KR101789300B1 - Method for preparing silver-diamond composites using spark plasma sintering process and silver-diamond composites prepared thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명은, (a) 은 분말 및 다이아몬드 분말을 볼밀링하여 복합 분말을 제조하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 제조한 복합 분말을 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering, SPS)하여 은-다이아몬드 복합 재료를 제조하는 단계를 포함하는 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법에 따르면, 은 분말 및 다이아몬드 분말을 볼밀링하여 균일한 분산도를 갖는 복합 분말을 제조하고, 제조한 복합 분말을 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering, SPS) 공정을 이용해 단시간에 복합화함으로써 손쉽게 고밀도의 균질한 은-다이아몬드 복합 재료를 제조할 수 있으며, 은 분말의 함량을 조절하는 방법을 통해 필요에 따라 복합 재료의 전도성을 제어할 수 있어 다양한 분야에 활용가능한 소재를 제조할 수 있다.
또한, 상기한 방법에 의해 제조된 은-다이아몬드 복합 재료는 우수한 기계적 특성(밀도, 비커스 경도 등)을 나타내어 자동차, 열차, 선박, 우주항공 등의 다양한 분야의 부품제조에 적용이 가능하며, 특히, 고강도 및 내마모성이 요구되는 부싱류(bushing) 등의 제조에 효과적으로 활용될 수 있다.
The present invention relates to (a) a step of ball milling powder and diamond powder to prepare a composite powder; (b) preparing a silver-diamond composite material by spark plasma sintering (SPS) the composite powder prepared in the step (a).
According to the method for producing a silver-diamond composite material according to the present invention, silver powder and diamond powder are ball-milled to produce a composite powder having a uniform degree of dispersion, and the resulting composite powder is subjected to spark plasma sintering (SPS ) Process, it is possible to easily manufacture high density homogeneous silver-diamond composites and to control the conductivity of the composite material according to the necessity by controlling the content of silver powder, so that it can be utilized in various fields Possible materials can be manufactured.
In addition, the silver-diamond composite material produced by the above method exhibits excellent mechanical properties (density, Vickers hardness, etc.) and can be applied to manufacturing parts in various fields such as automobiles, trains, ships, and aerospace, And can be effectively used for manufacturing bushings requiring high strength and abrasion resistance.

Description

방전 플라즈마 소결 공정을 이용한 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 은-다이아몬드 복합 재료{Method for preparing silver-diamond composites using spark plasma sintering process and silver-diamond composites prepared thereby}[0001] The present invention relates to a method of manufacturing a silver-diamond composite material using a discharge plasma sintering process, and a silver-diamond composite material produced thereby,

본 발명은 방전 플라즈마 소결 공정을 이용하여 은-다이아몬드 복합 재료를 제조하는 방법과 이에 의해 제조된 은-다이아몬드 복합 재료에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a silver-diamond composite material by using a discharge plasma sintering process and a silver-diamond composite material produced thereby.

은-다이아몬드 복합 재료(silver-diamond composite)는, 전도성이 뛰어나지만 강도가 약하고 밀도가 높은 은(Ag)과 내마모성과 경도는 매우 우수하지만 은(Ag) 비해 대략 3.5배 정도 가볍고 절연성을 나타내는 다이아몬드를 복합화하여 은이 갖는 우수한 전기적 특성에 다이아몬드가 갖는 기계적 특성이 복합화되어 강화된 복합소재이다. 상기한 은-다이아몬드 복합 재료는 뛰어난 열안정성을 가질 뿐만 아니라 반도체 및 세라믹보다 상대적으로 낮은 열팽창률을 나타내어 은-다이아몬드 복합 재료는 열제어 장치, 미세 전자 기기 또는 광전자 등에서 히트 싱크 및 히트 스프레더 등과 같은 열제어 장치에 적합한 특성을 보인다. The silver-diamond composite is excellent in conductivity, but has a high strength and a high density of silver (Ag). It has excellent abrasion resistance and hardness, but it is about 3.5 times lighter than silver (Ag) It is a composite material reinforced by combining the mechanical properties of diamond with the excellent electrical properties of silver. The above-described silver-diamond composite material not only has excellent thermal stability but also exhibits a relatively low coefficient of thermal expansion as compared with semiconductors and ceramics. Thus, the silver-diamond composite material can be heat-treated in heat control devices, microelectronic devices, photoelectrons, It shows characteristics suitable for control device.

종래에는 상기와 같은 은-다이아몬드 복합 재료를 제조하기 위해서, 용융된 질산은(silver nitrate)을 다이아몬드 입자의 표면에 코팅하거나, 다공성 은 입자(porous silver particles)에 다이아몬드 입자를 코팅하여 은-다이아몬드 복합 재료를 제조하여 왔으나, 상기한 방법들은 질산은을 용융온도까지 가열하거나, 다공성 구조의 은 입자를 만드는 등의 공정이 필수적으로 수반되어 제조공정이 복잡할 뿐만 아니라, 다이아몬드가 다른 물질과의 결합력이 약해 균일한 특성을 나타내는 복합 재료의 제조가 어려운 문제점이 있어 이를 보완할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.Conventionally, in order to manufacture the silver-diamond composite material as described above, a method of coating a silver nitrate on the surface of diamond particles or coating diamond particles on porous silver particles to form a silver- However, the above-mentioned methods are not only complicated in the production process due to the necessity of heating the silver nitrate to the melting temperature or making the silver particles of the porous structure, and the diamond is weak in bonding force with other materials, It is difficult to fabricate a composite material exhibiting one characteristic. Therefore, it is necessary to study a method that can overcome this problem.

한국공개특허 제10-2009-0017020호 (공개일 : 2009.02.18)Korean Patent Laid-Open No. 10-2009-0017020 (Publication Date: Feb. 18, 2009) 한국등록특허 제10-0894122호 (공개일 : 2009.04.20)Korean Patent No. 10-0894122 (published on Apr. 20, 2009) 한국등록특허 제10-1201259호 (공개일 : 2012.11.14)Korea Patent No. 10-1201259 (published on November 14, 2012)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 은과 다이아몬드를 손쉽게 복합화하여 고강도 및 내마모성이 요구되는 다양한 제품에 활용이 가능한 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법에 관한 기술 내용을 제공하고자 하는 것이다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a manufacturing method of a silver-diamond composite material capable of easily combining silver and diamond to various products requiring high strength and abrasion resistance .

상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명은, (a) 은 분말 및 다이아몬드 분말을 볼밀링하여 복합 분말을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 단계 (a)에서 제조한 복합 분말을 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering, SPS)하여 은-다이아몬드 복합 재료를 제조하는 단계를 포함하는 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a composite powder, comprising the steps of: (a) ball milling powder and diamond powder to produce a composite powder; And (b) spar plasma sintering (SPS) the composite powder prepared in step (a) to produce a silver-diamond composite material.

또한, 상기 복합 분말은 40 내지 90 부피%의 은 분말 및 10 내지 60 부피%의 다이아몬드 분말을 포함하는 것을 특징으로 한다.Also, the composite powder includes 40 to 90% by volume of silver powder and 10 to 60% by volume of diamond powder.

또한, 상기 은 분말은 입자의 크기(D50)가 1 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 한다.Also, the silver powder has a particle size (D50) of 1 to 5 mu m.

또한, 상기 다이아몬드 분말은 입자의 크기(D90)가 0.1 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 한다.The diamond powder has a particle size (D90) of 0.1 to 10 mu m.

또한, 상기 단계 (a)에서는, 볼(ball)에 대한 상기 은 분말 및 다이아몬드 분말의 중량비를 10 : 1 내지 1 : 10으로 설정하여 유성 볼밀링 공정(planatary ball milling process)을 수행하는 것을 특징으로 한다.In the step (a), a planetary ball milling process is performed by setting the weight ratio of the silver powder and the diamond powder to the balls to 10: 1 to 1:10. do.

또한, 상기 유성 볼밀링 공정은 100 내지 500 rpm으로 1 내지 20시간 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.The planetary ball milling process is performed at 100 to 500 rpm for 1 to 20 hours.

또한, 상기 단계 (c)는, 30 내지 100 MPa의 압력으로 방전 플라즈마 소결을 수행하는 것을 특징으로 한다.The step (c) is characterized in that discharge plasma sintering is performed at a pressure of 30 to 100 MPa.

또한, 상기 단계 (c)는, 700 내지 900 ℃의 온도로 방전 플라즈마 소결을 수행하는 것을 특징으로 한다.The step (c) is characterized in that discharge plasma sintering is performed at a temperature of 700 to 900 ° C.

또한, 상기 단계 (c)는, 3 내지 20분 동안 방전 플라즈마 소결을 수행하는 것을 특징으로 한다.The step (c) is characterized in that discharge plasma sintering is performed for 3 to 20 minutes.

또한, 본 발명은 상기에 기재된 방법을 이용해 제조된 은-다이아몬드 복합 재료를 제공한다.The present invention also provides a silver-diamond composite material produced by the above-described method.

또한, 상기 은-다이아몬드 복합 재료는 70부피%의 은 및 30 부피%의 다이아몬드를 포함하며, 비커스 경도가 140 HV인 것을 특징으로 한다.Further, the silver-diamond composite material includes 70 vol% silver and 30 vol% diamond, and has a Vickers hardness of 140 HV.

본 발명에 따른 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법에 따르면, 은 분말 및 다이아몬드 분말을 볼밀링하여 균일한 분산도를 갖는 복합 분말을 제조하고, 제조한 복합 분말을 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering, SPS) 공정을 이용해 단시간에 복합화함으로써 손쉽게 고밀도의 균질한 은-다이아몬드 복합 재료를 제조할 수 있으며, 은 분말의 함량을 조절하는 방법을 통해 필요에 따라 복합 재료의 전도성을 제어할 수 있어 다양한 분야에 활용가능한 소재를 제조할 수 있다.According to the method for producing a silver-diamond composite material according to the present invention, silver powder and diamond powder are ball-milled to produce a composite powder having a uniform degree of dispersion, and the resulting composite powder is subjected to spark plasma sintering (SPS ) Process, it is possible to easily manufacture high density homogeneous silver-diamond composites and to control the conductivity of the composite material according to the necessity by controlling the content of silver powder, so that it can be utilized in various fields Possible materials can be manufactured.

또한, 상기한 방법에 의해 제조된 은-다이아몬드 복합 재료는 우수한 기계적 특성을 나타내어 자동차, 열차, 선박, 우주항공 등의 다양한 분야의 부품제조에 적용이 가능하며, 특히, 고강도 및 내마모성이 요구되는 부싱류(bushing) 등의 제조에 효과적으로 활용될 수 있다.In addition, the silver-diamond composite material produced by the above-described method exhibits excellent mechanical properties and can be applied to manufacturing parts in various fields such as automobiles, trains, ships, and aerospace. Particularly, And can be effectively used for manufacturing bushings and the like.

도 1은 본 발명에 따른 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 실시예 1에 따라 250 rpm으로 10시간 동안 유성 볼밀링 공정을 수행하여 제조한 복합 분말을 촬영한 전자현미경 이미지이다.
도 3은 (a) 실시예 2-1, (b) 실시예 2-2 및 (c) 실시예 2-3에 따른 방법에 의해 제조한 복합 분말을 촬영한 전자현미경 이미지이다.
도 4는 실시예 2-3에 따른 방법에 의해 제조한 복합 분말(Ag-30vol% + D powder), 은-다이아몬드 복합 재료 소결체(Ag-30vol% + D composite) 및 순수한 은 분말(Ag powder)의 X선 회절 분석 결과(XRD diffraction pattern)이다.
도 5는 실시예 1에 따른 방법에 의해 제조한 복합 분말을 촬영한 전자현미경 이미지이다.
도 6은 실시예 2-3에 따른 방법에 의해 제조한 복합 분말을 촬영한 전자현미경 이미지이다.
도 7은 실시예 3에 따른 방법에 의해 제조한 복합 분말을 촬영한 전자현미경 이미지이다.
도 8은 (a) 실시예 1, (b) 실시예 2-3 및 (c) 실시예 3에 따른 방법에 의해 제조한 은-다이아몬드 복합 재료 소결체를 촬영한 실제 이미지이다.
도 9는 (a) 실시예 2-3, (b) 실시예 4 및 (c) 실시예 5에 따른 방법에 의해 제조한 은-다이아몬드 복합 재료 소결체를 촬영한 실제 이미지이다.
1 is a process diagram showing a method for producing a silver-diamond composite material according to the present invention.
FIG. 2 is an electron microscope image of a composite powder prepared by performing a planetary ball milling process at 250 rpm for 10 hours according to Example 1. FIG.
Fig. 3 is an electron microscope image of the composite powder prepared by the method according to (a) Example 2-1, (b) Example 2-2, and (c) Example 2-3.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the composite powder (Ag-30vol% + D powder), the silver-diamond composite sintered body (Ag-30vol% + D composite) and pure silver powder Ray diffraction pattern (XRD diffraction pattern).
FIG. 5 is an electron microscope image of a composite powder prepared by the method according to Example 1. FIG.
6 is an electron microscope image of a composite powder prepared by the method according to Example 2-3.
FIG. 7 is an electron microscope image of a composite powder prepared by the method according to Example 3. FIG.
8 is an actual image of a silver-diamond composite sintered body produced by the method according to (a) Example 1, (b) Example 2-3, and (c) Example 3.
9 is a photograph of a sintered silver-diamond composite material produced by the method according to (a) Example 2-3, (b) Example 4, and (c) Example 5.

이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은, (a) 은 분말 및 다이아몬드 분말을 볼밀링하여 복합 분말을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 단계 (a)에서 제조한 복합 분말을 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering, SPS)하여 은-다이아몬드 복합 재료를 제조하는 단계를 포함하는 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법을 제공한다(도 1).The present invention relates to (a) a step of ball milling powder and diamond powder to prepare a composite powder; And (b) spar plasma sintering (SPS) the composite powder prepared in the step (a) to produce a silver-diamond composite material. 1).

상기 단계 (a)는, 은 분말(silver powder) 및 다이아몬드 분말(diamond powder)을 볼밀링하여 복합 분말을 제조하는 단계로서, 본 단계에서는 상기 2종의 분말을 볼밀링하여 균일한 분산도를 갖는 복합 분말을 제조할 수 있다.The step (a) is a step of ball milling silver powder and diamond powder to produce a composite powder. In this step, the two kinds of powders are ball-milled to have a uniform degree of dispersion A composite powder can be produced.

상기 은 분말은 입자의 크기(D50)가 1 내지 5 ㎛인 것을 사용할 수 있으며, 상기 다이아몬드 분말은 입자의 크기(D90)가 0.1 내지 10 ㎛인 것을 사용하여 후술할 단계에서 방전 플라즈마 소결 공정을 수행하여 물성이 우수한 복합 재료를 제조할 수 있다. The silver powder may have a particle size (D50) of 1 to 5 占 퐉, and the diamond powder may have a particle size (D90) of 0.1 to 10 占 퐉 and may be subjected to a discharge plasma sintering process So that a composite material excellent in physical properties can be produced.

참고로, 상기 은 분말의 입자 크기(D50)는, 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정법에 의해 측정된 50% 체적 누적 입경을 의미하는 것이고, 상기 다이아몬드 분말의 입자 크기(D90)는, 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정법에 의해 측정된 90% 체적 누적 입경을 의미하는 것이다.For reference, the particle size (D50) of the silver powder means a 50% volume cumulative particle size measured by a laser diffraction scattering particle size distribution measurement method, and the particle size (D90) of the diamond powder is determined by a laser diffraction scattering formula Means the 90% volume cumulative particle size measured by the particle size distribution measurement method.

특히, 상기 다이아몬드 분말의 입자 크기는 후술할 단계에서 제조되는 복합 재료의 밀도, 기계적 특성 등에 영향을 미칠 수 있어, 이를 고려하여 다이아몬드 분말의 입자 크기를 선택하는 것이 바람직하며, 본 단계에서는 상기 다이아몬드 분말을 방전 플라즈마 소결하여 복합 재료를 제조할 수 있도록 상기 다이아몬드는 입자의 크기(D90)가 0.1 내지 10 ㎛인 것을 사용할 수 있다.Particularly, the particle size of the diamond powder may affect the density, mechanical characteristics, etc. of the composite material to be produced in a step to be described later, and it is preferable to select the particle size of the diamond powder in consideration thereof. In this step, (D90) of 0.1 to 10 [mu] m so as to be able to produce a composite material by discharge plasma sintering.

상기 다이아몬드 분말의 평균입경이 0.1 ㎛ 미만인 경우에는, 상기 다이아몬드 분말이 소결 공정 중에 은과 함께 응집되어 균일하게 분산되기 어렵고, 상기 다이아몬드 분말의 평균입경이 10 ㎛를 초과하는 경우에는, 다이아몬드 입자의 고온 크립특성이 저하되어 불균일한 구조의 복합 재료가 형성될 수 있어, 상기의 범위로 평균입경을 가지는 다이아몬드 분말을 사용하는 것이 바람직하며, 이에 의해 기계적 강도가 우수한 은-다이아몬드 복합 재료를 제조할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 다이아몬드는 입자의 크기(D90)가 0.1 내지 2 ㎛인 것을 사용할 수 있다.When the average particle diameter of the diamond powder is less than 0.1 mu m, the diamond powder is hardly uniformly dispersed and aggregated together with silver during the sintering process. When the average particle diameter of the diamond powder exceeds 10 mu m, It is preferable to use a diamond powder having an average particle size within the above range because the creep characteristics are deteriorated and a composite material having a nonuniform structure can be formed. Thus, a silver-diamond composite material excellent in mechanical strength can be produced . More preferably, the diamond has a particle size (D90) of 0.1 to 2 占 퐉.

상기 은-다이아몬드 복합 재료는 다이아몬드의 부피분율(volume fraction)에 의해 기계적 특성이 영향을 받을 수 있어, 상기 복합 분말은 40 내지 90 부피%의 은 분말 및 10 내지 60 부피%의 다이아몬드 분말을 포함하도록 구성할 수 있으며, 상기 다이아몬드 분말의 부피분율이 10 부피% 미만인 경우, 기계적 특성이 떨어지며, 60 부피%를 초과하는 경우에는 전기적 특성의 저하 및 균질한 크기의 복합 재료 입자가 형성되기 어렵다. 바람직하게는, 상기 복합 분말은 30 부피%의 부피분율로 다이아몬드를 포함하여 기계적 특성과 전기적 특성이 우수한 복합 재료를 제조할 수 있다. 나아가, 은의 부피분율을 조절하는 방법을 통해 복합 재료의 전도성을 제어할 수 있다. The silver-diamond composite material can be affected by the volume fraction of diamond by mechanical properties, so that the composite powder contains 40 to 90% by volume of silver powder and 10 to 60% by volume of diamond powder If the volume fraction of the diamond powder is less than 10% by volume, the mechanical properties are poor. When the volume fraction of diamond powder is more than 60% by volume, it is difficult to reduce the electrical characteristics and to form composite particles having a uniform size. Preferably, the composite powder contains diamond in a volume fraction of 30% by volume to produce a composite material having excellent mechanical properties and electrical characteristics. Furthermore, the conductivity of the composite material can be controlled by adjusting the volume fraction of silver.

또한, 본 단계에서는, 전동 볼밀링, 교반 볼밀링, 유성 볼밀링 등의 다양한 형태의 볼밀링 공정을 통해 상기 은 분말 및 다이아몬드 분말을 혼합하여 균질한 복합 분말을 제조할 수 있다. In this step, the silver powder and the diamond powder may be mixed through various ball milling processes such as electric ball milling, stirring ball milling, and planetary ball milling to produce a homogeneous composite powder.

바람직하게는, 본 단계에서는 유성 볼밀링 공정(planatary ball milling process)을 수행하여 복합 분말을 제조할 수 있으며, 볼(ball)에 대한 상기 은 분말 및 다이아몬드 분말의 중량비(BPR)를 10 : 1 내지 1 :10으로 설정하여 유성 볼밀링 공정을 수행할 수 있으며, 바람직하게는 BPR을 6 : 1로 설정하여 유성 볼밀링 공정을 수행함으로써, 균질한 복합 분말을 제조할 수 있다.Preferably, in this step, a composite powder can be produced by performing a planatary ball milling process, and the weight ratio (BPR) of the silver powder to the diamond powder to the ball is adjusted to 10: 1 to 1: 1: 10 to perform the planetary ball milling process. Preferably, the planar ball milling process is performed by setting the BPR to 6: 1. Thus, a homogeneous composite powder can be produced.

또한, 상기 유성 볼밀링 공정을 100 내지 500 rpm으로 1 내지 20시간 동안 수행할 수 있으며, 상기 유성 볼밀링 공정을 수행하는 시간이 1시간 미만인 경우, 은 분말 및 다이아몬드 분말이 조대한 입자를 형성하여 후술할 단계에서 방전 플라즈마 소결을 통해 복합 재료를 제조시 복합 재료의 물성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 유성 볼밀링 공정을 250 rpm으로 5 내지 10시간 동안 수행하도록 구성하여 균질한 복합 분말을 제조할 수 있다.Also, the planetary ball milling process may be performed at 100 to 500 rpm for 1 to 20 hours. When the time for performing the planetary ball milling process is less than 1 hour, the silver powder and the diamond powder form coarse particles There may be a problem that the physical properties of the composite material are deteriorated when the composite material is produced through the discharge plasma sintering in a step to be described later. More preferably, the planetary ball milling process is performed at 250 rpm for 5 to 10 hours to prepare a homogeneous composite powder.

아울러, 본 단계에서는 은 분말 및 다이아몬드 분말을 볼밀링하기 위해서, 상기 은 분말 및 다이아몬드 분말의 혼합 분말에 이형제를 추가로 공급하여 볼밀링 공정 중에 발생할 수 있는 스티킹(sticking) 현상 등을 방지하도록 구성할 수 있으며, 상기 이형제로는 스테아릭산(stearic acid)을 대표적인 예로 들 수 있다. 이때, 상기 이형제는 상기 은 분말 및 다이아몬드 분말의 혼합 분말에 물성을 해치지 않는 범위로 첨가할 수 있다.Further, in this step, in order to ball mill the silver powder and the diamond powder, a release agent is additionally supplied to the mixed powder of the silver powder and the diamond powder to prevent the sticking phenomenon which may occur during the ball milling process And stearic acid is a typical example of the release agent. At this time, the releasing agent may be added to the mixed powder of the silver powder and the diamond powder in such a range as not to impair the physical properties.

또한, 본 단계에서는, 상기와 같이 제조한 복합 분말을 예비하여 성형체를 제조하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기와 같은 성형체를 방전 플라즈마 소결하여 복합 재료를 제조할 수 있다. 상기 성형체는 분말을 이용한 통상적인 성형체의 형성방법이라면 제한받지 않고 사용할 수 있으며, 몰드에 복합 분말을 공급하여 예비 성형체를 제조하는 방법을 대표적인 예로 들 수 있다.Further, in this step, the composite powder prepared as described above may be further prepared to prepare a molded body, and the composite body may be manufactured by the discharge plasma sintering of the molded body as described above. The molded body can be used without limitation as long as it is a conventional method of forming a molded body using powder, and a typical example of a method of manufacturing a pre-molded body by supplying a composite powder to a mold is described.

예를 들면, 상기 복합 분말을 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering) 장치의 챔버에 구비되는 몰드에 복합 분말을 충진하는 과정을 통해 예비 성형체를 제조할 수 있다. 상기 몰드는 봉상 또는 판상의 다양한 형상으로 구비될 수 있으며, 후술할 방전 플라즈마 소결 공정에서 불순물로 작용될 수 없도록, 고온에서도 안정한 소재로 이루어진 몰드를 사용할 수 있다.For example, the composite powder may be filled in a mold provided in a chamber of a spark plasma sintering apparatus to prepare a preform. The mold may be provided in various shapes such as a bar shape or a plate shape, and a mold made of a material stable at high temperatures may be used so that it can not act as an impurity in a discharge plasma sintering process to be described later.

상기 단계 (b)는, 제조한 복합 분말을 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering, SPS)하여 은-다이아몬드 복합 재료를 제조하는 단계이다.The step (b) is a step of spark plasma sintering (SPS) of the composite powder to produce a silver-diamond composite material.

상기 방전 플라즈마 소결은, 압력이 가해지는 조건에서 상기 복합 분말에 직류 전류를 가해 복합 분말의 입자 사이로 흐르는 펄스상의 직류 전류에 의해 불꽃방전 현상이 발생되고, 이에 의해 순간적으로 발생하는 방전 플라즈마의 높은 에너지에 의한 열확산 및 전계 확산과 몰드의 전기저항에 의한 발열 및 가해지는 압력과 전기에너지에 의해 복합 분말이 소결되어 단시간에 복합 분말을 복합화하여 치밀화를 이루어 복합 재료를 제조할 수 있으며, 이러한 소결능을 통해 복합 재료의 결정립 성장의 효과적인 제어를 달성할 수 있고, 균일한 미세구조를 갖는 복합 재료를 제조할 수 있다.In the discharge plasma sintering, a spark discharge phenomenon occurs due to a pulsed direct current flowing between the particles of the composite powder by applying a direct current to the composite powder under a pressure applied condition, thereby generating a high energy of a discharge plasma momentarily generated The composite powder can be sintered by the heat diffusion due to the electric field diffusion and the electric resistance of the mold, the applied pressure and the electric energy, and the complex powder can be densified in a short time to form the composite material. It is possible to achieve effective control of crystal grain growth of the composite material and to produce a composite material having a uniform microstructure.

본 발명에서는 상기 방전 플라즈마 소결 공정을 위해, 예를 들어, 상부전극 및 하부전극이 구비되어 전류를 공급하여 방전 플라즈마를 발생시켜 복합 분말을 소결할 수 있는 몰드를 수용하는 공간을 형성하는 챔버, 냉각수를 유통시켜 상기 챔버를 냉각할 수 있는 냉각부, 상기 상부전극 및 하부전극에 전류를 공급하는 전류공급부, 상기 챔버에 온도를 검출할 수 있는 온도감지부, 상기 챔버 내부에 내기를 외부로 배출할 수 있는 펌프, 상기 챔버 내부에 압력을 공급할 수 있는 압력공급부, 상기 온도감지부가 감지하는 온도에 따라 방전 플라즈마 소결 공정의 온도를 제어하는 제어부 및 상기 제어부를 조절할 수 있는 조작부를 구비한 방전 플라즈마 소결장치를 이용하여 방전 플라즈마 소결 공정을 수행할 수 있다.In the present invention, for the discharge plasma sintering process, for example, a chamber having an upper electrode and a lower electrode to form a space for accommodating a mold capable of generating a discharge plasma by sintering the composite powder by supplying a current, A temperature sensing unit capable of detecting a temperature in the chamber, and a controller for controlling the temperature of the chamber to discharge the inside of the chamber to the outside And a control unit for controlling the temperature of the discharge plasma sintering process according to a temperature sensed by the temperature sensing unit and an operating unit capable of controlling the control unit, A discharge plasma sintering process can be performed.

본 단계에서는 상기 복합 분말을 방전 플라즈마 소결하기 위해서, 상기 방전 플라즈마 장치에 구비된 펌프를 이용하여 챔버의 내부가 진공 상태가 될 때까지, 배기하여 감압시킴으로써, 챔버 내에 존재하는 가스 상의 불순물을 제거하고, 산화를 방지하도록 구성하여 방전 플라즈마 소결 공정을 수행할 수 있다.In this step, in order to sinter discharge plasma of the composite powder, impurities are removed from the gas phase existing in the chamber by evacuating the inside of the chamber until the inside of the chamber is evacuated by using a pump provided in the discharge plasma apparatus , And the discharge plasma sintering process can be performed by preventing oxidation.

또한, 상기 복합 분말을 100 ℃/분의 승온 속도로 소결 온도까지 가열하여 상기 복합 분말을 선예열한 후, 방전 플라즈마 소결을 수행할 수 있고, 상기와 같은 승온속도로 복합 분말을 선예열하여, 방전 플라즈마 소결 공정을 통해 복합 분말의 내부 및 외부에 균일한 온도가 공급됨으로 인해 균일한 구조의 은-다이아몬드 복합 재료를 형성시킬 수 있다.Further, the composite powder may be heated to a sintering temperature at a heating rate of 100 ° C / min to heat the composite powder, and then the discharge plasma sintering may be performed. The composite powder is heat- A uniformly structured silver-diamond composite material can be formed by supplying a uniform temperature to the inside and the outside of the composite powder through the plasma sintering process.

또한, 상기 방전 플라즈마 소결 공정은 승온 속도를 조절하여 은-다이아몬드 복합 재료 입자의 성장을 억제할 수 있어 제조되는 은-다이아몬드 복합 재료의 크기를 제어할 수 있다.Also, in the discharge plasma sintering process, the growth rate of the silver-diamond composite particles can be controlled by controlling the rate of temperature rise, and thus the size of the silver-diamond composite material to be manufactured can be controlled.

상기한 방전 플라즈마 소결 공정은 바람직하게는, 700 내지 900 ℃의 온도에서 3 내지 20분 동안 수행하도록 구성하여 은-다이아몬드 복합 재료를 제조할 수 있다. 이때, 방전 플라즈마 소결온도가 700 ℃ 미만일 경우, 저밀도를 가지는 소결체가 제조되며, 방전 플라즈마 소결 온도가 900 ℃를 초과하는 경우 은-다이아몬드 복합 재료의 결정립이 급성장하여 기계적 특성이 저하될 수 있다. 또한, 3분 미만으로 방전 플라즈마 소결 공정을 수행할 경우, 불완전한 소결로 인해 충분한 소결 효과를 기대하기 어렵고, 소결 시간이 20분을 초과하는 경우, 에너지의 소모가 증가해 비경제적일 뿐만 아니라, 소결에 의한 치밀화 효과를 더 이상 기대하기 어렵다.The discharge plasma sintering process is preferably performed at a temperature of 700 to 900 DEG C for 3 to 20 minutes to produce a silver-diamond composite material. If the sintering temperature of the discharge plasma is less than 700 캜, a sintered body having a low density is produced. If the sintering temperature of the discharge plasma exceeds 900 캜, the grain size of the diamond composite material may rapidly increase and mechanical properties may be deteriorated. Further, when the discharge plasma sintering process is performed for less than 3 minutes, it is difficult to expect a sufficient sintering effect due to incomplete sintering, and when the sintering time exceeds 20 minutes, energy consumption is increased, It is difficult to expect the densification effect by the above.

아울러, 상기 방전 플라즈마 소결 공정은 30 내지 100 MPa의 압력하에서 수행하도록 구성하여 복합 분말을 가압하여 은-다이아몬드 복합 재료를 제조할 수 있으며, 30 MPa 미만의 압력하에서는 은-다이아몬드 복합 재료의 밀도가 저하되는 단점이 있고, 100 MPa를 초과하는 경우에서는 압력이 높아 은-다이아몬드 복합 재료에 균열이 발생할 수 있어 상기한 조건으로 방전 플라즈마 소결 공정을 수행할 수 있다. 보다 바람직하게는 850 ℃의 온도 및 50 MPa의 압력하에서 5분 동안 방전 플라즈마 소결 공정을 수행하여 기계적 특성이 우수한 은-다이아몬드 복합 재료을 제조할 수 있으며, 상기와 같은 방전 플라즈마 소결공정을 통해 제조한 은-다이아몬드 복합 재료는 은과 다이아몬드의 결합으로 인해 형성되는 이차상(secondary phase) 또는 산화물 등이 생성되지 않고, 순수하게 은 및 다이아몬드 만을 포함하는 복합재료를 형성하여 복합재료의 기계적 특성이 매우 우수하다.In addition, the discharge plasma sintering process may be performed under a pressure of 30 to 100 MPa to pressurize the composite powder to produce a silver-diamond composite material. When the pressure is less than 30 MPa, the density of the silver- If the pressure exceeds 100 MPa, cracks may occur in the silver-diamond composite material due to the high pressure, so that the discharge plasma sintering process can be performed under the above conditions. More preferably, the discharge plasma sintering process is performed for 5 minutes at a temperature of 850 ° C and a pressure of 50 MPa to produce a silver-diamond composite material having excellent mechanical properties. The silver- - The diamond composite material is excellent in mechanical properties of the composite material by forming a composite material containing pure silver and diamond only, without generating a secondary phase or an oxide formed by the combination of silver and diamond .

또한, 본 단계에서는 상기와 같은 은-다이아몬드 복합 재료를 소결한 후, 상기 은-다이아몬드 복합 재료를 냉각하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 이를 통해 기계적 특성이 우수한 은-다이아몬드 복합 재료를 수득할 수 있다.Further, in this step, the silver-diamond composite material may further be cooled after sintering the silver-diamond composite material as described above, thereby obtaining a silver-diamond composite material having excellent mechanical properties .

본 단계에서는 10 내지 100 MPa의 압력을 유지하는 조건에서 상기 은-다이아몬드 복합 재료를 냉각하도록 구성하여 상기 은-다이아몬드 복합 재료의 표면 및 내부에 형성되는 보이드 등의 형성을 억제할 수 있다.In this step, the silver-diamond composite material may be cooled to maintain a pressure of 10 to 100 MPa to suppress formation of voids and the like formed on the surface and inside of the silver-diamond composite material.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법에 따르면, 은 분말 및 다이아몬드 분말을 볼밀링하여 균일한 분산도를 갖는 복합 분말을 제조하고, 제조한 복합 분말을 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering, SPS) 공정을 이용해 단시간에 복합화함으로써 손쉽게 고밀도의 균질한 은-다이아몬드 복합 재료를 제조할 수 있으며, 은 분말의 함량을 조절하는 방법을 통해 필요에 따라 복합 재료의 전도성을 제어할 수 있어 다양한 분야에 활용가능한 소재를 제조할 수 있다.According to the method for producing a silver-diamond composite material according to the present invention, the silver powder and the diamond powder are ball-milled to produce a composite powder having a uniform dispersion degree, and the composite powder is spark- plasma sintering (SPS) process, it is possible to easily fabricate a high density homogeneous silver - diamond composite material and to control the conductivity of the composite material according to need by controlling the content of silver powder It is possible to manufacture materials usable in various fields.

또한, 본 발명은 상기에 기재된 방법을 이용해 제조된 은-다이아몬드 복합 재료를 제공한다.The present invention also provides a silver-diamond composite material produced by the above-described method.

특히, 상기 은-다이아몬드 복합 재료는 70부피%의 은 및 30 부피%의 다이아몬드를 포함할 수 있으며, 상기 부피분율로 은 및 다이아몬드를 포함하는 은-다이아몬드 복합재료는 순수한 은에 비해 밀도가 낮으나, 비커스 경도가 140 HV으로 우수한 기계적 특성을 나타낸다.In particular, the silver-diamond composite material may include 70% by volume of silver and 30% by volume of diamond, and the silver-diamond composite material containing silver and diamond in the volume fraction has a lower density than pure silver, Vickers hardness of 140 HV shows excellent mechanical properties.

따라서, 상기한 은-다이아몬드 복합 재료는 우수한 기계적 특성(밀도, 비커스 경도 등)을 나타내어 자동차, 열차, 선박, 우주항공 등의 다양한 분야의 부품제조에 적용이 가능하며, 특히, 고강도 및 내마모성이 요구되는 부싱류(bushing) 등의 제조에 효과적으로 활용될 수 있다.Therefore, the above-described silver-diamond composite material exhibits excellent mechanical properties (density, Vickers hardness, etc.) and can be applied to manufacturing parts in various fields such as automobiles, trains, ships, and aerospace. Especially, And can be effectively used for the production of bushings and the like.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

제시된 실시예는 본 발명의 구체적인 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.The embodiments presented are only a concrete example of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

전체 입자 분포중 50%의 위치를 차지하고 있는 입자의 크기(D50)가 2 ㎛인 은 분말(D50 = 2 ㎛)과, 전체 입자 분포중 90%의 위치를 차지하고 있는 입자의 크기(D90)가 125 nm인 단결정 나노 다이아몬드 분말(D90 = 125 nm) 10 부피%를 유성볼 밀링 장치에 공급하고, 1g의 스테아릭산(strearic acid)을 투입하였다. 볼(ball)과 복합 분말의 중량비를 각각 6 : 1로 설정하여 볼을 투입하고, 250 rpm으로 10시간 동안 유성 볼밀링 공정(planatary ball milling process)을 수행하여 복합 분말(도 2)을 제조하였으며, 대기 분위기 하에서 간격(interval)을 10분:10분으로 설정하여 유성 볼밀링 공정을 수행하였다.(D50 = 2 占 퐉) having a particle size (D50) of 2 占 퐉 occupying 50% of the entire particle size distribution and a particle size (D90) occupying 90% nm diameter single crystal nano diamond powder (D90 = 125 nm) was supplied to a planetary ball milling apparatus, and 1 g of strearic acid was added thereto. The balls were set at a weight ratio of the ball and the composite powder set at 6: 1, and a planetary ball milling process was performed at 250 rpm for 10 hours to prepare a composite powder (FIG. 2) , And an interval of 10 minutes: 10 minutes in an atmospheric environment.

제조한 복합 분말을 몰드(graphite 재질)에 장입하고, 몰드를 방전 플라즈마 소결 장치의 챔버에 장착하였다. 챔버에 압력을 진공상태가 되도록 조절하고, 상부 전극 및 하부 전극에 전류를 인가하여 850 ℃의 온도 및 50 MPa의 압력조건하에서 5분 동안 방전 플라즈마 소결 공정을 수행하여, 도 8(a)에 나타낸 바와 같은, 은-나노 다이아몬드 복합 재료 소결체(Ag-10vol% + 125nm D composite)를 제조하였다.The composite powder thus prepared was charged into a mold (graphite material), and the mold was mounted in a chamber of a discharge plasma sintering apparatus. The chamber was adjusted to a vacuum state and a discharge plasma sintering process was performed for 5 minutes under the conditions of a temperature of 850 DEG C and a pressure of 50 MPa by applying an electric current to the upper electrode and the lower electrode, A silver-nano diamond composite sintered body (Ag-10vol% + 125nm D composite) was prepared.

<실시예 2-1> &Lt; Example 2-1 >

나노 다이아몬드 분말 30 부피%를 공급하고, 1시간 동안 유성 볼밀링 공정을 수행하여 복합 분말(5h ball milled Ag-30vol% 125nm D powder)을 제조하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 은-나노 다이아몬드 복합 재료 소결체(1h ball milled, Ag-30vol% 125nm D composite)를 제조하였다.Except that 30 volume% of the nano diamond powder was supplied and a planetary ball milling process was performed for 1 hour to prepare a composite powder (5h ball milled Ag-30vol% 125nm D powder). To prepare a silver-nano diamond composite sintered body (1 h ball milled, Ag-30 vol% 125 nm D composite).

<실시예 2-2> &Lt; Example 2-2 >

나노 다이아몬드 분말 30 부피%를 공급하고, 5시간 동안 유성 볼밀링 공정을 수행하여 복합 분말(5h ball milled Ag-30vol% 125nm D powder)을 제조하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 은-나노 다이아몬드 복합 재료 소결체(5h ball milled, Ag-30vol% 125nm D composite)를 제조하였다.Except that 30 volume% of the nano diamond powder was supplied and the planetary ball milling process was performed for 5 hours to prepare a composite powder (5h ball milled Ag-30vol% 125nm D powder). To prepare a silver-nano diamond composite sintered body (5h ball milled, Ag-30vol% 125nm D composite).

<실시예 2-3> &Lt; Example 2-3 >

나노 다이아몬드 분말 30 부피%를 공급하고 10시간 동안 유성 볼밀링 공정을 수행하여 복합 분말(10h ball milled Ag-30vol% 125nm D powder)을 제조하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 도 8(b) 및 도 9(a)에 나타낸 바와 같은, 은-나노 다이아몬드 복합 재료 소결체(Ag-30vol% 125nm D composite)를 제조하였다.Except that 30 volume% of nano diamond powder was supplied and a planetary ball milling process was performed for 10 hours to prepare a composite powder (10h ball milled Ag-30vol% 125nm D powder). A silver-nano diamond composite sintered body (Ag-30vol% 125nm D composite) as shown in Figs. 8 (b) and 9 (a) was prepared.

<실시예 3> &Lt; Example 3 >

나노 다이아몬드 분말 60 부피%를 공급하여 복합 분말(Ag-60vol% 125nm D powder)을 제조하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, 도 8(c)에 나타낸 바와 같은, 은-나노 다이아몬드 복합 재료 소결체(Ag-60vol% 125nm D composite)를 제조하였다.8 (c), except that the composite powder (Ag-60 vol%, 125 nm D powder) was prepared by supplying 60 vol% of the nano diamond powder, Nano diamond composite sintered body (Ag-60vol% 125nm D composite) was prepared.

<실시예 4> <Example 4>

입자의 크기(D90)가 250 nm인 나노 다이아몬드 분말(D90 = 250 nm)을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 2-3과 동일한 방법을 이용하여, 도 9(b)에 나타낸 바와 같은, 은-나노 다이아몬드 복합 재료 소결체(Ag-30vol% 250nm D composite)를 제조하였다.9 (b), using the same method as in Example 2-3 except that a nano diamond powder (D90 = 250 nm) having a particle size D90 of 250 nm was used, - Nanodiamond composite sintered body (Ag-30vol% 250nm D composite) was prepared.

<실시예 5> &Lt; Example 5 >

입자의 크기(D90)가 2 ㎛인 다이아몬드 분말(D90 = 2 ㎛)을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 2-3과 동일한 방법을 이용하여, 도 9(c)에 나타낸 바와 같은, 은-다이아몬드 복합 재료 소결체(Ag-30vol% 2 ㎛ D composite)를 제조하였다.9 (c), except that a diamond powder (D90 = 2 占 퐉) having a grain size (D90) of 2 占 퐉 was used, Diamond composite sintered body (Ag-30vol% 2 탆 D composite) was prepared.

<비교예><Comparative Example>

은 분말(D50 = 2 ㎛) 만을 이용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 유성 볼밀링 공정 및 스파크 방전 플라즈마 공정을 수행하여 은 시편(pure Ag bulk)을 제조하였다.Except that only silver powder (D50 = 2 占 퐉) was used. The pure Ag bulk was prepared by performing the planetary ball milling process and the spark discharge plasma process.

<실험예 1> 볼밀링 공정의 수행시간이 미치는 영향 분석&Lt; Experimental Example 1 > Effect of execution time of ball milling process

복합 재료 소결체의 제조에서, 볼밀링 공정의 수행시간이 복합재료의 물성에 미치는 영향을 분석하기 위해서, 주사전자현미경을 이용해 실시예 2-1 내지 2-3에 따른 방법에 의해 제조된 복합 분말의 표면을 전자현미경을 이용해 촬영하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.In order to analyze the influence of the execution time of the ball milling process on the physical properties of the composite material in the production of the composite material sintered body, the composite powder prepared by the method according to Examples 2-1 to 2-3 using a scanning electron microscope The surface was photographed using an electron microscope, and the results are shown in FIG.

도 3에 나타난 바와 같이, 볼밀링 공정을 1시간 동안 수행하여 제조한 실시예 2-1의 복합 분말(도 3(a))은 입자가 냉간압접(cold welding)이 유도돼 복합 분말이 조립(agglomeration)되어 조대한 입자가 일부 형성되어 불균일한 입자를 갖는 복합 분말이 형성된다는 사실을 확인할 수 있었다. 반면에, 볼밀링 공정을 5시간 동안 수행하여 제조한 실시예 2-2의 복합 분말(도 3(b)) 및 볼밀링 공정을 10시간 동안 수행하여 제조한 실시예 2-3의 복합 분말(도 3(c))은 조대한 입자가 파괴되어 복합 분말의 입자가 정제되어 정제된 입자들로 포화를 이룬다는 사실을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 볼밀링 공정을 5시간 이상 수행하여 복합 분말을 제조하는 것이 바람직하며, 볼밀링 공정을 5시간 이상 수행하여 복합 분말에 정제된 입자들이 포화를 이루어 각각의 입자들이 균질하게 분산됨에 따라, 스파크 플라즈마 방전 소결공정을 수행시 균질한 복합 재료를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.As shown in Fig. 3, the composite powder of Example 2-1 (Fig. 3 (a)) prepared by performing the ball milling process for 1 hour was prepared by inducing cold welding of particles, agglomeration was performed to form a coarse particle and a composite powder having uneven particles was formed. On the other hand, the composite powder of Example 2-2 (Fig. 3 (b)) prepared by performing the ball milling process for 5 hours and the composite powder of Example 2-3 3 (c)) shows that the coarse particles are destroyed and the particles of the composite powder are refined and saturated with the purified particles. Accordingly, it is preferable to perform the ball milling process for 5 hours or more to produce a composite powder. Since the particles are uniformly dispersed in the composite powder by performing the ball milling process for 5 hours or more, It was confirmed that homogeneous composite materials can be produced by spark plasma discharge sintering process.

<실험예 2> 제조한 은-다이아몬드 복합 재료 소결체의 상변화 분석<Experimental Example 2> Phase change analysis of the silver-diamond composite sintered body manufactured

실시예에 따른 방법에 의해 제조된 은-다이아몬드 복합 재료의 상변화를 분석하기 위해서, 실시예 2-3의 복합 분말(Ag-30vol% D powder) 및 실시예 2-3의 은-나노 다이아몬드 복합 재료 소결체(Ag-30vol% D composite)와 순수한 은 분말(Ag powder)의 X선 회절 분석(XRD diffraction pattern)을 수행하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.The composite powder (Ag-30vol% D powder) of Example 2-3 and the silver-nano diamond composite of Example 2-3 were used to analyze the phase change of the silver- An XRD diffraction pattern of the material sintered body (Ag-30vol% D composite) and pure silver powder (Ag powder) was performed. The results are shown in FIG.

도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 2-3의 은-나노 다이아몬드 복합 재료 소결체는 순수한 은 분말이 갖는 것과 동일한 XRD 패턴이 확인되었으며, 이를 통해, 스파크 플라즈마 방전 소결 공정에 의한 상변화가 발생되지 않아, 공정에 따른 성분의 변화가 발생되지 않는다는 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 4, the silver-nano diamond composite sintered body of Example 2-3 was found to have the same XRD pattern as that of pure silver powder, so that no phase change was caused by the spark plasma discharge sintering process , And it was confirmed that no change of the component according to the process occurred.

<실험예 3> 다이아몬드의 포함함량이 미치는 영향 분석&Lt; Experimental Example 3 >

다이아몬드의 포함함량이 은-다이아몬드 복합 재료에 미치는 영향을 분석하기 위해서, 주사전자현미경을 이용하여 실시예 1(도 5), 실시예 2-3(도 6) 및 실시예 3(도 7)의 복합 분말의 형태학적 특성을 분석하였다.In order to analyze the influence of the content of diamond on the silver-diamond composite material, a scanning electron microscope was used to compare the results of Example 1 (Fig. 5), Example 2-3 (Fig. 6) and Example 3 The morphological characteristics of the composite powders were analyzed.

도 5 및 도 7에 나타난 바와 같이, 10 부피%의 나노 다이아몬드 분말을 포함하는 실시예 1의 복합 분말 및 60 부피%의 나노 다이아몬드 분말을 포함하는 실시예 3의 복합 분말은 균질하지 않은 입자 크기를 갖는 것을 확인할 수 있는 반면에, 도 6에 나타난 바와 같이, 30 부피%의 나노 다이아몬드 분말을 포함하는 실시예 2-3의 복합 분말은 균질한 크기를 갖는 입자가 형성되어 있음을 확인할 수 있어, 다이아몬드의 부피분율이 복합 분말 소결체의 균질화에 영향을 미친다는 사실을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 5 and FIG. 7, the composite powder of Example 3 including the composite powder of Example 1 and the 60 volume% of the nano diamond powder including 10 volume% of the nano diamond powder had an uneven particle size As shown in FIG. 6, it can be seen that the composite powder of Example 2-3 containing 30% by volume of the nano diamond powder has particles having a uniform size, The volume fraction of the sintered powder affects the homogenization of the sintered powder.

또한, 다이아몬드의 포함함량이 복합 재료에 미치는 영향을 분석하기 위해서, 실시예 1 내지 3 및 비교예에 따른 방법에 의해 제조된 은-다이아몬드 복합 재료 소결체의 밀도(density, g/cm) 및 비커스 경도(hardness, HV)를 측정하였으며, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.The density (g / cm) and the Vickers hardness of the silver-diamond composite sintered body produced by the methods according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples were analyzed in order to analyze the influence of the content of diamond on the composite material (hardness, HV) were measured. The results are shown in Table 1 below.

시료sample 밀도(g/cm)Density (g / cm) 경도( HV)Hardness (HV) 비교예Comparative Example 10.49 (100%)10.49 (100%) 25 HV25 HV 실시예 1 Example 1 9.79 (93%)9.79 (93%) 96 HV96 HV 실시예 2-3Example 2-3 8.39 (87%)8.39 (87%) 140 HV140 HV 실시예 3Example 3 6.29 (83%)6.29 (83%) 104 HV104 HV

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1, 실시예 2-3 및 실시예 3의 은-나노 다이아몬드 복합 재료 소결체는, 모두 비교예의 은 시편(pure Ag bulk)에 비해 밀도가 낮은대도 불구하고, 경도가 현저히 높은것을 확인할 수 있었고, 다이아몬드의 부피분율(volume fraction)이 증가함에 따라 밀도가 감소하는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있어, 다이아몬드의 부피 분율이 복합 재료의 특성에 영향을 미친다는 사실을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, the silver-nano diamond composite sintered bodies of Examples 1, 2-3, and 3 all had a lower density than the pure silver bulk of the comparative example, And the density tends to decrease as the volume fraction of the diamond increases. Thus, it can be seen that the volume fraction of the diamond affects the characteristics of the composite material there was.

특히, 다이아몬드의 부피분율이 30부피%인 실시예 2-3의 경우, 경도가 가장 우수한 것을 확인할 수 있었고, 비커스 경도는 다이아몬드의 부피분율이 30부피%까지는 증가하였으나, 다이아몬드의 부피분율이 증가함에 따라 감소하는 것을 확인할 수 있어, 실시예 2-3의 은-나노 다이아몬드 복합 재료 소결체가 가장 우수한 기계적 강도를 갖는다는 사실을 확인할 수 있었고, 이를 통해, 다이아몬드의 최적 부피분율을 특정지을 수 있었다.Particularly, in the case of Example 2-3 in which the volume fraction of diamonds was 30% by volume, it was confirmed that the hardness was the most excellent. The Vickers hardness increased with the volume fraction of diamonds up to 30% by volume, It was confirmed that the silver-nano diamond composite sintered body of Example 2-3 had the most excellent mechanical strength, so that the optimum volume fraction of diamond could be determined.

<실험예 4> 다이아몬드 분말의 입자 크기가 미치는 영향을 분석<Experimental Example 4> Analysis of influence of particle size of diamond powder

다이아몬드 분말의 입자크기가 은-다이아몬드 복합 재료에 미치는 영향을 분석하기 위해서, 실시예 2-3, 실시예 4 및 실시예 5와 비교예에 따른 방법에 의해 제조된 은-나노 다이아몬드 복합 재료와 은-다이아몬드 복합 재료 소결체의 밀도 및 비커스 경도를 측정하였으며, 그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.In order to analyze the influence of the particle size of the diamond powder on the silver-diamond composite material, the silver-nano diamond composite material prepared by the method according to Example 2-3, Example 4, - Density of diamond composite sintered body and Vickers hardness were measured, and the results are shown in Table 2 below.

시료sample 밀도(g/cm)Density (g / cm) 경도(Hardness( HVHV )) 비교예Comparative Example 10.49 (100%)10.49 (100%) 25 HV25 HV 실시예 2-3Example 2-3 8.39 (87%)8.39 (87%) 140 HV140 HV 실시예 4Example 4 8.39 (91%)8.39 (91%) 124 HV124 HV 실시예 5Example 5 8.39 (91%)8.39 (91%) 111 HV111 HV

표 2에 나타낸 바와 같이, 다이아몬드 분말의 직경은 복합 재료의 밀도에 영향을 주지 않았으나, 다이아몬드 분말의 입자 크기가 작을수록 복합 재료의 경도가 더욱 우수하다는 사실을 확인할 수 있었고, 실시예 2에 따른 은-나노 다이아몬드 복합 재료 소결체의 비커스 경도는 비교예의 은 시편에 비해 밀도가 낮은대도 불구하고, 대략 6배 정도로 비커스 경도가 높아, 실시예에 따른 방법에 의해 제조된 은-다이아몬드 복합 재료는 자동차, 열차, 선박, 우주항공 등의 다양한 분야의 부품제조에 적용이 가능하며, 특히, 고강도 및 내마모성이 요구되는 부싱류(bushing) 등의 제조에 효과적으로 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, the diameter of the diamond powder did not affect the density of the composite material, but it was confirmed that the smaller the particle size of the diamond powder, the more excellent the hardness of the composite material. - The Vickers hardness of the sintered body of the nano diamond composite material is higher than that of the comparative example by about 6 times, even though the density is lower than that of the silver piece of the comparative example. Thus, the silver- It is possible to apply the present invention to the manufacture of parts in various fields such as ships, aerospace, and the like, and particularly, it can be effectively used for manufacturing bushings requiring high strength and abrasion resistance.

Claims (11)

(a) 은 분말 및 입자의 크기(D90)가 0.1 내지 0.125 ㎛인 다이아몬드 분말을 볼밀링하여 70 부피%의 은 분말 및 30 부피%의 다이아몬드 분말을 포함하는 복합 분말을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 단계 (a)에서 제조한 복합 분말을 50 내지 100 MPa의 압력 및 850 내지 900 ℃의 온도로 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering, SPS)하여 은-다이아몬드 복합 재료를 제조하는 단계를 포함하는 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법.
(a) comprises: ball milling a diamond powder having a powder and particle size (D90) of 0.1 to 0.125 占 퐉 to prepare a composite powder comprising 70 vol% silver powder and 30 vol% diamond powder; And
(b) spar plasma sintering (SPS) of the composite powder prepared in step (a) at a pressure of 50 to 100 MPa and a temperature of 850 to 900 ° C to produce a silver-diamond composite material / RTI &gt; A method for manufacturing a silver-diamond composite material.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 은 분말은 입자의 크기(D50)가 1 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the silver powder has a particle size (D50) of 1 to 5 占 퐉.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단계 (a)에서는, 볼(ball)에 대한 상기 은 분말 및 다이아몬드 분말의 중량비를 10 : 1 내지 1 : 10으로 설정하여 유성 볼밀링 공정(planatary ball milling process)을 수행하는 것을 특징으로 하는 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (a) comprises the step of performing a planetary ball milling process by setting the weight ratio of the silver powder and the diamond powder to the ball to 10: 1 to 1:10. Method of manufacturing a diamond composite.
제5항에 있어서,
상기 유성 볼밀링 공정은 100 내지 500 rpm으로 1 내지 20시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the planetary ball milling step is performed at 100 to 500 rpm for 1 to 20 hours.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단계 (b)는, 3 내지 20분 동안 방전 플라즈마 소결을 수행하는 것을 특징으로 하는 은-다이아몬드 복합 재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (b) is performed for 3 to 20 minutes by discharge plasma sintering.
제1항, 제3항, 제5항, 제6항 및 제9항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 이용해 제조된 은-다이아몬드 복합 재료.A silver-diamond composite material produced by the method of any one of claims 1, 3, 5, 6, and 9. 제10항에 있어서,
70부피%의 은 및 30 부피%의 다이아몬드를 포함하며, 비커스 경도가 140 HV인 것을 특징으로 하는 은-다이아몬드 복합 재료.

11. The method of claim 10,
70 volume% silver and 30 volume% diamond, and the Vickers hardness is 140 HV.

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