KR101681532B1 - 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법 - Google Patents

3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법은, 탄화규소(SiC) 재질의 예비 성형체에 알루미늄이 함침되어 형성되는 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법으로서, 탄화규소(SiC) 재질의 예비 성형체를 제작하는 제1 단계; 하부 프레임, 상기 하부 프레임에 적층되는 적어도 하나 이상의 중간 프레임, 및 상기 중간 프레임에 적층되는 상부 프레임을 포함하는 복수의 프레임을 제작하는 제2 단계로서, 상기 복수의 프레임이 결합하여 형성되는 프레임 세트의 내부에는 상기 예비 성형체의 외형에 대응하는 형상의 수용 공간이 형성되는 것인, 제2 단계; 상기 예비 성형체를 상기 프레임 세트의 수용 공간에 수용하는 제3 단계; 상기 프레임 세트에 형성되는 적어도 하나 이상의 주입로를 통해, 상기 프레임 세트의 외부로부터 상기 수용 공간으로 용융 알루미늄을 주입하는 제4 단계; 및 상기 예비 성형체로부터 상기 프레임 세트를 탈거하는 제5 단계;를 포함한다.

Description

3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING ALUMINIUM/SILICON CARBADE COMPOSITES OF 3 DIMENSIONAL STRUCTURE}
본 발명은 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄화규소 재질의 예비 성형체에 알루미늄이 함침되어 형성되는 알루미늄 탄화 규소 복합체를 3차원 구조로 형성하는 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전력 IGBT(insulated gate bipolar mode transistor), 파워 컨트롤 칩(power control chip), 조명용 고출력 LED 등과 같은 다양한 전자부품에서 방열 문제가 매우 중요한 점으로 대두되고 있다.
종래의 방열 기판에는 열전도도가 양호한 구리를 사용하였으나, 구리는 반도체 장치에서 발생하는 열에 의한 온도 상승에 의해 팽창하고, 온도의 하강에 의해 수축하는 성질이 있어, 구리를 이용하여 방열 기판을 제조할 경우 크랙이 생기고 급기야 방열 기판이 베이스 기판으로부터 분리되어버리는 문제점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 다공성의 예비 성형체에 용융 금속이 함침되어 이루어지는 금속기지 복합재료(metal matrix composite, MMC)가 방열 기판으로 사용되고 있다. 금속기지 복합재료는 예비 성형체의 공극이 차지하는 비율 등을 통하여 금속기지의 상대적 점유율을 제어함으로써 다양한 제품 특성에 맞게 필요한 열전도율, 열팽창계수, 및 강도 등을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
특히, 금속기지 복합재료 중에 열팽창 계수가 반도체 소자와 비슷하여 방열 성능을 향상시킬 수 있는 알루미늄 탄화규소 복합체(Aluminum/Silicon Carbide Composite)가 주로 사용된다. 알루미늄 탄화규소 복합체는 반도체 소자가 실장되는 베이스 기판의 용도로 주로 사용되는 것으로, 다공성의 탄화규소재질의 예비 성형체 내부에 용융된 알루미늄이 함침되어, 경도가 높고, 반도체 소자와 열팽창 계수가 비슷하여 변형이 최소화되면서, 방열 효과를 향상시킬 수 있어 많이 사용되고 있다.
한편, 효과적인 방열이 요구되는 분야 중, 인공위성의 경우 공기가 희박한 우주에서 기존의 구리, 몰리브덴 혹은 합금등의 금속으로 방열을 해왔으나, 이에 따른 문제점은 첫째 발사 비용의 문제-구리 및 이의 합금의 경우에 비하여 알루미늄 탄화규소는 비중이 1/3 정도-를 효율적으로 절감할 수 있고, 둘째 공기가 희박한 관계로 기존의 구리등의 합금은 열팽창으로 인한 검출기의 위치가 변하는 취약점 때문에 촬영 시간의 제한이 있었다. 이에 비하여 알루미늄 탄화규소 재료는 반도체와 비슷한 열팽창 계수를 가지고 있는 장점으로 인하여 인공위성의 촬영 시간을 획기적으로 늘릴 수 있다는 것이다. 이러한 방열 효율등을 감안할 때, 지금까지 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소를 제작하는 기술은 존재하지 않았다.
본 발명은 알루미늄 탄화규소의 3차원 복합체 구조를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법은, 탄화규소(SiC) 재질의 예비 성형체에 알루미늄이 함침되어 형성되는 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법으로서, 탄화규소(SiC) 재질의 예비 성형체를 제작하는 제1 단계; 하부 프레임, 상기 하부 프레임에 적층되는 적어도 하나 이상의 중간 프레임, 및 상기 중간 프레임에 적층되는 상부 프레임을 포함하는 복수의 프레임을 제작하는 제2 단계로서, 상기 복수의 프레임이 결합하여 형성되는 프레임 세트의 내부에는 상기 예비 성형체의 외형에 대응하는 형상의 수용 공간이 형성되는 것인, 제2 단계; 상기 예비 성형체를 상기 프레임 세트의 수용 공간에 수용하는 제3 단계; 상기 프레임 세트에 형성되는 적어도 하나 이상의 주입로를 통해, 상기 프레임 세트의 외부로부터 상기 수용 공간으로 용융 알루미늄을 주입하는 제4 단계; 및 상기 예비 성형체로부터 상기 프레임 세트를 탈거하는 제5 단계;를 포함한다.
또한, 상기 제3 단계 및 제4 단계 사이에, 상기 프레임 세트를 예열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제4 단계 및 제5 단계 사이에, 상기 프레임 세트를 상기 복수의 프레임의 적층 방향으로 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 단계는 예비 성형체를 3차원 형상으로 제작할 수 있다.
또한, 상기 제2 단계는, 상기 하부 프레임 및 상기 상부 프레임은 각각 플레이트 형상으로 제작하고, 상기 중간 프레임은 중간 프레임의 내측에 특정 형상의 패턴이 형성되되, 상기 패턴 형상이 해당 중간 프레임의 적층 높이에 대응하는 위치의 상기 예비 성형체의 외주면의 형상과 대응하도록 중간 프레임을 제작할 수 있다.
또한, 상기 제3 단계는, 상기 하부 프레임 상에 상기 예비 성형체를 배치하는 단계; 상기 예비 성형체의 외주를 포위하도록 적어도 하나 이상의 중간 프레임을 적층하는 단계; 및 상기 중간 프레임 상에 상기 상부 프레임을 적층하는 단계;를 포함하고, 상기 중간 프레임 및 상기 상부 프레임은 상기 하부 프레임으로부터 수직으로 돌출된 적어도 하나 이상의 가이드 봉에 대응하는 위치에 가이드 홀이 형성되고, 상기 중간 프레임 및 상기 상부 프레임은 각각의 가이드 홀이 상기 하부 프레임의 가이드 봉에 관통되도록 상기 하부 프레임 상에 순차적으로 적층될 수 있다.
또한, 상기 하부 프레임 상에 예비 성형체를 배치하기 전에, 상기 하부 프레임 상에 적어도 하나 이상의 상기 중간 프레임을 적층할 수 있다.
또한, 상기 프레임 세트를 550℃ 이상 620℃ 이하로 예열할 수 있다.
또한, 상기 제4 단계는, 상기 용융 알루미늄을 600℃ 이상 700℃ 이하로 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프레임 세트를 0.5톤/㎠의 압력으로 가압할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 탄화수소 복합체의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2a는 본 발명에 사용되는 예비 성형체의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 예비 성형체의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 복수의 프레임이 적층되는 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 프레임 세트의 수용 공간에 예비 성형체가 수용된 구조를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 프레임 세트의 측단면도이다.
도 6은 함침 이후 밴드쏘를 이용하여 프레임 세트를 잉곳에서 분리하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 7은 함침 완성된 제품에서 프레임 세트를 탈거하는 공정을 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 뒤에 설명이 되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐를 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 뒤에 설명되는 용어들은 본 발명에서의 구조, 역할 및 기능 등을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 오로지 특허청구범위에 기재된 청구항의 범주에 의하여 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 탄화수소 복합체의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 이하에서는 첨부한 도면을 참조하며, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 탄화규소 복합체의 제조 방법은, 제1 단계(S100)로서, 탄화규소(SiC) 재질의 예비 성형체(200)를 제작한다. 예비 성형체(200)는 알루미늄 탄화규소 복합체(100)가 사용되는 용도에 따라 원하는 형상으로 제작한다. 이때, 탄화규소(SiC) 재질은 일반적으로 35%의 공극을 갖는 재료로서, 후술하는 공정을 거쳐 공극에 알루미늄이 함침되어 형성된, 알루미늄 탄화규소 복합체(100)로 최종 제작되며, 이는 앞서 설명한 방열 기판으로 사용된다. 본 발명의 제1 단계(S100)에서의 특징은 예비 성형체(200)를 3차원 형상으로 제작하는 것이다. 도 2a는 본 발명에 사용되는 예비 성형체(200)의 일례를 나타낸 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 예비 성형체(200)의 분해 사시도이다. 예컨대, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 예비 성형체(200)는 수평 구조물(230)과 이 수평 구조물(230)에 결합되는 수직 구조물(210)을 가공하고, 수평 및 수직 구조물을 조립함으로써 3차원 구조로 형성할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 3차원 형상의 예비 성형체(200)의 예시로서, 수평 구조물과 수직 구조물이 결합된 도 2a의 수직 조립체를 들어 설명한다. 당연히, 단순 평면 형상이 아닌 3차원의 형상을 갖는 구조물이라면 본 발명에서 설명하는 예비 성형체(200)의 3차원 형상에 포함된다고 할 것이다.
다음, 제2 단계(S200)로서, 하부 프레임(310), 하부 프레임(310)에 적층되는 적어도 하나 이상의 중간 프레임(330), 및 중간 프레임(330)에 적층되는 상부 프레임(350)을 포함하는 복수의 프레임을 제작한다. 도 3은 본 발명의 복수의 프레임이 적층되는 메커니즘을 설명하기 위한 개념도이다. 도시된 바와 같이, 복수의 프레임은 예비 성형체(200)가 수납되는 틀 형태로 구비되며, 본 발명에서는 복수의 프레임이 결합되어 이루는 구조체를 프레임 세트로 정의한다. 이때, 복수의 프레임으로는 철제 프레임을 채용할 수 있다.
각각의 프레임에 대하여 구체적으로 설명하면, 먼저, 하부 프레임(310)과 상부 프레임(350)은 프레임 세트의 최하부와 최상부가 되는 구성으로서, 폭과 너비가 두께보다 큰 플레이트 형상으로 제작될 수 있다. 평면 형상은 다각형, 예컨대 사각 형상으로 될 수 있으며, 특히, 하부 프레임(310)은 예비 성형체(200)를 하단에서 지지하는 구성이고, 상부 프레임(350)은 예비 성형체(200)의 상단을 커버하는 구성이므로, 이들 프레임의 폭과 너비의 사이즈는 예비 성형체(200)보다 큰 것이 바람직하다. 추가로, 하부 프레임(310)과 상부 프레임(350) 각각은 하나의 단일 플레이트로 구성될 수도 있지만, 소정의 두께를 형성하도록 2 이상의 플레이트가 결합하여 구성될 수도 있다.
한편, 중간 프레임(330)은 하부 프레임(310)에 적층되어 하부 프레임(310)과 상부 프레임(350) 사이에 개재되는 구성으로서, 본 발명의 프레임 세트는 적어도 하나 이상의 중간 프레임(330)을 포함한다. 중간 프레임(330) 역시 폭과 너비가 두께보다 큰 플레이트 형상이나, 전술한 하부 프레임(310)이나 상부 프레임(350)과 달리, 각각의 중간 프레임(330)의 내부에는 특정한 형상의 공간(패턴)이 형성되어 있다. 뒤에 자세히 설명하는 바와 같이, 복수의 프레임은 본 발명의 제조 공정 진행 중에 예비 성형체(200)를 둘러싸는 구성으로서, 하부 프레임(310)은 그 상면에서 예비 성형체(200)의 하부를 지지하고, 중간 프레임(330)은 하부 프레임(310)에 순차적으로 적층되는 과정에서 중간 프레임(330)의 내부에 형성된 공간을 통해 예비 성형체(200)의 외주면(옆면)을 둘러싼다. 그리고, 예비 성형체(200)의 옆면이 중간 프레임(330)에 모두 포위되면, 최종적으로 상부 프레임(350)이 예비 성형체(200)의 상부를 덮는다. 이렇게 하여, 예비 성형체(200)는 하부 프레임(310), 복수의 중간 프레임(330) 및 상부 프레임(350)에 의해 그 전면이 포위되는데, 특히, 복수의 중간 프레임(330)이 적층되면서, 중간 프레임(330) 각각에 형성된 공간이 프레임 세트 내에 3차원 형상의 공간을 이루게 되고, 이 공간은 중간 프레임(330)의 제작시에 예비 성형체(200)의 형상에 대응하도록 설계된 것이다. 이러한 3차원 형상의 공간을 수용 공간(400)으로 정의한다.
전술한 바와 같이, 수용 공간(400)은 하부 프레임(310)에 결합하는 최하단의 중간 프레임(이하, 제1 중간 프레임)으로부터 상부 프레임(350)에 결합하는 최상단의 중간 프레임(이하, 제n 중간 프레임)에 이르는 복수의 중간 프레임(330) 각각의 내부에 형성된 패턴의 집합에 의해 형성된다. 이때, 각각의 중간 프레임(330)은 예비 성형체(200)의 형상에 따라, 동일한 형상의 패턴을 구비할 수도 있고, 서로 다른 형태의 패턴을 가질 수도 있다. 그리고, 각 중간 프레임(330)의 패턴 형상은 해당 중간 프레임(330)의 적층 높이에 대응하는 위치의 예비 성형체(200)의 외주면의 형상에 의해 결정된다. 도 4는 본 발명에 따른 프레임 세트의 수용 공간(400)에 예비 성형체(200)가 수용된 구조를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 프레임 세트의 측단면도이다. 이들 도면을 참조하면, 하부 프레임(310)에 대한 제1 중간 프레임(331)의 적층 높이는 하부 프레임(310)에 대한 예비 성형체(200)의 수평 구조물 높이에 대응하므로, 제1 중간 프레임(331)에는 예비 성형체(200)의 수평 구조물(230)의 일부에 대응하는 형상의 패턴이 형성되어 있다. 그리고, 하부 프레임(310)에 대한 제2 중간 프레임(332)의 적층 높이는 여전히 하부 프레임(310)에 대한 예비 성형체(200)의 수평 구조물 높이에 대응하므로, 제2 중간 프레임(332)에는 예비 성형체(200)의 수평 구조물(230)의 일부에 대응하는 형상의 패턴이 형성되어 있다. 한편, 하부 프레임(310)에 대한 제3 중간 프레임(333)의 적층 높이는 하부 프레임(310)에 대한 예비 성형체(200)의 수직 구조물(210)이 수평 구조물(230)에 결합하는 위치에 대응하므로, 제3 중간 프레임(333)에는 예비 성형체(200)의 수평 구조물과 수직 구조물에 대응하는 형상의 패턴이 형성되어 있다. 그리고, 하부 프레임(310)에 대한 제4 중간 프레임(334)의 적층 높이는 여전히 하부 프레임(310)에 대한 예비 성형체(200)의 수직 구조물이 수평 구조물에 결합하는 위치에 대응하므로, 제4 중간 프레임에는 예비 성형체(200)의 수평 구조물과 수직 구조물에 대응하는 형상의 패턴이 형성되어 있다. 한편, 하부 프레임(310)에 대한 제5 중간 프레임(335)의 적층 높이는 하부 프레임(310)에 대한 예비 성형체(200)의 수평 구조물(230) 높이에 대응하게 되었으므로, 제5 중간 프레임(335)에는 예비 성형체(200)의 수평 구조물(230)의 일부에 대응하는 형상의 패턴이 형성된다. 그리고, 하부 프레임(310)에 대한 제6 중간 프레임(336)의 적층 높이는 여전히 하부 프레임(310)에 대한 예비 성형체(200)의 수평 구조물(230) 높이에 대응하므로, 제6 중간 프레임에는 예비 성형체(200)의 수평 구조물(230)의 일부에 대응하는 형상의 패턴이 형성되어 있다. 상기 도면에서는 하나의 하부 프레임(310), 6개의 중간 프레임(331~336) 및 하나의 상부 프레임(350)으로 프레임 세트를 제작한 실시예를 예로서 설명하였으나, 하부 프레임(310)과 상부 프레임(350)은 소정의 두께를 형성하도록 2개 이상이 적층되는 것도 가능하고, 중간 프레임(330)은 그 두께에 따라 예비 성형체(200)를 포위하기 위한 필요 수량이 가변적이다.
다음, 제3 단계(S300)로서, 예비 성형체(200)를 프레임 세트의 수용 공간(400)에 수용한다. 다시 말해, 예비 성형체(200)가 하부 프레임(310) 및 상부 프레임(350)의 사이에 배치되고, 예비 성형체(200)의 외주면이 중간 프레임(330)에 의해 둘러싸이도록, 예비 성형체(200)를 수용 공간(400)에 수용하는 단계이다. 예비 성형체(200)의 수용은 기본적으로 중간 프레임(330)을 순차적으로 적층하면서 이루어진다. 도 3 및 도 4를 참조하여, 제3 단계의 수용 단계를 보다 구체적으로 설명하면,
(i) 하부 프레임(310) 상에 예비 성형체(200)를 배치하는 단계,
(ii) 예비 성형체(200)의 외주를 포위하도록 적어도 하나 이상의 중간 프레임(330)을 적층하는 단계,
(iii) 중간 프레임(330) 상에 상부 프레임(350)을 적층하는 단계
를 포함하여 구성된다.
구체적으로 설명하면, 먼저, (i) 하부 프레임(310) 상에 예비 성형체(200)를 배치한다. 하부 프레임(310)은 도시된 바와 같이 상면이 평평한 다각형의 플레이트로 이루어질 수 있고, 예비 성형체(200)를 하방에서 지지한다. 다만, 예비 성형체(200)의 형상에 따라, 하부 프레임(310) 상에 예비 성형체(200)를 먼저 배치하기 전에, 하부 프레임(310) 상에 적어도 하나 이상의 중간 프레임(330)을 먼저 적층한 후, 중간 프레임(330)의 패턴을 통해 하부 프레임(310)에 예비 성형체(200)를 배치하는 것이 예비 성형체(200)의 지지 안정도 측면에서 바람직한 경우도 있으므로, 하부 프레임(310)에 적어도 하나 이상의 중간 프레임(330)을 적층한 후 예비 성형체(200)를 배치하는 것도 가능하다. 이후, (ii) 예비 성형체(200)의 외주를 포위하도록 적어도 하나 이상의 중간 프레임(330)을 적층하고, 중간 프레임(330)에 의하여 예비 성형체(200)의 외주면(옆면)이 모두 포위되면, (iii) 중간 프레임(330) 상에 상부 프레임(350)을 적층하여 예비 성형체(200)의 상부를 덮는다. 이렇게 하여, 예비 성형체(200)는 하부 프레임(310), 복수의 중간 프레임(330) 및 상부 프레임(350)에 의해 그 전면이 포위된다.
이때, 하부 프레임(310)에는 도시된 바와 같이, 예컨대 프레임 외측의 모서리를 따라 적어도 하나 이상의 가이드 홀(530)이 하부 프레임(310)에 수직하게 설치될 수 있다. 그리고, 중간 프레임(330) 및 상부 프레임(350)에는 하부 프레임(310)의 가이드 봉(510)에 대응하는 위치에 가이드 홀(530)이 형성될 수 있다. 가이드 봉(510)과 가이드 홀(530)은 미리 제작된 복수의 프레임이 그 적층 과정에서 초기 설계 구조대로 정확하게 얼라인먼트될 수 있도록 각각의 프레임을 가이드하기 위한 구성이다. 중간 프레임(330)과 상부 프레임(350)은 직하방의 프레임 상에 적층되는 과정에서, 가이드 홀(530)이 가이드 봉(510)에 관통되면서 적층된다.
한편, 본 발명에 따른 프레임 세트에는 적어도 하나 이상의 주입로(370)를 구비한다. 주입로(370)는 프레임 세트의 외부와 프레임 세트의 내부에 형성된 수용 공간(400)을 연통시키는 통로이고, 주입로(370)를 통해 후술하는 용융 알루미늄이 수용 공간(400)에 공급된다. 도 3에 도시된 바와 같이 주입로(370)는 중간 프레임(330)의 패턴으로부터 연장될 수 있다.
다음, 제3 단계와 후술하는 제4 단계 사이에, 프레임 세트를 예열하는 단계(S400)를 더 포함할 수 있다. 프레임 세트의 예열은 후술하는 용융 알루미늄이 프레임 세트 내의 수납 공간에 용이하게 유입되도록 하기 위함이다. 즉, 제4 단계에서 주입로(370)를 통해 용융 알루미늄을 수납 공간에 공급시에, 프레임 세트와 용융 알루미늄의 온도 차이가 크면 용융 알루미늄이 주입로(370)에서 고화되어 버려, 주입이 용이하게 이루어지지 않는다. 이에 따라, 예비 성형체(200)가 프레임 세트 내의 수납 공간에 수납된 후, 용융 알루미늄을 수납 공간에 주입하기 이전에, 예열기로 프레임 세트를 예열함으로써, 용융 알루미늄의 주입을 용이하게 한다. 이때, 예열 온도는 550℃ 이상 620℃ 이하로 하는 것이 좋다.
다음, 제4 단계(S500)로서, 프레임 세트에 형성되는 주입로(370)를 통해, 프레임 세트의 외부로부터 수용 공간(400)으로 용융 알루미늄을 주입한다. 이때, 알루미늄을 융점 이상의 온도, 예컨대, 600℃ 이상 700℃ 이하로 가열하는 것이 좋다. 프레임 세트 내의 수용 공간(400)에 고온의 용융 알루미늄이 공급되면, 수용 공간(400)에 수용된 예비 성형체(200)의 공극 내부로 용융 알루미늄이 함침되어, 알루미늄 탄화 규소 복합체(100)가 생성된다.
다음, 제4 단계와 후술하는 제5 단계 사이에, 프레임 세트를 복수의 프레임의 적층 방향으로 가압하는 단계(S600)를 더 포함할 수 있다. 도 5에서는 복수의 프레임이 지면으로부터 상방을 향해 적층되고 있는바, 프레임 세트를 상하 방향으로 가압하며, 0.5톤/㎠의 중량으로 프레임 세트를 가압하는 것이 좋다.
다음, 제5 단계(S700)로서, 예비 성형체(200)로부터 프레임 세트를 탈거한다. 탈거 공정은 외부로부터 프레임 세트에 물리력을 가하여, 프레임 세트를 복수의 프레임으로 분리함으로써, 예비 성형체(200)를 얻는다. 예컨대, 상부 프레임(350)을 프레임 세트로부터 탈거하고, 이후 중간 프레임(330)을 순차적으로 탈거할 수 있으며, 망치 등의 타격 도구와 쐐기를 이용하여 프레임과 프레임 사이에 형성된 틈을 벌려 프레임을 탈거하는 방법을 채용할 수 있다.
이와 같이, 제1 단계 내지 제5 단계를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법에 따르면, 3차원 구조를 갖는 알루미늄 탄화규소 복합체를 간단한 방법으로 용이하게 제작 가능한 효과가 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
100: 알루미늄 탄화규소 복합체 200: 예비 성형체
310: 하부 프레임 330: 중간 프레임
350: 상부 프레임 370: 주입로
400: 수용 공간 510: 가이드 봉
530: 가이드 홀

Claims (10)

  1. 탄화규소(SiC) 재질의 예비 성형체에 알루미늄이 함침되어 형성되는 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법으로서,
    탄화규소(SiC) 재질의 예비 성형체를 제작하는 제1 단계;
    하부 프레임, 상기 하부 프레임에 적층되는 적어도 하나 이상의 중간 프레임, 및 상기 중간 프레임에 적층되는 상부 프레임을 포함하는 복수의 프레임을 제작하는 제2 단계로서, 상기 복수의 프레임이 결합하여 형성되는 프레임 세트의 내부에는 상기 예비 성형체의 외형에 대응하는 형상의 수용 공간이 형성되는 것인, 제2 단계;
    상기 예비 성형체를 상기 프레임 세트의 수용 공간에 수용하는 제3 단계;
    상기 프레임 세트에 형성되는 적어도 하나 이상의 주입로를 통해, 상기 프레임 세트의 외부로부터 상기 수용 공간으로 용융 알루미늄을 주입하는 제4 단계; 및
    상기 예비 성형체로부터 상기 프레임 세트를 탈거하는 제5 단계;
    를 포함하고,
    상기 제3 단계는,
    상기 하부 프레임 상에 상기 예비 성형체를 배치하는 단계;
    상기 예비 성형체의 외주를 포위하도록 적어도 하나 이상의 중간 프레임을 적층하는 단계; 및
    상기 중간 프레임 상에 상기 상부 프레임을 적층하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 중간 프레임 및 상기 상부 프레임은 상기 하부 프레임으로부터 수직으로 돌출된 적어도 하나 이상의 가이드 봉에 대응하는 위치에 가이드 홀이 형성되고, 상기 중간 프레임 및 상기 상부 프레임은 각각의 가이드 홀이 상기 하부 프레임의 가이드 봉에 관통되도록 상기 하부 프레임 상에 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 단계 및 제4 단계 사이에, 상기 프레임 세트를 예열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법.
  3. 상기 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계 및 제5 단계 사이에, 상기 프레임 세트를 상기 복수의 프레임의 적층 방향으로 가압하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계는 예비 성형체를 3차원의 형상으로 제작하는 것을 특징으로 하는, 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계는,
    상기 하부 프레임 및 상기 상부 프레임은 각각 플레이트 형상으로 제작하고,
    상기 중간 프레임은 중간 프레임의 내측에 특정 형상의 패턴이 형성되되, 상기 패턴 형상이 해당 중간 프레임의 적층 높이에 대응하는 위치의 상기 예비 성형체의 외주면의 형상과 대응하도록 중간 프레임을 제작하는 것인,
    3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하부 프레임 상에 예비 성형체를 배치하기 전에, 상기 하부 프레임 상에 적어도 하나 이상의 상기 중간 프레임을 적층하는 것인, 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 프레임 세트를 550℃ 이상 620℃ 이하로 예열하는 것인, 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계는, 상기 용융 알루미늄을 600℃ 이상 700℃ 이하로 가열하는 단계를 더 포함하는 것인, 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 프레임 세트를 0.5톤/㎠의 압력으로 가압하는 것인, 3차원 구조의 알루미늄 탄화규소 복합체 제조 방법.
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