described above Three compositions were chosen (containing 20 wt% Ni).

탄소 분말은 상기의 준비된 산화물 분말들과 혼합 분쇄 후 상기 분말을 진공 또는 수소, CH4, CO/CO2 분위기에서 1300℃에서 2시간 동안 열처리를 통하여 환원 탄화를 하였다. 탄질화의 경우 진공내에 질소를 주입하였다.The carbon powder was mixed and pulverized with the prepared oxide powders and subjected to reduction carbonization by heat treatment at 1300 ° C. for 2 hours in a vacuum or hydrogen, CH 4 , CO / CO 2 atmosphere. In the case of carbonitride, nitrogen was injected into the vacuum.

상기의 방법으로 준비된 세 가지의 나노 분말들을 (i) Ti(CN)-Ni + WC-Ni (15wt% 의 WC-Ni 함유) 와 (ii) Ti(CN)-Ni + Mo2C-Ni (15wt% 의 Mo2C-Ni 함유)을 제작하기 위해 혼합하였다.The three nanopowders prepared by the above method were prepared by (i) Ti (CN) -Ni + WC-Ni (containing 15 wt% of WC-Ni) and (ii) Ti (CN) -Ni + Mo 2 C-Ni ( 15 wt% of Mo 2 C-Ni) were mixed to prepare.

도 6a는 TiC-Ni과 WC-Ni의 혼합 분말을 1510℃에서 1시간 소결한 것의 FE-SEM 사진이고 도 6b는 본 발명에 의해 Ti(CN)-Ni과 Mo2C-Ni의 혼합 분말을 1510℃에서 1시간 소결한 것의 FE-SEM 사진이다.FIG. 6A is a FE-SEM photograph of a sintered mixture of TiC-Ni and WC-Ni at 1510 ° C. for 1 hour, and FIG. 6B is a mixed powder of Ti (CN) -Ni and Mo 2 C-Ni according to the present invention. It is a FE-SEM photograph of what was sintered at 1510 degreeC for 1 hour.

도 6a와 b는 특별히 Ni을 포함한 탄질화물과 탄화물을 혼합하여 소결한 것으로 이 방법에 따르면 경도 및 조성을 쉽게 조절할 수 있다.Figures 6a and b is a sintered mixture of carbonitrides and carbides, including Ni in particular, according to this method can easily control the hardness and composition.

[예시5][Example 5]

예로써 복합 써메트 분말을 준비하기 위하여 각각의 조성에 따라 100nm의 나노 결정립을 갖는 Ti(CN)-Ni, (TiO2, WO3, NiO) 과 (TiO2, NiO) 산화물을 준비하였다.For example, in order to prepare a composite cermet powder, Ti (CN) -Ni, (TiO 2 , WO 3 , NiO) and (TiO 2 , NiO) oxides having nanocrystals of 100 nm were prepared according to respective compositions.

목적 조성으로써 (i) (Ti,W)(CN)-Ni (30wt% 의 WC을 함유하고 20wt%의 Ni을 함유) 과(ii) Ti(CN)-Ni (20wt%의 Ni을 함유하고 C/N의 비가 7:3)의 둘를 선택하였다.Target compositions include (i) (Ti, W) (CN) -Ni (containing 30 wt% WC and 20 wt% Ni) and (ii) Ti (CN) -Ni (containing 20 wt% Ni and C The ratio of / N was chosen to be 7: 3).

(Ti,W)(CN)-Ni 고용체 분말과 Ti(CN)-Ni 분말을 30wt% Ti(CN)-Ni 가 되도록 혼합하여 소결하였다.(Ti, W) (CN) -Ni solid solution powder and Ti (CN) -Ni powder were mixed and sintered so as to be 30wt% Ti (CN) -Ni.

도 7은 (Ti,W)(CN)-Ni 과 30wt% Ti(CN)-Ni 을 혼합하여 1510℃에서 1시간 소결한 것의 FE-SEM 사진이다.7 is a FE-SEM photograph of a mixture of (Ti, W) (CN) -Ni and 30wt% Ti (CN) -Ni and sintered at 1510 ° C. for 1 hour.

도 7과 같이 고용체 분말과 Ti(CN)-Ni의 혼합분말을 소결하는 방법에 의해 경도의 강화를 쉽게 조정할 수 있게 된다.As shown in FIG. 7, the strengthening of the hardness can be easily adjusted by the method of sintering the mixed powder of the solid solution powder and the Ti (CN) -Ni.

이와 같이 본 발명에 따른 고용체 분말, 그 제조 방법, 상기 고용체 분말을 포함하는 써메트용 분말, 그 제조 방법 및 상기 고용체 분말을 소결한 세라믹스 소결체, 상기 써메트용 분말을 이용한 써메트는, TiC 혹은 Ti(CN) 써메트가 가지고 있던 고경도에 따른 저인성의 문제를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 절삭공구, 금형 재료 등에 종래 WC-Co를 대체하여 적합하게 사용될 수 있다.Thus, the solid solution powder which concerns on this invention, its manufacturing method, the powder for cermet containing the said solid solution powder, the manufacturing method, the ceramic sintered compact which sintered the said solid solution powder, and the cermet using the said powder for cermet are TiC or The problem of low toughness due to the high hardness of Ti (CN) cermet can be improved, and accordingly, it can be suitably used in place of conventional WC-Co for cutting tools, mold materials and the like.

본 발명에 따르는 고용체 분말, 그 제조 방법, 상기 고용체 분말을 포함하는 써메트용 분말, 그 제조 방법 및 상기 고용체 분말을 소결한 세라믹스 소결체, 상기 서멧트용 분말을 이용한 서멧트에 따르는 경우, TiC계 또는 Ti(CN)계 고용체 분말의 미세 구조에 있어서 완전 고용상을 제공함으로써, 써메트 재료의 인성을 실질적으로 크게 향상시키고, 추가적인 혼합 과정이 없이도 직접 소결할 수 있는 장점을 가지며, 기타 전반적인 기계적 물성이 우수하므로, WC-Co 초경 재료를 대체하여, 고경도 고인성 절삭공구를 제공하는 효과를 달성한다.According to the solid solution powder according to the present invention, a method for producing the cermet powder including the solid solution powder, the method for producing the ceramic powder and the ceramic sintered body sintered the solid solution powder, and a cermet using the cermet powder, the TiC system or By providing a completely solid phase in the fine structure of the Ti (CN) based solid solution powder, the toughness of the cermet material is substantially improved, and it has the advantage of being able to sinter directly without additional mixing process, and other overall mechanical properties As a result, the effect of providing a high hardness, high toughness cutting tool is achieved by replacing the WC-Co cemented carbide material.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다. Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims will cover such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.

Claims (43)

주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물로 이루어지고, 100nm 이하의 나노 결정립을 가지며 유심 구조가 없는 완전 고용체이며, 원료로서 금속의 산화물을 환원 및 탄화 혹은 환원, 탄화 및 질화시켜 제조된 것을 특징으로 하는 고용체 분말.Consisting of carbides, carbonitrides, or mixtures of two or more metals selected from the group IVa, Va, and VIa metals, including titanium, in the periodic table, having nanocrystal grains of 100 nm or less and a solid solution without a core structure; A solid solution powder, which is prepared by reducing and carbonizing or reducing, carbonizing and nitriding an oxide of a metal. (i)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 선택되는 하나 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물 및 (ii)Ni, Co 및 Fe로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하여 이루어지고, 100nm 이하의 나노 결정립을 가지며 유심 구조가 없는 완전 고용체를 포함하여 이루어지는 응집체이며, 원료로서 금속의 산화물을 환원 및 탄화 혹은 환원, 탄화 및 질화시켜 제조된 것을 특징으로 하는 써메트용 분말.(i) carbides, carbonitrides, or mixtures thereof of one or more metals selected from Group IVa, Va, and Group VIa metals of the periodic table, and (ii) one or more metals selected from Ni, Co, and Fe, An agglomerate comprising a fully solid solution having nanocrystal grains of 100 nm or less and having no core structure, wherein the powder for cermet is produced by reducing and carbonizing or reducing, carbonizing and nitriding an oxide of a metal as a raw material. (i)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물 및 (ii)Ni, Co 및 Fe로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하여 이루어지고, 100nm 이하의 나노 결정립을 가지며 유심 구조가 없는 완전 고용체를 포함하여 이루어지는 응집체이며, 원료로서 금속의 산화물을 환원 및 탄화 혹은 환원, 탄화 및 질화시켜 제조된 것을 특징으로 하는 써메트용 분말.(i) carbides, carbonitrides, or mixtures of two or more metals selected from titanium, from Group IVa, Va, and Group VIa metals in the periodic table, and (ii) one or more metals selected from Ni, Co, and Fe. Powder consisting of a solid solution having a nanocrystal grain of 100 nm or less and having no core structure, and produced by reducing and carbonizing or reducing, carbonizing, and nitriding an oxide of a metal as a raw material. . 제1항에 따른 고용체 분말의 소결체인 세라믹스.Ceramics which are sintered bodies of solid solution powder according to claim 1. 제2항에 따른 써메트용 분말의 소결체인 써메트.The cermet which is a sintered body of the powder for cermet according to claim 2. 제3항에 따른 써메트용 분말의 소결체인 써메트.A cermet which is a sintered body of the powder for cermet according to claim 3. 제5항에 있어서, 상기 써메트용 분말은 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 Ti(CN)-Me(Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)과 모두 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 WC-Me, Mo2C-Me, TaC-Me, NbC-Me, ZrC-Ni 및 HfC-Ni (Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 혼합체로서 Ti(CN)코어를 갖는 것을 특징으로 하는 써메트. The method of claim 5, wherein the powder for cermet is both 100 (nm) or less with Ti (CN) -Me (Me is at least one or two bonding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) having nano-crystal grains of 100 nm or less WC-Me, Mo 2 C-Me, TaC-Me, NbC-Me, ZrC-Ni, and HfC-Ni with nano grains (Me is one or more binding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) The cermet having a Ti (CN) core as at least one mixture selected from the group consisting of. 제5항에 있어서, 상기 써메트용 분말은 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 Ti(CN)-Me(Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)과 (i)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하는 둘 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물과 (ii) Ni, Co 및 Fe로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 완전고용체의 응집체의 혼합체인 것을 특징으로 하는 써메트. The method of claim 5, wherein the cermet powder is Ti (CN) -Me (Me is one or two or more bonded phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) having nano-grains of less than 100nm and (i) Periodic Table Carbide, carbonitride, or mixtures of two or more metals, including titanium, from Group IVa, Va, and VIa metals, and (ii) up to 100 nm nanocrystals comprising one or more metals selected from Ni, Co, and Fe. A cermet characterized by being a mixture of aggregates of completely solid solution having. 제5항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 표면부에 형성되는 TiC, Ti(CN), (Ti,M1,M2..)C 또는 (Ti,M1,M2..)(CN)의 경질상을 갖는 것을 특징으로 하는 써메트. The TiC, Ti (CN), (Ti, M1, M2 ..) C or (Ti, M1, M2 ..) (CN) according to any one of claims 5-8. The cermet having a hard phase of. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제5항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 진공, 아르곤 또는 질소분위기 하에서 소결되고, 안쪽보다 표면부에 고용상 또는 결합상이 많은 상을 가지며, 표면 위에 CVD나 PVD를 이용하여 형성한 TiC, TiN, Ti(CN), TiAlN, TiAlCrN 또는 (Ti,W,M1,M2)C의 강화코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 써메트. The method according to any one of claims 5 to 8, which is sintered under a vacuum, argon or nitrogen atmosphere, has a solid solution phase or a bonded phase with more surface portion than the inside, and is formed on the surface by CVD or PVD. A cermet further comprising a reinforcing coating layer of TiC, TiN, Ti (CN), TiAlN, TiAlCrN or (Ti, W, M1, M2) C. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 나노 크기를 갖는, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 산화물을 탄소 분말 혹은 탄소 소스와 혼합하여 혼합 분말을 만드는 단계(S1-1); 및Mixing an oxide of two or more metals selected from the group IVa, Va, and VIa metals of the periodic table having a nano size, including titanium, with a carbon powder or a carbon source to form a mixed powder (S1-1); And 상기 혼합 분말을 환원 및 탄화시키는 단계(S2);Reducing and carbonizing the mixed powder (S2); 를 포함하는 유심 구조를 갖지 않는 완전 고용체로 구성된 고용체 분말 제조 방법.Solid solution powder manufacturing method consisting of a completely solid solution does not have a concentric structure comprising a. 제17항에 있어서, 상기 (S1-1)단계에서 상기 혼합 분말을 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고용체 분말 제조 방법. 18. The method of claim 17, further comprising grinding the mixed powder in the step (S1-1). 삭제delete 삭제delete 마이크론 크기를 갖는, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 산화물을 탄소 분말 혹은 탄소 소스와 혼합하여 혼합 분말을 만들고, 상기 혼합 분말을 분쇄하여 나노 크기 또는 비정질 상태의 혼합 분말로 만드는 단계(S1-2); 및 Oxides of two or more metals selected from the group IVa, Va, and VIa metals of the periodic table having a micron size, including titanium, are mixed with a carbon powder or a carbon source to form a mixed powder, and the mixed powder is ground to a nano size or Making into a mixed powder in an amorphous state (S1-2); And 상기 혼합 분말을 환원 및 탄화시키는 단계(S2);Reducing and carbonizing the mixed powder (S2); 를 포함하는 유심 구조를 갖지 않는 완전 고용체로 구성된 고용체 분말 제조 방법.Solid solution powder manufacturing method consisting of a completely solid solution does not have a concentric structure comprising a. 제21항에 있어서, 상기 (S2)단계에서 상기 혼합 분말을 질화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고용체 분말 제조 방법. The method of claim 21, further comprising the step of nitriding the mixed powder in the step (S2). 제22항에 있어서, 상기 환원 및 탄화를 진공 또는 수소, CH4, CO/CO2 분위기, 1000 내지 1300℃에서 3시간 이하 수행한 후, 상기 질화를 질소 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 고용체 분말 제조 방법. The solid solution powder according to claim 22, wherein the reduction and carbonization are performed in a vacuum or hydrogen, CH 4 , CO / CO 2 atmosphere, 1000 to 1300 ° C. for 3 hours or less, and then the nitriding is performed in a nitrogen atmosphere. Manufacturing method. (i) Ni, Co 및 Fe로부터 선택된 나노 크기의 하나 이상의 금속의 산화물, (ii) 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 선택된 나노 크기의 하나 이상의 금속의 산화물, 그리고 (iii) 탄소분말 혹은 탄소 소스를 혼합하여 혼합 분말을 만드는 단계(S1-3); 및(i) oxides of one or more metals of nano size selected from Ni, Co, and Fe, (ii) oxides of one or more metals of nano size selected from Groups IVa, Va, and VIa metals of the periodic table, and (iii) carbon powders or Mixing the carbon source to form a mixed powder (S1-3); And 상기 혼합 분말을 환원 및 탄화시키는 단계(S2);Reducing and carbonizing the mixed powder (S2); 를 포함하는 유심 구조를 갖지 않는 완전 고용체로 구성된 써메트용 분말 제조 방법.Powder manufacturing method for cermet consisting of a complete solid solution does not have a concentric structure comprising a. 삭제delete 제24항에 있어서, 상기 (S1-3)단계에서 상기 혼합 분말을 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 써메트용 분말 제조 방법. 25. The method for manufacturing a powder for cermet according to claim 24, further comprising the step of pulverizing the mixed powder in the step (S1-3). 삭제delete 삭제delete (i) Ni, Co 및 Fe로부터 선택된 마이크론 크기의 하나 이상의 금속의 산화물, (ii) 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 선택된 마이크론 크기의 하나 이상의 금속의 산화물, 그리고 (iii) 탄소분말 혹은 탄소 소스를 혼합하여 혼합 분말을 만들고, 상기 혼합 분말을 분쇄하여 나노 크기 또는 비정질 상태의 혼합 분말로 만드는 단계(S1-4); 및(i) oxides of one or more metals of micron size selected from Ni, Co and Fe, (ii) oxides of one or more metals of micron size selected from Groups IVa, Va, and VIa metals of the periodic table, and (iii) carbon powders or Mixing a carbon source to form a mixed powder, and pulverizing the mixed powder into a mixed powder of nano size or amorphous state (S1-4); And 상기 혼합 분말을 환원 및 탄화시키는 단계(S2);Reducing and carbonizing the mixed powder (S2); 를 포함하는 유심 구조를 갖지 않는 완전 고용체로 구성된 써메트용 분말 제조 방법. Powder manufacturing method for cermet consisting of a complete solid solution does not have a concentric structure comprising a. 제24항 또는 제29항에 있어서, 상기 (ii)로는 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택된 나노 크기의 둘 이상의 금속의 산화물을 이용하는 것을 특징으로 하는 써메트용 분말 제조 방법.30. The method for preparing cermet powder according to claim 24 or 29, wherein (ii) uses an oxide of two or more metals of nano size selected from titanium, among the metals of Groups IVa, Va, and VIa, of the periodic table. Way. 제24항 또는 제29항에 있어서, 상기 (S2)단계에서 상기 혼합 분말을 질화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 써메트용 분말 제조 방법. 30. The method of claim 24 or 29, further comprising the step of nitriding the mixed powder in the step (S2). 제31항에 있어서, 상기 환원 및 탄화를 진공 또는 수소, CH4, CO/CO2 분위기, 1000 내지 1300℃에서 3시간 이하 수행한 후, 상기 질화를 질소 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 써메트용 분말 제조 방법.The cermet according to claim 31, wherein the reduction and carbonization are performed in a vacuum or hydrogen, CH 4 , CO / CO 2 atmosphere, 1000 to 1300 ° C. for 3 hours or less, and then the nitriding is performed in a nitrogen atmosphere. Dragon powder manufacturing method. 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물로 이루어지고, 100nm 이하의 나노 결정립을 가지며 유심 구조가 없는 완전 고용체이며, 원료로서 금속의 산화물을 환원 및 탄화 혹은 환원, 탄화 및 질화시켜 제조된 고용체 분말을 소결하는 단계를 포함하는 세라믹스 제조 방법.Consisting of carbides, carbonitrides, or mixtures of two or more metals selected from the group IVa, Va, and VIa metals, including titanium, in the periodic table, having nanocrystal grains of 100 nm or less and a solid solution without a core structure; And sintering a solid solution powder prepared by reducing and carbonizing or reducing, carbonizing and nitriding an oxide of a metal. (i)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 선택된 하나 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물과 (ii) Ni, Co 및 Fe로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하여 이루어지고, 100nm 이하의 나노 결정립을 가지며 유심 구조가 없는 완전 고용체를 포함하여 이루어지는 응집체이며, 원료로서 금속의 산화물을 환원 및 탄화 혹은 환원, 탄화 및 질화시켜 제조된 써메트용 분말을 소결하는 단계를 포함하는 써메트 제조 방법. (i) carbides, carbonitrides, or mixtures of one or more metals selected from Group IVa, Va, and Group VIa metals in the periodic table, and (ii) one or more metals selected from Ni, Co, and Fe, up to 100 nm It is agglomerates comprising a complete solid solution having a nano-crystal grains and no core structure, and manufacturing a cermet comprising sintering a powder for cermet prepared by reducing and carbonizing or reducing, carbonizing and nitriding an oxide of a metal as a raw material. Way. 제34항에 있어서, 상기 써메트용 분말은 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 Ti(CN)-Me(Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)과 모두 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 WC-Me, Mo2C-Me, TaC-Me, NbC-Me, ZrC-Ni 및 HfC-Ni (Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 혼합체인 것을 특징으로 하는 써메트 제조 방법. 35. The method of claim 34, wherein the powder for cermet is not more than 100 nm both with Ti (CN) -Me (Me is one or two or more bonding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) having nano grains of 100 nm or less WC-Me, Mo 2 C-Me, TaC-Me, NbC-Me, ZrC-Ni, and HfC-Ni with nano grains (Me is one or more binding phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) At least one mixture selected from the group consisting of. 제34항에 있어서, 상기 써메트용 분말은 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 Ti(CN)-Me(Me는 Ni, Co 및 Fe으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 결합상)과 (i)주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄을 포함하는 둘 이상의 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 이들의 혼합물과 (ii) Ni, Co 및 Fe로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 100nm 이하의 나노 결정립을 갖는 완전고용체의 응집체의 혼합체인 것을 특징으로 하는 써메트 제조 방법.35. The method of claim 34, wherein the powder for cermet is Ti (CN) -Me (Me is at least one or more bonded phases selected from the group consisting of Ni, Co and Fe) having nano-grains of less than 100nm and (i) Periodic Table Carbide, carbonitride, or mixtures of two or more metals, including titanium, from Group IVa, Va, and VIa metals, and (ii) up to 100 nm nanocrystals comprising one or more metals selected from Ni, Co, and Fe. It is a mixture of the aggregate of the solid solution which has, The manufacturing method of a cermet characterized by the above-mentioned. 제34항 내지 제36항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 소결하는 동안 로 내부로 도입되는 질소의 양과 시간을 조절하여 써메트 표면부에 TiC, Ti(CN), (Ti,M1,M2..)C 또는 (Ti,M1,M2..)(CN)의 경질상을 형성하는 것을 특징으로 하는 써메트 제조 방법.37. A method according to any one of claims 34 to 36, wherein the amount and time of nitrogen introduced into the furnace during the sintering are controlled to provide TiC, Ti (CN), (Ti, M1, M2. .) A method for producing a cermet comprising forming a hard phase of C or (Ti, M1, M2 ..) (CN). 삭제delete 삭제delete 제34항 내지 제36항 중 어느 하나의 항에 있어서, 진공, 아르곤 또는 질소분위기 하에서 소결하고, 안쪽보다 표면부에 고용상 또는 결합상이 많은 상을 가지며, 표면 위에 CVD나 PVD를 이용하여 TiC, TiN, Ti(CN), TiAlN, TiAlCrN 또는 (Ti,W,M1,M2)C의 강화코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 써메트 제조 방법. 37. The method according to any one of claims 34 to 36, which is sintered in a vacuum, argon or nitrogen atmosphere, has a solid solution phase or a bonded phase with more surface portion than the inside thereof, and uses TiC, Forming a reinforcement coating layer of TiN, Ti (CN), TiAlN, TiAlCrN or (Ti, W, M1, M2) C further comprising the step of forming a cermet. 삭제delete 삭제delete 제33항에 있어서, 진공, 아르곤 또는 질소분위기 하에서 소결하고, 표면 위에 CVD나 PVD를 이용하여 TiC, TiN, Ti(CN), TiAlN, TiAlCrN 또는 (Ti,W,M1,M2)C의 강화코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 제조 방법. 34. The reinforced coating layer of claim 33, which is sintered under vacuum, argon or nitrogen atmosphere, and is coated with TiC, TiN, Ti (CN), TiAlN, TiAlCrN or (Ti, W, M1, M2) C on the surface by CVD or PVD. Ceramics manufacturing method characterized in that it further comprises the step of forming.
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