KR101514824B1 - 소결장치 - Google Patents

소결장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101514824B1
KR101514824B1 KR1020130008576A KR20130008576A KR101514824B1 KR 101514824 B1 KR101514824 B1 KR 101514824B1 KR 1020130008576 A KR1020130008576 A KR 1020130008576A KR 20130008576 A KR20130008576 A KR 20130008576A KR 101514824 B1 KR101514824 B1 KR 101514824B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mold
moving
vacuum chamber
sintering
pressing
Prior art date
Application number
KR1020130008576A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140096427A (ko
Inventor
박상식
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020130008576A priority Critical patent/KR101514824B1/ko
Publication of KR20140096427A publication Critical patent/KR20140096427A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101514824B1 publication Critical patent/KR101514824B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

고주파 유도 가열 대상 금형이 진공챔버 내부로 공급되어 소결되고 소결된 금형을 진공챔버 외부로 배출되도록 연속적인 동작을 구현할 수 있는 소결장치를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 소결장치는 소결공간을 갖는 진공챔버, 진공챔버의 내부와 외부로 안내되며, 소결용 분말이 장입되는 금형, 금형을 소결공간으로 안내하여 가압하는 가압부, 소결공간에 구비되어 금형을 가열하는 가열부, 진공챔버에 결합되며, 가압부로 공급되는 금형과 가압부로부터 인출되는 금형을 보관하는 저장부, 및 가압부로 공급되는 금형과 가압부로부터 인출되는 금형의 연속이동을 안내하는 금형 이동부를 포함한다.

Description

소결장치{SINTERING EQUIPMENT}
본 발명은 금속 및 세라믹 분말의 소결을 연속하여 양산할 수 있는 소결장치에 관한 것이다.
고주파 유도 소결방식은 고온에서 장시간 가열하는 일반적인 소결방식에 비해 상대적으로 저온에서 짧은 시간에 소결할 수 있어 매우 우수한 특성들을 보인다. 그런데 고주파 유도 소결방식은 진공분위기에서 1회에 한 개의 제품만을 생산하는 공정특성상, 대량생산용이 아닌 연구용에만 한정되어 있다.
위와 같은 종래의 방식은 소결완료 후, 진공을 해제하고 시편을 배출한 후 시편을 재투입하고 다시 진공을 형성하여 소결하기 때문에 양산성을 갖지 못하는 문제점이 있다.
한편, 고압 노즐, 내마모성 기계 부품, 공구 및 금형의 개발로 경도 및 내마모성이 크게 향상된 초고경도 소재의 적용이 요구되고 있다. 그러나 종래의 텅스텐 카바이드(WC)와 금속결합제로 구성된 조성의 초경합금이나 제조방법으로는 경도와 내마모성의 향상에 한계가 있다. 이러한 이유로 바인더인 코발트(Co), 니켈(Ni), 철(Fe) 등이 거의 포함되지 않는 바인더리스 초경합금의 개발이 요구된다.
고주파 유도 가열 대상 금형이 진공챔버 내부로 공급되어 소결되고 소결된 금형을 진공챔버 외부로 배출되도록 연속적인 동작을 구현할 수 있는 소결장치를 제공한다.
또한, 원료 분말의 자체 발열을 통해 소결하는 소결장치에 있어 금형의 공급, 배출이 진공챔버의 진공 해제없이 연속적으로 양산이 가능한 소결장치를 제공한다.
또한, 고주파 유도 가열을 이용하여 코발트(Co), 니켈(Ni), 철(Fe) 등의 결합제를 포함하지 않는 텅스텐카바이드(WC) 초경합금을 제조할 수 있는 소결장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 소결장치는 소결공간을 갖는 진공챔버, 진공챔버의 내부와 외부로 안내되며, 소결용 분말이 장입되는 금형, 금형을 소결공간으로 안내하여 가압하는 가압부, 소결공간에 구비되어 금형을 가열하는 가열부, 진공챔버에 결합되며, 가압부로 공급되는 금형과 가압부로부터 인출되는 금형을 보관하는 저장부, 및 가압부로 공급되는 금형과 가압부로부터 인출되는 금형의 연속이동을 안내하는 금형 이동부를 포함한다.
가압부는 금형의 상부에서 진공챔버에 결합되며, 하부 일측이 소결공간으로 이동되는 상부 가압부, 및 금형의 하부에서 진공챔버에 결합되며, 금형이 위치되는 상부 일측이 소결공간으로 이동되는 하부 가압부를 포함할 수 있다.
가열부는 상부 가압부와 하부 가압부 사이에서 가압되는 금형과 상부 가압부 및 하부 가압부의 일부가 각각 내부에 포함되는 가열공간을 갖는 고주파 유도 코일, 및 가열부에 고주파 전류를 공급하는 고주파 전류 공급부를 포함할 수 있다.
저장부는 진공챔버의 일측에서 금형의 이동라인 상에 결합되며, 가압부로 공급되는 금형을 보관하는 제1 저장부, 및 진공챔버의 타측에서 제1 저장부의 위치와 대응되도록 금형의 이동라인 상에 결합되며, 가압부로부터 인출되는 금형을 보관하는 제2 저장부를 포함할 수 있다.
금형 이동부는 제1 저장부와 하부 가압부 사이에서 금형의 이동라인에 구비되어 제1 저장부에 저장된 금형을 하부 가압부로 이동하는 제1 이동축, 및 제1 이동축의 일단에 결합되어 금형을 로딩 및 언로딩하는 제1 이동 그립부를 포함하며, 금형의 이동라인에 구비되어 금형이 진공챔버 내부로 공급되고 진공챔버 외부로 배출되도록 연속적인 동작을 구현할 수 있다.
금형 이동부는 하부 가압부와 제2 저장부 사이에서 금형의 이동라인에 구비되어 하부 가압부에 구비된 금형을 제2 저장부로 이동하는 제2 이동축, 및 제2 이동축의 일단에 결합되어 금형을 로딩 및 언로딩하는 제2 이동 그립부를 더 포함할 수 있다. 제1 이동축과 제2 이동축은 각각 회전되며, 제1 이동 그립부와 제2 이동 그립부는 각각 길이방향으로 신장되는 부분이 벌려지거나 접히는 동작을 유지할 수 있다.
진공챔버에 금형의 투입 및 배출과정에서 금형을 일시 보관하는 각각의 저장부가 구비되고, 금형을 해당위치로 이동시키는 이동축과 이동 그립부를 이용하여 금형이 연속적으로 이동하여 연속적인 소결동작으로 진행할 수 있다.
또한, 소결 완료 후 챔버의 진공을 해제하지 않고 연속적으로 소결이 진행되어 소결장치가 양산성을 갖는 양산장비로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 금속 및 세라믹 분말의 소결을 위한 양산형 고주파 유도 가열 장치를 이용하여 초경합금을 제조할 수 있으며, 제조된 바인더리스 텅스텐 카바이드 초경합금(WC)은 일반 소결법에 비해 우수한 소결성을 갖는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소결장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소결장치의 진공챔버 내부 평면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소결장치의 금형 이동과정을 개략적으로 도시한 작동도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소결장치를 이용하여 제조된 텅스텐 카바이드(WC) 소결체와 일반 소결법으로 제조된 텅스텐 카바이드 소결체의 X-ray 회절 패턴.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소결장치에 의해 제조된 텅스텐 카바이드 소결체의 결정립도를 보이는 미세조직도이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소결장치를 개략적으로 도시한 구성도이며, 도 2는 소결장치의 진공챔버 내부 평면을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소결장치는 진공챔버(10) 내에서 상하 이동 동작을 할 수 있는 가압부(20, 30), 가열부(40), 금형(50), 저장부(60, 70), 금형 이동부(80a, 90a, 80b, 90b)를 포함한다.
진공챔버(10)는 소결공간을 갖는 소결챔버이다. 진공챔버(10)에는 가압부 및 가열부를 포함하여 금형(50)의 투입과 배출에 관련된 각각의 저장부, 금형(50)을 해당 위치로 정확히 이송하는 금형 이동부가 구비된다. 진공챔버(10)에 구비되는 가압부, 가열부, 저장부 및 금형 이동부를 통해 금형(50)을 소결하거나 소결된 금형(50)을 배출하는 일련의 공정을 연속적으로 진행할 수 있다.
금형(50)은 진공챔버(10)의 내부와 외부로 안내되며, 분말(52, 소결용 분말 또는 시편의 분말)을 수납할 수 있다. 금형(50)의 내부에는 관통공이 형성되고, 관통공 내부 공간의 중앙 부위에 분말(52)이 수납되는 방식으로 구성할 수 있다. 금형(50)은 전도성을 갖는 금속, 세라믹 또는 흑연재를 포함할 수 있다. 금형(50)은 상부 또는 하부 가운데 어느 하나의 방향에서 가압될 수 있는 가압 프레스 방식이 가능한 형상을 가질 수 있다.
가압부는 상부 가압부(20)와 하부 가압부(30)를 포함하며, 금형(50)을 소결공간으로 안내하여 가압하는 기능을 한다. 상부 가압부(20)와 하부 가압부(30)는 금형(50) 내부에 보관되는 분말(52)에 외부로부터 전달받은 압력을 가하는 기능을 한다. 상부 가압부(20)는 금형(50)의 상부에서 진공챔버(10)에 결합되며, 하부 일측이 소결공간으로 이동된다. 하부 가압부(30)는 금형(50)의 하부에서 진공챔버(10)에 결합되며, 금형(50)이 위치되는 상부 일측이 소결공간으로 이동된다. 상부 가압부(20)와 하부 가압부(30)는 금형(50)을 사이에 두고 상부와 하부에서 각각의 축 중심이 일치되는 방향에 구비될 수 있다. 따라서, 상부 가압부(20)와 하부 가압부(30)의 작동에 따라 보다 정확하게 금형(50)에 보관되는 분말(52)을 가압할 수 있다. 상부 가압부(20)와 하부 가압부(30)의 동작에 따라 금형(50)의 상부와 하부에서 보다 정확하고 일치된 압력으로 분말(52)을 가압함으로써 소결 대상물이 보다 더 치밀화될 수 있다.
가열부는 소결공간에 구비되어 금형(50)을 가열하는 기능을 한다. 가열부는 실질적으로 금형(50)의 주변에 이격 배치되도록 구성되어 유도 전류를 발생시키는 기능을 한다. 가열부는 고주파 유도 코일(40)과 고주파 유도 코일(40)에 고주파 전류를 공급하는 고주파 전류 공급부(미도시)를 포함한다. 본 발명의 실시예는 금형(50)의 온도를 측정하는 온도 측정기(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 온도 측정기에서 측정한 온도로 고주파 전류 공급부의 출력을 제어할 수 있다. 고주파 유도 코일(40)은 상부 가압부(20)와 하부 가압부(30) 사이에서 가압되는 금형(50)과 상부 가압부(20) 및 하부 가압부(30)의 일부가 각각 내부에 포함되는 가열공간을 갖는다. 고주파 유도 코일(40)에 가해진 전류로부터 발생하는 유도 전류에 의해 금형(50) 및 소결 대상물에 간접적으로 열이 가해짐으로써 가압과 가온 분위기에서 소결이 이루어진다. 고주파 유도 코일(40)은 상하 이동 동작이 가능한 한 쌍의 상부 가압부(20)와 하부 가압부(30)가 내부에 포함되도록 형성할 수 있다. 고주파 유도 코일(40)은 적어도 금형(50)에 근접되어 실질적인 가열기능을 하는 환형상의 부분이 상부 가압부(20)와 하부 가압부(30)에 동일 축 상으로 위치하도록 형성할 수 있다. 따라서, 고주파 유도 코일(40)은 금형(50)의 주변에서 일정한 간격을 유지함으로써 보다 균일한 온도조건으로 금형(50) 및 소결 대상물의 가온 분위기를 유지할 수 있다.
저장부는 제1 저장부(60)와 제2 저장부(70)를 포함하며, 진공챔버(10)에 결합되어 가압부로 공급되는 금형(50)과 가압부로부터 인출되는 금형(50)을 보관한다. 제1 저장부(60)는 소결하고자하는 분말(52)을 장입한 금형(50)을 진공챔버(10)에 연속적으로 투입 및 배출하기 위해 투입 로드 록 챔버 기능을 한다. 제2 저장부(70)는 배출 로드 록 챔버 기능을 하며, 금형(50)의 이동라인을 고려하여 이동라인 상에 위치하도록 진공챔버(10)에 장착된다. 제1 저장부(60)는 진공챔버(10)의 일측에서 금형(50)의 이동라인 상에 결합되며, 가압부로 공급되는 금형(50)을 보관한다. 제2 저장부(70)는 진공챔버(10)의 타측에서 제1 저장부(60)의 위치와 대응되도록 금형(50)의 이동라인 상에 결합되며, 가압부로부터 인출되는 금형(50)을 보관한다. 제1 저장부(60) 및 제2 저장부(70)는 각각 진공펌프, 배기밸브 및 챔버 도어를 포함할 수 있다. 제1 저장부(60) 및 제2 저장부(70)는 진공펌프와 배기밸브를 이용하여 공기를 빼내어 진공챔버(10)의 진공도와 동일한 상태로 유지시킨 후 진공챔버(10)측 밸브가 개방될 수 있다.
금형 이동부는 이동축과 이동 그립부를 포함하며, 가압부로 공급되는 금형(50)과 가압부로부터 인출되는 금형(50)의 연속이동을 안내한다. 금형 이동부는 제1 저장부(60)와 하부 가압부(30) 사이에서 금형(50)의 이동라인에 구비되어 제1 저장부(60)에 저장된 금형(50)을 하부 가압부(30)로 이동하는 제1 이동축(80a), 및 제1 이동축(80a)의 일단에 결합되어 금형(50)을 로딩 및 언로딩하는 제1 이동 그립부(90a)를 포함한다. 또한, 금형 이동부는 하부 가압부(30)와 제2 저장부(70) 사이에서 금형(50)의 이동라인에 구비되어 하부 가압부(30)에 위치된 금형(50)을 제2 저장부(70)로 이동하는 제2 이동축(80b), 및 제2 이동축(80b)의 일단에 결합되어 금형(50)을 로딩 및 언로딩하는 제2 이동 그립부(90b)를 더 포함한다. 제1 이동축(80a)과 제2 이동축(80b)은 각각 회전되며, 제1 이동 그립부(90a)와 제2 이동 그립부(90b)는 기계적 구동에 의해 각각의 제1 이동축(80a)과 제2 이동축(80b)의 단부로부터 길이방향으로 신장되거나 양단이 벌어져서 금형(50)을 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)할 수 있다. 금형 이동부를 제1 저장부(60), 하부 가압부(30) 및 제2 저장부(70) 사이에 각각 배치함에 따라 금형(50)의 이동라인에서 금형(50)이 진공챔버(10) 내부로 공급되고 진공챔버(10) 외부로 배출되도록 연속적인 동작을 구현할 수 있다. 즉, 금형 이동부를 이용하여 제1 저장부(60)로 투입된 금형(50)을 하부 가압부(30)로 정확히 이송할 수 있으며, 소결이 완료된 후 제2 저장부(70)로 소결이 완료된 금형(50)을 배출하고 다시 금형(50)을 하부 가압부(30)에 투입하는 공정을 연속적으로 진행할 수 있다. 도 1을 참조하면, 진공챔버(10) 내부에서 하부 가압부(30)의 위치는 제1 저장부(60)에 장입된 금형(50)의 높이와 동일하게 유지할 수 있으며 하부 가압부(30)의 상부로 이동하여 가열공간인 고주파 유도 코일(40)내로 금형(50)이 위치하게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 유도 소결장치의 금형 이동과정을 개략적으로 도시한 작동도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고주파 유도 소결장치의 금형 연속 이동 동작을 설명한다.
먼저, 소결용 분말(52)인 원료분체가 장입된 금형(50)이 제1 저장부(60)에 위치된 상태를 가정한다. 제1 저장부(60)에 금형(50)이 위치되면, 제1 이동 그립부(90a)는 제1 이동축(80a)이 단부로부터 길이방향으로 신장되고, 양단이 벌어져서 금형(50) 주변으로 위치된 상태에서 벌어진 양단이 닫히면서 금형(50)을 로딩(loading)한다. 이어서, 제1 이동축(80a)이 하부 가압부(30) 방향으로 회전한다. 그리고 하부 가압부(30)에 금형(50)이 위치되면, 제1 이동 그립부(90a)는 닫힌 양단을 벌어지게 제어되어 금형(50)을 언로딩(unloading)한다. 이어서, 제1 이동축(80a)의 단부로부터 길이방향으로 신장된 부분이 원래의 위치로 삽입된다. 그리고 제1 이동축(80a)이 제1 저장부(60) 방향으로 회전하여 제1 저장부(60)에 위치되는 금형(50)을 로딩(loading)할 준비를 한다.
이러한 동작으로 제1 저장부(60)에 위치된 금형(50)이 하부 가압부(30)로 이동된다. 이후, 하부 가압부(30)는 가열공간인 고주파 유도 코일(40) 내부로 위치하도록 상부로 이동한다. 진공챔버(10) 내의 금형(50)은 소결을 위해 고주파 유도 코일(40) 내부에 위치하게 되며, 고주파 유도 코일(40)에서 유도된 유도 전류에 의해 가열된다. 하부 가압부(30)는 센서에 의해 상부 이동 위치가 정위치로 결정될 수 있다. 여기서, 하부 가압부(30)의 위치이동을 제한하는 센서는 리미트 스위치를 사용할 수 있다.
하부 가압부(30)가 상부로 이동되어 고주파 유도 코일(40) 내부로 삽입된 상태에서 설정해 놓은 인가 압력값에 따라 압력이 상부 가압부(20)로 부터 전달된다. 상부 가압부(20)로 전달되는 압력은 금형(50)의 상부와 하부에 각각 전달되어 금형(50) 내부에 장입된 분말(52)이 압축된다. 이때 진공챔버(10)는 진공펌프를 작동하여 내부 공기를 빼내어 진공 상태로 유지시킬 수 있으며, 진공챔버(10) 내부를 아르곤 등의 다른 기체로 채울 수도 있다. 고주파 전류의 출력을 제어하는 방법은 분말(52)이 장입된 금형(50)의 온도를 측정하여 시편의 온도가 원하는 온도가 되도록 출력을 제어할 수 있다. 금형(50)의 온도는 진공챔버(10)의 외측에 설치되는 적외선 온도 측정부(110)로 측정할 수 있다. 이때, 시편의 온도 측정을 위해 진공챔버(10)에 관측창(100)과 보조 관측창(120)을 설치할 수 있다. 시편에 가해지는 온도가 증가함에 따라 시편의 수축이 일어나고 최고 소결온도에서의 유지시간은 5~10분 이내의 시간만 유지하여도 소결특성을 확보할 수 있다. 소결이 완료된 후 상부 가압부(20)와 하부 가압부(30)는 초기 위치로 후퇴하며, 소결 공정이 완료된다. 소결공정이 완료된 후 제2 저장부(70)는 진공펌프를 이용하여 공기를 배출하여 진공챔버(10)의 진공도와 동일한 상태로 유지시킬 수 있다.
진공챔버(10)와 같은 진공도에서 제2 저장부(70)의 진공챔버(10) 내 밸브가 열리고 소결이 완료된 금형(50)은 제2 이동축(80b)과 제2 이동 그립부(90b)의 금형 이송 동작에 따라 제2 저장부(70)로 이동되고, 밸브가 닫힌 후 외부로 배출될 수 있다. 제2 이동축(80b)과 제2 이동 그립부(90b)의 금형 이송 동작을 통해 하부 가압부(30)상의 금형(50)이 제2 저장부(70)로 공급되는 내용은 전술한 제1 이동축(80a)과 제1 이동 그립부(90a)의 금형 이송 동작과 유사하므로 중복되는 상세 설명은 생략한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 소결장치는 제1 이동축(80a)과 제1 이동 그립부(90a)의 금형 이송 동작을 통해 제1 저장부(60)로부터 금형(50)을 하부 가압부(30)로 이동하여 적절한 가압분위기와 가열분위기에서 소결하고, 소결된 금형을 제2 이동축(80b)과 제2 이동 그립부(90b)의 금형 이송 동작을 통해 하부 가압부(30)상의 금형(50)이 제2 저장부(70)로 공급되어 진공챔버(10) 외부로 배출되는 과정을 반복하여 연속적으로 진행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 소결 완료 후 진공챔버의 진공을 해제하지 않고 연속적으로 소결이 진행되어 양산장비로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 소결장치를 통해 제조된 초경합금은 일반 소결방식에 비해 우수한 소결성을 보인다. 이와는 달리, 진공챔버를 배기한 후 일반 소결방식을 진행하는 경우, 소결 완료후 진공을 해제하고 시편을 배출한 후 시편을 재공급하고 다시 진공을 형성하여 소결하기 때문에 양산성을 갖지 못한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 소결장치와 일반 전기로를 이용하여 제조된 텅스텐 카바이드(WC) 초경합금의 특성을 설명한다.
먼저, 일반 고주파 유도 소결의 공정시간은 최소 60분이 걸리는 반면에 본 발명의 실시예에 따른 제1 저장부(60)와 제2 저장부(70)가 설치된 경우 10분~15분 정도가 소요되어 4배~5배 이상의 생산성을 보였다.
텅스텐 카바이드(WC) 초경합금을 일반 전기로에서 소결하기 위해서는 0.5㎛의 입도를 갖는 텅스텐 카바이드 분체에 코발트(Co) 등의 결합제가 최소 5%~10% 정도 필요하다. 또한, 1,800℃ 이상의 고온에서만 초경소재의 특성을 갖는 소결이 가능하다.
이와는 달리, 텅스텐 카바이드 초경합금을 본 발명의 실시예에 따른 소결장치에서 소결할 때 코발트(Co), 니켈(Ni), 철(Fe) 등의 결합제가 필요 없이 1,300℃이상에서 양호하게 소결되었다.
고주파 소결장치에서의 제조 조건은 흑연 금형 내에 0.5㎛의 입도를 갖는 텅스텐 카바이드 분체를 장입하고, 40~100 MPa의 압력과 1,300~1,700℃의 온도에서 5분간 유지시켜 소결을 진행하였다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소결장치에 의해 바인더없이 텅스텐 카바이드 분체만으로 소결한 초경합금과 일반 전기로를 이용하여 소결한 10% 코발트(Co)를 함유한 초경합금의 X-ray 회절패턴이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소결장치에서 소결한 시편의 경우 분체와 동일한 회절 피크를 보이는 반면 일반 전기로에서 소결한 시편의 경우 에타(η)상의 생성을 보인다. 에타상은 소결중 탄소의 휘발 등으로 탄소가 부족해진 상을 의미하며, 취약한 특성을 보인다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소결장치와 일반 전기로를 이용하여 소결한 텅스텐 카바이드 초경합금의 주사전자현미경 사진이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소결장치에서 소결한 시편의 경우 미세한 결정립을 보이는 반면 일반 전기로에서 소결한 시편의 경우 결정립 크기가 상대적으로 큰 것을 알 수 있다.
제조한 소결체는 아르키메데스 법을 이용하여 밀도를 측정하였으며, 비커스 미소경도(Hv)와 파괴인성(KIC)을 측정하였다. 측정결과는 아래 표 1과 같다.
표 1을 참조하면, 고주파 유도 소결법에 의해 제조된 시편은 해당온도에서 5분간 유지하여 소결을 진행하였으며, 소결온도에 따른 영향을 평가하였다. 텅스텐 카바이드는 1,400℃이상에서 밀도와 인성의 포화값을 보였으며 경도는 온도가 증가함에 따라 다소 높아지는 특성을 보였다.
시편
(조성 및 소결온도)		 밀도
(g/cm3)		 경도
(Hv)(GPa)		 인성
(KIC)(MPaㅧm1/2)
일반 소결법 90%WC-10%Co
(1,800℃)		 15.1 17.5 6.1
양산용 고주파 유도소결법 WC (1,300℃)
WC (1,400℃)
WC (1,500℃)
WC (1,600℃)		 15.3
15.5
15.5
15.5		 20.1
21.5
22.7
23.1		 7.2
7.1
7.1
7.1
본 발명의 실시예에 따른 고주파 유도 소결방식의 소결장치를 이용하여 상대적으로 낮은 온도인 1,400℃부근에서도 양호한 소결성을 보였으며 이론 밀도에 근접한 밀도를 갖는 소결체를 얻을 수 있었다. 본 발명의 실시예에 따른 소결장치를 이용함으로써, 세라믹 분말에 유도되는 전류에 의한 자체 발열 특성을 활용하여, 수분 이내의 짧은 시간 내에 높은 밀도를 가지는 세라믹 소결체를 제조할 수 있으며 빠른 생산성을 갖출 수 있었다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 금속 및 세라믹 분말의 소결을 위한 양산형 고주파 유도 가열 장치 및 이를 이용한 초경합금의 제조 기술을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 소결장치는 양산성을 갖도록 하기 위하여 진공챔버에 금형의 투입 및 배출 기능을 하는 각각의 저장부가 설치되고, 금형을 이송하는 이동축과 이동 그립부를 이용하여 금형이 연속적으로 이동하여 소결이 진행되는 시스템이다. 이러한 양산용 소결장치를 이용하여 초경합금을 제조할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 제1 저장부로 공급된 금형을 하부 가압부로 이동하고 가열부와 가압부를 통해 적절한 가열분위기와 가압분위기를 유지한 상태에서 소결이 완료된 분말이 장입된 금형을 제2 저장부로 배출하는 일련의 공정을 연속적으로 진행하는 자동 제어 프로그램이 저장된 제어부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제어부는 금형의 공급과 배출에 관련된 일련의 제어동작이 완료된 후 다시 금형을 공급하는 공정을 자동으로 연속하여 진행할 수 있다. 이것도 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 ; 진공챔버 20 ; 상부 가압부
30 ; 하부 가압부 40 ; 가열부
50 ; 금형 60 ; 제1 저장부
70 ; 제2 저장부

Claims (7)

  1. 소결공간을 갖는 진공챔버;
    상기 진공챔버의 내부와 외부로 안내되며, 소결용 분말이 장입되는 금형;
    상기 금형을 소결공간으로 안내하여 가압하는 가압부;
    상기 소결공간에 구비되어 상기 금형을 가열하는 가열부;
    상기 진공챔버에 결합되며, 상기 가압부로 공급되는 금형과 상기 가압부로부터 인출되는 금형을 보관하는 저장부, 및
    상기 가압부로 공급되는 금형과 상기 가압부로부터 인출되는 금형의 연속이동을 안내하는 금형 이동부
    를 포함하며,
    상기 저장부는
    상기 진공챔버의 일측에서 상기 금형의 이동라인 상에 결합되며, 상기 가압부로 공급되는 금형을 보관하는 제1 저장부, 및
    상기 진공챔버의 타측에서 상기 제1 저장부의 위치와 대응되도록 상기 금형의 이동라인 상에 결합되며, 상기 가압부로부터 인출되는 금형을 보관하는 제2 저장부
    를 포함하고,
    상기 가압부는
    상기 금형의 상부에서 상기 진공챔버에 결합되며, 하부 일측이 소결공간으로 이동되는 상부 가압부, 및
    상기 금형의 하부에서 상기 진공챔버에 결합되며, 상기 금형이 위치되는 상부 일측이 소결공간으로 이동되는 하부 가압부
    를 포함하며,
    상기 가열부는
    상기 상부 가압부와 상기 하부 가압부 사이에서 가압되는 금형과 상기 상부 가압부 및 상기 하부 가압부의 일부가 각각 내부에 포함되는 가열공간을 갖는 고주파 유도 코일, 및
    상기 가열부에 고주파 전류를 공급하는 고주파 전류 공급부를 포함하는 소결장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금형 이동부는
    상기 제1 저장부와 상기 하부 가압부 사이에서 상기 금형의 이동라인에 구비되어 상기 제1 저장부에 저장된 금형을 상기 하부 가압부로 이동하는 제1 이동축, 및
    상기 제1 이동축의 일단에 결합되어 상기 금형을 로딩 및 언로딩하는 제1 이동 그립부를 포함하는 소결장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금형 이동부는
    상기 하부 가압부와 상기 제2 저장부 사이에서 상기 금형의 이동라인에 구비되어 상기 하부 가압부에 구비된 금형을 상기 제2 저장부로 이동하는 제2 이동축, 및
    상기 제2 이동축의 일단에 결합되어 상기 금형을 로딩 및 언로딩하는 제2 이동 그립부를 더 포함하며,
    상기 금형의 이동라인에서 상기 금형이 상기 진공챔버 내부로 공급되고 상기 진공챔버 외부로 배출되도록 연속적인 동작을 구현하는 소결장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 이동축과 상기 제2 이동축은 각각 회전되며, 상기 제1 이동 그립부와 상기 제2 이동 그립부는 각각 길이방향으로 신장되는 부분이 벌려지거나 접히는 동작을 유지하는 소결장치.
KR1020130008576A 2013-01-25 2013-01-25 소결장치 KR101514824B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130008576A KR101514824B1 (ko) 2013-01-25 2013-01-25 소결장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130008576A KR101514824B1 (ko) 2013-01-25 2013-01-25 소결장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140096427A KR20140096427A (ko) 2014-08-06
KR101514824B1 true KR101514824B1 (ko) 2015-04-24

Family

ID=51744268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130008576A KR101514824B1 (ko) 2013-01-25 2013-01-25 소결장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101514824B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102322473B1 (ko) * 2020-09-03 2021-11-08 주식회사 포스포 세라믹 플레이트의 제조방법 및 상기 제조방법으로 제조된 세라믹 플레이트

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140096427A (ko) 2014-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108558398B (zh) 一种脉冲放电室温闪速烧结纳米陶瓷材料的方法
KR20230150889A (ko) 적층 제조를 위한 초경합금 분말
Tokita Recent and future progress on advanced ceramics sintering by Spark Plasma Sintering
CN105543621A (zh) 一种内生纳米陶瓷增强高熵合金复合材料及制备方法
Khalil Advanced sintering of nano-ceramic materials
JP6403421B2 (ja) 焼結装置および焼結方法
CN110372394A (zh) 一种高塑性高弹性氮化硼致密陶瓷及其制备方法
KR101514824B1 (ko) 소결장치
JP2024105560A (ja) アルミニウム合金焼結装置およびアルミニウム合金焼結方法
Sun et al. Synthesis of dense NiZn ferrites by spark plasma sintering
Laptev et al. Tooling in Spark Plasma Sintering Technology: Design, Optimization, and Application
Chuankrerkkul et al. Physical and mechanical properties of zirconia toughened alumina (ZTA) composites fabricated by powder injection moulding
JP6337254B2 (ja) 放電プラズマ焼結用型の作製方法
CN107445625B (zh) 一种高致密度ZrB2陶瓷的制备方法
KR101304758B1 (ko) 나노구조 금속탄화물-금속간화합물의 복합재료 제조방법
CN114477960B (zh) 壳体及其制作方法、电子设备
CN104496456B (zh) 一种钴铁氧体磁致伸缩材料的制备方法
KR102185476B1 (ko) 나노결정질 초경재료 및 그의 제조방법
KR100606328B1 (ko) 고밀도 서멧트 소결체 제조를 위한 나노분말 처리
CN112567060B (zh) Fe基烧结体、Fe基烧结体的制造方法以及热压用金属模
KR20110069909A (ko) 수소화티타늄 분말로부터 나노구조의 티타늄을 제조하는 방법
KR20160088170A (ko) ＴｉＣ-ＦｅＡｌ 초경재료 및 그 제조방법
Youn et al. A Study on the Consolidation Behavior of Iron Nanopowders Prepared by Plasma Arc Discharge Method. I- Effects of Compaction Pressure and Heating Rate on Densification Behavior
Dugauguez et al. Field assisted hot pressing of sintering Inconel 718 MIM samples
Ikegami et al. The low pressure injection moulding of stainless steel powder

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180404

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190401

Year of fee payment: 5