KR102273282B1 - 금속 분말의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 분말의 제조방법에 관한 것이다. 일 측면에 따른 금속 분말의 제조방법은, 내부에 반응 공간이 형성되는 반응부; 상기 반응부의 상부에 배치되어 용융 금속이 투입되는 투입부; 및 상기 반응부의 내벽에 배치되는 플라즈마 토치를 포함하는 금속 분말 제조장치를 통한 금속 분말의 제조방법에 있어서, 원료 금속을 용융시키는 단계; 용융된 용융 금속을 상기 투입부를 통하여 상기 반응부로 투입하는 단계; 및 상기 용융 금속을 상기 플라즈마 토치를 통해 플라즈마 처리하여 금속 분말을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

금속 분말의 제조방법{Method for producing metal powder}

본 실시예는 구형 분말의 제조방법에 관한 것이다.

금속분말은 금속을 미세한 가루로 만든 것으로 도료, 인쇄잉크, 화학공업용 촉매, 불꽃의 원료, 금속환원제, 3D 프린팅 등에 사용된다. 금속분말은 제조 방법에 따라 구형, 불규칙형, 수지상형, 플레이크 형 등으로 제조할 수 있다.

금속분말은 다양한 전자부품의 전극 등을 형성하는 재료 또는 3D 프린팅에 이용되는 재료로서 주목을 받고 있으며, 이러한 분야에서 우수한 성능을 구비하기 위해서는 금속분말이 균일한 크기를 구비하며, 금속분말의 분산성등을 향상시키기 위하여 금속분말의 입자가 구형의 형상을 구비하는 것이 중요하다.

금속분말을 구형화시키는 방법 중 고주파 플라즈마(RF plasma)를 이용하여 금속분말을 부분적으로 용융시킨 후 냉각시켜 각형의 금속분말을 구형의 금속분말로 가공하는 방법이 있다. 이와 같이 고주파 플라즈마를 이용하면 금속분말의 생산 공정을 단순화하고 생산 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

그런데, 고주파 플라즈마를 이용하여 구형의 금속분말을 제조하는 경우, 가열 후 냉각되는 금속분말에 포함되는 산소의 농도가 증가하는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0981413호(발명의 명칭: 구형의 고순도 니켈 분말 제조방법)에서는, 6g/L 내지 60g/L의 황산니켈 용매 추출액에 우레아(Urea) 환원제를 혼합하는 환원제 혼합단계; 상기 환원제혼합물을 초음파 장치에 의해 액적상태로 생성하는 액적형성단계; 상기 생성된 액적을 운반가스와 함께 반응기로 투입하는 반응기투입단계; 상기 반응기에 투입된 액적상태의 혼합물을 증발, 건조 및 열분해반응 시키는 입자전환단계; 및 상기 증발, 건조 및 열분해 반응된 물질을 세척 및 건조하는 분말형성단계를 포함하는 구형의 고순도 니켈 분말 제조방법이 개시되어 있다.

일반적으로 해외의 경우 금속와이어를 플라즈마 토치를 이용해서 금속분말을 제조하는 방법을 사용하기도 하고 RF 플라즈마토치를 이용해서 금속분말의 형상을 구형으로 바꾸는 방식으로 사용하기도 한다.

종래 기술에 따른 금속와이어를 이용하여 제조하는 방식은 금속와이어의 단가가 높아 원재료 비용이 높아지는 문제가 있다. 또한, 원하는 성분의 와이어를 구할 수 없을 경우 생산에 제한적인 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 제조 공정을 단순화할 수 있고, 분말 크기를 미세화할 수 있는 금속 분말의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 실시예에 따른 금속 분말의 제조방법은, 내부에 반응 공간이 형성되는 반응부; 상기 반응부의 상부에 배치되어 용융 금속이 투입되는 투입부; 및 상기 반응부의 내벽에 배치되는 플라즈마 토치를 포함하는 금속 분말 제조장치를 통한 금속 분말의 제조방법에 있어서, 원료 금속을 용융시키는 단계; 용융된 용융 금속을 상기 투입부를 통하여 상기 반응부로 투입하는 단계; 및 상기 용융 금속을 상기 플라즈마 토치를 통해 플라즈마 처리하여 금속 분말을 형성하는 단계를 포함한다.

본 실시예를 통해 플라즈마 발생원의 높은 에너지로 인하여 용융 금속 내 높은 충격 에너지가 발생되고, 이에 따라 금속 분말의 크기가 미세화될 수 있는 장점이 있다.

또한, 용융 금속으로부터 직접 금속 분발을 생성하게 되므로, 공정이 단순화되어 생산 효율이 향상되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 분말 제조장치를 도시한 도면.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 '연결', '결합' 또는 '접속'될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 분말 제조장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속 분말은 플라즈마를 이용하여 제조될 수 있다. 상기 금속 분말은, 50um이하 크기의 구형 분말일 수 있다. 일 예로, 상기 금속 분말은, 10um 내지 50um 일 수 있다. 또한, 상기 금속 분말 제조장치를 통해 20um 이내의 금속분말을 제조할 수 있다.

금속 분말 제조장치(100)로 제공되는 원료금속은, 금속, 금속의 합금, 산화금속, 세라믹, 금속/세라믹 복합물질 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 원료금속은 알루미늄, 티타늄, 지르코니아(ZrO2), 철, 산화알루미늄(Al2O3), 스테인리스강 및 이들의 합금 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한하지 않는다.

상기 원료금속은 용융된 형태로 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 분말 제조장치(100)로 투입되는 원료금속은 용융 금속으로 이름할 수 있다.

상기 금속 분말 제조장치(100)는, 반응 공간(12)이 형성되는 반응부(10)와, 상기 반응부(10)의 상부에 배치되어 용융 금속(200)이 투입되는 투입부(30)와, 상기 반응부(10)의 내벽에 배치되는 플라즈마 토치(20)를 포함할 수 있다.

상기 투입부(30)는 내측에 상기 용융 금속(200)이 투입되도록 공간이 형성된다. 상기 투입부(30)의 하부에는 상기 반응 공간(12)과 연통되도록 홀이 형성될 수 있다. 상기 홀의 단면적은 상기 투입부(30) 내면의 단면적 보다 작게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 투입부(30)로 투입된 용융 금속은 반응 공간(12)으로 유동할 수 있다.

상기 플라즈마 토치(20)는 상기 반응부(10) 상부에 배치될 수 있다. 상기 플라즈 토치(20)는 1000 K 온도 이상의 플라즈마 화염을 생성할 수 있다. 상기 플라즈마 토치(20)는 상기 홀을 향하도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 토치(20)의 화염을 통한 특정 온도구역에 상기 반응부(30) 내 상기 용융 금속의 유입 영역이 위치할 수 있다. 상기 플라즈마 화염의 특정 온도구역은 원료금속의 융점-비점 사이의 온도일 수 있다.

따라서, 상기 반응부(10)로 유입된 용융 금속은 상기 플라즈마 토치(20)로부터 발생된 높은 에너지로 인하여 충격 에너지가 생성되고, 이에 따라 분말 크기가 미세화될 수 있을 뿐만 아니라, 형태가 구형으로 균일하게 생성될 수 있다.

상기 반응부(10)의 하부에는 배출 유로가 내측에 형성된 배출관(40)의 일단이 결합되고, 상기 배출관(40)의 타단에는 금속 분말이 냉각 및 저장되는 저장부(50)가 형성될 수 있다. 상기 저장부(50)의 상단에는 외부와 연통되는 연통홀(54)이 형성되며, 상기 금속분말은 상기 저장부(50)의 하부인 저장 공간(52) 내 수용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 금속 분말의 제조방법은, 원료금속을 용융시키는 단계(단계 1)와, 상기 단계 1을 통하여 용융된 용융 금속을 상기 반응부(30) 내에서 플라즈마 처리하는 단계(단계 2)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 발생원의 높은 에너지로 인하여 용융 금속 내 충격 에너지가 발생되고, 금속 분말이 생성될 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 '포함하다', '구성하다' 또는 '가지다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 내부에 반응 공간이 형성되는 반응부;
   상기 반응부의 하부에는 내측에 배출 유로가 형성된 배출관;
   상기 반응부의 상부에 배치되어 용융 금속이 투입되는 투입부;
   상기 반응부의 내벽에 배치되는 플라즈마 토치; 및
   상기 배출관을 통해 상기 반응부와 연결되는 저장부를 포함하는 금속 분말 제조장치를 통한 금속 분말의 제조방법에 있어서,
   원료 금속을 용융시키는 단계;
   용융된 용융 금속을 상기 투입부를 통하여 상기 반응부로 투입하는 단계; 및
   상기 용융 금속을 상기 플라즈마 토치를 통해 플라즈마 처리하여 금속 분말을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 투입부의 하부에는 상기 반응 공간과 연통되도록 홀이 형성되고,
   상기 홀의 단면적은 상기 투입부 내면의 단면적 보다 작게 형성되며,
   상기 투입부의 내면 중 적어도 일부에는 하방으로 갈수록 단면적이 작아지는 형상의 경사면이 배치되고,
   상기 플라즈마 토치는 복수로 구비되어, 상기 홀의 방사상 외측에 배치되고,
   상기 복수의 플라즈마 토치는 토출되는 화염을 통한 특정 온도구역이 상기 용융 금속의 유입 영역을 향하도록 배치되며,
   상기 저장부의 상단에는 외부와 연통되는 연통홀이 배치되고,
   상기 배출관은 적어도 1회 이상 절곡된 영역을 가지는 금속 분말의 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속 분말은 50um 이하 크기의 구형 분말인 금속 분말의 제조방법.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 플라즈마 화염의 특정 온도구역은 원료금속의 융점-비점 사이의 온도인 금속 분말의 제조방법.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
5. 삭제

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