KR101824008B1 - 반응성 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자가 전파 반응 (Self Propagating Reaction)을 하는 반응성 조성물과 관련된 것이다. 본 발명은 제1물질로 이루어지는 제1입자, 상기 제1물질과 다른 제2물질로 이루어지는 제2입자 및 상기 제1 및 제2물질의 혼합물로 이루어지고, 상기 제1 및 제2물질이 서로 계면을 이루며 형성되는 복합입자를 포함하는 반응성 조성물을 제공한다. 본 발명에 따르면, 반응 개시점이 낮추어진 반응성 조성물을 제조하는데 소요되는 시간을 대폭 단축시켜, 대량 생산할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 자가 전파 반응(Self Propagating Reaction)을 하는 반응성 조성물과 관련된 것이다.
마이크로 반응성 조성물은 단위 부피당 반응 물질 간 계면의 면적이 작아 반응을 일으키기 위해서는 큰 에너지가 필요하다. 또한, 특정 계면에서 반응이 개시되더라도 그것의 전파 속도 또한 매우 느린 단점이 있다.
이와 달리, 나노 반응성 조성물은 반응 물질 간 계면의 면적이 넓어 반응을 일으키기 위해 작은 에너지가 필요하며, 전파 속도 또한 빠르다는 장점이 있다. 다만, 나노 반응성 조성물 제조를 위해서는 고에너지 및 고비용이 소요되며, 대량 생산하는데는 한계가 있다. 또한, 제작 과정에서 이미 부분적으로 반응이 진행되어 나노 반응성 조성물의 최종 반응 에너지가 급격하게 감소하게 된다. 이에 나노 반응성 조성물은 큰 구조물 또는 큰 구조재료로 제작하는데 많은 제약이 따른다.
본 발명은 반응 개시점을 조절할 수 있는 반응성 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 제1물질로 이루어지는 제1입자, 상기 제1물질과 다른 제2물질로 이루어지는 제2입자 및 상기 제1 및 제2물질의 혼합물로 이루어지고, 상기 제1 및 제2물질이 서로 계면을 이루며 형성되는 복합입자를 포함하는 반응성 조성물을 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반응성 조성물은 상기 복합입자로부터 발생되는 에너지에 의해 상기 제1 및 제2입자 간의 반응이 개시될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반응성 조성물은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서, Ro는 상기 제1 및 제2입자의 평균 입경이고, Rc는 상기 복합입자의 평균 입경이다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2물질보다 높은 열전도도를 갖는 비등방성 구조체를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복합입자는 상기 제1물질로 이루어진 층 및 상기 제2물질로 이루어진 층이 번갈아 적층된 구조를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 반응성 조성물을 포함하는 탄체를 제공한다.
본 발명에 따르면, 반응 개시점이 낮추어진 반응성 조성물을 제조하는데 소요되는 시간을 대폭 단축시켜, 대량 생산할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 반응 개시점이 낮아진 반응성 조성물을 이용하여 큰 구조체를 제작할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 복합입자의 단위 부피당 계면 면적을 조절함으로써, 반응 개시점을 제어 할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 타격능력을 정밀화 또는 극대화 할 수 있는 탄체를 제조할 수 있게 되며, 탄체의 우발적 폭발 현상을 제어할 수 있게 된다.
도 1a는 종래 마이크로 반응성 조성물의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 1b는 종래 나노 반응성 조성물의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 2a는 종래 마이크로 반응성 조성물을 확대한 사진이다.
도 2b는 종래 나노 반응성 조성물의 구조를 확대한 사진이다.
도 3a는 종래 마이크로 반응성 조성물의 성분 분석 이미지이다.
도 3b는 종래 나노 반응성 조성물의 성분 분석 이미지이다.
도 4a는 종래 마이크로 반응성 조성물의 열분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4b는 종래 나노 반응성 조성물의 열분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응성 조성물의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 1b는 종래 나노 반응성 조성물의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 2a는 종래 마이크로 반응성 조성물을 확대한 사진이다.
도 2b는 종래 나노 반응성 조성물의 구조를 확대한 사진이다.
도 3a는 종래 마이크로 반응성 조성물의 성분 분석 이미지이다.
도 3b는 종래 나노 반응성 조성물의 성분 분석 이미지이다.
도 4a는 종래 마이크로 반응성 조성물의 열분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4b는 종래 나노 반응성 조성물의 열분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응성 조성물의 구조를 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
먼저, 종래 마이크로 반응성 조성물 및 나노 반응성 조성물에 대하여 설명한다.
도 1a는 종래 마이크로 반응성 조성물의 구조를 나타내는 개념도이고, 도 1b는 종래 나노 반응성 조성물의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 종래 마이크로 반응성 조성물은 제1물질로 이루어진 제1입자(100) 및 제2물질로 이루어진 제2입자(200)로 구성된다. 도 1a의 구조에 따르면, 제1물질과 제2물질 간의 계면이 작다. 이로 인하여, 반응이 개시되기 위해서는 큰 에너지가 필요하다.
한편, 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래 나노 반응성 조성물은 제1 및 제2물질이 혼합된 형태이다. 상기 나노 반응성 조성물은 제1 및 제2물질간 계면이 넓어 반응성이 좋으나, 이로 인하여, 원하지 않는 반응이 일어나게 된다.
도 2a는 종래 마이크로 반응성 조성물을 확대한 사진이고, 도 2b는 종래 나노 반응성 조성물의 구조를 확대한 사진이다.
도 3a는 종래 마이크로 반응성 조성물의 성분 분석 이미지이고, 도 3b는 종래 나노 반응성 조성물의 성분 분석 이미지이다.
도 2a 및 2b를 비교하면, 제1 및 제2물질 간 계면이 종래 마이크로 반응성 조성물에서보다 종래 나노 반응성 조성물에서 더 넓은 것을 확인할 수 있다. 이러한 사실은, 도 3a 및 3b를 비교하면 더 명확하게 확인할 수 있다.
도 4a는 종래 마이크로 반응성 조성물의 열분석 결과를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 종래 나노 반응성 조성물의 열분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4a 및 4b를 비교하면, 종래 마이크로 반응성 조성물은 종래 나노 반응성 조성물과 비교할 때, 반응 개시점의 제어가 용이한 것을 확인할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 반응성 조성물에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응성 조성물의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 5에 따르면, 본 발명에 따른 반응성 조성물은 제1물질로 이루어진 제1입(100)자, 제1물질과 다른 제2물질로 이루어진 제2입자(200) 및 제1 및 제2물질의 혼합물로 이루어진 복합입자(300)로 이루어진다.
본 발명에 따른 반응성 조성물은 조성물에 포함된 물질 간 계면 면적에 따라, 반응 개시점이 달라진다. 여기서, 계면 면적이란 단위 부피(또는 단위 질량)당 제1 및 제2물질 간의 계면 면적을 의미한다. 또한, 반응 개시점이란 기폭 개시 온도 또는 기폭 개시 압력을 의미한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2물질은 금속일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1물질은 알루미늄이고, 상기 제2물질은 니켈일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1물질은 금속이고, 상기 제2물질은 금속 산화물일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1물질은 금속이고, 상기 제2물질은 비금속일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1물질은 금속이고, 상기 제2물질은 불소(Fluorine)를 포함하는 폴리머일 수 있다.
한편, 제1입자(100), 제2입자(200) 및 복합입자(300)가 서로 섞여 있을 때, 복합입자(300)는 제1입자 간, 제2입자 간 또는 제1 및 제2입자 간에 생성된 빈 공간에 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 복합입자(300)는 입자 크기 분포를 기준으로, 바이모달 분포를 가질 수 있고, 이때, 상대적으로 작은 크기들의 복합입자(300)가 제1입자(100)와 제2입자(200)의 입자 간에 생성된 빈공간에 위치하고, 상대적으로 큰 크기들의 복합입자(300)는 제1입자(100) 및 제2입자(200)와 유사한 크기를 가질 수 있다.
한편, 복합입자(300)는 제1물질로 이루어진 층과 제2물질로 이루어진 층이 번갈아 적층된 형태이거나, 제1 및 제2물질에 물리적 힘을 인가하여 혼합된 입자일 수 있다. 여기서, 상기 물리적 힘은 high energy ball mill, planetary mill, arrested reactive mill 및 attrition mill 중 어느 하나를 통해 인가될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 반응성 복합체는 제1 및 제2물질보다 높은 열전도도를 갖는 비등방성 구조체를 더 포함할 수 있다. 상기 구조체는 복합입자(300)에서 발생하는 열을 빠르고 신속하게 전달하여 제1입자와 제2입자의 반응이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다. 이때, 상기 비등방성 구조체는 판형상, 침상, 와이어 형상, 막대형상 또는 이들의 혼합 형상일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 반응성 조성물은 하기 수학식 1을 만족한다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서, Ro는 상기 제1 및 제2입자의 평균 입경이고, Rc는 상기 복합입자의 평균 입경이다.
한편, 복합입자(300)는 하기 수학식 2를 만족하는 제1복합입자 및 제2복합입자를 포함할 수 있다.
[수학식 2]
상기 수학식 2에서, Vo(1)는 제1복합입자의 단위 부피이고, Ac(1)은 제1복합입자의 계면 면적이고, Vo(2)는 제2복합입자의 단위 부피이고, Ac(2)은 제2복합입자의 계면 면적이다.
본 발명에 따른 반응성 조성물이 제1 및 제2복합입자를 포함하는 경우, 제1복합입자에서 발생하는 화학 에너지에 의해, 제2복합입자의 반응이 개시되며, 제1 및 제2복합입자에서 발생하는 화학적 에너지에 의해 제1 및 제2입자 간의 반응이 개시된다.
이를 통해, 제1복합입자에 의해 반응 개시점을 조절하고, 제2복합입자에 의해 안정적으로 제1 및 제2입자 간의 반응이 야기될 수 있는 정도의 에너지를 생성할 수 있다.
한편, 상술한 반응성 조성물은 포함하는 반응성 탄체, 반응성 파편, 폭발물 등으로 제조될 수 있다.
이하에서는, 실시 예 및 실험 예들을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만, 후술할 실시 예 및 실험 예들에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석되지 않는다.
실시 예. 설계된 반응
개시점을
갖는 반응성 조성물
알루미늄과 니켈을 1:1의 몰 비로 혼합한 후, Planetary mill을 이용하여 복합입자를 제조하였다. 상기 제조된 복합입자를 알루미늄 및 니켈이 1:1로 혼합된 마이크로 분말과 혼합하였다. 상기 복합입자, 알루미늄 및 니켈 분말은 고에너지가 발생하지 않는 turbula mill을 이용하여 혼합하였다. 만들어진 혼합분말을 cold iso-static press로 가압 성형하여 반응성 조성물을 제조하였다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 제1입자
200: 제2입자
300: 복합입자
310: 제1물질
320: 제2물질
200: 제2입자
300: 복합입자
310: 제1물질
320: 제2물질
Claims (7)
- 제1물질로 이루어지는 제1입자;
상기 제1물질과 다른 제2물질로 이루어지는 제2입자; 및
상기 제1 및 제2물질이 물리적 힘으로 혼합된 혼합물로 이루어지고, 상기 제1 및 제2물질이 서로 계면을 이루며 형성되는 복합입자를 포함하고,
상기 복합입자에서 상기 제1 및 제2물질이 이루는 계면의 단위 부피당 면적은 상기 제1 및 제2입자간에 형성되는 계면의 단위 부피당 면적보다 넓고,
상기 복합입자는 입자 크기 분포를 기준으로, 바이모달 분포를 가지고,
상기 복합입자로부터 발생되는 에너지에 의해 상기 제1 및 제2입자 간의 반응이 개시되는 것을 특징으로 하는 반응성 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 복합입자는,
상기 제1 및 제2물질의 혼합물로 이루어지는 제1 및 제2복합입자를 포함하고,
상기 제1복합입자의 단위 부피당 계면 면적은 상기 제2복합입자의 단위 부피당 계면 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 반응성 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 반응성 조성물은 하기 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 반응성 조성물.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서, Ro는 상기 제1 및 제2입자의 평균 입경이고, Rc는 상기 복합입자의 평균 입경이다. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2물질보다 높은 열전도도를 갖는 비등방성 구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 복합입자는 상기 제1물질로 이루어진 층 및 상기 제2물질로 이루어진 층이 번갈아 적층된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 반응성 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 제1물질은 니켈인 것을 특징으로 하고,
상기 제2물질은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 반응성 조성물. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 반응성 조성물을 포함하는 탄체.
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