KR101264186B1 - 탄소나노튜브 또는 탄소 섬유가 네트워크 구조를 형성한 금속기지 복합재 제조 방법 및 그 복합재 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라서 금속기지 복합재의 제조 방법이 제공되는데, 상기 방법은 a) 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유와 금속 기지 분말을 준비하는 단계와; b) 상기 준비된 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유와 금속 기지 분말을 혼합한 후, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유의 일부분이 상기 금속 기지 분말 표면에 삽입된 채 분산되어 있는 금속기지 복합분말을 제조하는 단계와; c) 상기 b)의 과정을 통해 제조된 복합분말에 금속 기지 분말을 추가 혼합하는 단계와; d) 상기 c)의 과정을 통해 제조된 혼합 분말을 용기 내에 장입한 후 압력을 가하여 중간체를 제조하는 단계와; e) 상기 중간체를 열간 성형하는 단계를 포함하며, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유가 상기 금속 기지 분말 사이에서 네트워크 구조를 형성하여, 열 전도도 특성 및 전기 전도도 특성을 향상시킨 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유가 네트워크 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

탄소나노튜브 또는 탄소 섬유가 네트워크 구조를 형성한 금속기지 복합재 제조 방법 및 그 복합재{METHOD OF MANUFACTURING METAL MATRIX COMPOSITE CONTAINING NETWORKED CARBON NANOTUBES/CARBON FIBERS AND THE METHOD THEREFOR}

본 발명은 금속기지 복합재의 제조 방법 및 그 복합재에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기계적 특성 뿐 아닌 전기적 열적 전도성을 크게 향상할 수 있는 구조를 포함하는 금속기지 복합재의 제조 방법 및 그 복합재에 관한 것이다.

금속기지에 열 전도성 및 전기전도성이 우수한 탄소 블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브 등을 분산시켜 열 전도성 및 전기전도성을 개선하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중에서도 특히 탄소나노튜브는 구리의 대략 만 배에 해당하는 전기전도도(10 Giga A/Cm²)와 구리의 약 15 배에 해당하는 열전도도(6000 W/m·K) 등의 우수한 특성을 갖고 있어, 많은 관심을 받고 있다.

탄소나노튜브를 분산시켜 전도성이 향상된 단분자 혹은 고분자 기지 복합재를 제조하는 기술이 많이 소개되고 있지만(예컨대, 특허공개번호 제2006-13512호), 금속기지의 경우, 탄소나노튜브의 분산이 어렵고 열간 성형 공정에서 탄소나노튜브가 파괴되거나 탄화물로 변화하는 등의 한계가 있어, 이에 대한 연구가 미비한 실정이다.

최근 금속기지 탄소나노튜브 복합재 제조 방법으로 casting법(Noguchi T, Magario A, Fukazawa S, Mater Trans 2004;45:602, Yanagi H, Kawai Y, Kita K, Japanese Journal of Applied Physics 2006:45:L650-3)과 분말법(Zhong R, Cong H, Hou P. Carbon 2003:41:848, George R, Kashyap KT, Rahul R, Yamdgni S. Scripta Mater 2005:53:1159)이 제시되고 있다.

캐스팅법의 경우, 제조 공정이 쉽고 단순하여 산업적 응용 가능성이 우수한 것으로 평가되고 있지만, 금속에 비해 상대적으로 비중이 매우 낮은 탄소나노튜브가 주조 시 용탕 표면으로 떠서 용해 과정에서 금속과 섞이지 않아 복합재 제조에 어려움이 있다. 또한, 높은 공정 온도로 인하여 탄소나노튜브가 금속기지와 반응하여 카바이드가 형성되어, 전도성 향상에 매우 치명적인 문제점을 야기하기도 한다.

한편, 분말 공법과 관련하여, 탄소나노튜브를 금속 분말에 분산시킬 수 있는 다양한 방법이 제시되어 있지만, 이후에 복합 분말의 탄소 성분이 분말의 일체화를 방해하여 양질의 벌크재를 제조하거나 최종 형상을 대형화한 연구 사례가 전무하여 산업적 응용 가능성이 미비한 것이 현재의 실정이다.

분말 공법을 이용하여 금속/탄소나노튜브 복합재를 제조하는 것과 관련하여, 탄소나노튜브나 탄소섬유를 분말 내부로 완전히 삽입하는 경우가 있는데, 이 경우 분말 내부에 탄소나노튜브가 완전히 삽입되어 있어, 탄소나노튜브는 서로에 대해 고립된 형태로 분리되어 있으며, 따라서 탄소나노튜브에 의한 전도성 향상을 기대하기가 어렵다는 문제점이 있다(도 1의 상단 참조). 이와 관련하여, 금속 기지 분말 표면에 탄소나노튜브를 분산시켜, 나노튜브들이 네트워크 구조를 형성하는 경우가 있는데, 이 경우 탄소나노튜브에 의한 전도성 향상을 기대할 수 있을지라도, 금속 기지 분말 표면에 탄소나노튜브가 분포하고 있어, 복합 분말을 소결하기가 용이하지 않고, 이에 따라 최종 복합재의 내부에 결함이 많이 존재하여, 특성의 향상이 미비하다는 문제점이 있다(도 1의 중단 참조).

본 발명은 전술한 종래 기술에서 나타나는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 한 가지 목적은 초기에 엉켜있는 탄소나노튜브 혹은 탄소파이버의 일부분이 금속 분말의 표면에 삽입된 채 분산되어, 탄소나노튜브 혹은 탄소파이버 간에 네트워크 구조를 형성할 수 있는 금속-탄소 복합재 제조 방법 및 그 복합재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 복합 분말에 분말 간 바인더 역할을 할 수 있는 금속 분말을 혼합함으로써, 후속되는 열간 가공 공정에서 양질의 벌크재를 제조할 수 있도록 해주는 금속-탄소 복합재 제조 방법 및 그 복합재를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 네트워크 구조를 형성하고 있는 탄소나노튜브 혹은 탄소파이버 간의 직접적인 접촉에 의해 열 및 전기의 전도가 원활하고, 복합재 내의 결함에 의한 전도성 저하가 거의 없어, 우수한 열 전도도 및 전기 전도성의 특징을 지닌 금속-탄소 복합재 제조 방법 및 그 복합재를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라서 금속기지 복합재의 제조 방법이 제공되는데, 상기 방법은 a) 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유와 금속 기지 분말을 준비하는 단계와; b) 상기 준비된 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유와 금속 기지 분말을 혼합한 후, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유의 일부분이 상기 금속 기지 분말 표면에 삽입된 채 분산되어 있는 금속기지 복합분말을 제조하는 단계와; c) 상기 b)의 과정을 통해 제조된 복합분말에 상기 a) 단계의 금속 기지 분말과 동일한 종류이고 또 표면에 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유를 포함하지 않는 순수 금속 기지 분말을 추가 혼합하는 단계와; d) 상기 c)의 과정을 통해 제조된 혼합 분말을 용기 내에 장입한 후 압력을 가하여 중간체를 제조하는 단계와; e) 상기 중간체를 열간 성형하는 단계를 포함하며, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유가 상기 금속 기지 분말 사이에서 네트워크 구조를 형성하여, 열 전도도 특성 및 전기 전도도 특성을 향상시킨 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유가 네트워크 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 b) 단계는 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유와 금속 기지 분말의 혼합 분말에 외부로부터 에너지를 인가하여, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유의 일부분이 상기 금속 기지 분말 표면에 삽입되도록 수행할 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 외부로부터의 에너지는 볼밀링과 핸드밀링을 포함하는 기계적 밀링을 통해 인가될 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 금속 기지 분말은 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유에 의해 소성 변형이 가능한 재료일 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 금속 기지 분말은 알루미늄, 구리, 철, 티타늄 또는 마그네슘의 순금속 혹은 이들 순금속 중 선택된 하나 이상을 기지로 하는 소성 변형이 가능한 합금일 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 d)의 단계는 상기 금속 기지 분말의 용융 온도보다 낮은 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 e)의 단계는 열간 압출, 사출, 소결을 포함하는 기계적 열간 가공을 통해 수행할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따라서, 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유와 금속 기지 분말로 이루어진 금속기지 복합재가 제공되는데, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유는 그 일부가 상기 금속 기지 분말의 일부에 삽입된 채 그 분말의 표면에 분산되어 있고, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유가 표면에 분산되어 있지 않은 나머지 금속 기지 분말이 바인더 역할을 하여, 상기 표면에 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유가 분산된 금속 기지 분말을 결합함과 아울러, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유가 상기 금속 기지 분말 사이에서 네트워크 구조를 형성하여, 열 전도도 특성 및 전기 전도도 특성을 향상시킨 것을 특징으로 한다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 금속 기지 분말은 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유에 의해 소성 변형이 가능한 재료일 수 있고, 이 경우 상기 금속 기지 분말은 알루미늄, 구리, 철, 티타늄 또는 마그네슘의 순금속 혹은 이들 순금속 중 선택된 하나 이상을 기지로 하는 소성 변형이 가능한 합금일 수 있다.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유는 그 일부분이 볼밀링과 핸드밀링을 포함하는 기계적 밀링을 통해 상기 금속 기지 분말에 삽입되어 그 표면에 분산될 수 있다.

본 발명의 금속기지 복합재 제조방법에 따르면, 탄소나노튜브(혹은 탄소섬유)의 일부만이 금속 기지 분말에 삽입된 채 그 표면에 분산되어, 이들이 상호 연결된 네트워크 구조를 형성한다. 그 결과, 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유의 직접적인 접촉에 의해 우수한 열 및 전기의 전도성을 구현하여 산업적 응용범위를 크게 확대시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 가압 후 열간 가공을 통하여 제조된 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유가 분산된 금속기지 복합재는 분말에 일차적으로 압력만을 가하거나 분말의 손상이 발생하지 않는 범위에서의 열을 가하여 중간체를 제조한 후, 열간 가공하므로 열에 의한 분말의 손상을 입지 않고 벌크재의 치밀도가 향상되어 우수한 특성을 보인다. 더욱이, 본 발명에 따른 제조 방법은 진공 및 분위기를 필요로 하지 않으며, 공정이 매우 단순하고 자동화가 용이하여, 공정비용이 저렴하고 산업적 응용 가능성이 우수하다.

도 1은 기존의 복합재 미세 구조와 본 발명의 복합재의 미세 구조를 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 밀링 시간의 차이에 따른 복합 분말의 구조를 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조한 중간체 및 압출재를 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조한 금속기지 복합재의 기계적 특성 향상을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조한 금속기지 복합재의 열 전도도 및 전기 전도도 향상을 보여주는 그래프이다.

이하에서는, 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 당업계에서 널리 알려진 기술 등에 대한 설명은 생략한다. 그러나 당업자라면 이하의 실시예를 통해 본 발명의 특징적 구성 내지 그 효과를 쉽게 이해할 수 있을 것이고, 또 특별한 어려움 없이 본 발명을 구현할 수 있을 것이다.

1. 금속기지-탄소나노튜브 복합 분말의 제조

본 발명자는 먼저, 탄소나노튜브 혹은 탄소파이버의 일부분을 금속 분말의 표면에 삽입하여 균일하게 분산시키는 방법에 대해 연구를 하였으며, 이를 위해 알루미늄을 금속기지로 탄소나노튜브를 분산제로 선정하여, 이하의 과정에 따라 복합 분말을 제조하였다.

한편, 본 발명에서 금속기지 재료는 후술하는 바와 같이, 탄소나노튜브의 원활한 삽입 및 분산을 위해 일반적으로 탄성 및 소성 변형이 가능한 재료인 것이 바람직한데, 예컨대 알루미늄, 구리, 철, 티타늄 등의 순금속 또는 이중 선택된 하나 이상을 기지로 하는 소성 변형이 가능한 합금인 것이 특히 바람직하다.

먼저, 본 발명자는 탄소나노튜브를 금속 분말의 표면에 균일하게 분산시키는 방법을 고안하였고, 이를 위해 일반적인 볼밀링 법을 채용하였다. 구체적으로, 스테인리스 용기 내에 알루미늄 분말 대 탄소나노튜브를 4 wt% 이하의 비율로 혼합하였다. 다음에 상기 혼합 재료가 들어 있는 용기에 혼합 분말 무게(약 50 g)의 15 배에 해당하는 지름 5 mm 크기의 스테인리스 볼(약 750 g)을 추가한 후, 각 1 시간, 2 시간, 6 시간 동안 100 rpm의 속도로 용기를 회전시켜 물리적 에너지, 즉 운동 에너지를 인가하였다. 공정 후 체를 이용하여 분말과 볼을 분리하여 혼합 분말을 수거하였다.

각 밀링 시간에 따른 탄소나노튜브의 분산 과정을 주사전자현미경을 이용하여 관찰할 수 있었는데, 이를 도 2에 나타내었다. 도 2의 좌측에는 1 시간 밀링 후 탄소나노튜브가 거의 분산되지 않은 복합 분말, 즉 알루미늄 기지 분말 사이에 단순히 탄소나노튜브가 분포하는 모습을 나타내었다. 이와 비교하여, 도 2의 중앙에는 2 시간 밀링 후 탄소나노튜브가 복합 분말 표면에 분산되어 있는 모습을 나타내었는데, 이때 탄소나노튜브는 알루미늄 기지 분말에 단순히 분산되어 있는 것이 아니라, 탄소나노튜브의 일부분이 알루미늄 기지 분말 내부에 삽입된 채 그 분말 표면에 균일 분산되어 있다. 도 2의 우측에는 6 시간 밀링 후 복합 분말을 보여주는데, 이 경우 탄소나노튜브가 분말 내부에 완전히 삽입되어 있는 상태로서, 도 1의 상단에 도시한 복합 분말에 해당한다.

이와 같이, 본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, 실험적으로 결정되는 소정의 조건 하의 볼밀링 또는 핸드밀링과 같은 단일의 밀링 공정을 통하여 용기 내의 혼합 분말에 볼과 같은 매체를 통해 운동 에너지를 인가함으로써 금속 분말에 탄소나노튜브의 일부분을 삽입시켜 분산시킬 수 있다. 이때 밀링 시간이 부족한 경우, 탄소나노튜브가 초기의 뭉쳐있던 형상을 그대로 유지하고 있어 탄소나노튜브에 의한 특성 향상의 효과가 미비하다(도 2의 좌측 도면). 한 편 밀링 시간이 과도한 경우, 탄소나노튜브가 하나씩 분리되어 고립된 형태로 금속 분말 내부에 분산됨으로써(도 1 상단 및 도 2의 우측 도면; 고립형 복합재), 탄소나노튜브 특성에 의한 열 및 전기의 전도 현상을 기대할 수 없다. 그러나, 도 2의 중간에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 탄소나노튜브가 금속 분말의 표면에 분산되지만, 그 일부분이 금속 분말 표면에 삽입된 채 분산되어 있어, 탄소나노튜브 간의 네트워크 구조를 유지할 수 있다.

도 2의 중간에 도시한 상태의 금속기지-탄소나노튜브 복합재는 볼 밀링의 속도와 시간 제어를 통해 그리고 시각적인 검사를 통해 제조할 수 있다. 즉 볼 밀링의 rpm을 빨리하는 경우, 보다 짧은 시간 내에 도 2의 중간에 도시한 상태의 금속기지-탄소나노튜브 복합재를 제조할 수 있고, rpm을 느리게 하면, 그 제조 시간을 다소 늦어질 수 있으며, 이러한 조건은 반복 실험을 통해 정량화할 수 있다. 한편, 이러한 정량화 외에도, 볼 밀링을 통해 금속 기지 복합재를 제조할 때 도 2에 도시한 것과 같이, 여러 가지 양태의 복합 분말이 얻어질 수 있는데, 본 발명에서는 이를 시각적 검사를 통해 본 발명의 상태를 확인할 수 있다. 즉 탄소나노튜브는 검은색을 띠고 있으며, 예컨대 유리병에 넣고 흔들면 부유하는 것을 쉽게 확인할 수 있다. 그런데, 볼 밀링 시간이 적으면, 도 2의 좌측에 도시한 상태가 되는데, 이 경우 복합 분말이 들어 있는 용기를 흔들면, 탄소나노튜브가 금속 기지 분말에 삽입되어 있지 않아 탄소나노튜브가 떠다니는 것을 확인할 수 있다. 이에 후속하여, 볼 밀링을 소정의 시간마다 수행한 후, 동일한 과정을 반복하면, 탄소나노튜브의 일부분이 금속 기지 분말 표면에 삽입되어 분산되므로, 용기를 흔들어도 탄소나노튜브가 떠다니는 것을 거의 확인할 수 없게 되는데, 이러한 상태가 되면, 볼밀링 과정을 중단하면 되고, 이러한 과정을 반복하여, 금속의 종류에 따라 볼밀링의 회전속도, 시간 등을 정량화할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 있어서, 볼밀링 또는 핸드밀링법에서 사용되는 기계적 에너지는 금속 기지의 종류 및 미세구조에 따라 달라질 수 있으며, 밀링 매체의 종류/크기/무게, 밀링 속도, 밀링 용기의 크기 등에 의해 제어될 수 있다. 또한, 볼 밀링 법 이외에, 단순 혼합, 초음파법, 핸드 밀링과 같은 다양한 방법을 적용하여 금속 분말에 탄소나노튜브를 분산시킬 수 있다.

2. 금속기지-탄소나노튜브 벌크재 제조

본 발명자는 상기한 것과 같은 공정을 통해, 금속 분말 표면에 탄소나노튜브를 균일하게 분산시킬 수 있다는 것을 확인하고, 이러한 공정을 통해 제조한 복합 분말을 이용하여 최종 복합재를 보다 단순화된 공정을 통해 제조할 수 있는 방법에 대해 연구를 하였다.

즉 본 발명자는 금속/탄소나노튜브 복합재를 제조할 때 탄소나노튜브가 복합 분말의 표면에서 분말 간의 소결을 심각하게 방해하는 문제(도 1 중앙 참조)를 해결하기 위하여, 도 1 하단에 도시한 바와 같이 표면에 탄소 성분이 존재하지 않는 순수 금속 분말을 복합 분말과 함께 혼합하여 금속 분말이 바인더 역할을 하도록 함으로써 열간 일체화 공정이 원활하게 진행될 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명자는 분말에 일차적으로 압력만 가하거나 혹은 분말이 손상되지 않는 범위의 온도에서 압력을 가하여 중간체(컴팩트 성형체)를 제조하고, 상기 중간체를 열간 가공하여, 최종 벌크재를 제조한다면, 열간 공정 중 금속기지 복합분말의 특성 저하를 방지할 수 있을 것이라고 예상하고 그러한 기술적 과제에 주안점을 두면서 본 발명을 완성하였다.

구체적으로, 본 발명자는 복합 분말과 순수 알루미늄 분말을 1:1의 무게비로 혼합한 후, 내경 3 cm, 외경 5 cm, 높이 10 cm의 SUS 용기 내에 혼합 분말을 장입하고 상온에서 500 MPa의 압력을 10분 동안 가하여 도 3에 나타낸 것과 같은 컴팩트 성형체(도 3의 중앙)를 제작하였다. 컴팩트 성형체를 용기에서 빼낸 후에도 손의 힘으로 부서지거나 약한 충격에 깨어지지 않을 정도로 분말이 매우 치밀하게 결합되어 있어, 추후의 열간 가공 공정에서 분말의 산화나 탄소나노튜브의 손상을 방지할 수 있었다.

한편, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 컴팩트 성형체를 제조할 때, 분말의 산화가 급격히 발생하거나 탄소나노튜브가 손상될 수 있는 임계온도, 분말의 용융온도보다 낮은 온도에서 가압 공정을 시행하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명자는 상기 과정에 따라 제조된 컴팩트 성형체를 열간 가공하기 위하여, 15:1의 비율로 480℃에서 열간 압출 하였으며, 최종 압출재의 형상을 도 3 (도 3의 상단)에 나타내었다.

도 4는 상기한 과정을 통해 제조된 복합재에 대하여 탄소나노튜브의 분율에 따른 경도의 변화를 보여주는 그래프이다. 탄소나노튜브가 4 wt%의 비율로 분산된 복합재는 탄소나노튜브를 포함하지 않는 알루미늄에 비해 경도가 3배가량 향상되어 매우 우수한 기계적 특성을 보임을 알 수 있다.

도 5는 상기한 과정을 통해 제조된 복합재와 기계적 밀링 시간이 과도하여 탄소나노튜브가 하나씩 고립되어 분산된 고립형 복합재의 열 및 전기 전도성을 보여주는 그래프이다. 탄소나노튜브가 네트워크 구조를 형성하고 있는 본 발명의 네트워크형 복합재는 탄소나노튜브가 하나씩 고립되어 분산된 고립형 복합재에 비해 우수한 열 및 전기 전도성을 보임을 알 수 있다.

이처럼 본 발명에 따른 복합재는 우수한 기계적 특성 및 열 및 전기 전도성 등을 동시에 나타내고 있는데, 이는 상기한 바와 같이, 네트워크 구조를 형성하고 있는 탄소나노튜브 간의 직접적인 접촉에 의해 열 및 전기의 전도가 용이하고, 금속 분말을 바인더로 사용한 열간 성형 공정에서 치밀도가 우수한 복합재를 제조하여 결함에 의한 특성의 저하가 최소화되었다는 사실에서 비롯된 것으로 파악된다.

본 발명에 따른 분말의 일체화 방법은 일반 산업에서 응용될 수 있는 단순한 방법이며, 우수한 생산성을 가능하게 한다. 또한, 상기한 바와 같이, 최종 가공재는 밀도가 매우 높고 분말의 특성을 그대로 유지하고 있어 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 즉 본 발명은 후술하는 특허청구범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범위 내에 속한다. 따라서 본 발명은 특허청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한된다.

Claims (13)

1. a) 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유와 금속 기지 분말을 준비하는 단계와
   b) 상기 준비된 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유와 금속 기지 분말을 혼합한 후, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유의 일부분이 상기 금속 기지 분말 표면에 삽입된 채 분산되어 있는 금속기지 복합분말을 제조하는 단계와;
   c) 상기 b)의 과정을 통해 제조된 복합분말에 상기 a) 단계의 금속 기지 분말과 동일한 종류이고 또 표면에 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유를 포함하지 않는 순수 금속 기지 분말을 추가 혼합하는 단계와;
   d) 상기 c)의 과정을 통해 제조된 혼합 분말을 용기 내에 장입한 후 압력을 가하여 중간체를 제조하는 단계와;
   e) 상기 중간체를 열간 성형하는 단계;
   를 포함하며, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유가 상기 금속 기지 분말 사이에서 네트워크 구조를 형성하여, 열 전도도 특성 및 전기 전도도 특성을 향상시킨 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유가 네트워크 구조를 형성하는 금속기지 복합재의 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 b) 단계는 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유와 금속 기지 분말의 혼합 분말에 외부로부터 에너지를 인가하여, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유의 일부분이 상기 금속 기지 분말 표면에 삽입되도록 수행하는 것을 특징으로 하는 금속기지 복합재의 제조 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 외부로부터의 에너지는 볼밀링과 핸드밀링을 포함하는 기계적 밀링을 통해 인가되는 것을 특징으로 하는 금속기지 복합재의 제조 방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 금속 기지 분말은 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유에 의해 소성 변형이 가능한 재료인 것을 특징으로 하는 금속기지 복합재의 제조 방법.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 금속 기지 분말은 알루미늄, 구리, 철, 티타늄 또는 마그네슘의 순금속 혹은 이들 순금속 중 선택된 하나 이상을 기지로 하는 소성 변형이 가능한 합금인 것을 특징으로 하는 금속기지 복합재의 제조 방법.
6. 삭제
7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 c) 단계에서 추가 혼합되는 금속 기지 분말은 후속 단계에서 상기 복합분말의 바인더 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 금속기지 복합재의 제조 방법.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 d)의 단계는 상기 금속 기지 분말의 용융 온도보다 낮은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속기지 복합재의 제조 방법.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 e)의 단계는 열간 압출, 사출 또는 소결의 기계적 열간 가공을 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 금속기지 복합재의 제조 방법.
10. 금속기지 복합재로서,
    탄소나노튜브 또는 탄소섬유의 일부가 금속 기지 분말에 삽입된 채 그 분말의 표면에 분산되어 있는 복합분말과, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유가 표면에 분산되어 있지 않은 순수 금속 기지 분말과의 혼합 분말에 의해 구성되고,
    상기 순수 금속 기지 분말은 상기 복합분말의 금속 기지 분말과 동일한 종류의 분말이며,
    상기 혼합 분말에서 상기 복합 분말은 바인더 역할을 하는 상기 순수 금속 기지 분말에 의해 결합되어 있고,
    상기 혼합 분말에서 상기 탄소나노튜브 또는 탄소섬유는 상호 연결된 네트워크 구조를 형성하고 있는 것인 금속기지 복합재.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 금속 기지 분말은 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유에 의해 소성 변형이 가능한 재료인 것을 특징으로 하는 금속기지 복합재.
12. 청구항 11에 있어서, 상기 금속 기지 분말은 알루미늄, 구리, 철, 티타늄 또는 마그네슘의 순금속 혹은 이들 순금속 중 선택된 하나 이상을 기지로 하는 소성 변형이 가능한 합금인 것을 특징으로 하는 금속기지 복합재.
13. 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 혹은 탄소섬유는 그 일부분이 볼밀링과 핸드밀링을 포함하는 기계적 밀링을 통해 상기 금속 기지 분말에 삽입되어 그 표면에 분산되는 것을 특징으로 하는 금속기지 복합재.

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