KR102014367B1 - Bulk graphite composite and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 벌크흑연 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복합체 내에 박리현상이 발생하지 않고, 굽힘강도가 우수한 동시에 전기적 특성이 우수한 벌크흑연 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bulk graphite composite and a method for producing the same, and more particularly, to a bulk graphite composite having excellent bending strength and excellent electrical properties without a peeling phenomenon in the composite and a method for producing the same.
Description
본 발명은 벌크흑연 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복합체 내에 박리현상이 발생하지 않고, 굽힘강도가 우수한 동시에 전기적 특성이 우수한 벌크흑연 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bulk graphite composite and a method for producing the same, and more particularly, to a bulk graphite composite having excellent bending strength and excellent electrical properties without a peeling phenomenon in the composite and a method for producing the same.
탄소는 기계 및 화학공업 분야에서 중요한 역할을 하는 화학적으로 안정한 원소로서, 물리적으로는 금속적 성질과 세라믹적인 성질을 모두 지니고 있고, c축 방향으로 반 데르 발스 결합을 하고 있으며, 그에 수직인 a, b면 상에는 공유결합을 하고 있어 큰 이방성을 나타내는 특성을 지닌다. 특히, 금속이나 세라믹에서 볼 수 없는 윤활성, 내열성, 내열 충격성, 열전도성, 내식성 등이 우수한 재료로 여겨지고 있다. 탄소재가 기계용 씰로 이용되기 위하여는 밀도가 높아 기밀성을 유지할 수 있어야 하며, 우수한 마찰안정성을 가질 것이 요구된다.Carbon is a chemically stable element that plays an important role in the mechanical and chemical industries, having both physically metallic and ceramic properties and having van der Waals bonds in the c-axis direction, perpendicular to a, On the b side, it is covalently bonded and has a characteristic of showing large anisotropy. In particular, it is considered to be a material excellent in lubricity, heat resistance, thermal shock resistance, thermal conductivity, corrosion resistance, and the like, which are not found in metals and ceramics. In order for the carbon material to be used as a mechanical seal, it is required to have high density and maintain airtightness and to have excellent friction stability.
벌크 흑연은 우수한 열적, 물리적 특성 때문에 가장 중요한 고온재료 중 하나로 각광받고 있다. 하지만 벌크 흑연의 특성 상 복잡하거나 큰 형상의 기물은 가공 및 제조 중 다양한 문제점을 야기시키며, 이러한 문제점을 보완하기 위한 방법으로, 접합기술에 대한 연구가 진행되고 있다.Bulk graphite is one of the most important high temperature materials because of its excellent thermal and physical properties. However, due to the nature of the bulk graphite complex or large shape of the product causes a variety of problems during processing and manufacturing, as a way to compensate for this problem, research on the bonding technology is in progress.
종래에는 탄소재료의 접합을 위해 리벳, 볼트, 용접 및 브레이징 등의 고전적인 방법이 사용되었으나, 리벳 및 볼트에 의한 방법은 재료에 구멍을 뚫어 초과적인 압력을 가하게 되고, 이는 결합력을 감소시킬 수 있고, 용접 및 브레이징에 의한 방법은 탄소재료의 표면 활성화를 위해 단가가 높은 금속이 필요하다. 이에, 탄소재료의 접합 특성을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행 중이다.Conventionally, riveting, bolting, welding and brazing have been used for joining carbon materials. However, the riveting and bolting method punctures the material, exerting excessive pressure, which can reduce the bonding force. The method of welding and brazing requires high cost metals for surface activation of carbon materials. Accordingly, studies to improve the bonding properties of carbon materials are actively underway.
최근 고온 접착 방법이 간단한 공정에 비해 접합면 전체에 의해 하중을 전달시킬 수 있기 때문에 가장 유망한 방법 중 하나로 대두되고 있다. 종래의 고온 접합제는 열 저항성을 위해 무기 접합제 특히 세라믹 원료를 주로 하는 것이 사용되었으나, 무기 고온 접착제는 접합력이 약하고, 다른 접합 방식과 결합하여 사용되었으며, 크기에 제한적이었다.Recently, the high temperature bonding method has emerged as one of the most promising methods because it can transfer the load through the entire joint surface as compared to the simple process. Conventional high temperature binders have been used mainly for inorganic binders, especially ceramic raw materials, for heat resistance, but inorganic high temperature adhesives have a weak bonding strength, are used in combination with other bonding methods, and are limited in size.
이에 따라, 복합체 내에 박리현상이 발생하지 않고, 굽힘강도가 우수한 동시에 전기적 특성이 우수한 벌크흑연 복합체에 대한 연구가 시급한 실정이다.Accordingly, there is an urgent need to study a bulk graphite composite having excellent bending strength and excellent electrical properties without peeling phenomenon in the composite.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하려는 과제는 복합체 내에 박리현상이 발생하지 않고, 굽힘강도가 우수한 동시에 전기적 특성이 우수한 벌크흑연 복합체 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the problem to be solved by the present invention is to provide a bulk graphite composite and a method for producing the same, which has excellent peeling strength and excellent electrical properties without peeling phenomenon in the composite. have.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (1) 페놀계 수지 및 유기용매를 포함하는 바인더를 제조하는 단계; (2) 흑연분말 및 상기 바인더를 혼합하여 강도 보강용 페이스트를 제조하는 단계; (3) 상기 강도 보강용 페이스트를 벌크흑연에 처리하는 단계; (4) 벌크흑연에 처리한 강도 보강용 페이스트를 경화시키는 단계; 및 (5) 탄화공정을 통해 벌크흑연과 경화시킨 강도 보강용 페이스트를 접합하는 단계;를 포함하는 벌크흑연 복합체 제조방법을 제공한다.The present invention to solve the above problems, (1) preparing a binder comprising a phenolic resin and an organic solvent; (2) mixing the graphite powder and the binder to prepare a paste for reinforcing strength; (3) treating the strength reinforcing paste in bulk graphite; (4) curing the strength reinforcing paste treated in bulk graphite; And (5) bonding the bulk graphite and the cured strength reinforcing paste through a carbonization process.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 바인더는 페놀계 수지 및 유기용매를 1 : 0.1 ~ 10의 중량비로 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the binder may include a phenolic resin and an organic solvent in a weight ratio of 1: 0.1 to 10.
또한, 상기 (2) 단계의 흑연분말은 토상흑연, 인조흑연 및 천연흑연으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 분말일 수 있다.In addition, the graphite powder of step (2) may be at least one powder selected from the group consisting of earth graphite, artificial graphite and natural graphite.
또한, 상기 (2) 단계의 혼합은 흑연분말 및 바인더를 1 : 0.8 ~ 10의 부피비로, 3 ~ 13시간 동안 교반하여 수행할 수 있다.In addition, the mixing of the step (2) may be performed by stirring the graphite powder and the binder in a volume ratio of 1: 0.8 to 10, for 3 to 13 hours.
또한, 상기 (3) 단계는 벌크흑연에 강도 보강용 페이스트를 도포하고, 2 ~ 25 ㎫의 압력으로 가압하여 수행할 수 있다.In addition, the step (3) may be performed by applying a strength reinforcing paste to the bulk graphite, pressurized at a pressure of 2 to 25 MPa.
또한, 상기 (4) 단계는 70 ~ 120℃에서 0.5 ~ 2.5 시간 동안 수행할 수 있다.In addition, the step (4) may be performed for 0.5 to 2.5 hours at 70 ~ 120 ℃.
또한, 상기 (5) 단계는 600 ~ 1200℃에서 0.5 ~ 3.5 시간동안 수행할 수 있다.In addition, the step (5) may be performed at 600 ~ 1200 ℃ 0.5 ~ 3.5 hours.
또한, 상기 페놀계 수지는 분말상일 수 있다.In addition, the phenolic resin may be powdery.
또한, 상기 유기용매는 에탄올, 메탄올, 아세톤, 포름알데히드 및 헥사메틸렌테트라민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the organic solvent may include one or more selected from the group consisting of ethanol, methanol, acetone, formaldehyde and hexamethylenetetramine.
한편, 본 발명은 상술한 제조방법으로 제조되는 벌크흑연 복합체를 제공한다.On the other hand, the present invention provides a bulk graphite composite prepared by the above-described manufacturing method.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 벌크흑연 복합체는 굽힘강도가 6 ~ 46 ㎫일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the bulk graphite composite may have a bending strength of 6 to 46 MPa.
또한, 상기 벌크흑연 복합체는 비저항이 9 ~ 14 μΩ·m 일 수 있다.In addition, the bulk graphite composite may have a specific resistance of 9 to 14 μΩ · m.
본 발명의 벌크흑연 복합체는 복합체 내에 박리현상이 발생하지 않고, 굽힘강도가 우수한 동시에 전기적 특성이 우수한 효과를 나타낸다.The bulk graphite composite of the present invention exhibits no effect of peeling in the composite and excellent bending strength and excellent electrical properties.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 벌크흑연 복합체 제조방법의 공정 순서도이다.1 is a process flow diagram of a method for producing a bulk graphite composite according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 벌크흑연 접합체는 도 1에 도시된 바와 같이, (1) 페놀계 수지 및 유기용매를 포함하는 바인더를 제조하는 단계(S1); (2) 흑연분말 및 상기 바인더를 혼합하여 강도 보강용 페이스트를 제조하는 단계(S2); (3) 상기 강도 보강용 페이스트를 벌크흑연에 처리하는 단계(S3); (4) 벌크흑연에 처리한 강도 보강용 페이스트를 경화시키는 단계(S4); 및 (5) 탄화공정을 통해 벌크흑연과 경화시킨 강도 보강용 페이스트를 접합하는 단계(S5);를 포함하는 제조방법을 통해 제조된다.Bulk graphite conjugate according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, (1) preparing a binder comprising a phenolic resin and an organic solvent (S1); (2) mixing the graphite powder and the binder to produce a strength reinforcing paste (S2); (3) treating the strength reinforcing paste in bulk graphite (S3); (4) curing the strength reinforcing paste treated in the bulk graphite (S4); And (5) bonding the bulk graphite and the cured strength reinforcing paste through a carbonization process (S5).
먼저, 페놀계 수지 및 유기용매를 포함하는 바인더를 제조하는 (1) 단계(S1);에 대하여 설명한다.First, (1) step (S1) of preparing a binder containing a phenolic resin and an organic solvent will be described.
상기 페놀계 수지는 당업계에서 통상적으로 바인더를 제조하는데 사용할 수 있는 페놀계 수지라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 노볼락계, 레졸계, 알킬페놀계 및 로진변성계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 노볼락계 또는 레졸계를 사용할 수 있다. 또한, 상기 페놀계 수지의 형상은 당업계에서 통상적으로 바인더를 제조하는데 사용할 수 있는 페놀계 수지라면 제한되지 않으며, 바람직하게는 분말상의 페놀계 수지를 사용할 수 있다.The phenolic resin may be used without limitation as long as it is a phenolic resin that can be used to prepare a binder in the art, preferably one selected from the group consisting of novolak-based, resol-based, alkylphenol-based and rosin-modified systems. The above can be used, More preferably, a novolak system or a resol system can be used. In addition, the shape of the phenolic resin is not limited as long as it is a phenolic resin that can be used to prepare a binder commonly in the art, and preferably a phenolic resin in powder form may be used.
그리고, 상기 유기용매는 당업계에서 통상적으로 바인더를 제조하는데 사용할 수 있는 유기용매라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에탄올, 메탄올, 아세톤, 포름알데히드 및 헥사메틸렌테트라민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 에탄올 및 메탄올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.In addition, the organic solvent may be used without limitation as long as it is an organic solvent that can be used to prepare a binder in the art, preferably one selected from the group consisting of ethanol, methanol, acetone, formaldehyde and hexamethylenetetramine. The above can be used, More preferably, 1 or more types chosen from the group which consists of ethanol and methanol can be used.
한편, 상기 바인더는 페놀계 수지 및 유기용매를 1 : 0.1 ~ 10의 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.1 ~ 9의 중량비로 포함할 수 있다. 만일 상기 페놀계 수지 및 유기용매의 중량비가 1 : 0.1 미만이면 벌크흑연 복합체의 내구성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있고, 상기 페놀계 수지 및 유기용매의 중량비가 1 : 10을 초과하면 목적하는 수준으로 벌크흑연 복합체의 굽힘강도가 향상되지 않는 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, the binder may include a phenolic resin and an organic solvent in a weight ratio of 1: 0.1 to 10, preferably in a weight ratio of 1: 0.1 to 9. If the weight ratio of the phenolic resin and the organic solvent is less than 1: 0.1, the problem of poor durability of the bulk graphite composite may occur, and if the weight ratio of the phenolic resin and the organic solvent exceeds 1:10 to the desired level. There may be a problem that the bending strength of the bulk graphite composite is not improved.
다음, 흑연분말 및 상기 바인더를 혼합하여 강도 보강용 페이스트를 제조하는 (2) 단계(S2);에 대하여 설명한다.Next, (2) step (S2) of mixing the graphite powder and the binder to prepare a paste for strength reinforcement;
상기 흑연분말은 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 흑연분말이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 토상흑연, 인조흑연 및 천연흑연으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.The graphite powder may be used without limitation as long as it is a graphite powder commonly used in the art, preferably one or more selected from the group consisting of earth graphite, artificial graphite, and natural graphite.
한편, (2) 단계의 혼합은 당업계에서 통상적으로 페이스트를 제조할 때, 사용되는 조건이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 흑연분말 및 상기 바인더를 1 : 0.8 ~ 10의 부피비로, 3 ~ 13 시간 동안, 보다 바람직하게는 흑연분말 및 상기 바인더를 1 : 1 ~ 9의 부피비로 4 ~ 12 시간 동안 교반하여 수행할 수 있다. 만일 흑연분말 및 상기 바인더의 부피비가 1 : 0.8 미만이면 벌크흑연 복합체의 전기적 특성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있고, 부피비가 1 : 10을 초과하면 벌크흑연 복합체의 굽힘강도가 좋지 않은 문제가 발생할 수 있다. 또한, 만일 상기 혼합 시간이 4 시간 미만이면 흑연분말이 균일하게 분산되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 13 시간을 초과하면 흑연분말의 재응집 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, the mixing of step (2) can be used without limitation, if the conditions are used when preparing a paste in the art, preferably graphite powder and the binder in a volume ratio of 1: 0.8 to 10, 3 ~ For 13 hours, more preferably, the graphite powder and the binder may be performed by stirring for 4 to 12 hours at a volume ratio of 1: 1 to 9. If the volume ratio of the graphite powder and the binder is less than 1: 0.8, the electrical characteristics of the bulk graphite composite may be poor, and if the volume ratio is greater than 1:10, the bending strength of the bulk graphite composite may be poor. have. In addition, if the mixing time is less than 4 hours may cause a problem that the graphite powder is not uniformly dispersed, if more than 13 hours may cause a problem of reaggregation of the graphite powder.
다음, 상기 강도 보강용 페이스트를 벌크흑연에 처리하는 (3) 단계(S3);를 설명한다.Next, (3) step (S3) of treating the strength reinforcing paste to bulk graphite will be described.
상기 벌크흑연은 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 벌크흑연이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 등방성형을 통해 제조되는 등방성 벌크흑연일 수 있다.The bulk graphite may be used without limitation as long as it is a bulk graphite that can be commonly used in the art, and preferably may be isotropic bulk graphite prepared through isotropic molding.
한편, 상기 (3) 단계는 벌크흑연에 강도 보강용 페이스트를 도포하고, 2 ~ 25㎫의 압력으로, 바람직하게는 3 ~ 23㎫의 압력으로 가압하여 수행할 수 있다. 벌크흑연에 강도 보강용 페이스트를 도포한 후, 가압공정을 수행함에 따라 강도 보강용 페이스트가 벌크흑연의 표면 및 기공에 용이하게 고정될 수 있다. 만일 상기 가압하는 압력이 2 ㎫ 미만이면 벌크흑연에 강도 보강용 페이스트가 고정되지 않음에 따라 굽힘강도가 좋지 않은 문제가 발생할 수 있고, 상기 압력이 25 ㎫를 초과하면 벌크흑연 복합체의 내구성에 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, step (3) may be performed by applying a strength reinforcing paste to the bulk graphite, and pressurized at a pressure of 2 to 25 MPa, preferably at a pressure of 3 to 23 MPa. After applying the strength reinforcing paste to the bulk graphite, the strength reinforcing paste may be easily fixed to the surface and the pores of the bulk graphite by performing the pressing process. If the pressurization pressure is less than 2 MPa, the strength reinforcing paste is not fixed to the bulk graphite, and thus the bending strength may not be good. If the pressure exceeds 25 MPa, there is a problem in the durability of the bulk graphite composite. May occur.
다음, 벌크흑연에 처리한 강도 보강용 페이스트를 경화시키는 (4) 단계(S4);에 대하여 설명한다.Next, step (4) (S4) of curing the strength reinforcing paste treated in bulk graphite will be described.
상기 (4) 단계의 경화는, 당업계에서 통상적으로 페놀계 수지를 포함하는 페이스트를 경화시키는 조건이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 70℃ ~ 120℃에서 0.5 ~ 2.5 시간 동안, 보다 바람직하게는 75℃ ~ 115℃에서 1 ~ 2 시간동안 수행할 수 있다. 만일 상기 경화 온도가 70℃미만이거나 경화 시간이 0.5 시간 미만이면 미경화된 강도 보강용 페이스트가 잔존함에 따라 벌크흑연 복합체의 내구성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 경화 온도가 120℃를 초과하거나 경화 시간이 2.5 시간을 초과하면 팽창 및 부풀음의 문제가 발생할 수 있다.The curing of step (4) can be used without limitation as long as it is a condition for curing a paste containing a phenolic resin in the art, preferably at 70 ° C. to 120 ° C. for 0.5 to 2.5 hours, more preferably. May be performed at 75 ° C. to 115 ° C. for 1 to 2 hours. If the curing temperature is less than 70 ℃ or the curing time is less than 0.5 hours, there may be a problem that the durability of the bulk graphite composite is lowered as the uncured strength reinforcing paste remains, the curing temperature exceeds 120 ℃ or curing If the time exceeds 2.5 hours, problems of swelling and swelling may occur.
다음, 탄화공정을 통해 벌크흑연과 경화시킨 강도 보강용 페이스트를 접합하는 (5) 단계(S5);에 대하여 설명한다.Next, (5) step (S5) of bonding the bulk graphite and the cured strength reinforcing paste through the carbonization process;
상기 (5) 단계의 탄화는, 당업계에서 통상적으로 흑연을 탄화시킬 수 있는 조건이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 600℃ ~ 1200℃에서 0.5 ~ 3.5 시간 동안 수행할 수 있고, 보다 바람직하게는 700℃ ~ 1100℃에서 1 ~ 3 시간 동안 수행할 수 있다. 만일 상기 탄화의 온도가 600℃ 미만이거나 탄화의 시간이 0.5 시간 미만이면 벌크흑연과 경화시킨 강도 보강용 페이스트 간에 목적하는 수준으로 접합이 되지 않음에 따라, 벌크흑연 복합체의 굽힘강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 탄화의 온도가 1200℃를 초과하거나 탄화의 시간이 3.5 시간을 초과하면 벌크흑연 복합체의 내구성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있다.The carbonization of the step (5), can be used without limitation as long as the conditions in the art can be carbonized conventionally, preferably can be carried out at 600 ℃ to 1200 ℃ for 0.5 to 3.5 hours, more preferably May be performed at 700 ° C. to 1100 ° C. for 1 to 3 hours. If the temperature of the carbonization is less than 600 ℃ or the carbonization time is less than 0.5 hours, the bonding strength between the bulk graphite and the hardened strength reinforcing paste is not at the desired level, the problem that the bending strength of the bulk graphite composite is lowered If the temperature of the carbonization is more than 1200 ℃ or the time of the carbonization is more than 3.5 hours may cause problems of poor durability of the bulk graphite composite.
한편, 본 발명은 상술한 제조방법으로 제조되는 벌크흑연 복합체를 제공한다.On the other hand, the present invention provides a bulk graphite composite prepared by the above-described manufacturing method.
상기 벌크흑연 복합체는 굽힘강도가 6 ~ 46 ㎫일 수 있고, 바람직하게는 굽힘강도가 6.8 ~ 44.6 ㎫일 수 있다. 상기 벌크흑연 복합체의 굽힘강도가 상기 범위를 만족함에 따라 우수한 열적, 물리적 특성을 나타낼 수 있다.The bulk graphite composite may have a bending strength of 6 to 46 MPa, preferably, a bending strength of 6.8 to 44.6 MPa. As the bending strength of the bulk graphite composite satisfies the above range, it may exhibit excellent thermal and physical properties.
또한, 상기 벌크흑연 복합체는 비저항이 9 ~ 14μΩ·m, 바람직하게는 비저항이 10.08 ~ 13.29 μΩ·m일 수 있다. 비저항은 물질 고유의 단위 면적당 단위 길이당 저항을 의미하며, 비저항은 전자의 이동에 대한 물질 특성이므로 비저항은 물질마다 고유한 값을 가진다. 전자가 물질을 통과할 때 주변과의 충돌로 인해 이동 속도가 일정한 값 범위 안에 놓이게 되는데, 이 속도를 평균한 값은 물질마다 일정하여 물질의 특성이 된다. 이 평균 속도와 반비례하면서 전자의 이동을 방해하는 것이 비저항이다. 전자의 평균 속도는 온도에 따라 달라 비저항도 온도에 따라 달라지며, 도체인 경우 온도에 비례하고 반도체인 경우 온도에 반비례한다. 일반적으로 비저항이 ρ인 물질의 물체가 단면적이 S, 길이가 L일 때 저항 R은 R = ρ L/S로 주어진다.In addition, the bulk graphite composite may have a specific resistance of 9 to 14 μΩ · m, preferably 10.08 to 13.29 μΩ · m. Resistivity refers to the resistance per unit length per unit area inherent to the material. Since the resistivity is a material property of electron movement, the specific resistance has a unique value for each material. When electrons pass through the material, the collision speed with the surroundings causes the moving speed to fall within a certain value range, and the average of these speeds is constant for each material, which is the property of the material. It is the resistivity that hinders the movement of electrons in inverse proportion to this average speed. The average velocity of electrons varies with temperature, and the resistivity also depends on temperature, which is proportional to temperature in the case of a conductor and inversely proportional to temperature in the case of a semiconductor. In general, the resistance R is given by R = ρ L / S when the material of material with specific resistance ρ is S and the length is L.
상기 벌크흑연 복합체의 비저항이 상기 범위를 만족함에 따라 우수한 전기적 특성을 나타낼 수 있다.As the specific resistance of the bulk graphite composite satisfies the above range, it may exhibit excellent electrical characteristics.
한편, 본 발명에 따른 벌크흑연 복합체는 복합체 내에 박리현상이 발생하지 않고, 굽힘강도가 우수한 동시에 전기적 특성이 우수한 효과를 나타낸다.On the other hand, the bulk graphite composite according to the present invention does not occur peeling phenomenon in the composite, exhibits excellent bending strength and excellent electrical properties.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, the following examples are not intended to limit the scope of the present invention, which will be construed as to aid the understanding of the present invention.
[[ 실시예Example ]]
실시예Example 1: One: 벌크흑연Bulk graphite 복합체의 제조 Preparation of the complex
(1) 강도 보강용 (1) Strength reinforcement 페이스트Paste 제조 Produce
페놀계 수지(CB-8081, 강남화성)와 에탄올을 1 : 5의 중량비로 혼합하여 바인더를 제조하고, 토상 흑연분말(AOP, 범용상사) 및 제조한 바인더를 1 : 5.5의 중량비로 8시간 동안 교반하여 강도 보강용 페이스트를 제조하였다.A binder was prepared by mixing phenolic resin (CB-8081, Gangnam Chemical) and ethanol at a weight ratio of 1: 5, and the earthy graphite powder (AOP, general purpose firm) and the prepared binder at a weight ratio of 1: 5.5 for 8 hours. By stirring, a strength reinforcing paste was prepared.
(2) (2) 벌크흑연Bulk graphite 복합체 제조 Composite manufacturing
제조한 강도 보강용 페이스트를 벌크흑연(G347, Tokai carbon)에 도포하고, 13 ㎫의 압력을 가하여 벌크흑연에 강도 보강용 페이스트를 고정시키고, 벌크흑연에 고정시킨 강도 보강용 페이스트를 100℃에서 1.5 시간 동안 건조 및 경화시킨 후, 질소분위기 및 900℃에서 2 시간 동안 탄화공정을 수행하여 벌크흑연과 경화시킨 강도 보강용 페이스트를 접합시켜서 벌크흑연 복합체를 제조하였다.Apply the strength reinforcing paste to bulk graphite (G347, Tokai carbon), apply pressure of 13 MPa to fix the reinforcing reinforcement paste on the bulk graphite, and fix the reinforcing reinforcement paste to the bulk graphite at 100 ° C for 1.5 After drying and curing for a period of time, a carbonization process was performed at a nitrogen atmosphere and at 900 ° C. for 2 hours to bond the bulk graphite and the cured strength reinforcing paste to prepare a bulk graphite composite.
실시예Example 2 ~ 21 및 2 to 21 and 비교예Comparative example 1 ~ 3 1 to 3
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 흑연분말의 종류, 페놀계 수지와 유기용매의 중량비, 흑연분말과 바인더의 부피비, 가압 압력, 경화공정 및 탄화공정 조건 등을 달리하여 표 1 내지 표 5와 같은 벌크흑연 복합체를 제조하였다.Manufactured in the same manner as in Example 1, except for the type of graphite powder, the weight ratio of the phenolic resin and the organic solvent, the volume ratio of the graphite powder and the binder, the pressure, the curing process and the carbonization process conditions, such as Table 1 to Table 5 Bulk graphite composites were prepared.
비교예Comparative example 4 4
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 보론카바이드(B4C) 분말을 페놀수지와 교반하여 페이스트 제조 방법으로 벌크흑연 복합체를 제조하였다.Prepared in the same manner as in Example 1, but the boron carbide (B 4 C) powder was stirred with a phenol resin to prepare a bulk graphite composite by the paste manufacturing method.
<< 실험예Experimental Example >>
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 벌크흑연 복합체에 대해 하기의 물성을 측정하여 하기 표 1 내지 표 5에 나타내었다.The physical properties of the bulk graphite composites prepared through the examples and the comparative examples were measured and shown in Tables 1 to 5 below.
1. One. 굽힘강도Bending strength 측정 Measure
상기 실시예 및 비교예 를 통해 제조된 벌크흑연 복합체를 두께 1㎝ 로 성형하고, 만능재료시험기(i-50, EXEL LAB)를 이용하여 1mm/min 속도로 3점굽힘시험 방법을 통하여 굽힘강도를 측정하였다.The bulk graphite composite prepared in the above Examples and Comparative Examples was molded to a thickness of 1 cm, and the bending strength was measured through a three-point bending test method at a speed of 1 mm / min using a universal testing machine (i-50, EXEL LAB). Measured.
2. 비저항 측정2. Resistivity Measurement
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 벌크흑연 복합체에 대하여 복합체에 전압을 인가하여 측정되는 전류량을 이용한 전압강하법으로 비저항을 측정하였다.The specific resistance of the bulk graphite composites prepared in Examples and Comparative Examples was measured by a voltage drop method using a current amount measured by applying a voltage to the composite.
3. 내구성 평가3. Durability Rating
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 벌크흑연 복합체에 대하여 내구성을 평가하였다.Durability was evaluated for the bulk graphite composites prepared through the above Examples and Comparative Examples.
이때, 평가결과 어떠한 이상도 없는 경우 ○, 페이스트의 박리, 벌크흑연 복합체의 파손 등 중 어떠한 이상이라도 발생하는 경우 ×로 나타내었다.At this time, when there is no abnormality as a result of evaluation, (circle), when any abnormality generate | occur | produces, such as peeling of a paste and damage of a bulk graphite composite, it was shown by x.
카바이드Boron
carbide
상기 표 1 내지 표 5에서 알 수 있듯이,As can be seen in Table 1 to Table 5,
본 발명에 따른 흑연분말의 종류, 페놀계 수지와 유기용매의 중량비, 흑연분말과 바인더의 부피비, 가압 압력, 경화공정 및 탄화공정 조건 등을 모두 만족하는 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5, 실시예 6, 실시예 8 ~ 10, 실시예 13, 실시예 14, 실시예 19 및 실시예 20이, 이 중에서 하나라도 누락된 실시예 2, 실시예 7, 실시예 11, 실시예 12, 실시예 15 ~ 18, 실시예 21 및 비교예 1 ~ 4에 비하여 굽힘강도가 우수하고, 비저항이 낮아 전기적 특성이 우수하며, 벌크흑연 복합체의 내구성이 우수하였다.Examples 1, 3 and 5 satisfying all kinds of graphite powder, weight ratio of phenolic resin and organic solvent, volume ratio of graphite powder and binder, pressurization pressure, curing process and carbonization process conditions, etc. , Example 6, Examples 8 to 10, Example 13, Example 14, Example 19, and Example 20, in which any one of them is missing, Example 2, Example 7, Example 11, Example 12, Compared with Examples 15 to 18, Examples 21 and Comparative Examples 1 to 4, the bending strength was excellent, the resistivity was low, the electrical properties were excellent, and the durability of the bulk graphite composite was excellent.
구체적으로, 본 발명에 따른 페놀계 수지와 유기용매의 중량비를 만족하는 실시예 1 및 실시예 3이, 이를 만족하지 못하는 실시예 2에 비하여 내구성이 우수하였고, 실시예 4에 비하여 굽힘강도가 우수하였다.Specifically, Example 1 and Example 3, which satisfies the weight ratio of the phenolic resin and the organic solvent according to the present invention was superior in durability compared to Example 2, which does not satisfy this, excellent bending strength compared to Example 4 It was.
또한, 본 발명에 따른 흑연분말의 종류를 만족하는 실시예 1, 실시예 5 및 실시예 6은 굽힘강도가 우수하고, 비저항이 낮아 전기적 특성이 우수하며, 벌크흑연 복합체의 내구성이 우수하였다.In addition, Example 1, Example 5 and Example 6, which satisfies the type of graphite powder according to the present invention has excellent bending strength, low specific resistance, excellent electrical characteristics, and excellent durability of the bulk graphite composite.
또한, 본 발명에 따른 흑연분말과 바인더의 부피비를 만족하는 실시예 1, 실시예 8 ~ 실시예 10이, 이를 만족하지 못하는 실시예 7에 비하여 비저항이 낮아 전기적 특성이 우수하였으며, 실시예 11에 비하여 굽힘강도가 우수하였다.In addition, Example 1, Examples 8 to 10, which satisfies the volume ratio of the graphite powder and the binder according to the present invention, the electrical resistance was excellent because of the low specific resistance compared to Example 7, which does not satisfy this, in Example 11 Compared with the bending strength was excellent.
또한, 본 발명에 따른 가압단계의 압력 범위를 만족하는 실시예 1, 실시예 13 및 실시예 14가, 이를 만족하지 못하는 실시예 12에 비하여 굽힘강도가 우수하였고, 실시예 15에 비하여 내구성이 우수하였다.In addition, Example 1, Example 13 and Example 14, which satisfies the pressure range of the pressing step according to the present invention, the bending strength was excellent compared to Example 12, which does not satisfy this, excellent durability compared to Example 15 It was.
또한, 본 발명에 따른 경화 온도의 범위를 만족하는 실시예 1이, 이를 만족하지 못하는 실시예 16에 비하여 내구성이 우수하였고, 실시예 17에 비하여 굽힘강도 및 내구성이 우수하였다.In addition, Example 1, which satisfies the range of the curing temperature according to the present invention, was superior in durability compared to Example 16, which does not satisfy this, and was superior in bending strength and durability in comparison with Example 17.
또한, 본 발명에 따른 탄화 온도의 범위를 만족하는 실시예 1, 실시예 19 및 실시예 20이, 이를 만족하지 못하는 실시예 18에 비하여 굽힙강도가 우수하였고, 실시예 21에 비하여 내구성이 우수하였다.In addition, Example 1, Example 19 and Example 20, which satisfies the range of carbonization temperature according to the present invention, the bending strength was superior to Example 18, which does not satisfy this, it was excellent in durability compared to Example 21 .
또한, 본 발명에 따른 경화공정을 수행한 실시예 1이, 경화공정을 수행하지 않은 비교예 1에 비하여 굽힘강도 및 내구성이 우수하였다.In addition, Example 1, which performed the curing process according to the present invention, was superior in bending strength and durability compared to Comparative Example 1, which did not perform the curing process.
또한, 본 발명에 따른 탄화공정을 수행한 실시예 1이, 탄화공정을 수행하지 않은 비교예 2에 비하여 굽힘강도가 현저히 우수하였다.In addition, Example 1, which performed the carbonization process according to the present invention, was significantly superior in bending strength as compared to Comparative Example 2, which did not perform the carbonization process.
또한, 본 발명에 따른 흑연분말을 포함하는 강도 보강용 페이스트를 사용한 실시예 1이, 흑연분말을 사용하지 않은 비교예 3에 비하여 굽힘강도가 현저히 우수하고, 비저항이 낮아 전기적 특성이 우수하였다.In addition, Example 1 using the strength reinforcing paste containing the graphite powder according to the present invention was significantly superior in bending strength and low in electrical resistance compared to Comparative Example 3 in which the graphite powder was not used, and thus had excellent electrical characteristics.
또한, 본 발명에 따른 흑연분말을 포함하는 강도 보강용 페이스트를 사용한 실시예 1이, 세라믹을 사용한 비교예 4에 비하여 굽힘강도가 우수하고, 비저항이 낮아 전기적 특성이 우수하였다.In addition, Example 1 using the strength reinforcing paste containing the graphite powder according to the present invention has excellent bending strength and low electrical resistance as compared with Comparative Example 4 using ceramics, and was excellent in electrical characteristics.
이상에서 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments set forth herein, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add components within the scope of the same idea. Other embodiments may be easily proposed by changing, deleting, adding, and the like, but this will also fall within the spirit of the present invention.
Claims (12)
(2) 흑연분말 및 상기 바인더를 1 : 0.8 ~ 10의 부피비로, 3 ~ 13시간 동안 교반하여 강도 보강용 페이스트를 제조하는 단계;
(3) 벌크흑연에 상기 강도 보강용 페이스트를 도포하고 3 ~ 23㎫의 압력으로 가압하여 강도 보강용 페이스트를 벌크흑연에 처리하는 단계;
(4) 벌크흑연에 처리한 강도 보강용 페이스트를 70 ~ 120℃에서 0.5 ~ 2.5 시간 동안 경화시키는 단계; 및
(5) 탄화공정을 통해 벌크흑연과 경화시킨 강도 보강용 페이스트를 접합하는 단계;를 포함하는 벌크흑연 복합체 제조방법.(1) preparing a binder comprising a phenolic resin and an organic solvent;
(2) preparing a strength reinforcing paste by stirring the graphite powder and the binder in a volume ratio of 1: 0.8 to 10 for 3 to 13 hours;
(3) applying the strength reinforcing paste to the bulk graphite and pressing it at a pressure of 3 to 23 MPa to treat the strength reinforcing paste to the bulk graphite;
(4) curing the strength reinforcing paste treated in bulk graphite at 70 to 120 ° C. for 0.5 to 2.5 hours; And
(5) bonding the bulk graphite and the cured strength reinforcing paste through a carbonization process; bulk graphite composite manufacturing method comprising a.
상기 바인더는 페놀계 수지 및 유기용매를 1 : 0.1 ~ 10의 중량비로 포함하는 벌크흑연 복합체 제조방법.The method of claim 1,
The binder is a bulk graphite composite production method comprising a phenolic resin and an organic solvent in a weight ratio of 1: 0.1 to 10.
상기 (2) 단계의 흑연분말은 토상흑연, 인조흑연 및 천연흑연으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 분말인 벌크흑연 복합체 제조방법.The method of claim 1,
The graphite powder of step (2) is a bulk graphite composite manufacturing method of at least one powder selected from the group consisting of earth graphite, artificial graphite and natural graphite.
상기 (5) 단계는 600 ~ 1200℃에서 0.5 ~ 3.5 시간동안 수행하는 벌크흑연 복합체 제조방법.The method of claim 1,
The step (5) is the bulk graphite composite manufacturing method performed at 600 ~ 1200 ℃ for 0.5 ~ 3.5 hours.
상기 페놀계 수지는 분말상인 벌크흑연 복합체 제조방법.The method of claim 1,
The phenolic resin is a powdery bulk graphite composite manufacturing method.
상기 유기용매는 에탄올, 메탄올, 아세톤, 포름알데히드 및 헥사메틸렌테트라민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 벌크흑연 복합체 제조방법.The method of claim 1,
The organic solvent is a bulk graphite composite manufacturing method comprising one or more selected from the group consisting of ethanol, methanol, acetone, formaldehyde and hexamethylenetetramine.
하기 측정방법 1을 통해 측정한 굽힘강도가 6 ~ 46㎫이며, 비저항이 9 ~ 14 μΩ·m인 벌크흑연 복합체:
[측정방법 1]
벌크흑연 복합체를 두께 1㎝로 성형하고, 만능재료시험기(i-50, EXEL LAB)를 이용하여 1mm/min 속도로 3점굽힘 시험 방법을 통하여 굽힘강도를 측정함.It is prepared by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, 7 to 9,
Bulk graphite composite having a bending strength of 6 to 46 MPa and a specific resistance of 9 to 14 μΩ · m measured by the following Measuring Method 1:
[Measurement method 1]
The bulk graphite composite was molded to a thickness of 1 cm, and the bending strength was measured by a three-point bending test method at a speed of 1 mm / min using a universal testing machine (i-50, EXEL LAB).
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