KR101828432B1 - Method for controlling shape of metal powder by surface energy controlling and metal powder by the same method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소정의 조건으로 열처리하여 금속분말의 표면에 금속염화물의 증기를 흡착시켜 표면 에너지를 낮추어 금속분말의 형상을 제어하는 기술에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method of controlling a dry shape of a metal powder by controlling surface energy, and more particularly, to a method of controlling a dry shape of a metal powder by controlling a surface energy of the metal powder, To a controllable technology.
금속 미세 입자는 형상 및 크기 등에 따라 다양한 물성을 나타냄에 따라 전기 및 자기재료, 전도성 페이스트나 잉크, 전지의 전극, 캐패시터, 금속 촉매, 내열성방열성 소재, 세라믹 복합 재료, 의료용 재료 및 방위산업 제품용 재료 등의 다양한 분야에 널리 응용되고 있다. Since the metal microparticles exhibit various physical properties depending on the shape and size, they can be used for electric and magnetic materials, conductive pastes and inks, electrodes for electrodes, capacitors, metal catalysts, heat-resisting heat-dissipating materials, ceramic composite materials, medical materials and materials for defense industry products And the like.
특히, 구형의 금속 미세 입자는 높은 충전밀도를 가지고 있으며, 정육면체상의 미세입자는 우수한 자성 특성을 갖는 등 입자의 형태에 따라 금속 입자가 가질 수 있는 특성은 매우 다양하기 때문에 적용분야에 최적화된 특성을 나타낼 수 있도록 금속 입자의 형상을 제어하는 것은 중요한 이슈로 떠오르고 있다.Particularly, spherical metal microparticles have a high packing density, and microparticles on a cubic body have excellent magnetic properties. Depending on the shape of the back particles, the metal particles can have various properties, Controlling the shape of metal particles so that they can be represented is becoming an important issue.
종래기술에서 금속 미세 입자들은 크게 액상 또는 기체상에서 합성되며, 구체적으로 액상법은 환원제 및 계면활성제를 이용한 액상 환원법, 콜로이드 합성법 등을 포함하며, 기체상 합성법은 화학적 기상 증착법, 물리적 기상 증착법 등을 포함한다. In the prior art, the metal microparticles are synthesized largely in a liquid phase or a gas phase. Specifically, the liquid phase method includes a liquid phase reduction method using a reducing agent and a surfactant, a colloid synthesis method, etc., and the gas phase synthesis method includes a chemical vapor deposition method and a physical vapor deposition method .
이들 합성법 중 액상에서의 합성법은 환원제를 포함하는 용액으로부터 합성하고자 하는 금속의 이온이 전자를 공급받아 금속입자로 환원 및 성장하는 바텀업(bottom up) 방식으로 금속 미세 입자의 크기를 균일하게 제어하는데 있어 유리하고, 목적하는 형상을 제조할 수 있도록 반응조건을 제어하는 것이 용이하다는 이점이 있다. In the liquid phase synthesis method, the size of the metal fine particles is uniformly controlled by a bottom-up method in which ions of the metal to be synthesized are supplied with electrons and reduced and grown into metal particles from the solution containing the reducing agent Which is advantageous in that it is easy to control the reaction conditions so as to produce a desired shape.
이와 관련하여 논문 “Shape Control of Platinum Nanoparticles Using a Metal Salt”(이하 비특허문헌 1)는 백금 나노입자를 합성하기 위한 전구체, 환원제, 계면안정제 및 백금 입자의 환원 시 입자의 형상을 제어하기 위한 금속염(AgNO3)을 포함하여 용액 상에서 형상이 제어된 백금 나노입자를 제조하는 기술에 관하여 개시하고 있으나, 이는 합성하고자 하는 금속의 전구체 이외에 목적하는 형상 및 크기를 갖는 입자를 제조하기 위하여 계면안정제 등의 첨가제를 다량 포함함에 따라 고순도의 금속 미세 입자를 제조하는 것이 곤란하며, 입자의 응집이 불가피하다는 문제점이 있었다.In this connection, the paper entitled " Shape Control of Platinum Nanoparticles Using a Metal Salt " (hereinafter referred to as non-patent document 1) discloses a precursor for synthesizing platinum nanoparticles, a reducing agent, an interfacial stabilizer and a metal salt (AgNO 3 ). However, in order to prepare particles having a desired shape and size in addition to a precursor of a metal to be synthesized, an interface stabilizer or the like It is difficult to produce metal fine particles of high purity by containing a large amount of additives, and there is a problem that aggregation of particles is inevitable.
또한, 기체상 합성법은 금속입자 간의 응집이 적으며, 결정도 및 순도가 높은 금속 입자를 제조하는데 있어 유리하며, 특히 화학적 기상 증착법의 경우에는 공정이 간단하여 고결정성의 금속 입자를 제조하는데 가장 널리 사용되고 있는 합성법이다. In addition, the gas phase synthesis method is advantageous in producing metal particles having a low degree of aggregation between metal particles and having high crystallinity and purity, and in particular, in the case of the chemical vapor deposition method, the process is most simple and is most widely used for producing highly crystalline metal particles It is a synthetic method that is being used.
관련하여 논문 “Synthesis of dispersed superfine fcc nickel single crystals in gas phase”(이하 비특허문헌 2)에서는 기체상 합성법을 이용하여 니켈 입자의 형상을 제어하는 기술에 관하여 개시하고 있으나, 입자의 형상 및 크기 분포를 제어하는 것이 어려운 기체상 합성법의 단점을 극복하기 위하여 표면에너지를 제어할 수 있는 첨가제를 사용하고 있어서 액상법과 마찬가지로 고순도의 금속입자를 제조하기가 곤란하며, 입자 표면의 불필요한 오염물질을 제거하기 위하여 후처리 공정을 요구하는 등의 문제점이 있었다.In the related article "Synthesis of dispersed superfine fcc nickel single crystals in gas phase" (hereinafter referred to as "non-patent document 2"), there is disclosed a technique for controlling the shape of nickel particles using a gas phase synthesis method, It is difficult to produce high purity metal particles as in the liquid phase method. In order to remove unnecessary contaminants on the surface of the particles, There is a problem that a post-treatment process is required.
본 발명은 상기 종래기술들의 문제점을 해소하고자 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 계면안정제 등의 순도를 저하시킬 수 있는 첨가제를 사용하지 않고 간단한 기상 합성법을 이용하여 금속입자의 표면에너지를 조절하여 목적하는 형상으로 제어된 금속분말을 제조하는 기술을 제공하는 것이다.Disclosure of the Invention The present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a method for producing a metal surface, which is capable of reducing the surface energy of metal particles by using a simple vapor phase synthesis method without using an additive capable of reducing purity, So as to produce a controlled metal powder in a desired shape.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 구형의 금속분말을 반응기에 투입하는 단계; 상기 금속분말에 금속염화물의 증기를 반응기에 공급하는 단계; 및 상기 공급된 금속염화물의 증기가 상기 금속분말의 표면에 흡착하여 금속분말의 형상이 변화하도록 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 열처리 단계에서 온도 및 시간을 조절함에 따라 상기 금속분말의 형상이 제어되는 것을 특징으로 하는 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal powder, comprising: injecting a spherical metal powder into a reactor; Supplying a vapor of a metal chloride to the metal powder to the reactor; And heating the supplied metal chloride so that the vapor of the supplied metal chloride is adsorbed on the surface of the metal powder to change the shape of the metal powder, wherein the shape of the metal powder is controlled by adjusting the temperature and time in the heat treatment step The present invention also provides a method of controlling a dry shape of a metal powder through surface energy control.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속분말은 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal powder may be nickel (Ni) or copper (Cu).
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속염화물은 NiCl2, CuCl, CuCl2, MgCl2, PbCl2, 및 PbCl4 중에서 선택되는 1종 이상의 금속염화물을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal chloride may include at least one metal chloride selected from NiCl 2 , CuCl, CuCl 2 , MgCl 2 , PbCl 2 , and PbCl 4 .
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 열처리하는 단계는 300℃ 내지 1400℃의 온도에서 5분 내지 600분 동안 수행되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed at a temperature of 300 ° C to 1400 ° C for 5 minutes to 600 minutes.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 건식 형상 제어 방법에 의해 제조되는 금속분말의 입자일 수 있고, 상기 건식 형상 제어 방법에 의해 제조되는 금속분말의 입자는 잘린 팔면체, 잘린 육면체, 및 정육면체 중에서 선택되는 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.In another embodiment of the present invention, the particles of the metal powder produced by the dry shape control method may be particles selected from a truncated octahedron, a truncated hexahedron, and a cube As shown in Fig.
본 발명의 실시예에 따르면, 금속분말의 순도를 저하시키는 계면안정제와 같은 첨가제를 사용하지 않고 간단한 건식 공정을 이용하여 표면에너지를 낮춤으로 인하여 금속분말의 형상을 다양하게 제어할 수 있다. 표면에너지를 제어함으로써, 정제 공정과 같은 후처리 공정을 거치지 않고서도 원하는 형상의 금속분말을 제조할 수 있어서 공정운영시간 및 비용을 절감할 수 있다는 이점이 있다.According to the embodiment of the present invention, the shape of the metal powder can be variously controlled by reducing the surface energy by using a simple dry process without using an additive such as a surface stabilizer that lowers the purity of the metal powder. By controlling the surface energy, metal powder of a desired shape can be produced without a post-treatment such as a refining step, thereby reducing the operating time and cost of the process.
또한, 본 발명에 따른 제조방법은 첨가제를 사용하지 않더라도 금속 입자 간의 응집을 유발하지 않고 균일한 형상제어가 가능하다는 이점을 갖는다. 또한, 열처리 조건을 조절함으로써 금속입자의 형상을 잘린 팔면체, 정육면체 등으로 다양하게 변화시켜 금속분말의 특성을 보다 향상시킬 수도 있으며 일례로 니켈 나노입자의 경우 구형 입자 대비 정육면체형 입자의 경우 포화자속밀도가 약 10배 정도 큰 특성을 나타낸다.Further, the production method according to the present invention has an advantage that uniform shape control can be performed without inducing coagulation of metal particles without using an additive. In addition, by adjusting the heat treatment conditions, the shape of the metal particles can be variously changed to a truncated octahedron or a cube to improve the characteristics of the metal powder. For example, in the case of nickel nanoparticles, the cubic- Is about ten times larger.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2의 (a)는 구형의 니켈 나노입자, (b) 및 (c)는 염화니켈 증기 분위기 하에서 구형의 니켈 나노입자를 950℃에서 각각 15분, 75분 동안 열처리하여 형상이 변화된 니켈 나노입자의 FESEM 이미지이다.
도 3의 (a) 내지 (c)는 각각 도 2의 (a) 내지 (c)의 니켈 나노입자들의 ECS(equilibrium crystal shape)을 소프트웨어에 의해 시뮬레이션하여 도출된 도면이다.1 is a schematic view for explaining a method of controlling a dry shape of a metal powder by surface energy control according to an embodiment of the present invention.
2 (a) shows spherical nickel nanoparticles, and FIG. 2 (b) and FIG. 2 (c) show spherical nickel nanoparticles annealed at 950 ° C. for 15 minutes and 75 minutes, respectively, Is the FESEM image of.
3 (a) to 3 (c) are diagrams derived by simulation of the equilibrium crystal shape (ECS) of the nickel nanoparticles of FIGS. 2 (a) to 2 (c) by software.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" (connected, connected, coupled) with another part, it is not only the case where it is "directly connected" "Is included. Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
본 발명은 표면에너지 제어를 통해 건식 공정으로 형상이 제어된 금속분말을 제조하는 방법에 관한 것으로, The present invention relates to a method for producing a metal powder whose shape is controlled by a dry process through surface energy control,
금속분말을 반응기에 투입하는 단계;Introducing the metal powder into the reactor;
반응기에 금속염화물(M2Clx)의 증기를 반응기에 공급하는 단계; 및Feeding a vapor of a metal chloride (M 2 Cl x ) into the reactor to the reactor; And
상기 공급된 금속염화물의 증기가 상기 금속분말의 표면에 흡착하여 금속분말의 형상이 변화하도록 열처리하는 단계를 포함하고,And heat treating the supplied metal chloride so that the vapor of the metal chloride is adsorbed on the surface of the metal powder to change the shape of the metal powder,
상기 열처리 단계에서 온도 및 시간을 조절함에 따라 상기 금속분말의 형상이 제어되는 것을 특징으로 하는 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법을 제공할 수 있다.And the shape of the metal powder is controlled by controlling the temperature and the time in the heat treatment step. The present invention can provide a method of controlling a dry shape of a metal powder through surface energy control.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 이하, 도면을 참조하여 상기 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법을 각 단계별로 설명하기로 한다. 1 is a schematic view for explaining a method of controlling a dry shape of a metal powder by surface energy control according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a method of controlling the dry shape of the metal powder through the surface energy control will be described with reference to the drawings.
본 발명에서 금속분말(1)을 반응기(70)에 투입하는 단계는, 금속분말(1)을 준비하고 이의 표면에너지를 조절하여 목적하는 형상의 금속분말(10)을 제조하기 위해 반응기(70)에 투입하는 단계이다. 본 발명에서 금속분말(1)은 니켈(Ni) 또는 구리(Cu) 중에서 선택되는 1종 또는 이의 합금 또는 1종 이상을 포함할 수 있다. 본 발명에서 금속분말(1)의 형상은 진구형, 또는 진구형에 가까운 다면체 형상을 포함할 수 있다. In the present invention, the step of introducing the
본 발명의 반응기(70)에 금속염화물의 증기를 상기 반응기(70)에 공급하는 단계는 상기 금속분말(1)의 표면에 상기 금속염화물 증기가 흡착되어 표면에너지를 조절할 수 있는 단계일 수 있다.The step of supplying the vapor of the metal chloride to the
본 발명에서 상기 금속염화물 증기는 NiCl2, CuCl, CuCl2, MgCl2, PbCl2 및 PbCl4 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있으나, 보다 균일한 형상의 금속 입자를 제조하기 위하여는 1종의 금속염화물 증기를 공급하는 것이 바람직할 수 있다.In the present invention, the metal chloride vapor may include at least one selected from the group consisting of NiCl 2 , CuCl, CuCl 2 , MgCl 2 , PbCl 2 and PbCl 4. However, in order to produce more uniform metal particles It may be desirable to supply one species of metal chloride vapor.
이때, 상기 금속염화물 증기를 구성하는 각각의 금속들은 상기 금속분말(1)을 구성하는 금속들보다 상대적으로 산화가 더 잘되는 금속일 수 있다.At this time, each of the metals constituting the metal chloride vapor may be a metal which is relatively more oxidized than the metals constituting the metal powder (1).
상기 금속염화물 증기는 후술하는 단계에서 소정의 열처리 조건 하에 상기 금속분말(1)의 표면에 흡착하여 상기 금속분말(1)의 표면에너지를 조절할 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 금속염화물 증기가 금속분말 표면 중 어느 특정한 면에 흡착하여 표면에너지를 낮추어 특정 면의 성장을 촉진시키며, 최종적으로 금속 분말 입자의 형상을 변화시킬 수 있다. 이는 상기 금속염화물 증기를 구성하는 각각의 금속들은 상기 금속분말(1)을 구성하는 금속들보다 상대적으로 산화가 더 잘되기 때문에, 금속의 산화성의 차이에 따라 상대적으로 상기 금속염화물 증기를 구성하는 각각의 금속들이 산화가 먼저 진행되어, 상기 금속분말(1)의 표면에 상기 금속염화물 증기가 흡착된 면에는 상기 금속분말(1)의 산화반응이 거의 진행되지 않으므로, 상기 금속분말(1)의 산화반응에 의한 표면에너지를 낮출 수 있다. The metal chloride vapor may be adsorbed on the surface of the
상기 금속염화물의 증기는 상기 반응기(70)와는 별도로 마련된 고온의 로(furnace)에서 고상의 금속염화물을 증발시켜 생성한 뒤, 반응기(70) 내로 공급할 수 있다. 또는, 별도로 마련된 로(furnace)를 사용하지 않고, 금속분말과 고상의 금속염화물을 혼합하여 동일한 반응기(70)에 투입한 뒤, 반응기(70)에 가열수단(50)을 구비하여, 이를 이용하여 고온의 열을 가하여 고상의 금속염화물을 증발시켜 증기를 형성하는 것도 가능할 수 있다. 그러나 금속염화물의 증기를 공급하는 방법은 이에 제한되지 않음을 명시한다.The vapor of the metal chloride may be generated by evaporating a solid metal chloride in a high temperature furnace provided separately from the
상기 금속염화물 증기를 별도로 마련된 고온의 로에서 생성한 뒤 반응기(70) 내로 공급하는 경우, 상기 금속염화물 증기의 유속은 1sccm/cm2 내지 150sccm/cm2 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 6sccm/cm2 내지 60 sccm/cm2 일 수 있다. When the metal chloride vapor is generated in a separately prepared high temperature furnace and then fed into the
본 발명의 열처리 단계는 소정의 열처리 조건에서 금속염화물의 증기를 금속분말(1)의 표면에 흡착시켜 표면에너지를 저하시킴으로써 형상을 변화시키는 단계이다. 즉, 열처리 조건에 따라 상기 금속염화물의 증기가 상기 금속분말(1) 표면에 흡착되는 정도가 달라는데, 이에 따라 상기 금속분말(1)의 표면에너지가 달라지므로, 열처리 조건에 따라 금속분말(1)의 형상을 제어할 수 있다. 본 발명의 열처리 단계는 상기 반응기(70)에 구비된 상기 가열수단(50)에 의하여 수행될 수 있다.The heat treatment step of the present invention is a step of changing the shape by reducing the surface energy by adsorbing the vapor of the metal chloride onto the surface of the
상기 열처리 단계를 통해 금속분말의 형상은 잘린 팔면체, 잘린 육면체 및 정육면체 등으로 다양하게 변화될 수 있다. The shape of the metal powder through the heat treatment step may be variously changed into a truncated octahedron, a truncated hexahedron, and a cube.
상기 열처리 단계는 300℃ 내지 1400℃의 온도조건에서, 5분 내지 600분 동안 수행될 수 있다. 이때, 열처리 온도가 300℃ 미만일 경우, 주입된 금속염화물 기체의 온도보다 반응기 내부의 온도가 상대적 낮아질 수 있어서 반응기 내에 공급된 금속염화물의 증기가 응축되어 금속염화물의 증기에 의한 금속분말의 형상 제어가 곤란할 수 있다. 또한, 열처리 온도가 1400℃를 초과하는 경우에는 구형의 금속분말 간 뭉침(coalescence)이 발생하면서 균일한 형상 제어가 곤란할 수 있다. 본 발명에 있어서, 금속분말의 형상의 제어는 열처리 시간의 영향을 받을 수 있다. 장시간 동안 고온의 열이 가해지는 경우 금속분말의 소결(sintering)이 발생할 수 있어 열처리는 상기와 같은 온도조건 및 처리 시간 범위 내에서 수행되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 일실시예에서 금속염화물 증기 분위기하에서 구형의 금속분말을 950℃에서 10분 내지 20분 동안 열처리하면 금속분말의 형상이 구형으로부터 잘린 팔면체 형태로 변화될 수 있으며, 동일한 온도조건에서 70분 내지 80분 동안 열처리하는 경우에는 정육면체 형상의 금속분말이 제조될 수 있다. The heat treatment step may be performed at a temperature condition of 300 DEG C to 1400 DEG C for 5 minutes to 600 minutes. If the heat treatment temperature is less than 300 ° C., the temperature inside the reactor may be relatively lower than the temperature of the injected metal chloride gas, so that the vapor of the metal chloride supplied to the reactor is condensed and the shape control of the metal powder by the vapor of the metal chloride It can be difficult. When the heat treatment temperature exceeds 1400 DEG C, coalescence between spherical metal powders may occur and uniform shape control may be difficult. In the present invention, the control of the shape of the metal powder may be influenced by the heat treatment time. If high temperature heat is applied for a long time, sintering of the metal powder may occur, and it is preferable that the heat treatment is performed within the temperature condition and the treatment time range as described above. In addition, in one embodiment, when the spherical metal powder is heat-treated at 950 ° C for 10 minutes to 20 minutes in a metal chloride vapor atmosphere, the shape of the metal powder may be changed from spherical to octahedral, When heat treatment is performed for 80 minutes, a metal powder in the form of a cuboid may be produced.
또한, 상기 열처리 단계는 금속분말의 균일한 형상 제어를 위해 반응기를 유동화시키며 열처리를 수행하는 것이 바람직할 수 있으며, 구체적으로는 반응기를 소정의 속도로 회전시키거나, 소정의 진동을 가하는 방법이 있을 수 있으나 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다. 상기 소정의 속도 및 소정의 진동은 균일한 형상제어를 가능케 하면서 장치의 손상 및 안정 상의 문제를 유발하지 않는 정도를 의미한다.In addition, it is preferable that the heat treatment step fluidizes and heat-treats the reactor to uniformly control the shape of the metal powder. Specifically, there may be a method of rotating the reactor at a predetermined speed or applying a predetermined vibration But not limited to, The predetermined speed and predetermined vibration means a degree that does not cause problems of damage and stability of the apparatus while allowing uniform shape control.
또한, 상기 열처리 단계에서 반응기 내의 압력은 진공 또는 상압에서 가능할 수 있으나, 상압에서 금속분말의 형상을 제어하고자 하는 경우에는 금속염화물의 증기가 지속적으로 주입/배기되어야 한다.Also, in the heat treatment step, the pressure in the reactor may be vacuum or atmospheric pressure, but when the shape of the metal powder is to be controlled at normal pressure, vapor of metal chloride must be continuously injected / exhausted.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
실시예Example 1 열처리 시간에 따른 구형 니켈 입자의 형상 변화 1 Shape Change of Spherical Nickel Particles with Heat Treatment Time
종래 화학기상증착법(CVD)에 의해 제조된 평균크기가 200nm인 니켈 나노입자를 사파이어 단결정 기재(C-plane (0001), Crystal Bank) 상에서 초음파 진동에 의해 분산시켰다. 도 2의 (a)는 형상 제어를 위해 사용된 니켈 나노입자의 FESEM 이미지이다. 이를 참조하면 열처리 전 니켈 나노입자의 형상은 구형임을 확인할 수 있다. 본 발명에서는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 거의 구형에 가까운 다면체형 니켈 나노입자를 사용하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며 시판되고 있는 구형의 니켈 분말이나 구리 분말을 제한 없이 사용할 수 있음을 명시한다. Nickel nanoparticles having an average size of 200 nm prepared by conventional chemical vapor deposition (CVD) were dispersed by ultrasonic vibration on a sapphire single crystal substrate (C-plane (0001), Crystal Bank). 2 (a) is an FESEM image of the nickel nanoparticles used for shape control. As a result, it can be confirmed that the shape of the nickel nanoparticles before heat treatment is spherical. In the present invention, as shown in FIG. 2 (a), polyhedral nickel nanoparticles which are almost spherical in shape are used. However, the present invention is not limited to this, and the nickel nanoparticles or the copper powders that are commercially available may be used without limitation do.
상기 니켈 나노입자 분말이 분산된 기재를 반응기의 중앙에 배치시킨 뒤, 염화니켈(NiCl2, 98%, Aldrich)를 석영 도가니에 장입하고, 중앙에 배치시켰다. 이후, 염화니켈의 환원을 방지하고자 반응기 내부를 질소 가스로 30분간 퍼징(purging) 하였다. 다음으로, 상기 반응기의 온도를 850℃로 하여 염화니켈 증기를 형성시켰다. 반응기 내에 염화니켈 증기가 충분히 형성된 후 반응기의 온도를 950℃로 하여 구형의 니켈 나노입자를 15분 및 75분 동안 열처리하였다. Nickel chloride (NiCl 2 , 98%, Aldrich) was charged into a quartz crucible and placed in the center after the base material in which the nickel nanoparticle powder was dispersed was placed in the center of the reactor. Thereafter, the inside of the reactor was purged with nitrogen gas for 30 minutes to prevent reduction of nickel chloride. Next, the temperature of the reactor was changed to 850 캜 to form nickel chloride vapor. After sufficient nickel chloride vapor was formed in the reactor, spherical nickel nanoparticles were heat-treated for 15 minutes and 75 minutes at a temperature of 950 ° C.
열처리가 완료된 후, 사파이어 기재상에서 열처리된 구형의 니켈 나노입자를 형상을 FESEM(MERLIN Compact, Zeiss)를 사용하여 관찰하였다. 또한, FESEM 분석을 통해 얻어진 결과를 Wulffman 소프트웨어를 사용하여 니켈 나노입자의 각 면들의 상대적인 표면에너지를 산출하였다.After the heat treatment was completed, the shape of the spherical nickel nanoparticles heat-treated on the sapphire substrate was observed using FESEM (MERLIN Compact, Zeiss). In addition, the results obtained by FESEM analysis were used to calculate the relative surface energy of each side of the nickel nanoparticles using Wulffman software.
도 2의 (b) 및 (c)는 각각 15분 및 75분 동안 염화니켈 증기 분위기하에서 950℃로 열처리한 니켈 입자의 FESEM 이미지이다. 열처리 전 니켈 나노입자의 형상은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 구형이었으나, 15분 동안 열처리하면 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 잘린 팔면체 형상으로 변화되며, 75분 동안 열처리하면 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 정육면체 형상으로 변화되는 것을 확인할 수 있다. 2 (b) and 2 (c) are FESEM images of nickel particles heat-treated at 950 ° C. in a nickel chloride vapor atmosphere for 15 minutes and 75 minutes, respectively. The shape of the nickel nanoparticles before heat treatment was spherical as shown in FIG. 2 (a), but when it was heat-treated for 15 minutes, it was changed into a truncated octahedron shape as shown in FIG. 2 (b) It can be confirmed that the shape changes to a cuboid shape as shown in Fig. 2 (c).
또한, 도 2의 (a) 내지 (c)의 니켈 나노입자의 실험적 ECS를 소프트웨어에 의해 생성하여 도 3의 (a) 내지 (c)에 각각 도시하였다. Experimental ECS of the nickel nanoparticles of Figs. 2 (a) to 2 (c) were generated by software and are shown in Figs. 3 (a) to 3 (c), respectively.
먼저 도 3의 (a)에 도시된 열처리 전 구형 니켈 나노입자의 ECS 시뮬레이션 결과를 참조하면, {100}, {111} 및 {210} 조각면(facet)이 발달한 것을 확인할 수 있으며, 소프트웨어를 통해 분석한 표면 에너지 비는 γ100/γ111=1.05 및 γ210/γ111=1.01 인 것으로 확인되었다. (여기서 아래첨자로 표기된 100, 111 및 210은 결정면을 나타내는 밀러지수를 의미한다.) 단 ECS 상에서 {110} 조각면이 관찰되지 않았기 때문에 γ110/γ111 이 1.065보다 커야 하므로, 표면 에너지의 상대 크기가 γ111 < γ210 < γ100 < γ110 임을 알 수 있었다. First, referring to the ECS simulation results of the spherical nickel nanoparticles before heat treatment shown in FIG. 3 (a), it can be seen that facets of {100}, {111} and {210} the surface energy was analyzed using non-was proved to be 100 γ / γ 111 = 1.05 and γ 210 / γ 111 = 1.01. (Here, 100, 111 and 210 denoted by the subscripts denote the Miller index indicating the crystal face.) However, since the {110} segment face is not observed on the ECS, the γ 110 / γ 111 must be larger than 1.065, It is found that the size is γ 111 <γ 210 <γ 100 <γ 110 .
한편, 구형의 니켈 나노입자를 950℃에서 15분 동안 열처리한 도 2의 (b)의 니켈 나노입자의 실험적 ECS를 소프트웨어에 의해 생성하여 도 3의 (b)에 도시하였으며, 이를 참조하면 {100} 및 {111} 조각면이 발달한 것을 확인할 수 있으며, 표면 에너지 비율은 γ100/γ111=1.00으로 확인되었다. 또한, 조각면의 상대적인 표면 에너지 크기는 γ100 = γ111 < γ110으로 분석되었다.On the other hand, experimental spherical nickel nanoparticles were heat-treated at 950 ° C for 15 minutes and experimental ECS of the nickel nanoparticles of FIG. 2 (b) was generated by software and shown in FIG. 3 (b) } and {111} to check that the one-piece face is developed, the surface energy ratio was identified as γ 100 / γ 111 = 1.00. In addition, the relative surface energy magnitude of the sculptured surface was analyzed as γ 100 = γ 111 <γ 110 .
또한, 구형의 니켈 나노입자를 950℃에서 75분 동안 열처리한 도 2의 (c)의 니켈 나노입자의 실험적 ECS를 소프트웨어에 의해 생성하여 도 3의 (c)에 도시하였으며, 이를 참조하면 {100} 및 {111} 조각면이 발달한 것을 확인할 수 있으며, 표면 에너지 비율은 γ100/γ111=0.63으로 확인되었다. 또한, 조각면의 표면 에너지는 γ100 < γ111 < γ110 인 것으로 분석되었다. The experimental ECS of the nickel nanoparticles of FIG. 2 (c) obtained by heat-treating the spherical nickel nanoparticles at 950 ° C. for 75 minutes is shown in FIG. 3 (c) } And {111} planes were developed, and the surface energy ratio was confirmed to be γ100 / γ111 = 0.63. Further, the surface energy of the engraved surface is? 100 <? 111 <? 110 Respectively.
상기 표면 에너지 분석 결과에서 확인한 바와 같이 구형의 니켈 나노입자를 소정의 조건에서 15분 및 75분 동안 열처리함에 따라 {111} 면에 대한 {100} 면의 표면 에너지 비가 1.05에서 1.0 및 0.63으로 감소하였다. 즉, 염화니켈 분위기 하에서 구형의 니켈 나노입자를 15분 동안 열처리한 후에 표면 에너지가 {100}에서 {111}로 역전되며, 이는 염화니켈의 증기가 분자상태로 {100}면에 우선적으로 흡착되어 {100} 면을 안정화 시키는 것으로 추측할 수 있다. 이와 같이 염화니켈 증기가 특정 면({100} 면)에 우선적으로 흡착되어 표면에너지를 낮춤으로 인해 니켈 입자의 형상이 제어될 수 있는 것이다.As shown in the results of the surface energy analysis, the surface energy ratio of the {100} plane to the {111} plane decreased from 1.05 to 1.0 and 0.63 as the spherical nickel nanoparticles were annealed at predetermined conditions for 15 minutes and 75 minutes . That is, the surface energy is reversed from {100} to {111} after annealing the spherical nickel nanoparticles for 15 minutes in the nickel chloride atmosphere, which is preferentially adsorbed on the {100} plane in the molecular state of the nickel chloride vapor It can be assumed that the {100} plane is stabilized. In this way, the nickel chloride vapor is preferentially adsorbed on a specific surface ({100} plane) to lower the surface energy, so that the shape of the nickel particles can be controlled.
본 발명에 따른 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법은 종래 기술에 따라 제조된 금속분말을 금속염화물 증기 분위기하에서 소정의 조건으로 열처리하여 금속분말 입자의 특정 조각면에 흡착시켜 표면에너지를 낮춤으로써 형상을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. 금속분말은 입자의 형상에 따라 다른 물성을 나타낼 수 있으며, 본 발명에 따른 건식 형상 제어 방법으로 금속분말을 열처리하여 소정의 형상을 갖도록 제어하여 물성을 향상시킬 수 있는 것이다. 이는 금속분말의 적용분야를 확장하고, 금속분말을 포함하여 제조되는 소재나 재료의 특성을 향상시키는데 기여할 수 있을 것이다.The method for controlling the dry shape of a metal powder by controlling the surface energy according to the present invention is characterized in that the metal powder produced according to the prior art is heat-treated under a predetermined condition in a metal chloride vapor atmosphere to adsorb the metal powder on a specific piece surface of the metal powder particles, And controlling the shape by lowering the angle. The metal powder may exhibit different physical properties depending on the shape of the particles, and the metal powder may be heat treated by the dry shape control method according to the present invention to control the shape of the metal powder to improve the physical properties. This will expand the application field of the metal powder and contribute to improve the properties of the material and the material including the metal powder.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
1: 금속분말
10: 형상 제어된 금속분말
50: 가열수단
70: 반응기1: metal powder
10: Shape controlled metal powder
50: Heating means
70: Reactor
Claims (10)
상기 금속분말에 금속염화물의 증기를 반응기에 공급하는 단계; 및
상기 공급된 금속염화물의 증기가 상기 금속분말의 표면에 흡착하여 금속분말의 형상이 변화하도록 열처리하는 단계를 포함하고,
상기 열처리 단계에서 온도 및 시간을 조절함에 따라 상기 금속분말의 형상이 제어되는 것을 특징으로 하고,
상기 금속분말은 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)인 것을 특징으로 하는 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법.
Introducing the metal powder into the reactor;
Supplying a vapor of a metal chloride to the metal powder to the reactor; And
And heat treating the supplied metal chloride so that the vapor of the metal chloride is adsorbed on the surface of the metal powder to change the shape of the metal powder,
Wherein the shape of the metal powder is controlled by controlling the temperature and the time in the heat treatment step,
Wherein the metal powder is nickel (Ni) or copper (Cu).
상기 금속염화물은 NiCl2, CuCl, CuCl2, MgCl2, PbCl2, 및 PbCl4 중에서 선택되는 1종 이상의 금속염화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법.
The method according to claim 1,
The metal chloride NiCl 2, CuCl, CuCl 2, MgCl 2, PbCl 2, and dry-control method of a metal powder with a surface energy control, characterized in that it comprises at least one metal chloride selected from PbCl 4.
상기 열처리하는 단계는 300℃ 내지 1400℃의 온도에서 5분 내지 600분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature of 300 ° C to 1400 ° C for 5 minutes to 600 minutes.
상기 형상이 변화된 금속분말은 잘린 팔면체, 잘린 육면체, 및 정육면체 중에서 선택되는 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal powder having the shape changed is any one selected from a truncated octahedron, a truncated hexahedron, and a cube, and controlling the shape of the metal powder by controlling the surface energy.
상기 열처리하는 단계는, 금속분말의 표면에 금속염화물의 증기가 흡착됨에 따라 상기 금속분말의 입자 대비 표면에너지가 낮아지는 것을 특징으로 하는 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the surface energy of the metal powder is lowered as the vapor of the metal chloride is adsorbed on the surface of the metal powder.
상기 금속분말에 금속염화물의 증기를 반응기에 공급하는 단계; 및
상기 공급된 금속염화물의 증기가 상기 금속분말의 표면에 흡착하여 금속분말의 형상이 변화하도록 열처리하는 단계를 포함하고,
상기 열처리 단계에서 온도 및 시간을 조절함에 따라 상기 금속분말의 형상이 제어되는 것을 특징으로 하고,
상기 열처리하는 단계는, 균일한 형상 제어를 위해 반응기를 유동화시키며 수행되는 것을 특징으로 하는 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법.
Introducing the metal powder into the reactor;
Supplying a vapor of a metal chloride to the metal powder to the reactor; And
And heat treating the supplied metal chloride so that the vapor of the metal chloride is adsorbed on the surface of the metal powder to change the shape of the metal powder,
Wherein the shape of the metal powder is controlled by controlling the temperature and the time in the heat treatment step,
Wherein the heat treatment step is performed by fluidizing the reactor for uniform shape control. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
상기 반응기에 공급되는 상기 금속염화물 증기의 유속은 1sccm/cm2 내지 150 sccm/cm2인 것을 특징으로 하는 표면에너지 제어를 통한 금속분말의 건식 형상 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the flow rate of the metal chloride vapor supplied to the reactor is 1 sccm / cm 2 to 150 sccm / cm 2 .
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CN110340374A (en) * | 2019-08-06 | 2019-10-18 | 攀钢集团研究院有限公司 | The preparation method of vanadium chromium titanium valve |
Citations (1)
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JP2012117088A (en) * | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Nagaoka Univ Of Technology | Fine particle and method for production thereof |
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- 2016-09-01 KR KR1020160112754A patent/KR101828432B1/en active IP Right Grant
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