KR102151376B1 - 비산화 금속 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 중에 노출되더라도 변색이나 산화되지 않아 금속의 성질을 그대로 유지하면서도 전도성과 강도가 월등하게 향상된 비산화 금속 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

비산화 금속 및 그 제조 방법{NON-OXIDE METAL AND MANUFACTURING METHOD THEROF}

본 발명은 다양한 산업에 사용될 수 있는 비산화 금속 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기 중에 노출되더라도 변색· 산화되지 않아 금속의 성질을 그대로 유지하면서도, 전도성과 강도가 월등하게 향상된 비산화 금속 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

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각 금속은 고유한 특성을 가지고 있되, 어떠한 금속이 산업상 이용되려면 일반적으로 강도가 높아서 형성된 형태에서 잘 변형되지 않아야 하고, 열이나 전기에 대한 전도성이 높은 경우 특히 다양한 산업의 재료로 사용될 수 있다. 즉, 강도와 전도성이 크면 일반적으로 산업상 활용도가 높아진다. 한편, 금속은 공기 등에 노출되면 산화가 진행되면 변색되고 부식되어, 금속이 산화되지 않고 그 본래의 성질을 그대로 유지하는 방법에 대한 시도가 지속적으로 있어 왔다.

예를 들어, 은은 회백색의 광택이 있으면서 빛을 잘 반사해 반짝거리기 때문에 동서고금을 막론하고 오랫동안 장신구를 만드는데 많이 사용되어 왔다. 이러한 은의 장점에도 불구하고 은이 가진 큰 단점이 있는데, 그것은 은이 일반적으로 변질되기가 쉬운 소재라는 것이다. 특히 황 원소와 반응성이 높기 때문에, 황화은이 되어 공기 중에 노출될 경우 흑색으로 변하게 된다. 즉, 은이 공기 중의 이산화황이나 황화수소 등과 반응하여 황화물을 형성하면서, 공기 중에 노출된 은은 빠른 시간 내 변색이 되는 것이다.

위와 같은 금속 산화, 특히 은의 산화를 막는 방법과 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-0334942호는 변색되지 않는 은의 합금방법을 제시하나, 높은 은 함류량을 기본으로 백금 등을 포함하였지만 그 개선 정도가 낮으며, 은 이외의 다른 금속에 적용될 수 없는 한계를 가지고 있다.

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대한민국 등록특허 제10-1560485호는 가공성, 내식성, 광택성 등에서 우수한 귀금속소재 제공방법을 제안하나, 제조 공정 및 단계가 복잡하고 비효율적이어서 실제 산업상 이용이 크게 제약된다는 문제점을 여전히 가지고 있다.

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본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제를 해결하려는 데에 있으며, 변색되지 않고, 전도성이 강하며, 강도가 높은 금속 물질을 쉽게 제조하여 다양한 산업에서 효율적으로 사용할 수 있는 비산화 금속 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

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상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 은화합물에 질산을 더 첨가하여 강산성 및 강알칼리의 반응에 따라 부식되지 않는 비산화 금속 및 그 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 AgNO₃에 강산성을 띠도록 하는 AgN₂O₃로 생성하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 금속분말에 상기 AgN₂O₃를 첨가하여 합금을 제조하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 합금에 시안화은(AgCN)을 첨가하여 상기 합금의 표면에 은을 코팅하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 제조 단계에 의해 제조된 비산화 금속을 제공한다.

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본 발명에 따르면, 기존에 사용되던 은화합물에 시안화은을 첨가하여 은을 코팅시키는 것이 아니라, 기존에 전혀 사용되지 않는 매우 획기적인 방법, 즉, 질산은 수용액과 질산을 반응시켜서 매우 강한 산성을 띠는 AgN₂O₃를 제조한 후 이를 금속분말에 첨가하여 제조한 합금에 시안화은을 첨가하여 은을 코팅함으로써, 쉽게 변색되지 않으면서도, 전도성이 우수하고 강도가 강하며, 산과 알칼리 등에 반응하지 않는 비산화 금속을 제조할 수 있다.

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도 1은 본 발명에 따라 제조된 금속 반지의 사진이다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

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먼저 금속 분말을 준비한다. 예컨대, 금분말, 은분말, 동분말, 니켈분말, 아연분말 등을 준비한다. 이들 각 금속 분말은 나노 크기의 나노 분말인 것이 바람직하다.
이와 같이 준비된 금속 분말에 붕산을 첨가하여 붕산이 함유된 금속 분말을 준비한다. 이때, 첨가되는 붕산의 양은 0.1~0.5 wt%인 것이 바람직하다.

다음으로, 질산은 수용액(AgNO₃(aq.))을 준비한다. 상기 질산은 수용액은 질산은을 증류수 또는 이온수의 물에 녹여서 준비할 수 있다. 예컨대, 물 2ℓ에 1kg의 질산은을 녹여서 질산은 수용액을 준비할 수 있다.

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다음으로, 상기 질산은 수용액에 질산(HNO₃)을 첨가하여, AgN₂O₃를 제조한다. 생성된 AgN₂O₃는 매우 강한 산성을 띈다.

다음으로, 상기 붕산이 함유된 금속분말에 상기 AgN₂O₃를 첨가한다. AgN₂O₃를 첨가하면, 온도가 상승하면서 반응이 격렬하게 진행되어 새로운 성질을 갖는 합금이 형성된다.
예컨대, 붕산이 0.1~0.2% 포함된 금분말에 AgN₂O₃를 첨가하면, 온도가 상승하면서 반응이 격렬하게 진행되어 처음의 금분말보다 크기가 조금 큰 합금이 생성된다. 생성된 합금은 약 1.60×10^-8(Ω·m)의 전기저항을 가지는데 이는 은의 저항인 1.67×10^-8(Ω·m)보다 약간 작은 값이다. 따라서, 새롭게 생성된 합금은 전도성이 매우 우수함을 알 수 있다.

또한, 붕산이 0.4~0.5% 포함된 동분말에 AgN₂O₃를 첨가하면, 온도가 상승하면서 반응이 격렬하게 진행되어 새로운 물질인 합금이 생성되는데, 이를 분석기에 넣으면 나이오븀(Nb)과 유사한 성질을 가진 것으로 분석된다. 예컨대, 1kg의 AgN₂O₃에 동분말 1kg을 첨가하면 반응이 격렬하게 진행되면서 나이오븀과 유사한 성질을 가진 물질이 생성된다. 이로써, 동분말과 AgN₂O₃가 반응하여 동의 성질이 완전히 없어지고 새로운 물질이 생성되는 것을 알 수 있다. 이와 같이 제조된 합금은 융점이 약 1,220℃이고, 저항은 약 1.58×10^-8(Ω·m)로 은의 저항보다 낮았다. 나이오븀(Nb)은 융점 2,450℃로 초전도체 제품 생산이나 초고밀도 철강 등에 쓰이는 것으로 잘 변색되지 않는 금속이다. 본 발명에 의해 제조된 합금은 나이오븀에 가까운 고강도의 전도성이 높은 물질로서, 이는 단일 금속 가운데 가장 낮은 전기저항을 나타내는 은(Ag)보다 낮은 전기저항인 약 1.58×10^-8(Ω·m)을 가지므로, 반도체, OLED 등 다양한 소재 분야에 적용 가능할 것이다.
마지막으로, 상기 단계에서 제조된 합금에 시안화은을 첨가하여 은을 코팅해준다. 금분말, 동분말 등과 같은 금속분말에 AgN₂O₃를 첨가하면, 강산성을 띠면서 색상이 어둡고 검은색을 띄는 물질이 생성되는데, 여기에 강알칼리성인 시안화은(AgCN)을 첨가하면 색상이 희고 밝은 생성물을 얻을 수 있다. 이는 소금이 알칼리와 산성이 조화를 이루어 썩지 않고 변하지 않는 성질을 띄는 것과 같은 원리를 이용한 것으로, 본 발명에 따른 최종 생성물 역시 변색되지 않으면서도 전기전도성과 강도 면에서 매우 강한 특성을 갖는다.
이때, 본 발명에 따라 제조된 합금에 시안화은을 첨가하고, 예컨대 80~100℃의 온도에서 약 30분 정도 유지하면 상기 합금에 은이 코팅된다. 도1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 금속 반지의 사진으로, 본 발명에 따라 제조된 비산화 금속은 희고 밝은 색상을 띄는 것을 알 수 있다.
최종 생성물인 비산화 금속은 변색되지 않으면서도 전기전도성과 강도가 매우 강한 특성을 갖는다. 본 발명에 따라 제조된 비산화 금속은 경도가 매우 높고 알칼리나 산에 잘 부식되지 않는 것이다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 비산화 금속에 대해 염소분무시험(kimm)을 해 본 결과, 1,000시간 동안 변하지 않았으며 질산에 약간 반응하다 다시 회복되는 양상을 보였으며, 산이나 알칼리 등에는 반응하지 않았다. 여기서, 염소분무시험은 NaCl 농도(1.0 ±0.2)%로 24시간 시행하였다.
따라서, 본 발명에 따른 제조된 비산화 금속은 플렉시블 기판이나, 전도성 섬유, 전도성 필름, 전자파 차폐 등의 용도로 광범위하게 사용될 수 있을 것이다.

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Claims (9)

1. 질산은 수용액과 질산을 반응시켜서 AgN₂O₃를 얻는 단계; 및
   붕산이 포함된 금속분말에 상기 AgN₂O₃를 첨가하여 합금을 제조하는 단계를 포함하며,
   상기 금속분말은 금, 은, 동, 니켈 또는 아연의 분말인 것을 특징으로 하는 비산화 금속의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 합금에 시안화은을 첨가하여 상기 합금의 표면에 은을 코팅하는 단계를 더 포함하는 비산화 금속의 제조 방법.
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5. 제 1항에 있어서,
   상기 금속분말에 상기 붕산이 0.1~0.5 중량% 함유된 것을 특징으로 하는 비산화 금속의 제조 방법.
6. 제 2항에 있어서,
   상기 코팅단계는 80~100℃에서 진행되는 것을 특징으로 하는 비산화 금속의 제조 방법.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 금속분말은 금속 나노 분말인 것을 특징으로 하는 비산화 금속의 제조 방법.
8. 제1항의 제조 방법에 의하여 제조된 비산화 금속.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 비산화 금속의 전기저항이 은보다 낮은 것을 특징으로 하는 비산화 금속.

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