KR100964960B1 - 나노 분말을 이용한 마이크로 스케일 성형품 제조를 위한 압출 방법 및 이로부터 제조되는 성형체, 그리고 이에 적용되는 압출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리머나 플라스틱 또는 금속재질의 나노 분말을 이용하되 피압출 소재 전체에 압출 하중이 고르게 전달되도록 함으로써 압출 하중을 낮추는 한편, 소재의 변형이 부드럽게 이루어져 성형체 표면에 크랙이 발생하지 않도록 한 것으로, 이를 위해 본 발명은 나노 분말을 압출 장치에 투입하기에 앞서 다짐을 통해 압분체로 만드는 단계와, 상기 압분체를 압출 장치에 투입하여 압출하는 단계가 구비된 나노 분말을 이용한 마이크로 스케일 성형품 제조를 위한 압출 방법을 제공한다. 그리고, 본 발명은 나노 분말이 투입되는 투입홀을 갖는 압분 몰드와, 상기 압분 몰드의 하부측에 설치되는 하부 펀치와, 상기 압분 몰드의 상부측에 하부 펀치와 마주보도록 설치되는 상부 펀치와, 상기 상부 펀치 상부에 설치되어 나노 분말이 압분체가 되도록 상기 상부 펀치에 가압력을 전달하는 램을 포함하는 마이크로 스케일 성형품 제조용 나노 분말 압분 장치를 제공한다. 한편, 본 발명은 피압출소재인 나노 분말 압분체가 투입되는 컨테이너와; 상기 컨테이너 하부에 설치되며, 다이 홀이 코니컬(conical) 형태를 이루는 압출 다이와; 상기 압출 다이 하부에 설치되어 압출 다이를 지지하는 백커와; 상기 압분체를 가압하는 압출 펀치;를 포함하는 마이크로 스케일 성형품 제조용 나노 분말 압출장치를 제공한다.

나노, 분말, 마이크로, 스케일, 성형품, 성형체, 압분, 압출

Description

나노 분말을 이용한 마이크로 스케일 성형품 제조를 위한 압출 방법 및 이로부터 제조되는 성형체, 그리고 이에 적용되는 압출 장치{extrusion method for fabricating micro scale article with nano scale powder and shaped article made therefrom, extrusion eaquipment applied therof}

본 발명은 압출 공정과 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리머나 플라스틱 또는 금속 재질의 나노 분말을 이용하되 피압출 소재 전체에 압출 하중이 고르게 전달되도록 함으로써 압출 하중을 낮추는 한편, 소재의 변형이 부드럽게 이루어지며 압출된 성형체 표면에 크랙이 발생하지 않도록 하는 마이크로 부품 제조용 압출 방법 및 이로부터 제조되는 성형체, 그리고 이에 적용되는 압출 다이에 관한 것이다.

최근 마이크로 부품 생산이 증대되고 있으며 이러한 마이크로 부품은 의료, 센서, 전자기기 등에 여러 가지 형태로 응용되고 있기 때문에 나노 분말의 활용성이 더욱 커지고 있다.

한편, 일반적으로 압출은 소성이 큰 소재(素材)를 콘테이너(容器)에 넣고 가 압하여 다이의 구멍을 통과시켜 각종 형상의 단면재, 관재, 선재 등 단면적이 소재보다도 작고 일정한 긴 제품을 만드는 것으로서, 압출 가공은 대형으로 열간압연이 곤란한 것을 1회의 압출로 얻을 수 있으며, 단면이 복잡한 형상도 비교적 쉽게 가공할 수 있다.

따라서, 마이크로 부품의 제조에도 압출 가공이 적용되고 있으며, 특히 분말 압출은 최근 선진재료 제조방법으로 주목받는 계기가 많이 마련되고 있으며, 다음과 같은 특징들을 지니는 기술이다.

먼저, 주조·단련(鍛鍊)가공에 의한 제조가 곤란하거나 불가능한 재료를 압출로 성형하는데 유리하다는 특징을 지닌다.

그리고, 분말공정 특유 조직의 미세화, 편석의 최소화에 의한 성능개선을 도모할 수 있는 특징이 있으며, 소결 및 기타 열처리에 의해 단조조직을 얻을 수 있는 특징이 있다.

그 밖에 분말 압출은 주조재의 경우보다 압출압력이 일반적으로 낮고 압출온도, 압출속도의 선택범위도 넓은 특징을 지닌다.

그러나, 이러한 특징을 갖는 기존의 분말 압출 방법을 이용한 나노 분말의 압출은 다음과 같은 문제점을 안고 있었다.

먼저, 기존의 압출 방법은 나노 분말 자체를 압출하고자 할 때, 압력이 압출 장치에 투입된 나노 분말의 밑 부분까지 잘 전달되지 못하는 문제가 있으며, 이를 해소하기 위해 압출 하중을 증가시켜야만 한다.

그리고, 이 같이 압출 하중을 증가시킴에 있어서, 심할 경우에는 펀치가 파 손될 우려가 있다.

또한, 작용하는 압출력을 증가시키기 위해서는 압출 장치의 사이즈가 커지게 되어 장비의 소형화가 어렵다는 단점이 있다.

그리고, 압출 압력을 원활히 전달시키지 못할 경우에는 압출된 마이크로 스케일의 성형체 표면에 크랙(crack)이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 나노 분말을 이용한 압출 방법의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 나노 분말을 이용한 압출 방법을 압출 하중이 압출되는 소재 전체에 고르게 전달될 수 있도록 개선함으로써 압출에 소요되는 하중을 낮추는 한편, 이를 통해 압출 장치의 소형화를 도모할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 나노 분말을 이용한 개선된 압출 방법으로부터 제조됨에 따라 소재의 변형이 부드럽게 이루어짐으로써 표면에 크랙이 발생되지 않는 성형체를 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명은 상기와 같이 개선된 압출 방법에 적용하여 소재의 변형이 부드럽게 이루어질 수 있도록 함으로써 압출된 성형체 표면에 크랙이 발생하는 현상을 방지할 수 있도록 하는데 한층 적합한 나노 분말 압분(micro scale powder compaction) 장치 및 압출 다이를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 나노 분말을 압출 장치에 투입하여 압출함으로써 성형체를 제조하는 방법에 있어서; 상기 나노 분말을 압출 장치에 투입하기에 앞서 다짐을 통해 압분체로 만드는 단계와, 상기 압분체를 압출 장치에 투입하여 압출하는 단계가 구비됨을 특징으로 하는 나노 분말을 이용한 마이크로 스케일 성형품 제조를 위한 압출 방법이 제공된다.

이때, 압분체의 밀도는 압분체가 형상을 유지할 수 있는 밀도 이상의 값을 갖도록 압분한다.

상기 나노 분말은 구형임을 특징으로 하며, 나노 분말의 소재로서는 폴리머나 플라스틱, 혹은 금속이 이용된다.

한편, 본 발명은 압출 후 성형체를 소결하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 피압출소재인 나노 분말 압분체가 투입되는 컨테이너와; 상기 컨테이너 하부에 설치되며, 다이 홀이 코니컬(conical) 형태를 이루는 압출 다이와; 상기 압출 다이 하부에 설치되어 압출 다이를 지지하는 백커와; 상기 압분체를 가압하는 압출 펀치;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 마이크로 스케일 성형품 제조를 위한 나노 분말 압출장치가 제공된다.

삭제

이때, 상기 압출 다이의 다이 반각(DIES 半角; Die angle)은 30~60°범위 이내의 각을 이루게 됨을 특징으로 한다.

본 발명은 나노 분말을 압출에 앞서 다지는 공정을 통해 압분체를 형성한 다음에 상기 압분체를 이용하여 압출을 수행함으로써, 압출 하중이 압출되는 소재 전체에 고르게 전달될 수 있도록 함으로써, 압출에 소요되는 하중을 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 압출에 소요되는 하중을 낮추게 되면, 압출 장치를 소형화하더라도 충분한 압출 하중을 구현할 수 있게 되므로, 압출 장치의 소형화를 도모할 수 있게 되는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 개선된 압출 방법으로부터 제조된 부품 및 성형체는 소재의 변형이 부드럽게 이루어짐으로써 표면에 크랙이 발생되지 않아 양호한 표면을 얻을 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 개선된 압출 방법에 적용하기에 적합한 나노 분말 압분(micro scale powder compaction) 장치 및 압출 다이를 제공함에 따라, 소재의 변형이 부드럽게 이루어질 수 있게 되며, 압출된 성형체 표면에 크랙이 발생하는 현상이 효과적으로 방지된다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다.

도 1은 본 발명에 적용되는 압분 장치의 구성 단면도이고, 도 2는 도 1의 압분 장치에 의해 형성된 압분체 사시도이다.

그리고, 도 3a는 본 발명의 압출 다이가 적용된 압출 장치의 구성 단면도이 고, 도 3b는 도 3a의 압출 다이 확대도이며, 도 4는 도 3a의 압출 장치에 적용된 본 발명의 압출 다이의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 압출 다이가 적용된 압출 장치에 의해 압출된 기어의 표면 상태를 보여주는 참고사진이다.

한편, 도 7은 기존 압출 다이의 사시도이고, 도 8은 기존 압출 다이에 의해 압출된 기어의 표면 크랙을 보여주는 참고사진이다.

본 발명은 금속, 폴리머, 플라스틱 등의 나노 분말을 압출 장치에 투입하여 압출함으로써 성형체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 나노 분말을 압출 장치에 투입하기에 앞서 다짐을 통해 압분체(200)로 만드는 단계와, 상기 압분체(200)를 압출 장치에 투입하여 압출하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.

이때, 상기 나노 분말은 구형으로서, 폭발 성형법으로 제조된다.

상기 압분체(200)의 상대밀도는 0.84 이상이 되도록 하되, 상대밀도는 건조무게를 함침무게에서 수중무게를 뺀 값으로 나눈 후에 다시 이값을 금속밀도로 나누어서 구해짐을 특징으로 한다.

본 발명에서 압분체(200)는 나노 분말을 다짐하여 만든 덩어리짐으로써 일종의 빌렛 모양을 이루게 되지만, 일반적인 금속 압출에 사용되는 빌렛과는 다르다. 즉, 일반 금속 압출에 사용되는 빌렛은, 용탕을 몰드 내부에 붓고 냉각하여 응고시키는 주조법에 의해 만들어지는 것으로서, 분말을 기계적으로 다짐하여 만든 본 발명의 압분체(200)와는 물리화학적 성질 및 압출 특성에 차이가 있다.

그리고, 본 발명의 성형체는 압출후 소결 및 기타 열처리가 가해지게 되는 예비 성형체를 포함하는 것으로 정의됨을 전제한다.

한편, 본 발명은 나노 분말의 압분을 위해, 나노 분말이 투입되는 투입홀을 갖는 압분 몰드(110)와, 상기 압분 몰드(110)의 하부측에 설치되는 하부 펀치(120)와, 상기 압분 몰드(110)의 상부측에 하부 펀치(120)와 마주보도록 설치되는 상부 펀치(130)와, 상기 상부 펀치(130) 상부에 설치되어 나노 분말이 압분체(200)가 되도록 가압하는 힘을 상기 상부 펀치(130)에 전달하는 램(140)을 포함하는 나노 분말 압분 장치를 구비한다.

상기 램(140)은 기계식 혹은 유압식 등 어떠한 작동 방식으로 작동하여도 무방하다.

그리고, 본 발명은 피압출소재인 압분체(200)가 투입되는 컨테이너(310)와, 상기 컨테이너(310) 하부에 설치되는 압출 다이(320)와, 상기 압출 다이(320) 하부에 설치되어 압출 다이(320)를 지지하는 백커(330)와, 압분체(200)를 가압하는 압출 펀치(350)를 포함하는 압출 장치에 있어서, 상기 압출 다이(320)의 다이 홀(321)이 전체적으로 코니컬(conical) 형태의 홀을 이루게 됨을 특징으로 한다.

구체적으로는, 다이홀은 소재의 변형이 부드럽게 이루어지도록 하는 코니컬부(C)와 원하는 성형체 형태로 만들어주는 다이랜드부(D)로 이루어진다.

이때, 상기 압출 다이(320)의 다이 반각(DIES 半角)은 0~90°범위를 가질 수 있으나 각도가 작아질수록 양호한 기어 형상을 얻을 수 있다. 즉, 바람직하게는, 상기 압출 다이(320)의 다이 반각(DIES 半角)은 30~60°범위 이내의 각을 이루도록 한다.

한편, 상기 압출 장치의 외측에는 컨테이너(310)와 압출 다이(320) 등을 가 열하기 위한 히터(340)가 설치된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용은 다음과 같다.

본 발명은 나노 분말을 압분장치를 통해 다짐하여 압분체(200)로 만든 상태에서, 이를 압출장치를 구성하는 컨테이너(310)에 투입하고 가열한 상태에서 열간 압출하게 되는데, 나노 분말이 아닌 압분체(200)로 만든 상태에서 압출하므로 인해 압출이 작은 하중에서도 이루어지게 되므로 압출장치의 소형화가 가능하다.

즉, 기존에는 나노 분말을 압출장치에 투입하여 바로 압출게 되는데, 이 경우에는 투입된 나노 분말의 전체 부피가 크고, 이에 따라 압출을 위해서는 큰 압출 압력이 요구되어 압출장치의 소형화에 어려움이 있었다.

특히, 기존의 압출 다이(320a)는 중앙부에 형성된 다이 홀(321a)이 급격히 좁아지는 구조(도 7 참조)여서 소재의 변형이 부드럽게 이루어지지 못하므로 소재 표면에 크랙(도 8 참조)이 발생하게 되는 단점이 있었다.

또한, 기존에는 압출장치에 투입된 나노 분말의 아래쪽까지 압출 압력이 전달되기 위해서는 매우 큰 힘이 작용하여야 하며, 이를 위해서라도 압출장치는 소형화가 곤란한 실정이었다.

하지만, 본 발명은 나노 분말을 압분장치에서 다짐하여 압분체(200)로 만든 상태에서, 상기 압분체(200)를 압출장치에 투입하여 압출하므로, 기존의 나노 분말 직접 압출에 따른 문제점들을 해소할 수 있게 된다.

즉, 압분체(200)는 나노 분말이 다짐에 의해 일체화를 이루고 있으므로, 압출압력이 압분체(200) 하부까지 바로 전달되므로 인해 기존 압출방식에 비해 압출 압력을 낮출 수 있게 되며, 이로부터 압출 장치의 소형화를 도모할 수 있게 된다.

[실험예]

이하에서는 금속 나노 분말을 이용하여 미세 기어를 제작한 실험을 통해 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

가). 실험의 개요

최근 마이크로 부품 생산이 증대되고 있으며 이러한 마이크로 부품은 의료, 센서, 전자기기 등에 여러 가지 형태로 응용되고 있기 때문에 나노 분말의 활용성이 더욱 커지고 있다. 따라서 본 실험에서는 나노 분말을 이용한 미세 기어 제작에 초점을 맞추어 실험하였다.

현재까지 마이크로 기어 가공은 주로 MEMS 또는 LIGA 방법에 의해 제작되었으며 소재는 폴리머 또는 플라스틱인 경우가 많았다. 이러한 방법은 설비비가 많이 드는 단점과 대량생산이 불가능하였다. 본 실시예에서는 열간 압출 방법을 이용하여 평균 입도 230nm인 주석(Tin) 분말을 가지고 피치원 지름 1.5mm인 스퍼 기어 형상의 예비 성형체를 제작하였다. 이 예비 성형체를 소결하여 정밀한 형상 및 강도를 지닌 기어를 제작하기 위해서, 양호한 표면 형상과 높은 상대밀도를 갖게 하는 것이 중요하다. 이에 따라 압출 공정 변수인 온도, 다이 반각(Die angle), 램 속도(Ram speed)에 따른 영향 및 초기 소재의 상대밀도에 따른 영향 등을 확인하였다.

나). 실험장치 및 실험조건

먼저, 본 실시예의 실험 장치 및 실험 조건을 살펴보면, 실험에 사용한 분말은 Tin 분말로 순도 99.9 %, 평균 입도 230nm 그리고 구형(spherical) 형태를 지니며, 폭발 성형법으로 제조하였다. 또한 분말 표면에 산화막으로 2nm 정도 코팅 처리하여 공기 중에서 반응하지 않도록 안정화 처리하였다. 압분체는 상대밀도 0.84, 0.85, 0.86가 되도록 각각 1.48, 1.33, 1.18g씩 주석(Tin) 분말을 다짐 몰드(compaction mold)에 넣고 일축 가압 성형하였다. 압분체 사이즈는 Φ4.8, 높이 12mm이며, 압분체 제작시에 접착 및 점착 방지 및 표면 미관 향상을 위하여 이형제를 사용하였다.

압출 장치는 AISI(미국철강협의회의 표준규격) H-13 소재이며 와이어 방전가공하여 아래의 [참고도 1]과 같이 펀치(Punch), 컨테이너(Container), 다이(Die), 백커(Backer)를 제작하였다.

[참고도 1] 실험에 사용된 압출 장치 참고 사진 및 치수 설계도

기어 형상은 기어 잇수 6, 모듈 0.25, 치외경 2 mm, 피치원지름 1.5 mm, 압 력각 14.5°이며, 다이 랜드부 길이는 1 mm이다. 다이 반각은 30°, 45°, 60°, 90°로 제작하였고, 압출비는 모두 10.2:1이다.

실험 조건은 아래의 [표 1]과 같으며, 공정 변수는 온도, 램 속도, 다이 반각과 압분체의 초기 상대밀도로 이루어져 있다.

[표 1]

열간압출조건	조건값
온도(℃)	100,120,140,160
상대밀도	0.84,0.85,0.86
다이 반각(°)	30,40,60,90
펀치 속도(㎜/min)	60,120,240

다). 실험 결과 분석

표 1의 조건에 따라 압출된 형상의 표면과 단면은 아래의 [참고도 2]에 나타내었고, 압출 하중은 [참고도 3]에 나타내었다.

[참고도 2] 각 조건에 따라 압출된 성형체의 모양을 보여주는 실제 사진

[참고도 3] 각 조건별 압출하중의 크기를 나타낸 그래프

온도 증가에 따라 압출 하중이 감소하였으며, 100, 160℃에서는 표면에 크랙이 발생되었다. 표면 크랙 발생원인으로는 소재와 다이랜드부 벽면 사이의 마찰에 의해 소재 외부와 내부의 속도차에 의한 것이다. 따라서 이러한 마찰을 줄이기 위하여 온도를 높여 압출 하중을 줄여 압력에 의한 점착을 방지해야 한다.

또한 압출 전에 다이에 이형제를 분사하여 소재가 점착되는 것을 방지하여야 한다. 160℃에서는 하중은 감소하였으나 높은 온도로 인해 압출시편 표면에 크랙 및 산화가 일어나 기어 이빨 부분의 형상을 제대로 갖추지 못하였고 색이 변하였다.

램(Ram) 속도를 60, 120, 240 mm/min로 변화시켜 실험한 결과 Ram 속도가 증가함에 따라 하중이 증가하였다. 이는 압출속도가 증가하면 단위 시간당 가해지는 일도 커지기 때문이다. 또한 압출 속도가 너무 크면 소재 재료가 압력에 의해 온도가 상승하여 표면에 초기 용융을 일으킬 수 있기 때문에 적절한 속도로 가공하는 것이 좋다.

다이 반각은 30, 45, 60, 90°로 변화시켜 실험한 결과 다이 반각이 증가할 수록 하중이 크게 증가하였다. 30~60°에서는 양호한 기어형상 및 단면을 보였으나 다이 반각 90°에서는 표면 크랙이 발생하였다. 이는 전단변형이 심하고 압출 하중이 크게 작용하여 압분체와 압출 다이 사이의 마찰에 의해 다이랜드부에 소재의 점착이 주기적으로 발생하였기 때문이다.

또한, 초기 압분체의 상대밀도 0.84, 0.85, 0.86으로 변화시켜 실험하였다.

실험 결과는 아래의 [참고도 4]과 같이 상대밀도가 낮을수록 압분체의 압축에 의해 압출이 지연되는 경향이 있으며 초기 질량이 낮으므로 압출 길이가 짧아져 마찰력 저하로 인해 하중을 감소시킨다. 그러나 초기 상대밀도가 낮을수록 압출된 시편의 상대밀도가 감소하므로 소결 공정에서 예비 성형체의 변형이나 비틀림을 발생시킬 수 있다. 따라서 초기 상대밀도를 높이는 것이 상대밀도를 증가시키는데 유리하다고 판단된다.

[참고도 4] 초기 상대밀도 별 압출 하중을 나타낸 그래프

상기 실험에서, 초기 상대밀도는 다음 식에 의해 구해진다.

초기 상대밀도={건조무게/(함침무게-수중무게)}/금속밀도

[ 여기서, 건조무게(g)는 압분체 시편의 무게, 함침무게(g)는 압분체 시편을 파라핀 용액에 넣고 기공을 막은 후의 측정한 무게, 수중무게(g)는 파라핀에 함침후 압분체 시편을 수중에 넣고 잰 무게, 금속밀도(g/cc)는 원래 금속이 가지는 밀도]

상기 식에서 (함침무게-수중무게)는 압분체 시편의 부피를 의미한다. 즉, 물속에 완전히 잠긴 압분체 시편은 부력에 의해 압분체 시편의 부피에 해당하는 물의 중량만큼 압분체 시편의 중량이 감소하므로 감소된 물의 중량과 물의 밀도로부터 얻은 압분체 시편의 부피와 건조된 압분체의 중량으로부터 밀도를 구할 수 있다.

한편, 압출된 소재의 상대밀도는 소결 공정에 큰 영향을 미치므로 각 조건별로 압출된 시편의 초기 부분과 끝 부분을 각각 2 mm씩 잘라낸 다음 상대밀도를 측정하였다. 그 결과 아래의 [참고도 5]와 같이 압출 온도가 높을수록 다이 반각이 작을수록 높은 상대밀도를 갖는 예비 성형체를 제작할 수 있었다.

[참고도 5] 각 조건별 상대 밀도

따라서 본 실험에서 최적의 공정조건은 온도 140℃, 다이 반각 30°, 램 속도 120 mm/min, 초기 상대밀도 0.86이며, 이때의 예비 성형체가 가장 높은 상대밀도 값을 가진다.

이상에서와 같이, 본 실험에서는 스퍼 기어 형상을 갖는 예비 성형체의 형상 정확도와 밀도 분포를 향상시켜 소결 공정시에 부품의 일그러짐 현상을 방지하는 것을 목적으로 실험을 수행하였다. 그 결과 온도 및 초기 상대밀도의 증가에 따라 압출된 시편의 상대밀도가 증가하였고, 다이 반각이 감소할수록 상대밀도가 증가하였다. 또한 실험결과 상대밀도는 약 0.9 정도의 높은 밀도를 나타내었다. 이는 소결시 수축에 의한 형상 변형을 크게 줄일 수 있음을 의미한다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

즉, 본 발명은 상기한 실시예로 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 한, 여러 가지 다양한 형태로의 수정 및 변경이 이루어질 수 있음은 물론이다.

최근 마이크로 부품 생산이 증대되고 있으며 이러한 마이크로 부품은 의료, 센서, 전자기기 등에 여러 가지 형태로 응용되고 있기 때문에 나노 분말의 활용성이 더욱 커지고 있다.

따라서 본 발명은 나노 분말을 이용한 미세 기어 제작등 초미세 부품 및 완제품이 필요로 하는 의료, 센서, 전자기기 제조 분야에 다양하게 응용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 적용되는 압분 장치의 구성 단면도

도 2는 도 1의 압분 장치에 의해 형성된 압분체 사시도

도 3a는 본 발명의 압출 다이가 적용된 압출 장치의 구성 단면도

도 3b는 도 3a의 압출 다이 확대도

도 4는 도 3a의 압출 장치에 적용된 본 발명의 압출 다이의 사시도

도 5는 본 발명의 압출 다이가 적용된 압출 장치에 의해 압출된 기어의 표면 상태를 보여주는 참고사진

도 6은 본 발명의 압출 공정을 순서대로 나타낸 흐름도

도 7은 기존 압출 다이의 사시도

도 8은 기존 압출 다이에 의해 압출된 기어의 표면 크랙을 보여주는 참고사진

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110: 압분 몰드 120: 하부 펀치

130: 상부 펀치 140: 램

200: 압분체 310: 컨테이너

320: 압출 다이 321: 다이 홀

330: 백커 340: 히터

350: 펀치

Claims (9)

1. 나노 분말을 압출 장치에 투입하여 압출함으로써 성형체를 제조하는 방법에 있어서;

   상기 나노 분말을 압출 장치에 투입하기에 앞서 압분 장치에서의 다짐을 통해 압분체(200)로 만드는 단계와,

   상기 압분체(200)를 압출 장치에 투입하여 압출하는 단계와,

   압출후 성형체를 소결하는 단계를 포함하여 구성되되,

   나노 분말을 다짐을 통해 압분체(200)로 제작함에 있어 소재의 접착 및 점착 그리고 표면 미관 향상을 위하여 압분 장치에 이형제를 분사하는 단계와,

   상기 압분체(200)를 압출 장치에 투입하여 압출하기 전에 압출 장치에 이형제를 분사하여 소재가 점착되는 것을 방지하는 단계와,

   상기 압분체(200)를 압출 장치에 투입하기에 앞서 온도를 높여 압출 하중을 줄여 압력에 의한 점착을 방지하는 단계를 더 포함하며,

   압출시 압출 장치의 다이 반각(DIES 半角)을 30~60°범위 이내의 각을 이루도록 하며,

   압분체(200)의 상대밀도는 0.84 이상이 되도록 한 것을 특징으로 하는 나노 분말을 이용한 마이크로 스케일 성형품 제조를 위한 압출 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 나노 분말은 구형임을 특징으로 하며, 나노 분말의 소재로서는 폴리머나 플라스틱, 혹은 금속이 이용됨을 특징으로 하는 나노 분말을 이용한 마이크로 스케일 성형품 제조를 위한 압출 방법.
4. 삭제
5. 제 1 항 또는 제 3 항의 방법에 의해 제조되는 마이크로 기어임을 특징으로 하는 마이크로 스케일 성형체.
6. 삭제
7. 피압출소재로서 상대밀도는 0.84 이상인 나노 분말 압분체(200)가 투입되는 컨테이너(310)와;

   상기 컨테이너(310) 하부에 설치되며, 다이 홀(321)이 전체적으로 코니컬(conical) 형태를 이루는 압출 다이(320)와;

   상기 압출 다이(320) 하부에 설치되어 압출 다이(320)를 지지하는 백커(330)와;

   상기 압분체(200)를 가압하는 압출 펀치(350)와;

   상기 컨테이너(310)와 압출 다이(320) 및 백커(330)를 가열하기 위한 히터(340);를 포함하여 구성되되,

   상기 다이 홀(321)은 소재의 변형이 부드럽게 이루어지도록 하는 코니컬부(C)와 원하는 성형체 형태로 만들어주는 다이랜드부(D)로 이루어지며,

   상기 압출 다이(320)의 다이 반각은 30~60°범위 이내의 각을 이루게 되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스케일 성형품 제조를 위한 나노 분말 압출 장치.
8. 삭제
9. 삭제

Images