KR101811761B1 - 거친 표면의 금강석의 합성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 거친 표면의 금강석의 합성방법에 대하여 공개하였고, 특히 거친 표면의 전도성 흑색 다결정 금강석의 제조방법에 대하여 공개하였다. 본 발명은, 1) 흑연과 표준 에이치피에이치티(HPHT:High Pressure Hig Temperature) 공정용 촉매 분말을 혼합한 후, 기둥체 형상으로 압착시켜 공극률이 35%미만이 되도록 하는 단계; 2) 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정을 사용하여 금강석을 합성하는 단계; 3) 금강석의 생장이 완료되고 상대적 압력이 0에 가까이 하강하면서도 상부 해머와 합성 블록 사이에 양호한 접촉을 유지할 때 온도를 800~1250℃로 제어하여 60~180분 동안 유지시키거나, 또는 금강석의 생장이 완료된 후 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 진공로에 넣고 800~1200℃까지 가열하여 60~180분 동안 유지시키는 단계; 및 4) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 잔류한 흑연과 촉매를 제거하고, 맑은 물로 세척 및 분급 건조 또는 건조시킨 후 체질하여 금강석 입자를 상이한 입도와 메시에 따라 분류하여 상이한 입도의 거친 표면의 금강석을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 거친 표면의 금강석의 합성방법에 관한 것이다.
금강석 미분은 고경도, 고내마모성 및 양호한 내부식 성능을 구비하고, 이러한 우수한 특성은 금강석 미분으로 하여금 탄생할 때부터 연마와 폴리싱(Polishing) 영역의 최고의 선택으로 되게 하였다. 천연 금강석은 다이아몬드로 속칭하며 오랜기간 줄곧 가장 비싼 보석으로서 고귀함, 아름다움, 성결함과 영원함을 상징하여 왔다. 그러나 아름다운 다이아몬드에서 발산되는 화려한 색채는 연마와 폴리싱을 떠날 수 없다. 초기에 사람들은 기타 재료를 사용하여 다이아몬드의 폴리싱을 실현하고자 시도했었지만, 다이아몬드는 단단하면서 내부식성을 구비하여 그 무엇에도 쉽게 가공되지 않았는데, 이때 금강석 미분이 때마침 나타났다. 산업시대에 진입한 후, 금강석 미분은 다이아몬드 폴리싱에만 사용되는 것이 아니라 이미 국민경제의 각 영역으로 광범위하게 적용되고 있다. 예를 들면, 석재 업계에서 금강석 미분은 소프트 폴리싱 패드(soft polishing pad), 정밀 폴리싱 패드로 제조되어 석재의 표면 폴리싱에 사용되고, 목재 업계에서 금강석 미분으로 제조되는 정밀 그라인더는 목공 절삭 공구의 수선에 사용되며, 자동차 업계에서 금강석 미분으로 제조되는 호우닝 스톤(honing stones)은 실린더 홀(cylinder hole), 크랭크샤프트 홀(crankshaft hole), 로드홀(rod hole) 및 기타 부자재 홀 유형의 가공에 사용되고, 광학 영역에서 금강석 미분으로 제조되는 정밀 폴리싱 패드, 초정밀 폴리싱 패드는 광학 렌즈의 가공에 사용되며, 석유 채굴 및 지질 탐사에서 금강석 미분으로 제조되는 금강석 복합패드는 드릴비트의 투스이고, 선반 가공에서 금강석 미분으로 제조되는 금강석 복합패드는 전통적인 경질 합금을 대체하여 날카로운 칼날로 사용되며, 금속 가공에서 금강석 미분은 금속 표면에 대하여 정밀하게 폴리싱하는 우수한 재료로 되고 있다. 이와 같이, 금강석 미분은 다수의 영역에서 모두 광범위하게 응용되고 있다. 그러나 과학기술의 부단한 발전과 함께 연마 폴리싱의 가공에 대한 요구 역시 더욱 높아지고 있는 바 주로 다음과 같은 두가지 면에서 표현된다. 즉, 고효율성과 고정밀성이다. 전통적인 금강석 미분은 단결정 구조로서 입자 표면이 비교적 평활하고 절삭날 수량이 적으며 절삭력이 약하고, 단일 입자의 절삭날은 크면서 단단하여 긁힘에 따른 손상이 심하다. 이와 동시에, 외력의 충격 하에서 벽개면을 따라 파열되고, 입도가 신속하게 작아지며 연마 수명이 짧다. IT업계에서 하드 드라이버 및 자기 헤드는 아주 높은 표면 마무리 수준과 평탄도를 요구하고, 광통신에서 광섬유 커넥터 단면은 폴리싱 후 조도Ra값이 나노급에 달해야 하며, LED업계에서 사파이어 칩의 연마 폴리싱에 있어서 아주 강한 절삭력을 요구할 뿐만 아니라 또한 칩 표면에 긁힘이 없어야 하는데, 전통적인 단결정 금강석 미분은 이러한 요구를 만족시킬 수 없다.
현재, 거친 표면의 금강석 입자는 일반적으로 금강석을 처리하여 얻은 것으로서, 예를 들면 미국특허출원 US12560899(출원일 2009.09.16)에서는 표면이 불규칙적이고 그 중의 입자의 표면 조도가 약 0.95보다 작은 연마재 입자를 공개하였다. 변성 연마재 입자의 생산 방법에 있어서, 복수 개의 연마재 입자를 제공하고, 상기 입자에 반응성 코팅층을 제공하며, 상기 피복된 입자를 가열하는 단계; 및 연마재 입자를 회복 및 수정하는 단계를 포함한다. 그러나, 이러한 방법은 제작 공정이 복잡하고, 산업적 생산 효율이 떨어진다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 합성 금강석 공정의 기초 상에서 거친 표면의 금강석을 직접 합성시키는 거친 표면의 금강석의 합성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 해결수단은 다음과 같다.
거친 표면의 금강석의 합성방법에 있어서,
1) 흑연과 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정용 촉매 분말을 혼합한 후, 원통으로 압입시켜 공극률이 35%미만이 되도록 하는 단계;
2) 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정을 사용하여 금강석을 합성하는 단계;
3) 금강석의 생장이 완료되고 상대적 압력이 0에 가까이 하강하면서도 상부 해머와 합성 블록 사이에 양호한 접촉을 유지할 때 온도를 800~1250℃로 제어하여 60~180분 동안 유지시키거나, 또는 금강석의 생장이 완료된 후 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 진공로에 넣고 800~1250℃까지 가열하여 60~180분 동안 유지시키는 단계; 및
4) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 잔류한 흑연과 촉매를 제거하고, 맑은 물로 세척 및 분급 건조 또는 건조시킨 후 체질하여 금강석 입자를 상이한 입도와 메시에 따라 분류하여 상이한 입도의 거친 표면의 금강석을 얻는 단계를 포함한다.
한층 더, 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정용 촉매와 흑연의 중량비는 0.75:1~1.5:1이고, 예를 들면 1:1이다.
하나의 바람직한 기술적 해결수단으로서, 단계3) 중의 제어 온도는 비교적 바람직하게는 1100℃이다.
다른 하나의 바람직한 기술적 해결수단으로서, 단계3) 중의 제어 온도는 가장 바람직하게는 1050℃이다.
기존 기술에 비하여, 본 발명은 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 합성 금강석 공정 기초 상에서 거친 표면의 금강석을 직접 합성함으로써, 공정이 간단하고 산업적 생산효율이 높으며, 얻어지는 거친 표면의 금강석은 단결정 또는 다결정일 수 있고, 그 입자의 입경 범위는 0.5㎛~900㎛이며, 금강석 표면에는 현저한 부식 홈이 있어 고온 고압에서 원천적으로 생장한 금강석 또는 파쇄를 거친 원천적으로 생장한 금강석 표면과 현저한 구별점이 있다.
해당 발명에 따른 거친 표면의 금강석의 합성방법을 더 이용하여, 흑색의 전도성 다결정 금강석을 합성해낼 수 있고, 또한 표면이 거칠지만 여전히 전도성을 구비하며 흑색의 특징을 유지하여 상이한 업계의 수요를 만족시킬 수 있다.
도1은 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정 합성의 금강석 입자이다.
도2는 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정 합성의 또 다른 금강석 입자이다.
도3은 본 발명에 따라 합성한 거친 표면의 금강석 입자이다.
도4는 본 발명에 따라 합성한 또 다른 거친 표면의 금강석 입자이다.
도5는 본 발명에 따른 압력, 온도 및 시간의 공정 곡선도이다.
도2는 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정 합성의 또 다른 금강석 입자이다.
도3은 본 발명에 따라 합성한 거친 표면의 금강석 입자이다.
도4는 본 발명에 따라 합성한 또 다른 거친 표면의 금강석 입자이다.
도5는 본 발명에 따른 압력, 온도 및 시간의 공정 곡선도이다.
이하, 도면을 참조하여 구체적인 실시예로 본 발명에 대하여 더 설명하도록 한다.
거친 표면의 금강석의 합성방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
1) 흑연과 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정용 촉매 분말을 혼합한 후, 기둥체 형상으로 압착시켜 공극률이 35%미만이 되도록 하고, 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정용 촉매와 흑연의 중량비는 1.5:1이다.
2) 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정을 사용하여 금강석을 합성하고, 합성되는 금강석의 목표 입도는 1㎛ 내지 50㎛이다.
3) 금강석의 생장이 완료되고 상대적 압력이 0에 가까이 하강하면서도 상부 해머와 합성 블록 사이에 양호한 접촉을 유지할 때 온도를 1000℃로 제어하여 120분 동안 유지시킨다.
4) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 잔류한 흑연과 촉매를 제거하고, 맑은 물로 세척 및 분급 건조시킨 후, 주요 입도(60% 초과)가 1㎛ 내지 50㎛인 거친 표면의 다결정 금강석을 얻는다.
거친 표면의 금강석의 합성방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
1) 흑연과 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정용 촉매 분말을 혼합한 후, 기둥체 형상으로 압착시켜 공극률이 35%미만이 되도록 하고, 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정용 촉매와 흑연의 중량비는 1:1이다.
2) 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정을 사용하여 금강석을 합성하고, 합성되는 금강석의 목표 입도는 50㎛ 내지 250㎛이다.
3) 금강석의 생장이 완료된 후 합성 기둥 형상물을 꺼내어 진공로에 넣고 1200℃까지 가열하여 180분 동안 유지시킨다.
4) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 잔류한 흑연과 촉매를 제거하고, 맑은 물로 세척 및 건조시킨 후 체질하여 금강석 입자를 상이한 입도와 메시에 따라 분류하여 주요 입도(70% 초과)가 50㎛ 내지 250㎛인 거친 표면의 단결정 금강석을 얻는다.
거친 표면의 금강석의 합성방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
1) 흑연과 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정용 촉매 분말을 혼합한 후, 기둥체 형상으로 압착시켜 공극률이 35%미만이 되도록 하고, 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정용 촉매와 흑연의 중량비는 1:1이다.
2) 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정을 사용하여 흑색의 전도성 다결정 금강석을 합성하고, 합성되는 금강석의 목표 입도는 50㎛ 내지 250㎛이다.
3) 금강석의 생장이 완료된 후 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 진공로에 넣고 1200℃까지 가열하여 150분 동안 유지시킨다.
4) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 잔류한 흑연과 촉매를 제거하고, 맑은 물로 세척 및 건조시킨 후 체질하여 금강석 입자를 상이한 입도와 메시에 따라 분류하여 주요 입도(70% 초과)가 50㎛ 내지 250㎛인 거친 표면의 흑색 다결정 금강석을 얻는다.
거친 표면의 금강석의 합성방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
1) 흑연과 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정용 촉매 분말을 혼합한 후, 기둥체 형상으로 압착시켜 공극률이 35%미만이 되도록 하고, 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정용 촉매와 흑연의 중량비는 0.75:1이다.
2) 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정을 사용하여 금강석을 합성하고, 합성되는 단결정 금강석의 목표 입도는 100㎛ 내지 500㎛이다.
3) 금강석의 생장이 완료된 후 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 진공로에 넣고 1250℃까지 가열하여 180분 동안 유지시킨다.
4) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 잔류한 흑연과 촉매를 제거하고, 맑은 물로 세척 및 건조시킨 후 체질하여 금강석 입자를 상이한 입도와 메시에 따라 분류하여 주요 입도(70% 초과)가 100㎛ 내지 500㎛인 거친 표면의 단결정 금강석을 얻는다.
표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정에 따라 합성된 금강석 입자는 도1 및 도2에 도시된 바와 같고, 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 합성된 금강석 입자는 도2 및 도3에 도시된 바와 같다.
Claims (7)
1) 흑연과 표준 에이치피에이치티(HPHT: High Pressure High Temperature) 공정용 촉매 분말을 혼합한 후, 기둥체 형상으로 압착시켜 공극률이 35%미만이 되도록 하는 단계;
2) 표준 에이치피에이치티(HPHT:High Pressure High Temperature) 공정을 사용하여 금강석을 합성하는 단계;
3) 금강석의 생장이 완료되고 상대적 압력이 0에 가까이 하강하면서도 상부 해머와 합성 블록 사이에 양호한 접촉을 유지할 때 온도를 800~1250℃로 제어하여 60~180분 동안 유지시키거나, 또는 금강석의 생장이 완료된 후 에이치피에이치티(HPHT:High Pressure High Temperature) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 진공로에 넣고 800~1200℃까지 가열하여 60~180분 동안 유지시키는 단계; 및
4) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 잔류한 흑연과 촉매를 제거하고, 맑은 물로 세척 및 분급 건조 또는 건조시킨 후 체질하여 금강석 입자를 상이한 입도와 메시에 따라 분류하여 상이한 입도의 거친 표면의 금강석을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거친 표면의 금강석의 합성방법.
2) 표준 에이치피에이치티(HPHT:High Pressure High Temperature) 공정을 사용하여 금강석을 합성하는 단계;
3) 금강석의 생장이 완료되고 상대적 압력이 0에 가까이 하강하면서도 상부 해머와 합성 블록 사이에 양호한 접촉을 유지할 때 온도를 800~1250℃로 제어하여 60~180분 동안 유지시키거나, 또는 금강석의 생장이 완료된 후 에이치피에이치티(HPHT:High Pressure High Temperature) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 진공로에 넣고 800~1200℃까지 가열하여 60~180분 동안 유지시키는 단계; 및
4) 합성 기둥 형상물을 꺼내어 잔류한 흑연과 촉매를 제거하고, 맑은 물로 세척 및 분급 건조 또는 건조시킨 후 체질하여 금강석 입자를 상이한 입도와 메시에 따라 분류하여 상이한 입도의 거친 표면의 금강석을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거친 표면의 금강석의 합성방법.
청구항 제1항에 있어서,
상기 표준 에이치피에이치티(HPHT:High Pressure High Temperature) 공정용 촉매와 상기 흑연의 중량비는 0.75:1~1.5:1인 것을 특징으로 하는 거친 표면의 금강석의 합성방법.
상기 표준 에이치피에이치티(HPHT:High Pressure High Temperature) 공정용 촉매와 상기 흑연의 중량비는 0.75:1~1.5:1인 것을 특징으로 하는 거친 표면의 금강석의 합성방법.
청구항 제1항에 있어서,
상기 단계 3) 중의 제어 온도는 1100℃인 것을 특징으로 하는 거친 표면의 금강석의 합성방법.
상기 단계 3) 중의 제어 온도는 1100℃인 것을 특징으로 하는 거친 표면의 금강석의 합성방법.
청구항 제1항에 있어서,
상기 단계 3) 중의 제어 온도는 1050℃인 것을 특징으로 하는 거친 표면의 금강석의 합성방법.
상기 단계 3) 중의 제어 온도는 1050℃인 것을 특징으로 하는 거친 표면의 금강석의 합성방법.
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