KR102277768B1

KR102277768B1 - 복합재의 제조 방법 및 복합재

Info

Publication number: KR102277768B1
Application number: KR1020200073669A
Authority: KR
Inventors: 이연수; 유동우; 이진규
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2021-07-15
Also published as: EP3984727A4; EP3984727A1; CN114007852A; JP7383871B2; KR20200144073A; WO2020256394A1; US20220219233A1; JP2022537022A; CN114007852B

Abstract

본 출원은 복합재의 제조 방법 및 복합재에 관한 것이다. 본 출원에서 얻은 복합재는 높은 열전도 효율을 가질 수 있다. 본 출원에서 얻은 복합재는 산화 및/또는 고온 분위기에서 안정성 등을 확보할 수 있다. 본 출원에서 얻은 복합재는 특히 방열 소재 등으로 적용하였을 때, 박리 문제 등의 발생도 예방할 수 있는 이점이 있다.

Description

복합재의 제조 방법 및 복합재{MANUFACTURING METHOD FOR COMPOSITE MATERIAL AND THE COMPOSITE MATERIAL}

본 출원은 2019년 6월 17일에 대한민국 특허청에 출원된 특허출원 제10-2019-0071483호의 우선일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 출원에 포함된다.

본 출원은 복합재의 제조 방법 및 복합재에 관한 것이다.

금속폼(metal foam)은 경량성, 에너지 흡수성, 단열성, 내화성 또는 친환경성 등의 다양하고 유용한 특성을 구비한다. 따라서 경량 구조물, 수송 기계, 건축 자재 또는 에너지 흡수 장치 등의 다양한 분야에 금속폼을 적용할 수 있다. 금속폼은 높은 비표면적을 가지고 액체, 기체 등의 유체 또는 전자의 흐름을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 열 교환 장치용 기판, 촉매, 센서, 액츄에이터, 2차 전지 또는 미세유체 흐름 제어기(microfluidic flow controller) 등에도 금속폼을 유용하게 사용할 수도 있다. 특히, 금속폼은 높은 열전도도를 나타내느 금속 성분을 가지고, 이들이 상호 연결된 구조를 가지기 때문에, 주로 방열(heat radiation) 재료로 적용될 수 있다.

그렇지만, 금속폼 내부의 기공은 다소 불규칙적으로 형성되어 있기 때문에, 금속폼의 최외곽 표면은 평탄하지 않다. 이러한 이유로, 금속폼을 열 전달 물질(thermal interface material, TIM)로 적용하면, 금속폼과 접하는 물질의 접합 면적이 감소하게 되고, 이에 따라서 해당 물질의 열전달 효율이 감소하는 문제가 발생하게 된다.

본 출원에서는 높은 열전도 효율을 가지는 복합재를 제조하는 것을 하나의 목적으로 한다.

본 출원에서는 산화 및/또는 고온 분위기에서 안정성 등을 확보할 수 있는 복합재를 제조하는 것을 다른 하나의 목적으로 한다.

본 출원에서는 특히 방열 소재 등으로 적용하였을 때, 박리 문제 등의 발생도 예방할 수 있는 복합재를 제조하는 것을 또 다른 하나의 목적으로 한다.

본 출원은 복합재의 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원의 복합재의 제조 방법은 적어도 금속폼을 준비하는 단계(a); 상기 금속폼과 경화성 고분자를 포함하는 혼합물을 준비하는 단계(b); 및 상기 혼합물의 경화성 고분자를 경화시켜서 복합재를 얻는 단계(c)를 포함한다.

본 출원에서, 용어 “경화성”은 광의 조사, 열의 인가, 외부 자기장 인가 등으로 가교 및/또는 경화할 수 있는 성질을 의미할 수 있다. 즉 상기 경화성 고분자는 광의 조사, 열의 인가 등의 외부 자극에 의해 경화할 수 있는 성질을 나타내는 고분자를 의미할 수 있다.

본 출원에서, 용어 “금속폼”은, 금속을 주성분으로 포함하는 다공성 구조체를 의미한다.

상기에서, 어떤 성분을 주성분으로 포함한다고 함은, 전체 중량을 기준으로 그 성분의 비율이 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 90 중량% 이상이고, 100 중량% 이하, 99 중량% 이하 또는 98 중량% 이하 정도인 것을 의미할 수 있다.

본 출원에서, 용어 “다공성”은, 해당 물질의 기공도(porosity)가 10 % 이상, 20 % 이상, 30 % 이상, 40 % 이상, 50 % 이상, 60 % 이상, 70 % 이상, 75 % 이상 또는 80 % 이상인 경우를 의미할 수 있다. 상기 기공도의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 100 % 미만, 약 99 % 이하, 약 98 % 이하, 약 95 % 이하, 약 90 % 이하, 약 85 % 이하, 약 80 % 이하 또는 약 75 % 이하 정도 일 수 있다. 상기 기공도는 금속폼 등의 밀도를 계산함으로 해서 공지의 방식으로 산출할 수 있다.

본 출원에서 언급하는 물리적 성질 중에서, 그 측정 온도가 해당 물성에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 다르게 규정하지 않는 한, 그 물리적 성질은 상온에서 측정한 것이다.

상기에서, 용어 “상온”은 가온 또는 감온되지 않은 자연 그대로의 온도, 예를 들어, 10 ℃ 내지 30 ℃의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23 ℃ 또는 약 25 ℃ 정도의 온도를 의미할 수 있다.

본 출원의 방법은 평탄화 처리 단계(d)를 추가로 포함한다. 본 출원의 방법은 평탄화 처리를 진행함으로 해서, 보다 낮은 표면 조도를 가지면서 동시에 열전도율이 향상된 복합재를 제조할 수 있다.

일반적으로, 금속폼 내부의 기공은 다소 불규칙적으로 형성되어 있다. 따라서, 금속폼 외곽의 표면은 평탄하지 않다. 이러한 이유로, 금속폼을 열전달 재료(thermal interface material, TIM) 또는 방열 재료 등으로 적용하면, 열전도 효율이 감소하는 문제가 있다. 금속폼 외곽의 표면은 평탄하지 않아서 그 금속폼과 접하는 물질 간의 접합 면적이 감소하기 때문이다. 금속폼의 표면을 평탄하게 형성하기 위하여, 금속폼 표면에 별도의 외력을 가하지 않고, 나노클레이(nanoclay) 등의 판상의 무기 나노 입자를 첨가하는 방법이 고려되었다. 그렇지만, 상기 방법으로는 금속폼과 고분자 성분을 포함하는 복합재의 열전달 효율을 향상시키는데 한계가 있고, 추가의 성분을 적용하기 때문에 제조 공정 비용이 증가하는 문제가 있다.

이에, 본 발명자들은 기존의 금속폼을 그대로 적용하되, 복합재의 표면을 매끄럽게 제조할 수 있는 방법에 대해서 탐구한 결과, 본 발명을 고안하게 되었다. 구체적으로, 본 발명자들은 복합재의 제조 과정에서 금속폼의 전구체, 금속폼, 금속폼과 경화성 고분자의 혼합물 및 복합재 중 적어도 하나를 평탄화 처리하면, 간편한 공정으로도 열전도율이 높은 복합재를 얻을 수 있음을 확인하고, 본 발명을 고안하게 되었다.

본 출원에서 용어 “평탄화 처리”는 피처리 물질의 표면을 소위 “매끄럽게” 하는 일련의 처리 과정을 포함하는 의미로 사용된다. 구체적으로, 용어 “평탄화 처리”는 피처리 물질을 이의 표면에 요철부가 존재하지 않도록 혹은, 존재하더라도 그 존재 비율이 극히 적게 되도록 처리하는 일련의 행위를 의미할 수 있다.

본 출원의 방법에서는 상기 평탄화 처리 단계(d)를 상기 (a) 단계 이전부터 (c) 단계 이후 중 적어도 한 시점에 진행한다. 구체적으로, 본 출원의 방법에서는 상기 평탄화 처리(d) 단계를 다음 (1) 내지 (4)의 시점 중 적어도 한 시점에서 진행한다:

(1) 금속폼의 준비 전

(2) 금속폼의 준비 후

(3) 금속폼과 경화성 고분자를 포함하는 혼합물을 제조한 후

(4) 금속폼과 경화성 고분자를 포함하는 혼합물의 상기 경화성 고분자를 경화시킨 후

즉 본 출원의 방법에서는 (i) 금속폼의 제조 중, (ii) 금속폼의 제조 후 부터 경화성 고분자와의 혼합 전, (iii) 금속폼과 경화성 고분자를 혼합하는 중, (iv) 혼합물의 제조 후, (iv) 경화성 고분자의 경화 과정 중 및/또는 (v) 복합재의 제조 후에 평탄화 처리 과정을 진행할 수 있다.

한편, 평탄화 처리의 정도를 적절히 조절하고, 그 처리 정도에 따른 열전도 효율의 향상을 극대화하고자 하는 관점에서, 상기 평탄화 처리 단계는 금속폼에 대하여 진행되는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 금속폼의 제조 과정에서 평탄화처리를 하면, 상기 금속폼의 전구체가 이를 지지하는 기재로부터 박리되는 문제가 발생할 수도 있고, 평탄화 정도에 한계가 있을 수 있다. 또한 금속폼과 경화성 고분자를 혼합시키고, 이를 경화하기 전에 평탄화 처리하게 되면, 대체로 경화성 고분자가 액상 성분이기 때문에, 평탄화 처리 공정을 안정적으로 진행하기 쉽지 않을 수 있다. 금속폼과 경화성 고분자를 혼합하고, 그 혼합물의 경화성 고분자를 경화시킨 후에 평탄화 처리하는 경우, 여전히 금속폼의 내부에 탄성을 띄는 경화성 고분자가 존재하기 때문에, 평탄화 정도를 향상시키는데 한계가 있을 수 밖에 없다. 즉 본 출원의 바람직한 실시 상태에서는, 내부의 기공이 비어있는 상태, 즉 금속폼에 대해서 평탄화 처리한 다음, 본 출원의 복합재의 제조 공정을 진행하는 것이 좋을 수 있다.

즉 본 출원의 방법은 일 예시에서, 상기 단계 (d)를 상기 (a) 단계와 (b) 단계 사이에 진행할 수 있다. 즉, 본 출원의 방법에서 적용되는 예시적인 금속폼은 평탄화 처리된 금속폼일 수 있다.

일 예시에서, 본 출원의 방법이 상기 평탄화 처리를 금속폼에 대해서 진행하는 경우, 그 진행의 정도도 추가로 조절될 수 있다. 예를 들어, 본 출원의 방법은 상기 평탄화 처리를 상기 금속폼에 대해서 진행하는 경우, 상기 금속폼의 기공도(porosity)가 30 % 내지 60 %의 범위 내에 있도록 진행할 수 있다. 상기 기공도는 다른 예시에서, 35 % 이상 또는 40 % 이상일 수 있고, 55 % 이하 또는 50 % 이하일 수 있다.

다른 예시에서, 본 출원의 방법은 상기 평탄화 처리를 상기 금속폼에 대해서 진행하는 경우, 상기 금속폼의 표면 조도(surface roughness)가 6 ㎛ 이하가 되도록 진행할 수 있다.

본 출원에서 용어 “표면 조도”는 대상 물질의 표면이 얼마나 매끄럽거나, 거친지를 정량적으로 나타낸 것을 의미할 수 있다. 표면 조도로는 (1) 중심선 평균 조도(Ra), (2) 최대 높이 조도(Rmax) 및 (3) 10점 평균 조도(Rz) 등의 측정 방식이 알려져 있다. 본 출원에서 적용되는 표면 조도의 의미는 상기 중 어느 하나의 방식에 따라 측정된 것을 의미할 수 있다. 본 출원에서는 실제로 표면 조도로, 중심선 평균 조도(Ra)를 적용하였으며, 그 측정방식은 후술하는 실시예에서 기술된 것과 같다.

상기에서 평탄화 처리에 따라 달성되는 금속폼의 기공도 및/또는 표면 조도를 조절하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 상기 기공도 및/또는 표면 조도는 후술하는 평탄화 처리의 구체적 방식과 이의 조건 등을 적절히 조절함으로 해서 조절될 수 있다.

예를 들어, 본 출원의 제조 방법은 상기 평탄화 처리 단계를 연마(polishing) 또는 가압 성형(pressing) 방식 등으로 진행할 수 있다.

상기에서, 연마는, 피처리 대상의 표면을 다른 물체의 모서리 또는 표면으로 문질러서 그 표면을 매끈하게 하는 공지의 처리 방식을 의미한다. 연마 방식으로는 공지의 연마 방식(예를 들어, 연마재를 이용하는 방식, 연마숫돌 등을 적용하는 방식)을 모두 적용할 수 있다.

상기에서, 가압 성형은 피처리 대상에 압력을 인가하여 피처리 대상에서 돌출된 부위를 눌러서 그 표면을 편평하게 하는 공정을 의미할 수 있다. 상기 가압 성형의 방식은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 가압 성형 방식이 적용될 수 있다. 예를 들어, 가압 성형의 방식으로 유압 프레스(hydraulic press) 또는 롤 프레스(roll press) 등이 적용될 수 있다. 금속폼의 박막(thin-film)화 관점에서는 롤 프레스 방식을 적용하는 것이 적절할 수 있다. 예를 들어, 본 출원의 방법에서는 미리 제조된 금속폼을 프레스 장비에 구비된 두개의 롤 사이로 지나가게 함으로 해서, 금속폼을 롤 프레스 방식으로 가압 성형할 수 있다.

상기 금속폼의 형태는 특별히 제한되지 않으나, 일 예시에서, 평탄화 처리 전의 상기 금속폼의 형태는, 필름 또는 시트 형상일 수 있다. 또한, 평탄화 처리, 구체적으로 가압 성형, 보다 구체적으로 롤 프레스를 이용하여 가압 성형된 금속폼은 그 처러 전의 형태와 무관하게 필름 또는 시트 형태로 존재할 수 있다. 또한, 금속폼의 두께 또는 기공도 등은 가압 성형함으로 해서 감소할 수 있다.

일 예시에서, 평탄화 처리(구체적으로 가압 성형, 보다 구체적으로는 롤 프레스를 이용한 가압 성형) 전의 금속폼이 필름 또는 시트 형상인 경우, 그 두께는 2000 ㎛ 이하일 수 있다. 다른 예시에서, 1900 ㎛ 이하, 1800 ㎛ 이하, 1700 ㎛ 이하, 1600 ㎛ 이하, 1500 ㎛ 이하, 1400 ㎛ 이하, 1300 ㎛ 이하, 1200 ㎛ 이하, 1100 ㎛ 이하 또는 1000 이하일 수 있고, 10 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상, 30 ㎛ 이상, 40 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이상, 60 ㎛ 이상, 70, ㎛ 이상 80 ㎛ 이상 또는 85 ㎛ 이상일 수 있다.

본 출원에서, 어떤 부재의 두께는 해당 부재를 두께 게이지(gauge)를 이용하여 직접 측정하거나, 해당 부재에 대한 사진을 분석하는 방식 등으로 간접적으로 산출할 수 있다. 또한, 해당 부재의 두께가 일정하지 않은 경우, 상기 두께는 상기 부재의 최대 두께, 최소 두께 또는 평균 두께일 수 있다.

일 예시에서, 평탄화 처리(구체적으로 가압 성형, 보다 구체적으로는 롤 프레스를 이용한 가압 성형) 전의 금속폼의 기공도는 60 % 이상일 수 있다. 다른 예시에서, 상기 기공도는 다른 예시에서, 61 % 이상, 62 % 이상, 63 % 이상 또는 64 % 이상일 수 있고, 100 % 미만, 95 % 이하, 90 % 이하, 85 % 이하, 80 % 이하 또는 75 % 이하일 수 있다. 기공도의 측정 방식으로는 전술한 방식을 적용할 수 있다.

전술한 것처럼, 평탄화 처리(구체적으로 가압 성형, 보다 구체적으로는 롤 프레스를 이용한 가압 성형)에 따라서 금속폼의 두께가 감소할 수 있다. 따라서, 일 예시에서, 평탄화 처리 전의 금속폼의 두께(TB)와 평탄화 처리 후의 금속폼의 두께(TA)의 비율(TA/TB)은 0.9 이하일 수 있다. 상기 비율은, 다른 예시에서, 0.87 이하, 0.86 이하, 0.85 이하, 0.84 이하 또는 0.83 이하일 수 있고, 0.05 이상, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상, 0.45 이상일 수 있다.

평탄화 처리(구체적으로 가압 성형, 보다 구체적으로는 롤 프레스를 이용한 가압 성형)에 따라서 금속폼의 기공도 또한 감소할 수 있다. 따라서, 일 예시에서, 평탄화 처리 전의 금속폼의 기공도(PB)와 평탄화 처리 후의 금속폼의 기공도(PA)의 비율(PA/PB)은 0.95 이하일 수 있다. 상기 비율은, 다른 예시에서, 0.94 이하, 0.93 이하, 0.92 이하, 0.91 이하 또는 0.9 이하일 수 있고, 0.05 이상, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상, 0.45 이상, 0.5 이상, 0.55 이상 또는 0.6 이상일 수 있다.

본 출원에서는, 적절한 열전도도 등을 확보하기 위하여, 상기 금속폼의 기공 특성을 추가로 제어할 수도 있다. 예를 들어, 상기 금속폼은 대략, 구형, 니들(needle)형, 또는 무정형 등의 기공을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속폼은 최대 기공의 크기가 50 ㎛ 이하, 45 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이하, 35 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이하 정도일 수 있다. 상기 최대 기공 크기는 다른 예시에서, 2 ㎛ 이상, 4 ㎛ 이상, 6 ㎛ 이상, 8 ㎛ 이상, 10 ㎛ 이상, 12 ㎛ 이상, 14 ㎛ 이상, 16 ㎛ 이상, 18 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상, 22 ㎛ 이상, 24 ㎛ 이상 또는 26 ㎛ 이상일 수 있다.

일 예시에서, 상기 금속폼의 전체 기공 중에서 85 % 이상의 기공은 그 크기가 10 ㎛ 이하일 수 있고, 65 % 이상의 기공은 그 크기가 5 ㎛ 이하일 수 있다. 사이에서, 10 ㎛ 이하 또는 5 ㎛ 이하의 기공 크기를 가지는 기공의 크기의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 일 예시에서 0 ㎛ 초과, 0.1 ㎛ 이상, 0.2 ㎛ 이상, 0.3 ㎛ 이상, 0.4 ㎛ 이상, 0.5 ㎛ 이상, 0.6 ㎛ 이상, 0.7 ㎛ 이상, 0.8 ㎛ 이상, 0.9 ㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 1.1 ㎛ 이상, 1.2 ㎛ 이상, 1.3 ㎛ 이상, 1.4 ㎛ 이상, 1.5 ㎛ 이상, 1.6 ㎛ 이상, 1.7 ㎛ 이상, 1.8 ㎛ 이상, 1.9 ㎛ 이상 또는 2 ㎛ 이상일 수 있다.

또한, 상기에서 10 ㎛ 이하의 기공 크기의 기공은, 전체 기공 중에서 100 % 이하, 95 % 이하 또는 90 % 이하 정도일 수 있고, 5 ㎛ 이하의 기공 크기를 가지는 기공의 비율은, 전체 기공 중에서 100 % 이하, 95 % 이하, 90 % 이하, 85 % 이하, 80 % 이하, 75 % 이하 또는 70 % 이하 정도일 수 있다.

이와 같은 기공 분포 내지 기공 특성에 의하여 목적하는 복합재를 제조할 수 있다. 상기 기공 분포는, 예를 들면, 복합재 또는 금속폼이 필름 또는 시트 형태인 경우에는 상기 필름의 장축 방향을 기준으로 정해지는 것일 수 있다.

또한, 본 출원에서는 상기 금속폼을 평탄화 처리(구체적으로 가압 성형, 보다 구체적으로는 롤 프레스를 이용한 가압 성형)한 형태로 적용하므로, 상기 금속폼 내의 기공 특성은 평탄화 처리에 따라 보다 조밀한 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 평탄화 처리된 금속폼이 포함하는 기공은 평탄화 처리 전의 금속폼이 포함하는 기공보다 최대 기공 크기가 작은 기공을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 평탄화 처리 전의 금속폼의 최대 기공 크기(SB)와 평탄화 처리 후의 금속폼의 최대 기공 크기(SA)의 비율(SA/SB)은 0.9 이하일 수 있다. 상기 비율은, 다른 예시에서, 0.85 이하, 0.8 이하, 0.75 이하, 0.7 이하, 0.65 이하. 0.6 이하, 0.55 이하 또는 0.5 이하일 수 있다. 또한, 상기 비율의 하한은 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어, 0.05 이상, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상, 0.45 이상일 수 있다.

일 예시에서, 평탄화 처리 전의 금속폼의 표면 조도(surface roughness)는 20 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 값은 다른 예시에서, 19 ㎛ 이하, 18 ㎛ 이하, 17 ㎛ 이하, 16 ㎛ 이하, 15 ㎛ 이하, 14 ㎛ 이하, 13 ㎛ 이하, 12 ㎛ 이하, 11 ㎛ 이하 또는 10 ㎛ 이하일 수 있고, 5 ㎛ 이상, 6 ㎛ 이상, 7 ㎛ 이상 또는 7.5 ㎛ 이상일 수 있다.

또한, 평탄화 처리에 의하여 상기 금속폼의 두께, 기공도 또는 최대 기공 크기 등이 감소하기 때문에, 금속폼의 표면 조도 또한 평탄화 처리에 의하여 감소할 수 있다. 일 예시에서, 상기 평탄화 처리 전의 금속폼의 표면 조도(RB)와 평탄화 처리 후의 금속폼의 표면 조도(RA)의 비율(RA/RB)은 0.9 이하일 수 있다. 상기 비율은, 다른 예시에서, 0.85 이하, 0.8 이하, 0.75 이하 또는 0.7 이하일 수 있고, 0.05 이상, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상 또는 0.4 이상일 수 있다.

평탄화 처리에 의해서, 금속폼의 표면 조도가 감소하기 때문에, 표면 조도에 영향을 받는 금속폼의 열저항 또한 평탄화 처리에 의하여 감소할 수 있다.

일 예시에서, 평탄화 처리 전의 금속폼의 열저항은 2 Kin²/W 이하일 수 있다. 상기 값은 다른 예시에서, 1.9 Kin²/W 이하, 1.8 Kin²/W 이하, 1.7 Kin²/W 이하, 1.6 Kin²/W 이하, 1.5 Kin²/W 이하, 1.4 Kin²/W 이하, 1.3 Kin²/W 이하, 1.2 Kin²/W 이하 또는 1.1 Kin²/W 이하일 수 있고, 0.1 Kin²/W 이상, 0.15 Kin²/W 이상, 0.2 Kin²/W 이상, 0.25 Kin²/W 이상, 0.3 Kin²/W 이상, 0.35 Kin²/W 이상, 0.4 Kin²/W 이상 또는 0.45 Kin²/W 이상일 수 있다.

일 예시에서, 평탄화 처리 전의 금속폼의 열저항(KB)과 평탄화 처리 후의 금속폼의 열저항(KA)의 비율(KA/KB)은 0.9 이하일 수 있다. 상기 비율은, 다른 예시에서, 0.85 이하, 0.8 이하 또는 0.75 이하일 수 있고, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상 또는 0.45 이상일 수 있다.

상기 금속폼을 제조하는 방법은 다양하게 공지되어 있다. 본 출원에서는 공지된 방식으로 제조한 금속폼을 적용할 수 있다.

일 예시에서, 상기 금속폼은 슬러리를 사용하여 제조할 수도 있다. 구체적으로, 상기 금속폼을 금속 분말, 바인더 및 분산제를 적어도 포함하는 슬러리를 사용하여 제조할 수도 있다. 구체적으로, 상기 금속폼은 상기 슬러리를 사용하여 그린 구조체(금속폼의 전구체)를 형성하는 과정(a1) 및 상기 그린 구조체를 소결하는 과정(a2)을 적어도 포함하는 방식으로 제조할 수 있다. 즉 본 출원의 방법은 상기 (a) 단계를 상기 (a1) 과정 및 (a2) 과정을 포함하는 방식으로 진행할 수 있다.

본 출원에서, 용어 “그린 구조체(green structure)”는 상기 소결 등과 같이 금속폼을 형성하기 위하여 수행하는 공정을 거치기 전의 구조체, 즉 금속폼을 생성하기 전의 구조체를 의미한다. 또한, 상기 그린 구조체를 다공성 금속폼 전구체로 호칭하더라도, 반드시 그 자체로 다공성일 필요는 없으며, 최종적으로 다공성의 금속 구조체인 금속폼을 형성할 수 있는 것이라면, 편의상 다공성 금속폼 전구체라고 호칭할 수도 있다.

일 예시에서, 상기 금속 분말(metal powder)의 종류는, 그 적용 목적에 따라 정해지는 것으로 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 금속 분말로는 구리 분말, 인 분말, 몰리브덴 분말, 아연 분말, 망간 분말, 크롬 분말, 인듐 분말, 주석 분말, 은 분말, 백금 분말, 금 분말, 알루미늄 분말 및 마그네슘 분말로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나, 상기 중 2종 이상의 혼합 또는 상기 중 2종 이상의 합금 분말을 적용할 수 있다.

일 예시에서, 상기 금속 분말의 크기도 목적하는 기공도 혹은 기공 크기 등을 고려하여 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 분말의 평균 입경은, 0.1 ㎛ 내지 200 ㎛ 의 범위 내에 있을 수 있다. 다른 예시에서, 상기 평균 입경은 0.5 ㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 2 ㎛ 이상, 3 ㎛ 이상, 4 ㎛ 이상, 5 ㎛ 이상, 6 ㎛ 이상, 7 ㎛ 이상 또는 8 ㎛ 이상일 수 있고, 150 ㎛ 이하, 100 ㎛ 이하, 90 ㎛ 이하, 80 ㎛ 이하, 70 ㎛ 이하, 60 ㎛ 이하, 50 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이하 또는 20 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 평균 입경은, 목적하는 금속폼의 형태, 예를 들면, 금속폼의 두께나 기공도 등을 고려하여 적절한 범위로 조절할 수 있다.

상기에서, 금속 분말의 평균 입경은, 공지의 입도 분석 방법에 의하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 분말의 평균 입경은 소위 D50 입경일 수 있다.

상기 금속 분말의 슬러리 내에서의 비율은 특별히 제한되지는 않는다. 예를 들면, 슬러리는 10 중량% 내지 70 중량%의 금속 분말을 포함할 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상, 25 중량% 이상, 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 45 중량% 이상 또는 50 중량% 이상일 수 있고, 65 중량% 이하, 60 중량% 이하, 55 중량% 이하 또는 50 중량% 이하일 수 있다.

일 예시에서, 상기 분산제로는 알코올을 적용할 수 있다. 상기 알코올로는, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 글리세롤, 텍사놀(texanol) 또는 테르피네올(terpineol) 등과 같은 탄소수 1 내지 20의 1가 알코올; 또는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 헥산디올, 옥탄디올 또는 펜탄디올 등과 같은 탄소수 1 내지 20의 2가 알코올 또는 그 이상의 다가 알코올 등을 사용할 수 있으나, 그 종류가 상기 예시에 제한되는 것은 아니다.

상기 바인더의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 슬러리를 제조할 때에 적용하는 금속 성분이나 분산제 등의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더로는, 메틸 셀룰로오스 또는 에틸 셀룰로오스 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 가지는 알킬 셀룰로오스; 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬렌 단위를 가지는 폴리알킬렌 카보네이트; 폴리에틸렌 옥시드 또는 폴리프로필렌 옥시드 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬렌 단위를 가지는 폴리알킬렌 옥시드; 또는 폴리비닐알코올 또는 폴리비닐아세테이트 등의 폴리비닐알코올계 바인더 등을 사용할 수 있다.

슬러리 내에서, 상기 성분들의 비율은 특별히 제한되지 않는다. 상기 비율은 슬러리를 사용하는 공정 시에 코팅성 또는 성형성 등의 공정 효율을 고려하여 조절할 수 있다.

일 예시에서, 슬러리는 바인더를 금속 분말 100 중량부 대비 5 내지 500 중량부의 비율로 포함할 수 있다. 상기 비율은, 다른 예시에서, 6 중량부 이상 또는 7 중량부 이상일 수 있고, 450 중량부 이하, 400 중량부 이하, 350 중량부 이하, 300 중량부 이하, 250 중량부 이하, 200 중량부 이하, 150 중량부 이하, 100 중량부 이하, 50 중량부 이하, 30 중량부 이하, 20 중량부 이하, 15 중량부 이하 또는 10 중량부 이하일 수 있다.

일 예시에서, 슬러리는 분산제를 상기 바인더 100 중량부 대비 100 중량부 내지 2000 중량부의 비율로 포함할 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서, 150 중량부 이상, 200 중량부 이상, 250 중량부 이상, 300 중량부 이상, 350 중량부 이상, 400 중량부 이상, 450 중량부 이상, 500 중량부 이상, 550 중량부 이상, 600 중량부 이상, 650 중량부 이상, 700 중량부 이상, 750 중량부 이상, 800 중량부 이상, 850 중량부 이상, 900 중량부 이상, 950 중량부 이상, 1000 중량부 이상, 1050 중량부 이상, 1100 중량부 이상, 1150 중량부 이상, 1200 중량부 이상, 1250 중량부 이상 또는 1300 중량부 이상일 수 있고, 1800 중량부 이하, 1600 중량부 이하, 1400 중량부 이하, 또는 1350 중량부 이하일 수 있다.

본 출원에서, 단위 “중량부”는 특별히 다르게 규정하지 않는 한, 각 성분 간의 중량의 비율을 의미한다.

상기 슬러리는 필요에 따라, 슬러리의 발포성 향상을 위하여 용매를 추가로 포함할 수도 있다. 용매로는 슬러리의 성분, 예를 들어, 상기 금속 분말, 바인더 등과의 용해성을 고려하여 적절한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 용매로는, 유전 상수가 10 내지 120의 범위 내에 있는 것을 사용할 수 있다. 상기 유전 상수는, 다른 예시에서, 약 20 이상, 약 30 이상, 약 40 이상, 약 50 이상, 약 60 이상 또는 약 70 이상일 수 있고, 약 100 이하, 약 100 이하 또는 약 90 이하일 수 있다. 상기한 용매로는 물; 에탄올, 부탄올 또는 메탄올 등의 탄소수 1 내지 8의 알코올; 또는 DMSO(dimethyl sulfoxide), DMF(dimethyl formamide) 또는 NMP(N-methylpyrrolidone) 등을 사용할 수 있으나, 상기 예시로 제한하는 것은 아니다.

용매를 적용하는 경우에는, 슬러리는 상기 바인더 100 중량부 대비 약 50 내지 400 중량부의 비율로 상기 용매를 포함할 수 있다. 그렇지만, 상기 비율을 이에 제한하는 것은 아니다.

슬러리는 상기 언급한 성분 외에도, 추가적으로 필요한 공지의 첨가제를 포함할 수도 있다.

상기와 같은 슬러리를 사용하여 금속폼 전구체를 형성하는 방식은 특별히 제한하지 않는다. 금속폼의 제조 분야에서는 금속폼 전구체를 형성하기 위한 다양한 방식이 알려져 있고, 본 출원에서는 이와 같은 방식을 모두 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속폼 전구체는, 적정한 틀(template)에 상기 슬러리를 유지하거나, 또는 상기 슬러리를 적정한 방식으로 코팅한 다음 건조하는 방식 등으로 형성할 수 있다.

필요하다면, 상기 금속폼 전구체의 형성 과정에서 적절한 건조 공정을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 상기한 방식으로 슬러리를 성형한 다음, 일정 시간 건조함으로써 금속폼 전구체를 형성할 수도 있다. 상기 건조의 조건은 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어, 상기 슬러리 내에 포함된 용매 또는 바인더가 포함하는 수분 등의 성분을 목적 수준으로 제거할 수 있는 수준에서 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 건조는 성형된 슬러리를 50 ℃ 내지 250℃, 70 ℃ 내지 180 ℃ 또는 90 ℃ 내지 150 ℃의 범위 내의 온도에서 적정 시간 동안 유지하여 수행할 수 있다. 건조 시간 또한 적정 범위 내에서 조절할 수 있다.

상기와 같은 방식으로 형성된 금속폼 전구체를 소결함으로 해서 금속폼을 제조할 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 금속폼을 제조하기 위한 소결을 수행하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 소결 방법을 적용할 수 있다. 즉, 적절한 방법으로 상기 금속폼 전구체에 적정한 양의 열을 인가하는 방식 등으로 상기 소결을 진행할 수 있다.

일 예시에서, 상기 소결은 금속폼 전구체에 외부의 열원을 인가하여 수행할 수도 있다. 이 경우, 상기 열원의 온도는 100 ℃ 내지 1200 ℃의 범위 내일 수 있다.

본 출원의 제조 방법은 상기 (b) 단계에서 다양한 방식으로 상기 금속폼과 경화성 고분자를 포함하는 혼합물을 준비할 수 있다. 예를 들어, (1) 조성물 형태로 존재하는 경화성 고분자에 상기 금속폼을 침지시켜서 혼합물을 제조할 수도 있고, (2) 금속폼에 액상 또는 반고상의 경화성 고분자를 발라서 상기 혼합물을 제조할 수도 있으며 또는 (3) 상기 금속폼의 기공 내에 경화성 고분자를 주입시켜서 상기 혼합물을 제조할 수도 있다. 본 출원의 방법은 상기 (b) 단계에서, 상기 열거된 방식 외에도 금속폼의 표면 및/또는 기공에 경화성 고분자가 존재할 수 있도록 하는 비제한적인 방식으로 상기 혼합물을 준비할 수 있다.

예를 들어, 평탄화 처리한 후의 금속폼과 경화성 고분자를 포함하는 혼합물을 제조한 경우, 상기 경화성 고분자는 평탄화 처리된 금속폼의 표면 및/또는 내부에 존재할 수 있다. 구체적으로 상기 경화성 고분자는, 상기 평탄화 처리된 금속폼의 적어도 하나의 표면 상에서 표면층을 형성하고 있거나, 금속폼 내부의 공극에 충전되어 존재할 수 있다. 또한, 상기 고분자 성분은, 경우에 따라서 상기 표면층을 형성하면서 동시에 금속폼의 내부에 충전되어 있을 수도 있다. 상기 고분자 성분이 표면층을 형성하는 경우에는, 상기 고분자 성분은 상기 금속폼의 표면 중에서 적어도 한 표면, 일부의 표면 또는 모든 표면에 대해서 표면층을 형성하고 있을 수 있다.

상기 경화성 고분자의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 복합재의 가공성이나 내충격성, 절연성 등을 고려하여 상기 고분자 성분의 종류를 선택할 수 있다. 상기 고분자 성분으로서, 공지의 아크릴 수지, 실록산 계열의 수지와 같은 실리콘 수지, 에폭시 수지, PP(polypropylene) 또는 PE(polyethylene) 등의 올레핀 수지, PET(polyethylene terephthalate) 등의 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 우레탄 수지, 아미노 수지 및 페놀 수지 중 적어도 하나를 적용할 수 있지만, 이로 제한하는 것은 아니다.

상기 금속폼과 경화성 고분자를 포함하는 혼합물 내에서, 금속폼과 경화성 고분자의 비율은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 경화성 고분자가 액상인 경우에는 상기 경화성 고분자에 금속폼이 충분히 침지될 수 있는 정도로 금속폼과 경화성 고분자를 혼합할 수도 있다. 즉, 본 출원의 제조 방법은, 금속폼의 표면 또는 내부에 경화성 고분자가 존재할 수 있도록 한 다음, 경화성 고분자를 경화함으로 해서 복합재를 제조할 수 있다.

일 예시에서, 상기 경화성 조성물의 부피(PV)와 평탄화 처리된 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 10 이하일 수 있다. 상기 비율은, 다른 예시에서, 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하, 5 이하, 4 이하, 3 이하, 2 이하, 1 이하 또는 0.5 이하 일 수 있고, 0.05 이상, 0.1 이상 또는 0.3 이상일 수 있다. 상기 비율은 상기 방식에 의하여 제조한 복합재에 포함되는 경화성 고분자와 금속폼의 중량과 해당 성분 들의 밀도 등을 통하여 산출할 수 있다.

상기 혼합물 내의 경화성 고분자를 경화하는 방식 및 방법 등 또한 특별히 제한되지 않는다. 즉, 상기 혼합물을 공지의 방식을 통하여 경화함으로 해서 상기 복합재를 제조할 수 있다. 일 예시에서, 상기 혼합물에 외부 열원을 인가하여 상기 조성물을 경화할 수 있다. 이 때, 상기 열원의 온도는 50 ℃ 내지 200 ℃의 범위 내일 수 있다. 상기 온도는, 다른 예시에서, 60 ℃ 이상, 70 ℃ 이상, 80 ℃ 이상, 90 ℃ 이상, 100 ℃ 이상, 110 ℃ 이상 또는 120 ℃ 이상일 수 있고, 190 ℃ 이하, 180 ℃ 이하, 170 ℃ 이하, 160 ℃ 이하, 150 ℃ 이하, 140 ℃ 이하, 130 ℃ 이하 또는 120 ℃ 이하일 수 있다.

또한, 경화 시간도 적정 범위에서 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 경화는 1 분 내지 10 시간의 범위내의 시간 동안 수행할 수 있다. 경화 시간은, 다른 예시에서, 10 분 내지 5시간, 10분 내지 3시간 또는 10 분 내지 1시간의 범위 내일 수 있다.

본 출원은, 또한 복합재에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 복합재는 전술한 방법으로 제조된 것일 수 있다.

본 출원의 복합재는 금속폼 및 고분자 성분을 포함한다. 또한 본 출원의 복합재는 표면이 매끄럽고, 열전도도가 높다(열저항률이 낮다). 따라서, 본 출원의 복합재는 금속폼 및 상기 금속폼의 표면 및 상기 금속폼의 기공에 존재하는 경화성 고분자의 성분을 포함한다.

상기 복합재의 표면 조도는 2 ㎛ 이하이다. 본 출원에서 언급하는 표면 조도의 정의, 측정 방식 등은 전술한 의미가 그대로 적용된다. 상기 복합재의 표면 조도는, 다른 예시에서, 1.9 ㎛ 이하 또는 1.8 ㎛ 이하일 수 있으며, 그 하한은 낮을 수록 유리하기 때문에 특별히 제한되지 않지만, 0.001 ㎛ 이상, 0.01 ㎛ 이상, 0.1 ㎛ 이상 또는 1 ㎛ 이상일 수 있다.

상기 복합재의 20 psi 에서의 열저항(thermal resistance)은 0.5 Kin²/W 이하이다. 상기 복합재의 열저항은 다른 예시에서, 0.45 Kin²/W 이하, 0.4 Kin²/W 이하, 0.35 Kin²/W 이하 또는 0.33 Kin²/W 이하일 수 있고, 그 하한은 낮을 수록 유리하기 때문에 특별히 제한되지 않지만, 0.001 Kin²/W 이상, 0.01 Kin²/W 이상 또는 0.05 Kin²/W 이상일 수 있다. 또한, 상기 열저항을 측정하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 측정 방법이 적용될 수 있다. 일 예시에서, 상기 복합재의 열저항은 ASTM D5470 규준에 의거하여 측정할 수 있다.

상기 복합재에서 적용하는 금속폼과, 고분자 성분에 대한 내용은 이미 기술한 바와 같다.

전술한 것처럼, 상기 복합재 내의 상기 금속폼의 기공도는 30 % 내지 60 %의 범위 내일 수 있다. 상기 금속폼의 기공도는 다른 예시에서, 35 % 이상 또는 40 % 이상일 수 있고, 55 % 이하 또는 50 % 이하일 수 있다. 상기 복합재 내에서 상기 금속폼의 기공도를 확인하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 보통, 상기 복합재에서 상기 복합재 내에 존재하는 고분자를 탈지하여 금속폼 만을 남겨두고, 그 금속폼의 부피와 밀도를 측정함으로 해서 공지의 방식을 통해 상기 금속폼의 기공도를 산출해낼 수 있다. 한편, 상기 복합재 내의 고분자의 탈지는 산화 분위기(산소의 과량 존재) 하에서 열처리 과정을 통해 진행될 수 있는데, 이 때 금속폼을 구성하는 금속에 영향을 주게 될 수도 있으나 그 차이는 미미하다. 즉, 상기 기공도는 복합재의 제조 과정에서 적용되는 금속폼의 기공도를 의미할 수 있고, 기 제조된 복합재에서 고분자 성분을 제거한 후에 수득한 금속폼의 기공도를 의미할 수도 있다.

상기의 열저항과 표면 조도를 갖는 복합재를 확보하는 관점에서는 상기 복합재 내의 금속폼의 기공도가 40 % 내지 50 %의 범위 내인 것이 유리할 수 있다.

상기 평탄화 처리에 따라 상기 금속폼이 필름 또는 시트 형태를 가질 수 있기 때문에, 본 출원의 복합재 또한 필름 또는 시트 형태를 가질 수 있다. 이 때 상기 복합재의 두께는 2000 ㎛ 이하일 수 있다. 다른 예시에서, 1900 ㎛ 이하, 1800 ㎛ 이하, 1700 ㎛ 이하, 1600 ㎛ 이하, 1500 ㎛ 이하, 1400 ㎛ 이하, 1300 ㎛ 이하, 1200 ㎛ 이하, 1100 ㎛ 이하 또는 1000 이하일 수 있고, 10 ㎛ 이상, 20 ㎛ 이상, 30 ㎛ 이상, 40 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이상, 60 ㎛ 이상, 70, ㎛ 이상 80 ㎛ 이상 또는 85 ㎛ 이상일 수 있다.

일 예시에서, 복합재는 금속폼과 상기 금속폼의 표면 또는 내부에 존재하는 고분자 성분을 포함하는데, 이러한 복합재에서 상기 금속폼의 두께(MT)와 복합재 전체 두께(T)의 비율(T/MT)은, 2.5 이하일 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서, 2 이하, 1.9 이하, 1.8 이하, 1.7 이하, 1.6 이하, 1.5 이하, 1.4 이하, 1.3 이하, 1.2 이하, 1.15 이하 또는 1.1 이하일 수있다. 상기 비율의 하한은 특별히 제한하지 않으나, 약 1 이상, 1.01 이상, 1.02 이상, 1.03 이상, 1.04 이상, 1.05 이상, 1.06 이상, 1.07 이상, 1.08 이상, 1.09 이상 또는 1.1 이상일 수 있다. 이러한 두께 비율 하에서, 목적하는 열전도도와, 가공성, 내충격성 등의 우수한 복합재를 제공할 수 있다.

상기 복합재는 금속폼이 가지는 특유의 표면적 및 기공 특성에 의한 복합 반사(multiple reflection) 및 흡수(absorption) 등에 의하여 높은 투자율을 가질 수 있다. 또한, 상기 복합재는 금속폼을 포함함으로 해서 우수한 기계적 강도 및 유연성을 확보할 수 있다. 또한, 상기 복합재는 고분자 성분과 금속폼의 적절한 복합화에 의하여 산화 및 고온에 대한 안정성, 전기 절연성 등을 확보할 수 있고, 각종 장치에 적용하였을 때 발생하는 박리 문제 등도 해결할 수 있다. 본 출원의 복합재는 낮은 열저항 및 낮은 표면 조도 등을 가져서, 방열 재료 또는 열전도 재료 등에 특히 적합하다.

본 출원의 복합재는 평탄화 처리된 금속폼을 포함하고, 평탄화 처리된 금속폼이 그렇지 않은 금속폼 보다 낮은 표면 조도를 가지기 때문에, 같은 금속폼을 적용하되, 평탄화 처리되지 않은 금속폼을 적용한 복합재보다 열전도도 또한 우수하다. 즉, 본 출원의 복합재는 동일 조건 하에서 제조하되, 평탄화 처리를 하지 않은 금속폼을 적용하였을 때 보다 낮은 열저항을 가진다.

본 출원은 또한, 상기 복합재의 용도에 관한 것이다. 본 출원은 상기 복합재를 포함하는 방열 재료에 관한 것이다. 상기 방열 재료는 상기 복합재로만 이루어질 수도 있다. 다른 예시에서, 상기 방열 재료는 상기 복합재를 포함하되, 방열 재료에 필요한 공지의 구성, 혹은 성분 등을 추가로 포함할 수도 있다.

일 예시에서 상기 방열 재료는 필름 또는 시트 형태일 수 있고, 이 때 공지의 필름 또는 시트의 구조를 적용할 수 있다.

상기 방열 재료가 필름 또는 시트 형태인 경우, 그 재료는 기재 및 상기 기재의 적어도 일면에 구비된 방열 부재를 포함할 수 있고, 상기 방열 부재가 상기 복합재를 포함하는 형태일 수 있다. 상기 방열 재료는 전술한 복합재를 그대로 적용하기 ?문에, 상기 필름 또는 시트 형태의 방열 재료에 대해서도 전술한 복합재 및 이의 제조 방법에 관한 내용을 그대로 적용할 수 있다. 상기 방열 재료는 방열 부재로서 상기 복합재를 포함함으로 해서, 상기 방열 재료와 인접하는 열원이 발생하는 열을 효율적으로 외부로 방출할 수 있다. 또한, 상기 필름 또는 시트 형태의 방열 재료는 그 기능을 구현하는데 필요한 공지의 요소를 추가로 구비할 수도 있다.

다른 예시에서, 상기 복합재를 포함하는 열전도 재료에 관한 것이다. 상기 열전도 재료는 상기 복합재로만 이루어질 수도 있다. 다른 예시에서, 상기 열전도 재료는 상기 복합재를 포함하되, 열전도 재료에 필요한 공지의 구성, 혹은 성분 등을 추가로 포함할 수도 있다.

(1) 금속폼의 준비 전

(2) 금속폼의 준비 후

(3) 금속폼과 경화성 고분자를 포함하는 혼합물을 제조한 후

도 1은 제조예 1의 금속폼의 레이저 현미경 사진 및 이의 표면 형상 분석 결과이다.
도 2는 제조예 2의 금속폼의 SEM 사진이다.
도 3은 제조예 5의 금속폼의 레이저 현미경 사진 및 이의 표면 형상 분석 결과이다.
도 4는 제조예 6의 금속폼의 SEM 사진이다.
도 5는 실시예 1의 복합재의 레이저 현미경 사진 및 이의 표면 형상 분석 결과이다.
도 6은 실시예 1의 복합재의 SEM 사진이다.
도 7은 실시예 2의 복합재의 SEM 사진이다.
도 8은 비교예 1의 복합재의 SEM 사진이다.
도 9는 비교예 2의 복합재의 SEM 사진이다.

이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

제조예 1. 금속폼

평균 입경(D50 입경)이 약 60 ㎛ 정도인 구리(Cu) 분말을 사용하였다. 분산제로서 텍사놀(texanol), 바인더로서 에틸 셀룰로오스(ethyl celluose)를 사용하였다. 텍사놀에 에틸 셀룰로오스를 약 7 중량%의 농도가 되도록 용해한 용액과, 구리 분말의 중량 비율이 약 1:1이 되도록 혼합하여 슬러리를 제조하였다.

상기 슬러리를 약 250 ㎛ 두께의 필름 형태로 코팅하고, 약 120 ℃의 온도에서 약 60 분 정도 건조하여 금속폼 전구체를 형성하였다. 그 후, 상기 전구체를 수소/아르곤 분위기에서 약 1000 ℃의 온도에서 약 2시간 동안 유지하도록 전기로에서 외부 열원을 인가하여 소결을 진행하며, 금속폼을 제조하였다. 제조된 금속폼의 두께는 약 85 ㎛이고, 기공도는 약 64 %이며, 표면 조도는 약 7.5 ㎛ 정도였고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.466 Kin²/W였다. 열저항의 측정 장비로는 Analysis Tech사의 TIM Tester 1300을 사용하였으며, 장비의 매뉴얼에 따라 측정하였다(이는 이하에서도 동일하게 사용하였다).

제조예 1의 금속폼의 레이저 현미경 사진 및 이의 표면 형상 분석 결과를 도 1에 나타내었다.

제조예 2. 금속폼

슬러리 코팅 두께를 약 300 ㎛로 조절한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 금속폼을 제조하였다. 제조된 금속폼의 두께는 약 100 ㎛이고, 기공도는 약 64 %이며, 표면 조도는 약 8 ㎛ 정도였고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.496 Kin²/W였다. 상기 금속폼의 SEM 사진을 도 2에 나타내었다.

제조예 3. 금속폼

슬러리 코팅 두께를 약 1500 ㎛로 조절한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 금속폼을 제조하였다. 제조된 금속폼의 두께는 약 500 ㎛이고, 기공도는 약 70 %이며, 표면 조도는 약 9 ㎛ 정도였고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.871 Kin²/W였다.

제조예 4. 금속폼

슬러리 코팅 두께를 약 2500 ㎛로 조절한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 금속폼을 제조하였다. 제조된 금속폼의 두께는 약 1000 ㎛이고, 기공도는 약 75 %이며, 표면 조도는 약 10 ㎛ 정도였고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 1.064 Kin²/W였다.

제조예 5. 금속폼

롤 프레스 장치(WCRP-1015G, Wellcos Corp)의 롤 사이의 간격을 70 ㎛로 설정하고, 제조예 1의 금속폼을 상기 장치의 롤 사이로 통과시켜서, 가압 성형된 금속폼을 제조하였다. 가압 성형된 금속폼의 두께는 약 70 ㎛이고, 기공도는 약 53 % 이며, 표면 조도는 약 5.2 ㎛ 정도였고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.335 Kin²/W였다. 제조예 5의 금속폼의 레이저 현미경 사진 및 이의 표면 형상 분석 결과를 도 3에 도시하였다.

제조예 6. 금속폼

롤 프레스 장치(WCRP-1015G, Wellcos Corp)의 롤 사이의 간격을 80 ㎛로 설정하고, 제조예 2의 금속폼을 상기 장치의 롤 사이로 통과시켜서, 가압 성형된 금속폼을 제조하였다. 가압 성형된 금속폼의 두께는 약 80 ㎛이고, 기공도는 약 57 % 이며, 표면 조도는 약 4 ㎛ 정도였고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.360 Kin²/W였다. 제조예 6의 금속폼의 SEM 사진을 도 4에 도시하였다.

제조예 7. 금속폼

롤 프레스 장치(WCRP-1015G, Wellcos Corp)의 롤 사이의 간격을 300 ㎛로 설정하고, 제조예 3의 금속폼을 상기 장치의 롤 사이로 통과시켜서, 가압 성형된 금속폼을 제조하였다. 가압 성형된 금속폼의 두께는 약 300 ㎛이고, 기공도는 약 55 % 이며, 표면 조도는 약 5 ㎛ 정도였고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.403 Kin²/W였다.

제조예 8. 금속폼

롤 프레스 장치(WCRP-1015G, Wellcos Corp)의 롤 사이의 간격을 500 ㎛로 설정하고, 제조예 4의 금속폼을 상기 장치의 롤 사이로 통과시켜서, 가압 성형된 금속폼을 제조하였다. 가압 성형된 금속폼의 두께는 약 50 ㎛이고, 기공도는 약 45 % 이며, 표면 조도는 약 4 ㎛ 정도였고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.527 Kin²/W였다.

도 1 내지 도 4에 따르면, 가압 성형에 따라 금속폼 표면이 비교적 매끄럽게 성형되어서, 성형 전 보다 낮은 열저항을 가지는 것을 확인할 수 있다.

실시예 1. 복합재

경화성 고분자인 열경화성 실리콘 수지(폴리디메틸실록산, Sylgard 527 kit, 다우코닝)에 제조예 5의 금속폼을 침지하였다. 금속폼이 침지된 경화성 고분자 조성물의 두께가 약 80 ㎛가 되도록 필름 어플리케이터를 이용하여 실리콘 수지의 과량분을 제거하였다. 이어서, 상기 고분자 조성물을 120 ℃로 유지되는 오븐에서 약 10 분정도 유지하여 경화시킴으로써 필름 형태의 복합재를 제조하였다. 도 5는 실시예 1의 복합재의 레이저 현미경 사진 및 이의 표면 형상 분석 결과이고, 도 6은 실시예 1의 복합재의 SEM 사진이다. 복합재의 표면 조도는 약 1.2 ㎛이고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.098 Kin²/W였다.

실시예 2. 복합재

제조예 5의 금속폼 대신 제조예 6의 금속폼을 침지하고, 그 금속폼이 침지된 경화성 고분자 조성물의 두께가 약 90 ㎛가 되도록 필름 어플리케이터를 이용하여 실리콘 수지의 과량분을 제거한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재를 제조하였다. 도 7은 실시예 2의 복합재의 SEM 사진이다. 복합재의 표면 조도는 약 1.5 ㎛이고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.102 Kin²/W였다.

실시예 3. 복합재

제조예 5의 금속폼 대신 제조예 7의 금속폼을 침지하고, 그 금속폼이 침지된 경화성 고분자 조성물의 두께가 약 320 ㎛가 되도록 필름 어플리케이터를 이용하여 실리콘 수지의 과량분을 제거한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재를 제조하였다. 복합재의 표면 조도는 약 1.6 ㎛이고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.226 Kin²/W였다.

실시예 4. 복합재

제조예 5의 금속폼 대신 제조예 8의 금속폼을 침지하고, 그 금속폼이 침지된 경화성 고분자 조성물의 두께가 약 525 ㎛가 되도록 필름 어플리케이터를 이용하여 실리콘 수지의 과량분을 제거한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재를 제조하였다. 복합재의 표면 조도는 약 1.8 ㎛이고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.315 Kin²/W였다.

비교예 1. 복합재

제조예 5의 금속폼 대신 제조예 1의 금속폼을 침지하고, 그 금속폼이 침지된 경화성 고분자 조성물의 두께가 약 100 ㎛가 되도록 필름 어플리케이터를 이용하여 실리콘 수지의 과량분을 제거한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재를 제조하였다. 도 8은 비교예 1의 복합재의 SEM 사진이다. 복합재의 표면 조도는 약 2.5 ㎛이고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.203 Kin²/W였다.

비교예 2. 복합재

제조예 5의 금속폼 대신 제조예 2의 금속폼을 침지하고, 그 금속폼이 침지된 경화성 고분자 조성물의 두께가 약 110 ㎛가 되도록 필름 어플리케이터를 이용하여 실리콘 수지의 과량분을 제거한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재를 제조하였다. 도 9는 비교예 2의 복합재의 SEM 사진이다. 복합재의 표면 조도는 약 2.4 ㎛이고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.236 Kin²/W였다.

비교예 3. 복합재

제조예 5의 금속폼 대신 제조예 3의 금속폼을 침지하고, 그 금속폼이 침지된 경화성 고분자 조성물의 두께가 약 530 ㎛가 되도록 필름 어플리케이터를 이용하여 실리콘 수지의 과량분을 제거한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재를 제조하였다. 복합재의 표면 조도는 약 3.2 ㎛이고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.652 Kin²/W였다.

비교예 4. 복합재

제조예 5의 금속폼 대신 제조예 4의 금속폼을 침지하고, 그 금속폼이 침지된 경화성 고분자 조성물의 두께가 약 1050 ㎛가 되도록 필름 어플리케이터를 이용하여 실리콘 수지의 과량분을 제거한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 복합재를 제조하였다. 복합재의 표면 조도는 약 3.0 ㎛이고, 열저항은 20 psi의 압력 조건에서 약 0.783 Kin²/W였다.

실시예 및 비교예의 복합재의 물성 분석 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
적용 금속폼	제조예 5	제조예 6	제조예 7	제조예 8
표면 조도	1.2	1.5	1.6	1.8
열저항 @20psi(Kin²/W)	0.098	0.102	0.226	0.315

	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
적용 금속폼	제조예 1	제조예 2	제조예 3	제조예 4
표면 조도	2.5	2.4	3.2	3.0
열저항 @20psi(Kin²/W)	0.203	0.236	0.652	0.783

표 1 및 표 2에 따르면, 평탄화 처리를 통해 제조된 복합재, 구체적으로 가압 성형된 금속폼을 이용하여 제조된 실시예 1 내지 실시예 4의 복합재가 비교예의 복합재보다 그 두께 대비 낮은 표면 조도를 가지고, 감소된 열저항을 가지는 점을 확인할 수 있다. 이를 통해 본 출원의 방법과 같이 평탄화처리를 수반하여 복합재를 제조하는 경우, 그 복합재의 표면 조도와 열전도율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

Claims

(a) 금속폼을 준비하는 단계;
(b) 상기 금속폼과 경화성 고분자를 포함하는 혼합물을 준비하는 단계;
(c) 상기 혼합물의 경화성 고분자를 경화시켜서 복합재를 얻는 단계; 및
(d) 평탄화 처리 단계를 포함하고,
상기 평탄화 처리 단계(d)를 상기 (a) 단계와 (b) 단계 사이에 진행하며,
상기 (a) 단계는, (a1) 금속 분말, 바인더 및 분산제를 포함하는 슬러리를 사용하여 그린 구조체를 제조하는 과정 및 (a2) 상기 그린 구조체를 소결하는 과정을 포함하는 방식으로 진행하며,
상기 평탄화 처리 전의 금속폼의 두께(TB)와 평탄화 처리 후의 금속폼의 두께(TA)의 비율(TA/TB)은 0.6 내지 0.9의 범위 내이고,
상기 평탄화 처리 전의 금속폼의 기공도(PB)와 평탄화 처리 후의 금속폼의 기공도(PA)의 비율(PA/PB)은 0.45 내지 0.95의 범위 내인 복합재의 제조 방법.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 단계(d)를 상기 금속폼의 기공도(porosity)가 30 % 내지 60 %의 범위 내에 있도록 진행하는 복합재의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단계(d)를 상기 금속폼의 표면 조도(surface roughness)가 6 ㎛ 이하가 되도록 진행하는 복합재의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 단계(d)를 연마(polishing) 또는 가압 성형(pressing)으로 진행하는 복합재의 제조 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 단계(d)에서 상기 가압 성형을 롤 프레스(roll press)로 진행하는 복합재의 제조 방법.
삭제
금속폼 및 상기 금속폼의 표면 및 기공 중 적어도 하나의 부분에 존재하는 경화성 고분자의 성분을 포함하고,
표면 조도(surface roughness)가 2 ㎛ 이하이며,
20 psi에서의 열저항(thermal resistance)이 0.5 Kin²/W 이하이고,
상기 금속폼의 기공도는 40 % 내지 60 %의 범위 내이고,
상기 금속폼의 표면 조도는 4 ㎛ 내지 6 ㎛의 범위 내인 복합재.
삭제
삭제
제 8 항에 있어서, 필름 또는 시트 형태인 복합재.
제 11 항에 있어서, 두께가 2,000 ㎛ 이하인 필름 또는 시트 형태인 복합재.