KR102311541B1 - Silver-carbon nano composite particles, method for preparation thereof, and electric contact material comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 접점 재료로 사용 가능한 은-카본 나노 복합 입자 및 이의 제조방법, 상기 나노 복합 입자를 포함하는 전기 접점 재료에 관한 것으로, 상기 나노 복합 입자는 은(Ag) 입자; 상기 은 입자의 표면 및 내부에 분산된 카본 미립자를 포함한다. The present invention relates to silver-carbon nanocomposite particles usable as an electrical contact material, a manufacturing method thereof, and an electrical contact material including the nanocomposite particles, wherein the nanocomposite particles include silver (Ag) particles; and carbon particles dispersed on the surface and inside of the silver particles.

Description

은-카본 나노 복합 입자, 이의 제조방법 및 상기 은-카본 나노 복합 입자를 포함하는 전기 접점 재료{SILVER-CARBON NANO COMPOSITE PARTICLES, METHOD FOR PREPARATION THEREOF, AND ELECTRIC CONTACT MATERIAL COMPRISING THE SAME}Silver-carbon nanocomposite particles, a manufacturing method thereof, and an electrical contact material comprising the silver-carbon nanocomposite particles

본 발명은 은-카본 나노 복합 입자, 이의 제조방법 및 상기 은-카본 나노 복합 입자를 포함하는 전기 접점에 관한 것이다.The present invention relates to a silver-carbon nanocomposite particle, a manufacturing method thereof, and an electrical contact including the silver-carbon nanocomposite particle.

일반적으로 전기 접점 재료는 스위치 형식의 차단기 또는 개폐기 등의 전기 기기에서 전기회로의 개폐를 제어하는데 사용되는 통전용 접촉 재료로서, MC, MCB, MCCB, 모터 스위치, 스위치 기어, 자동차 및 가전제품 등에 적용된다. 이러한 전기 접점 재료는 그 주요 기능인 전기의 개폐기능과 관련하여 고융점, 열전도도, 전기전도도 및 내용착성이 우수하고 접촉 저항이 낮은 것이 요구된다. 또한 전기회로를 기계적으로 접속하고 있으므로, 내마모성과 관련하여 경도가 높은 것이 요구된다.In general, electrical contact materials are current-use contact materials used to control the opening and closing of electrical circuits in electrical devices such as switch-type circuit breakers or switchgear, and are applied to MC, MCB, MCCB, motor switches, switchgear, automobiles and home appliances. do. These electrical contact materials are required to have excellent high melting point, thermal conductivity, electrical conductivity and welding resistance, and low contact resistance in relation to the switching function of electricity, which is their main function. In addition, since the electrical circuit is mechanically connected, a high hardness is required in relation to abrasion resistance.

전기 접점 재료는 그 사용전류의 영역과 특성에 따라 소전류용(1A 이하), 중전류용(1A~1,000A) 및 대전류용(1,000A 이상) 접점 재료로 분류될 수 있다. 소전류용 접점 재료로는 일반적으로 전기의 개폐 역할만 하는 것으로서, 전기전도도가 우수한 재료가 사용된다. 중전류용 접점 재료는 전기전도도 뿐만 아니라 전기 개폐시 발생하는 아크(arc)로 고압 및 고열의 환경 하에서 견딜 수 있는 내마모성, 융점 등이 우수한 재료가 사용된다. 또한, 대전류용 접점 재료는 전술한 특성을 모두 만족시키는 고융점의 재료가 사용된다. Electrical contact materials can be classified into small current (1A or less), medium current (1A~1,000A), and large current (1,000A or more) contact materials according to the area and characteristics of the used current. As a contact material for a small current, a material having excellent electrical conductivity is generally used as a material that only plays a role of opening and closing electricity. For medium current contact materials, materials with excellent abrasion resistance and melting point that can withstand high-pressure and high-temperature environments are used as well as electrical conductivity. In addition, as the contact material for a large current, a material with a high melting point satisfying all of the above-described characteristics is used.

상기한 특성을 만족하는 전기 접점 재료는 그 재질에 따라 W계, Ag-산화물계, 귀금속계, Cu-계 전기 접점 재료 등으로 분류될 수 있으며, 이 중에서도 Ag-CdO계 전기 접점 재료가 널리 사용되고 있다. 그러나 Ag-CdO계 전기 접점 재료는 산화카드뮴 함량이 증가할수록 가공성이 떨어지고, 산화물 입자간의 응집력이 커지게 되어 오히려 접촉저항이 높아지고 접점의 수명저하가 발생되는 문제점이 있다. 또한 카드뮴(Cd)은 세계보건기구(WHO: World Health Organization) 및 세계무역기구(WTO: World Trade Organization)에서 인체 및 환경 유해물질로 규정하여 그 사용이 각 국가별로 점차 규제되고 있으며, 특히 유럽 전역에서는 전면 사용금지 조치됨에 따라, Cd를 대체하는 신규 접점 재료의 개발이 요구되는 상황이다.Electrical contact materials satisfying the above characteristics can be classified into W-based, Ag-oxide-based, noble metal-based, Cu-based electrical contact materials, etc. depending on the material. Among them, Ag-CdO-based electrical contact materials are widely used. have. However, the Ag-CdO-based electrical contact material has a problem in that as the cadmium oxide content increases, the workability decreases, and the cohesive force between the oxide particles increases, so that the contact resistance increases and the lifespan of the contact decreases. In addition, cadmium (Cd) is regulated by the World Health Organization (WHO) and the World Trade Organization (WTO) as a hazardous substance to the human body and the environment, and its use is gradually regulated by each country, especially throughout Europe. In accordance with the total ban on use, the development of a new contact material to replace Cd is required.

이에 따라, 카드뮴(Cd) 대신 주석(Sn)이나 인듐(In) 등의 산화물 합금을 이용하여 전기접점을 사용하고 있으나, 가공성 문제로 인해 주석과 인듐의 함량을 12 중량% 이하로 제한하고 있다. 또한, 산화물 대신 고함량의 니켈(Ni)을 포함하는 은(Ag)-니켈(Ni)계 합금도 개발되고 있으나, 니켈(Ni)의 함량이 증가할수록 제품의 가공이 어려우며, 전기전도도의 저하로 인한 발열 발생으로 인해 전기접점의 작동 중 융착되거나 또는 탈락되는 문제가 발생하게 된다.Accordingly, electrical contacts are used by using an oxide alloy such as tin (Sn) or indium (In) instead of cadmium (Cd), but the content of tin and indium is limited to 12 wt% or less due to workability problems. In addition, a silver (Ag)-nickel (Ni)-based alloy containing a high content of nickel (Ni) instead of oxide is being developed, but as the content of nickel (Ni) increases, the processing of the product is difficult, and the electrical conductivity is lowered. Due to the generation of heat generated by the electrical contact, there is a problem of fusion or separation during operation of the electrical contact.

최근에는 내마모성과 전기적 특성 등을 향상시키기 위하여, 은(Ag)-카본(C) 접접 재료가 제안되고 있다. Ag-C 접점 재료는 금속과 비금속의 특성으로 인해 서로 고용되지 않기 때문에, 주로 분말 야금법을 이용하여 제조되고 있다. 그러나, 분말 야금법으로 제조시 은(Ag) 분말과 카본(C)의 균일한 혼합이 이루어지지 못하여, 카본(C) 분말이 상대적으로 응집된 부분에서는 열이 발생하게 되고, 상대적으로 카본(C)이 적은 부분에서는 부분 용해가 일어나게 된다. 이로 인해, 전기 접점 재료의 신뢰성이 저하된다. 이를 해결하고자, 분말혼합법 등의 방법이 제안되었으나, 카본(C)의 크기 및 응집을 제어하기 어려웠다.Recently, in order to improve abrasion resistance and electrical properties, silver (Ag)-carbon (C) contact materials have been proposed. Since Ag-C contact materials do not dissolve in each other due to the properties of metals and non-metals, they are mainly manufactured using powder metallurgy. However, when manufactured by powder metallurgy, uniform mixing of silver (Ag) powder and carbon (C) is not achieved, and heat is generated in the portion where the carbon (C) powder is relatively agglomerated, and relatively carbon (C) ), partial dissolution occurs. This reduces the reliability of the electrical contact material. In order to solve this problem, a method such as a powder mixing method has been proposed, but it is difficult to control the size and agglomeration of carbon (C).

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래 분말 야금법이나 분말 혼합법 대신 플라즈마법을 새롭게 적용함으로써, 은-카본 나노 복합 입자를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 상기 복합 입자 내 카본 미립자의 분산도, 응집도, 크기(입경) 및 조성 등을 용이하게 제어할 수 있음을 착안하였다.The present invention has been devised to solve the above problems, and by newly applying the plasma method instead of the conventional powder metallurgy or powder mixing method, it is possible to manufacture silver-carbon nanocomposite particles as well as to produce carbon particles in the composite particles. It was noted that the degree of dispersion, the degree of aggregation, the size (particle diameter) and the composition can be easily controlled.

이에, 본 발명은 전기 접점 재료로 사용될 수 있는 은-카본 나노 복합 입자 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a silver-carbon nanocomposite particle that can be used as an electrical contact material and a method for manufacturing the same.

또한 본 발명은 전술한 은-카본 나노 복합 입자를 포함하여 고경도 및 우수한 전기전도도를 갖는 전기 접점 재료를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an electrical contact material having high hardness and excellent electrical conductivity, including the silver-carbon nanocomposite particles described above.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 은 입자; 및 상기 은 입자의 표면 및 내부에 분산된 카본 미립자를 포함하는 은-카본 나노 복합 입자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a silver particle; and silver-carbon nanocomposite particles comprising carbon particles dispersed on the surface and inside of the silver particles.

일례에 따르면, 상기 카본 미립자의 평균 입경은 5 내지 20 ㎚일 수 있다.According to an example, the average particle diameter of the carbon particles may be 5 to 20 nm.

일례에 따르면, 상기 은 입자와 카본 미립자는 90:10 ~ 98:2 중량 비율로 포함될 수 있다.According to an example, the silver particles and carbon particles may be included in a weight ratio of 90:10 to 98:2.

또, 본 발명은 전술한 은-카본 나노 복합 입자를 포함하는 전기 접점 재료를 제공한다. In addition, the present invention provides an electrical contact material comprising the above-described silver-carbon nanocomposite particles.

일례에 따르면, 상기 전기 접점 재료는 68 내지 75 Hv 범위의 경도와 65 내지 85 %IACS 범위의 전기전도도를 갖는다. According to one example, the electrical contact material has a hardness in the range of 68 to 75 Hv and an electrical conductivity in the range of 65 to 85% IACS.

아울러, 본 발명은 상기 은-카본 나노 복합 입자의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for producing the silver-carbon nanocomposite particles.

일례에 따르면, 본 발명은 (S100) 반응 챔버의 카본(carbon)계 플라즈마 몰드에 은(Ag) 원료 물질을 장입하는 단계; 및 (S200) 상기 반응 챔버의 진공도를 0 내지 400 torr 범위로 설정하고, 인가 전력을 10 내지 22.5 kW 범위로 조절하여 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에 의해 은-카본 나노 복합 입자를 형성하는 단계를 포함하여 전술한 은-카본 나노 복합 입자의 제조방법을 제공한다.According to one example, the present invention comprises the steps of (S100) loading a silver (Ag) raw material into a carbon-based plasma mold of a reaction chamber; and (S200) setting the vacuum degree of the reaction chamber in the range of 0 to 400 torr, adjusting the applied power in the range of 10 to 22.5 kW to generate plasma, and forming silver-carbon nanocomposite particles by the generated plasma Including the above-described silver-provides a method for producing the carbon nanocomposite particles.

일례에 따르면, 상기 (S200) 단계에서, 상기 반응 챔버에는 불활성 기체, 또는 불활성 기체와 수소 가스가 혼합된 반응 가스가 공급되고, 상기 반응 가스의 유량은 50 내지 200 SLM 범위일 수 있다.According to an example, in the step (S200), an inert gas or a reaction gas in which an inert gas and hydrogen gas are mixed is supplied to the reaction chamber, and the flow rate of the reaction gas may be in the range of 50 to 200 SLM.

일례에 따르면, 상기 (S200) 단계에서, 상기 반응 챔버에는 200 내지 260 A 범위의 전류 및 50 내지 75 V의 전압이 인가될 수 있다.According to an example, in the step (S200), a current in the range of 200 to 260 A and a voltage of 50 to 75 V may be applied to the reaction chamber.

일례에 따르면, 상기 은-카본 나노 복합 입자에 포함된 카본 미립자는 플라즈마에 의해 카본계 플라즈마 몰드의 적어도 일부가 상 변화(phase transition)하거나 또는 탈리하여 생성된 것일 수 있다. According to an example, the carbon particles included in the silver-carbon nanocomposite particles may be generated by a phase transition or desorption of at least a portion of a carbon-based plasma mold by plasma.

본 발명에서는 플라즈마법을 적용함으로써, 전기전도도 및 경도 면에서 종래 분말야금법에 의해 제조된 은-카본 전기 접점 재료보다 우수한 전기 접점 재료를 제공할 수 있다.In the present invention, by applying the plasma method, it is possible to provide an electrical contact material superior to the silver-carbon electrical contact material manufactured by the conventional powder metallurgy method in terms of electrical conductivity and hardness.

또한 본 발명에서는 금속의 종류나 형태에 제한 없이, 은(Ag)-카본이 고용된 전기 접점 재료를 구성할 수 있으므로, 다양한 크기, 형태 및 조성을 갖는 전기 접점 재료를 제공할 수 있다. 이러한 전기 접점 재료는 각종 스위치, 릴레이, 전자개폐기, 차단기 등의 전기기기 내 구비되는 전기회로의 개폐 및 접촉에 사용 가능한 전기 접점 재료로서 유용하게 적용될 수 있다. In addition, in the present invention, without limitation to the type or shape of the metal, since the electrical contact material in which silver (Ag)-carbon is dissolved can be configured, electrical contact materials having various sizes, shapes and compositions can be provided. Such an electrical contact material can be usefully applied as an electrical contact material usable for opening/closing and contacting electrical circuits provided in electrical devices such as various switches, relays, electromagnetic switchgear, and circuit breaker.

아울러 본 발명에서는 건식법의 장점을 살려 제조시간, 제조공정 및 작업인원을 감축할 수 있으므로, 기존 제품보다 높은 제조효율과 우수한 경쟁력을 가지는 제품을 확보할 수 있다. In addition, in the present invention, since the manufacturing time, manufacturing process, and the number of workers can be reduced by taking advantage of the advantages of the dry method, it is possible to secure a product having higher manufacturing efficiency and superior competitiveness than existing products.

이에 따라, 본 발명의 은-카본 나노 복합 입자는 전기 접점 재료 분야뿐만 아니라 은(Ag) 분말을 사용하는 다양한 분야의 국내 및 해외 시장에 확대 적용될 수 있다.Accordingly, the silver-carbon nanocomposite particles of the present invention can be broadly applied to domestic and overseas markets in various fields using silver (Ag) powder as well as in the field of electrical contact materials.

도 1은 본 발명에 따른 은-카본 나노 복합 입자의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예 7에서 제조된 은-카본 나노 복합 입자의 단면을 나타내는 TEM 사진이다.
도 3은 비교예 3에서 제조된 복합 입자의 단면을 나타내는 TEM 사진이다.
도 4는 실시예 7에서 제조된 은-카본 나노 복합 입자의 SAD 패턴 이미지이다.
도 5는 비교예 3에서 제조된 복합 입자의 SAD 패턴 이미지이다.
도 6 및 도 7은 비교예 4에서 제조된 복합 입자의 SEM 사진이다.
도 8 및 도 9는 비교예 5에서 제조된 복합 입자의 SEM 사진이다.
도 10은 비교 제조예 1에서 제조된 전기 접점 재료의 단면 SEM 사진이다.
도 11은 제조예 1에서 제조된 전기 접점 재료의 단면 SEM 사진이다.
1 is a view schematically showing a cross-section of a silver-carbon nanocomposite particle according to the present invention.
2 is a TEM photograph showing a cross section of the silver-carbon nanocomposite particles prepared in Example 7.
3 is a TEM photograph showing a cross-section of a composite particle prepared in Comparative Example 3. Referring to FIG.
4 is a SAD pattern image of the silver-carbon nanocomposite particles prepared in Example 7.
5 is a SAD pattern image of the composite particles prepared in Comparative Example 3.
6 and 7 are SEM photographs of the composite particles prepared in Comparative Example 4.
8 and 9 are SEM photographs of the composite particles prepared in Comparative Example 5.
10 is a cross-sectional SEM photograph of the electrical contact material prepared in Comparative Preparation Example 1.
11 is a cross-sectional SEM photograph of the electrical contact material prepared in Preparation Example 1.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated.

종래 전기 접점 재료 중 하나인 은-카본(Ag-C) 접점 재료는 은 분말과 카본 분말을 소정의 조성을 갖도록 각각 칭량한 후 혼합하는 분말 야금법을 통해 제조하였다. 그러나 상기 분말 야금법의 경우 카본의 균일한 분산이 어려울 뿐만 아니라 이들의 응집도와 크기를 제어할 수가 없으므로, 신뢰성 있는 전기 접점 재료를 얻을 수 없었다. A silver-carbon (Ag-C) contact material, which is one of the conventional electrical contact materials, was manufactured through a powder metallurgy method in which silver powder and carbon powder were respectively weighed to have a predetermined composition and then mixed. However, in the case of the powder metallurgy method, it is difficult to uniformly disperse carbon as well as control the degree of aggregation and size thereof, so that a reliable electrical contact material cannot be obtained.

이에, 본 발명에서는 건식법의 일종인 플라즈마법을 채용함으로써, 은-카본 간의 조성이 균일하면서, 형성된 복합 입자 내 포함되는 카본 미립자의 분산도, 응집도, 크기(입경), 고용 한도 등이 제어 가능한 나노 복합 입자를 제공할 수 있다. Therefore, in the present invention, by adopting the plasma method, which is a type of dry method, the composition between silver and carbon is uniform, and the degree of dispersion, degree of aggregation, size (particle diameter), solid solution limit, etc. of carbon particles contained in the formed composite particles can be controlled. Composite particles may be provided.

즉, 플라즈마를 통한 분말 제조시, 고온의 플라즈마로 은(Ag) 원료물질을 용해시킨 후 급냉시키면, 상기 은(Ag) 원료 물질에 포함된 은(Ag)을 고용 한도 이상으로 고용한 채로 냉각되어 과포화된 복합 입자(예, 합금 분말)를 제조할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 별도의 카본 물질이나 카본 반응가스를 사용하지 않고도, 플라즈마 조건을 특정 범위로 제어함으로써 플라즈마 몰드로부터 유래된 카본 미립자를 포함하는 복합 입자를 형성할 수 있다. 상기 복합 입자에 포함되는 카본 물질은 각각 전기전도성과 경도를 높이는 물질이다. 더불어, 본 발명에서는 형성된 은-카본 나노 복합 입자 내에서 조성, 분산도 및 입경의 균일도를 높임으로써, 전기접점 재료로 적용시 내구성을 높일 수 있다.That is, when producing powder through plasma, when the silver (Ag) raw material is dissolved with high-temperature plasma and then rapidly cooled, the silver (Ag) contained in the silver (Ag) raw material is cooled with a solid solution above the solid solution limit. Supersaturated composite particles (eg, alloy powders) can be prepared. In particular, in the present invention, it is possible to form composite particles including carbon particles derived from a plasma mold by controlling the plasma conditions to a specific range without using a separate carbon material or carbon reaction gas. The carbon material included in the composite particle is a material that increases electrical conductivity and hardness, respectively. In addition, in the present invention, by increasing the uniformity of composition, dispersion, and particle size within the formed silver-carbon nanocomposite particles, durability when applied as an electrical contact material can be increased.

전술한 본 발명의 은-카본 나노 복합 입자는 우수한 경도 및 전기전도도를 가짐에 따라, 각종 스위치, 릴레이, 전자개폐기, 차단기 등의 전기기기 내 구비되는 전기회로의 개폐 및 접촉에 사용 가능한 전기 접점 재료로 유용하게 사용될 수 있다. As the silver-carbon nanocomposite particles of the present invention described above have excellent hardness and electrical conductivity, electrical contact materials that can be used for opening and closing electrical circuits provided in electrical devices such as various switches, relays, electromagnetic switchgear, and circuit breaker can be usefully used as

<은-카본 나노 복합 입자 및 이를 포함하는 전기 접점><Silver-carbon nanocomposite particles and electrical contacts including the same>

도 1은 본 발명에 따른 은-카본 나노 복합 입자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a silver-carbon nanocomposite particle according to the present invention.

본 발명에 따른 은-카본 나노 복합 입자(10)는 은 입자(11), 및 카본 미립자(12)를 포함한다.The silver-carbon nanocomposite particles 10 according to the present invention include silver particles 11 and carbon particles 12 .

은 입자(11)는 전기 전도도가 높고, 접촉 저항이 낮아 큰 전류에서도 접촉시 온도 상승이 작다. 이러한 은 입자는 비구형의 불규칙적인 형상을 갖는다.The silver particles 11 have high electrical conductivity and low contact resistance, so that the temperature rise during contact is small even at a large current. These silver particles have a non-spherical, irregular shape.

카본 미립자(12)는 전기 전도도 및 경도가 높다. 이러한 카본 미립자(12)는 도 1에 도시된 바와 같이, 은 입자(11)의 표면 및 내부에 분산되어 있다. 이때, 카본 미립자(12)와 은 입자(11) 사이에 빈틈, 예컨대 기공이 존재하지 않는다. 즉, 카본 미립자(12)는 은 입자의 매질에 단단히 밀착되어 있다. 따라서, 본 발명은 은 입자로만 이루어진 입자에 비해, 내마모성 및 내충격성이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 전기 접점의 가공성도 향상시킬 수 있다.The carbon fine particles 12 have high electrical conductivity and hardness. As shown in FIG. 1 , the carbon particles 12 are dispersed on the surface and inside of the silver particles 11 . At this time, there are no gaps, for example, pores between the carbon particles 12 and the silver particles 11 . That is, the carbon fine particles 12 are tightly adhered to the medium of the silver particles. Accordingly, in the present invention, compared to particles made of only silver particles, abrasion resistance and impact resistance can be improved, and also the workability of electrical contacts can be improved.

이러한 카본 미립자(12)는 나노 사이즈의 입자로, 바람직하게 평균 입경이 약 5 내지 20 ㎚, 더 바람직하게 약 5 내지 15 ㎚ 범위일 수 있다. 전술한 범위의 평균 입경을 가진 카본 미립자들은 서로 과대하게 응집되어 있지 않고, 은 입자의 표면 및 내부에 균일하게 분산될 수 있다. 따라서, 본 발명의 은-카본 나노 복합 입자를 전기 접점의 원료 물질로 사용될 경우, 카본 미립자들의 과대 응집으로 인한 열 발생이 최소화되어 접점 내 부분 용해의 발생이 감소하기 때문에, 전기 접점의 신뢰성이 향상될 수 있다. The carbon particles 12 are nano-sized particles, and preferably have an average particle diameter of about 5 to 20 nm, more preferably about 5 to 15 nm. Carbon particles having an average particle diameter in the above-mentioned range are not excessively agglomerated with each other, and can be uniformly dispersed on the surface and inside of the silver particles. Therefore, when the silver-carbon nanocomposite particles of the present invention are used as a raw material for an electrical contact, heat generation due to excessive aggregation of carbon particles is minimized and the occurrence of partial dissolution in the contact is reduced, so the reliability of the electrical contact is improved. can be

본 발명의 카본 미립자의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 비구형의 불규칙적인 형상일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 구형의 형상을 가질 수 있다. The shape of the carbon fine particles of the present invention is not particularly limited, and may be a non-spherical, irregular shape. However, the present invention is not limited thereto and may have a spherical shape.

본 발명의 카본 미립자(12)는 플라즈마에 의해 카본계 플라즈마 몰드의 적어도 일부가 상 변화(phase transition)하거나 또는 탈리하여 형성된 것일 수 있다. 이러한 카본 미립자(12)는 결정질, 비정질 또는 이들이 혼재된 결정구조일 수 있다. 상기 카본 미립자(12)가 결정 구조를 가질 경우 비결정질 카본 미립자에 비해 은-카본 나노 복합 입자의 전기전도도 및 경도를 더 높일 수 있다. The carbon particles 12 of the present invention may be formed by a phase transition or separation of at least a portion of a carbon-based plasma mold by plasma. These carbon particles 12 may be crystalline, amorphous, or a crystalline structure in which they are mixed. When the carbon particles 12 have a crystalline structure, the electrical conductivity and hardness of the silver-carbon nanocomposite particles can be further increased compared to the amorphous carbon particles.

본 발명에 따른 은-카본 나노 복합 입자에서, 은 입자와 카본 미립자의 함량 비율은 특별히 한정되지 않는다. 다만, 은 입자와 카본 미립자가 90:10 ~ 98:2 중량 비율, 바람직하게 94:6 ~ 98:2 중량 비율로 포함될 경우, 본 발명의 은-카본 나노 복합 입자는 높은 경도 및 전기전도도를 갖는다. In the silver-carbon nanocomposite particles according to the present invention, the content ratio of the silver particles to the carbon fine particles is not particularly limited. However, when the silver particles and carbon particles are included in a weight ratio of 90:10 to 98:2, preferably 94:6 to 98:2 by weight, the silver-carbon nanocomposite particles of the present invention have high hardness and electrical conductivity. .

전술한 본 발명의 은-카본 나노 복합 입자의 평균 입경은 약 1 ㎚ 내지 1 ㎛ 범위, 바람직하게 약 50 내지 500 ㎚, 더 바람직하게 약 50 내지 150 ㎚일 수 있다. 이러한 평균 입경을 가진 본 발명의 은-카본 나노 복합 입자는 95 내지 99.9 %의 순도, 약 68 내지 75 Hv의 경도 및 약 65 내지 85 %IACS의 전기전도도를 갖는다. 따라서, 본 발명의 은-카본 나노 복합 입자는 높은 전기전도도, 내마모성 및 내융착성이 요구되는 기술분야, 예컨대 전기 접점, 구체적으로 1A 이하의 소전류용 전기 접점뿐만 아니라, 1A 이상~1000A 미만의 중전류용이나 1000A 이상의 대전류용 접점에도 사용될 수 있다. The above-described silver-carbon nanocomposite particles of the present invention may have an average particle diameter in the range of about 1 nm to 1 μm, preferably about 50 to 500 nm, and more preferably about 50 to 150 nm. The silver-carbon nanocomposite particles of the present invention having such an average particle diameter have a purity of 95 to 99.9%, a hardness of about 68 to 75 Hv, and an electrical conductivity of about 65 to 85% IACS. Therefore, the silver-carbon nanocomposite particles of the present invention are technical fields requiring high electrical conductivity, abrasion resistance and fusion resistance, such as electrical contacts, specifically electrical contacts for small currents of 1A or less, as well as 1A or more to less than 1000A. It can be used for medium current or large current over 1000A.

<은-카본 나노 복합 입자의 제조방법><Method for producing silver-carbon nanocomposite particles>

본 발명에 따른 은-카본 나노 복합 입자는 당 분야에 공지된 플라즈마법을 이용하여 하기와 같이 제조될 수 있다. The silver-carbon nanocomposite particles according to the present invention may be prepared as follows using a plasma method known in the art.

플라즈마법은 건식법의 일종으로서, 다른 극성의 전극 사이로 가스를 흘려보내 가스를 이온화시키고(플라즈마 상태), 이온화된 가스가 환원하여 방출되는 고열에 의해 은(Ag) 원료 물질을 녹여 분사한 후 입자화하는 것이다. 즉, 플라즈마 건(plasma gun) 내의 음극과 양극 사이에서 전리된 플라즈마 가스가 방출되어 고에너지를 형성하는데, 이러한 고온의 불꽃에 분말을 공급하면 원료 분말은 단시간에 용융되어 충돌하면서 균일하고 미세한 결정립을 형성한다. 이와 같이 플라즈마법은 원료분말의 용융 및 입자 형성 속도가 매우 빠를 뿐만 아니라, 형성된 입자(예, 은-카본 나노 복합 입자)가 원료 분말의 조성을 거의 그대로 유지하기 때문에, 새롭게 형성되는 복합 입자의 조성, 크기, 구조 및 분산도 조절이 용이하고, 기존 금속 이외에 세라믹 재료 등 다양한 복합재료 등도 쉽게 증착시킬 수 있다. 또한 종래 습식법에 비해 원료 분말의 제조시간이 단축되며, 공정의 위험성이 적고 친환경적일 뿐만 아니라, 종래 건식법/습식법에 의해 제조된 복합 입자에 비해 크기가 작은 고순도의 은-카본 나노 복합 입자를 얻을 수 있다.Plasma method is a type of dry method, which ionizes the gas by flowing gas between electrodes of different polarity (plasma state), melts the silver (Ag) raw material by the high heat released by reduction of the ionized gas, and then sprays it into particles will do That is, the ionized plasma gas is emitted between the cathode and the anode in the plasma gun to form high energy. When powder is supplied to such a high-temperature flame, the raw powder melts in a short time and collides to form uniform and fine crystal grains. to form As such, the plasma method not only has a very fast melting and particle formation rate of the raw material powder, but also the formed particles (eg, silver-carbon nanocomposite particles) maintain the composition of the raw material powder almost as it is, so that the composition of newly formed composite particles, It is easy to control the size, structure and dispersion, and various composite materials such as ceramic materials can be easily deposited in addition to existing metals. In addition, the manufacturing time of raw material powder is shortened compared to the conventional wet method, the risk of the process is small and it is eco-friendly, and high purity silver-carbon nanocomposite particles having a smaller size compared to the composite particles prepared by the conventional dry/wet method can be obtained. have.

상기 제조방법의 일 실시형태를 들면, (S100) 반응 챔버의 카본(carbon)계 플라즈마 몰드에 은(Ag) 원료 물질을 장입하는 단계; 및 (S200) 상기 반응 챔버의 진공도를 0 내지 400 torr로 설정하고, 인가 전력을 10 내지 22.5 kW로 조절하여 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에 의해 은-카본 나노 복합 입자를 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. For an embodiment of the manufacturing method, (S100) the step of loading a silver (Ag) raw material into a carbon-based plasma mold of the reaction chamber; and (S200) setting the vacuum degree of the reaction chamber to 0 to 400 torr, adjusting the applied power to 10 to 22.5 kW to generate plasma, and forming silver-carbon nanocomposite particles by the generated plasma can be configured.

이하, 상기 제조방법을 각 공정 단계별로 나누어 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the manufacturing method is divided into each process step and described as follows.

(i) 원료 물질을 플라즈마 몰드에 장입하는 단계('S100 단계')(i) loading the raw material into the plasma mold ('S100 step')

상기 S100 단계에서는, 은(Ag) 원료 물질을 플라즈마 몰드[또는 도가니(Crucible)]에 투입한다. In step S100, a silver (Ag) raw material is put into a plasma mold (or a crucible).

은(Ag) 원료 물질은 은을 함유하는 화합물이나 은 합금(alloy)을 제한 없이 사용할 수 있다. As the silver (Ag) raw material, a silver-containing compound or a silver alloy may be used without limitation.

또한 원료물질을 플라즈마 처리하기 위한 몰드는 카본(C) 재질의 몰드를 사용할 수 있다. 이러한 카본계 플라즈마 몰드를 사용함으로써, 추후 플라즈마에 의해 상기 플라즈마 몰드의 적어도 일부가 상 변화하거나 또는 탈리하여 카본 미립자가 생성된다. 따라서, 본 발명에서는 종래 분말 합금법과 달리, 별도의 카본 분말을 원료 물질로 사용하지 않아도 되기 때문에, 우수한 가격 경쟁력을 가질 수 있다.In addition, as a mold for plasma-treating the raw material, a mold made of carbon (C) material may be used. By using such a carbon-based plasma mold, later, at least a part of the plasma mold is phase-changed or desorbed by plasma to generate carbon particles. Therefore, in the present invention, unlike the conventional powder alloying method, since it is not necessary to use a separate carbon powder as a raw material, excellent price competitiveness can be obtained.

(ii) 플라즈마 처리하여 은-카본 나노 복합 입자 형성 단계('S200 단계')(ii) Plasma treatment to form silver-carbon nanocomposite particles ('S200 step')

상기 S200 단계에서는, 원료물질이 장입된 반응 챔버에 플라즈마를 생성하여 은-카본 나노 복합 입자를 형성한다. In the step S200, plasma is generated in the reaction chamber loaded with the raw material to form silver-carbon nanocomposite particles.

상기 S200 단계를 구체적으로 설명하면, 원료 물질이 배치된 몰드를 플라즈마 장비의 반응 챔버에 장착한 후, 반응 챔버를 닫고 펌프를 이용하여 진공을 뽑는다. 소정의 진공도에 도달하면 불활성 가스를 이용하여 작업 진공도를 소정의 범위로 유지한다. Specifically, in step S200, the mold on which the raw material is disposed is mounted in the reaction chamber of the plasma equipment, the reaction chamber is closed, and a vacuum is drawn using a pump. When a predetermined degree of vacuum is reached, an inert gas is used to maintain the working vacuum within a predetermined range.

작업 진공도가 유지되면 플라즈마 가스(Plasma Gas)를 투입하고 플라즈마를 생성한다. When the working vacuum is maintained, plasma gas is introduced and plasma is generated.

플라즈마 처리 단계에서, 전력, 시간 및 작업 진공도의 조건은 당 업계에 공지된 조건 내에서 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 인가 전력은 10 내지 22.5 kW일 수 있으며, 바람직하게는 15 내지 22.5 kW일 수 있다. 또한 플라즈마 처리 시간은 10 내지 240분일 수 있으며, 진공도는 0 내지 400 torr 일 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 400 torr일 수 있다. 상기 플라즈마 처리 단계에서, 전력이 10 kW 미만인 경우 은-카본 나노 복합 입자의 수율이 감소할 수 있으며, 22.5 kW를 초과하면 은-카본 나노 복합 입자의 크기가 커질 수 있다. 또한, 상기 작업 진공도가 0 torr 미만이면 플라즈마 분포가 넓어져 플라즈마 형성을 위한 양극 몰드의 수명이 짧아지고, 400 torr를 초과하면 은-카본 나노 복합 입자의 크기가 커질 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리는 상술한 조건 내에서 이루어지는 것이 바람직하다. In the plasma treatment step, the conditions of power, time, and working vacuum can be appropriately adjusted within conditions known in the art. For example, the applied power may be 10 to 22.5 kW, preferably 15 to 22.5 kW. In addition, the plasma treatment time may be 10 to 240 minutes, the degree of vacuum may be 0 to 400 torr, preferably 50 to 400 torr. In the plasma treatment step, when the power is less than 10 kW, the yield of the silver-carbon nanocomposite particles may decrease, and when the power exceeds 22.5 kW, the size of the silver-carbon nanocomposite particles may increase. In addition, when the working vacuum degree is less than 0 torr, the plasma distribution is widened and the life of the anode mold for plasma formation is shortened, and when it exceeds 400 torr, the size of the silver-carbon nanocomposite particles may be increased. Therefore, it is preferable that the plasma treatment be performed within the above-mentioned conditions.

플라즈마는 당 분야에 공지된 다양한 플라즈마를 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 직류(DC) 이송식 플라즈마를 적용할 수 있다. 이때 인가 전압은 50 내지 75 V로, 인가 전류는 200 내지 260 A로 각각 조절하는 것이 바람직하다.As the plasma, various plasmas known in the art may be used without limitation, and, for example, direct current (DC) transfer plasma may be applied. At this time, it is preferable to adjust the applied voltage to 50 to 75 V and the applied current to 200 to 260 A, respectively.

플라즈마 처리가 진공 및 불활성 분위기하에서 수행될 경우, 각 원료 분말의 산화가 방지되어 바람직하다. 이러한 불활성 분위기를 조성하기 위한 분위기 가스의 성분은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 아르곤(Ar), 질소(N2), 수소(H2), 메탄(CH4), 헬륨(He) 등이 있다. 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 혼용할 수 있다. When the plasma treatment is performed under vacuum and an inert atmosphere, oxidation of each raw material powder is prevented, which is preferable. A component of the atmosphere gas for creating such an inert atmosphere is not particularly limited, and examples thereof include argon (Ar), nitrogen (N 2 ), hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ), helium (He), and the like. These can be used individually or in mixture of 2 or more types.

또한, 플라즈마 형성을 위해 사용되는 반응가스의 성분 역시 특별히 한정되지 않으며, 일례로 아르곤(Ar), 질소(N2), 수소(H2), 헬륨(He) 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 구체적으로 아르곤, 질소, 아르곤 + 질소, 아르곤 + 수소, 질소+수소를 사용할 수 있다. 이러한 상기 반응가스의 가스유량은 20 내지 200 SLM(standard litters per minute)인 것이 바람직하나, 이에 특별히 제한되지 않는다.In addition, the component of the reaction gas used for plasma formation is also not particularly limited, and examples thereof include argon (Ar), nitrogen (N 2 ), hydrogen (H 2 ), helium (He), and the like. These may be used individually or in mixture of 2 or more types. Specifically, argon, nitrogen, argon + nitrogen, argon + hydrogen, nitrogen + hydrogen may be used. The gas flow rate of the reaction gas is preferably 20 to 200 standard litters per minute (SLM), but is not particularly limited thereto.

생성된 플라즈마는 고에너지를 갖는데, 이러한 고에너지에 의해 은 원료물질이 기화, 액화 또는 승화 등의 상(phase) 변화가 일어나게 된다. 이와 동시에, 상기 원료물질이 투입된 카본계 플라즈마 몰드의 적어도 일부가 상 변화가 일어나게 된다. 이와 같이 상(phase) 변화된 물질들 중에서 상대적으로 융점이 낮은 은(Ag)은 먼저 응집하고 분말화(예, 은 입자)되어 상대적으로 입경이 큰 은(Ag) 입자를 형성하게 되며, 이어서 카본이 분말화되어 은 입자의 표면 및 내부에 균일하게 분산된 형태의 미립자를 형성하게 된다. 이에 따라, 본 발명에서는 은(Ag) 원료 물질로부터 유래된 은 입자 및 카본계 플라즈마 몰드의 적어도 일부가 상 변화(phase transition)하거나 또는 탈리하여 생성된 카본 미립자가 포함된 은-카본(Ag-C) 나노 복합 입자가 형성된다. The generated plasma has high energy, which causes the silver raw material to undergo phase changes such as vaporization, liquefaction, or sublimation. At the same time, a phase change occurs in at least a portion of the carbon-based plasma mold to which the raw material is injected. Among the phase-changed materials, silver (Ag) with a relatively low melting point is first aggregated and pulverized (eg, silver particles) to form silver (Ag) particles with a relatively large particle size, and then carbon It is powdered to form fine particles uniformly dispersed on the surface and inside of the silver particles. Accordingly, in the present invention, silver particles derived from a silver (Ag) raw material and carbon particles generated by at least a part of a carbon-based plasma mold undergoing phase transition or desorption are included in silver-carbon (Ag-C). ) nanocomposite particles are formed.

플라즈마 처리하고 충분히 냉각한 후, 반응 챔버를 개방하여 형성된 은-카본 나노 복합 입자를 취출한다.After plasma treatment and sufficient cooling, the reaction chamber is opened to take out the formed silver-carbon nanocomposite particles.

상기와 같이 플라즈마 처리로 형성된 본 발명의 은-카본 나노 복합 입자의 크기는 특별히 한정되지 않으며, 일례로 약 1 내지 1,000 ㎚ 범위일 수 있다. 이때, 형성된 복합 입자 중에서 약 0.3 %는 입자 크기가 1,000 ㎚를 초과할 수 있는데, 이들은 원료 물질로 재사용할 수 있다.The size of the silver-carbon nanocomposite particles of the present invention formed by plasma treatment as described above is not particularly limited, and may be, for example, in the range of about 1 to 1,000 nm. At this time, about 0.3% of the formed composite particles may have a particle size of more than 1,000 nm, which can be reused as a raw material.

한편 본 발명에서는 건식법의 일종인 플라즈마법을 사용하여 은-카본 나노 복합 입자를 제조하는 것을 구체적으로 예시하였다. 그러나 상기에 제한되지 않으며, 그 외 당 업계의 공지된 건식법 또는 습식법 등을 통해 분말화시켜 얻는 것도 본 발명의 범주에 속한다. Meanwhile, in the present invention, the production of silver-carbon nanocomposite particles using a plasma method, which is a type of dry method, is specifically exemplified. However, the present invention is not limited thereto, and it is also within the scope of the present invention to obtain a powder by a dry method or a wet method known in the art.

<전기 접점 재료><Electrical contact material>

본 발명은 전술한 은-카본 나노 복합 입자를 포함하는 전기 접점 재료를 제공한다.The present invention provides an electrical contact material comprising the above-mentioned silver-carbon nanocomposite particles.

본 발명의 전기 접점 재료는 은 및 카본을 포함하여 우수한 경도 및 전기전도도를 나타낼 수 있다. 구체적으로 상기 전기 접점 재료는 99.5% 이상의 순도를 가질 수 있으며, 바람직하게는 순도가 99.5 내지 99.99%일 수 있다. 또한 상기 전기 접점 재료는 약 68 내지 75 Hv 범위의 경도와, 약 65 내지 85 %IACS의 전기전도도를 가질 수 있다. The electrical contact material of the present invention can exhibit excellent hardness and electrical conductivity, including silver and carbon. Specifically, the electrical contact material may have a purity of 99.5% or more, and preferably, the purity may be 99.5 to 99.99%. In addition, the electrical contact material may have a hardness in the range of about 68 to 75 Hv, and an electrical conductivity of about 65 to 85% IACS.

상기 전기 접점 재료는 우수한 경도 및 전기전도도를 나타내므로, 내마모성과 내용착성이 요구되는 기술분야, 일례로 각종 스위치, 릴레이, 전자개폐기, 차단기 등의 모든 전기기기 내 구비되는 전기회로의 개폐 및 접촉에 관련된 전기 기구나 전기설비 등에 사용되는 것이 바람직하다. 그러나 이에 특별히 제한되지 않으며, 전술한 은-카본 나노 복합 입자가 적용될 수 있는 모든 용도에 적용 가능하다. 일례로, 촉매, 화장품, 식품, 냉장고, 의료, 의류, 코팅층, 정화 및 세척 등의 각종 용도에 기능성 분말로 사용될 수 있다. Since the electrical contact material exhibits excellent hardness and electrical conductivity, it is suitable for opening and closing electrical circuits provided in all electrical devices such as various switches, relays, electromagnetic switchgear, and circuit breaker, for example, in technical fields requiring wear resistance and welding resistance. It is preferable to be used for related electric equipment or electric equipment. However, it is not particularly limited thereto, and the above-described silver-carbon nanocomposite particles are applicable to all uses to which they can be applied. For example, it can be used as a functional powder for various uses such as catalysts, cosmetics, food, refrigerators, medical care, clothing, coating layers, purification and washing.

이하 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the following examples are only illustrative of one aspect of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

[[ 실시예Example 1] - One] - AgAg -C 나노 복합 입자의 제조Preparation of -C nanocomposite particles

100 kW급 DC 이송식 플라즈마 장비에 구비된 카본 몰드에, Ag Bulk(순도: 4N) 1kg을 장입하였다. 이후, 플라즈마 장비에 부착된 진공펌프로 플라즈마 장비 내 압력을 10-2 torr까지 감압한 후, 질소(N2)와 아르곤(Ar)의 분위기 가스(가스 유량: 150 SLM)를 주입하여 작업 진공도를 200 torr로 설정한 다음, 플라즈마 반응 가스(N2, Ar과 H2의 혼합 가스, 가스유량: 50 SLM)를 공급하고, 19.5 kW의 전력(전압: 75 V, 전류: 260 A)을 인가하여, 플라즈마를 생성시켜 20 g/min의 속도로 Ag-C 나노 복합 입자(평균 입경: 100 ㎚, 카본 미립자의 평균 입경: 10 ㎚)를 제조하였다.1 kg of Ag Bulk (purity: 4N) was charged to the carbon mold provided in the 100 kW class DC transfer plasma equipment. After that, the pressure inside the plasma equipment is reduced to 10 -2 torr with a vacuum pump attached to the plasma equipment, and the working vacuum level is increased by injecting an atmosphere gas (gas flow rate: 150 SLM) of nitrogen (N 2 ) and argon (Ar). After setting to 200 torr, a plasma reaction gas (N 2 , a mixed gas of Ar and H 2 , gas flow rate: 50 SLM) is supplied, and 19.5 kW of power (voltage: 75 V, current: 260 A) is applied. , plasma was generated to prepare Ag-C nanocomposite particles (average particle diameter: 100 nm, average particle diameter of carbon particles: 10 nm) at a rate of 20 g/min.

[[ 실시예Example 2] - 2] - AgAg -C 나노 복합 입자의 제조Preparation of -C nanocomposite particles

실시예 1에서 사용된 Ag Bulk(순도: 4N) 대신 Ag Scrap(순도: 3N) 1kg을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 Ag-C 나노 복합 입자(평균 입경: 100 ㎚, 카본 미립자의 평균 입경: 10 ㎚)를 제조하였다.Ag-C nanocomposite particles (average particle diameter: 100 nm, average particle diameter of carbon fine particles: 10 nm) was prepared.

[비교예 1][Comparative Example 1]

습식법으로 제조된 Ag 분말(희성금속社의 JU-Ag Powder)을 비교예 1로 사용하였다.Ag powder (JU-Ag Powder manufactured by Heesung Metal Co., Ltd.) prepared by a wet method was used as Comparative Example 1.

[실험예 1][Experimental Example 1]

실시예 1 내지 2에서 제조된 Ag-C 나노 복합 입자와, 비교예 1의 Ag 분말에 대한 순도 및 입자 내 불순물 함량을 유도 결합 플라즈마(Inductively coupled plasma, ICP)를 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 실시예 1 및 2에서 각각 사용된 은 원료 물질에 대한 순도 및 물질 내 불순물 함량도 유도 결합 플라즈마를 이용하여 분석하였다. 하기 표 1에서 불순물의 함량 단위는 ppm이었다.The purity of the Ag-C nanocomposite particles prepared in Examples 1 and 2 and the Ag powder of Comparative Example 1 and the impurity content in the particles were analyzed using an inductively coupled plasma (ICP), and the results were analyzed It is shown in Table 1 below. At this time, purity and impurity content in the silver raw material used in Examples 1 and 2, respectively, were also analyzed using inductively coupled plasma. In Table 1 below, the impurity content unit was ppm.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 Ag BulkAg Bulk Ag-C 나노 복합 입자Ag-C Nanocomposite Particles Ag ScrapAg Scrap Ag-C 나노 복합 입자Ag-C Nanocomposite Particles Ag 분말Ag powder 불순물impurities CuCu 6.56.5 5.65.6 305305 6.06.0 5.95.9 PdPd 00 00 1One 0.10.1 0.10.1 FeFe 0.70.7 0.50.5 3636 0.60.6 0.70.7 BiBi 00 0.10.1 22 0.10.1 00 ZnZn 44 2.52.5 55 2.02.0 2.02.0 CdCD 00 00 1313 00 00 NiNi 0.20.2 00 2121 00 00 SbSb 00 0.10.1 1One 0.10.1 00 PdPd 00 00 00 00 00 MgMg 0.30.3 0.20.2 22 0.10.1 0.20.2 AlAl 0.20.2 0.20.2 1One 0.30.3 0.40.4 MnMn 0.40.4 0.30.3 22 0.30.3 0.40.4 CaCa 0.40.4 0.40.4 2626 0.50.5 1.51.5 CrCr 0.60.6 0.60.6 44 0.80.8 0.70.7 HgHg 00 00 00 00 00 AuAu 0.60.6 0.50.5 1One 0.70.7 0.50.5 PtPt 0.60.6 0.50.5 22 0.60.6 0.80.8 총량total amount 14.514.5 11.511.5 422422 12.212.2 13.213.2 최종 순도final purity 4N4N 4N4N 3N53N5 4N4N 4N4N

측정 결과, 실시예 1 및 2에서 제조된 Ag-C 나노 복합 입자는 순도가 4N으로, 비교예 1의 Ag 분말과 마찬가지로 고순도를 갖는다. 다만, 실시예 1 및 2의 Ag-C 나노 복합 입자는 비교예 1의 Ag 분말보다 불순물의 함량이 적었다. As a result of the measurement, the Ag-C nanocomposite particles prepared in Examples 1 and 2 had a purity of 4N, and had a high purity similar to the Ag powder of Comparative Example 1. However, the Ag-C nanocomposite particles of Examples 1 and 2 contained less impurities than the Ag powder of Comparative Example 1.

게다가, 실시예 1 및 2의 Ag-C 나노 복합 입자는 각각 은 원료 물질로 사용된 Ag Bulk 및 Ag Scrap에 비해 불순물의 함량이 적었다. 특히, 실시예 2의 Ag-C 나노 복합 입자는 은 원료 물질인 Ag Scrap에 비해 순도가 높아졌다. In addition, the Ag-C nanocomposite particles of Examples 1 and 2 contained less impurities than Ag Bulk and Ag Scrap used as silver raw materials, respectively. In particular, the Ag-C nanocomposite particles of Example 2 had higher purity than Ag Scrap, which is a silver raw material.

이와 같이, 본 발명에 따른 Ag-C 나노 복합 입자는 불순물의 함량이 적고, 순도가 높다는 것을 확인할 수 있었다. 또, Ag-C 나노 복합 입자의 제조시, 플라즈마를 이용함으로써, 정제 효과가 있어, 은 원료 물질의 순도가 낮더라도 고순도의 Ag-C 나노 복합 입자를 제조할 수 있음을 알 수 있었다.As described above, it was confirmed that the Ag-C nanocomposite particles according to the present invention had a low content of impurities and high purity. In addition, it was found that, when the Ag-C nanocomposite particles are produced, high purity Ag-C nanocomposite particles can be manufactured even if the purity of the silver raw material is low because there is a refining effect by using plasma.

[실시예 3] ~ [실시예 10], 및 [비교예 2] ~ [비교예 5][Example 3] to [Example 10], and [Comparative Example 2] to [Comparative Example 5]

하기 표 2에 기재된 조건하에서 실시예 1과 동일하게 수행하여 실시예 3 내지 실시예 10의 Ag-C 나노 복합 입자, 비교예 2의 Ag 나노 복합 입자와, 비교예 3 내지 비교예 5의 복합 입자를 제조하였다.Ag-C nanocomposite particles of Examples 3 to 10, Ag nanocomposite particles of Comparative Example 2, and composite particles of Comparative Examples 3 to 5, in the same manner as in Example 1 under the conditions shown in Table 2 below was prepared.

전압
(V)
Voltage
(V)
전류
(A)
electric current
(A)
전력
(kW)
power
(kW)
분위기 가스 유량(SLM)Atmospheric gas flow (SLM) 진공도
(torr)
degree of vacuum
(torr)
몰드
재질
Mold
texture
분말 제조 속도
(g/min)
powder making speed
(g/min)
입자의
평균 입경
of particles
average particle size
실시예Example 33 7575 200200 15.015.0 150150 100100 CC 13.813.8 50 ㎚50 nm 44 7575 200200 15.015.0 150150 200200 CC 16.316.3 50 ㎚50 nm 55 7575 200200 15.015.0 150150 300300 CC 17.217.2 100 ㎚100 nm 66 7575 200200 15.015.0 150150 400400 CC 18.618.6 1 ㎛1 μm 77 7575 260260 19.519.5 150150 200200 CC 20.420.4 100 ㎚100 nm 88 7575 300300 22.522.5 150150 200200 CC 35.035.0 1 ㎛1 μm 99 6565 200200 13.013.0 150150 200200 CC 17.117.1 100 ㎚100 nm 1010 6565 300300 19.519.5 150150 200200 CC 19.319.3 1 ㎛1 μm 비교예 2Comparative Example 2 6565 200200 13.013.0 150150 200200 AgAg 14.514.5 100㎚100nm 비교예 3Comparative Example 3 6060 150150 9.09.0 150150 200200 CC 5.85.8 50 ㎚50 nm 비교예 4Comparative Example 4 100100 300300 30.030.0 150150 200200 CC 25.425.4 10 ㎛10 μm 비교예 5Comparative Example 5 7575 200200 15.015.0 150150 500500 CC 19.819.8 30 ㎛30 μm

실시예 3 내지 10에서는 은 및 카본이 균일하게 분포된 형태의 은-카본 나노 복합 입자를 제조할 수 있었으며, 플라즈마 생성 조건을 변경함에 따라 이들의 평균 입경을 수 ㎚에서 최대 1 ㎛까지 용이하게 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다.In Examples 3 to 10, silver-carbon nanocomposite particles having a uniform distribution of silver and carbon could be prepared, and their average particle diameter could be easily controlled from a few nm to a maximum of 1 μm by changing the plasma generation conditions. I was able to confirm that it could be done.

[실험예 2][Experimental Example 2]

(1) 실시예 7에서 제조된 Ag-C 나노 복합 입자와 비교예 3에서 제조된 복합 입자의 단면을 TEM으로 확인하여, 도 2 및 도 3에 각각 나타내었다. (1) Cross-sections of the Ag-C nanocomposite particles prepared in Example 7 and the composite particles prepared in Comparative Example 3 were confirmed by TEM, and are shown in FIGS. 2 and 3 , respectively.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 7의 Ag-C 나노 복합 입자는 카본 미립자가 Ag 입자의 표면 및 내부에 균일하게 분산되어 있음을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 3의 복합 입자는 카본 미립자가 Ag 입자의 표면 및 내부에 존재하지 않음을 확인할 수 있었다(도 3 참조).As can be seen from FIG. 2 , in the Ag-C nanocomposite particles of Example 7, it was confirmed that carbon particles were uniformly dispersed on the surface and inside the Ag particles. On the other hand, in the composite particles of Comparative Example 3, it was confirmed that carbon particles were not present on the surface and inside the Ag particles (see FIG. 3 ).

(2) 실시예 7에서 제조된 Ag-C 나노 복합 입자와 비교예 3에서 제조된 복합 입자의 SAD 패턴 분석을 실시하였고, 그 결과를 도 4 및 5에 각각 나타내었다.(2) SAD pattern analysis of the Ag-C nanocomposite particles prepared in Example 7 and the composite particles prepared in Comparative Example 3 was performed, and the results are shown in FIGS. 4 and 5 , respectively.

분석 결과, 실시예 7의 Ag-C 나노 복합 입자는 Ag의 spot 패턴과 C의 ring 패턴이 혼재하고 있음을 확인할 수 있었다(도 4 참조). 반면, 비교예 3의 복합 입자는 Ag의 spot 패턴과 나노 크기의 Ag의 불규칙적인 spot 패턴이 혼재하고 있었으나, C의 패턴은 확인 할 수 없었다(도 5 참조).As a result of the analysis, it was confirmed that the Ag-C nanocomposite particles of Example 7 had a spot pattern of Ag and a ring pattern of C mixed (see FIG. 4 ). On the other hand, in the composite particle of Comparative Example 3, the spot pattern of Ag and the irregular spot pattern of nano-sized Ag were mixed, but the pattern of C could not be confirmed (see FIG. 5).

(3) 비교예 4 및 5에서 제조된 복합 입자를 FESEM 장비를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 도 6 내지 도 9에 각각 나타내었다.(3) The composite particles prepared in Comparative Examples 4 and 5 were measured using FESEM equipment, and the results are shown in FIGS. 6 to 9 , respectively.

도 6 및 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 4의 복합 입자는 평균 입경이 10 ㎛인 구형이었고, 입자 표면에 카본 및 은 입자가 서로 응집하여 분포하고 있었다.As can be seen from FIGS. 6 and 7 , the composite particles of Comparative Example 4 had a spherical shape with an average particle diameter of 10 μm, and carbon and silver particles were aggregated and distributed on the particle surface.

한편, 비교예 5의 복합 입자는 평균 입경이 30 ㎛인 구형이었고, 입자 표면에 카본 입자가 미세 분포하고 있었다(도 8 및 도 9 참조).On the other hand, the composite particles of Comparative Example 5 had a spherical shape with an average particle diameter of 30 μm, and carbon particles were finely distributed on the particle surface (see FIGS. 8 and 9 ).

(4) 실시예 3 내지 10에서 각각 제조된 Ag-C 나노 복합 입자 내 카본 미립자의 함량을 FESEM 장비의 EDAX 분석 장치를 이용하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 표 3에서 카본 미립자의 함량 단위는 중량%로, 나노 복합 입자의 총량을 기준으로 하였다.(4) The content of carbon particles in each of the Ag-C nanocomposite particles prepared in Examples 3 to 10 was measured using an EDAX analyzer of FESEM equipment, and the results are shown in Table 3 below. In Table 3, the content unit of the carbon fine particles was based on the total amount of the nanocomposite particles as weight %.

실시예Example 33 44 55 66 77 88 99 1010 C 미립자 함량C particulate content 33 33 33 44 55 66 55 55

[[ 제조예manufacturing example 1] - 전기1] - electricity 접점 재료의 제조 Manufacture of contact material

실시예 7에서 제조된 Ag-C 나노 복합 입자를 900 ℃의 진공로에서 10시간 동안 소결시켜 소결체를 얻은 다음, 상기 소결체를 500℃에서 고온 압축하여 압축재(밀도: 99% 이상)를 얻은 후, 이를 압출시켜 전기 접점 재료를 제조하였다.The Ag-C nanocomposite particles prepared in Example 7 were sintered in a vacuum furnace at 900° C. for 10 hours to obtain a sintered body, and then the sintered body was compressed at a high temperature at 500° C. to obtain a compression material (density: 99% or more) , it was extruded to prepare an electrical contact material.

[비교 [comparison 제조예manufacturing example 1] - 전기 접점 재료의 제조 1] - Manufacture of electrical contact material

95 중량%의 Ag 분말과 5 중량%의 카본 분말을 균일하게 혼합하여 혼합 분말을 얻었다. A mixed powder was obtained by uniformly mixing 95 wt% of Ag powder and 5 wt% of carbon powder.

이후, 제조예 1에서 사용된 Ag-C 나노 복합 입자 대신 상기 혼합 분말을 사용하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일하게 수행하여 전기 접점 재료를 제조하였다.Thereafter, an electrical contact material was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the mixed powder was used instead of the Ag-C nanocomposite particles used in Preparation Example 1.

[비교 [comparison 제조예manufacturing example 2] - 전기 접점 재료의 제조 2] - Manufacture of electrical contact material

Ag-C 나노 복합 입자 대신 순은 분말을 사용하는 것을 제외하고는, 제조예 1과 동일하게 수행하여 전기 접점 재료를 제조하였다.An electrical contact material was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that pure silver powder was used instead of Ag-C nanocomposite particles.

[[ 실험예Experimental example 3] - 3] - AgAg -C 나노 복합 입자 내 카본 미립자의 분산성 평가-C evaluation of dispersibility of carbon fine particles in nanocomposite particles

제조예 1 및 비교 제조예 1에서 각각 제조된 전기 접점 재료의 단면을 SEM으로 확인하였고, 그 결과를 도 10 및 11에 각각 나타내었다.The cross-sections of the electrical contact materials prepared in Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1, respectively, were confirmed by SEM, and the results are shown in FIGS. 10 and 11, respectively.

비교 제조예 1에서 제조된 전기 접점 재료의 SEM 사진에서는 카본 분말이 그대로 존재하였고, 카본 분말이 복합 입자 내에 불균일하게 분포하였으며, 부분적으로 응집하여 뭉쳐 있는 형태임을 알 수 있었다(도 10 참조). 반면, 제조예 1에서 제조된 전기 접점 재료의 SEM 사진에서는 별도의 카본 미립자를 확인할 수 없었다(도 11 참조). In the SEM photograph of the electrical contact material prepared in Comparative Preparation Example 1, the carbon powder was present as it was, and it was found that the carbon powder was non-uniformly distributed in the composite particles, and partially aggregated to form agglomerates (see FIG. 10 ). On the other hand, in the SEM photograph of the electrical contact material prepared in Preparation Example 1, separate carbon particles could not be identified (see FIG. 11 ).

이로부터 본 발명에 따른 나노 복합 입자는 카본이 미립자 형태로, 나노 복합 입자의 표면 및 내부에 전체적으로 균일하게 분산되어 있음을 간접적으로 확인할 수 있었다.From this, it could be indirectly confirmed that in the nanocomposite particles according to the present invention, carbon was uniformly dispersed throughout the surface and inside of the nanocomposite particles in the form of fine particles.

[[ 실험예Experimental example 4] - 전기 접점 재료의 물성 평가 4] - Evaluation of physical properties of electrical contact materials

제조예 1과 비교 제조예 1 및 2에서 각각 제조된 전기 접점 재료의 전기전도도 및 경도를 하기와 같이 각각 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.The electrical conductivity and hardness of the electrical contact materials prepared in Preparation Example 1 and Comparative Preparation Examples 1 and 2, respectively, were measured as follows, and the results are shown in Table 4 below.

여기서, 경도는 비커스 경도계를 사용하였으며, 하중 300g에서 10초 동안 유지한 후 측정하였다. 또한 전기전도도는 비저항을 측정한 후 단위 환산을 통해 %IACS로 나타내었다.Here, the hardness was measured using a Vickers hardness tester and maintained for 10 seconds under a load of 300 g. In addition, electrical conductivity was expressed as %IACS through unit conversion after measuring specific resistance.

제조예 1Preparation Example 1 비교 제조예 1Comparative Preparation Example 1 비교 제조예 2Comparative Preparation Example 2 경도(Hv)Hardness (Hv) 7171 6565 5555 전기전도도(%IACS)Electrical Conductivity (%IACS) 65~7565-75 60~6560~65 99~10099 to 100

표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 전기 접점 재료는 비교 제조예 1 및 2의 전기 접점 재료보다, 전기전도도 및 경도 면에서 우수한 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 4, it was confirmed that the electrical contact material manufactured by the present invention had superior properties in terms of electrical conductivity and hardness than the electrical contact materials of Comparative Preparation Examples 1 and 2.

구체적으로, 기존 분말혼합법에 의해 제조된 비교 제조예 1의 전기 접점 재료는 경도가 65 Hv를 나타내었다. 이에 비해, 제조예 1의 전기 접점 재료의 경도는 71 Hv를 나타내었다. 또한 비교 제조예 1의 전기전도도는 60~65 %IACS인 것에 비해, 제조예 1의 전기전도도는 65~75 % IACS를 나타내었다.Specifically, the electrical contact material of Comparative Preparation Example 1 prepared by the conventional powder mixing method exhibited a hardness of 65 Hv. In contrast, the hardness of the electrical contact material of Preparation Example 1 was 71 Hv. In addition, while the electrical conductivity of Comparative Preparation Example 1 was 60 to 65 % IACS, the electrical conductivity of Preparation Example 1 was 65 to 75 % IACS.

따라서 본 발명의 은-카본-금속계 나노 복합입자를 포함하는 전기접점 재료는 높은 경도와 우수한 전기전도도를 보유함에 따라 내용착성과 내소모성이 향상된 전기접점 재료로서 유용하게 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다.Therefore, it was confirmed that the electrical contact material comprising the silver-carbon-metal-based nanocomposite particles of the present invention can be usefully used as an electrical contact material with improved welding resistance and wear resistance as it has high hardness and excellent electrical conductivity.

10: 은-카본 나노 복합 입자, 11: 은 입자,
12: 카본 미립자
10: silver-carbon nanocomposite particles, 11: silver particles,
12: carbon fine particles

Claims (11)

카본계 플라즈마 몰드를 이용한 플라즈마법에 의해 제조되고,
은 입자; 및
플라즈마에 의해 상기 카본계 플라즈마 몰드의 적어도 일부가 상 변화(phase transition)하거나 또는 탈리하여 생성되어 평균 입경이 5 내지 20 ㎚이고, 상기 은 입자의 표면 및 내부에 분산된 카본 미립자
를 포함하고,
상기 은 입자와 카본 미립자는 90:10 ~ 96:4 중량 비율로 포함되어 있는 은-카본 나노 복합 입자.
Manufactured by a plasma method using a carbon-based plasma mold,
silver particles; and
At least a portion of the carbon-based plasma mold is generated by a phase transition or desorption by plasma, and has an average particle diameter of 5 to 20 nm, and carbon particles dispersed on the surface and inside of the silver particles.
including,
The silver particles and carbon particles are included in a weight ratio of 90:10 to 96:4 silver-carbon nanocomposite particles.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
평균 입경이 10 내지 1,000 ㎚인 은-카본 나노 복합 입자.
According to claim 1,
A silver-carbon nanocomposite particle having an average particle diameter of 10 to 1,000 nm.
제1항에 있어서,
95 내지 99.9 % 범위의 순도, 68 내지 75 Hv 범위의 경도, 및 65 내지 85 %IACS 범위의 전기전도도를 갖는 은-카본 나노 복합 입자.
According to claim 1,
Silver-carbon nanocomposite particles having a purity in the range of 95 to 99.9%, a hardness in the range of 68 to 75 Hv, and an electrical conductivity in the range of 65 to 85% IACS.
제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 기재된 은-카본 나노 복합 입자를 포함하는 전기 접점 재료.An electrical contact material comprising the silver-carbon nanocomposite particles according to any one of claims 1, 4 and 5. 제6항에 있어서,
68 내지 75 Hv 범위의 경도, 및 65 내지 85 %IACS 범위의 전기전도도를 갖는 전기 접점 재료.
7. The method of claim 6,
An electrical contact material having a hardness in the range of 68 to 75 Hv, and an electrical conductivity in the range of 65 to 85% IACS.
(S100) 반응 챔버의 카본(carbon)계 플라즈마 몰드에 은(Ag) 원료 물질을 장입하는 단계; 및
(S200) 상기 반응 챔버의 진공도를 0 내지 400 torr 범위로 설정하고, 인가 전력을 10 내지 22.5 kW 범위로 조절하여 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에 의해 카본계 플라즈마 몰드의 적어도 일부가 상 변화(phase transition)하거나 또는 탈리하여 카본 미립자가 은 입자의 표면 및 내부에 분산되는 생성되는 은-카본 나노 복합 입자를 형성하는 단계
를 포함하여 제1항에 기재된 은-카본 나노 복합 입자의 제조방법.
(S100) loading a silver (Ag) raw material into a carbon-based plasma mold of the reaction chamber; and
(S200) The vacuum degree of the reaction chamber is set in the range of 0 to 400 torr, the applied power is adjusted in the range of 10 to 22.5 kW to generate plasma, and at least a portion of the carbon-based plasma mold is phase-changed by the generated plasma ( phase transition) or desorption to form silver-carbon nanocomposite particles in which carbon particles are dispersed on the surface and inside of the silver particles
The method of claim 1, including silver-carbon nanocomposite particles.
제8항에 있어서,
상기 (S200) 단계에서,
상기 반응 챔버에는 불활성 기체, 또는 불활성 기체와 수소 가스가 혼합된 반응 가스가 공급되고,
상기 반응 가스의 유량은 50 내지 200 SLM 범위인 은-카본 나노 복합 입자의 제조방법.
9. The method of claim 8,
In the step (S200),
An inert gas or a reaction gas in which an inert gas and hydrogen gas are mixed is supplied to the reaction chamber,
The flow rate of the reaction gas is in the range of 50 to 200 SLM-A method of producing a carbon nanocomposite particle.
제8항에 있어서,
상기 (S200) 단계에서,
상기 반응 챔버에는 200 내지 260 A 범위의 전류 및 50 내지 75 V의 전압이 인가되는 은-카본 나노 복합 입자의 제조방법.
9. The method of claim 8,
In the step (S200),
A current in the range of 200 to 260 A and a voltage of 50 to 75 V are applied to the reaction chamber. A method of manufacturing silver-carbon nanocomposite particles.
삭제delete
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