KR100869065B1 - 금속 나노 분말의 소결 방법 및 그 소결체, 금속 나노 분말의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고융점 금속 및 그의 합금 및 복합재료를 초저온에서 소결하는 소결방법에 관한 것으로서, 금속 카르보닐을 열분해하여 제조되는 평균 입경 10 nm 이하인 금속 나노 분말을 제공하는 단계; 및 상기 금속 나노 분말을 900-1500도의 온도에서 열처리하는 단계를 포함하고 상기 열처리 과정에서 상기 금속 분말이 상전이 되는 것을 특징으로 하는 중금속 분말의 소결 방법을 제공한다.

나노입자, 텅스텐, 저온 소결

Description

금속 나노 분말의 소결 방법 및 그 소결체, 금속 나노 분말의 제조 방법{The processing of sintering of metal nanoparticles and products thereof, the method of metla nanoparticles}

도 1은 본 발명의 나노 금속 입자를 양산 제조하기 위하여 고안된 다중 히터 내장형 장치 개략도이다.

도 2는 도 1의 장치에 사용된 텅스텐, 니크롬 선을 대체 가능한 SiC 발열체를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 열분해법으로 만들어진 금속카르보닐의 5 나노급 텅스텐 분말 사진이다.

도 4는 면심입방구조를 갖는 5나노급 텅스텐 분말 사진이다.

도 5는 나노 텅스텐 분말을 프레스기를 이용하여 성형한후 열분석한 데이터이다.

도 6은 900도에서 일어난 그레인 성장이 일어난 후 면심입방에서 벌크 구조인 체심입방으로 자연적인 상변화가 일어나는 것을 보여주는 XRD 패턴이다.

도 7은 5-10나노급 텅스텐 분말을 성형하여 1300도에서 1시간 소결 후의 단면 SEM 사진이다.

도 8은 5-10나노급 텅스텐 분말을 성형하여 1300도에서 1시간 소결 후의 단면 SEM 사진이다.

도 9는 W-Cu 저온 소결체 SEM 사진이다.

도 10은 W-Ag 저온 소결체 SEM 사진이다.

도 11은 W-TiO2 저온 소결체 SEM 사진이다.

본 발명은 금속 분말의 저온 소결법과 소결물에 관한 것이다. 이하 생성된 다양한 나노입자 중 산업, 국방에서 중요한 Mo, W과 같은 몇몇 금속을 중심으로 본 발명을 설명하고자 한다.

텅스텐 (W)과 같은 중금속은 산업소재 뿐만 아니라 국방소재로 중요하게 이용되는 재료이며 텅스텐-구리와 같은 합금은 IC 칩 방열재료, 고주파 통신모듈용 패키지용 부품, 전자파 차폐재 뿐만 아니라 기존 열화 우라늄탄을 대체하여 대전차포 및 방커 파괴용 무기에 이용되고 있다.

그러나, 대부분의 중금속들 (Mo, W, Rh, Ru, Re, Os 등)은 2000도 이상에서 약 3500도 까지 높은 융점을 갖는다. 이런 고온 융점은 금속 가공을 어렵게 만든다. 텅스텐의 높은 융점(3422 도)과 깨지기 쉬운 강한 취성은 텅스텐 및 텅스텐 합금의 가공을 어렵게 만든다. 따라서 전통적으로 텅스텐 소결 및 가공 기술들은 선진국이 독점하고 관련 첨단 부품들은 전량 수입에 의존하고 있다. 최근 나노분말을 이용한 텅스텐의 저온 소결 연구가 시작되고 있다. 대표적으로 2005-2006년도 국방과학연구소(ADD)는 100 나노급 텅스텐과 1 마이크로미터 구리분말을 이용하여 기존대비 30-50 % 성능이 뛰어난 성형작약탄을 개발하기도 하였다. 그러나 이 경우에도 소결 온도는 약 2000-2500 도로써 여전히 높다.

본 발명은 중금속을 그 융점보다 훨씬 낮은 1500도 이하의 초저온에서 소결하는 방법 및 그 소결체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 금속 카르보닐을 열분해하여 제조되는 평균 입경 10 nm 이하인 금속 나노 분말을 제공하는 단계; 및 상기 금속 나노 분말을 900-1500도의 온도에서 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 분말의 소결 방법을 제공한다. 본 발명에서 상기 금속은 Mo, Cr, W, Mn, V, Rh, Ru, Re 및 Os으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나이다.

또한, 본 발명은, Mo, Cr 및 W으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 금속의 카보닐을 열분해하여 제조되는, 평균 입경 10 nm 이하이며 최소한 일부가 면심 입방 구조를 갖는 금속 나노 분말을 제공하고; 상기 금속 나노 분말을 상기 금속 나노 분말의 융점 이상인 900-1500도의 온도에서 열처리하는 단계를 포함하고 상기 열처리 과정에서 상기 금속 분말이 상전이 되는 것을 특징으로 하는 중금속 분말의 소결 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, Mo, Cr 및 W으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 금속의 카보닐을 열분해하여 제조되는, 평균 입경 10 nm 이하이며 최소한 일부가 면심 입방 구조를 갖는 금속 나노 분말을 제공하는 단계; 및 금속 나노 분말을 Ag, Cu, Al, Li, K, Mg 및 Zn 중에서 선택된 저융점 금속 분말과 혼합하여 금속 혼합 분말을 제조하는 단계; 및 상기 금속 혼합 분말을 500-1500도의 저온에서 소결하는 단계를 포함하고, 상기 열처리 과정에서 상기 금속 나노 분말이 상전이 되는 것을 특징으로 하는 중금속 분말의 소결 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, Mo, Cr 및 W으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 금속의 카보닐을 열분해하여 얻어지는 면심 입방 구조의 중금속 나노 분말을 500-1500도의 온도에서 소결하여 제조되며 소결 밀도 90% 이상이고 체심 입방 구조를 갖는 중금속의 소결체를 제공한다. 본 발명에서 상기 소결체는 상기 금속의 합금이거나 복합재료일 수 있다. 물론, 이 때 상기 합금이나 복합재는 반드시 체심입방구조인 것은 아니다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 상술한다.

본 발명에서 사용되는 평균입경 10 나노미터 이하인 나노 입자들은 다양한 방법으로 제공될 수 있으나, 특히 아래와 같은 방법으로 제조되는 것이 바람직하다.

도 1은 나노 입자를 제조하기 위한 장치 구성도로서, 원통형 통체로 된 반응조(1) 상에 플렌지 (2)를 구성하되, 플렌지상에는 진공밀봉을 위해 금속 개스켓 혹은 고온에 견디는 폴리머 O-ring으로 반응조 (1) 내부가 완전 진공 밀폐가 가능하게 한다. 상기 반응조(1)는 외경 약 500mm, 길이 약 300mm정도의 스테인레스 스틸(sus304)을 사용하였다. 상기 반응조(1) 상단에는 전원단자(electrical feedthrough)(3)를 밀봉식 (진공 및 절연가능)으로 조립하여 반응조(1)내부가 진공이 가능케 하고 반응조 내외부로 전기적으로 상통되게 하되, 반응조(1) 내부에 돌출된 전원단자(3)에는 발열체(4)가 설치되어 있고, 상기 전원단자(3)는 전압 및 전류조정이 가능케 구성된 전원공급장치(power supply)와 연결되어 있다.

이때 전원단자(2)에 설치되는 발열체(4)는 전기적 저항에 의해 발열하게 되고, 전원공급장치를 이용하여 전압 및 전류를 조정하게 되면 발열체(4)를 실온에서 약 2000-3000℃까지 올릴 수 있다. 발열체의 온도 범위는 재질마다 다르다. 본 실험에서의 발열체(4)는 저가의 니크롬선을 스프링형태로 만든 솔레노이드 형태를 절반이상 사용하기도 하였지만 고온에서 실험하기에는 문제가 따른다. 그래서 고온으로 올릴 필요가 있을 때는 텅스텐 등과 같은 내열성이 우수한 재질을 사용하였다. 그러나 금속 히터의 한계 (부식, 산화, 노화, 등) 때문에 바람직하게는 SiC와 같은 세라믹 히터를 주로 사용하였다.

반응조(1) 상부에는 진공 및 배기라인(5)을 위한 관이 체결되어있다. 대부분의 나노입자 제조시에는 금속카르보닐(6)을 반응조(1)의 플랜지(2)를 열어 직접 넣는다.

그 후 플랜지(2)를 닫은 후 반응조를 펌프를 이용하여 진공을 만든 후 밸브를 닫아 반응조를 폐쇄시키고 내장형 히터를 작동시킨다. 본 발명에서는 1kg/1일 양산할 수 있는 장치를 가능하게 하기 위하여 내장형 히터를 2개에서-10개 정도 사용하였다. 이들 히터는 동시 다발적으로 가열이 되고 고체상 시료들을 기화시킴과 동시에 이들 시료들의 열분해를 유도시켜 나노입자를 생성시킨다. 또한 다중 히터들은 반응조가 아무리 크더라도 반응조 자체를 순간적으로 100도 이상 가열시켜 기화된 시료들이 반응조 내벽에 응축되지 않게 하고 기화된 시료들이 효율 좋게 열분해가 일어나게 한다. 따라서 본 실험장치는 세계 유일의 최단시간으로 10나노미터 이하의 분말 양산을 가능케 한다. 반응시간은 10분 미만이며 본 반응조에서는 1회 실험당 100-500g의 나노 파우더를 1 스텝으로 만들어 낼 수 있다. 다중 히터를 사용하여 양산 할 경우 단일 히터를 쓰는 경우보다 입자간 응집이 조금 더 심하게 일어나지만 일차 입자의 물성에는 큰 변화가 없었다.

본 발명의 장치는 금속 카르보닐 및 이들 유도체를 다중 히터를 이용하여 기상 열분해하여 나노 금속 분말 양산을 가능케 한다. 여기에 사용된 히터는 금속 필라멘트 뿐만 아니라 SiC와 같은 세라믹 히터를 사용함으로써 효율 좋은 결과를 얻어 낼 수 있다. 본 발명에서의 다중 히터는 3가지 중요한 역할을 한다. 첫번째로 고체상 시료를 기화시키고, 기화된 시료가 반응조 내부에 응축되는 것을 막아주므로 다른 외장형 히터를 불필요하게 하며, 기화된 시료를 열분해 하여 나노입자를 만들어 낸다.

도 2는 도 1의 장치에 사용되는 발열체의 일례로써 SiC 발열체를 도시한 것이다. 발열체는 내장형 히터로써 반응기 내부에 착탈식으로 장착이 가능하다. 이는 일반적으로 많이 이용되고 있는 반응기 외부 가열형과는 비교가 되지 않을 정도로 고효율-고속으로 나노입자를 만들어 낸다. 이렇게 얻어진 금속 나노입자들은 여러 성형법을 이용하여 성형이 되고, 여러 조건에서 소결이 이루어진다.

상기한 구성의 본 발명장치를 이용하여 나노상(nanophase) 물질을 짧은 시간에 양산할 수 있으며 실험 조건에 따라 나노 입자의 크기 및 구조를 조절할 수 있다. 이하 대표적으로 예를 들면 크롬, 몰리브덴 및 텅스텐 나노입자들은 면심입방구조(face centered cubic structure, fcc)를 갖고 일부 나노상 철/몰리브덴 합금 입자들도 fcc구조를 갖는다. 이 fcc 구조는 나노입자의 크기에 의존하여 나타나는 새로운 구조이다. 실온에서 안정하고 체심입방구조(body centered cubic structure, bcc)를 갖는 금속들, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 바나듐(V), 망간(Mn), 루비듐(Rb) 및 이들의 합금들은 나노 입자의 크기가 작아지면서 새로운 구조 fcc가 나타나게 된다. 본 발명에 사용된 장치는 실험조건 즉 발열체의 온도, 크기 및 형태, 시료의 증기압 조절, 완충 기체(buffer gas) 조절 등을 변화시킴으로써 나노입자들의 구조가 벌크가 갖는 구조와 다른 구조를 합성할 수 있다.

실험 조건이 발열체의 조절인 경우 발열체의 온도가 올라 갈수록 반응속도가 빨라지고, 입자의 생성속도가 빨라져 나노 입자의 크기가 커지고, 입자끼리의 응집이 커진다. 발열체의 모양이 커지면 전체의 반응속도를 증가시켜 반응 시간을 단축시킬 수 있다. 이 조건에 의해 입자 크기에 의존하는 구조 변화를 얻을 수 있다. 발열체의 모양이 선형이고 직경(diameter)이 가늘수록 반응속도는 느려지며, 나노입자의 크기는 작아진다. 실험 조건이 시료의 증기압 조절인 경우 시료의 증기압이 증가할수록 나노 입자의 크기는 커진다. 이 조건에 의해 입자 크기에 의존하는 구조 변화를 얻을 수 있다.

실험조건이 완충기체의 조절인 경우 완충기체의 압력이 증가 할수록 입자의 크기는 작아지며 입자의 응집이 작아진다.

이 조건에 의해 입자 크기에 의존하는 구조 변화를 얻을 수 있고 압력을 극단적으로 높일 경우 압력효과에 의한 구조 변화를 얻을 수 있다.

기타 다른 금속, Re, Ru, Os, Rh은 면심입방구조가 아닌 헥사고날 (Hexagonal) 구조와 같은 벌크와 동일 구조를 가졌다. 이는 헥사고날 구조도 입자가 작아져도 안정한 구조이기 때문이다. 이는 체심 입방구조에서 면심 입방구조 상전이와는 대조적이다. 그렇지만 이들도 1500도이하 저온 소결이 가능하였다.

본 발명에서는 시료를 반응조의 플랜지(2)를 열어 직접 넣어 주는 방식을 대부분 이용하였다. 그러나 반응조 외부에 시료통을 달아 도입관을 반응조에 연결시키고 그 사이에 개폐식 밸브를 달면 플랜지를 열지 않고도 열분해 반응이 반복 가능하게 한다. 즉, 한 번 열분해 반응 후 반응가스를 배기시키고 시료통과 연결된 외부 밸브를 열어 시료통으로 부터 반응조 내로 고체 파우더를 도입시킨 후 밸브를 닫고 진공을 만든 후 히터를 작동시킨다. 따라서 이 과정을 반복하면 원하는 양이 얻어 질 때까지 플랜지(2)를 열지 않더라도 실험을 계속할 수 있다.

이렇게 만들어진 몰리브덴, 크롬, 텅스텐 나노입자들은 기존에는 없었던 면심입방구조 (face centered cubic: fcc)를 갖는다. 참고로 벌크에서 체심입방구조만을 갖는 금속도 입자크기가 5나노 이하로 되면 새로운 구조인 면심입방구조를 갖는데 이는 전 연구에서 처음으로 밝혀진 내용이며 나노입자의 고유의 성질이다. 따라서 이런 물성은 5-10나노급 분말은 벌크와는 전혀 다른 신소재로써 활용이 가능하며 세계적으로도 10나노급 이하의 분말을 신소재중에서도 첨단신소재로 따로 분류하고 있다.

도 3은 이렇게 만들어진 5-10 나노급 텅스텐 분말사진을, 도 4는 이들 5나노급 텅스텐 분말이 면심입방구조임을 엑스레이 회절 패턴을 통해 보여주고 있다.

실시예 1) 도 7은 5나노급 텅스텐 분말을 첨가제 없이 성형하여 1300도에서 소결한 소결체의 주사형 전자현미경 사진이다.

수소 5%와 질소 95%의 혼합가스를 분위기로 이용하였다. 히팅 조건은 분당 5-10도씩 승온하였다. 그림 8의 SEM 사진을 보면 5-10나노급 텅스텐 분말이 마이크로미터 단위로 그레인 성장이 일어났으며 밀도가 커졌다.

실시예 2) 도 8은 5나노급 텅스텐 분말을 폴리머의 일종인 PVA 5%(무게비)를 첨가하여 성형한 후 1300도에서 소결한 SEM 사진 모습이다. 수소 5%와 질소 95%의 혼합가스를 분위기로 이용하였다. 히팅 조건은 분당 5-10도씩 승온 하였다. 도 8의 SEM 사진을 보면 PVA 무첨가 (도 8)일 때보다 소결체의 모습이 더 좋다. 이는 Reactive sintering(반응성 소결)로써 텅스텐 나노입자 표면의 산화막들을 폴리머 첨가물이 제거하여 주기 때문이다.

실시예 3) 5나노급 텅스텐 분말을 성형한후 마이크로 웨이브 소결로를 이용하여 소결하였다. 수소 5%와 질소 95%의 혼합가스를 분위기로 이용하였다. 수 분 안에 목적 온도에 도달할 수가 있다. 이 경우 승온 기울기를 갖는 소결로보다 소결체의 밀도 및 그레인 성장이 더욱 좋았다.

실시예 4) 5나노급 텅스텐 분말과 100나노미터급 구리분말을 80:20 무게비로 균일 섞은 후 성형하여 1300도에서 소결하였다. 수소 5%와 질소 95%의 혼합가스를 분위기로 이용하였다. 히팅 조건은 분당 5-10도씩 승온하였다. 도 11의 SEM 사진에서 보는 것처럼 Cu의 낮은 융점 때문에 고밀도 및 치밀화가 손쉽게 이루어진다. 도 10의 (a)는 일반 SEM 이미지, 도 9의 (b)는 위상차 이미지, 도 10의 (c)는 조성이미지이다. 검게 보이는 것이 Cu이고, 희게 보이는 것이 텅스텐 이다.

도 10의 (d)는 (a)-(c)의 혼합이미지이다. 소결은 800-900도부터 가능하였다.

실시예 5) 5나노급 텅스텐 분말과 20나노급 상용 Ag 분말을 80:20 무게비로 균일 섞은 후 성형하여 700 도에서 소결하였다. 수소 5%와 질소 95%의 혼합가스를 분위기로 이용하였다. 히팅 조건은 분당 5-10도씩 승온 하였다. 이 경우에도 좋은 소결체를 얻어낼 수 있었고 텅스텐 이외에 들어가는 금속의 녹는점이 낮을수록 소결온도가 낮아졌다. 도 11은 이들 소결체의 대표적인 SEM 분석 사진이다.

실시예 6) 5나노급 텅스텐 분말과 30 나노급 TiO₂ (상품명 P25)을 80:20 무게비로 균일 섞은 후 성형하여 1300 도에서 소결하였다. 단단하고 깨지지 않은 소결체가 얻어졌다. 이는 나노입자가 합금뿐만아니라 세라믹과의 복합체에서도 충분한 능력을 발휘하여 새로운 신소재를 만들어낼수 잇음을 보여준다. 현재까지 W-TiO2 복합체를 세계적으로 거의 만든적이 없으며 본 실험에서는 1300도 이하에서 이를 가능케 하였다. 수소 5%와 질소 95%의 혼합가스를 분위기로 이용하였다. 히팅 조건은 분당 5-10도씩 승온 하였다. 도 12는 이들 소결체의 대표적인 SEM 분석 사진이다.

실시예 7) 5나노급 텅스텐 분말과 마이크로미터 분말 SiC를 80:20 무게비로 균일 섞은 후 성형하여 1300 도에서 소결하였다. 단단하고 깨지지 않은 소결체가 얻어졌다. 수소 5%와 질소 95%의 혼합가스를 분위기로 이용하였다. 히팅 조건은 분당 5-10도씩 승온 하였다.

실시예 8) 5나노급 텅스텐 분말, 100나노미터 구리 분말, 마이크로미터 크기 인공다이아몬드를 50:40:10 무게비로 균일 섞은 후 성형하여 1300 도에서 소결하였다. 단단하고 깨지지 않은 소결체가 얻어졌다. 수소 5%와 질소 95%의 혼합가스를 분위기로 이용하였다. 히팅 조건은 분당 5-10도씩 승온 하였다.

실시예 9) 5나노급 몰리브덴 나노입자의 경우도 열분석 결과 850도 정도의 융점을 보여, 이들 및 이들의 합금 및 세라믹 복합체 소결이 텅스텐의 경우처럼 700-1300도 내에서 가능하였다. 은, 구리 등과 같이 융점이 낮거나 융점강하현상이 심하게 일어나는 초미세 나노분말을 이용하면 500도 이하에서도 텅스텐 포함된 복합체를 얻어낼수 있을것으로 기대하고 있다.

실시예 10) 기타 Re, Os, Ru 등과 같이 유기금속 카르보닐류 및 금속카르보닐 유도체의 열분해를 통하여 만들어진 나노입자의 융점은 1200도 이하로 이들 및 이들의 합금과 세라믹 복합체 소결이 모두 1300도 이내의 조건에서 저온 소결이 가능하였다.

이상 본 발명에서는 금속 카르보닐 화합물의 열분해로 얻어진 나노 분말을 원료 물질로 사용하여 종전에 알려진 텅스텐의 소결온도보다 훨씬 낮은 온도에서 치밀한 구조의 소결체를 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 얻어진 소결체는 모두 상대밀도 90% 이상의 것이었다(도 8, 9, 10, 11의 경우 상대밀도 93-99%임). 그리고 융점이 낮은 (Cu, Ag, Zn, Al 등)금속을 첨가할 경우 98%이상 치밀도가 얻어졌다. 본 발명에서 1500 도 이하의 낮은 온도에서 고밀도의 소결체를 얻을 수 있다.

도5는 이들 5나노급 텅스텐 분말을 1ton/cm2 의 압력을 가하여 성형한 후 열분석한 결과이다. 그래프에서 보면 텅스텐 성형체의 녹는점이 890 (800-1000도사이)임을 분명하게 보여주고 있다.

도 6은 텅스텐 성형체가 900도에서 소결된 후의 엑스선 회절 패턴이다. 벌크와 같은 구조인 체심입방구조로 상전이가 일어났다. 즉 소결 전 5나노급 텅스텐 분말이 900도 소결을 거치면서 입경 크기가 마이크로미터 단위로 성장이 일어나며 결정구조도 체심입방구조로 바뀌었다.

본 발명은, 5-10나노급의 초미세 텅스텐 분말을 이용하여 기존에는 불가능하였던 텅스텐 밑 텅스텐 합금 소결체를 900-1500도 사이에서 비교적 손쉽게 얻어낼 수 있다. 이들 소결체는 나노분말로 이루어진 성형체와는 밀도, 물성, 결정구조, 강도 등 모든 성질이 달라진다. 따라서 금속카르보닐의 열분해로부터 얻어지는 소결체는 기존과는 다르거나 혹은 현재까지 존재하지 않았던 신소재들을 손쉽게 공급 가능하게 한다.

본 발명에 따르면, 텅스텐 또는 크롬, 몰리브덴과 같은 높은 융점을 갖는 금속을 그 융점에 비해 현저히 낮은 온도에서 소결할 수 있다. 특히 텅스텐의 경우 본 발명에서는 1500도 이하의 온도에서 고밀도의 소결체를 얻을 수 있는데, 이와 같은 낮은 온도에서의 텅스텐 자체만의 소결은 종전의 기술에 의해서는 상상할 수 없을 정도로 현저한 기술적 진보를 이룬 것이며, 산업적으로 다양한 파급 효과를 기대할 수 있는 것이다.

본 발명의 특징으로서 1500도 이하에서 신소재 소결체를 손쉽게 얻어 낼 수 있다는데 있다. 이것은 산업, 국방에서도 대단히 중요한 사실이며, 현재까지 기술개발 로드맵상 개발이 꼭 필요한 기술이다.

본 발명의 예로든 W-Cu 소결체도 선진국에서 핵심전략으로 채택이 되어 우리나라도 전량 수입되고 있는 첨단 재료이다. 외국에서도 이들 재료들을 한번에 소결하여 부품을 제작하는 기술은 없다. 이들은 대부분 고온에서 다단계 소결 과정을 통하여 즉, 1단계 소결로 다공성 텅스텐을 만들고 2단계 소결로 Cu를 다공성 텅스텐에 액상 침투시켜 W-Cu 부품을 만든다. 또는 WO3을 이용하여 여러 열역학적, 화학적 반응을 걸쳐서 W-Cu 부품을 만들기도 한다. 또 다른 제조 방법의 예로써 볼 밀링을 통하여 30-50나노급 텅스텐 분말을 만들어 소결하기도 하지만 볼 밀링 자체는 불순물이 많이 생기게 한다. 따라서 본 발명을 통하여 10나노 이하의 분말의 양산과 저온 소결기술은 기존에는 불가능하였던 다양한 신소재 소결물들을 손쉽게 제공한다.

또한 본 발명에 사용된 장치는 가장 간단한 장치로써 고도의 고온 소결프로세스를 간단히 하고 그 결과물로써 다양한 신소재들을 공급 가능하게 한다.

Claims (8)

1. 삭제
2. Mo, Cr 및 W으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 금속의 카보닐을 열분해하여 제조되는, 평균 입경 10 nm 이하이며 최소한 일부가 면심 입방 구조를 갖는 금속 나노 분말을 제공하는 단계; 및

   상기 금속 나노 분말을 상기 금속 나노 분말의 융점 이상인 900-1500도의 온도에서 열처리하는 단계를 포함하고 상기 열처리 과정에서 상기 금속 나노 분말이 상전이 되는 것을 특징으로 하는 금속 나노 분말의 소결 방법.
3. Mo, Cr 및 W으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 금속의 카보닐을 열분해하여 제조되는, 평균 입경 10 nm 이하이며 최소한 일부가 면심 입방 구조를 갖는 금속 나노 분말을 제공하는 단계;

   상기 금속 나노 분말을 Ag, Cu, Al, Li, K, Mg 및 Zn 중에서 선택된 1종 이상의 저융점 금속 분말과 혼합하여 금속 혼합 분말을 제조하는 단계; 및

   상기 금속 혼합 분말을 500-1500도의 저온에서 소결하는 단계를 포함하고, 상기 열처리 과정에서 상기 금속 나노 분말이 상전이 되는 것을 특징으로 하는 금속 나노 분말의 소결 방법.
4. 삭제
5. Mo, Cr 및 W으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 금속의 카보닐을 열분해하여 얻어지는 면심 입방 구조 중금속 나노 분말을 500-1500도의 온도에서 소결하여 제조되며, 소결 밀도 90%이상이고 체심 입방 구조를 갖는 금속 나노 분말의 소결체.
6. 제5항에 있어서,

   상기 소결체는 상기 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 금속 나노 분말의 소결체.
7. 제5항에 있어서,

   상기 소결체는 복합재료인 것을 특징으로 하는 금속 나노 분말의 소결체.
8. 링 형태의 탄화수소 리간드가 적어도 한 개 들어있는 Mo, Cr 및 W으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 금속 카보닐을 전구체로 하여, 반응조에 세라믹 히터를 내장형으로 적어도 2개 이상 설치하여 발열시켜 상기 금속 카보닐을 열분해하는 방법으로 평균 입경 10nm이하이며, 최소한 일부가 면심 입방 구조를 갖는 금속 나노 분말을 제조하는 금속 나노 분말의 제조 방법.

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