KR102284812B1 - Method for manufacturing sintered body made of composite powder - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a sintered body made of composite powder having high strength, corrosion resistance and high thermal conductivity. More particularly, the present invention provides a method for manufacturing a sintered body made of composite powder, which mixes iron-based metal powder, copper powder, and a binder to form a sintered body, degreases and sinters the same to obtain ferrous-based metallic rigidity and high thermal conductivity of copper metal at the same time, enables the production of complex-shaped parts, and minimizes the machining process to reduce material loss and enable mass production.

Description

복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법{Method for manufacturing sintered body made of composite powder} Method for manufacturing sintered body made of composite powder

본 발명은 복수의 다른 특성이 양립하는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 철계금속분말 및 구리분말, 바인더를 혼합하여 사출성형체를 성형후, 탈지, 소결하여 철계금속분말이 갖는 기계적 강성을 만족하고, 구리금속이 갖는 높은 열전도율을 동시에 만족시키며, 복잡한 형상 부품의 제작이 가능하고, 가공공정을 최소화하여 재료 손실률을 낮추며 대량생산이 가능하도록 하는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a sintered body made of a composite powder having a plurality of different characteristics compatible, and specifically, an injection molded body is formed by mixing iron-based metal powder, copper powder, and a binder, followed by degreasing and sintering to obtain iron-based metal powder. In a method for manufacturing a sintered body made of a composite powder that satisfies the mechanical rigidity, simultaneously satisfies the high thermal conductivity of copper metal, enables the manufacture of complex shaped parts, reduces material loss by minimizing the processing process, and enables mass production. it's about

자율주행자동차에는 IT 기술과 센서기술, 카메라 등의 다양한 분야의 부품이 적용되고 있는데, 이러한 전자기기가 자율주행자동차에 사용되어 차량의 중량이 증가되고 있다,Autonomous vehicles are being applied to parts in various fields such as IT technology, sensor technology, and cameras.

차량이 무거워지면 연비가 저하되므로, 전자기기에 대한 슬림화 및 경량화가 필요하게 되며, 지속적인 센싱과 데이터 처리속도가 높아지면서 많은 에너지가 소모되고, 이에 따라 전자기기의 고속의 신호처리 등으로 전자기기에서 발생되는 발열을 해소하기 위하여 열전도성이 높은 소재의 필요성이 있고, 전자기기의 하우징 소재의 필요로 하는 강도와 내식성을 만족시키는 소재가 요구되고 있다.As the fuel efficiency decreases when the vehicle becomes heavy, it is necessary to slim and lighten the electronic device, and as the continuous sensing and data processing speed increase, a lot of energy is consumed. In order to eliminate the generated heat, there is a need for a material with high thermal conductivity, and a material satisfying the strength and corrosion resistance required for a housing material of an electronic device is required.

대한민국공개특허공보 제10-2018-0113487호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0113487

본 발명은 복수의 다른 특성이 양립하는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 철계금속분말 및 구리분말, 바인더를 혼합하여 사출성형체를 성형후, 탈지, 소결하여 철계금속분말이 갖는 기계적 강성과 내식성을 만족하고, 구리금속이 갖는 높은 열전도율을 동시에 만족시키며, 복잡한 형상 부품의 제작이 가능하고, 가공공정을 최소화하여 재료 손실률을 낮추며 대량생산이 가능하도록 하는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a sintered body made of a composite powder having a plurality of different characteristics compatible, and specifically, an injection molded body is formed by mixing iron-based metal powder, copper powder, and a binder, followed by degreasing and sintering to obtain iron-based metal powder. Manufacture of a sintered compact made of composite powder that satisfies mechanical rigidity and corrosion resistance, satisfies the high thermal conductivity of copper metal at the same time, enables the manufacture of complex shaped parts, reduces material loss by minimizing the processing process, and enables mass production The purpose is to provide a method.

본 발명의 일 실시형태에 따른 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법은, 철계금속분말 및 구리분말, 바인더를 혼합하여 사출성형용 원료인 피드스탁(feedstock)을 제조하는 단계; 상기 제조된 피드스탁을 사출성형기를 이용하여 소정 형상의 금형 내로 사출함으로써 성형체를 성형하는 단계; 상기 제조된 성형체의 바인더를 용매 탈지하는 단계; 상기 용매 탈지된 성형체를 열풍 탈지로에서 2차 가열 탈지하는 단계; 상기 2차 가열 탈지된 성형체를 소결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a sintered body made of a composite powder according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: preparing a feedstock, which is a raw material for injection molding, by mixing an iron-based metal powder, a copper powder, and a binder; molding the molded body by injecting the prepared feedstock into a mold having a predetermined shape using an injection molding machine; solvent degreasing the binder of the molded article; Secondary heating and degreasing the solvent degreased molded body in a hot air degreasing furnace; It characterized in that it comprises; sintering the second heat degreased molded body.

상기 철계금속분말은 스테인리스강분말, 고탄소강분말, 크롬몰리브덴강분말, 고탄소크롬베어링강분말, 고온내식성강분말 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The iron-based metal powder is characterized in that any one of stainless steel powder, high carbon steel powder, chromium molybdenum steel powder, high carbon chromium bearing steel powder, and high temperature corrosion resistant steel powder.

본 발명의 일 실시형태에 따른 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법은, 상기 철계금속분말의 입도크기는 구리분말은 입도크기 보다 큰 구형 분말인 것을 것을 특징으로 한다. 상기 철계금속분말의 입도 : 구리분말은 입도는 1 : 1 이고, 바람직하기는 1 : 1/3 ~ 3/4 이다. The method for manufacturing a sintered body made of a composite powder according to an embodiment of the present invention is characterized in that the particle size of the iron-based metal powder is a spherical powder larger than the particle size of the copper powder. The particle size of the iron-based metal powder: the copper powder has a particle size of 1:1, preferably 1: 1/3 to 3/4.

상기 철계금속분말의 입도크기 1~25㎛인 구형분말이고, 구리분말은 입도크기 1~25㎛인 구형 분말이며, 바람직하기는 철계금속분말의 입도크기 5~16㎛인 구형분말이고, 구리분말은 입도크기 5~12㎛인 구형 분말이며, 산소의 농도가 1,000ppm 이하이다.The iron-based metal powder is a spherical powder having a particle size of 1 to 25 μm, and the copper powder is a spherical powder having a particle size of 1 to 25 μm, preferably a spherical powder having a particle size of 5 to 16 μm of the iron-based metal powder, copper powder Silver is a spherical powder with a particle size of 5 to 12㎛, and the concentration of oxygen is 1,000ppm or less.

상기 철계금속분말은 60 내지 90체적%, 상기 구리분말은 10 내지 40체적%를 포함한다. 바람직하기는 철계금속분말은 65 내지 85체적%, 상기 구리분말은 15 내지 35체적%이다The iron-based metal powder contains 60 to 90% by volume, and the copper powder includes 10 to 40% by volume. Preferably, the iron-based metal powder is 65 to 85% by volume, and the copper powder is 15 to 35% by volume.

본 발명의 일 실시형태에 따른 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법에서, 상기 바인더는 POM(폴리아세탈) 60∼75체적%, 카나우바 왁스나 파라핀 왁스를 포함하는 군에서 하나 이상 선택되는 왁스 10∼25체적%, 폴리카보네이트 (polycarbonate; PC), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌(polyethylene; PE)을 포함하는 군에서 하나 이상 선택되는 폴리머 5∼15체적%로 이루어진 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a sintered body made of a composite powder according to an embodiment of the present invention, the binder is 60 to 75 vol% of POM (polyacetal), at least one wax selected from the group consisting of carnauba wax or paraffin wax 10 to 25% by volume, polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyethylene (polyethylene; PE) characterized in that it consists of 5 to 15% by volume of one or more polymers selected from the group consisting of.

본 발명의 일 실시형태에 따른 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법은, 상기 용매 탈지공정은 70∼90℃로 유지된 수조 내에 제품을 적치하고 용제를 공급하여 24시간 이상 탈지하고, 2차 가열 탈지공정은 수소 분위기 하에서 상온부터 600℃까지 승온하여 열풍탈지로 바인더를 제거하는 것을 특징으로 한다.In the method for manufacturing a sintered body made of a composite powder according to an embodiment of the present invention, the solvent degreasing process is performed by placing the product in a water tank maintained at 70 to 90 ° C. The process is characterized in that the binder is removed by hot air degreasing by raising the temperature from room temperature to 600° C. in a hydrogen atmosphere.

본 발명의 일 실시형태에 따른 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법은, 상기 2차 가열 탈지공정 후, 수소분위기이고, 구리의 용융온도 ~ 용융온도 + 50℃ 온도범위에서 1 내지 3시간 유지후 냉각하는 소결공정이 추가되는 것을 특징으로 한다.In the method for manufacturing a sintered body made of composite powder according to an embodiment of the present invention, after the secondary heating degreasing process, in a hydrogen atmosphere, the copper melting temperature ~ melting temperature + 50 ° C. temperature range for 1 to 3 hours and then cooling It is characterized in that the sintering process is added.

본 발명의 제조방법에 의해 제조된 소결체는 전자부품의 PCB 기판을 수용하는 하우징용인 것을 특징으로 한다.The sintered body manufactured by the manufacturing method of the present invention is characterized in that it is for a housing accommodating the PCB substrate of the electronic component.

본 발명의 제조방법에 의해 제조된 소결체는 전자부품의 전자기파 차폐용인 것을 특징으로 한다.The sintered compact manufactured by the manufacturing method of the present invention is characterized in that it is for electromagnetic wave shielding of electronic components.

본 발명은 철계금속 분말에 구리(Cu) 분말, 바인더를 혼합후, 사출성형체를 성형후, 탈지, 소결하여 철계금속분말과 구리분말이 혼합된 소결체를 제조함으로써, 철계금속이 갖는 기계적 강성과 내식성, 구리금속이 갖는 높은 열전도율을 동시에 갖을 수 있으며, 가공공정을 최소화하여 복잡한 형상 부품의 제작이 가능하고, 재료 손실률을 낮추며 대량생산이 가능한 효과를 갖는다. The present invention relates to the mechanical rigidity and corrosion resistance of iron-based metals by mixing copper (Cu) powder and a binder with iron-based metal powder, molding an injection molded body, degreasing, and sintering to produce a sintered body in which iron-based metal powder and copper powder are mixed. , it can have the high thermal conductivity of copper metal at the same time, and it is possible to manufacture complex shaped parts by minimizing the processing process, and has the effect of lowering the material loss rate and enabling mass production.

또한, 본 발명은 높은 열전도율, 전기전도도와 함께 전자기파 차폐성 및 연자성 등을 가져 전자 부품 및 기계 부품 등으로 범용적으로 사용될 수 있는 철계금속분말과 구리분말이 혼합된 소결체를 제공하는 효과를 갖는다. In addition, the present invention has the effect of providing a sintered body in which iron-based metal powder and copper powder are mixed, which can be universally used for electronic parts and mechanical parts, etc. having high thermal conductivity and electrical conductivity, and electromagnetic wave shielding properties and soft magnetic properties.

도 1은 본 발명에 따른 높은 강도와 내식성, 높은 열전도율을 갖는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.도 2는 본 발명에 따른 철계금속분말과 구리분말의 비율이 80체적% : 20체적% 인 경우의 소결전과 소결후 모식도이다.도 3은 본 발명에 따른 철계금속분말과 구리분말의 비율이 60체적% : 40체적% 인 경우의 소결전과 소결후 모식도이다.도 4는 발명의 제조방법 중 실시예 1 내지 4의 2차 가열 탈지공정 후, 소결공정에서의 승온과정, 유지시간을 나타낸 그래프이다.도 5는 발명의 제조방법 중 실시예 5의 2차 가열 탈지공정 후, 소결공정에서의 승온과정, 유지시간을 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart showing a method for manufacturing a sintered body made of a composite powder having high strength, corrosion resistance, and high thermal conductivity according to the present invention. It is a schematic diagram before and after sintering in the case of volume %. FIG. 3 is a schematic diagram before and after sintering when the ratio of iron-based metal powder and copper powder according to the present invention is 60% by volume: 40% by volume. It is a graph showing the temperature increase process and the holding time in the sintering process after the secondary heating degreasing process of Examples 1 to 4 among the manufacturing methods. It is a graph showing the temperature increase process and the holding time in the process.

이하에서 본 발명의 높은 강도와 내식성, 높은 열전도율을 갖는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법의 구현예들을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 구성 또는 기능에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the method for manufacturing a sintered body made of a composite powder having high strength, corrosion resistance, and high thermal conductivity of the present invention will be described in more detail. In addition, in describing the present invention, detailed descriptions of related known general-purpose configurations or functions will be omitted.

이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 명세서에 정의된 상태를 기준으로 정의한다.Hereinafter, "upper", "downward", "front" and "rear" and other directional terms are defined based on the state defined in the specification.

도 1은 본 발명에 따른 높은 강도와 내식성, 높은 열전도율이 향상된 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.1 is a flowchart showing a method of manufacturing a sintered body made of a composite powder having improved high strength, corrosion resistance, and high thermal conductivity according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명은 따른 높은 강도와 내식성, 높은 열전도율을 갖는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법은, 철계금속 분말 및 구리분말, 바인더를 혼합하여 사출성형용 원료인 피드스탁(feedstock)을 제조하는 단계; 상기 제조된 피드스탁을 사출성형기를 이용하여 소정 형상의 금형 내로 사출함으로써 성형체를 성형하는 단계; 상기 제조된 성형체의 바인더를 용매 탈지하는 단계; 상기 용매 탈지된 성형체를 열풍 탈지로에서 2차 가열 탈지하는 단계; 상기 2차 가열 탈지된 성형체를 소결하는 단계;를 포함하는 높은 강도와 내식성, 높은 열전도율을 갖는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법을 제공한다.Referring to Figure 1, the method for manufacturing a sintered body made of a composite powder having high strength, corrosion resistance, and high thermal conductivity according to the present invention is a feedstock raw material for injection molding by mixing iron-based metal powder, copper powder, and a binder. preparing a; molding the molded body by injecting the prepared feedstock into a mold having a predetermined shape using an injection molding machine; solvent degreasing the binder of the molded article; Secondary heating and degreasing the solvent degreased molded body in a hot air degreasing furnace; It provides a method of manufacturing a sintered body made of a composite powder having high strength, corrosion resistance, and high thermal conductivity, including; sintering the second heat degreased molded body.

더욱 상세하게, 본 발명은 원료인 철계금속 분말 및 구리분말, 바인더를 준비하는 단계; 상기 철계금속 분말 및 구리분말, 바인더를 혼련하는 단계; 상기 제조된 피드스탁을 사출성형기를 이용하여 소정 형상의 금형 내로 사출함으로써 성형체를 성형하는 단계; 성형체에서 POM(폴리아세탈) 바인더를 용제인 노멀핵산(Nomal Hexane)이 담겨진 탈지설비에 장입하여 성형체내의 바인더를 용매 탈지하는 단계; 탈지된 제품을 높은 온도로 승온하여 성형체 내부에 잔존하는 카나우바 왁스나 파라핀 왁스 바인더를 2차 탈지하는 단계; 상기 2차 탈지된 성형체를 연속해서 승온시킴으로써, 소결시켜 Back Bone Binder용 폴리머인 폴리카보네이트 (polycarbonate; PC), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌(polyethylene; PE)을 열분해시키고 구리금속의 용융온도 ~ 구리금속의 용융온도 + 50℃ 온도범위에서 소결시키는 소결 단계;를 포함하는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법을 제공한다.More specifically, the present invention comprises the steps of preparing a raw material iron-based metal powder and copper powder, a binder; kneading the iron-based metal powder, the copper powder, and a binder; molding the molded body by injecting the prepared feedstock into a mold having a predetermined shape using an injection molding machine; degreasing the binder in the molded body by charging a POM (polyacetal) binder in the molded body into a degreasing facility containing normal hexane as a solvent; Secondary degreasing of carnauba wax or paraffin wax binder remaining in the molded body by heating the degreased product to a high temperature; By continuously raising the temperature of the secondary degreased molded body, it is sintered to thermally decompose polycarbonate (PC), polypropylene (PP), and polyethylene (PE), which are polymers for back bone binder, and the melting temperature of copper metal ~ The melting temperature of the copper metal + a sintering step of sintering in a temperature range of 50 ℃; provides a method of manufacturing a sintered body made of a composite powder comprising a.

상기 철계금속분말은 스테인리스강분말, 고탄소강분말, 크롬몰리브덴강분말, 고탄소크롬베어링강분말, 고온내식성강분말 중 어느 하나이다.The iron-based metal powder is any one of stainless steel powder, high carbon steel powder, chromium molybdenum steel powder, high carbon chromium bearing steel powder, and high temperature corrosion resistant steel powder.

본 발명의 일 실시형태에 따른 높은 강도와 내식성, 높은 열전도율을 갖는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법은, 상기 철계금속분말의 입도와 구리분말의 입도는 같거나, 철계금속분말의 입도가 구리분말의 입도 보다 큰 구형 분말인 것을 것을 특징으로 한다. 상기 철계금속 분말의 입도 : 구리분말은 입도는 1 : 1 이고, 바람직하기는 1 : 1/3 ~ 3/4 이다. In the method for manufacturing a sintered body made of a composite powder having high strength, corrosion resistance, and high thermal conductivity according to an embodiment of the present invention, the particle size of the iron-based metal powder and the particle size of the copper powder are the same, or the particle size of the iron-based metal powder is copper powder It is characterized in that it is a spherical powder larger than the particle size of The particle size of the iron-based metal powder: the copper powder has a particle size of 1:1, preferably 1: 1/3 to 3/4.

상기 철계금속 분말의 입도크기 1~25㎛인 구형분말이고, 구리분말은 입도크기 1~25㎛인 구형 분말이며, 바람직하기는 철계금속 분말의 입도크기 5~16㎛인 구형분말이고, 구리분말은 입도크기 5~12㎛인 구형 분말이며, 산소의 농도가 1,000ppm 이하이다. The iron-based metal powder is a spherical powder having a particle size of 1 to 25 μm, and the copper powder is a spherical powder having a particle size of 1 to 25 μm, preferably a spherical powder having a particle size of 5 to 16 μm of the iron-based metal powder, copper powder Silver is a spherical powder with a particle size of 5 to 12㎛, and the concentration of oxygen is 1,000ppm or less.

상기와 같이 철계금속분말과 구리분말의 입자크기 비율을 조절하여 사용함으로써, 철계금속분말사이에 위치한 구리분말이 소결단계에서 용해됨에 따라 구리가 위치해 있는 기공과 철계금속분말사이에 위치한 기공에 용융된 구리분말이 상기 기공을 채움으로써, 소결체에 기공이 형성되는 것을 방지하여 소결 후 밀도는 증가시킬 수 있다.As described above, by adjusting the particle size ratio of the iron-based metal powder and the copper powder, the copper powder located between the iron-based metal powder is dissolved in the sintering step, so that the copper is melted in the pores located between the pores and the iron-based metal powder. By filling the pores with the copper powder, it is possible to prevent the formation of pores in the sintered body, thereby increasing the density after sintering.

즉, 본 발명은 철계금속분말에 비해 상대적으로 입도크기가 작은 구리분말을 사용함으로써, 성형단계에서 느슨하게 충진된 철계금속분말 간의 틈새에 구리 함유 분말을 위치시켜 혼합 분말의 충진율을 향상시킬 수 있다. 또한, 소결단계에서 융점이 낮은 구리 함유 분말의 용해로 인한 소결체의 팽창을 방지할 수 있으며, 소결단계에서 소결온도에서 용해되는 구리분말이 액상을 형성하여 응집하는 과정 중에 철계금속분말의 틈새를 채우고, 철계금속분말과 함께 유동하는 입자 재배열을 통해 치밀화를 향상시켜, 내부에 커다란 기공을 형성시키지 않고 고밀도의 소결체를 제조할 수 있다.That is, in the present invention, by using a copper powder having a relatively small particle size compared to the iron-based metal powder, the filling rate of the mixed powder can be improved by placing the copper-containing powder in the gap between the iron-based metal powders loosely filled in the forming step. In addition, it is possible to prevent the expansion of the sintered body due to the dissolution of the copper-containing powder having a low melting point in the sintering step, and the copper powder dissolved at the sintering temperature in the sintering step forms a liquid phase and fills the gap between the iron-based metal powder during the aggregation process, By improving densification through rearrangement of particles flowing with the iron-based metal powder, a high-density sintered body can be manufactured without forming large pores therein.

도 2는 본 발명에 따른 철계금속분말과 구리분말의 비율이 80체적% : 20체적% 인 경우의 소결전과 소결후 모식도이고, 도 3은 본 발명에 따른 철계금속분말과 구리분말의 비율이 60체적% : 40체적% 인 경우의 소결전과 소결후 모식도이다.2 is a schematic diagram before and after sintering when the ratio of the iron-based metal powder to the copper powder according to the present invention is 80% by volume: 20% by volume, and FIG. 3 is the ratio of the iron-based metal powder to the copper powder according to the present invention is 60 Volume %: It is a schematic diagram before and after sintering in the case of 40% by volume.

이하에서 도 2와 도 3의 철계금속분말과 구리분말의 비율에 따른 모식도를 참고로 설명한다.Hereinafter, a schematic diagram according to the ratio of the iron-based metal powder and the copper powder of FIGS. 2 and 3 will be described with reference to FIG.

상기 철계금속분말은 60 내지 90체적%, 상기 구리분말은 10 내지 40체적%를 포함한다. 바람직하기는 철계금속분말은 65 내지 85체적%, 상기 구리분말은 15 내지 35체적%를 포함한다.The iron-based metal powder contains 60 to 90% by volume, and the copper powder includes 10 to 40% by volume. Preferably, the iron-based metal powder contains 65 to 85% by volume, and the copper powder contains 15 to 35% by volume.

구리분말의 조성비가 10체적% 미만의 경우는 철계금속분말 사이에 위치하는 구리분말의 조성비가 적음으로 철계금속분말 사이에 용융되는 구리의 함량이 적음으로 열전도율의 상대적으로 낮으나, 구리분말의 조성비가 40체적%까지 증가될 경우 철계금속분말 사이의 기공에 대부분의 구리 분말이 충진이 되므로 용융되는 구리의 함량이 증가되어 열전도율의 상대적으로 높으나, 구리분말의 조성비가 40체적%를 초과하게 되면, 용융된 구리분말의 량이 과도하여 철계금속분말 사이의 기공을 다 채우고도 남아 소결체의 하부로 흐르기 때문에 구리분말의 조성비는 최대 40체적%만으로도 충분하다.When the composition ratio of the copper powder is less than 10% by volume, the composition ratio of the copper powder located between the iron-based metal powders is small, and the content of copper melted between the iron-based metal powders is small, so the thermal conductivity is relatively low, but the composition ratio of the copper powder When it is increased to 40% by volume, most of the copper powder is filled in the pores between the iron-based metal powders, so the content of molten copper is increased and the thermal conductivity is relatively high, but when the composition ratio of the copper powder exceeds 40% by volume, the Since the amount of copper powder is excessive and flows to the lower part of the sintered body even after filling all the pores between the iron-based metal powder, the composition ratio of the copper powder is sufficient with a maximum of 40% by volume.

본 발명의 일 실시형태에 따른 높은 강도와 내식성, 높은 열전도율을 갖는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법에서, 상기 바인더는 POM(폴리아세탈) 60∼75체적%, 카나우바 왁스나 파라핀 왁스를 포함하는 군에서 하나 이상 선택되는 왁스 10∼25체적%, 폴리카보네이트 (polycarbonate; PC), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌(polyethylene; PE)을 포함하는 군에서 하나 이상 선택되는 폴리머 5∼15체적%로 구성된 것을 특징으로 한다.In the method for manufacturing a sintered body made of a composite powder having high strength, corrosion resistance, and high thermal conductivity according to an embodiment of the present invention, the binder includes 60 to 75 vol% of POM (polyacetal), carnauba wax or paraffin wax 10 to 25% by volume of one or more waxes selected from the group, 5 to 15% by volume of one or more polymers selected from the group comprising polycarbonate (PC), polypropylene (PP), and polyethylene (PE) as characterized in that it is composed.

본 발명의 일 실시형태에 따른 높은 강도와 내식성, 높은 열전도율을 갖는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법은, 상기 용매 탈지공정은 70∼90℃로 유지된 수조 내에 제품을 적치하고 용제를 공급하여 24시간 이상 탈지하고, 2차 가열 탈지공정은 수소 분위기 하에서 상온부터 600℃까지 승온하여 열풍탈지로 바인더를 제거하는 것을 특징으로 한다.In the method for manufacturing a sintered compact made of a composite powder having high strength, corrosion resistance, and high thermal conductivity according to an embodiment of the present invention, the solvent degreasing process is performed by placing the product in a water tank maintained at 70 to 90 ° C. Degreased for more than an hour, and the secondary heating degreasing process is characterized in that the binder is removed by hot air degreasing by raising the temperature from room temperature to 600° C. under a hydrogen atmosphere.

본 발명의 일 실시형태에 따른 높은 강도와 내식성, 높은 열전도율을 갖는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법은, 상기 2차 가열 탈지공정 후, 수소분위기이고 구리의 용융온도 ~ 구리의 용융온도 + 50℃ 온도범위에서 1 내지 3시간 유지후 냉각하는 소결공정이 추가되는 것을 특징으로 한다.The method for manufacturing a sintered body made of a composite powder having high strength, corrosion resistance, and high thermal conductivity according to an embodiment of the present invention is, after the secondary heating degreasing process, a hydrogen atmosphere and a melting temperature of copper ~ melting temperature of copper + 50 ° C. It is characterized in that the sintering process of cooling after maintaining in the temperature range for 1 to 3 hours is added.

본 발명의 일 실시예에 따른 소결단계에서는 구리분말이 융융되어 철계금속분말 사이의 기공을 충진하는 액상소결이 일어나므로 다공질 상태의 탈지체로부터 상대 소결밀도가 98% 이상인 고밀도 소결체를 제조할 수 있다. 소결단계는 구리의 용융온도 ~ 구리의 용융온도 + 50℃ 온도범위에서 수행될 수 있다. In the sintering step according to an embodiment of the present invention, the copper powder is melted and liquid phase sintering to fill the pores between the iron-based metal powder occurs, so a high-density sintered body having a relative sintering density of 98% or more can be manufactured from the degreasing body in a porous state. . The sintering step may be performed in a temperature range from the melting temperature of copper to the melting temperature of copper + 50°C.

다만, 소결온도가 구리의 용융온도보다 50℃ 이상인 경우에는 용융 구리의 흐름성이 과도하여 철계금속분말 사이의 기공을 충진한 이후에도 하부로 흐르게 되어 소결체의 철계금속분말 사이의 기공에 충진된 용융 구리가 흘러내려 철계금속분말 사이의 기공에 충진되었던 용융 구리가 하부로 흘러내려져 상부에 취치한 철계분말사이 일부 기공에는 용용 구리가 충진되지 않아 열도도율을 저하시키는 문제가 발생할 수 있게 된다.However, when the sintering temperature is 50°C or higher than the melting temperature of copper, the flowability of the molten copper is excessive and flows downward even after filling the pores between the iron-based metal powders, and the molten copper filled in the pores between the iron-based metal powders of the sintered body The molten copper that was filled in the pores between the iron-based metal powders flows down and flows down, and some pores between the iron-based powders placed on the top are not filled with molten copper, which may cause a problem of lowering the thermal conductivity.

상기 구리분말은 산소의 농도가 1,000ppm 이하인 것이 바람직한데, 구리분말의 산소농도가 높으면 구리분말의 표면에 산화물의 량이 증가하여 열전도도와 전기전도도가 낮아지고, 발열되는 문제가 발생하므로, 구리분말의 산소 농도를 1,000ppm 이하로 유지하는 것이 바람직하다.The copper powder preferably has an oxygen concentration of 1,000 ppm or less. When the oxygen concentration of the copper powder is high, the amount of oxide on the surface of the copper powder increases, so that the thermal conductivity and electrical conductivity are lowered, and there is a problem of heat generation. It is desirable to keep the oxygen concentration below 1,000 ppm.

상기 소결과정을 통하여 구리분말이 융융하여 철계금속분말의 표면을 감싸게 되어 소결체의 전체적으로 구리금속이 서로 연결된 상태가 된다.Through the sintering process, the copper powder is melted to cover the surface of the iron-based metal powder, so that the copper metal is connected to each other as a whole of the sintered body.

이와 같이 기계적 강도와 내식성은 철계금속분말에 의해 높은 상태를 유지하고, 열전도율은 용융되어 철계금속분말을 감싸고 있는 구리금속에 의해 높은 상태를 유지할 수 있게 된다.As such, the mechanical strength and corrosion resistance are maintained in a high state by the iron-based metal powder, and the thermal conductivity can be maintained in a high state by the copper metal surrounding the iron-based metal powder by melting.

본 발명의 소결체는 복합분말로 이루어져 있어서, 복수의 서로 다른 특성, 기계적 강도와 내식성, 열전도율이 함께 병립하는 특성을 갖을 수 있다.Since the sintered body of the present invention is made of a composite powder, it may have a plurality of different characteristics, mechanical strength, corrosion resistance, and thermal conductivity in parallel.

본 발명의 제조방법에 의해 제조된 소결체는 철계금속이 갖는 강도와 내식성보다느 낮지만 구리금속에 비하여는 높은 강도와 내식성을 갖게 되고, 구리금속에 비하여는 낮은 열전도율을 갖지만 철계금속보다는 높은 열전도율을 갖게 되는 장점을 갖게 된다.The sintered body produced by the manufacturing method of the present invention is lower than the strength and corrosion resistance of iron-based metals, but has higher strength and corrosion resistance than copper metal, and has lower thermal conductivity than copper metal, but has higher thermal conductivity than iron-based metal you will have the advantage you have.

다시 설명하면, 본 발명에 의한 이종금속분말의 복합분말로 제조된 소결체는 소정 범위의 강도와 열전도율을 필요로 하는 전자부품의 PCB 기판을 수용하는 하우징 또는 전자기파를 차폐시켜야만하는 전자기파 차폐소재로 사용할 수 있게 된다.In other words, the sintered body made of the composite powder of the dissimilar metal powder according to the present invention can be used as a housing for accommodating the PCB substrate of electronic components requiring strength and thermal conductivity within a predetermined range or as an electromagnetic wave shielding material that must shield electromagnetic waves. there will be

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, to help the understanding of the present invention, examples will be described in detail. However, the following examples are merely illustrative of the contents of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

<실시예 1> 복합분말 소결체의 제조<Example 1> Preparation of composite powder sintered body

스테인리스강분말의 입도크기 5~16㎛인 구형상 분말 90체적%와 구리 분말의 입도크기 5~12㎛이고 산소의 농도가 1,000ppm 이하인 구리분말 10체적%를 POM 75%, 왁스류 15%, PE 10%의 조성을 가진 바인더와 혼합하여 사출성형용 피드스탁(Feedstock)를 제조한 후 이를 사출성형기에 넣고 금형 내부로 사출하였다. 사출한 성형품을 용액온도 80℃로 유지한 수조에 장입하고 용제인 노멀핵산(Nomal Hexane)을 공급하면서 24시간 탈지를 시행한 후, 수소 분위기 하에서 상온부터 600℃까지 승온하여 열풍탈지로 바인더를 제거하고, 수소 가스 분위기에서 성형품을 소결로에서 구리용융온도 + 30℃, 2시간 유지 후 냉각 시 상대소결밀도 98.03%의 성형체를 제조하였다.90% by volume of a spherical powder having a particle size of 5 to 16㎛ of stainless steel powder and 10% by volume of a copper powder having a particle size of 5 to 12㎛ and an oxygen concentration of 1,000ppm or less POM 75%, wax 15%, A feedstock for injection molding was prepared by mixing it with a binder having a composition of 10% PE, and then it was put into an injection molding machine and injected into the mold. The injected molded product is charged into a water tank maintained at a solution temperature of 80°C, degreasing is performed for 24 hours while supplying a solvent, Normal Hexane, and then the temperature is raised from room temperature to 600°C in a hydrogen atmosphere to remove the binder by hot air degreasing. In a hydrogen gas atmosphere, a molded article having a relative sintering density of 98.03% was prepared when the molded article was maintained at a copper melting temperature + 30° C. for 2 hours in a sintering furnace and cooled.

<실시예 2> 복합분말 소결체의 제조<Example 2> Preparation of composite powder sintered body

실시예 2는 스테인리스강분말 80체적%와 구리분말 20체적%, 바인더를 혼합하여 가열 탈지하는 공정, 소결 단계의 온도, 가스 분위를 실시예 1과 동일한 조건에서 제조하였다.In Example 2, 80% by volume of stainless steel powder, 20% by volume of copper powder, and a process of heating and degreasing by mixing a binder, temperature of the sintering step, and gas atmosphere were prepared under the same conditions as in Example 1.

이와 같은 조건에서 얻어진 소결체의 상대소결밀도 98.10% 이다.The relative sintered density of the sintered compact obtained under these conditions is 98.10%.

<실시예 3> 복합분말 소결체의 제조<Example 3> Preparation of composite powder sintered compact

실시예 3은 스테인리스강분말 70체적%와 구리분말 30체적%, 바인더를 혼합하여 가열 탈지하는 공정, 소결 단계의 온도, 가스 분위를 실시예 1과 동일한 조건에서 제조하였다.In Example 3, 70 vol% of stainless steel powder, 30 vol% of copper powder, and a process of heating and degreasing by mixing a binder, temperature of the sintering step, and gas atmosphere were prepared under the same conditions as in Example 1.

이와 같은 조건에서 얻어진 소결체의 상대소결밀도 98.15% 이다.The relative sintered density of the sintered compact obtained under these conditions is 98.15%.

<실시예 4> 복합분말 소결체의 제조<Example 4> Preparation of composite powder sintered body

실시예 4는 스테인리스강분말 60체적%와 구리분말 40체적%. 바인더를 혼합하여 가열 탈지하는 공정, 소결 단계의 온도, 가스 분위를 실시예 1과 동일한 조건에서 제조하였다.Example 4 is 60% by volume of stainless steel powder and 40% by volume of copper powder. The process of heating and degreasing by mixing the binder, the temperature of the sintering step, and the gas atmosphere were prepared under the same conditions as in Example 1.

이와 같은 조건에서 얻어진 소결체의 상대소결밀도 98.18% 이다.The relative sintered density of the sintered compact obtained under these conditions is 98.18%.

<실시예 5> 복합분말 소결체의 제조<Example 5> Preparation of composite powder sintered body

실시예 5는 스테인리스강분말과 구리분말, 바인더를 혼합하여 가열 탈지하는 공정까지는 실시예 1과 동일하고, 소결 단계의 온도만을 달리한 것이다.Example 5 was the same as Example 1 until the process of heating and degreasing by mixing stainless steel powder, copper powder, and binder, except that the temperature of the sintering step was different.

소결은 수소 가스의 단일가스 조건에서 성형품을 소결로에서 1335℃, 2시간 유지 후 냉각 시 상대소결밀도 98.27%의 최종 제품을 얻을 수 있었다.For sintering, a final product with a relative sintering density of 98.27% was obtained when the molded product was maintained at 1335° C. for 2 hours in a sintering furnace under a single gas condition of hydrogen gas and cooled.

<실험예 1> 물성분석<Experimental Example 1> Physical property analysis

실시예 1 내지 실시예 5의 성형체의 인장강도, 열전도율, 내식성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.The tensile strength, thermal conductivity, and corrosion resistance of the molded articles of Examples 1 to 5 were measured and shown in Table 1 below.

인장강도는 Instron사의 모델명 4885P를 이용하여 크로스 헤드 스피드(cross head speed)는 05mm/min으로 진행되었다.The tensile strength was conducted using Instron's model name 4885P, and the cross head speed was 05 mm/min.

열전도울은 독일 Netzsch사의 모델명 LFA457을 이용하여 측정하었다.The heat conduction wool was measured using the model name LFA457 of Netzsch, Germany.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 비고note 인장강도
(300 N/㎟ )
The tensile strength
(300 N/㎟)
458458 437437 410410 388388 364364 스테인리스강 대비 (70~88%)Compared to stainless steel (70-88%)
열전도율
(W/mㆍK)
thermal conductivity
(W/m·K)
17.617.6 25.325.3 33.133.1 51.051.0 52.552.5 스테인리스강 대비
(113~337%)
Compared to stainless steel
(113-337%)
내식성corrosion resistance 24hr24hr 24hr24hr 24hr24hr 24hr24hr 24hr24hr 스테인리스강 대비
(50%)
Contrast stainless steel
(50%)

표 1을 살펴보면, 인장강도와 경도는 시중에서 시판되고 있는 스레인리스강 대비 70~88%의 인장강도, 스레인리스강 대비 열전도율 113~337%, 스레인리스강 대비 내식성 50%를 나타내었다.Looking at Table 1, the tensile strength and hardness are 70-88% of tensile strength compared to commercially available stainless steel, compared to stainless steel It showed thermal conductivity of 113-337% and corrosion resistance of 50% compared to stainless steel.

도 4는 발명의 제조방법 중 실시예 1 내지 4의 2차 가열 탈지공정 후, 소결공정에서의 승온과정, 유지시간을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the temperature increase process and the holding time in the sintering process after the secondary heating degreasing process of Examples 1 to 4 of the manufacturing method of the present invention.

도 5는 발명의 제조방법 중 실시예 5의 2차 가열 탈지공정 후, 소결공정에서의 승온과정, 유지시간을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the temperature increase process and the holding time in the sintering process after the secondary heating degreasing process of Example 5 of the manufacturing method of the present invention.

상기 도 4와 도 5의 그래프에서와 같이 용매 탈지된 성형체에 남아있는 바인더는 수소분위기에서 다수의 상이한 승온과정과 특정온도에서의 유지시간을 통하여 서서히 탈지되어 소결시 잔존하는 바인더로 인한 악영향을 없앨 수 있었다.As shown in the graphs of FIGS. 4 and 5, the binder remaining in the solvent degreased molded body is gradually degreased through a number of different temperature raising processes and holding time at a specific temperature in a hydrogen atmosphere to eliminate the adverse effects caused by the binder remaining during sintering. could

도 4는 발명의 제조방법 중 실시예 1 내지 4의 2차 가열 탈지공정 후, 소결공정에서의 승온과정, 유지시간을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the temperature increase process and the holding time in the sintering process after the secondary heating degreasing process of Examples 1 to 4 of the manufacturing method of the present invention.

상기 도 4의 가열 탈지된 성형체를 4단의 승온과정과 4회의 유지시간(소결온도 1100℃)을 통하여 스테인리스강분말 사이에 구리분말 융융액이 채워져 스테인리스강분말 사이의 결합과 치밀화를 이루어 소결밀도를 높일 수 있고, 기계적 강도, 내식성, 열전도율을 향상시킬 수 있다.Copper powder melt is filled between the stainless steel powders through the heating and degreasing molded body of FIG. 4 through 4 steps of temperature raising process and 4 holding times (sintering temperature of 1100° C.), and bonding and densification between the stainless steel powders are made to achieve sintering density can be increased, and mechanical strength, corrosion resistance, and thermal conductivity can be improved.

상기 도 5의 가열 탈지된 성형체를 4단의 승온과정과 4회의 유지시간(소결온도 1335℃)을 통하여 스테인리스강분말 사이에 구리분말 융융액이 채워져 스테인리스강분말 사이의 결합과 치밀화를 이루어 소결밀도를 높일 수 있고, 기계적 강도, 내식성, 열전도율을 향상시킬 수 있었으나, 구리 용융액의 온도가 높아 스테인리스강분말 사이에 채워진 구리가 스테인리스강분말 사이에 유지하지 못하고 바닥까지 흘러내리는 문제가 발생하였다.The copper powder melt is filled between the stainless steel powders through the heating and degreasing molded body of FIG. 5 through the heating process of 4 steps and the holding time (sintering temperature of 1335° C.) 4 times. Although the mechanical strength, corrosion resistance, and thermal conductivity could be improved, the copper melt temperature was high, so the copper filled between the stainless steel powders could not be maintained between the stainless steel powders and flowed down to the bottom.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. As the specific parts of the present invention have been described in detail above, for those of ordinary skill in the art, it is clear that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (6)

철계금속분말 및 구리분말, 바인더를 혼합하여 사출성형용 원료인 피드스탁(feedstock)을 제조하는 단계; 상기 제조된 피드스탁을 사출성형기를 이용하여 소정 형상의 금형 내로 사출함으로써 성형체를 성형하는 단계; 상기 제조된 성형체의 바인더를 용매 탈지하는 단계;상기 용매 탈지된 성형체를 열풍 탈지로에서 2차 가열 탈지하는 단계; 상기 2차 가열 탈지된 성형체를 소결하는 단계;를 포함하고,
상기 2차 가열 탈지공정 후, 수소분위기이고, 구리의 용융온도 ~ 구리의 용융온도 + 50℃ 온도범위에서 1 내지 3시간 유지후 냉각하는 소결공정이 추가되는 것을 특징으로 하는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법.
preparing a feedstock, a raw material for injection molding, by mixing iron-based metal powder, copper powder, and a binder; molding the molded body by injecting the prepared feedstock into a mold having a predetermined shape using an injection molding machine; Solvent degreasing the binder of the manufactured molded body; Secondary heating and degreasing the solvent-degreasing molded body in a hot air degreasing furnace; Including; sintering the secondary heat degreased molded body;
After the secondary heating degreasing process, a sintering process of cooling after maintaining for 1 to 3 hours in a hydrogen atmosphere and in a temperature range of the melting temperature of copper to the melting temperature of copper + 50 ° C is added. manufacturing method.
제 1 항에 있어서,
상기 철계금속은 60 내지 90체적%, 상기 구리분말은 10 내지 40체적%로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a sintered body made of a composite powder, characterized in that the iron-based metal is 60 to 90 volume %, and the copper powder is 10 to 40 volume %.
제 1 항에 있어서,
상기 철계금속의 입도크기 1~25㎛인 구형분말이고, 구리분말은 입도크기 1~25㎛인 구형 분말이며, 산소의 농도가 1,000ppm 이하인 것을 특징으로 하는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The iron-based metal is a spherical powder having a particle size of 1 to 25 μm, the copper powder is a spherical powder having a particle size of 1 to 25 μm, and the oxygen concentration is 1,000 ppm or less.
제 1 항에 있어서,
상기 바인더는 POM(폴리아세탈) 60∼75체적%, 카나우바 왁스나 파라핀 왁스를 포함하는 군에서 하나 이상 선택되는 왁스 10∼25체적%, 폴리카보네이트 (polycarbonate; PC), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌(polyethylene; PE)을 포함하는 군에서 하나 이상 선택되는 폴리머 5∼15체적%인 것을 특징으로 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The binder is 60 to 75 volume % of POM (polyacetal), 10 to 25 volume % of one or more waxes selected from the group containing carnauba wax or paraffin wax, polycarbonate (PC), polypropylene (PP) ), a method for producing a sintered body made of a composite powder, characterized in that 5 to 15% by volume of one or more polymers selected from the group comprising polyethylene (PE).
제 1 항에 있어서,상기 용매 탈지공정은 70∼90℃로 유지된 수조 내에 제품을 적치하고 용제를 공급하여 24시간 이상 탈지하고, 2차 가열 탈지공정은 수소 분위기 하에서 상온부터 600℃까지 승온하여 열풍탈지로 바인더를 제거하는 것을 특징으로 하는 복합분말로 이루어진 소결체의 제조방법.According to claim 1, In the solvent degreasing process, the product is placed in a water tank maintained at 70 to 90 ° C. and a solvent is supplied to degrease for 24 hours or more, and the secondary heating degreasing process is performed by raising the temperature from room temperature to 600 ° C under a hydrogen atmosphere. A method of manufacturing a sintered body made of a composite powder, characterized in that the binder is removed by hot air degreasing. 삭제delete
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