KR100809376B1 - 고온주형급냉법에 의한 비결정질 금속 부품 성형방법 - Google Patents

고온주형급냉법에 의한 비결정질 금속 부품 성형방법 Download PDF

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Abstract

비결정질질 금속 부품을 성형하는 제조공정을 성형 공정의 충전과 급냉 단계 를 시간적으로 분리한다. 주형을 금속 합금이 높은 유동성을 가지는 성형 온도까지 가열한다. 합금은 성형 온도에서 주형을 채우게 되어, 이에 의해 합금이 주형의 공간을 충전될 수 있다. 그런 다음 주형과 금속을 함께 급냉하며, 이 급냉은 합금 내에서 결정화가 시작되기 전에 이루어진다. 이 에 의해 종래의 기술에 비하여 종횡비가 높은 비결정질질 금속 부품을 얻을 수 있다.

Description

고온주형급냉법에 의한 비결정질 금속 부품 성형방법{CASTING OF AMORPHOUS METALLIC PARTS BY HOT MOLD QUENCHING}
본 발명은, 통상 금속 유리라고 불리는 비결정질 금속 합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특히 미세 및 초미세크기에서 높은 종횡비 특성(폭에 대한 높이의 비율이 1 이상)을 갖는 비결정질 금속 부품 및 장치를 제조하는 새로운 공정에 관한 것이다.
비결정질 금속 합금은 용융상태로부터 냉각되어 고체상태에서도 비결정질 형태를 유지할 수 있는 금속 합금이다. 이들 금속 합금은 상당히 균질한 핵형성과 결정화가 나타나기 이전의 유리질 천이 온도 이하의 온도로 용융 합금을 과냉각하여 고형화함으로써 형성된다. 이들 금속과 합금은 상온에서 액상으로부터 냉각될 때 결정화 되는 통상의 금속 및 합금과 달리, 극히 점도가 높은 액상 혹은 유리질상(相)으로 유리된다. 일부 비결정질 금속들은 500 K/sec 이하의 냉각속도에서도 생성될 수 있으나, 일반적으로 104 내지 106 K/sec 급 정도의 냉각속도가 요구된다.
비결정질 금속에 있어서 액상/고상 결정화 변환이 존재하지 않는다고 하더라도, "용융 온도" Tm은 가열에 의해 금속의 점도가 약 102 포아즈이하가 되게 되는 온도라고 정의할 수 있다. 마찬가지로, 유효 유리질 천이 온도 Tg는 냉각된 액체의 평형점도가 약 1013 포아즈 이상이 되게 떨어진 온도라고 정의할 수 있다. 온도가 Tg 이하일 때 재료는 모든 실질적인 용도에서 고체이다.
비결정질 부품은 일반적으로 액상 합금을 냉간 금속 주형 내에서 사출 성형하거나 혹은 유리질 천이 온도(Tg)에 가까운 온도에서의 초가소성 상태로 부품을 성형함으로써 제작한다. 그러나 이와 같은 방법으로는 종횡비가 높은 미세 크기의 부품은 제작할 수가 없다. 종횡비가 높은 부품이란 1 이상 종횡비가 높은 것으로 생각하면 된다.
종횡비가 높은 부품의 성형에는 용융금속을 주형에 채우는 시간이 길어야 한다. 그러나 금속 합금은 일반적으로 냉각속도이 높기 때문에 사출 성형법에 있어서, 결정화를 억제할 수 있는 충분한 속도의 열량을 끌어낼 수 있었기 때문에 단지 적은 양의 재료만 만들 수 있을 뿐이다. 게다가 냉간 주형 성형에서는 주형과 충분히 접촉할 수 없기 때문에 부정확한 부품의 제조 밖에는 이루어지지 않는다.
미국 특허 제5,950,704호에서 복제 온도까지 온도를 올려 합금을 성형함으로써 마스터 모델로부터 비결정질 금속 합금으로 표면의 형상을 복제하는 방법을 제시하고 있다. 이 방법에서는 약 0.75Tg에서 약 1.2Tg (여기서 Tg는 썹씨로 측정한다) 사이에 존재하는 것으로 표시된 복제 온도에서 체적 고형화 비결정질 금속 합금의 한 부분이 마스터 모델의 표면에서 성형된다. 그러나 이 온도 범위에서 합금 재료 는 여전히 높은 점성을 갖는다. 따라서 종횡비가 높은 부품의 성형은 어렵다. 왜냐하면 합금은 결정화가 개시되기 전의 충분히 빠른 내에 주형의 형상을 채울 수 있을 정도로 충분한 유동성을 가질 수 없기 때문이다. 더우기 합금의 점도가 높기 때문에 합금을 모델에 대해 고압으로 가압할 필요가 있다.
따라서 비결정질 금속 부품의 성형을 위한 방법과 장치, 그 중에서도 특히 고 종횡비 비결정질 금속 부품의 성형을 위한 방법과 장치의 개선이 필요하다.
전술한 필요성은 성형 공정에서 주입 단계와 급냉 단계가 시간적으로 나뉘어 있는 제조 공정을 개시하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의해 해결된다. 본 발명의 실시예로서 주형을 금속 합금이 고도의 유동성을 갖는 성형 온도까지 가열한다. 합금이 주형 내의 공간을 효율적으로 채울 수 있도록, 성형 온도에서 주형에 합금을 주입한다. 주형과 합금을 함께 급냉하며, 급냉은 합금에서 결정화가 개시되기 이전에 이루어지도록 한다. 이 공정에 의하여 종래의 기술에 비해 높은 종횡비를 가진 비결정질 금속 부품이 마련된다.
본 발명의 일 실시예는 비결정질 부품의 성형 방법이 제공된다. 주형은 원하는 패턴을 갖도록 마련된다. 비결정질 금속 성형할 수 있는 합금을 주형과 접촉되도록 배치시킨다. 합금과 주형은 합금의 약 1.5Tg 온도 이상의 성형 온도로 가열되어 합금이 주형에 밀착되게 한다. 합금을 상온으로 냉각시켜 비결정질 금속 부품을 성형한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 비결정질 합금 부품의 성형 방법에 원하는 패턴을 가진 주형이 마련하는 것이 포함된다. 비결정질 금속 성형이 가능한 합금을 상기 주형과 접촉하도록 배치시키고, 상기 합금이 상기 주형에 밀착되도록 합금의 점도가 대략 104 포아즈 이하, 보다 바람직하게는 약 102 포아즈 이하가 되는 성형온도로 상기 합금과 상기 주형을 가열시킨다. 비결정질 합금 부품이 성형되도록 상기 합금을 상온으로 냉각한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 비결정질 금속 부품의 성형 방법에 원하는 패턴을 가지는 주형을 마련하는 것이 포함된다. 비결정질 금속 부품을 형성할 수 있는 합금을 주형과 접촉하도록 배치시키고, 상기 합금이 상기 주형에 밀착할 수 있도록 합금의 결정화 곡선의 상기 돌출부 이상이 되는 성형 온도로 상기 주형과 상기 합금을 가열한다. 비결정질 합금 부품이 성형되도록 상기 합금을 상온으로 냉각한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 높은 종횡비를 갖는 비결정질 금속 부품의 성형 방법이 마련된다. 적어도 일부 영역이 폭보다 높이가 큰 홈을 구비하며 원하는 패턴을 가진 주형이 마련된다. 비결정질 금속 성형이 가능한 금속 합금을 상기 금속 합금이 결정화가 진행되기 전에 상기 홈을 실질적으로 채울 수 있는 충분한 유동성을 가지게 되는 성형 온도까지 가열하여 상기 주형을 상기 금속으로 충전한다. 상기 금속 합금이 결정화되기 전에 성형 온도로부터 상온으로 상기 합금을 냉 각시켜, 상기 주형의 형상을 복제한 비결정질 금속 부품이 성형된다. 이러한 바람직한 방법으로 성형된 부품은 약 1 이상 더욱 바람직하게는 약 3 배 정도 큰 종횡비를 가진다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따라 비결정질 금속 합금 부품을 성형하는 단계들을 도시한 플로우챠트,
도2는 세 가지 비결정질 금속 합금의 예에 대한 결정화 곡선의 개략적 선도,
도3은 비결정질 금속 합금의 일 실시예에 대한 온도를 함수로 한 점도을 나타낸 개략적 선도,
도4는 금속 합금을 비결정질 상으로 냉각하는 바람직한 냉각 속도를 나타낸 결정화 곡선의 개략적 선도,
도5는 고 종횡비 부품의 성형을 위한 주형 표면의 단면도,
도6은 도1의 방법에 따라 비결정질 금속 합금 부품을 성형하는 장치의 개략적 측면도,
도7A 및 도7B는 본 발명의 일 실시예에 따라 만들어진 1차 복제 조직의 30배 및 300배의 배율로 나타낸 전자현미경 사진,
도8A 및 도8B는 본 발명의 일 실시예에 따라 만들어진 2차 복제 조직의 30배 및 300배의 배율로 나타낸 전자현미경 사진이다.
도1은 비결정질 금속 부품을 성형하기 위한 바람직한 방법을 나타낸 것이다. 간략히 설명하면, 단계 10에서, 원하는 패턴을 가진 열용량이 낮거나 열전도율이 낮은 주형 또는 금형이 마련된다. 다음 단계 12에서 유리질 성형성이 있는 금속 합금을 주형에 충전하여 주형과 접촉하게 한다. 이 단계는 합금이 거의 유체 상태가 되는 후술할 성형 온도로 주형과 합금 모두를 가열함으로서 달성된다. 상기 단계에서 합금은 주형내의 공간으로 효과적으로 흘러 들어가게 된다. 단계 14에서, 합금이 결정화 되지않고 비결정질 고체로 형성되기 충분할 정도의 속도로 주형과 합금을 모두 급냉한다. 소재를 급냉하는 바람직한 방법은 구리 블록과 같은 히트 싱크에 접촉시키는 것이다. 단계 16에서, 합금을 주형으로부터 분리한다.
주형은 다음 두 가지 형태 중의 하나를 사용하는 것이 바람직하고, 두 가지 형태는 모두 높은 속도로 합금을 냉각시킬 수 있다. 첫번째 형태는 열용량이 낮은 주형으로, 이와 같은 주형은 합금과 함께 높은 속도로 냉각이 이루어질 수 있다. 이 경우, 양측면에서 합금과 주형을 냉각시킨다. 특별히 제한 될 것은 없겠으나 바람직한 소재에는 실리콘과 흑연이 포함된다. 좀 더 바람직한 주형으로는 열용량이 약 800 J/kg
Figure 112002040868945-pct00001
K 이하인 것이 바람직하고, 400 J/kg
Figure 112002040868945-pct00002
K 이하이면 더욱 바람직하다.
합금에 대하여 보다 높은 냉각속도을 얻을 수 있는 또 다른 방법으로 열전도율이 낮은 주형을 사용한다. 이 경우, 합금측에 있는 후술할 히트 싱크와 같은 것을 통해 적절히 냉각된다. 보다 더 바람직한 주형으로는 열전도을이 약 5 W/m
Figure 112002040868945-pct00003
K 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직한 것은 대략 2 W/m
Figure 112002040868945-pct00004
K 이하의 것이다.
선택적으로, 보호층 또는 이격층으로 주형과 합금은 분리할 수 있다. 이 층 은 후술할 실리콘 주형에서 자연스럽게 형성되는 산화층인 SiO2처럼 주형에서 저절로 생기는 것일 수도 있다. 특별한 제한이 있는 것은 아니지만 비결정질 카본, 실리콘 카바이드, 실리콘 옥시나이트라이드 및 확산경계층(예를 들면 Ta-Si-N)과 같은 다른 적합한 소재를 포함한 것들이 사용될 수 있다. 보호층은 일차적으로 주형과 합금 사이의 반응을 방지할 수 있으며, 부차적으로 다음 공정에서 주형으로부터 합금의 분리를 쉽게 해준다.
급냉시에 합금이 결정화되는 것을 방지하기 위하여, 충분한 빠른 속도로 합금을 적절히 냉각시킨다. 도2는 비결정질 금속 합금의 세 가지 실시형태에 있어서 대수눈금으로 표시된 시간에 대한 온도의 개략적 선도를 도시한 것이다. 용융 온도 Tm과 비결정 천이 온도 Tg를 표시하였다. 도시된 곡선 18, 20 및 22는 여러 가지 비결정질 금속 합금에 대한 결정화 개시 시점을 시간과 온도의 함수로 나타낸 것이다. 합금이 용융 온도 이상 가열되면, 결정화를 피하기 위해 결정화 곡선의 돌출부인 24, 26 혹은 28을 지나지 않도록 합금을 용융 온도로부터 유리질 천이 온도를 거쳐서 냉각시킨다.
결정화 곡선 18은 냉각속도가 통상 약 105-106 K/sec가 넘을 것이 요구되는 비결정질 금속 합금들에 대한 것을 나타낸 것이다. 이 범주에 드는 비결정질 금속 합금의 예로는 Fe-B, Fe-Si-B 및 Co-Si-B 계열에 속하는 합금들이 포함된다.
도2에 있는 두 번째 결정화 곡선 20은 냉각 속도가 약 103-104 K/sec 정도의 수준이 요구되는 합금들에 대한 것이다. 이 범주에 드는 비결정질 금속 합금의 예로는 Pt-Ni-P 및 Pd-Si 계열에 속하는 합금들이 포함된다.
결정화 곡선 22는 냉각 속도가 약 103 K/sec 이하, 보다 바람직하게는 102 K/sec 이하인 것에 사용된다. 이 범주에 드는 비결정질 금속 합금의 예로는 후술할 Zr 계열에 속하는 합금들이 포함된다.
도3은 용융 온도와 유리질 천이 온도 사이의 과냉 비결정질 합금에 대하여 온도와 대수눈금으로 표시된 점도의 개략적 선도이다. 유리질 천이 온도는 일반적으로 합금의 점도가 대략 1013 포아즈 수준이 되는 온도로 생각할 수 있다. 한편 점도가 약 102 포아즈이하이면 액상 합금이라 정의한다. 도3에서와 같이 온도를 Tm으로부터 낮추어 감에 따라 합금의 점도는 처음에는 천천히 증가하다가 온도가 Tg에 가까워 짐에 따라서 더욱 빠르게 증가한다.
다시 도1에 의하여, 단계 12에서 높은 유동성을 지닌 합금이 달성되는 바람직한 성형 온도까지 합금을 가열시킨다. 바람직한 일 실시예에서는 합금의 점도에 의해 성형 온도가 결정된다. 예를 들면 성형 온도는 합금이 대략 104 포아즈 이하가 되는, 보다 바람직하게는 102 포아즈 이하되는 점에서의 온도가 될 것이다. 다른 일 실시예에 있어서 성형 온도는 간단히 용융 온도 혹은 유리질 천이 온도의 함수로 결정될 수도 있다. 또 다른 바람직한 실시예로는 단계 12 동안 용융 온도 이상으로 합금을 가열한다. 그러나 유동성이 높은 합금을 얻기 위하여 용융 온도 이상으로 가열할 필요는 없는 것으로 생각된다. 따라서 일 실시예에 있어서는 약 1.2Tg보다 온도가 높으면 충분하고, 좀 더 바람직하게는 약 1.5Tg정도이면 충분하다. 여기서 Tg는 ℃로 표시된 값이다. 성형 온도를 결정하는 세 번째 방법은 결정화 곡선의 돌출부 보다 높은 온도를 택하는 것이다.
여기까지 성형 온도를 올렸을 때 상기 합금의 상기 유동성에 의해 주형과의 밀착성이 좋아서 좋은 상태의 복제을 얻을 수 있다. 상기 합금의 상기 유동성이 높으면 후술하는 바와 같이 주형에 가하는 압력을 낮출 수 있다.
바람직한 성형 온도를 결정하는 다른 방법도 있을 수 있다. 일반적으로 합금이 주형의 표면과 밀착할 정도로 주입되면 비결정질 합금 부품의 복제성이 개선되기 때문에, 합금이 주형의 표면과 접촉할 정도가 되는 어떤 온도를 성형 온도의 결정에 사용할 수 있다.
도4는 바람직한 결정화 곡선 30에서와 같은 특성을 가진 비결정질 금속 합금에 대한 바람직한 냉각 과정을 나타낸 것이다. 도4는 적절히 선정된 상기 비결정질 합금이 냉각될 때 상기 냉각 선도 34는 상기 곡선 30의 상기 돌출부 32를 가로지르지 않음을 나타내고 있다. 종횡비가 높은 부품의 성형에 있어서, 상기 합금을 상기 주형과 완전히 밀착되도록 하기 위해서는 일정 시간 동안 합금을 고온 상태로 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들면 이 시간을 5초에서 몇 분 사이의 범위로 할 수 있다. 선도 34로 나타낸 바와 같이, 합금의 온도가 Tm 이상으로 하여 성형 공정을 시작했을 때는, 이론적으로는 무제한의 기간동안 결정화를 일으키지 않고 합금을 이 온도로 유지할 수 있다. 따라서 선도 34는 합금의 제조에 있어서 급냉 단계만을 보여 주는 것인 반면, 주형과 바람직하게 접촉하도록 하기 위해서는 Tm 이상의 온도로 적당한 기간동안 유지하였다가 급냉 단계로 이행한다.
도4에는 Tm보다 낮은 성형 온도를 사용한 냉각 선도 36도 표시되어 있다. 이 선도로 나타낸 상기 방법에서는, 기간 38은 합금이 성형 온도로 유지되는 기간을 나타낸다. 만일 이 온도를 너무 오래 유지하면 합금은 결정화 되기 때문에, 짧은 시간 동안, 보다 바람직하게는 약 5초에서 수분 정도의 기간동안 합금을 성형 온도로 유지시킨다. 냉각 선도 34에서와 마찬가지로, 냉각 선도 36은 곡선 34의 돌출부 32를 가로지르는 것을 피함으로써 합금의 결정화를 피하려고 충분히 빠른 속도로 합금이 급냉 되는 것을 나타내고 있다.
전술한 상기 방법에 의해 상기 합금이 상기 주형에 효과적으로 밀착되기 때문에, 상기 주형에 따른 상기 패턴의 복제가 냉간 주형 성형에서보다 더욱 정밀하다. 고도의 형상을 지닌 부품의 성형을 위한 홈을 가진 주형의 실시예를 도5로 나타내었다. 그림에서와 같이, 주형(44)의 표면(42) 위에 높이가 H이고 폭이 W이며 폭W 보다 높이H가 큰 하나 이상의 홈(40)이 있다. 전체 홈이 상기 합금으로 실질적으로 채워지도록 효율적으로 주형과 밀착시키기 위하여, 결정화가 개시되기 전의 충분히 빠른 시점에서 상기 합금이 상기 홈을 채울 수 있도록 바람직한 합금의 유동성을 적절히 선정한다. 도4는 성형 온도로 합금을 유지하는 기간(38) 이후를 나 타내며, 급냉 곡선이 돌출부32를 스치지 않도록 냉각 선도 36와 같이 합금을 급냉한다.
비결정질 합금 부품의 성형을 위한 성공적인 실험은 다음과 같이 이루어졌다. 주형은 미세 조직의 실린콘 웨이퍼의 형태로 마련하였다. 보다 구체적으로, 주형은 100μm이고 폭이 30에서 2000μm의 이온 에칭 반응으로 깊이가 큰 시험조직를 가진 4인치 웨이퍼를 마련하였다. 실리콘 웨이퍼 상의 보호층은 저절로 생긴 약 1nm 두께의 SiO2로 되어있다. 열용량이 낮거나 열전도율이 낮은 바람직한 물성치를 가진 다른 주형도 사용할 수 있다. 상기 주형의 또 다른 바람직한 소재로 비결정질 카본이 포함된다.
체적이 큰 비결정질 성형 합금은 용융점이 약 800℃이며, 한계 냉각 속도이 10K/s인 Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5의 조성을 가지고 있다. 그러나 다른 재료들도 사용될 수 있을 것이다. 예를 들면 Zr-Ti-Ni-Cu-Be합금과 같은 Zr계열의 비결정질 합금도 사용할 수 있다. 미국특허 제5,950,704와 제5,288,344호에 공지된 것과 같은 다른 합금들도 역시 사용이 가능하다.
도6은 비결정질 금속 부품의 제작에 대한 일 실시예에 있어서의 도식적인 공정을 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 미세조직 실리콘 웨이퍼(46)는 알에프코일과 같은 열원(50) 위에 지지된 수정 지지체(48)에 수용된다. 상기 알에프 코일은 순식간에 열의 공급을 차단할 수 있다는 장점 때문에 사용된다. 그러나 냉각 전에 열의 공급을 차단하기 위해 웨이퍼와 분리 시킬 수 있는 핫플레이트와 같은 다른 열원들 도 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
상기 도시 예에서는, 상기 비결정질 금속 합금(52)를 실리콘 웨이퍼(46) 위에 배치시켰다. 상기 샘플 합금은 바람직한 어떤 형태를 가지며, 상기 도시된 예에서는 합금 버튼 5 g이 사용되었다. 상기 실험은 10-5mbar인 진공실에서 실시되었다.
상기 합금과 상기 주형은 약 1000℃ 정도인 용융 온도 이상으로 상기 수정 원판(48) 아랫쪽에 위치시킨 상기 알에프코일(50)에 의해 가열시켰다. 온도가 성형 온도에 도달한 후, 상온의 구리 블록을 하강시켜 상기 합금에 압력을 가했다. 상기 성형 온도에서 약 2초에서 5초 이후 상기 구리 블록을 상기 합금까지 하강시켰다. 상기 구리 블록을 약 0.01에서 1m/s 사이의 바람직한 속도로 합금 위로 하강시킨다. 속도가 빨라지면 보다 나은 결과치를 나타낸다. 금속 합금의 유동성이 높기 때문에, 구리 블록이 누르는 압력을 약 0.01 내지 0.1N인 비교적 낮은 압력을 사용한다.
합금(52)은 웨이퍼(46) 상에 지름 약 10mm로 채워지고, 확산되고, 구리 블록에 의해 냉각되어 지름 30mm이고 두께 1mm의 원판이 된다. 합금(52)의 냉각은 합금의 결정화를 피하기 위해 충분히 빠른 속도로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 100 K/sec 이상의 속도로 냉각이 이루지면 된다. 냉각이 이루어진 후 농축 KOH 용액 속에서 약 72시간 에칭하여 합금에서 실리콘을 분리한다.
상기 비결정질 디스크의 위상은 광학 현미경으로 검사하였다. 상기 주형 형 상의 체적에 대하여 약 95%가 채워졌다. 가열된 상태에서 상기 실리콘 웨이퍼에 채워졌던 영역들과 가압 하에서 노출된 실리콘 위로 상기 용융 금속이 흘러 넘쳐서 생긴 영역들 사이에서의 명백한 차이점은 없었다.
도7A와 7B는 상기의 공정으로 성형된 비결정질 금속 부품의 전자현미경 사진이다. 특징적인 것으로, 이들의 형상이 폭이 약 30μm이고 깊이가 100μm의 벽체를 가진 복제 조직를 나타낸다는 것이다. 도7A는 상기 조직를 30배 확대한 것이며, 도7B는 상기 조직를 300배 확대한 것이다. 이러한 부품은 벽체는 폭 W가 약 30μm이고 높이 H가 100μm로 도5에 표시된 것과 유사한 표면 조직을 가진 주형을 사용하여 바람직하게 제작될 수 있다. 따라서 이 그림들은 전술한 상기 방법이 미소 크기에서 3보다 큰 종횡비를 가진 비결정질 금속 부품의 성형이 가능하다는 것을 나타낸다.
도8A와 8B는 상기의 공정에 따라 성형된 또 다른 비결정질 금속 부품의 전자현미경 사진이다. 이들 그림은 폭이 약 40μm이고 깊이가 100μm인 긴 홈을 가진 복제 조직를 나타내고 있다. 도8A는 상기 조직을 30배 확대한 것이고, 도8B는 상기 조직을 300배 확대한 것이다.
전술한 상기 그림에 나타나 있는 바와 같이, 비결정질 금속 부품을 극히 좋은 표면형상으로 성형할 수 있다. 이들 부품은 비결정질 합금이라는 특성과 적어도 다음 물성치 중 하나의 이점을 가진다: 기계적 성질(예를 들면 탄성 변형, 높은 경도), 화학적 특성(예를 들면 내식성, 촉진성), 열 특성(예를 들면 연속적인 연성 및 확산성의 증가, 낮은 융점) 혹은 기능적인 물성(예를 들면 전자적, 자기적, 광 학적). 따라서 상기의 공정을 통해 전술한 바람직한 물성치를 한 가지 이상 가지는 섬세한 복제 부품이 바람직하게 성형된다.
높은 종횡비를 갖는 부품의 성형이 필요한 경우에 이를 적용한 사례의 하나가 폴리머의 사출 성형이다(예를 들면 의료용으로 쓰이는 일회용 배양 접시). 실험적으로, 미소 폴리머 사출 성형를 위한 장치로서 복제 비결정질 금속 조직을 시험하였다. 폴리카보네이트로 약 100번의 복제를 실시하였으며, 비결정질 금속 주형을 사용하여 폴리머 부품의 복제가 이루어졌다. 성형가 이루어지기 전에 완전한 비결정질이었던 금속 유리 장치의 부분을 관찰한 결과 복제가 이루어진 이후에도 아무런 결함이 나타나지 않았다.
전술한 상기의 바람직한 방법을 사용하면 여러가지 미세조직이 형성되는 것으로 사료된다. 예를 들면 미소유동 및 미소광학 분야에 적용하기 위하여 높은 종횡비를 갖는 부품이 만들어질 수 있다. 미소유동 적용 사례의 하나로 나노리터 체적의 액체를 취급하기 위한 미소 계량분야의 통로 시스템(예를 들면 효소와 같은 고가의 반응체를 위한 반응기)이 제공된다. 또 비조직화 된 주형을 사용하여 비결정질 금속 부품에 있어서 평평하고 거울처럼 광택이 있는 표면을 얻을 수도 있다. 따라서 만일 크기가 크고 한 쪽 표면이 거울면으로 마무리된 큰 얇은 판을 마련하려 한다면 실리콘 웨이퍼를 가열 주형으로 사용한다. 하나의 예로서 상기의 방법으로 지름이 100mm, 두께가 1mm 인 비결정질 판을 성형할 수도 있다.
당업자라면 본 발명을 여러 형태로 변화시킬 수가 있음 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 도시된 것이나 설명에만 한정되는 것이 아니라, 청구항의 범위에 따른다.

Claims (23)

  1. 비결정질 금속 부품의 성형 방법에 있어서,
    원하는 패턴을 가지며, 실리콘으로 이루어진 주형을 마련하는 단계와;
    비결정질 금속의 성형이 가능한 합금을 상기 주형과 접촉하도록 배치하는 단계와;
    상기 합금의 1.5Tg 이상의 성형 온도로 상기 주형과 상기 합금을 가열하여 상기 합금이 상기 주형을 채울 수 있도록 하는 단계와;
    상기 합금을 상온으로 냉각시켜 비결정질 금속 부품을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비결정질 금속 부품의 성형방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성형 온도는 상기 합금의 용융 온도(Tm) 이상인 것을 특징으로 하는 비결정질 금속 부품의 성형방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 합금은 500K/sec까지의 속도로 냉각되는 것을 특징으로 하는 비결정질 금속 부품의 성형방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주형은 상기 합금과의 분리를 위한 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비결정질 금속 부품의 성형방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 비결정질 금속 부품의 성형 방법에 있어서,
    원하는 패턴을 가진 주형을 마련하는 단계와;
    비결정질 금속의 성형이 가능한 합금을 상기 주형과 접촉하도록 배치하는 단계와;
    합금의 점도가 104 포아즈 이하로 되는 성형 온도로 상기 주형과 상기 합금을 가열하여 상기 합금이 상기 주형을 채울 수 있도록 하는 단계와;
    상기 합금을 상온으로 냉각시켜 비결정질 금속 부품을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비결정질 금속 부품의 성형방법.
  12. 삭제
  13. 비결정질 금속 부품의 성형 방법에 있어서,
    원하는 패턴을 가진 주형을 마련하는 단계와;
    비결정질 금속의 성형이 가능한 합금을 상기 주형과 접촉하도록 배치하는 단계와;
    합금의 결정화 곡선의 돌출부 이상의 성형 온도로 상기 주형과 상기 합금을 가열하여 상기 합금이 상기 주형을 채울 수 있도록 하는 단계와;
    상기 합금을 상온으로 냉각시켜 비결정질 금속 부품을 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비결정질 금속 부품의 성형방법.
  14. 높은 종횡비를 갖는 비결정질 금속 부품의 성형 방법에 있어서,
    적어도 일부 영역이 폭보다 큰 높이를 가진 홈을 구비하는 원하는 패턴을 가진 주형을 마련하는 단계와;
    비결정질 금속의 성형이 가능한 금속 합금을 상기 금속 합금이 결정화가 진행되기 전에 상기 홈을 실질적으로 채울 수 있는 충분한 유동성을 가지게 되는 성형 온도까지 가열하여 상기 주형을 상기 금속 합금으로 충전하는 단계와;
    상기 금속 합금의 결정화 이전에 상기 성형 온도로부터 상온으로 상기 금속을 냉각시켜 상기 주형의 형상을 복제한 비결정질 합금 부품이 형성되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비결정질 금속 부품의 성형방법
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제14항에 있어서,
    상기 주형에 대하여 상기 합금을 가압하는 단계를 더 포함하고,
    상기 합금의 가압 단계와 동시에 상기 성형 온도로부터 상온으로 상기 합금을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 비결정질 금속 부품의 성형방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제14항에 있어서,
    상기 홈의 폭에 대한 높이의 비가 3 이상인 것을 특징으로 하는 비결정질 금속 부품의 성형방법.
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