KR101614139B1 - 금속폼 스택 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

금속폼 스택 및 이의 제조방법이 제공되고, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속폼 스택은 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제1 금속폼 시트, 제1 금속폼 시트 위에 위치하는 제1 접합부재, 그리고 제1 접합부재 위에 위치하고, 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제2 금속폼 시트를 포함하는 적층 유닛을 1 이상 포함하는 금속폼 스택이고, 제1 금속폼 시트와 제1 접합부재의 계면 및 제2 금속폼 시트와 제1 접합부재의 계면을 구성하는 물질들이 원자 확산(atomic diffusion)되어 있을 수 있다.

Description

금속폼 스택 및 이의 제조방법{METAL FOAM STACK AND MANUFACTRING METHOD THEREOF}
금속폼 스택 및 이의 제조방법이 제공된다.
일반적으로, 금속 폼(metal foam)은 금속재료 내부에 수 많은 기포를 가진 다공질(porous) 금속을 지칭한다.
이러한 금속 폼은 내부에 포함된 기포의 형상에 따라 개방형 셀(open cell type) 또는 폐쇄형 셀(closed cell type)로 구분된다. 개방형 셀은 기포들이 상호 연결되어 있는 형상으로 존재하여 이 기포들을 따라 기체나 유체의 통과가 용이하다. 반면 폐쇄형 셀은 기포들이 서로 연결되어 있지 않고 독립적으로 존재하여 기체나 유체의 통과가 용이하지 않다.
개방형 셀을 갖는 금속 폼의 경우 그 구조가 인체의 뼈와 유사하여 구조가 안정하며, 단위 체적당 표면적 비가 극도로 크면서도 경량이라는 물리적 특징 때문에 다양한 용도로 사용될 수 있다.
이러한 금속폼은 배터리 전극, 연료전지의 부품, 매연 여과장치용 필터, 오염제어 장치, 촉매 지지체, 오디오 부품과 같은 다양한 산업분야에 사용되고 있다.
그러나, 종래에는 금속폼 스택을 제조하기 위하여 금속폼과 금속폼을 단순히 적층한 후 소결 프로세서를 행하기 때문에, 제조된 금속폼 스택의 가운데 부분과 측면 부분에서 수축이 심하게 발생되므로, 기공 구조가 파괴될 뿐만 아니라 원하는 두께의 금속폼 스택의 제조가 곤란할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 기공 구조의 파괴를 최소화하면서도 원하는 두께로 제어된 고품질 금속폼 스택을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 기공 구조의 파괴를 최소화하면서도 원하는 두께로 제조할 수 있는 금속폼 스택의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제1 금속폼 시트, 제1 금속폼 시트 위에 위치하는 제1 접합부재, 그리고 제1 접합부재 위에 위치하고, 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제2 금속폼 시트를 포함하는 적층 유닛을 1 이상 포함하는 금속폼 스택을 제공한다.
제1 금속폼 시트와 제1 접합부재의 계면 및 제2 금속폼 시트와 제1 접합부재의 계면을 구성하는 물질들이 원자 확산(atomic diffusion)되어 있는 형태일 수 있다.
제1 접합부재는 금속 파우더 또는 브레이징 호일(brazing foil) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
적층 유닛은 2 이상일 수 있고, 금속폼 스택은 제1 적층 유닛, 제1 적층 유닛 위에 위치하는 제2 접합부재, 그리고 제2 접합부재 위에 위치하는 제2 적층 유닛을 포함하고, 제2 접합부재는 금속 파우더, 브레이징 호일, 세라믹 본드(ceramic bond) 또는 메탈 글루(metal glue) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 금속폼 시트 또는 제2 금속폼 시트는 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼 또는 Cu계 금속폼 중 1 이상을 포함할 수 있다.
금속 파우더는 합금 분말이고, 약 15 중량% 이상의 니켈(Ni) 또는 약 20 중량% 이상의 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제1 금속폼 시트, 제1 금속폼 시트 위에 위치하는 제1 접합부재, 제1 접합부재 위에 위치하는 이종부재, 이종부재 위에 위치하는 제1 접합부재, 그리고 제1 접합부재 위에 위치하고, 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제2 금속폼 시트를 포함하는 적층 유닛을 1 이상 포함하는 금속폼 스택이고, 이종부재는 제1 금속폼 시트 및 제2 금속폼 시트와 상이한 형상 또는 소재를 가지는 금속폼 스택을 제공한다.
또한, 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제1 금속폼 시트, 제1 금속폼 시트 위에 위치하는 제1 접합부재, 그리고 제1 접합부재 위에 위치하고, 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제2 금속폼 시트를 포함하는 적층 유닛을 2 이상 포함하는 금속폼 스택이고, 금속폼 스택은 제1 적층 유닛, 제1 적층 유닛 위에 위치하는 제2 접합부재, 제2 접합부재 위에 위치하는 이종부재, 그리고 이종부재 위에 위치하는 제2 접합부재, 제2 접합부재 위에 위치하는 제2 적층 유닛을 포함하고, 이종부재는 상기 제1 금속폼 시트 및 상기 제2 금속폼 시트와 상이한 형상 또는 소재를 가지는 금속폼 스택을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제1 금속폼 시트 및 제2 금속폼 시트를 준비하는 단계, 제1 금속폼 시트 및 제2 금속폼 시트 사이에 제1 접합부재를 위치시켜 1 이상의 적층 유닛을 포함하는 금속폼 스택을 형성하는 단계, 금속폼 스택에 외부압력을 인가하는 외부압력 인가 단계, 그리고 금속폼 스택을 가열하는 열처리 단계를 포함하는 금속폼 스택의 제조방법을 제공한다.
제1 접합부재는 금속 파우더, 금속 파우더를 포함하는 슬러리, 또는 브레이징 호일(brazing foil) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 제1 적층 유닛 및 제2 적층 유닛을 준비 하는 단계, 제1 적층 유닛 및 제2 적층 유닛 사이에 제2 접합부재를 위치시켜 2 이상의 적층 유닛을 포함하는 금속폼 스택을 형성하는 단계, 금속폼 스택에 외부압력을 인가하는 외부압력 인가 단계, 그리고 금속폼 스택을 가열하는 열처리 단계를 포함하는 금속폼 스택의 제조방법을 제공한다.
제2 접합부재는 금속 파우더, 금속 파우더를 포함하는 슬러리, 브레이징 호일, 세라믹 본드(ceramic bond) 또는 메탈 글루(metal glue) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
외부압력 인가 단계 이전에, 금속폼 스택에 사전 압력(pre-press)을 인가 및 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
외부압력 인가 단계 및 열처리 단계는 동시에 수행하는 것일 수 있다.
금속 파우더는 합금 분말이고, 약 15 중량% 이상의 니켈(Ni) 또는 약 20 중량% 이상의 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.
금속 파우더를 포함하는 슬러리는 접합용 슬러리이고, 접합용 슬러리의 금속 파우더는 약 30 중량% 이상의 크롬(Cr), 약 15 중량% 이상의 몰리브덴(Mo) 또는 약 3 중량% 이상의 니오븀(Nb)을 포함하는 것일 수 있다.
제1 금속폼 시트 또는 제2 금속폼 시트는 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, 또는 Cu계 금속폼 중 1 이상을 포함할 수 있다.
외부압력 인가 단계는 금속폼 스택 중 최상부에 위치한 금속폼 시트의 상면에 플레이트를 배치하는 플레이트 배치 단계, 그리고 플레이트의 전 구간을 로딩할 수 있도록 플레이트 위에 로딩 부재를 배치하는 로딩 부재 배치 단계를 포함할 수 있다.
플레이트는 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 스테인레스 스틸(Stainless steel), 세라믹 블록(ceramic)중 1 이상을 포함하는 재질일 수 있다.
열처리 단계는 금속폼 스택에서 바인더 성분을 제거하는 디바인딩(debinding) 단계, 그리고 금속폼 스택을 소결하는 소결 단계를 포함할 수 있다.
디바인딩 단계는 약 500 내지 600℃에서 약 1 내지 2 시간 동안 수행할 수 있다.
소결 단계는 약 1100 내지 1300℃에서 약 1 내지 2 시간 동안 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속폼 스택 및 이의 제조방법을 통해, 기공 구조의 파괴를 최소화하면서도 원하는 두께로 제어된 고품질 금속폼 스택을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 개방형 셀을 포함하는 금속폼 시트를 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속폼 스택을 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
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.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 좀더 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다.
본 발명의 명세서에서 "제1" 또는 "제2" 는 서로 다른 종류의 소재 및 조성만을 의미하는 것은 아니고, 서로 같은 소재 및 조성일지라도, 전체 발명의 구성에서, "제1" 또는 "제2" 이후에 기재된 구성이 차지하는 위치를 구분하기 위한 의미로 사용될 수 있다.
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.
금속폼은 유기 다공체의 표면에 전기도금을 이용하여 티타늄 또는 티타늄 합금을 증착시켜 전도성 다공체를 준비하고, 전도성 다공체에 금속 전기도금액을 통과시켜 전도성 다공체의 표면에 금속을 전기도금하고, 금속이 도금된 전도성 다공체를 열처리하여 유기 다공체 성분을 제거하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. 금속폼은 금속폼 내부에 형성되어 있는 셀(기공)이 닫혀있는지(closed), 열려있는지(opened) 여부에 따라, 개방형(opened)이거나 폐쇄형(closed)일 수 있다.
도 1은 일반적인 개방형 셀을 포함하는 금속폼 시트를 촬영한 사진이다. 도 1을 참조하면, 개방형인 경우에는 메탈폼 내부의 셀(기공)들이 불규칙한 모양으로 서로 연결되어 있으며, 기체 또는 유체의 통과가 보다 용이하다는 특성이 있다. 금속폼은 시트형으로 일정한 크기로 절단된 것일 수 있고, 사각형상으로 형성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고 여러 가지 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 금속폼의 유기 다공체는 폴리우레탄을 사용할 수 있다. 그리고, 금속폼 시트는 최대 약 10 mm 이하의 두께로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 약 1.6 mm 내지 3.0 mm의 두께로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속폼 스택(100)을 나타낸 모식도이다.
도 2을 참조하면, 본 발명에 따른 일 실시예에서는 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제1 금속폼 시트(101), 제1 금속폼 시트(101) 위에 위치하는 제1 접합부재(102), 그리고 제1 접합부재(102) 위에 위치하고, 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제2 금속폼 시트(103)를 포함하는 적층 유닛(U1, U2)을 1 이상 포함하는 금속폼 스택(100)이 제공된다.
이때, 제1 접합부재를 구성하는 물질은 제1 금속폼 시트와 제2 금속폼 시트 사이에서 고상(solid phase) 확산(diffused)되어 있으며, 제1 금속폼 시트(101), 제2 금속폼 시트(103), 그리고 제1 접합부재(102) 간 계면이 원자 수준에서 혼합된 형태일 수 있다. 다시 말해, 제1 금속폼 시트(101)와 제2 금속폼 시트(103) 사이에 위치하는 제1 접합부재(102)의 일부는 제조단계 상 열처리 단계를 거치면서, 제1 금속폼 시트(101) 및 제2 금속폼 시트(103)의 일부에 대해 원자 확산(atomic diffusion)될 수 있다. 이때, 1 금속폼 시트와 상기 제1 접합부재의 계면 및 상기 제2 금속폼 시트와 상기 제1 접합부재의 계면을 구성하는 물질들이 열처리로 인해 원자 수준에서 확산된 형태로 되므로, 제1 및 제2 금속폼 시트(101, 103) 상호 간 결합력을 상승시키게 된다.
제1 접합부재(102)는 금속 파우더 또는 브레이징 호일(brazing foil) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
적층 유닛은(U1, U2) 2 이상일 수 있다.
금속폼 스택(100)은 제1 적층 유닛(U1), 제1 적층 유닛(U1) 위에 위치하는 제2 접합부재(104), 그리고 제2 접합부재(104) 위에 위치하는 제2 적층 유닛(U2)을 포함하고, 제2 접합부재(104)는 금속 파우더, 브레이징 호일, 세라믹 본드(ceramic bond) 또는 메탈 글루(metal glue) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 금속폼 시트(101) 또는 제2 금속폼 시트(103)는 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼 또는 Cu계 금속폼 중 1 이상을 포함할 수 있다.
금속 파우더는 합금 분말이고, 약 15 중량% 이상의 니켈(Ni) 또는 약 20 중량% 이상의 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제1 금속폼 시트, 제1 금속폼 시트 위에 위치하는 제1 접합부재, 제1 접합부재 위에 위치하는 이종부재, 이종부재 위에 위치하는 제1 접합부재, 그리고 제1 접합부재 위에 위치하고, 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제2 금속폼 시트를 포함하는 적층 유닛을 1 이상 포함하는 금속폼 스택을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 제1 적층 유닛(U1), 제1 적층 유닛(U1) 위에 위치하는 제2 접합부재(104), 제2 접합부재(104) 위에 위치하는 이종부재(105), 그리고 이종부재(105) 위에 위치하는 제2 접합부재(104), 제2 접합부재(104) 위에 위치하는 제2 적층 유닛(U2)을 포함하는 금속폼 스택(100)을 제공할 수 있다.
이종부재(105)는 제1 금속폼 시트(101) 및 제2 금속폼 시트(103)와 상이한 형상 또는 소재를 가질 수 있다. 예를 들어, 이종부재(105)는 스테인레스 스틸 재질로 형성될 수 있다. 이종부재(105)는 금속폼 시트와 금속학적인 접합을 통해 열 또는 전기의 전도도를 높이기 위하여 사용될 수 있다. 이는 금속폼의 열 전달 또는 전기 전달의 목적 시 금속폼 자체로는 전도도가 높지만, 일반적인 접합(접착, 접착제 등)으로는 접합 면적이 크지 않기 때문에 전도도가 급격히 저하되기 때문이다. 또한, 이종부재(105)는 금속폼 시트의 파손이나 손상을 방지하기 위한 보호재로서의 역할을 수행할 수 있다.
금속폼 스택(100)의 적층 높이 방향 평균 인장강도는 응용 분야에 따라 다르지만 인장강도가 높을수록, 금속폼 스택(100)은 강한 외부 응력에 대한 저항력을 가질 수 있게 되고, 일정한 형상을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제1 금속폼 시트 및 제2 금속폼 시트를 준비하는 단계, 제1 금속폼 시트 및 제2 금속폼 시트 사이에 제1 접합부재를 위치시켜 1 이상의 적층 유닛을 포함하는 금속폼 스택을 형성하는 단계, 금속폼 스택에 외부압력을 인가하는 외부압력 인가 단계, 그리고 금속폼 스택을 가열하는 열처리 단계를 포함하는 금속폼 스택의 제조방법을 제공한다.
이하, 상기 전술한 내용과 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속폼 스택의 제조방법에 대하여, 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제1 금속폼 시트 및 제2 금속폼 시트를 준비하는 단계이다. 제1 금속폼 시트 또는 제2 금속폼 시트는 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, 또는 Cu계 금속폼 중 1 이상을 포함할 수 있다.
다음으로, 제1 금속폼 시트 및 제2 금속폼 시트 사이에 제1 접합부재를 위치시켜 1 이상의 적층 유닛을 포함하는 금속폼 스택을 형성하는 단계이다. 여기서, 제1 접합부재는 금속 파우더, 금속 파우더를 포함하는 슬러리, 또는 브레이징 호일(brazing foil) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
금속 파우더는 합금 분말이고, 약 15 중량% 이상의 니켈(Ni) 또는 약 20 중량% 이상의 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.
금속 파우더를 포함하는 슬러리는 접합용 슬러리이고, 접합용 슬러리의 금속 파우더는 약 30 중량% 이상의 크롬(Cr), 약 15 중량% 이상의 몰리브덴(Mo) 또는 약 3 중량% 이상의 니오븀(Nb)을 포함하는 것일 수 있다. 접합용 슬러리는 통상적인 슬러리에 비해 융점이 낮은 합금분말로서, 금속폼 시트의 접합 용도에 사용될 수 있다.
금속 파우더를 포함하는 슬러리는 금속폼 시트에 직접 도포되거나 또는 금속폼 시트를 슬러리에 담금으로써 제1 금속폼 시트 및 제2 금속폼 시트 사이에 위치시킬 수 있다. 슬러리에 포함된 금속 파우더는 금속폼 시트와 금속폼 시트 사이의 양호한 소결 접촉을 보장할 뿐만 아니라 합금화를 위하여 사용될 수 있다. 금속 파우더를 포함하는 슬러리를 위치시키기 전에, 슬러리의 금속 파우더와 바인더를 믹서에 의하여 혼합할 수 있으며, 이때, 파우더와 바인더의 용이한 혼합을 위하여 물 등과 같은 액체를 더 첨가하여 혼합할 수 있다.
다음으로, 금속폼 스택에 외부압력을 인가하는 외부압력 인가 단계는 금속폼 스택의 열처리 전에 각 층 간에 밀착시켜 열처리 후 각 층간 결합력을 향상시키기 위하여 금속폼 스택의 적어도 일면 상에 외부압력을 인가하는 단계이다.
외부압력 인가 단계는 금속폼 스택 중 최상부에 위치한 금속폼 시트의 상면에 플레이트를 배치하는 플레이트 배치 단계, 그리고 플레이트의 전 구간을 로딩할 수 있도록 플레이트 위에 로딩 부재를 배치하는 로딩 부재 배치 단계를 포함할 수 있다. 플레이트는 금속폼 시트와 접촉하는 경우, 반응성이 낮은 재질일 수 있다. 예를 들어, 플레이트는 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 또는 스테인레스 스틸(stainless steel), 세라믹 블록(Ceramic) 중 1 이상을 포함하는 재질일 수 있다. 몰리브덴(Mo) 또는 티타늄(Ti)은 반응성이 낮아 소결 시에도 접촉하는 금속폼과의 반응의 발생을 막을 수 있다. 로딩 부재는 외부압력 인가 단계에서 금속폼 스택에 외부압력을 인가할 시, 금속폼 스택의 두께가 약 5 내지 10% 범위 내에서 감소될 수 있도록, 금속폼 스택을 약 3 내지 4g/cm2의 압력으로 가압할 수 있다. 즉, 금속폼 스택의 충분한 결합 강도는 압축률이 높을수록 유리하다. 로딩 부재의 무게는 일정한 크기로 형성하고 있지만, 금속폼 스택의 압축률에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
외부압력 인가 단계 이전에, 금속폼 스택에 사전 압력(pre-press)을 인가 및 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서 사전 압력의 인가는 외부압력 인가 단계에 비하여, 상대적으로 단시간 동안 수행되는 것일 수 있고, 프레스 머신(press machine)에 의해 수행되는 것일 수 있다. 사전 압력의 인가 및 제거를 통해 열처리 단계 이후, 각 층간의 결합력을 더욱 향상 시킬 수 있다.
다음으로, 금속폼 스택을 가열하는 열처리 단계는 제1 및 제2 금속폼 시트의 사이에 위치하는 제1 접합부재를 이루는 물질이 원자 확산(atomic diffusion)하여, 제1 및 제2 금속폼 시트가 안정적으로 제1 접합부재를 통해 안정적으로 결합하도록 금속폼 스택을 가열하는 단계이다.
외부압력 인가 단계 및 열처리 단계는 동시에 수행하는 것일 수 있다. 외부 압력 인가 단계와 열처리 단계를 동시에 수행하게 되면, 각각 분리하여 수행하는 경우에 비하여, 제조된 금속폼 스택의 층 간 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
열처리 단계는 금속폼 스택에서 바인더 성분을 제거하는 디바인딩(debinding) 단계, 그리고 금속폼 스택을 소결하는 소결 단계를 포함할 수 있다.
디바인딩 단계는 약 500 내지 600℃에서 약 1 내지 2 시간 동안 수행할 수 있다. 상기 온도 범위 내에서, 효과적인 바인더의 제거를 도울 수 있다. 또한, 상기 시간 범위 내에서, 효과적인 바인더의 제거를 도울 수 있다.
소결 단계는 약 1100 내지 1300℃에서 약 1 내지 2 시간 동안 수행할 수 있다. 상기 온도 범위 내에서, 금속폼 시트, 접합부재, 또는 이종부재 간의 견고한 접합을 효과적으로 형성시킬 수 있다. 또한, 상기 시간범위 내에서, 금속폼 시트, 접합부재, 또는 이종부재 간의 견고한 접합을 효과적으로 형성시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 제1 적층 유닛 및 제2 적층 유닛을 준비 하는 단계, 제1 적층 유닛 및 제2 적층 유닛 사이에 제2 접합부재를 위치시켜 2 이상의 적층 유닛을 포함하는 금속폼 스택을 형성하는 단계, 금속폼 스택에 외부압력을 인가하는 외부압력 인가 단계, 그리고 금속폼 스택을 가열하는 열처리 단계를 포함하는 금속폼 스택의 제조방법을 제공한다.
제2 접합부재는 금속 파우더, 금속 파우더를 포함하는 슬러리, 브레이징 호일, 세라믹 본드(ceramic bond) 또는 메탈 글루(metal glue) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
금속폼 스택에 외부압력을 인가하는 외부압력 인가 단계, 그리고 금속폼 스택을 가열하는 열처리 단계에 대한 설명은 상기 언급한 내용과 동일하므로 이하 생략하도록 한다.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>- 금속폼 스택의 제조
먼저, NiCrAl 소재이고, 기공크기가 약 1200 마이크로미터인 2 장의 금속폼 시트를 준비한다. 금속폼 시트는 가로 및 세로의 길이가 약 280 mm이다. 다음으로, 하나의 금속폼 시트의 표면에 약 25g의 폴리에틸렌이민(Lupasol)과 약 1kg의 물이 혼합된 바인더 용액을 스프레이 방법으로 코팅한다. 이어서, NiCrAl의 금속 파우더를 스프레이 방법으로 코팅한다. 다음으로, 형성된 금속폼 스택에 대하여, 프레스 머신(press machine)을 이용하여 ,금속폼 스택 초기 두께의 약 20% 정도가 가압되도록 사전 압력(pre-press)을 인가한다. 다음으로, 사전 가압에서 인가되는 압력을 제거하고, 다시 일정무게를 가진 금속 플레이트(몰리브덴 또는 세라믹 블록)를 금속폼 스택 위에 올려 놓는 방법으로 압력을 가하는 동시에 1280℃에서 열처리를 수행하여 가로 및 세로의 길이가 각각 약 280 mm 인 금속폼 스택을 제조한다.
< 비교예 1>- 금속폼 스택의 제조
실시예 1에서, 사전 압력을 인가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 금속폼 스택을 제조한다.
< 비교예 2>- 금속폼 스택의 제조
실시예 1에서, 로딩 부재를 통한 압력의 인가 없이 열처리를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 금속폼 스택을 제조한다.
< 실험예 1>- 인장강도 측정
실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 금속폼 스택에 대하여, 적층방향 인장강도를 측정하기 위하여 하기와 같은 방법으로 실험을 수행한다.
실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 가로 세로 280mm 인 금속폼 스택을 가로 및 세로의 길이가 각각 약 40 mm인 크기로 밴드 톱(band saw)을 이용하여 49개의 시편을 준비한다. 잘려진 각 샘플을 UTM(universal testing machine)을 사용하여 인장강도를 약 49회 측정하고 평균 값으로 접착 강도를 기준한다.
하기 표 1을 참조하면, 사전압력을 인가하거나, 로딩부재를 통한 가압단계를 포함하는 실시예 1 경우에 비교예 1 내지 2에 비하여 우수한 평균 인장강도를 나타내고 있다.
공정조건 평균인장강도(kgf)
실시예1 사전압력 있음, 로딩부재 사용 1280 ℃ 185
비교예1 사전압력 없음, 로딩부재사용 1280 ℃ 99
비교예2 사전압력 있음
로딩부재 미사용		 1280 ℃ 28
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 금속폼 스택
101: 제1 금속폼 시트
102: 제1 접합부재
103: 제2 금속폼 시트
104: 제2 접합부재
105: 이종부재
U1, U2: 적층유닛

Claims (21)

  1. 복수개의 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제1 금속폼 시트,
    상기 제1 금속폼 시트 위에 위치하는 제1 접합부재, 그리고
    상기 제1 접합부재 위에 위치하고, 복수개의 내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제2 금속폼 시트
    를 포함하는 적층 유닛을 2 이상 포함하는 금속폼 스택이고,
    상기 금속폼 스택은 제1 적층 유닛, 상기 제1 적층 유닛 위에 위치하는 제2 접합부재, 상기 제2 접합부재 위에 위치하고 스테인레스 스틸을 포함하는 이종부재, 그리고 상기 이종부재 위에 위치하는 제2 접합부재, 상기 제2 접합부재 위에 위치하는 제2 적층 유닛을 포함하고,
    상기 제1 금속폼 시트와 상기 제1 접합부재의 계면 및 상기 제2 금속폼 시트와 상기 제1 접합부재의 계면을 구성하는 물질들이 원자 확산(atomic diffusion)되어 있으며,
    상기 이종부재는 상기 제1 금속폼 시트 및 상기 제2 금속폼 시트와 상이한 형상 또는 소재를 가지는 금속폼 스택.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 접합부재는 금속 파우더 또는 브레이징 호일(brazing foil) 중 적어도 하나를 포함하는 금속폼 스택.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 접합부재는 금속 파우더, 브레이징 호일, 세라믹 본드(ceramic bond) 또는 메탈 글루(metal glue) 중 적어도 하나를 포함하는 금속폼 스택.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 금속폼 시트 또는 제2 금속폼 시트는 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼 또는 Cu계 금속폼 중 1 이상을 포함하는 금속폼 스택.
  5. 제1항에서,
    상기 금속 파우더는 합금 분말이고, 15 중량% 이상의 니켈(Ni) 또는 20 중량% 이상의 크롬(Cr)을 포함하는 것인 금속폼 스택.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 적층 유닛을 준비하는 단계,
    제2 적층 유닛을 준비하는 단계,
    상기 제1 적층 유닛 및 상기 제2 적층 유닛 사이에 두 층의 제2 접합부재를 위치시키고 상기 두 층의 제2 접합부재 사이에 스테인레스 스틸을 포함하는 이종부재를 위치시켜 2 이상의 적층 유닛을 포함하는 금속폼 스택을 형성하는 단계,
    상기 금속폼 스택에 사전 압력(pre-press)을 인가 및 제거하는 단계,
    상기 금속폼 스택에 외부압력을 인가하는 단계, 그리고
    상기 금속폼 스택을 가열하는 열처리 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 적층 유닛을 준비하는 단계 및 상기 제2 적층 유닛을 준비하는 단계 각각은,
    내부의 셀이 상호 연결되어 있는 개방형 셀을 포함하는 제1 금속폼 시트 및 제2 금속폼 시트를 준비하는 단계,
    상기 제1 금속폼 시트 및 제2 금속폼 시트 사이에 제1 접합부재를 위치시켜 상기 적층 유닛을 형성하는 단계,
    상기 적층 유닛에 사전 압력(pre-press)을 인가 및 제거하는 단계,
    상기 적층 유닛에 외부압력을 인가하는 단계, 그리고
    상기 적층 유닛을 가열하는 열처리 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 금속폼 시트와 상기 제1 접합부재의 계면 및 상기 제2 금속폼 시트와 상기 제1 접합부재의 계면을 구성하는 물질들이 원자 확산(atomic diffusion)되어 있으며,
    상기 이종부재는 상기 제1 금속폼 시트 및 상기 제2 금속폼 시트와 상이한 형상 또는 소재를 가지는 금속폼 스택의 제조방법.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 접합부재는 금속 파우더, 금속 파우더를 포함하는 슬러리, 또는 브레이징 호일(brazing foil) 중 적어도 하나를 포함하는 금속폼 스택의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제8항에서,
    상기 제2 접합부재는 금속 파우더, 금속 파우더를 포함하는 슬러리, 브레이징 호일, 세라믹 본드(ceramic bond) 또는 메탈 글루(metal glue) 중 적어도 하나를 포함하는 금속폼 스택의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제8항에서,
    상기 금속폼 스택에 외부압력을 인가하는 단계 및 상기 금속폼 스택을 가열하는 열처리 단계를 동시에 수행하고,
    상기 적층 유닛에 외부압력을 인가하는 단계 및 상기 적층 유닛을 가열하는 열처리 단계를 동시에 수행하는 금속폼 스택의 제조방법.
  14. 제8항에서,
    상기 금속 파우더는 합금 분말이고, 15 중량% 이상의 니켈(Ni) 또는 20 중량% 이상의 크롬(Cr)을 포함하는 금속폼 스택의 제조방법.
  15. 제9항 또는 제11항에서,
    상기 금속 파우더를 포함하는 슬러리는 접합용 슬러리이고,
    상기 접합용 슬러리의 금속 파우더는 30 중량% 이상의 크롬(Cr), 15 중량% 이상의 몰리브덴(Mo) 또는 3 중량% 이상의 니오븀(Nb)을 포함하는 것인 금속폼 스택의 제조방법.
  16. 제8항에서,
    상기 제1 금속폼 시트 또는 제2 금속폼 시트는 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, 또는 Cu계 금속폼 중 1 이상을 포함하는 금속폼 스택의 제조방법.
  17. 제8항에서,
    상기 금속폼 스택에 외부압력을 인가하는 단계는,
    상기 금속폼 스택 중 최상부에 위치한 금속폼 시트의 상면에 플레이트를 배치하는 플레이트 배치 단계, 그리고
    상기 플레이트의 전 구간을 로딩할 수 있도록 상기 플레이트 위에 로딩 부재를 배치하는 로딩 부재 배치 단계
    를 포함하는 금속폼 스택의 제조방법.
  18. 제17항에서,
    상기 플레이트는 몰리브덴(Mo)티타늄(Ti), 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 세라믹 블록(ceramic) 중 1 이상을 포함하는 재질인 금속폼 스택의 제조방법.
  19. 제8항에서,
    상기 금속폼 스택을 가열하는 열처리 단계는,
    상기 금속폼 스택에서 바인더 성분을 제거하는 디바인딩(debinding) 단계, 그리고
    상기 금속폼 스택을 소결하는 소결 단계
    를 포함하는 금속폼 스택의 제조방법.
  20. 제19항에서,
    상기 디바인딩 단계는 500 내지 600℃에서 1 내지 2 시간 동안 수행하는 금속폼 스택의 제조방법.
  21. 제19항에서,
    상기 소결 단계는 1100 내지 1300℃에서 1 내지 2 시간 동안 수행하는 금속폼 스택의 제조방법.
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