KR101899452B1 - 금속수지정반, 그 제조 방법, 및 그 제조 설비 - Google Patents

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Abstract

금속수지정반의 제조 방법이 제공된다. 상기 금속수지정반의 제조 방법은 금속 분말을 준비하는 단계, 상기 금속 분말의 표면을 친수성으로 개질시키는 표면 전처리 단계, 친수성으로 개질된 상기 금속 분말, 경화제, 및 열경화성 수지를 진공 상태에서 혼합하여, 소스 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 소스 혼합물을 몰드(mold)에 주입하여, 금속수지정반을 제조하는 단계를 포함한다.

Description

금속수지정반, 그 제조 방법, 및 그 제조 설비{Metal Resin Plate, method of manufacturing of the same, and equipment of manufacturing of the same}
본 발명은 금속수지정반, 그 제조 방법, 및 그 제조 설비에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 표면이 전처리 된 금속분말을 이용한 금속수지정반, 그 제조 방법, 및 그 제조 설비에 관련된 것이다.
연마 또는 절삭 대상물을 연마하기 위한 대표적인 종래 기술로는 그루브가 형성된 금속수지정반에 0.25 ~ 9㎛ 크기의 다이아몬드 입자가 현탁된 슬러리를 흘려주면서 기판(웨이퍼) 또는 유리를 연마시키는 방법이 있다.
연마 대상물의 연마 시, 핵심 부품으로 사용되는 금속수지정반은 철(Iron), 납(Pb), 주석(Sn), 구리(Cu), 청동(Bronze), 세라믹(Ceramic), 알루미늅(Al)등 금속분말과 각종 유기화합물 및 그 유도체로 이루어진 비결정성 고체 또는 반고체로 천연수지 및 합성수지, 경화제를 혼합, 성형하여 제조된다.
예를 들어, 대한민국 특허 공개 공보 1998-024323 (출원번호 10-1997-0045698, 출원인 가부시끼가이샤 도시바 니시무로 다이조)에는, 급·냉열 등의 처리 없이 고경도를 달성하는 연마 공구용 재료 및 그것을 이용한 연마정반, 또는 경도의 균일성이 뛰어난 연마 공구용 재료 및 그것을 이용한 연마 정반의 특징이 개시되어 있다.
하지만, 종래의 금속수지정반은, 금속 분말과 수지 혼합, 성형 및 건조과정에서 금속 분말 표면에 잔류하는 기포가 외부로 배출되지 않으며, 연마제에 비해 큰 기포에 의해서, 연마제 입자의 대부분이 기포 내에 함침되어 연마율 또는 절삭율이 낮아지는 문제가 발생한다.
또한, 종래의 금속수지정반은 금속 분말과 액상 수지 간의 비중 차이로 인해 혼합 및 성형과정에서 금속수지정반의 하부층으로 금속 분말이 침전되기 때문에 하부 층 내에 금속 분말이 집중적으로 분포되거나, 위치 별로 금속 분말의 함량에 차이가 발생하여 대상물의 연마율 및 절삭율이 악화되는 문제가 있다. 또한, 금속수지정반의 직경이 증가할수록 금속수지정반 표면의 위치별, 또는 내부의 두께별 기포 제어가 어려워지기 때문에, 결과적으로 대상물의 표면 평탄도가 낮거나 편마모 현상이 발생되는 단점이 있다.
따라서, 금속수지정반의 기포의 제거가 용이하고, 금속수지정반의 표면 및 내부에서 금속 분말 및 열경화성 수지의 균일도를 향상시켜 편마모 및 연마 성능을 개선시키는 반영구적인 금속수지정반 및 그의 제조 방법과 제조 설비에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
대한민국 특허 공개 공보 1998-024323
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 연마율 또는 절삭율을 향상시키는 금속수지정반, 그 제조 방법, 및 그 제조 설비를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 장수명의 금속수지정반, 그 제조 방법, 및 그 제조 설비를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고신뢰성의 금속수지정반, 그 제조 방법, 및 그 제조 설비를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 금속수지정반의 제조방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속수지정반의 제조 방법은 금속 분말을 준비하는 단계, 상기 금속 분말의 표면을 친수성으로 개질시키는 표면 전처리 단계, 친수성으로 개질된 상기 금속 분말, 경화제, 및 열경화성 수지를 진공 상태에서 혼합하여, 소스 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 소스 혼합물을 몰드(mold)에 주입하여, 금속수지정반을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 분말은 상기 금속 분말의 표면을 덮는 산화막을 포함하고, 상기 표면 전처리 단계 시, 상기 산화막이 제거될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 산화막이 자연 산화막(natural oxide layer)일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 산화막은 불산, 질산, 또는 황산 중 어느 하나를 이용한 습식 식각 공정으로 제거될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 표면 전처리 단계는 코팅제를 이용하여 상기 금속 분말을 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 표면 전처리 단계는, 상기 금속 분말을 열처리하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 혼합물을 형성하는 단계는, 상기 금속 분말, 상기 경화제, 및 상기 열경화성 수지에 연마제가 첨가되는 것을 포함하고, 상기 연마제는 실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 알루미나, 세리아, 실리카, 또는 다이아몬드 입자에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 분말은 철 분말, 청동 분말, 구리 분말, 알루미늅 분말, 납 분말, 또는 주석 분말에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 열경화성 수지는 에스테르 수지, 멜라닌 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 또는 알키드 수지에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 금속수지정반을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속수지정반은 금속 분말, 경화제, 및 열경화성 수지를 포함하고, 연마 대상물과 접촉하는 제1 면, 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하되, 상기 금속 분말의 표면은 비산화물(non-oxide)로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속수지정반 내에서 상기 금속 분말의 함량은 60~90%이고, 상기 열경화성 수지의 함량은 10~40%일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연마 대상물을 연마하는 과정에서 투입된 슬러리에 포함된 연마 입자에 의해 상기 제1 면의 표면 조도가 증가되어, 상기 슬러리에 의한 상기 연마 대상물의 연마 효율이 향상될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 면의 표면 조도 증가는 상기 열경화성 수지의 분자량에 따라 조절되고, 상기 제1 면의 표면 조도가 증가되는 경우, 상기 연마 입자에 대한 상기 제1 면의 구속력이 증가될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 금속수지정반의 제조 설비를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속수지정반의 제조 설비는 금속 분말, 열경화성 수지 및 경화제를 포함하는 소스 혼합물이 주입되는 몰드(mold), 상기 소스 혼합물이 주입된 상기 몰드를 덮어, 상기 몰드 내부를 밀폐시키는 진공 덮개, 및 상기 진공 덮개를 관통하고, 상기 몰드 내의 공기를 외부로 배출시켜 상기 몰드 내를 진공 상태로 형성하는 진공 배기부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 진공 배기부에 의해, 상기 몰드 내에 주입된 상기 소스 혼합물 내의 기포가 감소될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 친수성으로 개질된 금속 분말, 경화제, 및 열경화성 수지가 진공 상태에서 혼합되어 소스 혼합물이 형성될 수 있다. 상기 소스 혼합물이 몰드에 주입된 후 진공 배기되어, 금속수지정반이 제조될 수 있다. 이로 인해, 상기 금속 분말, 상기 경화제, 및 상기 열경화성 수지가 균일하게 혼합되는 동시에, 상기 소스 혼합물 내에 기포가 감소될 수 있다. 또한, 상기 금속수지정반 내에 상기 금속 분말 및 상기 열경화성 수지의 분포의 편차가 최소화되고, 상기 금속수지정반 내에 기포가 최소화될 수 있다. 이에 따라, 연마 및 절삭 성능이 향상된 금속수지정반, 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 ２는 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 표면 조도의 변화를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 표면 조도를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5은 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 그루브 타입을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 제조 설비를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발의 실시 예에 따른 금속수지정반의 제조 방법의 진공 배기 공정의 효과를 설명하기 위한 SEM 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 금속 분말이 준비될 수 있다(S110). 상기 금속 분말은 철 분말, 청동 분말, 구리 분말, 알루미늄 분말, 납 분말, 또는 주석 분말 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사파이어 기판 및 유리 기판을 연마할 경우, 상기 금속 분말은 청동 분말 또는 구리 분말을 포함하고, 상기 금속 분말의 입자의 크기는 대략 20~120㎛ 일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 분말의 표면에 산화막이 형성될 수 있다. 상기 산화막은 대기상태에서 생성된 자연 산화막(natural oxide layer)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 자연 산화막(natural oxide layer)은 금속 산화막 일 수 있다.
상기 금속 분말의 표면을 친수성으로 개질시키는 표면 전처리 단계가 수행될 수 있다(S120). 상기 금속 분말의 상기 표면은 친수성으로 개질되어, 상기 금속 분말의 표면 장력이 감소될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 금속 분말의 표면에 상기 산화막이 형성되는 경우, 상기 표면 전처리 단계는 상기 산화막을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 상기 산화막은 불산, 질산, 또는 황산 중 어느 하나를 이용한 습식 식각 공정, 또는 전기 화학적 방법을 이용한 탈산화 공정으로 제거될 수 있다. 상기 산화막이 제거되어, 상기 금속 분말의 표면은 비산화물(non-oxide)로 형성될 수 있고, 상기 금속 분말의 표면이 소수성에서 친수성으로 개질될 수 있다.
또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 표면 전처리 단계는 코팅제를 이용하여 상기 금속 분말을 코팅하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅제는 hydroquinone resin, Benzoltriazole, Methylbenzotriazole, Acid anhydride, Ammonium salicylate, Tetraethylenepentamine, Cetyltrimethylammonium bromide(CTAB), Tetraoctylammonium bromide, Polyethyleneimine (PEI), Polyethylene glycols (PEG), Polyvinylpyrrolidone (PVP), Polyetheretherketone (PEEK), 또는 Polyalylamine (PAAm) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또는, 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 표면 전처리 단계는 상기 금속 분말을 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 분말의 열처리 온도는 50℃에서 150℃ 사이로 유지될 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 친수성으로 개질된 상기 금속 분말, 열경화성 수지 및 경화제를 진공 상태에서 혼합하여, 소스 혼합물이 형성될 수 있다(S130). 상기 금속 분말, 상기 열경화성 수지, 및 상기 경화제를 포함하는 혼합 재료는 진공 상태의 혼합기에 투입되어, 혼합될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 분말, 상기 열경화성 수지, 및 상기 경화제를 상기 혼합기에 투입하고, 10-4 torr의 진공도에서 50~500rpm의 회전 속도로 10~60분 동안 동작하여 상기 소스 혼합물이 제조될 수 있다. 상기 진공도는 상기 혼합기의 용량, 상기 구성성분의 함량, 내·외부 온도 등의 조건에 따라 변경될 수 있다.
상기 혼합 재료는 연마제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연마제의 입자 크기는 5~100㎛이며, 상기 연마제의 종류는 실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 알루미나, 세리아, 실리카, 또는 다이아몬드 입자에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 열경화성 수지는 내열성, 내구성, 내용제성, 내약품성, 기계적 특성, 전기절연성, 및 유연성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 이로 인해, 연마 대상물의 연마 시, 외부에서 주입되는 슬러리(slurry)의 충격(shock)을 흡수하여 상기 연마 대상물의 가공면에 입히는 손상을 줄일 수 있다. 예를 들어, 상기 열경화성 수지의 종류는 에스테르 수지, 멜라닌 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 또는 알키드 수지에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 혼합물을 형성하는 단계는, 상기 금속 분말 및 상기 열경화성 수지를 상기 혼합기 내에 투입하고 진공 상태에서 혼합하는 단계와, 상기 경화제를 상기 혼합기에 투입하고 진공 상태에서 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 연마제는 상기 금속 분말과 함께 상기 혼합기 내에 투입되어 혼합될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 금속 분말 및 상기 열경화성 수지는 진공 상태에서 혼합될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 분말의 표면에 형성된 기포가 용이하게 제거될 수 있고, 상기 금속 분말과 상기 열경화성 고분자 사이의 비중 차이로 인해 발생하는 불균일 현상이 최소화될 수 있다.
만약, 상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 상기 금속 분말 및 상기 열경화성 수지가 대기 상태에서 혼합되는 경우, 상기 금속 분말에 비해 상대적으로 비중이 낮은 상기 열경화성 수지는, 상기 소스 혼합물로부터 제조되는 금속수지정반 내의 상부 또는 가장자리에 집중적으로 분포될 수 있다. 또한, 상기 열경화성 수지에 비해 상대적으로 비중이 높은 상기 금속 분말은 상기 금속수지정반의 하부 또는 중심부에 집중적으로 분포될 수 있다. 이로 인해, 상기 금속 분말 및 상기 열경화성 수지는 상기　금속수지정반　내에서 위치 별로 서로 다른 함량을 보일 수 있고, 이에 따라, 상기　금속수지정반의 구성 성분들이　불균일하게 분포될　수 있다.
하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 금속 분말, 상기 열경화성 수지, 및 상기 경화제가 진공 상태에서 혼합되는 경우, 상기 금속 분말 및 상기 열경화성 수지는 비중 차이에도 불구하고, 실질적으로 균일한 상태로 혼합될 수 있다.
또한, 상술된 바와 같이, 상기 금속 분말의 표면을 친수성으로 개질시키는 표면 전처리 단계가 수행된 후, 친수성으로 개질된 상기 금속 분말이 상기 경화제 및 상기 열경화성 수지와 혼합되어, 상기 소스 혼합물 내 상기 금속 분말이 실질적으로 균일한 상태로 혼합될 수 있다.
상기 소스 혼합물을 몰드(mold)에 주입하여, 금속수지정반이 제조될 수 있다(S140). S130 단계를 참조하여 기술된 것과 같이, 진공 상태의 상기 혼합기 내에 투입된 상기 금속 분말, 상기 열 경화성 수지 및 상기 경화제가 혼합되어 상기 소스 혼합물을 형성하는 과정에서, 상기 소스 혼합물이 경화될 수 있다. 이로 인해, 상기 소스 혼합물 내의 기포가 충분히 제거되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 몰드(mold)에 주입된 상기 소스 혼합물 내의 충분한 기포의 제거를 위해 진공 배기 공정이 수행될 수 있다.
상기 진공 배기 공정은 상기 소스 혼합물이 주입된 몰드(mold) 위에 진공 덮개를 장착하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 진공 배기 공정은 10-4 torr의 진공도에서 10~60분 동안 수행될 수 있다. 여기서, 상기 진공도는 몰드(mold)의 용량, 소스 혼합물의 함량, 내·외부 온도 등에 따라 제어될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 진공 배기 공정 후, 상기 몰드 내에 주입된 상기 소스 혼합물 내의 기포가 제거되어, 상기 몰드 내의 상기 소스 혼합물의 부피가 감소될 수 있다.
상기 금속수지정반이 건조 및 열처리될 수 있다(150). 상기 금속수지정반을 건조하는 방법은 상기 금속수지정반을 자연 건조시키는 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속수지정반은 상온에서 2시간 이상 자연 건조된 후, 80~250℃의 오븐에서 2시간 이상 열처리될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 친수성으로 개질된 상기 금속 분말, 상기 경화제 및 상기 열경화성 수지가 진공 상태에서 혼합되어 상기 소스 혼합물이 형성될 수 있고, 상기 소스 혼합물이 상기 몰드 내에 주입된 후 진공 배기되어 상기 금속수지정반이 제조될 수 있다. 이로 인해, 상기 금속 분말, 상기 경화제, 및 상기 열경화성 수지가 균일하게 혼합되는 동시에, 상기 소스 혼합물 및 상기 금속수지정반 내에 기포가 감소될 수 있다.
만약, 상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 상기 금속 분말에 표면 전처리가 생략되거나, 상기 금속 분말, 상기 경화제, 및 상기 열경화성 수지가 대기 상태에서 혼합되거나, 또는 상기 소스 혼합물이 상기 몰드에 주입된 후 진공 배기 공정이 생략되는 경우, 상기 금속 분말, 상기 경화제, 및 상기 열경화성 수지가 균일하게 혼합되지 않고, 상기 소스 혼합물 및/또는 상기 금속수지정반 내에 기포가 다수 분포될 수 있다. 이로 인해, 연마 대상물의 연마 시 주입되는 슬러리가 상기 기포에 함침되거나, 상기 금속수지정반이 편마모되어, 상기 금속수지정반의 연마 및 절삭 성능이 저하될 수 있다.
하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 친수성으로 개질된 상기 금속 분말, 상기 경화제, 및 상기 열경화성 수지가 진공 상태에서 혼합되고 상기 몰드에 주입된 후 진공 배기되어, 상기 금속수지정반 내에 상기 금속 분말 및 상기 열경화성 수지의 분포의 편차가 최소화되고, 상기 금속수지정반 내에 기포가 최소화될 수 있다. 이에 따라, 연마 및 절삭 성능이 향상된 금속수지정반, 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 도 1을　참조하여 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 제조 방법에 따라 제조된 금속수지정반이 설명된다.
도 ２는 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2을 참조하면, 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 금속수지정반(100)은 금속 분말, 열경화성 수지 및 경화제를 포함할 수 있다. 상기 금속수지정반의 크기는 28인치 이상일 수 있으며, 상기 금속수지정반의 경도는 80~95HR일 수 있다. 상기 경화제의 함량은 상기 금속수지정반의 구성성분 중 0.2~5%일 수 있다.
상기 금속 분말의 함량은 상기 금속수지정반의 구성성분 중 60~90%일 수 있다. 상기 금속 분말의 함량이 상기 비율의 범위를 벗어날 경우, 연마율이 감소하거나, 불안정한 온도 구배로 인한 편마모의 문제가 발생될 수 있다. 상기 금속 분말의 표면은 도 1을 참조하여 설명된 것과 같이 표면 전처리되어, 친수성으로 개질되고, 비산화물(non-oxide)로 형성될 수 있다.
상기 열경화성 수지의 함량은 상기 금속수지정반의 구성성분 중 10~40%일 수 있다. 상기 열경화성 수지의 함량이 상기 비율의 범위를 벗어날 경우, 연마율이 감소하거나 불안정한 온도 구배로 인한 편마모의 문제가 발생될 수 있다. 보다 구체적으로 상술하면, 상기 열경화성 수지의 함량이 상기 비율보다 낮을 경우, 상기 금속 분말과 상기 열경화성 수지가 불안정 상태로 결합될 수 있다. 이로 인해, 상기 금속 분말이 상기 금속수지정반으로부터 용이하게 이탈되어, 상기 연마 대상물에 스크래치를 주거나, 장시간의 가공 시 불안정한 온도 구배로 인해 상기 연마 대상물의 표면 평탄도를 낮추는 편마모 문제가 발생될 수 있다. 반면, 상기 열경화성 수지의 함량이 상기 비율보다 큰 경우에는, 상기 금속수지정반의 표면마찰계수가 감소하여, 연마 대상물의 연마 속도가 감소될 수 있다.
상기 금속수지정반은, 연마 대상물과 접촉하는 제1 면(110), 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면(120)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 연마 대상물의 연마 시, 연마 입자를 포함하는 슬러리(Slurry)가 투입될 수 있다. 상기 슬러리(Slurry)를 이용하여 상기 연마 대상물을 연마하는 과정에서, 상기 제1 면(110)의 표면 조도가 증가되어, 상기 연마 대상물의 연마 효율이 향상될 수 있다. 이하, 이를 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 표면 조도의 변화를 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 표면 조도를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 슬러리(Slurry)를 이용하여 상기 연마 대상물을 연마하는 과정에서, 상기 슬러리에 포함된 상기 연마 입자에 의해, 상기 금속수지정반(100)의 상기 제1 면(110)의 표면 조도가 증가될 수 있다. 상기 금속수지정반(100)의 상기 제1 면(110)의 표면 조도의 증가는 상기 열경화성 수지의 분자량에 따라 조절될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속수지정반(100)의 제조 시 투입되는 상기 열경화성 수지의 분자량이 작을 수록, 상기 연마 대상물의 연마 과정에서 상기 금속수지정반의 상기 제1 면(110)의 표면 조도가 증가될 수 있다. 예를 들어, 상기 열경화성 수지의 분자량이 2000 이하인 경우, 상기 연마 대상물을 연마하는 과정에서, 상기 제1 면(110)의 표면 조도가 증가될 수 있다.
상기 제1 면(110)의 표면 조도가 증가되는 경우, 외부에서 주입되는 상기 슬러리(slurry)의 상기 연마 입자(130)에 대한 상기 제1 면(110)의 구속력이 증가될 수 있다. 상기 제1 면(110)의 표면 조도가 증가되는 경우, 상기 제1 면(110)에 형성된 요철로 인해, 상기 슬러리의 연마 입자(130)가 상기 제1 면(110)에 용이하게 구속될 수 있다. 이로 인해, 상기 연마 대상물의 연마 시, 상기 제1 면(110)과 상기 연마 대상물 사이에서 상기 연마 입자(130)의 이탈이 감소되어, 상기 연마 대상물의 연마 속도가 증가될 수 있다.
도 5은 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 그루브 타입을 설명하기 위한 도면이다.
도 5을 참조하면, 상기 연마 대상물의 연마율 또는 절삭율을 향상시키기 위해, 상기 금속수지정반의 상기 제1 면(110)의 표면 상에 그루브가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 금속수지정반은 일면에 상기 그루브를 형성함으로써, 상기 연마 대상물의 연마 시, 연마 잔류물의 배출특성을 높이고, 상기 슬러리의 분산효율을 향상시킬 수 있다.
상기 그루브는 연마 목적 및 연마 대상물에 따라 모형 및 홈의 깊이가 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 그루브의 모형은, 도 5의 (a)에 도시된 것과 같이 동심원 타입, 도 5의 (b)에 도시된 것과 같이 웨이브동심원 타입, 도 5의 (c)에 도시된 것과 같이 나선형 타입, 도 5의 (d)에 도시된 것과 같이 격자무늬 타입, 또는 도 5의 (e)에 도시된 것과 같이 치수가 다른 이중격자무늬 타입 중 어느 하나일 수 있다.
상기 그루브는 1~5mm 피치(pitch)와 0.1~10mm 깊이를 가질 수 있다. 상기 그루브 타입 중, 도 5의 (c)에 도시된 것과 같은 상기 나선형 타입은 연마 과정 시 발생되는 오염물을 배출시키는데 용이할 수 있다.
상기 그루브의 모형 및 홈의 깊이는 도 5에 도시된 것에 한정되지 않고, 다양하게 변경될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 제조 설비를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 금속수지정반의 제조 설비는 몰드(mold, 210), 진공 덮개(220), 및 진공 배기부(230)를 포함할 수 있다. 상기 몰드(mold, 210)는 금속 분말, 열경화성 수지 및 경화제를 포함하는 소스 혼합물(140)을 수용할 수 있다.
상기 진공 덮개(220)는 상기 소스 혼합물(140)이 주입된 상기 몰드(210)를 덮어, 상기 몰드(210) 내부를 밀폐시킬 수 있다.
상기 진공 배기부(230)는 상기 몰드(210) 내부와 외부 영역을 연결하는 연결부로, 상기 진공 덮개(220)의 원판 부분을 관통하여 형성될 수 있다.
상기 금속수지정반의 제조 설비는, 도 1의 S140 단계를 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 진공 배기부(230)를 통해, 상기 몰드(210) 내 공기를 외부로 배출시킬 수 있다. 다시 말하면, 상기 진공 배기 공정을 통해, 상기 몰드(210) 내부가 진공 상태로 변화될 수 있다. 상기 진공 배기부(230)에 의해, 상기 몰드(210) 내부가 진공 상태로 변화되어, 기포가 최소화된 상기 금속수지정반이 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 진공 배기 공정은 10-4 torr의 진공도에서 10~60분 동안 수행될 수 있다. 상기 진공도는 몰드(210)의 용량, 소스 혼합물의 함량, 내·외부 온도 등에 따라 제어될 수 있다.
이하 도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 특성 평가 결과가 설명된다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 금속수지정반의 제조 방법의 진공 배기 공정의 효과를 설명하기 위한 SEM 사진이다. 구체적으로, 도 7은 본 발명의 실시 예에 대한 비교 예에 따라 소스 혼합물이 몰드에 주입된 후 진공 배기 공정이 생략되어 제조된 금속수지정반의 SEM 사진이며, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 진공 배기 공정이 수행된 금속수지정반의 SEM 사진이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 금속 분말, 경화제, 및 열 경화성 수지가 혼합된 소스 혼합물을 몰드에 주입 후, 진공 배기 공정을 생략하여 본 발명의 실시 예에 대한 비교 예에 따른 금속수지정반을 제조하였다. 금속 분말, 경화제, 및 열 경화성 수지가 혼합된 소스 혼합물을 몰드에 주입 후, 진공 배기 공정을 수행하여 본 발명의 실시 예에 대한 비교 예에 따른 금속수지정반을 제조하였다.
도 7에 도시된 바와 같이, 비교 예에 따른 금속수지정반의 경우, 다수의 기포가 존재하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 8에 도시된 바와 같이, 실시 예에 따른 금속수지정반은 기포가 최소화된 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 실시 예에 따라, 금속 분말, 경화제, 및 열 경화성 수지가 혼합된 소스 혼합물을 몰드에 주입 후, 진공 배기 공정을 수행하는 것이, 금속수지정반 내의 기포를 감소시켜, 연마 및 절삭 성능이 향상된 금속수지정반을 제조하는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100; 금속수지정반
110; 제1 면
120; 제2 면
130; 연마 입자
140; 소스 혼합물
200; 금속수지정반의 제조 설비
210; 몰드(mold)
220; 진공 덮개
230; 진공 배기부

Claims (14)

  1. 금속 분말을 준비하는 단계;
    상기 금속 분말의 표면을 친수성으로 개질시키는 표면 전처리 단계;
    친수성으로 개질된 상기 금속 분말, 경화제, 및 열경화성 수지를 진공 상태에서 혼합하여, 소스 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 소스 혼합물을 몰드(mold)에 주입하여, 금속수지정반을 제조하는 단계; 및
    상기 금속수지정반을 건조 및 열처리하는 단계;를 포함하며,
    상기 금속수지정반은,
    연마 대상물과 접촉하는 제1 면, 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하되, 상기 제1 면의 표면 상에 1~5mm 피치(pitch)와 0.1~10mm 깊이를 갖는 그루브가 형성되며,
    상기 금속 분말의 표면은 비산화물(non-oxide)로 형성되고,
    상기 열경화성 수지는 외부에서 주입되는 슬러리의 충격을 흡수하여 연마 대상물의 가공면에 입히는 손상을 줄이며,
    상기 금속 분말은 상기 금속 분말의 표면을 덮는 산화막을 포함하고, 상기 표면 전처리 단계는, 상기 산화막을 제거하는 것을 포함하며,
    상기 금속 분말의 표면을 친수성으로 개질시키고 비산화물로 형성함으로써 상기 금속 분말의 표면장력이 저감되는 것을 특징으로 하는 금속수지정반의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 산화막은 자연 산화막(natural oxide layer)를 포함하는 금속수지정반의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 산화막은 불산, 질산, 또는 황산 중 어느 하나를 이용한 습식 식각 공정으로 제거되는 것을 포함하는 금속수지정반의 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 표면 전처리 단계는 코팅제를 이용하여 상기 금속 분말을 코팅하는 것을 포함하는 금속수지정반의 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 표면 전처리 단계는, 상기 금속 분말을 열처리하는 것을 포함하는 금속수지정반의 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 소스 혼합물을 형성하는 단계는,
    상기 금속 분말, 상기 열경화성　수지　및　상기　경화제에 연마제가 첨가되는 것을 포함하고,
    상기 연마제는 실리콘카바이드, 보론 카바이드, 알루미나, 세리아, 실리카, 또는 다이아몬드 입자에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 금속수지정반의 제조 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 분말은 철 분말, 청동 분말, 구리 분말, 알루미늄 분말, 납 분말, 또는 주석 분말에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 열경화성 수지는 에스테르 수지, 멜라닌 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 또는 알키드 수지에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 금속수지정반의 제조 방법.
  9. 제1 항, 제3 항 내지 제8 항 중 어느 한 항의 금속수지정반의 제조방법으로 제조되며,
    금속 분말, 경화제, 및 열경화성 수지를 포함하고,
    연마 대상물과 접촉하는 제1 면, 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하되, 상기 제1 면의 표면 상에 1~5mm 피치(pitch)와 0.1~10mm 깊이를 갖는 그루브가 형성되며,
    상기 금속 분말의 표면은 비산화물(non-oxide)로 형성되고,
    상기 열경화성 수지는 외부에서 주입되는 슬러리의 충격을 흡수하여 연마 대상물의 가공면에 입히는 손상을 줄이며,
    상기 금속 분말의 표면을 친수성으로 개질시키고 비산화물로 형성함으로써 상기 금속 분말의 표면장력이 저감되는 것을 특징으로 하는 금속수지정반.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 금속 분말의 함량은 60~90%이고,
    상기 열경화성 수지의 함량은 10~40%인 것을 포함하는 금속수지정반.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 연마 대상물을 연마하는 과정에서 투입된 슬러리에 포함된 연마 입자에 의해 상기 제1 면의 표면 조도가 증가되어, 상기 슬러리에 의한 상기 연마 대상물의 연마 효율이 향상되는 것을 포함하는 금속수지정반.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 면의 표면 조도 증가는 상기 열경화성 수지의 분자량에 따라 조절되고,
    상기 제1 면의 표면 조도가 증가되는 경우, 상기 연마 입자에 대한 상기 제1 면의 구속력이 증가되는 것을 포함하는 금속수지정반.
  13. 제1 항, 제3 항 내지 제8 항 중 어느 한 항의 금속수지정반의 제조방법에 사용되며,
    금속 분말, 열경화성 수지 및 경화제를 포함하는 소스 혼합물을 형성하는 진공상태의 혼합기;
    상기 소스 혼합물이 주입되는 몰드(mold);
    상기 소스 혼합물이 주입된 상기 몰드를 덮어, 상기 몰드 내부를 밀폐시키는 진공 덮개; 및
    상기 진공 덮개를 관통하고, 상기 몰드 내의 공기를 외부로 배출시켜 상기 몰드 내를 진공 상태로 형성하는 진공 배기부;를 포함하되,
    상기 진공상태의 혼합기는 소스 혼합물내의 금속분말과 열경화성 수지가 비중 차이에도 불구하고 균일하게 혼합되도록 하고, 상기 금속분말의 표면에 형성되는 기포도 제거되도록 하며,
    상기 금속분말은 표면 전처리 단계를 거쳐 표면이 친수성으로 개질된 상태로 상기 진공상태의 혼합기에 투입되며,
    상기 금속수지정반은, 연마 대상물과 접촉하는 제1 면, 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하되, 상기 제1 면의 표면 상에 1~5mm 피치(pitch)와 0.1~10mm 깊이를 갖는 그루브가 형성되며,
    상기 금속 분말의 표면은 비산화물(non-oxide)로 형성되고,
    상기 열경화성 수지는 외부에서 주입되는 슬러리의 충격을 흡수하여 연마 대상물의 가공면에 입히는 손상을 줄이며,
    상기 금속 분말은 상기 금속 분말의 표면을 덮는 산화막을 포함하되, 표면 전처리를 통해 상기 산화막이 제거되며,
    상기 금속 분말의 표면을 친수성으로 개질시키고 비산화물로 형성함으로써 상기 금속 분말의 표면장력이 저감되는 것을 특징으로 하는 금속수지정반의 제조 설비.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 진공 배기부에 의해, 상기 몰드 내에 주입된 상기 소스 혼합물 내의 기포가 감소되는 것을 포함하는 금속수지정반의 제조 설비.
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