KR101753670B1 - 비정질 소재 제조 장치 - Google Patents

Abstract

보다 간단한 구조로 금속 박판 리본을 용이하게 생산할 수 있도록, 내부에 용탕이 수용되는 용탕부, 용탕부의 용탕 상부에 배치되는 회전체, 상기 회전체에 연결되어 회전체를 회전시키는 구동부, 및 상기 회전체에 설치되어 외측으로 연장되고 회전체의 회전에 따라 상기 용탕을 지나며 표면에 용탕을 묻혀 외부로 비산시키는 날개를 포함하는 비정질 소재 제조 장치를 제공한다.

Description

비정질 소재 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING AMORPHOUS FIBER}

비정질 소재를 제조하기 위한 제조 장치를 개시한다.

일반적으로, 비결정질 합금(이하 비정질 합금이라 한다)은 금속을 용융상태에서 급속 냉각시켜 제조된다. 이에 비정질 합금은 원자가 규칙적으로 배열하여 결정화할 시간이 없이 액상의 무질서한 원자배열 상태를 고체에서까지 유지시키게 된다.

비정질 합금은 통상적인 결정질 합금과는 달리 원자들이 불규칙하게 배열함으로써 결정성을 갖지 않는 액상과 유사한 구조를 지닌다. 따라서 비정질 합금은 결정질 합금의 특징인 결정입계(grain boundary), 전위(dislocation) 등과 같은 결정결함(crystalline imperfection)이 존재하지 않으며, 같은 조성의 결정질 금속에 비하여 우수한 연자성, 초자왜, 강인성, 내식성, 초전도성 등의 우수한 특성을 갖는다.

이러한 비정질 합금 제조 방법으로서는 다이캐스팅/영구주형주조법(die casting/permanent mold casting)과 멜트 스피닝법(melt spinning)이 주로 이용되고 있다. 멜트 스피닝법을 위한 제조 장치는 용융된 합금을 수용하는 턴디쉬와, 상기 턴디쉬의 하부 일측에 장착되어 용탕을 배출하는 노즐과, 상기 노즐의 하부에 근접 설치되어 회전하는 냉각휠로 구성된다.

이에 턴디쉬 내의 용탕이 노즐을 통해 회전하는 상기 냉각휠의 원주면에 배출되면서 급속으로 냉각되어, 비정질 상태를 유지하는 일정폭 및 두께를 가지는 스트립 또는 리본으로 제조된다.

종래 멜트 스피팅공정을 통해 비정질 리본을 제조하기 위해서는 언급한 바와 같이, 턴디쉬, 스토퍼, 탕도, 노즐, 냉각롤 등 많은 공정장치를 필요로 한다. 또한, 롤과 노즐 간격의 정밀 제어, 냉각롤 회전 진동의 최소화 등 높은 장치 투자와 정밀 제어를위한 높은 기술력을 필요로 한다.

또한, 종래 공정을 통해 제조된 박판의 리본은 끊어지지 않고 연속적으로 제조되므로, 전자제품의 코어나 변압기 등에 적용하기에는 적합하나, 강화제로 사용될 수 있도록 파이버 형태로 제조하기 위해서는 추가적인 절단 작업이 요구된다.

또한, 분위기 제어가 필요한 금속, 예를 들어, 대기에서 산화 등 반응하기 쉰운 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 등의 합금게에는 적용이 불가능한 문제가 있다.

보다 간단한 구조로 금속 박판 리본을 용이하게 생산할 수 있도록 된 비정질 소재 제조 장치를 제공한다.

본 구현예의 제조장치는, 내부에 용탕이 수용되는 용탕부, 용탕부의 용탕 상부에 배치되는 회전체, 상기 회전체에 연결되어 회전체를 회전시키는 구동부, 및 상기 회전체에 설치되어 외측으로 연장되고 회전체의 회전에 따라 상기 용탕을 지나며 표면에 용탕을 묻혀 외부로 비산시키는 날개를 포함할 수 있다.

상기 회전체는 원통형태로 이루어지고, 상기 날개는 회전체의 외주면을 따라 적어도 하나 이상 간격을 두고 형성된 구조일 수 있다.

상기 날개는 회전체의 축방향을 따라 연장된 판 형태의 구조로 이루어질 수 있다.

상기 날개는 선형 구조로 이루어질 수 있다.

상기 날개는 원호형태로 만곡된 구조일 수 있다.

상기 제조장치는 상기 날개에서 분리되어 비산되는 금속 리본의 낙하 위치에 배치되어 금속 리본을 수거하는 수집호퍼를 더 포함할 수 있다.

상기 제조장치는 상기 구동부를 제어작동하여 상기 회전체의 회전 속도를 조절하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

상기 용탕부를 덮어 외부 공기와 용탕의 접촉을 차단하는 덮개를 더 포함할 수 있다.

상기 용탕부에 연결되어 용탕을 공급하는 용탕공급부를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 본 구현예에 의하면, 장치의 구성을 매우 단순화시킬 수 있게 된다.

또한, 종래와 같이 진동이나 정밀한 간격 제어 등의 요구 조건이 높지 않아 제조가 용이하며, 제조 비용을 월등히 낮출 수 있게 된다.

또한, 설비 구성의 교체없이 공정 조건의 최적화만으로 다양한 형상의 제품을 제조할 수 있게 된다.

또한, 소재를 끊어진 형태로 제조가 가능하여 화이버 형태의 소재 제조에 용이하다.

또한, 터디쉬에 덮개를 설치하는 것을 보다 간단히 대기중 산화, 질화 반응을 최소화할 수 잇다. 다양한 합금에 대한 비정질 소재 제조가 가능하게 된다.

또한, 연속생산이 가능하여 제조 원가 절감의 효과가 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 비정질 소재 제조장치의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 비정질 소재 제조장치의 날개 구조를 도시한 개략적인 도면이다.
도 3은 또다른 실시예에 따른 비정질 소재 제조장치의 날개 구조를 도시한 개략적인 도면이다.

이하에서 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.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

이하 설명은 고온의 금속 용탕으로 비정질 금속 리본을 제조하는 공정을 예로서 설명한다. 본 장치는 비정질 합금 제조용으로 한정되지 않으며 폴리머 등의 소재를 포함한 다양한 소재의 제조에 모두 적용 가능하다.

도 1은 본 실시예에 따른 비정질 소재 제조장치의 구성을 개략적으로 도시하고 있으며, 도 2는 본 실시예에 따른 비정질 소재 제조장치의 날개 구조를 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 비정질 소재 제조 장치는, 내부에 용탕이 수용되는 용탕부(10), 용탕부(10)의 용탕 상부에 배치되는 회전체(20), 상기 회전체(20)에 연결되어 회전체(20)를 회전시키는 구동부(30), 및 상기 회전체(20)에 설치되어 외측으로 연장되고 회전체(20)의 회전에 따라 상기 용탕을 지나며 표면에 용탕을 묻혀 외부로 비산시키는 날개(22)를 포함한다.

또한, 본 실시예의 제조장치는 상기 날개(22)에서 분리되어 비산되는 금속 리본의 낙하 위치에 배치되어 금속 리본을 수거하는 수집호퍼(60)를 더 포함할 수 있다.

이에, 회전체(20)가 회전되면 회전체(20)에 설치된 날개(22)가 용탕(R)에 담겨지면서 날개(22) 표면에 용탕이 묻게 되고, 날개(22)에 묻은 용탕은 회전체(20) 회전에 따른 원심력에 의해 날개(22)에서 외측으로 비산되면서 이 과정에서 급속 냉각되어 비정질 금속 리본(P)으로 제조된다. 제조된 금속 리본(P)은 수집호퍼(60)로 떨어져 용이하게 수거된다.

상기 용탕부(10)는 내부에 용탕(R)이 수용되며, 용탕의 온도를 계속 유지할 수 있도록 용탕을 보온하는 구조로 되어 있다. 본 실시예에서 상기 용탕부(10)는 깊이가 비교적 얕고 표면적은 넓은 구조로 되어 있다. 이에 용탕부(10)에 수용되는 용탕의 수위를 낮춰, 용탕의 온도 유지에 보다 유리한 잇점을 얻을 수 있다. 상기 용탕부(10)는 내부에 수용되는 용탕(R)에 상기 회전체(20)의 날개(22)가 들어가, 날개(22)에 용탕이 묻을 수 있는 정도면 충분하다.

상기 용탕부(10)의 상부에는 용탕(R)이 대기와 접촉되어 산화되는 것을 방지할 수 있도록 덮개(12)가 더 설치될 수 있다. 상기 덮개(12)는 용탕부(10) 내부 용탕을 외부와 차단할 수 있으면 그 형태나 크기에 있어서 다양하게 변형가능하다.

또한, 본 장치는 상기 용탕부(10)로 용탕을 공급하는 용탕공급부(50)를 더 포함할 수 있다. 상기 용탕공급부(50)는 예를 들어 상기 덮개를 지나 용탕부(10) 내부로 연결되어 용탕부(10)에 용탕을 연속적으로 공급할 수 있다. 이에, 본 장치는 용탕공급부(50)로부터 용탕부(10)에 용탕을 계속 공급하여, 제품의 연속 생산이 가능하게 된다. 이와 같은 연속 생산 공정을 통해 제품의 제조 원가를 보다 더 낮출 수 있게 된다.

본 실시예에서 상기 회전체(20)는 원통형태로 이루어질 수 있다. 상기 회전체(20)는 용탕부(10) 상부에서 용탕 수면으로부터 충분히 이격되어 용탕(R)과 접촉되지 않는 위치에 배치될 수 있다.

상기 구동부(30)는 회전체(20)를 회전시킬 수 있으면 다양하게 변형가능하며, 예를 들어, 회전체(20)의 축에 연결되어 회전체(20)를 회전시키는 구동모터를 포함할 수 있다.

이에, 구동모터의 작동에 따라 회전체(20)가 일방향으로 고속 회전하고, 회전체(20)에 설치된 날개(22)가 용탕을 외부로 비산시켜 금속 리본을 제조하게 된다.

상기 날개(22)는 용탕을 묻혀 외부로 분리시키기 위한 것으로, 회전체(20)의 외주면을 따라 적어도 하나 이상 간격을 두고 형성된다.

상기 날개(22)는 회전체(20)에서 외측으로 돌출 형성된다. 본 실시예에서 상기 날개(22)는 회전체(20)의 축방향을 따라 연장된 판 형태의 구조로 이루어질 수 있다. 이에, 용탕(R)은 판 형태의 날개(22) 전면에 묻혀져 날개(22) 선단을 통해 분리됨으로써, 비교적 넓은 형태의 금속 리본(P)을 제조할 수 있다.

또한, 상기 날개(22)는 회전체(20)의 축방향으로 원호형태로 만곡된 구조일 수 있다.

이에, 회전체(20) 회전에 따라 날개(22)가 용탕부(10)의 용탕 속으로 들어갈 때, 원호형태로 만곡된 날개(22)가 보다 부드럽게 용탕속으로 진입되어 용탕과의 충돌을 최소화할 수 있게 된다.

상기한 구조 외에, 도 3은 날개(22)의 또다른 실시예를 도시하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 날개(22)는 길게 연장된 바 형태의 선형구조로 이루어질 수 있다. 상기 날개(22)는 회전체(20)의 표면에 축방향을 따라 간격을 두고 복수개가 배열 설치될 수 있다. 상기 날개(22)의 직경이나 단면 형태는 다양하게 변형가능하다. 이에, 용탕은 선형 날개(22)에 묻혀져 날개(22) 끝을 통해 분리됨으로써, 비교적 가늘고 긴 형태의 금속 리본(P)을 제조할 수 있다.

상기 회전체(20)에 설치되는 날개(22)는 위에서 언급한 구조에 한정되지 않으며, 원하는 금속 리본의 형태나 길이 등에 따라 다양하게 변형가능하다.

또한, 상기 제조장치는 상기 구동부(30)를 제어작동하여 상기 회전체(20)의 회전 속도를 조절하는 컨트롤러(40)를 더 포함할 수 있다. 상기 구동부(30)의 작동에 따라 회전체(20)가 고속회전하면 날개(22)에 묻은 일정량의 용탕이 원심력에 의해 날개(22)에서 외측으로 떨어져나가 비행을 하게 된다. 회전체(20)의 회전속도에 따라 원심력이 변하면서 날개(22)에서 떨어져나가는 용탕의 양과 길이 등의 형태가 가변된다. 이에 상기 컨트롤러(40)는 구동부(30)를 제어하여 회전체(20)의 속도를 조절함으로써, 제조되는 금속 리본(P)의 두께나 길이 등을 조절할 수 있게 된다.

이하, 본 장치의 작용에 대해 설명한다.

용탕부(10) 내부로 용탕을 공급하고, 본 장치의 구동부(30)가 제어 작동되면 회전체(20)가 고속으로 회전된다. 이에, 용탕부(10)에 수용된 용탕은 회전체(20)에 설치된 날개(22)에 묻어 원심력 의해 날개(22)에서 떨어져나감으로써, 금속 리본으로 제조된다.

날개(22)는 회전체(20)의 회전에 따라 용탕부(10)의 용탕으로 들어가 용탕을 묻힌 후 용탕 외부로 나오게 되며, 용탕 외부에서 날개(22)에 묻은 용탕은 원심력에 의해 날개(22)에서 일정량이 떨어져나가 외부로 비행하게 된다. 날개(22)에서 분리된 용탕은 넓은 표면적으로 이루면서 비행하는 과정에서 대기와 접촉하여 급속히 냉각된다. 이 과정을 통해 박판의 금속 리본이 제조된다. 이러한 과정은 회전체(20)가 계속 회전되면서 연속적으로 이루어진다. 이에 연속적으로 일정 길이의 금속 리본을 제조할 수 있게 된다. 날개(22)의 표면적은 일정하므로, 날개(22)에 묻혀져 원심력에 의해 분리되어 제조되는 금속 리본은 일정한 두께와 길이를 가지며, 절단된 형태로 제조된다. 따라서, 본 장치를 통해 박판의 절단된 비정질 금속 리본 제조가 가능하게 된다. 컨트롤러(40)의 제어를 통해 회전체(20)의 회전속도를 조절함으로써, 제조되는 금속 리본의 두께나 길이 등의 형태를 다양화시킬 수 있게 된다.

회전체(20)의 회전속도에 따라 날개(22)에서 분리되어 자유비행한 금속 리본은 금속 리본의 낙하 지점에 위치한 수집호퍼(60)로 떨어져 수거된다.

(실시예)

본 실시예의 장치를 제조하여 비정질 금속 리본을 제조하였다. 회전체를 일정 속도로 회전시킨 결과, 날개에서 용탕이 자율 비행하면서 박판의 금속 리본이 제조됨을 확인하였다. 특히, 날개에서 떨어져나간 금속 리본이 자율 비행과정에서 급냉되므로 우수한 품질의 비정질 금속 리본 제조가 가능하였다.

이와 같이, 본 장치는 용탕부와 회전체, 날개 등의 구성만으로 금속 리본 제조가 가능하여, 종래 설비와 비교하여 공정 및 설비 구축을 단순화시킬 수 있게 된다.

또한, 단지 회전체의 회전속도나 날개의 형태를 달리하는 것으로, 제조되는 금속 리본의 두께, 길이 등을 다양하게 변화시킬 수 있게 된다.

또한, 본 장치를 통해 절단된 형태의 금속 리본을 연속으로 제조할 수 있어, 종래와 같이 별도의 절단 공정을 거치지 않고도 화이버 형태의 소재를 용이하게 제조할 수 있게 된다.

또한, 용탕부(10)에 덮개를 설치하는 것만으로, 대기와 용탕의 접촉 반응을 방지하고, 보다 간단하게 분위기를 제어할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10 : 용탕부 12 : 덮개
20 : 회전체 22 : 날개
30 : 구동부 40 : 컨트롤러
50 : 용탕공급부 60 : 수집호퍼

Claims (9)

1. 내부에 용탕이 수용되는 용탕부,
   상기 용탕부의 용탕 상부에 배치되는 회전체,
   상기 회전체에 연결되어 회전체를 회전시키는 구동부, 및
   상기 회전체에 설치되어 외측으로 연장되고 회전체의 회전에 따라 상기 용탕을 지나며 표면에 용탕을 묻혀 외부로 비산시키는 날개를 포함하고,
   상기 날개는 회전체의 축방향을 따라 연장되고, 일단은 회전체에 설치되고 타단은 회전체 표면에서 방사방향을 따라 외측으로 연장되어 판 형태를 이루며, 회전체의 회전 방향으로 볼록하게 원호 형태로 만곡된 구조의 비정질 소재 제조 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전체는 원통형태로 이루어지고, 상기 날개는 회전체의 외주면을 따라 적어도 하나 이상 간격을 두고 형성된 구조의 비정질 소재 제조 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 날개에서 분리되어 비산되는 금속 리본의 낙하 위치에 배치되어 금속 리본을 수거하는 수집호퍼를 더 포함하는 비정질 소재 제조 장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 구동부를 제어작동하여 상기 회전체의 회전 속도를 조절하는 컨트롤러를 더 포함하는 비정질 소재 제조 장치.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 용탕부를 덮어 외부 공기와 용탕의 접촉을 차단하는 덮개를 더 포함하는 비정질 소재 제조 장치.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 용탕부에 연결되어 용탕을 공급하는 용탕공급부를 더 포함하는 비정질 소재 제조 장치.
9. 삭제

Images