KR102473151B1 - 기능성 복합 분말의 제조방법 및 기능성 복합 분말 - Google Patents
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-
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Abstract
본 발명은, 기능성 복합 분말의 제조방법 및 기능성 복합 분말에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 금속재 분말 및 이식 소재를 준비하는 단계; 상기 금속재 분말 및 이식 소재를 혼합기에 투입하는 단계; 및 상기 혼합기 내에서 상기 금속재 분말 및 상기 이식 소재에 운동에너지를 가하여 기능성 복합 분말을 형성하는 단계;를 포함하는, 기능성 복합 분말의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 기능성 복합 분말에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 금속 3D 프린팅 소재로 적용 가능한 기능성 복합 분말의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 기능성 복합 분말에 관한 것이다.
금속 3D 프린팅 기술의 등장으로 금속 분말 시장의 성장 및 합금 분말의 수요가 증가하고 있고, 금속 3D 프린팅은 원료의존적 기술로서 기존의 기술에 의한 통상적인 합금 분말 보다는 금속 3D 프린팅 기술에 활용할 수 있는 기능성 특수 분말에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다.
금속 3D 프린팅은, 다품종 소량 생산을 강점으로 하는 기술로서 이 강점을 온전히 살리기 위해서는 다양한 분말의 공급이 원활해야하나 현재로서는 원료 분말의 다양성이 부족하다. 금속 3D 프린팅 원료로 현재 상업용 복합재 분말은, 존재하지 않거나 조성의 정밀 제어가 가능한 분말 또한 전무한 상태이다. 특히 금속 3D 프린팅 원료로 금속 분말에 목표 물질을 탑재하는 기술 또는 구형화하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있으나, 제조공정이 복잡하고 고가의 장비가 필요하거나 금속 3D 프린팅 공정에 실제 적용 가능한 물성 및 품질을 확보하는데 기술적 어려움이 있다. 즉, 구형 분말의 표면에 Fluidized bed를 이용한 화학적 증착법(CVD)을 통해 탄소 나노튜브를 분산 및 코팅하는 방법(Liu, Yu, et al. "Planting carbon nanotubes within Ti-6Al-4V to make high-quality composite powders for 3D printing high-performance Ti-6Al-4V matrix composites." Scripta Materialia 183 (2020): 6-11)이 보고되었으나, 고가의 복잡합 공정인 CVD 코팅이 이용되고, 물질의 함량 제어가 어렵고, CVD 공정에 적용 가능한 재료의 범위가 제한된다. 또한, 기계적합금화를 통해 비구형의 합금 분말을 제작한 후, 플라즈마구형화 공정을 통해 구형의 3D 프린팅용 분말을 제작하는 방법이 보고되었으나, 공정이 복잡하고 재료의 열안정성 등에 의해서 플라즈마 기술에 적용 가능한 재료가 제한된다.
본 발명은, 상기 언급한 문제점을 해결하기 위해서, 분말입자의 운동량 제어를 통해 금속재 분말에 기능성 이식 소재의 탑재, 금속재 분말 형상의 구형화 또 는 이 둘을 구현하여, 기존의 화학증착법, 플라즈마구상화 등을 이용하는 공정에 비하여 공정의 효율을 향상시키고, 적용 가능한 금속재 및 이식 소재의 범위를 확대시킬 수 있는, 기능성 복합 분말의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 다양한 기능성 이식 소재가 코팅되거나 분산되고 구형상의 차세대 금속 3D 프린팅용 소재로 활용할 수 있으며, 분말입자의 분산성의 확보 및 이식 소재의 손실을 최소화시키고, 복합재 기법에 의해 3D 프린팅된 물체 (또는, 제품)의 미세구조, 조성, 물성 및/또는 성능을 제어할 수 있는, 기능성 복합 분말을 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 금속 3D 프린팅용 기능성 복합 분말을 이용한 금속 3D 프린팅 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 금속 3D 프린팅용 기능성 복합 분말로 금속 3D 프린팅된 제품을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 금속재 분말 및 이식 소재를 준비하는 단계; 상기 금속재 분말 및 이식 소재를 혼합기에 투입하는 단계; 및 상기 혼합기 내에서 상기 금속재 분말 및 상기 이식 소재에 운동에너지를 가하여 기능성 복합 분말을 형성하는 단계;를 포함하는, 기능성 복합 분말의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기능성 복합 분말을 형성하는 단계는, 하기의 식 1에서 계산된 운동 에너지를 가하여 금속재 분말 및 이식 소재 입자의 운동량을 제어하는 것일 수 있다.
[식 1]
(여기서, 
는, 금속재 분말의 속도이고, 
는, 금속재의 밀도이며, 
는, 금속재의 크기이고, 
은, 이식 소재의 변형에 필요한 에너지이다.)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 식 1에서 
은, 하기의 식 2에 의해 계산되는 것일 수 있다.
[식 2]
(여기서, 
와 
는, 각각, 이식 소재의 특성과 형상에 지배되는 요인이고, 
는, 이식 소재의 크기이다.)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기능성 복합 분말을 형성하는 단계는, 상기 식 1에 따른 운동 에너지에 상응하는 회전력, 진동 또는 이 둘을 가하여 금속재 분말 및 이식 소재 입자의 운동량을 제어하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기능성 복합 분말을 형성하는 단계는, 상기 금속재 입자 상에 이식 소재층이 형성된 구형의 기능성 복합 분말을 형성하거나 또는, 상기 금속재 입자를 구형화하고, 상기 구형화된 금속재 입자 상에 이식 소재층이 형성된 구형의 기능성 복합 분말을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속재는, 금속, 합금 및 금속간 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 분말을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속은, Ti, Ta, Se, Sb, Sn, Mg, Mo, Mn, Cr, Zn, Zr, Li, V, Ga, Ge, Fe, Ni, Nb, Cr, Co, Cu, W, Re, Os, Ir, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Rh, U, Th, Pu, Al, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 합금은, Ti, Ta, Se, Sb, Sn, Mg, Mo, Mn, Cr, Zn, Zr, Li, V, Ga, Ge, Fe, Ni, Nb, Cr, Co, Cu, W, Re, Os, Ir, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Rh, U, Th, Pu, Al, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이식 소재는, 상기 금속재 분말과 동일하거나 또는 상이한 물질을 포함하고, 상기 이식 소재는, 상기 금속재 분말 보다 작은 크기의 입자를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이식 소재는, 금속성 물질, 비금속성 물질 또는 이 둘을 포함하고, 상기 이식 소재는, 금속, 합금, 금속기지복합재, 금속간 화합물, 탄소계 물질, 질소계 물질, 규소계 물질, 맥신계 물질, 칼코제나이드계 물질, 산화물계 물질, 붕소계 물질, 금속염, 세라믹 및 폴리머로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속재 분말 및 상기 이식 소재를 혼합기에 투입하는 단계에서 상기 이식 소재는, 상기 금속재 분말 100 중량부에 대해 0 중량부 초과 내지 100 중량부로 투입되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 금속재 입자 상에 이식 소재층이 형성되고, 상기 이식 소재층은, 이식 소재의 분산층, 쉘층 또는 이 둘을 포함하고, 상기 이식 소재층은, 기계적 잔류응력을 포함하는 것인, 구형인, 기능성 복합 분말에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이식 소재층은, 단일층 또는 복수층을 포함하고, 상기 이식 소재층의 두께는, 0.01 μm 내지 15 μm이고, 상기 이식 소재층 중 적어도 일부분은, 상기 금속재 입자 내에 침투된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기능성 복합 분말의 크기는, 10 μm 내지 200 μm이고, 상기 금속재 입자는, 구형화된 금속재 입자이고, 상기 구형화된 금속재 입자의 표면은, 위성-프리(free)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 분산층은, 1종 또는 2종 이상의 이식 소재를 포함하고, 상기 분산층은, 상기 금속재 입자, 상기 쉘층 또는 이 둘 상에 분산되어 도포된 이식 소재를 포함하고, 상기 분산층은, 단일 또는 복수층이고, 상기 분산층은, 상기 금속재 입자, 상기 쉘층 또는 이 둘의 내부에 일부분이 침투된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 쉘층은, 상기 금속재 입자, 상기 분산층 또는 이 둘을 둘러싸는 이식 소재를 포함하고, 상기 쉘층은, 단일 또는 복수층이고, 상기 복수층은, 동일하거나 또는 성분, 두께 또는 이 둘이 상이한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 쉘층의 표면은, 위성-프리(free)인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 쉘층은, 미세 결정립을 포함하고, 상기 미세 결정립은, 서브마이크로 단위의 결정립인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 쉘층은, 1종 또는 2종 이상의 이식 소재를 포함하고, 상기 쉘층은, 쉘층의 베이스 물질인 제1 이식 소재를 포함하고, 상기 제1 이식 소재의 매트릭스 내에 분산된 제2 이식 소재를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이식 소재층은, 상기 금속재 입자 상에 형성된 제1 분산층; 및 상기 제1 분산층을 둘러싸는 쉘층; 을 포함하고, 상기 쉘층 상에 형성된 제2 분산층을 더 포함하고, 상기 제1 분산층 중 일부분은, 상기 금속재 입자 내부에 침투된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이식 소재층은, 상기 금속재 입자 상에 형성된 제1 쉘층; 및 상기 제1 쉘층 상에 형성되고, 제1 쉘층을 둘러싸는 제2 쉘층;을 포함하고, 상기 제1 쉘층, 상기 제2 쉘층 또는 이 둘 상에 형성된 분산층을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 탄소계 물질은, 탄소입자, 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 카본 섬유, 탄소나노튜브, 플러렌(fullerene), 그래핀, 산화그래핀, 환원그래핀, 탄화물 및 활성탄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 질소계 물질, 규소계 물질, 맥신계 물질, 칼코제나이드계 물질, 산화물계 물질 및 붕소계 물질은, 각각, C, Al, Si, Ti, Zr, Ta, Mg, Be, Ba, Zn, Cr, Ce, Y, Sn, W, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Ta, La 및 B로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금속염은, 질산염, 황산염, 아세트산염, 아세토아세트산염, 할로겐화염, 탄산염 카르복실산염, 과염소산염, 시안화염, 시안산염, 술폰산염 및 인삼염으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 맥신계 물질은, 전이금속, 13족 및 14족 원소 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 식 1에서 계산된 운동 에너지는, 1 μJ 내지 10 mJ인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기능성 복합 분말은, 금속 3D 프린팅용이고, 금속, 합금, 금속간 화합물, 산화물, 핵생성 물질 및 나노세라믹 강화재 중 적어도 하나 이상의 기능성 소재를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은, 분말입자의 운동량 제어를 통해서 강화재, 핵생성 물질 등과 같은 동종 또는 이종의 기능성 코팅층을 가지면서 구형상을 유지하고, 3D 프린팅 소재로 활용될 수 있는, 고부가가치 기능성 복합 분말을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은, 다양한 형태의 금속재를 투입하여도 금속재 분말의 구형상의 확보가 가능하고, 기존의 CVD 공정에서 불가능한 물질인 유기물, 세라믹스 등의 비금속 재료, 텅스텐 등의 고융점 원소, 금속 분말 등의 적용이 가능하여 소재 범위를 확대시키고, 금속 3D 프린팅 공정을 통해 소재의 물성, 조성 등을 제어할 수 있는 다기능성 분말 소재를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명은, 금속 3D 프린팅 공정에서 복합재 기법을 가능하게하여, 3D 프린팅으로 제조된 제품의 기계적 물성, 내마모성, 피로강도 증가 등의 물성 제어 효과를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 기능성 복합 분말의 제조방법의 공정 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 기능성 복합 분말의 구성과, 기능성 복합 분말에 탑재된 다양한 이식 소재에 대한 예를 나타낸 것이다.
도 3a 내지 도 3c는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 기능성 복합 분말의 입자 구성을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 기능성 복합 분말의 구성과, 기능성 복합 분말에 탑재된 다양한 이식 소재에 대한 예를 나타낸 것이다.
도 3a 내지 도 3c는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 기능성 복합 분말의 입자 구성을 예시적으로 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 기능성 복합 분말의 제조방법, 기능성 복합 분말 및 그 활용에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은, 기능성 복합 분말의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 분말입자의 운동량 제어를 통해 금속재 입자 상에 이식 소재층을 코팅시키거나 및/또는 금속 소재 입자를 구형화하여 구형의 기능성 복합 분말을 제조할 수 있다. 상기 제조방법은, 열, 플라즈마 등의 적용 없이 단순한 운동량 제어를 통해 제조 공정의 단순화 및 효율성을 개선시키고, 다양한 소재의 적용이 가능하여 소재적 자유도를 부여할 수 있다. 또한, 본 발명은, 기존 방식으로 생산이 불가능한 금속 3D 프린팅용 고정밀 및 고처리량(high-throughput)의 구형 금속재 분말을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1을 참조하면, 상기 제조방법은, 금속재 분말 및 이식 소재를 준비하는 단계(S100); 금속재 분말 및 이식 소재를 혼합기에 투입하는 단계(S200); 및 혼합기 내에서 상기 금속재 분말 및 상기 이식 소재에 운동에너지를 가하여 기능성 복합 분말을 형성하는 단계(S300);를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 금속재 분말 및 이식 소재를 준비하는 단계(S100)는, 분말입자의 운동량 제어를 통해 금속재 입자 상에 이식 소재층의 형성이 가능한 물질이라면 제한 없이 적용될 수 있다. 상기 금속재 분말은, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 준금속 등을 포함하는 금속 (예를 들어, 금속 분말), 합금 및 금속간 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 금속은, Ti, Ta, Se, Sb, Sn, Mg, Mo, Mn, Cr, Zn, Zr, Li, V, Ga, Ge, Fe, Ni, Nb, Cr, Co, Cu, W, Re, Os, Ir, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Rh, U, Th, Pu, Al, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 합금은, Ti, Ta, Se, Sb, Sn, Mg, Mo, Mn, Cr, Zn, Zr, Li, V, Ga, Ge, Fe, Ni, Nb, Cr, Co, Cu, W, Re, Os, Ir, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Rh, U, Th, Pu, Al, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 합금을 포함할 수 있다. 상기 합금은, 1종 이상, 2 종 이상, 3종 이상 또는 4종 이상의 금속을 포함하고, 강철, 탄소강(Carbon steel), 스테인레스강(Stainless steel), 금속 합금(alloy) 등일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 금속간 화합물은, Ti, Ta, Se, Sb, Sn, Mg, Mo, Mn, Cr, Zn, Zr, Li, V, Ga, Ge, Fe, Ni, Nb, Cr, Co, Cu, W, Re, Os, Ir, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Rh, U, Th, Pu, Al, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 금속간 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 금속재 분말은, 다양한 형상 및 크기로 적용 가능하고, 본 발명에 의한 제조방법에서 상기 금소재 분말은, 구형이 아닌 저가 분말(예를 들어, 벌크 분말)의 적용이 가능하고, 본 발명에 의한 제조방법에 의해서 이식 소재의 코팅 및/또는 구형화가 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이식 소재는, 상기 금속재 분말과 동일하거나 또는 상이한 물질을 포함하고, 예를 들어, 금속성 물질; 유기물, 무기물, 세라믹 등의 비금속성 물질; 또는 이 둘을 포함하고, 예를 들어, 이식 소재는, 금속, 합금, 금속기지복합재, 금속간 화합물, 탄소계 물질, 질소계 물질, 규소계 물질, 맥신계 물질, 칼코제나이드계 물질, 산화물계 물질, 붕소계 물질, 금속염, 세라믹, 폴리머 등일 수 있다. 또한, 상기 이식 소재는, 기능에 따라 금속, 합금, 금속간 화합물 등의 표면 합금화 물질; 산화물; 핵생성 시드; 나노세라믹 강화재 등의 강화재; 등의 기능성 소재로 분류될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 금속, 합금, 금속기지복합재 및 금속간 화합물은, 각각, Ti, Ta, Se, Sb, Sn, Mg, Mo, Mn, Cr, Zn, Zr, Li, V, Ga, Ge, Fe, Ni, Nb, Cr, Co, Cu, W, Re, Os, Ir, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Rh, U, Th, Pu, Al, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택될 적어도 하나 이상을 포함하고, 이는 상기 금속재에서 언급한 바와 같다.
본 발명의 일 예로, 상기 탄소계 물질은, 입자, 섬유, 튜브, 판상형, 시트, 와이어, 플레이트렛 등의 형태를 가지며, 동종의 탄소계 물질 및 이종 원소를 갖는 탄소계 물질 등일 수 있다. 예를 들어, 탄소입자, 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 카본 섬유, 탄소나노튜브, 플러렌(fullerene), 그래핀, 산화그래핀, 환원그래핀, 탄화물, 및 활성탄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 탄화물은, B, Al, Si, Ti, Zr, Ta, Mg, Be, Ba, Zn, Cr, Ce, Y, Sn, W, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Ta, La, 및 B로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나 , 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예로, 상기 핵생성 시드는, 금속 또는 금속 화합물 입자의 결정핵 생성 및 성장을 위한 원료에 해당되고, 예를 들어, 적층 미세구조 제어용 기능성 복합 분말을 제조에 활용될 수 있다. 예를 들어, 상기 핵생성 시드는, 금속 함유 유기물 및 무기물 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 보다 구체적으로, 금속 카바이드; 금속배위화합물, 질산염, 황산염, 아세트산염, 아세토아세트산염, 할로겐화염, 탄산염, 옥살산염, 락트산염, 스테아르산염 등의 카르복실산염, 과염소산염, 시안화염, 시안산염, 술폰산염, 인삼염 등의 금속염 및 금속 착화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 금속은, 전이금속, 알칼리토금속, 귀금속 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예로, 상기 질소계 물질은, C, Al, Si, Ti, Zr, Ta, Mg, Be, Ba, Zn, Cr, Ce, Y, Sn, W, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Ta, La, 및 B로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 질화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예로, 상기 규소계 물질은, C, Al, Si, Ti, Zr, Ta, Mg, Be, Ba, Zn, Cr, Ce, Y, Sn, W, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Ta, La, 및 B로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 규화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예로, 산화물계 물질은, 각각, C, Al, Si, Ti, Zr, Ta, Mg, Be, Ba, Zn, Cr, Ce, Y, Sn, W, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Ta, La, 및 B로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 산화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예로, 상기 붕소계 물질은, C, N, Al, Si, Ti, Zr, Ta, Mg, Be, Ba, Zn, Cr, Ce, Y, Sn, W, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Ta, La 및 B로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 붕화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예로, 상기 맥신계 물질은, 2차원 평면 구조를 가지며, M2X, M3X2, M4X3 등으로 표시되는 세라믹 물질이며, 여기서, M은 전이금속, 13족 및 14족 원소되고, X는 산소, 탄소, 질소 등에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 전이금속 탄소 또는 질소가 결합된 육방정계 층상 구조형 탄화물 또는 질화물일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 칼코제나이드계 물질(chalcogenide)은, 16족 원소 및 양전성 원소를 포함하는 화합물이며, 예를 들어, MX2 (여기서, M은 Mo, W, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Tc, Re, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt 중 적어도 어느 하나이고, X는 S, Se, Te 중 적어도 어느 하나이다.)로 표시되는 전이금속 칼코제나이드계 물질이며, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예로, 상기 이식 소재는, 입자, 섬유, 튜브, 판상형, 층상형, 시트, 와이어, 나노플레이트렛, 니들 등의 형태를 가지며, 2차원 평면구조 등의 2차원 구조, 3차원 구조일 수 있다. 상기 이식 소재는, 상기 금속재 분말 보다 작은 크기의 입자를 포함할 수 있다. 상기 이식 소재의 크기는, 나노사이즈뿐만 아니라 마이크로사이즈까지 적용 가능하며, 0.1 nm 내지 10 μm; 또는 10 nm 내지 10 μm에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 금속성 물질인 경우, 1 μm 내지 30 μm 크기를 포함하고, 칼코제나이드 맥신 세라믹스 등의 비금속성 물질인경우 10 nm 내지 10 μm를 포함할 수 있다. 상기 크기는, 이식 소재의 형태에 따라 직경, 두께, 높이, 길이, 너비 등을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 금속재 분말 및 이식 소재를 혼합기에 투입하는 단계(S200)에서 상기 이식 소재는, 상기 금속재 분말 100 중량부에 대해 0 중량부 초과; 0.001 중량부 이상; 0 중량부 초과 내지 100 중량부; 0.01 중량부 내지 70 중량부; 0.1 중량부 내지 60 중량부; 1 중량부 내지 50 중량부; 또는 10 중량부 내지 30 중량부;로 투입되며, 상기 범위 내에 포함되면 균일한 코팅층의 형성과 이식 소재에 의한 기능성 발현에 유리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 금속재 분말 및 이식 소재에 운동에너지를 가하여 기능성 복합 분말을 형성하는 단계(S300)는, 하기의 식 1에 따라 계산된 운동 에너지를 가하여 입자의 운동량을 제어함으로써, 금속재 입자 상에 이식소재를 코팅하여 기능성 복합 소재를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속재 입자 상에 이식 소재층이 형성된 구형의 기능성 복합 분말을 형성하거나 및/또는 상기 금속재 입자를 구형화하고, 상기 구형화된 금속재 입자 상에 이식 소재층이 형성된 구형의 기능성 복합 분말을 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 하기의 식 1에서 소재에 따라 계산된 운동 에너지를 가하여 분말 입자 운동량을 정밀하게 제어하여 충돌법에 의한 분말 표면을 제어하고, 금속재 분말 상에 이식 소재층의 코팅 및/또는 금속재 분말의 구형화가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 금속재 입자 상에 이식 소재층이 형성된 구형의 기능성 복합 분말을 형성하거나 또는, 상기 금속재 입자를 구형화하고, 상기 구형화된 금속재 입자 상에 이식 소재층이 형성된 구형의 기능성 복합 분말을 형성할 수 있다. 상기 이식 소재층에 의한 복합화 및/또는 금속재 분말의 구형화로 금속 3D 프린팅용 공정에 적용 가능한 적층용 분말 소재를 제공할 수 있다. 또한, 구형이 아닌 다양한 형상을 갖는 저가의 금속재 분말의 적용이 가능하고, 상기 이식 소재를 금속재 분말에 균일하게 분산 및 탑재시킬 수 있다. 상기 이식 소재는, 금속재 분말과 동일하거나 상이한 성분이고, 1종 성분 또는 2종 이상의 성분으로 구성될 수 있다. 이식 소재는, 식 1에 따른 운동량의 정밀한 제어를 통해서 금속재 분말의 입자 표면층뿐만 아니라 내부까지 분산시킬 수 있다. 또한, 다양한 이식 소재를 적용하여 이식 소재 코팅층의 표면 및/또는 깊이 방향에 따라 상이한 물질로 이루어진 복수층을 형성할 수 있다. 또한, 이식 소재가 표면이 아닌 코팅층 (즉, 이식소재층) 내부에 분산이 가능하므로, 2차원적 분산이 아닌 3차원적 분산을 달성하고, 응집방지 효과와 이식 소재의 접착력을 개선시켜 이식 소재의 손실율을 낮출 수 있다. 또한, 구형화된 기능성 복합 소재의 형성이 용이하고, 금속재 분말의 입자 표면 거칠기 증가에 의한 흐름성 감소를 방지하여 분말간 응착을 방지하므로, 조대분말의 형성을 방지할 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 하기의 식 1에 따른 운동량 제어를 통해서 기존의 열, 플라즈마, 수분 등의 공정 환경에 의해 소재의 제한을 해결하여 유기물, 무기물, 금속 등의 다양한 소재의 적용이 가능하며, 제1 층 및 제2층과 같이 복수층이 가능하고, 표면 합금화, 강화재 등의 기능성 물질이 이식된 복합 분말, 핵생성 시드의 이식으로 분말야금, 주조, 적층 제조시 결정립 생성의 시작점을 제공함과 동시에 이를 제어함으로써, 미세구조 제어 기능을 갖는 복합 분말 등의 기능성 복합 소재를 제공할 수 있다.
[식 1]
식 1에서 
는, 금속재 분말의 속도, 
는, 금속재의 밀도, 
는 금속재의 크기 이다. 
은 이식 소재의 변형에 필요한 에너지 이고, 식 2에 의해서 계산된다.
[식 2]
식 2에서 
와
는, 이식 소재의 특성과 형상에 지배되는 요인이고, 
는 이식 소재의 크기이다.
본 발명의 일 예로, 상기 식 1에서 계산된 운동 에너지는, 이식 소재 및 금속재 분말에 따라 변경되며, 예를 들어, 1 μJ 이상; 1 μJ 내지 10 mJ, 1 μJ 내지 5 mJ; 또는 1 μJ 내지 1 mJ 일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 식 1에 따라 운도 에너지에 상응하는 운동 속도를 부여하고 운동량을 제어할 수 있고, 예를 들어, 식 1에 따라 회전력, 진동에 의한 왕복 운동 등을 가하여 금속재 분말 및 이식 소재 입자의 운동량을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 식 1에 따라 운동에너지를 계산하는 단계(S400);를 더 포함하고, 단계(S400)는, 기능성 복합 분말을 형성하는 단계(S300) 이전, 중 또는 이 둘 모두에 적용될 수 있다.
본 발명은, 기능성 복합 분말에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기능성 복합 분말은, 본 발명에 의한 기능성 복합 분말의 제조방법으로 제조되며, 금속재 입자 상에 이식 소재층이 형성된 구형인 기능성 복합 분말일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기능성 복합 분말에서 상기 이식 소재층은, 본 발명에 의한 제조방법으로 제조되기에 기계적 잔류응력을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속재 영역의 표면은, 물리적 충돌에 의한 변형이 이루어지므로, 기계적인 인터로킹(interlocking) 효과를 제공할 수 있다. 또한, 금속 물질뿐만 아니라 비금속 물질까지 물질 범위의 확대가 가능하고, 다양한 고상의 분말 형태의 물질을 기능성 복합 분말 입자에 이식할 수 있으므로, 다양한 소재적 자유도를 부여할 수 있다.
예를 들어, 상기 이식 소재층의 도입으로 산화물 분산 강화 기능으로 제품의 고내열성 확보 및 기능 향상 효과를 제공하고, 제품의 기계적 특성, 생체 적합성 향상 등의 제품의 물성 및 특성 제어에 활용될 수 있다. 또한, 표면 합금화로 금속 3D 프린팅 공정 가능한 합금 분말, 미세 구조 제어 가능한 분말 등을 제공하여 인쇄 제품의 물성 제어 및 기능 추가 또는 기능 향상을 통해 다양한 응용분야에 활용 가능한 소재 및 제품을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 3a를 참조하며, 상기 기능성 복합 소재는, 금속재 입자(10)의 코어 및 금속재 입자(10) 상에 코팅된 이식 소재층(20)을 포함하는 기능성 복합 분말을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 금속재 입자(10)는, 본 발명에 의한 제조방법에 의해서 구형화된 금속재 입자이며, 이식 소재층(20)이 코팅되는 코어에 해당될 수 있다. 금속재 입자(10)의 표면은, 도 2에서 나타낸 바와 같이, 분말 간의 충돌에 의해 표면에 매끈하지 않으며, 표면은, 위성 또는 혹-프리(free)이며, 이는 기능성 복합 분말의 흐름성을 상승시키는데 유리할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 이식 소재층(20)은, 단일층 또는 복수층을 포함하고, 상기 복수층은, 2층 이상(21, 22); 또는 3층 이상(21, 22, 23)이며, 각층의 구성은, 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 예를 들어, 성분, 두께 또는 이 둘이 상이할 수 있다. 상기 복수층으로 구성 시 코어와 접하는 제1 층(21); 대 나머지 층의 두께비는, 1 : 1,000 내지 10,000 : 1인 것일 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 이식 소재의 분산이 잘 이루어지고, 이식 소재층이 균일한 두께로 형성하는데 유리할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 이식 소재층(20) 중 적어도 일부분은, 금속재 입자(10) 내에 파고들어 침투된 것으로, 이식 소재층(20)의 전체 두께 중 1 % 내지 80 %; 1 % 내지 20 %; 1 % 내지 10 %; 1 % 내지 5 %가 침투될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 이식 소재층(20)의 두께는, 0.01 μm 내지 20 μm; 0.1 μm 내지 15 μm; 바람직하게는 0.01 μm 내지 13 μm일 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 이식 소재에 의한 기능성 구현 및 분말의 분산성을 확보하는데 유리할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 이식 소재층(20)은, 상기 기능성 복합 분말 전체 부피 중, 0.01 부피% 내지 80 부피%; 0.1 부피% 내지 70 부피%; 1 부피% 내지 50 부피%; 또는 5 부피% 내지 30 부피%이고, 상기 범위 내에 포함되면 이식 소재에 의한 기능성 구현 및 분말의 분산성을 확보하는데 유리할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 이식 소재층(20)은, 이식 소재의 농도(또는, 함량)에 따라 금속재 입자(10) 표면의 전면 또는 적어도 일부분에 형성되며, 예를 들어, 상기 금속재 입자를 둘러싸는 조밀한 쉘층, 또는 낮은 밀도로 분포된 분산층을 형성할 수 있다. 또한, 이식 소재층(20)은, 기계적 잔류응력을 포함하고, 물리적으로 변형된 미세구조 및/또는 다공성 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 분산층은, 이식 소재의 입자, 이식 소재를 포함하는 영역 또는 이 둘이 금속재 입자(10) 상에 분산되어 도포된 것이며, 상기 분산층은, 상기 금속재 입자, 상기 쉘층 또는 이 둘의 내부에 일부분이 침투될 수 있다. 예를 들어, 도 3b의 (a)를 참조하면, 상기 분산층은, 금속재 입자(10)의 표면 상에 분산되고, 분산된 이식 소재의 적어도 일부분은 금속재 입자(10) 내에 침투될 수 있다. 또한, 이식 소재의 입자 또는 이식 소재 입자들을 포함하는 복수개의 영역들이 분포될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 분산층은, 1종 또는 2종 이상의 이식 소재를 포함하고, 상기 분산층은, 단일 또는 복수층이며, 각층의 이식소재의 구성은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 예를 들어, 이식소재의 성분, 두께 또는 이 둘이 상이할 수 있다. 상기 이식 소재의 성분은, 상기 제조방법에서 언급한 바와 같다.
본 발명의 일 예로, 상기 분산층은, 금속재 입자 상, 쉘층 내 및 쉘층 상 중 적어도 하나 이상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3b의 (b)에서 금속재 입자 상에 형성된 분산층(21), 쉘층(22) 상에 형성된 분산층(23), 쉘층(21) 내에 입자들이 3차원적으로 분산된 형태(21a)일 수 있다. 이러한 분산층의 구성은, 도 3c의 기능성 복합 분말의 입체도에서 확인할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 쉘층은, 이식 소재가 금속재 입자(10)를 조밀하게 둘러싼 것이고, 이식 소재의 입자, 이식 소재를 포함하는 영역 또는 이 둘이 조밀하게 코팅되거나 연결되어 네트워크 구조 또는 매트릭스를 형성한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 쉘층은, 다공성 네트워크 구조 또는 미세결정립을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 쉘층은, 상기 금속재 입자, 상기 분산층 또는 이 둘을 둘러싸는 이식 소재를 포함하고, 단일 또는 복수층일 수 있다. 복수층일 경우에 각층의 구성은 동일하거나 또는 상이할 수 있으며, 예를 들어, 성분, 두께 및 미세구조 중 적어도 하나 이상이 상이할 수 있다. 예를 들어, 복수층의 형성 시 적층형 미세구조 (다공성 구조 및 미세결정립)를 형성할 수 있다.
즉, 도 3b 내지 도3c를 참조하면, 상기 쉘층은, 금속재 코어(10)을 둘러싸거나 또는 금속재 코어(10) 상에 형성된 분산층을 둘러싸는 보호층으로 형성될 수 있다. 상기 쉘층은, 본 발명에 의한 이식 소재를 포함하고, 상기 쉘층은, 상기 코어의 표면에서 내부까지 침투된 영역을 포함할 수 있다. 또한, 상기 쉘층 내에 이식 소재가 더 분산될 수 있으며, 금속재 입자의 표면뿐만 아니라 쉘층 내에 이식소재를 분산시켜 2차원적 분산이 아닌 3차원적 분산을 달성하고, 응집방지 효과와 이식 물질의 접착력을 개선시켜 이식 물질의 손실율을 낮출 수 있다. 예를 들어, 금속 3D 프린팅 공정 시 공정 조건의 변화 없이 분말의 고분산과 이식 소재의 손실률을 낮출 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 쉘층의 표면은, 위성 또는 혹-프리(free)이며, 이는 기능성 복합 분말의 흐름성을 상승시키는데 유리할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 쉘층은, 다공성 구조 또는 미세 결정립을 포함할 수 있으며, 미세 결정립은, 서브마이크로 단위의 결정립일 수 있다. 예를 들어, 50 nm 내지 2 μm 크기의 결정립일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 쉘층은, 1종 또는 2종 이상의 이식 소재를 포함하고, 상기 쉘층은, 쉘층의 베이스 물질인 제1 이식 소재를 포함하고, 상기 제1 이식 소재의 매트릭스 내에 분산된 제2 이식 소재를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3b 및 도 3c에서 쉘층 내에서 3차원적으로 분산된 제2 이식 소재 입자를 포함할 수 있다. 즉, 쉘층 내부에 이식 소재가 3차원 분산됨으로써, 고도의 분산성을 확보하고, 이식 소재의 손실을 방지하고, 비구형 분말 표면에 구형화를 달성시키는데 유리할 수 있다.
본 발명의 기능성 복합 분말은, 예를 들어, 구형화된 금속재 입자 (10) 상에 형성된 이식 소재층(20)은, 상기 언급한 분산층, 쉘층 또는 이 둘이 조합되어 구성될 수 있다.
예를 들어, 구형화된 금속재 입자 (10) 상에 형성된 제1 분산층(21); 및 제1 분산층을 둘러싸는 보호층인 제1 쉘층(22);을 포함하고, 제1 쉘층(22) 상에 형성된 제2 분산층(23) 또는 제2 쉘층(23)을 더 포함하고, 제1 분산층(21) 및/또는 제2 분산층(23) 중 일부분은, 하부층, 예를 들어, 금속재 입자(10) 또는 쉘층(22) 내부에 적어도 일부분이 침투된 것일 수 있다. 제1 쉘층(22) 및 제2 쉘층(23)은, 각각, 단일 또는 복수층일 수 있다. 제1 분산층 및/또는 제2 분사층은, 단일 또는 복수층일 수 있다.
예를 들어, 상기 기능성 복합 분말은, 금속재 입자(10) 상에 형성된 제1 쉘층(21); 및 제1 쉘층(21) 상에 형성되고, 제1 쉘층(21)을 둘러싸는 제2 쉘층(22);을 포함하고, 제2 쉘층(22)를 둘러싸는 제3 쉘층(23) 또는 제2 쉘층(22) 상에 형성된 분산층(23)을 더 포함할 수 있다. 제1 쉘층(21), 제2 쉘층(22) 및 제3 쉘층(23)은, 각각, 단일 또는 복수층일 수 있고, 분산층(23)은, 단일 또는 복수층일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구형화된 금속재 분말 및 이식 소재층의 성분은 상기 제조방법에서 언급한 바와 같다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기능성 복합 분말의 크기는, 1 μm 이하; 또는 1 μm 이상이고, 예를 들어, 1 nm 내지 1 μm; 100 nm 내지 900 nm; 10 μm 이상; 1 μm 내지 200 μm; 또는 10 μm 내지 200 μm;이고, 상기 범위 내에 포함되면 분산성 및 흐름성이 좋고, 금속 3D 프린팅 공정 및 기능성 구현에 적합한 분말을 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기능성 복합 분말은, 금속 3D 프린팅용이며, 금속 3D 프린팅으로 제조된 제품을 제공할 수 있다. 상기 제품은, 항공, 자동차, 전자 기기, 생체 이식용 재료 등 다양한 분야의 부품, 소재, 장치 등일 수 있다. 본 발명의 일 예로, 금속 3D 프린팅용 조성물로 3D 프린팅 공정에 의해제작된 기능성 제품은, 예를 들어, Ni기 3D 프린팅 항공부품, Ti기 생체 이식용 재료, 3D 프린팅 합금, 3D 프린팅 제품의 물성 제어를 위한 기능성 분말 제품 등일 수 있다. 예를 들어, 3D 프린팅하여 제조된 제품은, 기존 합금대비 뛰어난 기계적 물성 및 내마모성, 생체적합성, 피로특성 등을 제공할 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 기능성 복합 분말을 이용한 금속 3D 프린팅용 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 기능성 복합 분말을 준비하는 단계; 및 기능성 복합 분말을 3D 프린팅 장치에 주입하는 단계; 및 3D 프린팅하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 3D 프린팅 장치 및 3D 프린팅 공정은 본 발명의 기술 분야에서 알려진 장치 및 공정을 이용할 수 있으며, 구체적으로 언급하지 않는다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (20)
- 금속재 분말 및 이식 소재를 준비하는 단계;
상기 금속재 분말 및 이식 소재를 혼합기에 투입하는 단계; 및
상기 혼합기 내에서 상기 금속재 분말 및 상기 이식 소재에 운동에너지를 가하여 기능성 복합 분말을 형성하는 단계;
를 포함하는 기능성 복합 분말의 제조방법으로서,
금속재 입자 상에 이식 소재층이 형성되고,
상기 이식 소재층은, 이식 소재의 분산층, 쉘층 또는 이 둘을 포함하는 것인,
를 포함하는, 기능성 복합 분말의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 기능성 복합 분말을 형성하는 단계는,
하기의 식 1에서 계산된 운동 에너지를 가하여 금속재 분말 및 이식 소재 입자의 운동량을 제어하고,
상기 식 1에 따른 운동 에너지는 1 μJ 내지 10 mJ인 것인, 기능성 복합 분말의 제조방법:
[식 1]
(여기서,는, 금속재 분말의 속도이고,
는, 금속재의 밀도이며,
는, 금속재의 크기이고,
은, 이식 소재의 변형에 필요한 에너지이다.)
- 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 기능성 복합 분말을 형성하는 단계는,
상기 식 1에 따른 운동 에너지에 상응하는 회전력, 진동 또는 이 둘을 가하여 금속재 분말 및 이식 소재 입자의 운동량을 제어하는 것인,
기능성 복합 분말의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 기능성 복합 분말을 형성하는 단계는,
상기 금속재 입자 상에 이식 소재층이 형성된 구형의 기능성 복합 분말을 형성하거나 또는, 상기 금속재 입자를 구형화하고, 상기 구형화된 금속재 입자 상에 이식 소재층이 형성된 구형의 기능성 복합 분말을 형성하는 것인,
기능성 복합 분말의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속재는,
금속, 합금 및 금속간 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 분말을 포함하는 것인,
기능성 복합 분말의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 금속은, Ti, Ta, Se, Sb, Sn, Mg, Mo, Mn, Cr, Zn, Zr, Li, V, Ga, Ge, Fe, Ni, Nb, Cr, Co, Cu, W, Re, Os, Ir, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Rh, U, Th, Pu, Al, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 합금은, Ti, Ta, Se, Sb, Sn, Mg, Mo, Mn, Cr, Zn, Zr, Li, V, Ga, Ge, Fe, Ni, Nb, Cr, Co, Cu, W, Re, Os, Ir, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Rh, U, Th, Pu, Al, 및 Hf로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것인,
기능성 복합 분말의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 이식 소재는, 상기 금속재 분말과 동일하거나 또는 상이한 물질을 포함하고,
상기 이식 소재는, 상기 금속재 분말 보다 작은 크기의 입자를 포함하는 것인,
기능성 복합 분말의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 이식 소재는, 금속성 물질, 비금속성 물질 또는 이 둘을 포함하고,
상기 이식 소재는, 금속, 합금, 금속기지복합재, 금속간 화합물, 탄소계 물질, 질소계 물질, 규소계 물질, 맥신계 물질, 칼코제나이드계 물질, 산화물계 물질, 붕소계 물질, 금속염, 세라믹 및 폴리머로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 것인,
기능성 복합 분말의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속재 분말 및 상기 이식 소재를 혼합기에 투입하는 단계에서 상기 이식 소재는,
상기 금속재 분말 100 중량부에 대해 0 중량부 초과 내지 100 중량부로 투입되는 것인,
기능성 복합 분말의 제조방법.
- 금속재 입자 상에 이식 소재층이 형성되고,
상기 이식 소재층은, 이식 소재의 분산층, 쉘층 또는 이 둘을 포함하고,
상기 이식 소재층은, 기계적 잔류응력을 포함하는 것인,
구형인, 기능성 복합 분말.
- 제11항에 있어서,
상기 이식 소재층은, 단일층 또는 복수층을 포함하고,
상기 이식 소재층의 두께는, 0.01 μm 내지 15 μm이고,
상기 이식 소재층 중 적어도 일부분은, 상기 금속재 입자 내에 침투된 것인,
기능성 복합 분말.
- 제11항에 있어서,
상기 기능성 복합 분말의 크기는, 10 μm 내지 200 μm이고,
상기 금속재 입자는, 구형화된 금속재 입자이고,
상기 구형화된 금속재 입자의 표면은, 위성-프리(free)인 것인,
기능성 복합 분말.
- 제11항에 있어서,
상기 분산층은, 1종 또는 2종 이상의 이식 소재를 포함하고,
상기 분산층은, 상기 금속재 입자, 상기 쉘층 또는 이 둘 상에 분산되어 도포된 이식 소재를 포함하고,
상기 분산층은, 단일 또는 복수층이고,
상기 분산층은, 상기 금속재 입자, 상기 쉘층 또는 이 둘의 내부에 일부분이 침투된 것인,
기능성 복합 분말.
- 제11항에 있어서,
상기 쉘층은, 상기 금속재 입자, 상기 분산층 또는 이 둘을 둘러싸는 이식 소재를 포함하고,
상기 쉘층은, 단일 또는 복수층이고,
상기 복수층은, 동일하거나 또는 성분, 두께 또는 이 둘이 상이한 것인,
기능성 복합 분말.
- 제11항에 있어서,
상기 쉘층의 표면은, 위성-프리(free)인 것인,
기능성 복합 분말.
- 제11항에 있어서,
상기 쉘층은, 미세 결정립을 포함하고,
상기 미세 결정립은, 서브마이크로 단위의 결정립인 것인,
기능성 복합 분말.
- 제11항에 있어서,
상기 쉘층은, 1종 또는 2종 이상의 이식 소재를 포함하고,
상기 쉘층은, 쉘층의 베이스 물질인 제1 이식 소재를 포함하고, 상기 제1 이식 소재의 매트릭스 내에 분산된 제2 이식 소재를 더 포함하는 것인,
기능성 복합 분말.
- 제11항에 있어서,
상기 이식 소재층은,
상기 금속재 입자 상에 형성된 제1 분산층; 및 상기 제1 분산층을 둘러싸는 쉘층;
을 포함하고,
상기 쉘층 상에 형성된 제2 분산층을 더 포함하고,
상기 제1 분산층 중 일부분은, 상기 금속재 입자 내부에 침투된 것인,
기능성 복합 분말.
- 제11항에 있어서,
상기 이식 소재층은,
상기 금속재 입자 상에 형성된 제1 쉘층; 및 상기 제1 쉘층 상에 형성되고, 제1 쉘층을 둘러싸는 제2 쉘층;을 포함하고,
상기 제1 쉘층, 상기 제2 쉘층 또는 이 둘 상에 형성된 분산층을 더 포함하는 것인,
기능성 복합 분말.
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