KR101947423B1 - Manufacturing method of porous metal membrane for large flow - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 금속 분말을 분급장치를 이용하여 입자 크기에 따라 분급하는 단계와, 상기 분급장치를 이용하여 입자 크기에 따라 분급한 금속 분말들에서 각각의 입자 크기를 갖는 금속 분말을 선별하여 충진 밀도 및 멤브레인의 기공도 제어를 위해 입자 크기에 따라 중량별로 담아 혼합기를 이용하여 혼합하는 단계와, 상기 혼합기를 통해 혼합이 이루어진 혼합분말과 바인더를 가열 혼합기에 투입하여 혼합하는 단계와, 탄성력을 갖는 폴리머 재질이 외부를 이루는 몰드에 상기 바인더와 상기 혼합분말의 혼합물을 장입한 후, 냉간 등방압 가압 장비를 사용하여 일정 압력으로 가압하여 성형하는 단계와, 내부가 비어있는 관형 형태를 갖는 성형 결과물을 몰드에서 탈형하는 단계와, 탈형된 성형 결과물을 진공 소결로에 장입하고, 상기 바인더가 열분해되는 온도보다 높고 상기 혼합분말의 용융온도보다 낮은 온도에서 유지하여 바인더를 탈지하고, 소결 온도로 승온하여 소결하는 단계와, 소결체를 전해연마액을 이용하여 전해연마 하는 단계와, 상기 전해연마액의 제거를 위해 세정하고 건조하는 단계 및 건조된 소결체의 미세 기공에 남아 있는 전해연마액 성분을 태워 제거하기 위해 진공 소결로에서 베이킹 공정을 수행하는 단계를 포함하는 다공성 금속 멤브레인의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a process for producing a metal powder, comprising the steps of: classifying metal powder according to the particle size using a classifier; and sorting metal powders having respective particle sizes in the metal powders classified according to the particle size using the classifier, Mixing the mixed powder and the binder mixed in the mixer by weight according to the particle size according to the particle size for controlling porosity of the membrane, mixing and mixing the mixed powder and the binder into a heating mixer, Charging a mixture of the binder and the mixed powder into a mold having a material outside and pressurizing the mixture with a constant pressure using a cold isostatic pressurizing apparatus to form a molded product having a hollow tubular shape, Removing the molded product from the vacuum sintering furnace, and removing the molded product from the vacuum sintering furnace, A step of heating the sintered body at a temperature lower than the melting temperature of the mixed powder to degrease the binder and raising the temperature to a sintering temperature to perform electrolytic polishing using the electrolytic polishing liquid; Removing the electrolytic polishing liquid component remaining in the micropores of the dried sintered body, and performing a baking process in a vacuum sintering furnace to burn and remove the electrolytic polishing liquid component remaining in the micropores of the dried sintered body.
Description
본 발명은 다공성 금속 멤브레인의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조방법이 간단하고, 공정 비용이 적게 들며, 기계적 강도가 우수하고, 기공도 제어가 용이하며, 표면 거칠기가 낮은 대유량용 다공성 금속 멤브레인을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a porous metal membrane, and more particularly, to a method for producing a porous metal membrane having a simple production process, low process cost, excellent mechanical strength, easy control of porosity, To a method for manufacturing a metal membrane.
일반적으로 반도체 웨이퍼 제조를 위해 사용되는 공정가스는 HCl, BCl3, CF4 등 대부분 독성이 강하여 반응챔버와 가스배관을 부식시키는 가스이다. 이러한 공정가스에 의한 불순물 입자들은 반응챔버의 오염 및 웨이퍼의 손상을 초래하여 반응챔버의 노화발생 및 웨이퍼의 수율을 저하시킨다.Generally, the process gas used for manufacturing semiconductor wafers is HCl, BCl 3, CF 4 and the like, which is corrosive to the reaction chamber and the gas piping. The impurity particles due to the process gas cause contamination of the reaction chamber and damage of the wafer, thereby deteriorating the aging of the reaction chamber and the yield of the wafer.
그러므로, 반도체 제조설비로 연결되는 가스관의 일정 지점에 불순물 입자제어용 가스필터를 도입하는 것은 매우 중요하다. 불순물 입자제어용 가스필터는 제조공정에 사용되는 초고순도 가스 및 화학약품의 극청정성을 유지하여 제조공정의 안정성을 높여준다. 고내식성의 극청정 가스필터는 현재 반도체 생산공정뿐만 아니라 디스플레이, 정밀화학, 바이오, 원자력, 항공우주 등의 분야에서 모두 필요로 하는 핵심부품이다.Therefore, it is very important to introduce a gas filter for controlling the impurity particle at a certain point in the gas pipe connected to the semiconductor manufacturing facility. The gas filter for controlling the impurity particle maintains extreme cleanliness of ultrahigh purity gas and chemicals used in the manufacturing process, thereby enhancing the stability of the manufacturing process. The highly corrosive ultra-clean gas filter is a core component that is needed not only in the semiconductor production process but also in the fields of display, fine chemicals, bio, nuclear, and aerospace.
따라서, 불순물 입자제어용 극청정 가스 필터의 개발은 산업 고도화에 따라 관련 부품과 소재의 필요성이 커지는 현재 상황에서 매우 중요하다.Therefore, the development of an ultra clean gas filter for controlling the impurity particle is very important in the present situation where the necessity of the related parts and materials increases as the industry becomes more sophisticated.
가스 필터는 가스를 투과하고 불순물 입자를 거르는 다공성 멤브레인(membrane)과, 이를 지지하고 가스관과 연결을 이루는 하우징(housing)으로 이루어져 있다. 가스필터에서 가장 핵심이 되는 부분은 기체가 직접적으로 통과하는 멤브레인이며, 최근 주목을 받고 있는 소재는 제조가 용이하고 높은 유체 투과도와 일정한 기공의 분포를 가지며 기공 표면이 매끄러워 더 높은 세척 용이성을 나타내는 금속 멤브레인이다.The gas filter is composed of a porous membrane that permeates the gas and filters the impurity particles, and a housing that supports and connects to the gas pipe. The most important part of the gas filter is a membrane through which the gas passes directly. Recently, the material of interest is easy to manufacture, has a high fluid permeability and a uniform pore distribution, and the pore surface is smooth, It is a metal membrane.
금속 멤브레인은 세라믹이나 폴리머 멤브레인에 비해 높은 인장특성으로 파손의 위험이 없는 가스필터를 제조할 수 있다는 장점이 있다. 특히 니켈의 경우는 내식성과 소결특성이 좋아 멤브레인 제조에 적합하다. 하지만 보통의 금속 멤브레인의 경우 폴리머 멤브레인에 비해 기공의 크기가 크고 균일하지 않다. 따라서, 금속을 와이어 형태로 제조한 후 성형, 소결하는 방법이나 폴리머 용액 상에 분산시켜 슬러리로 제조한 후 소결하는 방법들을 사용해 왔다. 이러한 방법들을 사용한 가스 필터의 경우 높은 기공도를 가지고 있어 높은 통기성을 보이나, 제조 공정이 복잡하여 제조 단가가 높으며, 기공의 크기와 분포 제어의 어려움으로 인해 불순물입자 제어가 효율적이지 못하다는 단점을 가지고 있다.The metal membrane has the advantage of being able to manufacture a gas filter which has a higher tensile characteristic than a ceramic or polymer membrane and is free from the risk of breakage. In particular, nickel has good corrosion resistance and sintering properties and is suitable for membrane production. However, in the case of ordinary metal membranes, the size of the pores is larger than the polymer membrane and is not uniform. Therefore, methods have been used in which a metal is formed into a wire, followed by molding and sintering, or dispersed in a polymer solution to prepare a slurry and sintering. The gas filter using these methods has a disadvantage that the control of the impurity particle is not efficient due to the difficulty in controlling the size and distribution of the pore, because the gas filter having high porosity shows high air permeability but is complicated due to the complicated manufacturing process have.
한편, 금속분말을 이용한 필터 멤브레인의 경우, 금속섬유에 비해 단가가 저렴하고, 다양한 형상으로 성형이 가능하며, 좋은 기계적 강도를 보임에도 불구하고 30% 보다 낮은 기공도가 문제점으로 지적되고 있다.On the other hand, in the case of the filter membrane using the metal powder, the cost is lower than that of the metal fiber, the molding can be performed in various shapes, and the porosity lower than 30% is pointed out as a problem even though it shows good mechanical strength.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 제조방법이 간단하고, 공정 비용이 적게 들며, 기계적 강도가 우수하고, 기공도 제어가 용이하며, 표면 거칠기가 낮은 대유량용 다공성 금속 멤브레인을 제조하는 방법을 제공함에 있다. The present invention provides a method for manufacturing a porous metal membrane for a large flow rate, which has a simple manufacturing method, low process cost, excellent mechanical strength, easy porosity control, and low surface roughness have.
본 발명은, 금속 분말을 분급장치를 이용하여 입자 크기에 따라 분급하는 단계와, 상기 분급장치를 이용하여 입자 크기에 따라 분급한 금속 분말들에서 각각의 입자 크기를 갖는 금속 분말을 선별하여 충진 밀도 및 멤브레인의 기공도를 고려하여 입자 크기에 따라 중량별로 담아 혼합기를 이용하여 혼합하는 단계와, 상기 혼합기를 통해 혼합이 이루어진 혼합분말과 바인더를 가열 혼합기에 투입하여 혼합하는 단계와, 탄성력을 갖는 폴리머 재질이 외부를 이루는 몰드에 상기 바인더와 상기 혼합분말의 혼합물을 장입한 후, 냉간 등방압 가압 장비를 사용하여 일정 압력으로 가압하여 성형하는 단계와, 성형 결과물을 상기 몰드에서 탈형하는 단계와, 탈형된 성형 결과물을 진공 소결로에 장입하고, 상기 바인더가 열분해되는 온도보다 높고 상기 혼합분말의 용융온도보다 낮은 온도에서 유지하여 바인더를 탈지하고, 소결 온도로 승온하여 소결하는 단계와, 소결체를 전해연마액을 이용하여 전해연마 하는 단계와, 상기 전해연마액의 제거를 위해 세정하고 건조하는 단계 및 건조된 소결체의 미세 기공에 남아 있는 전해연마액 성분을 태워 제거하기 위해 진공 소결로에서 베이킹 공정을 수행하는 단계를 포함하는 다공성 금속 멤브레인의 제조방법을 제공한다. The present invention relates to a process for producing a metal powder, comprising the steps of: classifying metal powder according to the particle size using a classifier; and sorting metal powders having respective particle sizes in the metal powders classified according to the particle size using the classifier, Mixing the mixed powder and the binder mixed in the mixer by weight according to the particle size according to the particle size in consideration of the porosity of the membrane and mixing the mixed powder and the binder into a heating mixer, A method of manufacturing a molded article, comprising: charging a mixture of the binder and the mixed powder into a mold having a material outside and pressurizing the mixture with a constant pressure using a cold isostatic pressing apparatus; The resultant molded product is charged into a vacuum sintering furnace, and the temperature of the binder is higher than the temperature at which the binder is pyrolyzed, A step of sintering the sintered body by electrolytic polishing using an electrolytic polishing liquid; a step of cleaning and drying the electrolytic polishing liquid to remove the electrolytic polishing liquid; And performing a baking process in a vacuum sintering furnace to burn and remove the electrolytic polishing liquid component remaining in the micropores of the dried sintered body.
상기 분급장치는 서로 다른 체눈 크기를 갖는 체(sieve)들을 순차적으로 서로 다른 위치(높이)에 배치한 장치이고, 상기 분급장치의 최상부에는 체눈 크기가 제일 큰 체(sieve)가 장착되어 있고, 하부로 갈수록 체눈의 크기가 작은 체(siever)가 장착되어 있다. The sorting device is a device in which sieves having different sieve sizes are sequentially arranged at different positions (height), a sieve having the largest sieve size is mounted on the uppermost portion of the sorting device, The smaller the size of the sieve is (siever) is equipped.
상기 분급장치의 하부에는 체들을 진동시켜 원활하게 분급하기 위한 바이브레이터(vibrator)가 장착되어 있을 수 있고, 상기 바이브레이터에 의해 진동을 일으켜서 진동 에너지가 체들에 전달됨으로써 각각의 체에서 분급이 이루어지게 하는 것이 바람직하다. A vibrator for vibrating the sieves to smoothly classify the vibrations may be mounted on the lower part of the classifier, and vibration energy may be transmitted to the sieves by the vibrator, desirable.
제조되는 다공성 금속 멤브레인의 기공율, 기공 크기를 고려하여 상기 바인더는 파라핀 왁스를 사용하는 것이 바람직하다. In consideration of porosity and pore size of the produced porous metal membrane, it is preferable to use paraffin wax as the binder.
상기 금속 분말은 스테인레스 스틸 분말, 하스텔로이(Hastelloy), 니켈(Nickel) 중에서 선택된 1종 이상의 분말을 사용할 수 있다.The metal powder may be at least one powder selected from the group consisting of stainless steel powder, Hastelloy, and nickel.
상기 바인더는 상기 혼합분말 100중량부에 대하여 0.1∼5중량부 혼합하는 것이 바람직하다.It is preferable that the binder is mixed in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed powder.
상기 냉간 등방압 가압 장비를 사용하여 일정 압력으로 가압하여 성형하는 단계는 1000∼3000 bar의 압력을 가하여 성형하는 것이 바람직하다. It is preferable that the step of pressurizing at a predetermined pressure using the cold isostatic pressing apparatus is performed by applying a pressure of 1000 to 3000 bar.
상기 몰드는 전체적으로 직경에 비하여 길이가 큰 막대형 구조를 갖고, 상기 몰드의 중심부에 금속 재질의 내체부가 구비되어 있고 탄성력을 갖는 폴리머 재질의 외체부가 상기 내체부를 둘러싸면서 이격되게 구비되어 있으며, 상기 외체부와 상기 내체부 사이에는 공간이 형성되어 있어 상기 바인더와 상기 혼합분말의 혼합물을 수용할 수 있다.Wherein the mold has a rod-like structure having a larger length as a whole than the diameter of the mold, an inner body portion of a metal material is provided at a central portion of the mold, and an outer body portion of a polymer material having elasticity is provided so as to surround and surround the inner body portion , A space is formed between the outer body portion and the inner body portion to accommodate the mixture of the binder and the mixed powder.
상기 외체부와 상기 내체부 사이의 공간을 조절하여 다공성 금속 멤브레인의 두께를 결정할 수 있고, 상기 내체부의 직경을 조절하여 다공성 금속 멤브레인의 내부 직경(빈공간의 직경)을 결정할 수 있으며, 상기 몰드의 길이를 조절하여 다공성 금속 멤브레인의 길이를 결정할 수 있고, 상기 다공성 금속 멤브레인은 내부가 비어있는 관형 형태를 가질 수 있다.The thickness of the porous metal membrane can be determined by adjusting the space between the outer body portion and the inner body portion and the inner diameter of the porous metal membrane (diameter of the hollow space) can be determined by controlling the diameter of the inner body portion, The length of the porous metal membrane can be determined by adjusting the length of the porous metal membrane, and the porous metal membrane can have a tubular shape with an empty interior.
상기 탈지는 400∼800℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. The degreasing is preferably performed at a temperature of 400 to 800 ° C.
상기 소결은 상기 바인더가 열분해되는 온도보다 높고 상기 혼합분말의 용융 온도보다 낮은 900∼1200℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. The sintering is preferably performed at a temperature higher than the temperature at which the binder is thermally decomposed and lower than the melting temperature of the mixed powder at 900 to 1200 ° C.
상기 탈지 및 소결은 H2가 함유된 아르곤 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. The degreasing and sintering is preferably performed in an argon gas atmosphere containing H 2 .
상기 전해연마액은 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 증류수 및 계면활성제를 포함하는 전해연마액이거나, 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 증류수, 계면활성제 및 크롬(Cr)을 포함하는 전해연마액일 수 있다.The electrolytic polishing solution may be an electrolytic polishing solution containing sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), distilled water and a surfactant, or an electrolytic polishing solution containing sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ) , A surfactant, and chromium (Cr).
상기 베이킹은 상기 전해연마액 성분의 끓는점보다 높고 금속 멤브레인의 용융온도보다 낮은 150∼400℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. The baking is preferably carried out at a temperature higher than the boiling point of the electrolytic polishing liquid component and lower than the melting temperature of the metal membrane at 150 to 400 캜.
상기 베이킹은 H2가 함유된 아르곤 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.The baking is preferably performed in an argon gas atmosphere containing H 2 .
본 발명에 의하면, 제조방법이 간단하고, 공정 비용이 적게 들며, 기계적 강도가 우수하고, 기공도 제어가 용이하다. According to the present invention, the production method is simple, the process cost is low, the mechanical strength is excellent, and the porosity is easily controlled.
본 발명에 의해 제조된 다공성 금속 멤브레인은 낮은 표면 거칠기를 가질 수 있다. The porous metal membrane produced by the present invention may have a low surface roughness.
도 1은 일 예에 따른 성형을 위한 몰드를 도시한 도면으로서, 길이에 수직한 방향으로 절단하여 바라본 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 몰드를 이용하여 제조된 관형의 다공성 금속 멤브레인을 도시한 도면으로서, 길이에 수직한 방향으로 절단하여 바라본 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 실험예에 따라 제조된 관형의 다공성 금속 멤브레인의 표면을 보여주는 도면이다.
도 6은 실험예에 따라 제조된 관형의 다공성 금속 멤브레인에 대하여 플로우 테스트(Flow test)를 수행하여 그 결과를 나타낸 그래프이다. FIG. 1 is a view showing a mold for molding according to an example, and is a sectional view cut in a direction perpendicular to the length.
FIG. 2 is a view showing a tubular porous metal membrane manufactured using the mold shown in FIG. 1, and is a sectional view cut along the direction perpendicular to the length.
3 to 5 are views showing the surface of a tubular porous metal membrane produced according to an experimental example.
FIG. 6 is a graph showing the results of performing a flow test on a tubular porous metal membrane manufactured according to an experimental example.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
이하에서, 금속이라 함은 순수 금속뿐만 아니라 금속합금도 포함하는 의미로 사용한다. Hereinafter, the term " metal " refers to not only pure metals but also metal alloys.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대유량용 다공성 금속 멤브레인의 제조방법은, 금속 분말을 분급장치를 이용하여 입자 크기에 따라 분급하는 단계와, 상기 분급장치를 이용하여 입자 크기에 따라 분급한 금속 분말들에서 각각의 입자 크기를 갖는 금속 분말을 선별하여 충진 밀도 및 멤브레인의 기공도를 고려하여 입자 크기에 따라 중량별로 담아 혼합기를 이용하여 혼합하는 단계와, 상기 혼합기를 통해 혼합이 이루어진 혼합분말과 바인더를 가열 혼합기에 투입하여 혼합하는 단계와, 탄성력을 갖는 폴리머 재질이 외부를 이루는 몰드에 상기 바인더와 상기 혼합분말의 혼합물을 장입한 후, 냉간 등방압 가압 장비를 사용하여 일정 압력으로 가압하여 성형하는 단계와, 성형 결과물을 상기 몰드에서 탈형하는 단계와, 탈형된 성형 결과물을 진공 소결로에 장입하고, 상기 바인더가 열분해되는 온도보다 높고 상기 혼합분말의 용융온도보다 낮은 온도에서 유지하여 바인더를 탈지하고, 소결 온도로 승온하여 소결하는 단계와, 소결체를 전해연마액을 이용하여 전해연마 하는 단계와, 상기 전해연마액의 제거를 위해 세정하고 건조하는 단계 및 건조된 소결체의 미세 기공에 남아 있는 전해연마액 성분을 태워 제거하기 위해 진공 소결로에서 베이킹 공정을 수행하는 단계를 포함한다. The method for manufacturing a porous metal membrane for large flow rate according to a preferred embodiment of the present invention includes the steps of classifying metal powder according to the particle size using a classifier and classifying metal powder classified according to particle size using the classifier Selecting metal powders having respective particle sizes from the mixture powders, mixing the powders by weight according to the particle size in consideration of the filling density and the porosity of the membrane, and mixing the mixed powders through the mixer, A mixture of the binder and the mixed powder is charged into a mold having an elastic force of a polymer material and the mixture is pressurized to a predetermined pressure using a cold isostatic pressing apparatus Demolding the result of the molding in the mold; Charging the mixture into dew condensation and keeping the binder at a temperature higher than the temperature at which the binder is pyrolyzed and lower than the melting temperature of the mixed powder to degrease the binder and raise the temperature to a sintering temperature to sinter the sintered body; Cleaning and drying for removing the electrolytic polishing liquid, and performing a baking process in a vacuum sintering furnace in order to burn and remove the electrolytic polishing liquid component remaining in the micropores of the dried sintered body.
상기 분급장치는 서로 다른 체눈 크기를 갖는 체(sieve)들을 순차적으로 서로 다른 위치(높이)에 배치한 장치이고, 상기 분급장치의 최상부에는 체눈 크기가 제일 큰 체(sieve)가 장착되어 있고, 하부로 갈수록 체눈의 크기가 작은 체(siever)가 장착되어 있다. The sorting device is a device in which sieves having different sieve sizes are sequentially arranged at different positions (height), a sieve having the largest sieve size is mounted on the uppermost portion of the sorting device, The smaller the size of the sieve is (siever) is equipped.
상기 분급장치의 하부에는 체들을 진동시켜 원활하게 분급하기 위한 바이브레이터(vibrator)가 장착되어 있을 수 있고, 상기 바이브레이터에 의해 진동을 일으켜서 진동 에너지가 체들에 전달됨으로써 각각의 체에서 분급이 이루어지게 하는 것이 바람직하다. A vibrator for vibrating the sieves to smoothly classify the vibrations may be mounted on the lower part of the classifier, and vibration energy may be transmitted to the sieves by the vibrator, desirable.
제조되는 다공성 금속 멤브레인의 기공율, 기공 크기를 고려하여 상기 바인더는 파라핀 왁스를 사용하는 것이 바람직하다. In consideration of porosity and pore size of the produced porous metal membrane, it is preferable to use paraffin wax as the binder.
상기 금속 분말은 스테인레스 스틸, 하스텔로이(Hastelloy), 니켈(Nickel) 중에서 선택된 1종 이상의 분말을 사용할 수 있다.The metal powder may be at least one powder selected from the group consisting of stainless steel, Hastelloy, and nickel.
상기 바인더는 상기 혼합분말 100중량부에 대하여 0.1∼5중량부 혼합하는 것이 바람직하다.It is preferable that the binder is mixed in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed powder.
상기 냉간 등방압 가압 장비를 사용하여 일정 압력으로 가압하여 성형하는 단계는 1000∼3000 bar의 압력을 가하여 성형하는 것이 바람직하다. It is preferable that the step of pressurizing at a predetermined pressure using the cold isostatic pressing apparatus is performed by applying a pressure of 1000 to 3000 bar.
상기 몰드는 전체적으로 직경에 비하여 길이가 큰 막대형 구조를 갖고, 상기 몰드의 중심부에 금속 재질의 내체부가 구비되어 있고 탄성력을 갖는 폴리머 재질의 외체부가 상기 내체부를 둘러싸면서 이격되게 구비되어 있으며, 상기 외체부와 상기 내체부 사이에는 공간이 형성되어 있어 상기 바인더와 상기 혼합분말의 혼합물을 수용할 수 있다.Wherein the mold has a rod-like structure having a larger length as a whole than the diameter of the mold, an inner body portion of a metal material is provided at a central portion of the mold, and an outer body portion of a polymer material having elasticity is provided so as to surround and surround the inner body portion , A space is formed between the outer body portion and the inner body portion to accommodate the mixture of the binder and the mixed powder.
상기 외체부와 상기 내체부 사이의 공간을 조절하여 다공성 금속 멤브레인의 두께를 결정할 수 있고, 상기 내체부의 직경을 조절하여 다공성 금속 멤브레인의 내부 직경(빈공간의 직경)을 결정할 수 있으며, 상기 몰드의 길이를 조절하여 다공성 금속 멤브레인의 길이를 결정할 수 있고, 상기 다공성 금속 멤브레인은 내부가 비어있는 관형 형태를 가질 수 있다.The thickness of the porous metal membrane can be determined by adjusting the space between the outer body portion and the inner body portion and the inner diameter of the porous metal membrane (diameter of the hollow space) can be determined by controlling the diameter of the inner body portion, The length of the porous metal membrane can be determined by adjusting the length of the porous metal membrane, and the porous metal membrane can have a tubular shape with an empty interior.
상기 탈지는 400∼800℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. The degreasing is preferably performed at a temperature of 400 to 800 ° C.
상기 소결은 상기 바인더가 열분해되는 온도보다 높고 상기 혼합분말의 용융 온도보다 낮은 900∼1200℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. The sintering is preferably performed at a temperature higher than the temperature at which the binder is thermally decomposed and lower than the melting temperature of the mixed powder at 900 to 1200 ° C.
상기 탈지 및 소결은 H2가 함유된 아르곤 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. The degreasing and sintering is preferably performed in an argon gas atmosphere containing H 2 .
상기 전해연마액은 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 증류수 및 계면활성제를 포함하는 전해연마액이거나, 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 증류수, 계면활성제 및 크롬(Cr)을 포함하는 전해연마액일 수 있다. 상기 계면활성제는 에틸렌 글리콜, 물(water) 및 니코틴아마이드를 포함하는 것일 수 있다.The electrolytic polishing solution may be an electrolytic polishing solution containing sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), distilled water and a surfactant, or an electrolytic polishing solution containing sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ) , A surfactant, and chromium (Cr). The surfactant may be one comprising ethylene glycol, water and nicotinamide.
상기 베이킹은 상기 전해연마액 성분의 끓는점보다 높고 금속 멤브레인의 용융온도보다 낮은 150∼400℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. The baking is preferably carried out at a temperature higher than the boiling point of the electrolytic polishing liquid component and lower than the melting temperature of the metal membrane at 150 to 400 캜.
상기 베이킹은 H2가 함유된 아르곤 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.The baking is preferably performed in an argon gas atmosphere containing H 2 .
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대유량용 다공성 금속 멤브레인의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method for manufacturing a porous metal membrane for a large flow rate according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.
원료 소재인 스테인레스 스틸(stainless steel), 하스텔로이(Hastelloy), 니켈(Nickel), 이들의 혼합물 등과 같은 금속 분말(powder)을 분급장치를 이용하여 입자 크기에 따라 분급한다. 상기 금속 분말은 10∼150㎛, 더욱 바람직하게는 50∼100㎛ 정도의 평균 입도를 갖는 분말을 사용한다. 상기 분급장치는 서로 다른 체눈 크기를 갖는 체(sieve)들을 순차적으로 서로 다른 위치(높이)에 배치한 장치이다. 예컨대, 상기 분급장치의 최상부에는 체눈 크기가 제일 큰 체(sieve)(예컨대, 125 ㎛의 체눈 크기를 갖는 체)가 장착되어 있고, 하부로 갈수록 체눈의 크기가 작은 체(siever)(예컨대, 38 ㎛의 체눈 크기를 갖는 체)가 장착되어 있다. 본 발명의 실험예에서는 6개의 체들이 장착된 분급장치를 이용하였는데, 125㎛의 체눈 크기를 갖는 제1 체, 106㎛의 체눈 크기를 갖는 제2 체, 90㎛의 크기를 갖는 제3 체, 75㎛의 크기를 갖는 제4 체, 45㎛의 체눈 크기를 갖는 제5 체, 38㎛의 체눈 크기를 갖는 제6 체가 장착되어 있는 것을 사용하였다. 이러한 분급장치를 이용하는 경우에, 각각의 입자 크기, 즉 125㎛ 이상, 106㎛ 이상 125㎛ 미만, 90㎛ 이상 106㎛ 미만, 75㎛ 이상 90㎛ 미만, 45㎛ 이상 75㎛ 미만, 38㎛ 이상 45㎛ 미만, 38㎛ 미만의 총 7가지 입자 크기를 갖는 금속 분말로 분급되게 된다. Metal powders such as stainless steel, Hastelloy, Nickel, and mixtures thereof, which are raw materials, are classified according to their particle sizes using a classifier. The metal powder has an average particle size of about 10 to 150 mu m, more preferably about 50 to 100 mu m. The classifier is a device in which sieves having different sieve sizes are sequentially arranged at different positions (height). For example, a sieve having the largest sieve size (for example, a sieve having a sieve size of 125 mu m) is mounted on the uppermost portion of the classifying apparatus, and a sieve having a small sieve size Mu] m. In the experimental example of the present invention, a classification device equipped with six sieves was used. The first sieve having a sieve size of 125 mu m, the second sieve having a sieve size of 106 mu m, the third sieve having a size of 90 mu m, A fourth body having a size of 75 mu m, a fifth body having a snout size of 45 mu m, and a sixth body having a snout size of 38 mu m were used. In the case of using such a classification apparatus, it is preferable that the particle size of each particle, that is, 125 占 퐉 or more, 106 占 퐉 or more and less than 125 占 퐉, 90 占 퐉 or more and less than 106 占 퐉, 75 占 퐉 or more and less than 90 占 퐉, 45 占 퐉 or more and less than 75 占 퐉, Mu] m, and less than 38 [mu] m.
또한, 상기 분급장치의 하부에는 체들을 진동시켜 원활하게 분급하기 위한 바이브레이터(vibrator)가 장착되어 있을 수 있다. 상기 바이브레이터는 진동을 일으키는 장치로서 진동 에너지가 체들에 전달됨으로써 각각의 체에서 분급이 활발하게 이루어지게 한다. In addition, a vibrator for vibrating the sieves and classifying them smoothly may be mounted on the lower part of the classifier. The vibrator is a device for generating vibrations, and vibration energy is transmitted to the sieves, so that classification is actively performed in each sieve.
이러한 분급장치에 의해 금속 분말의 입자 크기에 따라 분급되게 된다. And classified according to the particle size of the metal powder by the classifier.
상기 분급장치를 이용하여 분급한 금속 분말들에서 각각의 입자 크기를 갖는 금속 분말을 선별하여 입자 크기에 따라 중량별로 담아 혼합기(예컨대, 3차원 혼합기)를 이용하여 혼합한다. 입자 크기가 큰 금속 분말과 입자 크기가 작은 금속 분말을 혼합하는 경우에 입자 크기가 큰 금속 분말들끼리 혼합하는 경우에 비하여 충진 밀도를 높이고 기공 크기를 작게 할 수가 있는데, 이러한 점들을 고려하여 분급장치를 이용하여 분급한 금속 분말들을 입자 크기에 따라 선별하여 혼합함으로써 충진 밀도, 멤브레인의 기공율(기공도), 기공 크기 등을 제어할 수 있는 장점이 있다. Metal powders having respective particle sizes are selected from the metal powders classified using the classifier, mixed according to their particle sizes, and mixed using a mixer (for example, a three-dimensional mixer). It is possible to increase the packing density and reduce the pore size in the case of mixing the metal powder having a large particle size and the metal powder having a small particle size compared with the case where the metal powder having a large particle size is mixed with each other. The packing density, the porosity (porosity) of the membrane, and the pore size can be controlled by selecting and classifying the metal powders classified according to the particle size.
상기 혼합기를 통해 혼합이 이루어진 혼합분말과 바인더를 가열 혼합기에 투입하여 혼합한다. 상기 바인더로 일반적으로 성형을 용이하게 하기 위하여 사용하는 유기바인더를 사용할 수 있으나, 제조되는 다공성 금속 멤브레인의 기공율, 기공 크기 등을 고려할 때 파라핀 왁스를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 바인더는 상기 혼합분말 100중량부에 대하여 0.1∼5중량부 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 바인더의 함량이 0.1중량부 미만일 경우에는 성형이 어려움이 있을 수 있고, 상기 바인더의 함량이 5중량부를 초과하는 경우에는 목표하는 기공율보다 높아질 수 있다. 상기 가열 혼합기에서의 혼합은 80∼180℃ 정도의 온도에서 10분∼24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. The mixed powder and the binder mixed through the mixer are put into a heat mixer and mixed. As the binder, organic binders generally used for easy molding can be used. However, paraffin wax is most preferably used in consideration of the porosity and pore size of the porous metal membrane to be produced. It is preferable that the binder is mixed in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed powder. If the content of the binder is less than 0.1 part by weight, molding may be difficult. If the content of the binder is more than 5 parts by weight, the target porosity may be higher than the target porosity. The mixing in the heating mixer is preferably performed at a temperature of about 80 to 180 DEG C for 10 minutes to 24 hours.
상기 혼합분말들은 바인더로 인해 뭉쳐져 있으므로 분급할 때의 체눈 크기보다 큰 체눈(예컨대, 300∼800㎛)를 갖는 체(sieve)를 이용하여 분급할 수도 있다. Since the mixed powder is aggregated due to the binder, it may be classified using a sieve having a sieve (for example, 300 to 800 m) larger than the sieve size at the time of classification.
도 1은 일 예에 따른 성형을 위한 몰드를 도시한 도면으로서, 길이에 수직한 방향으로 절단하여 바라본 단면도이다. 도 1에 도시된 몰드는 관형의 다공성 금속 멤브레인을 제조하기 위한 몰드이다. 다공성 금속 멤브레인은 관형의 형태로 제조할 수도 있으나, 도시되지는 않았지만 디스크(Disk) 형태, 막대(rod) 형태 등으로 성형할 수도 있다. FIG. 1 is a view showing a mold for molding according to an example, and is a sectional view cut in a direction perpendicular to the length. The mold shown in Fig. 1 is a mold for manufacturing a tubular porous metal membrane. The porous metal membrane may be formed into a tubular shape or a disk shape, a rod shape or the like although not shown.
상기 바인더와 상기 혼합분말의 혼합물을 탄성력을 갖는 폴리머 재질이 외부를 이루는 몰드(10)에 장입한 후, 냉간 등방압 가압(Cold isostatic pressing; 이하 'CIP'라 함) 장비를 사용하여 일정 압력(예컨대, 1000∼3000 Bar)을 유지하여 성형한다. CIP는 1분∼24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 바와 같이 몰드(10)에는 금속 재질의 내체부(12)가 중심부에 구비되고 내체부(12)를 둘러싸면서 이격되어 있는 탄성력을 갖는 폴리머 재질의 외체부(14)가 구비되어 있을 수 있으며, 상기 외체부(14)와 상기 내체부(12) 사이에는 공간이 형성되어 있어 분말(상기 바인더와 상기 혼합분말의 혼합물)을 수용할 수 있다. 상기 외체부(14)는 우레탄과 같이 탄성력을 갖는 폴리머 재질로 이루어져 있다. 상기 내체부(12)는 스테인레스 스틸과 같은 단단한(hard) 금속 재질로 이루어져 있다. 상기 외체부(14)와 상기 내체부(12) 사이의 공간은 관형 멤브레인의 두께를 결정하는 요소이며, 상기 외체부(14)와 상기 내체부(12) 사이의 공간을 조절하여 원하는 두께로 관형 멤브레인을 형성할 수 있다. 물론 CIP에 의해 가압하는 압력을 조절하여 관형 멤브레인의 두께를 조절할 수도 있다. 상기 몰드(10)는 전체적으로 직경에 비하여 길이가 큰(예컨대, 길이/직경의 비가 10 이상) 막대형 구조를 갖는다. 상기 몰드(10)의 길이는 관형 멤브레인의 길이를 결정하는 요소이며, 따라서 상기 몰드(10)의 길이를 조절하여 원하는 길이로 관형 멤브레인을 형성할 수 있다. 상기 내체부(12)의 직경은 관형 멤브레인의 내부 직경(빈공간의 직경)을 결정하는 요소이며, 따라서 상기 내체부(12)의 직경을 조절하여 원하는 내부 직경(빈공간의 직경)을 갖는 관형 멤브레인을 형성할 수 있다. 막대형이나 디스크형 멤브레인을 형성하는 경우에는 내체부가 구비되지 않은 몰드를 사용하면 된다. A mixture of the binder and the mixed powder is charged into a
성형된 결과물을 몰드(10)에서 탈형한다. 도 1에 도시된 몰드를 사용한 경우에 성형된 결과물은 내부가 비어있는 관형 형태를 갖게 된다. The molded product is demolded in the mold (10). In the case of using the mold shown in Fig. 1, the molded product has a hollow tubular shape inside.
성형된 결과물을 진공 소결로에 장입하고, 상기 바인더가 열분해되는 온도보다 높고 상기 혼합분말의 용융온도보다 낮은 온도(예컨대, 400∼800℃)에서 유지하여 바인더를 탈지하고, 소결 온도로 승온하여 소결한다. 바인더는 폴리머를 사용하기 때문에 일반적으로 400℃ 미만의 온도에서 열분해된다. 따라서, 소결로 온도를 400℃ 이상의 온도로 상승시키게 되면 바인더는 열분해되게 된다. 상기 탈지 및 소결은 환원 가스(예컨대, H2가 4% 함유된 아르곤 가스) 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 소결은 바인더가 열분해되는 온도보다 높고 상기 혼합분말의 용융 온도보다 낮은 온도(예컨대, 900∼1200℃, 더욱 바람직하게는 950∼1150℃)에서 수행하는 것이 바람직하다. 바인더의 열분해에 의해 기공이 발생하게 되며, 소결되는 과정에 의해서도 기공이 발생되어 다공성 멤브레인이 형성되게 된다. 상기 탈지는 탈지 온도(예컨대, 400∼800℃)에서 1분∼6시간 동안 유지하여 수행하는 것이 바람직하다. 상기 소결은 소결 온도(예컨대, 900∼1200℃, 더욱 바람직하게는 950∼1150℃)에서 10분∼12시간 동안 유지하여 수행하는 것이 바람직하다. 상기 소결은 상압보다 낮은 진공 상태(예컨대, 5.7 × 10-2 Torr)에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 탈지 온도까지는 0.1∼50℃/min의 승온속도로 승온하는 것이 바람직하며, 상기 소결 온도까지는 0.1∼50℃/min의 승온속도로 승온하는 것이 바람직하다. The formed product is charged into a vacuum sintering furnace, and the binder is degreased at a temperature higher than the temperature at which the binder is pyrolyzed and lower than the melting temperature of the mixed powder (for example, 400 to 800 ° C) do. Because the binder uses polymers, it is generally pyrolyzed at temperatures below 400 ° C. Therefore, when the sintering furnace temperature is raised to 400 ° C or higher, the binder is pyrolyzed. The degreasing and sintering is preferably performed in a reducing gas atmosphere (for example, an argon gas containing 4% of H 2 ) atmosphere. The sintering is preferably performed at a temperature higher than the temperature at which the binder is pyrolyzed and lower than the melting temperature of the mixed powder (for example, 900 to 1200 DEG C, more preferably 950 to 1150 DEG C). Pores are generated by thermal decomposition of the binder, and pores are formed by the process of sintering to form a porous membrane. The degreasing is preferably carried out at a degreasing temperature (for example, 400 to 800 ° C.) for 1 minute to 6 hours. The sintering is preferably performed by maintaining the sintering at a sintering temperature (for example, 900 to 1200 DEG C, more preferably 950 to 1150 DEG C) for 10 minutes to 12 hours. The sintering is preferably performed in a vacuum state (for example, 5.7 x 10 < -2 > Torr) lower than normal pressure. The degreasing temperature is preferably raised at a heating rate of 0.1 to 50 ° C / min, and the sintering temperature is preferably raised at a heating rate of 0.1 to 50 ° C / min.
소결 공정을 수행한 후, 상기 소결로 온도를 하강시켜 소결체를 언로딩한다. 상기 소결로 냉각은 전기로 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. After performing the sintering process, the temperature of the sintering furnace is lowered to unload the sintered body. The sintering furnace may be cooled by shutting off the power supply to the sintering furnace to cool the sintering furnace in a natural state, or by setting a temperature lowering rate (for example, 10 ° C / min) arbitrarily.
CIP를 통해 성형된 성형물의 끝단은 오리발 모양의 형상이 나타나며, 이를 제거하기 위해 선반 가공을 통해 소결체의 끝을 잘라내는 가공 공정을 수행할 수도 있다. The end of the molded part formed through the CIP shows a flippy shape, and a machining process of cutting the end of the sintered body through a lathe processing may be performed in order to remove it.
이렇게 제조된 소결체는 다공성 금속 멤브레인으로서, 멤브레인의 내부 및 외부 표면에 있는 오염물 제거와 거칠기 감소를 위해 전해연마 공정을 수행한다. 전해연마는 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 전해연마가 가능한 모든 전해연마액이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 증류수, 계면활성제 등을 포함하는 전해연마액을 사용하거나, 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 증류수, 계면활성제, 크롬(Cr) 등의 첨가제 등을 포함하는 전해연마액을 사용하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 계면활성제는 에틸렌 글리콜, 물(water) 및 니코틴아마이드를 포함하는 것일 수 있다. 상기 전해연마는 다공성 금속 멤브레이 관형일 경우에 내부와 외부 모두에 대하여 수행하는 것이 바람직하다. The sintered body thus produced is a porous metal membrane, and performs an electrolytic polishing process to remove contaminants on the inner and outer surfaces of the membrane and to reduce roughness. Electrolytic polishing may be performed using any electrolytic polishing solution capable of electrolytic polishing within a range that does not impair the object of the present invention. Preferably, the electrolytic polishing solution is prepared by adding sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), distilled water, Or an electrolytic polishing liquid containing additives such as sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), distilled water, surfactant, chromium (Cr), etc. is used as the electrolytic polishing liquid. It is not. The surfactant may be one comprising ethylene glycol, water and nicotinamide. The electrolytic polishing is preferably performed for both the inside and the outside in the case of a porous metal membrane tubular type.
전해연마 공정 후에, 전해연마액의 제거를 위해 세정 공정을 수행한다. 예를 들면, 전해연마액의 제거를 위해 멤브레인 전단부에 시수호수를 삽입하여 고압의 물로 약 1∼60분 동안 세정하고, 뜨거운 탈이온수(예컨대, 40∼90℃의 탈이온수)에 멤브레인을 침지시키고 초음파 세정을 진행한다. After the electrolytic polishing step, a cleaning step is performed to remove the electrolytic polishing liquid. For example, in order to remove the electrolytic polishing solution, a water tank is inserted into the front end of the membrane, the wafer is washed with high-pressure water for about 1 to 60 minutes, and the membrane is immersed in hot deionized water (for example, And ultrasonic cleaning is carried out.
상기 세정 공정이 완료되면, 세정액을 제거하기 위하여 건조한다. 상기 건조는 약 1∼60분 동안 질소를 분사하여 멤브레인에 묻어 있는 탈이온수를 제거하고, 대기 건조로에서 60∼150℃ 정도의 온도에서 10분∼24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. When the cleaning process is completed, it is dried to remove the cleaning liquid. The drying is preferably performed by spraying nitrogen for about 1 to 60 minutes to remove deionized water from the membrane and performing the drying at a temperature of about 60 to 150 DEG C for about 10 minutes to about 24 hours in an air drying furnace.
미세 기공(10 ㎛ 이하)에 남아 있는 전해연마액 성분(예컨대, 황, 인산)을 태워 제거하기 위해 진공 소결로에서 베이킹(baking) 공정을 수행한다. 상기 베이킹 공정은 환원 가스(예컨대, H2가 4% 함유된 아르곤 가스) 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 베이킹 공정은 황, 인산 등의 전해연마액 성분의 끓는점보다 높고 금속 멤브레인의 용융온도보다 낮은 온도(예컨대, 150∼400℃)에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 베이킹 공정은 상압보다 낮은 진공 상태(예컨대, 5.7 × 10-2 Torr )에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 베이킹 온도까지는 0.1∼50℃/min의 승온속도로 승온하는 것이 바람직하다. A baking process is performed in a vacuum sintering furnace to burn and remove the electrolytic polishing liquid component (for example, sulfur, phosphoric acid) remaining in the fine pores (10 μm or less). The baking step is preferably carried out in an atmosphere of reducing gas (for example, argon gas containing 4% of H 2 ). The baking process is preferably performed at a temperature higher than the boiling point of the electrolytic polishing liquid component such as sulfur, phosphoric acid and the like and lower than the melting temperature of the metal membrane (for example, 150 to 400 캜). The baking process is preferably performed at a vacuum state (for example, 5.7 x 10 & lt ; -2 & gt ; Torr ) lower than normal pressure. It is preferable to raise the temperature up to the baking temperature at a rate of 0.1 to 50 ° C / min.
상술한 공정들을 통해 다공성 금속 멤브레인을 용이하게 제조할 수 있다. The porous metal membrane can be easily manufactured through the above-described processes.
도 2는 관형의 다공성 금속 멤브레인을 도시한 도면으로서, 길이에 수직한 방향으로 절단하여 바라본 단면도이다. 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 몰드를 이용하여 제조한 다공성 금속 멤브레인(100)은 내부가 비어있는 관형 형태를 갖게 된다. 다공성 금속 멤브레인은 관형의 형태로 제조할 수도 있으나, 도시되지는 않았지만 디스크(Disk) 형태, 막대(rod) 형태 등으로 제조할 수도 있다. 2 is a view showing a tubular porous metal membrane, which is a cross-sectional view taken in a direction perpendicular to the length. Referring to FIG. 2, the
이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, experimental examples according to the present invention will be specifically shown, and the present invention is not limited to the following experimental examples.
<실험예><Experimental Example>
1. 소재 분급 1. Classification of materials
원료 소재인 스테인레스 스틸(stainless steel) 316L 분말(powder)을 분급장치를 이용하여 1시간 동안 분급하였다. 상기 스테인레스 스틸 316L 분말은 70㎛의 평균 입도를 갖는 분말을 사용하였다. 상기 분급장치는 38∼125 ㎛ 체눈 크기를 갖는 체를 사용하였다. 상기 분급장치는 서로 다른 체눈 크기를 갖는 체(sieve)들을 순차적으로 서로 다른 위치(높이)에 배치한 장치이다. 예컨대, 상기 분급장치의 최상부에는 체눈 크기가 제일 큰 체(sieve)(예컨대, 125 ㎛의 체눈 크기를 갖는 체)가 장착되어 있고, 하부로 갈수록 체눈의 크기가 작은 체(siever)(예컨대, 38 ㎛의 체눈 크기를 갖는 체)가 장착되어 있다. 본 발명의 실험예에서는 6개의 체들이 장착된 분급장치를 이용하였는데, 125㎛의 체눈 크기를 갖는 제1 체, 106㎛의 체눈 크기를 갖는 제2 체, 90㎛의 크기를 갖는 제3 체, 75㎛의 크기를 갖는 제4 체, 45㎛의 체눈 크기를 갖는 제5 체, 38㎛의 체눈 크기를 갖는 제6 체가 장착되어 있는 것을 사용하였다. 이러한 분급장치를 이용하는 경우에, 각각의 입자 크기, 즉 125㎛ 이상, 106㎛ 이상 125㎛ 미만, 90㎛ 이상 106㎛ 미만, 75㎛ 이상 90㎛ 미만, 45㎛ 이상 75㎛ 미만, 38㎛ 이상 45㎛ 미만, 38㎛ 미만의 총 7가지 입자 크기를 갖는 분말로 분급되게 된다. Stainless steel 316L powder as raw material was classified for 1 hour using a classifier. The stainless steel 316L powder used was powder having an average particle size of 70 mu m. The sieving apparatus used was a sieve having a sieve size of 38 to 125 mu m. The classifier is a device in which sieves having different sieve sizes are sequentially arranged at different positions (height). For example, a sieve having the largest sieve size (for example, a sieve having a sieve size of 125 mu m) is mounted on the uppermost portion of the classifying device, and a sieve having a small sieve size Mu] m. In the experimental example of the present invention, a classification device equipped with six sieves was used. The first sieve having a sieve size of 125 mu m, the second sieve having a sieve size of 106 mu m, the third sieve having a size of 90 mu m, A fourth body having a size of 75 mu m, a fifth body having a snout size of 45 mu m, and a sixth body having a snout size of 38 mu m were used. In the case of using such a classification apparatus, it is preferable that the particle size of each particle, that is, 125 占 퐉 or more, 106 占 퐉 or more and less than 125 占 퐉, 90 占 퐉 or more and less than 106 占 퐉, 75 占 퐉 or more and less than 90 占 퐉, 45 占 퐉 or more and less than 75 占 퐉, Mu] m and less than 38 [mu] m.
또한, 상기 분급장치의 하부에는 체들을 진동시켜 원활하게 분급하기 위한 바이브레이터(vibrator)가 장착되어 있다. 상기 바이브레이터는 진동을 일으키는 장치로서 진동 에너지가 체들에 전달됨으로써 각각의 체에서 분급이 활발하게 이루어지게 한다. In addition, a vibrator for vibrating and sifting the sieves smoothly is mounted in the lower part of the classifier. The vibrator is a device for generating vibrations, and vibration energy is transmitted to the sieves, so that classification is actively performed in each sieve.
이러한 분급장치에 의해 분말의 입자 크기에 따라 분급되게 하였다. And classified according to the particle size of the powder by the classifier.
2. 혼합 2. Mix
상기 분급장치를 이용하여 분급한 분말들에서 106㎛ 이상 125㎛ 미만 (52.5 g), 90㎛ 이상 106㎛ 미만 (52.5 g), 75㎛ 이상 90㎛ 미만 (52.5 g), 45㎛ 이상 75㎛ 미만 (52.5 g), 38㎛ 이상 45㎛ 미만 (194.5 g), 38㎛ (194.5 g) 미만의 총 6가지 입자 크기를 갖는 분말을 선별하여 입자 크기에 따라 중량별로 담아 30분 동안 3차원 혼합기를 이용하여 혼합하였다. 입자 크기가 큰 분말과 입자 크기가 작은 분말을 혼합하는 경우에 입자 크기가 큰 분말들끼리 혼합하는 경우에 비하여 충진 밀도를 높이고 기공 크기를 작게 할 수가 있는데, 이러한 점들을 고려하여 분급장치를 이용하여 분급한 분말들을 입자 크기에 따라 선별하여 혼합함으로써 충진 밀도, 기공율(기공도), 기공 크기 등을 제어할 수 있는 장점이 있다. (52.5 g), 90 占 퐉 or more and less than 106 占 퐉 (52.5 g), 75 占 퐉 or more and less than 90 占 퐉 (52.5 g), or 45 占 퐉 or more and less than 75 占 퐉 in powders classified using the classifier (52.5 g), powder having a total of six particle sizes of 38 탆 or more and less than 45 탆 (194.5 g) and less than 38 탆 (194.5 g) were selected and weighted according to particle size for 30 minutes using a three-dimensional mixer And mixed. In the case of mixing powders having a large particle size and powders having a small particle size, it is possible to increase the packing density and reduce the pore size as compared with the case where the powders having a large particle size are mixed with each other. It is advantageous to control packing density, porosity (porosity), pore size and the like by selectively sorting the classified powders according to the particle size.
3. 바인더 혼합3. Binder Mix
상기 3차원 혼합기를 통해 혼합이 이루어진 혼합분말과 바인더인 파라핀 왁스를 가열 혼합기에 투입하여 120℃의 온도에서 1시간 30분 동안 혼합하였다. 상기 파라핀 왁스는 혼합분말 200g 기준 2.5 wt%의 비율로 투입하였다. The mixture powder mixed with the three-dimensional mixer and the paraffin wax as a binder were put into a heating mixer and mixed at a temperature of 120 ° C for 1 hour and 30 minutes. The paraffin wax was added at a ratio of 2.5 wt% based on 200 g of the mixed powder.
4. 혼합분말 분급4. Classification of mixed powder
상기 혼합분말은 바인더로 인해 뭉쳐져 있으므로 500 ㎛ 체눈 크기를 갖는 체(sieve)를 이용하여 분급하였다. Since the mixed powder was aggregated due to the binder, it was classified using a sieve having a sieve size of 500 mu m.
5. 성형 5. Molding
상기 바인더와 상기 혼합분말의 혼합물 570g을 우레탄이 외부를 이루는 우레탄 몰드에 장입한 후, CIP 장비를 사용하여, 1500 Bar로 10분 동안 압력을 유지하여 성형하였다. 상기 우레탄 몰드는 600mm의 외경을 갖는 것을 사용하였다. 우레탄 몰드의 중심부에는 스테인레스 스틸 재질의 내체부가 구비되어 있다.570 g of the mixture of the binder and the mixed powder was charged into a urethane mold constituting the exterior of the urethane and molded by maintaining the pressure at 1500 bar for 10 minutes by using a CIP equipment. The urethane mold having an outer diameter of 600 mm was used. An inner body portion made of stainless steel is provided at the center of the urethane mold.
6. 소결 6. Sintering
성형된 결과물을 진공 소결로에 장입하고, 아르곤(Ar) 가스(H2가 4% 함유된 아르곤 가스) 분위기에서 750℃의 온도에서 1시간 동안 유지하여 바인더를 탈지하고, 1050℃의 소결 온도에서 1시간 동안 유지하여 소결을 진행하였다. 상기 진공 소결로의 진공도는 5.7 × 10-2 Torr 정도 였다. 탈지 온도까지는 5℃/min의 승온속도로 승온하였으며, 소결 온도까지는 5℃/min의 승온속도로 승온하였다. The resultant was placed in a vacuum sintering furnace and maintained at a temperature of 750 ° C for 1 hour in an argon (Ar) gas atmosphere (argon gas containing 4% of H 2 ) to degrease the binder. At a sintering temperature of 1050 ° C The sintering was continued for 1 hour. The degree of vacuum of the vacuum sintering furnace was about 5.7 × 10 -2 Torr. The degreasing temperature was raised at a heating rate of 5 ° C / min, and the temperature was raised at a heating rate of 5 ° C / min until the sintering temperature.
7. 가공 7. Processing
CIP를 통해 성형된 제품의 끝단은 오리발 모양의 형상이 나타나며, 이를 제거하기 위해 선반 가공을 통해 소결체의 끝을 잘라내었다. The tip of the molded product was shaped like a flippy, and the end of the sintered body was cut through a lathe processing to remove it.
8. 용접 8. Welding
마이크로 TIG(Micro TIG) 용접기를 이용하여 용접을 진행하였으며, 멤브레인과 동일한 소재를 사용한 가공품을 이용하여 용접을 진행하였다. Welding was performed using a micro TIG (Micro TIG) welder, and welding was carried out using workpieces made of the same material as the membrane.
9. 세정 : 다공성을 갖는 멤브레인의 내부 및 외부 표면에 있는 오염물 제거와 거칠기 감소를 위해 다음과 같은 공정을 진행하였으며, 상기 공정은 다음과 같은 6단계로 진행하였다.9. Cleaning: In order to remove contaminants on the inner and outer surfaces of the porous membrane and to reduce the roughness, the following process was carried out, and the process proceeded to the following six steps.
1) 전해연마 (Electrolytic polishing; EP)1) Electrolytic polishing (EP)
멤브레인(mbembrane)의 내부 및 외부 2분 동안 전해연마액을 이용하여 전해연마 하였다. 상기 전해연마액으로는 황산(H2SO4) 30부피%, 인산(H3PO4) 60부피%, 증류수 5부피% 및 계면활성제 5부피%로 구성된 것을 사용하였다. 상기 계면활성제는 에틸렌 글리콜 70부피%, 물(water) 20부피% 및 니코틴아마이드 10부피%를 포함하는 것을 사용하였다. Electrolytic polishing was performed using an electrolytic polishing solution for two minutes inside and outside the membrane (mbembrane). The electrolytic polishing solution was used as that consisting of sulfuric acid (H 2 SO 4) 30% by volume of phosphoric acid (H 3 PO 4) 60% by volume of distilled water 5% by volume and 5% by volume surfactant. The surfactant used was 70% by volume of ethylene glycol, 20% by volume of water and 10% by volume of nicotinamide.
2) 시수 세정 2) Washing time
전해연마액의 제거를 위해 멤브레인 전단부에 시수호수를 삽입하여 고압의 물로 약 2∼3분 동안 세정하였다. In order to remove the electrolytic polishing solution, a water tank was inserted into the front end of the membrane and cleaned with high-pressure water for about 2 to 3 minutes.
3) Hot 탈이온수(Deionized Water) 세정 및 초음파 세정3) Hot Deionized Water Cleaning and Ultrasonic Cleaning
뜨거운 탈이온수(60℃의 탈이온수)에 멤브레인을 침지시키고 초음파 세정을 진행하였다. 2대의 시수 조를 이용하여 각각의 조에서 10분 동안 세정을 진행하였다.The membrane was immersed in hot deionized water (deionized water at 60 캜) and subjected to ultrasonic cleaning. Two groups were used to clean each group for 10 minutes.
4) 질소 건조 4) Nitrogen drying
약 1∼2분 동안 질소를 분사하여 멤브레인에 묻어 있는 탈이온수를 제거하였다.Nitrogen was sparged for about 1-2 minutes to remove deionized water from the membrane.
5) 대기 건조 5) Atmospheric drying
대기 건조로에서 100℃에서 1시간 건조시켰다. And dried at 100 DEG C for 1 hour in an air drying furnace.
6) 베이킹(baking) 6) Baking
미세 기공에 남아 있는 전해연마액 성분(예컨대, 황, 인산)을 태워 제거하기 위해 진공 소결로에서 아르곤(Ar) 가스(H2가 4% 함유된 아르곤 가스) 분위기에서 250℃ 1시간 동안 베이킹(baking) 공정을 진행하였다. 상기 진공 소결로의 진공도는 5.7 × 10-2 Torr 정도 였다. 베이킹 온도까지는 5℃/min의 승온속도로 승온하였다. In order to burn off the electrolytic polishing liquid component (for example, sulfur, phosphoric acid) remaining in the fine pores, the substrate was baked in an atmosphere of argon (Ar) gas (argon gas containing 4% H 2 ) baking process. The degree of vacuum of the vacuum sintering furnace was about 5.7 × 10 -2 Torr. The temperature was raised to a baking temperature at a heating rate of 5 DEG C / min.
도 3 내지 도 5는 실험예에 따라 제조된 관형의 다공성 금속 멤브레인의 표면을 보여주는 도면이다. 3 to 5 are views showing the surface of a tubular porous metal membrane produced according to an experimental example.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 금속 멤브레인의 표면에 무수히 많은 기공이 존재하여 다공성을 나타내는 것을 볼 수 있다. 3 to 5, it can be seen that there are numerous pores on the surface of the metal membrane to exhibit porosity.
실험예에 따라 제조된 관형의 다공성 금속 멤브레인에 대하여 플로우 테스트(Flow test)를 수행하여 그 결과를 표 1 및 도 6에 나타내었으며, 상기 플로우 테스트는 20±1℃의 온도에서 50±1%의 상대습도(Relative humidity), 대기압(0.988 bar) 조건에서 실시하였다. Flow tests were performed on tubular porous metal membranes prepared according to Experimental Examples and the results are shown in Table 1 and FIG. 6, wherein the flow test was carried out at a temperature of 20 ± 1 ° C of 50 ± 1% Relative humidity, and atmospheric pressure (0.988 bar).
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, This is possible.
10: 몰드
12: 내체부
14: 외체부
100: 다공성 금속 멤브레인10: Mold
12: My body
14: external body part
100: Porous metal membrane
Claims (8)
상기 분급장치를 이용하여 입자 크기에 따라 분급한 금속 분말들에서 각각의 입자 크기를 갖는 금속 분말을 선별하여 충진 밀도 및 멤브레인의 기공도를 고려하여 입자 크기에 따라 중량별로 담아 혼합기를 이용하여 혼합하는 단계;
상기 혼합기를 통해 입자 크기에 따라 분급한 금속 분말들의 혼합이 이루어진 혼합분말과 바인더를 가열 혼합기에 투입하여 혼합하는 단계;
탄성력을 갖는 폴리머 재질이 외부를 이루는 몰드에 상기 바인더와 상기 혼합분말의 혼합물을 장입한 후, 냉간 등방압 가압 장비를 사용하여 일정 압력으로 가압하여 성형하는 단계;
성형 결과물을 상기 몰드에서 탈형하는 단계;
탈형된 성형 결과물을 진공 소결로에 장입하고, 상기 바인더가 열분해되는 온도보다 높고 상기 혼합분말의 용융온도보다 낮은 온도에서 유지하여 바인더를 탈지하고, 소결 온도로 승온하여 소결하는 단계;
소결체를 전해연마액을 이용하여 전해연마 하는 단계;
상기 전해연마액의 제거를 위해 세정하고 건조하는 단계; 및
건조된 소결체의 미세 기공에 남아 있는 전해연마액 성분을 태워 제거하기 위해 진공 소결로에서 베이킹 공정을 수행하는 단계를 포함하며,
상기 금속 분말은 스테인레스 스틸 및 하스텔로이(Hastelloy) 중에서 선택된 1종 이상의 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 멤브레인의 제조방법.
Classifying the metal powder according to the particle size using a classifier;
The metal powders having the respective particle sizes are selected from the metal powders classified according to the particle size by using the above-described classifier, mixed according to the particle size according to the filling density and the porosity of the membrane, and mixed using a mixer step;
Mixing and mixing the mixed powder and the binder, which are mixed with the metal powders classified according to the particle size, through the mixer into a heat mixer;
Charging a mixture of the binder and the mixed powder into a mold having an elastic force of a polymer material and pressurizing the mixture at a constant pressure using a cold isostatic pressing apparatus;
Demolding the molded product in the mold;
Charging the resulting vacuum degassed product into a vacuum sintering furnace and maintaining the binder at a temperature higher than the temperature at which the binder is pyrolyzed and lower than the melting temperature of the mixed powder to degrease the binder;
Electrolytically polishing the sintered body using an electrolytic polishing solution;
Cleaning and drying for removal of the electrolytic polishing liquid; And
And performing a baking process in a vacuum sintering furnace to burn and remove the electrolytic polishing liquid component remaining in the micropores of the dried sintered body,
Wherein the metal powder comprises at least one powder selected from stainless steel and Hastelloy.
상기 분급장치의 최상부에는 체눈 크기가 제일 큰 체(sieve)가 장착되어 있고, 하부로 갈수록 체눈의 크기가 작은 체(siever)가 장착되어 있으며,
상기 분급장치의 하부에는 체들을 진동시켜 원활하게 분급하기 위한 바이브레이터(vibrator)가 장착되어 있고,
상기 바이브레이터에 의해 진동을 일으켜서 진동 에너지가 체들에 전달됨으로써 각각의 체에서 분급이 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 멤브레인의 제조방법.
The classifier according to claim 1, wherein the sieves having different sieve sizes are sequentially arranged at different positions (height)
A sieve having the largest sieve size is mounted on the uppermost part of the classifying device and a sieve having a smaller sieve size is mounted on the upper part of the classifying device,
A vibrator for vibrating the sieves to smoothly classify the sieves is mounted on the lower part of the classifier,
And vibrations are generated by the vibrator to transmit vibrational energy to the sieves, so that the sieving is performed in each sieve.
상기 바인더는 상기 혼합분말 100중량부에 대하여 0.1∼5중량부 혼합하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 멤브레인의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the binder is a paraffin wax in consideration of porosity and pore size of the porous metal membrane to be produced,
Wherein the binder is mixed in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed powder.
The method of claim 1, wherein the step of pressurizing at a predetermined pressure using the cold isostatic pressurizing apparatus is performed by applying a pressure of 1000 to 3000 bar.
상기 몰드의 중심부에 금속 재질의 내체부가 구비되어 있고 탄성력을 갖는 폴리머 재질의 외체부가 상기 내체부를 둘러싸면서 이격되게 구비되어 있으며,
상기 외체부와 상기 내체부 사이에는 공간이 형성되어 있어 상기 바인더와 상기 혼합분말의 혼합물을 수용하며,
상기 외체부와 상기 내체부 사이의 공간을 조절하여 다공성 금속 멤브레인의 두께를 결정하고,
상기 내체부의 직경을 조절하여 다공성 금속 멤브레인의 내부 직경(빈공간의 직경)을 결정하며,
상기 몰드의 길이를 조절하여 다공성 금속 멤브레인의 길이를 결정하고,
상기 다공성 금속 멤브레인은 내부가 비어있는 관형 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 멤브레인의 제조방법.
2. The mold according to claim 1, wherein the mold has a rod-like structure having a larger length as a whole than the diameter,
Wherein an inner body portion of a metal material is provided at a central portion of the mold and an outer body portion of a polymer material having an elastic force is disposed to surround the inner body portion,
A space is formed between the outer body portion and the inner body portion to receive a mixture of the binder and the mixed powder,
Determining a thickness of the porous metal membrane by adjusting a space between the outer body portion and the inner body portion,
The diameter of the inner body portion is adjusted to determine the inner diameter (the diameter of the hollow space) of the porous metal membrane,
Determining the length of the porous metal membrane by adjusting the length of the mold,
Wherein the porous metal membrane has a tubular shape with an empty interior.
상기 소결은 상기 바인더가 열분해되는 온도보다 높고 상기 혼합분말의 용융 온도보다 낮은 900∼1200℃의 온도에서 수행하며,
상기 탈지 및 소결은 H2가 함유된 아르곤 가스 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 멤브레인의 제조방법.
The method according to claim 1, wherein the degreasing is performed at a temperature of 400 to 800 캜,
The sintering is performed at a temperature higher than the temperature at which the binder is pyrolyzed and lower than the melting temperature of the mixed powder at 900 to 1200 ° C,
Wherein the degreasing and sintering is performed in an argon gas atmosphere containing H 2 .
황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 증류수, 계면활성제 및 크롬(Cr)을 포함하는 전해연마액인 것을 특징으로 하는 다공성 금속 멤브레인의 제조방법.
The electrolytic polishing liquid according to claim 1, wherein the electrolytic polishing liquid is an electrolytic polishing liquid containing sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), distilled water and a surfactant,
Wherein the electrolytic polishing liquid is an electrolytic polishing liquid containing sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), distilled water, a surfactant, and chromium (Cr).
상기 베이킹은 H2가 함유된 아르곤 가스 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 멤브레인의 제조방법.8. The method of claim 7, wherein the baking is performed at a temperature higher than the boiling point of the electrolytic polishing liquid component and lower than the melting temperature of the metal membrane,
Wherein the baking is performed in an argon gas atmosphere containing H 2 .
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