KR101478286B1 - Manufacturing method of metal foam and metal foam manufactured thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메탈폼을 제조하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 (a) 2 종류 이상의 금속 분말을 혼합하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 얻어진 혼합 분말을 성형하는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 얻어진 성형체를 소결하는 단계; (d) 상기 단계 (c)에서 얻어진 소결체를 탈합금(dealloying) 하는 단계; 및 (e) 상기 단계 (d)에서 탈합금된 소결체를 열처리하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 소결을 통해 금속 합금을 제조하여 이를 탈합금(dealloyin)한 후 열처리하는 공정을 통해 메탈폼을 제조함으로써 종래 메탈폼 제조방법에 비해 보다 간단한 방법으로 훨씬 낮은 온도에서 메탈폼을 제조할 수 있고, 상기 제조방법에 의해 제조된 메탈폼은 나노 사이즈의 기공과 마이크로 사이즈의 기공이 혼재하는 미세구조를 가져 높은 비표면적을 가질 뿐만 아니라 액체, 기체 등의 유체 흐름 및 전자 전달에 있어 우수한 성능을 나타내기 때문에 열 교환 장치용 기판, 촉매, 센서, 액츄에이터, 연료전지, 가스 확산층(GDL), 미세유체 흐름 제어기(microfluidic flow controller) 등에 적용되어 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for producing a metal foam. Specifically, the present invention provides a method for producing a metal powder, comprising: (a) mixing two or more metal powders; (b) molding the mixed powder obtained in the step (a); (c) sintering the formed body obtained in the step (b); (d) dealloying the sintered body obtained in the step (c); And (e) heat treating the sintered body that has been alloyed in step (d). According to the present invention, a metal alloy is produced through sintering, followed by dealloying the metal alloy and then heat-treating the metal alloy, thereby manufacturing a metal foam at a much lower temperature than a conventional metal foam manufacturing method The metal foam produced by the above production method has a fine structure in which nano-sized pores and micro-sized pores are mixed, and not only has a high specific surface area but also is excellent in fluid flow of liquid, Catalysts, sensors, actuators, fuel cells, gas diffusion layers (GDLs), microfluidic flow controllers, and the like, because they exhibit high performance.

Description

메탈폼 제조방법 및 이에 의해 제조된 메탈폼{Manufacturing method of metal foam and metal foam manufactured thereby}Technical Field [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a metal foam,

본 발명은 메탈폼 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 공정으로 경제적으로 우수한 성능의 메탈폼을 제조할 수 있는 메탈폼 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a metal foam which can economically produce a metal foam with a simple process.

메탈폼(metal foam)은 발포금속으로도 불리며, 다수의 기공이 포함된 금속을 가리킨다. 이러한 메탈폼은 경량성, 에너지 흡수성, 단열성, 내화성 또는 친환경 등의 다양하고 유용한 특성을 구비함으로써, 경량 구조물, 수송 기계, 건축 자재, 에너지 흡수 장치 등의 다양한 분야에 적용될 수 있다. 특히, 최근 조금씩 현실화 되고 있는 나노 사이즈의 기공 및 마이크로 사이즈의 기공이 혼재하는 미세구조를 가지는 메탈폼은 높은 비표면적을 가질 뿐만 아니라 액체, 기체 등의 유체 또는 전자의 흐름을 보다 향상시킬 수 있으므로, 열 교환 장치용 기판, 촉매, 센서, 액츄에이터, 2차 전지, 연료전지, 가스 확산층(GDL: gas diffusion layer), 미세유체 흐름 제어기(microfluidic flow controller) 등에 적용되어 유용하게 사용될 수 있는 고기능성, 고부가가치 소재이다.Metal foam is also referred to as a foam metal, and refers to a metal containing a plurality of pores. Such metal foams can be applied to various fields such as lightweight structures, transportation machines, building materials, energy absorbing devices and the like by having various useful properties such as light weight, energy absorption, heat insulation, fire resistance or environmental friendliness. Particularly, metal foams having a microstructure in which nano-sized pores and micro-sized pores are mixed together, which have been gradually realized in recent years, not only have a high specific surface area but also can improve the flow of fluids or electrons such as liquids and gases, And can be usefully applied to a substrate for a heat exchanger, a catalyst, a sensor, an actuator, a secondary battery, a fuel cell, a gas diffusion layer (GDL), a microfluidic flow controller, Value added material.

일반적인 메탈폼의 제조방법의 하나로서 주조법이 있으며, 주조법은 크게 금속 주괴를 용융하여 용탕을 만든 후, 발포제를 투입하여 고온에서의 화학반응으로 기포를 분리하여 팽창, 성장시키는 방법(기포생성법) 및 금속의 용탕에 직접적으로 수소, 아르곤 또는 공기 등의 가스를 주입하여 발포금속을 제조하는 방법(가스주입법) 등으로 나눌 수 있다.As a general method for producing a metal foam, there is a casting method. The casting method includes a method (bubble generation method) in which a metal ingot is melted to make a molten metal, and then a foaming agent is added to expand and grow bubbles by a chemical reaction at a high temperature And a method of producing a foamed metal by injecting a gas such as hydrogen, argon, or air directly into a molten metal (gas injection method).

그러나, 주조법에 의해 메탈폼을 제조할 경우, 상대적으로 큰 기공사이즈의 분포가 형성되며, 발포 작업 완료 후 발포괴 밑면에 미발포된 부분이 발생되고 상층부 역시 조대한 기공이 생성됨에 따라 궁극적으로 메탈폼 내 기공의 균질성이 떨어지는 문제점이 있다.However, when a metal foam is produced by a casting method, a relatively large pore size distribution is formed. After the completion of the foaming operation, unfoamed portions are generated on the bottom surface of the foamed material, and coarse pores are formed in the upper portion, There is a problem that the homogeneity of the pores in the foam is deteriorated.

한편, 최근에는 금속 합금에서 이 합금을 구성하는 금속 중 상대적으로 반응성이 낮은(less noble) 금속을 제거하는 탈합금(dealloying)을 이용하여 나노 기공을 가지는 메탈폼을 제조하는 것이 연구되기 시작하고 있다.Meanwhile, in recent years, it has been studied to fabricate metal foams having nano pores by using dealloying which removes less noble metal among the metals constituting the alloy in metal alloys .

구체적으로, Ag-Au의 2원계 합금에서 탈합금에 의해 Ag를 제거하여 Au로 이루어진 메탈폼을 제조하거나 Al-Cu의 2원계 합금에서 탈합금에 의해 Al을 제거하여 Cu로 이루어진 메탈폼을 제조하는 것이 알려져 있다. Specifically, a metal foam made of Au is produced by removing Ag from a binary alloy of Ag-Au by de-alloying, or Al is removed from a binary alloy of Al-Cu by a de-alloy to produce a metal foam made of Cu .

하지만, 이러한 제조방법에서는 탈합금 공정에 제공하기 위한 기초 합금을 제조할 때, 각 구성 금속 성분을 고온에서 용융하여 합금을 제조하기 때문에 높은 온도에서 합금을 제조함에 따른 공정의 복잡화, 산화 문제 및 경제적인 불리함의 문제를 수반한다.However, in this manufacturing method, when the base alloy to be provided in the de-alloying process is produced, since each constituent metal component is melted at a high temperature to produce an alloy, the process is complicated, oxidation problem and economical It is accompanied by the problem of disadvantage.

따라서, 보다 간단한 공정으로 경제적으로 메탈폼을 제조할 수 있고, 나아가 메탈폼 내에 나노 사이즈의 기공 및 마이크로 사이즈의 기공이 혼재하는 미세구조를 형성시킬 수 있는 새로운 메탈폼 제조 방법이 요구되는 실정이다.Accordingly, there is a need for a new metal foam manufacturing method which can economically produce metal foam with a simpler process, and can form a microstructure in which nano-sized pores and micro-sized pores are mixed in the metal foam.

한국등록특허공보 제10-1190384호 (등록공고일: 2012. 10. 11)Korean Registered Patent No. 10-1190384 (registration deadline: Oct. 11, 2012)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래보다 간단한 공정으로 훨씬 낮은 온도에서 메탈폼을 제조할 수 있는 메탈폼의 제조방법 및 그에 의해 제조된 메탈폼을 제공하는 것이다. 특별히 본 발명에서 제조하는 메탈폼은 마이크로 및 나노사이즈의 기공 구조를 고루 형성하고 폼 소재로서 물과 기체의 원활한 흐름을 제공하고 동시에 표면에서의 촉매반응을 극대화할 수 있는 기능성 소재가 필요한 고분자 연료전지의 전극 및 기체확산층등의 응용분야에 매우 적합하다. The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a metal foam at a much lower temperature by a simpler process than the conventional method, and a metal foam produced by the method. In particular, the metal foam produced by the present invention is a polymer fuel cell which forms a microporous and nano-sized pore structure and which provides a smooth flow of water and gas as a foam material and a functional material capable of maximizing the catalytic reaction on the surface. The electrode and the gas diffusion layer, and the like.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 (a) 2 종류 이상의 금속 분말을 혼합하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 얻어진 혼합 금속 분말을 성형하는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 얻어진 성형체를 소결하는 단계; (d) 상기 단계 (c)에서 얻어진 소결체를 탈합금(dealloying) 하는 단계; 및 (e) 상기 단계 (d)에서 탈합금된 소결체를 열처리하는 단계를 포함하는 메탈폼 제조방법 및 그에 의해 제조되는 메탈폼을 제안한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal powder, comprising the steps of: (a) mixing two or more metal powders; (b) molding the mixed metal powder obtained in the step (a); (c) sintering the formed body obtained in the step (b); (d) dealloying the sintered body obtained in the step (c); And (e) heat-treating the sintered body that has been alloyed in step (d), and a metal foam produced by the method.

본 발명에 따르면, 소결을 통해 금속 합금을 제조하여 이를 탈합금(dealloyin)한 후 열처리하는 공정을 통해 메탈폼을 제조함으로써 종래 메탈폼 제조방법에 비해 보다 간단한 방법으로 훨씬 낮은 온도에서 메탈폼을 제조할 수 있고, 상기 제조방법에 의해 제조된 메탈폼은 나노 사이즈의 기공과 마이크로 사이즈의 기공이 혼재하는 미세구조를 가져 높은 비표면적을 가질 뿐만 아니라 액체, 기체 등의 유체 흐름 및 전자 전달에 있어 우수한 성능을 나타낸다.According to the present invention, a metal alloy is produced through sintering, followed by dealloying the metal alloy and then heat-treating the metal alloy, thereby manufacturing a metal foam at a much lower temperature than a conventional metal foam manufacturing method The metal foam produced by the above production method has a fine structure in which nano-sized pores and micro-sized pores are mixed, and not only has a high specific surface area but also is excellent in fluid flow of liquid, Performance.

도 1은 본 발명에 따른 메탈폼 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용되는 Al-Cu 이원계의 상평형도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 제조한 구리(Cu) 폼의 절단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진 및 그 일부의 부분 확대 사진이다.
1 is a flowchart of a method of manufacturing a metal foam according to the present invention.
2 is a phase diagram of an Al-Cu binary system used in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a section of a copper (Cu) foam prepared in an embodiment of the present invention and a partial enlarged photograph thereof.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따른 메탈폼 제조 방법을 나타내는 순서도로서, 도 1에 도시하는 바와 같이 본 발명에 따른 메탈폼 제조방법은 (a) 2 종류 이상의 금속 분말을 혼합하는 단계; (b) 단계 (a)에서 얻어진 혼합 금속 분말을 성형하는 단계; (c) 단계 (b)에서 얻어진 성형체를 소결하는 단계; (d) 단계 (c)에서 얻어진 소결체를 탈합금(dealloying) 하는 단계; 및 (e) 단계 (d)에서 탈합금된 소결체를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
FIG. 1 is a flow chart showing a method for manufacturing a metal foam according to the present invention. As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a metal foam according to the present invention comprises: (a) mixing two or more kinds of metal powders; (b) molding the mixed metal powder obtained in step (a); (c) sintering the formed body obtained in step (b); (d) dealloying the sintered body obtained in step (c); And (e) heat treating the sintered body that has been alloyed in step (d).

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 메탈폼 제조 방법을 각 단계별로 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a metal foam according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.

본 제조방법의 단계 (a)는 혼합 금속 분말을 제조하기 위해 2 종류 이상의 금속 분말을 혼합하는 단계이다.Step (a) of the present production method is a step of mixing two or more metal powders to prepare a mixed metal powder.

이때, 혼합 금속 분말을 제조하기 위한 2 종류 이상의 금속 분말은 금(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 망간(Mn), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 2 종류 이상의 금속 분말인 것이 바람직하며, 그 중에서도 i)알루미늄(Al) 분말과 구리(Cu) 분말, ii)망간(Mn) 분말과 니켈(Ni) 분말, 또는 iii)은(Ag) 분말과 금(Au) 분말인 것이 더욱 바람직하다.At this time, the two or more types of metal powders for producing the mixed metal powder include at least one selected from the group consisting of Ag, Al, Au, Cu, Mn, Ni, (Al) powder and copper (Cu) powder, ii) manganese (Mn) powder and nickel (Ni) powder, and at least one metal powder selected from the group consisting of zinc oxide Or iii) silver (Ag) powder and gold (Au) powder are more preferable.

단계 (a)를 수행함에 있어서, 원료 분말에 해당되는 2 종류 이상의 금속 분말만을 혼합하는 것도 가능하나, 2 종류 이상의 금속 분말 외에 결합제, 이형제, 분산제, 가소제 등의 공지의 유기 첨가제를 추가하여 혼합할 수도 있다.
In carrying out the step (a), it is possible to mix only two or more kinds of metal powders corresponding to the raw material powder, but it is also possible to add two or more kinds of metal powders in addition to known additives such as binders, release agents, dispersants and plasticizers It is possible.

본 제조방법의 단계 (b)는 단계 (a)에서 얻어진 혼합 금속 분말을 성형하는 단계이다. 본 단계에서 사용되는 성형 방법은 프레스 성형, 냉간 정수압 프레스 성형, 분말 사출 성형 등의 성형 등 소결에 제공하기에 적합한 형상을 지니는 성형체를 얻을 수 있는 방법인 이상 그 제한이 없으나, 프레스 성형이 단순한 방식의 성형체 제조의 용이성 측면에서 바람직하다.Step (b) of the present production method is a step of molding the mixed metal powder obtained in step (a). The molding method used in this step is not limited as long as it is a method capable of obtaining a molded body having a shape suitable for sintering such as press molding, cold isostatic pressing, powder injection molding, etc. However, From the viewpoint of ease of production of a molded article.

프레스 성형으로 성형체를 제조할 경우, 이에 사용하는 장치의 종류는 특별히 제의 구성 등에 특별한 제한은 없지만, 0.3 MPa 이상의 압력에서 성형을 하는 것이 바람직하다. 성형 압력이 0.3 MPa 미만으로 프레스 성형을 수행할 경우, 제조되는 성형체가 충분한 밀도를 가지지 못해 결과적으로 충분한 강도의 소결체를 얻을 수 없는 문제점이 있다.When a molded article is produced by press molding, the type of apparatus to be used is not particularly limited, but it is preferable to perform molding at a pressure of 0.3 MPa or more. When the press forming is performed at a molding pressure of less than 0.3 MPa, the molded body to be produced does not have a sufficient density and consequently a sintered body having sufficient strength can not be obtained.

한편, 상기 성형체는 펠릿(pellet), 바(bar) 등 사용하고자 하는 용도에 적합하게 그 형태의 제약 없이 제조될 수 있다.
On the other hand, the molded body can be manufactured without restriction of the form suitable for the intended use such as pellets, bar, and the like.

본 제조방법의 단계 (c)는 단계 (b)에서 얻어진 성형체를 소결하는 단계이다.Step (c) of the present production method is a step of sintering the formed body obtained in step (b).

이때, 소결 온도의 상한은 상기 2 종류 이상의 금속 분말에 대한 상평형도를 고려하여 고상 소결이 이루어지는 온도 범위에서 결정될 수 있다. 예를 들어, 구리 30 at% 및 알루미늄 70 at%를 포함하는 성형체는, 구리(Cu)-알루미늄(Al)의 2성분계의 상평형도의 일부를 나타내고 있는 도 2로부터 공융점(eutectic point) 온도인 546.2℃ 미만의 온도를 소결 온도의 상한으로 할 수 있으며, 바람직하게는 400 내지 500 ℃로 할 수 있다.At this time, the upper limit of the sintering temperature may be determined in a temperature range in which the solid phase sintering is performed in consideration of the phase balance degree of the two or more kinds of metal powders. For example, a molded article containing 30 at% of copper and 70 at% of aluminum has an eutectic point temperature (Fig. 2) which is a part of the phase equilibrium diagram of a two-component system of copper (Cu) The upper limit of the sintering temperature may be a temperature of less than 546.2 ° C, preferably 400 to 500 ° C.

그리고, 소결 온도의 하한은 해당 합금 시스템의 종류에 따라 소결체에 대해 소망하는 상대밀도 및 강도 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 구리(Cu)-알루미늄(Al)의 2성분계의 경우에는 소결체가 포함하는 기공의 최소화 및 소결체의 강도 측면에서 300 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.The lower limit of the sintering temperature can be appropriately selected in consideration of the desired relative density and strength of the sintered body depending on the type of the alloy system. For example, in the case of a two-component system of copper (Cu) -aluminum (Al), it is preferable that the temperature is 300 DEG C or more in terms of minimizing pores included in the sintered body and strength of the sintered body.

한편, 소결 온도의 상한과 하한에서 소결 온도를 일정하게 유지하는 것도 가능하고, 소결 온도의 상한과 하한에서 소결 온도를 서서히 승온 또는 강온 시켜도 무방하다.On the other hand, it is also possible to keep the sintering temperature constant at the upper and lower limits of the sintering temperature, and to gradually raise or lower the sintering temperature at the upper and lower sintering temperatures.

또한, 상기한 소결 온도에서의 소결 시간은, 소결성 및 경제적 측면을 동시에 고려하여 1 시간 내지 50 시간인 것이 바람직하다.The sintering time at the above-mentioned sintering temperature is preferably 1 hour to 50 hours taking into consideration sintering property and economic aspect at the same time.

그리고, 소결 분위기와 관련해서는, 대기압 또는 진공 하에서 소결을 행할 수도 있으나 환원 가스, 불활성 가스 등의 분위기에서 소결을 해도 좋다.
Regarding the sintering atmosphere, sintering may be performed at atmospheric pressure or vacuum, but sintering may be performed in an atmosphere of reducing gas, inert gas, or the like.

본 제조방법의 단계 (e)는 단계 (d)에서 열처리된 소결체를 탈합금(dealloying) 하는 단계이다.Step (e) of the present production method is a step of dealloying the sintered body heat-treated in step (d).

탈합금은 합금을 이루는 2 이상의 성분 중 어떤 금속 성분이 선택적으로 제거되는 것을 말하며, 산성 용액이나 염기성 용액 내에서 합금을 이루는 금속 간의 이온화 경향의 차이에 따라 특정의 금속 성분이 선택적으로 용해되어 합금으로부터 제거되는 것을 그 일례로 들 수 있다.The term "de-alloy" refers to the selective removal of a metal component from two or more components constituting the alloy, and a specific metal component is selectively dissolved according to the difference in ionization tendency between the metal constituting the alloy in the acid solution or the basic solution, One example is the removal.

본 발명에서 단계 (d)는 단계 (c)에서 얻어지 소결체를 산성 용액이나 염기성 용액에 침지시킨 상태에서 일정 시간 동안 유지시킴으로써 수행될 수 있다. 이렇게 함으로써, 단계 (c)에서 얻어진 소결체에 포함된 2 종류의 금속 성분 중 어느 하나 이상의 금속 성분이 용액 중으로 용해되어 나옴으로써 소결체로부터 제거된다. 여기서, 단계 (d)는 적어도 상기 어느 하나 이상의 금속 성분이 용해됨에 따라 발생되는 수소 기체의 발생을 육안으로 더 이상 관찰할 수 없을 때까지 진행하는 것이 바람직하며, 이를 위해 1 시간 이상 수행하는 것이 좋다.Step (d) in the present invention can be carried out by holding the sintered body obtained in step (c) in a state of being immersed in an acidic or basic solution for a predetermined time. By doing so, at least one of the two kinds of metal components contained in the sintered body obtained in the step (c) dissolves into the solution and is removed from the sintered body. The step (d) is preferably carried out until at least the generation of the hydrogen gas generated as the at least one metal component dissolves can not be visually observed. For this purpose, the step (d) is preferably carried out for at least 1 hour .

단계 (d)의 탈합금은 소결체에 포함된 2 종류 이상의 금속 각각의 이온화 경향과 직결되는 표준 전극 전위(standard electrode potential)의 차이가 클수록 더욱 효과적으로 수행될 수 있다. 일례로, 구리-알루미늄의 2성분계의 경우에는 구리(표준 전극 전위: 0.342 V)와 알루미늄(표준 전극 전위: -1.662 V) 간의 표준 전극 전위 차이가 큰 값을 가지기 때문에 탈합금에 의해 알루미늄을 용이하게 완벽하게 제거될 수 있다. 바람직하게는, 2 종류 금속 간의 표준 전극 전위의 차이가 1.0 V 이상이다.
The de-alloy of step (d) can be more effectively performed as the difference in standard electrode potential, which is directly related to the ionization tendency of each of two or more kinds of metals contained in the sintered body, is greater. For example, in the case of a two-component system of copper-aluminum, since the standard electrode potential difference between copper (standard electrode potential: 0.342 V) and aluminum (standard electrode potential: -1.662 V) is large, Can be completely removed. Preferably, the difference in standard electrode potential between two kinds of metals is 1.0 V or more.

본 제조방법의 단계 (e)는 단계 (d)에서 탈합금된 소결체를 열처리하는 단계이다.Step (e) of the present production method is a step of heat-treating the sintered body that has been alloyed in step (d).

이때, 열처리는 해당 합금의 상평형도를 고려하여 남아있는 금속 원소의 확산 및 소결이 적당히 이루어질 수 있는 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 구리 30 at% 및 알루미늄 70 at% 포함하는 소결체의 경우, 구리-알루미늄 2성분계의 상평형도의 일부를 나타내고 있는 도 2로부터 공융점(eutectic point) 온도인 546.2℃ 보다 높은 온도에서 충분한 구리의 확산이 발생할 수 있도록 열처리를 수행할 수 있으며, 바람직하게는 600 ℃ 내지 1000 ℃의 온도에서 열처리를 수행할 수 있다. 이와 같이, 충분한 확산 및 소결이 이루어질 수 있는 온도에서 열처리를 함으로써 소결체의 미세조직을 이루는 입자가 재배열되어 충진되고, 액상 및 고상 내에서의 원자들의 확산을 통해 입자 성장이 이루어진다.At this time, the heat treatment can be performed at a temperature at which the diffusion and sintering of the remaining metal elements can be appropriately performed in consideration of the phase balance degree of the alloy. For example, in the case of a sintered body containing 30 at% of copper and 70 at% of aluminum, it can be seen from FIG. 2 showing a part of the phase balance degree of the copper-aluminum binary system at a temperature higher than the eutectic point temperature of 546.2 ° C. Heat treatment may be performed so that sufficient copper diffusion may occur, and preferably, the heat treatment may be performed at a temperature of 600 to 1000 캜. As described above, the particles constituting the microstructure of the sintered body are rearranged and filled by heat treatment at a temperature at which sufficient diffusion and sintering can be performed, and grain growth is achieved by diffusion of atoms in the liquid phase and the solid phase.

상기 열처리 온도에서의 열처리 시간은, 입자의 크기 및 분포 등의 미세조직 조절 외에 경제적 측면을 동시에 고려하여 1 시간 내지 20 시간인 것이 바람직하다.The heat treatment time at the heat treatment temperature is preferably 1 to 20 hours, taking into consideration economical aspects in addition to microstructure control such as particle size and distribution.

상기 열처리 분위기와 관련해서는, 대기압 또는 진공 하에서 열처리를 수행할 수도 있으나 환원 가스, 불활성 가스 등의 분위기에서 열처리를 수행해도 좋으며, 바람직하게는, 단계 (d)에서 탈합금이 수행되는 동안에 소결체가 산화되었을 가능성을 고려하여 수소 분위기와 같이 환원 가스 분위기에서 열처리할 수 있다.
Regarding the heat treatment atmosphere, the heat treatment may be performed at atmospheric pressure or under vacuum, but the heat treatment may be performed in an atmosphere of a reducing gas, an inert gas, etc. Preferably, the sintered body is oxidized The heat treatment can be performed in a reducing gas atmosphere such as a hydrogen atmosphere.

또한, 본 발명은 상기 소결 및 탈합금을 이용한 메탈폼 제조방법에 의해 제조되는 메탈폼을 제공한다.Also, the present invention provides a metal foam produced by the method for producing a metal foam using the sintering and de-alloying.

본 발명에 따른 메탈폼 제조방법에 의해 제조되는 메탈폼은 나노 사이즈의 기공 및 마이크로 사이즈의 기공이 혼재하여 분포된 미세 구조를 가짐으로써 높은 비표면적을 가질 뿐만 아니라 액체, 기체 등의 유체 흐름 및 전자 전달에 있어 우수한 성능을 나타내기 때문에 열 교환 장치용 기판, 촉매, 센서, 액츄에이터, 연료전지, 가스 확산층(GDL), 미세유체 흐름 제어기(microfluidic flow controller) 등에 적용되어 유용하게 사용될 수 있다.
The metal foam produced by the method for producing a metal foam according to the present invention has a microstructure in which nano-sized pores and micro-sized pores are mixed and distributed, thereby not only having a high specific surface area but also a fluid flow of liquid, (GDL), microfluidic flow controller, and the like, because it exhibits excellent performance in the case of a heat exchanger, a catalyst, a sensor, an actuator, a fuel cell, a gas diffusion layer (GDL) and a microfluidic flow controller.

아래에서 본 발명은 실시예를 기초로 하여 상세하게 설명한다. 제시된 실시예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in detail below on the basis of embodiments. The presented embodiments are illustrative and are not intended to limit the scope of the invention.

<실시예> Cu-Al 이원 합금계를 이용한 구리 폼의 제조<Examples> Preparation of Copper Foam Using Cu-Al Binary Alloy System

구리 분말(Metal Chem Tech. 제조; 평균 입도 1㎛) 30 at% 및 알루미늄 분말(Alfa Aesar, USA 제조; 평균 입도 1㎛) 70 at%로 이루어진 분말 혼합물을 믹싱기(SPEX CertiPrep 제품, 8000-D Mixer Mill)를 이용하여 10분 동안 혼합하였다. 이를 통해 얻어진 혼합 분말을 에어 프레서(동진기계 제품, DBP-6P)을 이용해서 가압 성형하여 펠릿을 얻었다. 이렇게 얻어진 펠릿을 450 ℃에서 24시간 동안 공기로(air furnace)에서 소결하였다. 다음으로, 소결된 펠릿을 다이아몬드 절단기(Buehler(미) 제품, Isomet low speed saw)를 이용하여 박편으로 절단한 후, 이들을 200 ~ 250 ㎛의 두께를 가지도록 폴리싱(polishing) 하였다. 그 후, 알루미늄을 박편으로부터 제거하기 위해 폴리싱된 박편을 5 wt% 수산화나트륨(NaOH) 수용액에 침지시켜 5시간 동안 탈합금하였다. 그리고나서, 탈합금된 박편을 수소 분위기로 튜브 퍼니스(명성 엔지니어링 제품, MSTF11-500)에서 650 ℃에서 2 시간 동안 열처리하여 구리 폼을 제조하였다.
A powder mixture consisting of 30 at% of copper powder (manufactured by Metal Chem Tech .; average particle size 1 μm) and 70 at% of aluminum powder (Alfa Aesar, USA; average particle size 1 μm) was mixed with a mixer (SPEX CertiPrep product, 8000-D Mixer Mill) for 10 minutes. The thus obtained mixed powder was pressure-molded using an air presser (DBP-6P, manufactured by Dongjin Machinery) to obtain pellets. The pellets thus obtained were sintered in an air furnace at 450 DEG C for 24 hours. Next, the sintered pellets were cut into flakes using a diamond cutter (Isomet low speed saw, manufactured by Buehler (USA)) and then polished to have a thickness of 200 to 250 mu m. Then, the polished flakes were immersed in a 5 wt% aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) and de-alloyed for 5 hours to remove aluminum from the flakes. The alloyed flakes were then heat treated in a hydrogen atmosphere at 650 DEG C for 2 hours in a tube furnace (MSTF11-500) to produce copper foams.

<실험예> 실시예에서 제조된 메탈폼의 미세구조 관찰<Experimental Example> Microstructure observation of the metal foam prepared in the example

주사전자현미경(SEM: JEOL(일) 제품, JSM7401F)을 이용하여 실시예에서 제조된 구리 폼 시편에 대한 절단면 미세구조를 촬영하였으며, 이를 도 3에 나타내었다.The cut microstructure of the copper foam specimen prepared in the example was photographed using a scanning electron microscope (SEM: JEOL (product), JSM7401F), which is shown in FIG.

도 3에 포함된 이미지 중 상대적으로 낮은 배율로 촬영된 왼쪽 이미지로부터 실시예에서 제조된 구리 폼은 마이크로 사이즈의 기공이 불규칙하게 분포되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 3에서 상기 왼쪽 이미지의 미세구조의 일부를 확대한 오른쪽 이미지로부터 실시예에서 제조된 구리 폼이 나노 사이즈의 기공 또한 포함하고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 도 3으로부터 본 발명에 따른 실시예로부터 제조된 구리 폼은 나노 사이즈의 기공 및 마이크로 사이즈의 기공이 혼재된 미세구조를 가짐을 알 수 있다. 이처럼 실시예에 따라 제조된 구리 폼이 나노 사이즈의 기공 및 마이크로 사이즈의 기공이 혼재한 미세구조를 가지는 것은, 탈합금이 수행되기 이전에 공융점 이하의 낮은 온도에서 소결이 이루어지는데, 구리와 알루미늄의 혼합이 균일하게 잘 이루어진 영역에서는 낮은 소결 온도에도 불구하고 소결을 통해 합금 생성이 잘 이루어져 탈합금에 의해 나노 사이즈의 기공이 생기는 반면, 구리와의 혼합이 잘 이루어지지 않고 알루미늄이 응집되어 편재된 영역에서는 소결에 의하더라도 여전히 알루미늄이 편재된 상태로 남아 탈합금에 의해 해당 영역에 마이크로 사이즈의 기공이 생기기 때문인 것으로 보인다.
From the left image taken at a relatively low magnification among the images included in FIG. 3, it can be seen that the copper foams produced in the examples are irregularly distributed in micro-sized pores. In addition, it can be seen from FIG. 3 that the copper foams prepared in the examples also contain nano-sized pores from the right-hand image of a part of the microstructure of the left image. That is, from FIG. 3, it can be seen that the copper foam produced from the embodiment according to the present invention has a microstructure in which nano-sized pores and micro-sized pores are mixed. The copper foams produced according to the present invention have a microstructure in which nano-sized pores and micro-sized pores are mixed. The sintering is performed at a temperature lower than the eutectic point before the de-alloying, In the region where the mixing is uniformly performed well, the alloy is formed well by the sintering process despite the low sintering temperature, and nano-sized pores are formed by the de-alloy, whereas the aluminum is not well mixed with the copper, It appears that aluminum is still ubiquitinated even by sintering because micro-sized pores are formed in the region by the de-alloy.

Claims (14)

(a) 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군에서 선택되는 2 종류 이상의 금속 분말을 혼합하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 얻어진 혼합 금속 분말을 성형하는 단계;
(c) 상기 단계 (b)에서 얻어진 성형체를 소결하는 단계;
(d) 상기 단계 (c)에서 얻어진 소결체를 탈합금(dealloying) 하는 단계; 및
(e) 상기 단계 (d)에서 탈합금된 소결체를 환원 가스 분위기에서 열처리하는 단계를 포함하는 메탈폼 제조방법.
(a) is prepared by mixing two or more metal powders selected from the group consisting of (Ag), aluminum (Al), gold (Au), copper (Cu), nickel (Ni), titanium (Ti) and zinc ;
(b) molding the mixed metal powder obtained in the step (a);
(c) sintering the formed body obtained in the step (b);
(d) dealloying the sintered body obtained in the step (c); And
(e) heat treating the sintered body that has been alloyed in step (d) in a reducing gas atmosphere.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단계 (a)의 2 종류 이상의 금속 분말은 알루미늄(Al) 분말 및 구리(Cu) 분말인 것인 메탈폼 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the two or more kinds of metal powders in step (a) are aluminum (Al) powder and copper (Cu) powder.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 단계 (b)는 프레스 성형, 냉간 정수압 프레스 성형 또는 분말 사출 성형을 이용하여 수행되는 것인 메탈폼 제조방법.
The method according to claim 1 or 3,
Wherein the step (b) is carried out using press molding, cold isostatic pressing or powder injection molding.
제3항에 있어서,
상기 단계 (c)는 400 ℃ 내지 500 ℃의 온도에서 1 시간 내지 50 시간 유지되는 것인 메탈폼 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the step (c) is maintained at a temperature of 400 ° C to 500 ° C for 1 to 50 hours.
제5항에 있어서,
상기 단계 (c)는 450 ℃의 온도에서 24 시간 유지되는 것인 메탈폼 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the step (c) is maintained at a temperature of 450 DEG C for 24 hours.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 단계 (d)는 열처리된 소결체를 산성 용액 또는 염기성 용액에 침지시켜 1 시간 이상 수행되는 것인 메탈폼 제조방법.
The method according to claim 1 or 3,
Wherein the step (d) is performed by immersing the heat-treated sintered body in an acid solution or a basic solution for 1 hour or more.
제3항에 있어서,
상기 단계 (d)는 열처리된 소결체를 5 wt% 수산화나트륨(NaOH) 수용액에 침지시켜 5 시간 동안 수행되는 것인 메탈폼 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the step (d) is performed by immersing the heat-treated sintered body in an aqueous solution of 5 wt% sodium hydroxide (NaOH) for 5 hours.
제3항에 있어서,
상기 단계 (e)는 600 ℃ 내지 1000 ℃의 온도에서 1 시간 내지 20 시간 유지되는 것인 메탈폼 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the step (e) is maintained at a temperature of 600 ° C to 1000 ° C for 1 hour to 20 hours.
제9항에 있어서,
상기 단계 (e)는 650 ℃의 온도에서 2 시간 유지되는 것인 메탈폼 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the step (e) is maintained at a temperature of 650 DEG C for 2 hours.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017003046A1 (en) 2015-06-29 2017-01-05 주식회사 퓨어시스 Smoke extraction, purification, and sterilization module having improved catalyst performance and smoke extraction, purification, and sterilization device comprising same
KR20200048343A (en) 2018-10-30 2020-05-08 영남대학교 산학협력단 Metal form, and method of menufacturing the same, and lithium secondary battery comprising the same
KR20230053202A (en) 2021-10-14 2023-04-21 한국생산기술연구원 Catalyst-integrated porous electrode and method for manufacturing the same

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101689387B1 (en) * 2015-03-10 2016-12-23 주식회사 셀모티브 Method for manufacturing metallic substrate having metal foam layer on the surface and metallic substrate manufactured thereby
CN105149607B (en) * 2015-09-16 2018-07-06 哈尔滨工业大学 The preparation method of nanoporous titanium valve
KR101759653B1 (en) * 2015-09-21 2017-07-19 부산대학교 산학협력단 Manufacturing method of porous metal structure, porous metal structure made thereby
WO2017091832A1 (en) 2015-11-29 2017-06-01 The Regents Of The University Of California Mesoporous nickel-iron-manganese-alloy based metal/metal oxide composite thick film catalysts
US20210154739A1 (en) * 2017-05-16 2021-05-27 Lg Chem, Ltd. Preparation method for metal foam
CN107755690B (en) * 2017-10-13 2019-07-02 哈尔滨工业大学 The micro-/ nano web frame alloy powder shape granular materials and preparation method thereof of surface attachment particle containing CuO
CN112553495B (en) * 2019-09-25 2022-03-29 中国科学院金属研究所 Preparation method of copper-chromium bicontinuous phase material and copper-chromium bicontinuous phase material
KR102257787B1 (en) * 2019-11-25 2021-05-28 서울대학교산학협력단 Porous transition metal alloy catalyst, synthesys of porous transition metal alloy catalyst, and electrochemical system including porous transition metal alloy catalyst

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100218200B1 (en) * 1993-10-16 1999-09-01 볼커 버그달 Activated raney metal fixed-bed catalyst and process for its preparation
US6277895B1 (en) 1999-09-21 2001-08-21 Hydrocarbon Technologies, Inc. Skeletal iron catalyst having improved attrition resistance and product selectivity in slurry-phase synthesis processes
EP0880996B1 (en) 1997-05-26 2003-06-25 Degussa AG Shaped fixed bed Raney-type metal catalyst,preparation process and use
US20080280756A1 (en) 2007-05-11 2008-11-13 Sdc Materials, Inc., A Corporation Of The State Of Delaware Nano-skeletal catalyst

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100218200B1 (en) * 1993-10-16 1999-09-01 볼커 버그달 Activated raney metal fixed-bed catalyst and process for its preparation
EP0880996B1 (en) 1997-05-26 2003-06-25 Degussa AG Shaped fixed bed Raney-type metal catalyst,preparation process and use
US6277895B1 (en) 1999-09-21 2001-08-21 Hydrocarbon Technologies, Inc. Skeletal iron catalyst having improved attrition resistance and product selectivity in slurry-phase synthesis processes
US20080280756A1 (en) 2007-05-11 2008-11-13 Sdc Materials, Inc., A Corporation Of The State Of Delaware Nano-skeletal catalyst

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017003046A1 (en) 2015-06-29 2017-01-05 주식회사 퓨어시스 Smoke extraction, purification, and sterilization module having improved catalyst performance and smoke extraction, purification, and sterilization device comprising same
KR20170096058A (en) 2015-06-29 2017-08-23 주식회사 퓨어시스 A smoke evacuation sterilization module with improved catalytic performance and a smoke evacuation sterilization device comprising the same
US10471170B2 (en) 2015-06-29 2019-11-12 Puresys Co., Ltd. Air purifying sterilizer module with improved catalytic performance and air purifying sterilizer including the same
KR20200048343A (en) 2018-10-30 2020-05-08 영남대학교 산학협력단 Metal form, and method of menufacturing the same, and lithium secondary battery comprising the same
KR20230053202A (en) 2021-10-14 2023-04-21 한국생산기술연구원 Catalyst-integrated porous electrode and method for manufacturing the same

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