KR102584650B1 - Manufacturing method of amorphous metal nanopowder by amorphous metal wire explosion - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비정질 금속 와이어의 전기폭발을 이용한 나노분말 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 비정질 금속 와이어를 공급하여 전기폭발에 의해 비정질 함량이 균일한 나노분말을 생산할 수 있는 전기폭발법을 이용한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법은 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의해 결정화를 방지하여 비정질 금속 나노 분말의 균질성을 유지하여 균일한 비정질의 성질을 가진 분말을 제조할 수 있으며, 다발형의 비정질 금속 와이어를 전기 폭발하여 평균 입경이 균일하고 생산 효율이 현저히 향상되는 효과가 있다.The present invention relates to a nanopowder manufacturing method using the electric explosion of an amorphous metal wire. More specifically, the electric explosion method is capable of producing nanopowder with a uniform amorphous content through electric explosion by supplying an amorphous metal wire. It relates to a manufacturing method of amorphous metal nanopowder using.
The method for producing amorphous metal nanopowder by electric explosion of an amorphous metal wire according to the present invention maintains the homogeneity of the amorphous metal nanopowder by preventing crystallization by the electric explosion of the amorphous metal wire, thereby producing a powder with uniform amorphous properties. It can be manufactured by electric explosion of bundled amorphous metal wires, resulting in uniform average particle diameter and significantly improving production efficiency.
Description
본 발명은 비정질 금속 와이어의 전기폭발을 이용한 나노분말 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 비정질 금속 와이어를 공급하여 전기폭발에 의해 비정질 함량이 균일한 나노분말을 생산할 수 있는 전기폭발법을 이용한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanopowder manufacturing method using the electric explosion of an amorphous metal wire. More specifically, the electric explosion method is capable of producing nanopowder with a uniform amorphous content through electric explosion by supplying an amorphous metal wire. It relates to a manufacturing method of amorphous metal nanopowder using.
일반적으로 금속은 고체 상태에서 원자가 주기적으로 배열된 결정질(crystalline)을 갖는다. 그러나, 액화된 금속이 급속도로 냉각되는 경우, 금속 원자의 주기성이 흐트러지면서 비정질(amorphous)의 금속이 수득될 수 있다.In general, metals have a crystalline state in which atoms are arranged periodically in a solid state. However, when the liquefied metal is rapidly cooled, the periodicity of the metal atoms is disturbed and amorphous metal may be obtained.
비정질 금속은 결정질 금속에 비해 우수한 강도를 가지며, 내부식성이 우수하다. 특히, 비정질 금속은 투자율(permeability)이 우수하여, 약한 자계(magnetic field)에도 민감하게 반응하는 특징이 있다. 이러한 특징으로 인해, 비정질 금속을 다양한 소재로 활용하는 연구가 진행 중이다.Amorphous metals have superior strength and excellent corrosion resistance compared to crystalline metals. In particular, amorphous metals have excellent permeability and are sensitive to weak magnetic fields. Due to these characteristics, research on using amorphous metals as various materials is in progress.
비정질 금속의 경우에는 와이어 형태로 가공됨에 따라 기계적 특성, 광학적 특성 및 전자기적 특성이 우수해질 수 있으며, 이와 같은 와이어 형태의 비정질 금속을 분말로 제조하여 다양한 산업 제품에 적용하고자 하는 기술에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.In the case of amorphous metal, its mechanical, optical, and electromagnetic properties can be improved as it is processed into a wire shape, and much research has been conducted on technology to manufacture such wire-shaped amorphous metal into powder and apply it to various industrial products. is in progress.
일반적으로 금속을 분말로 제조하는 방법에는 아토마이제이션(atomization), 액상환원법, 플라즈마를 이용하는 방법 등이 있으나, 아토마이제이션 방법으로는 나노크기로 분말을 제조할 수 없으며, 액상환원법은 나노크기로 몇 가지 귀금속만을 제조할 수 있어 일반적인 금속 분말에는 적용할 수가 없다는 단점이 있다.In general, there are atomization, liquid reduction, and plasma methods for producing metal into powder. However, the atomization method cannot produce nano-sized powder, and the liquid reduction method cannot produce nano-sized powder. The disadvantage is that it can only produce a few precious metals, so it cannot be applied to general metal powders.
플라즈마 방법은 생산에 비해 전력 소모가 크며 분말 포집할 때 산화를 방지시키는 별도의 장치가 필요하다는 등의 문제점을 가지고 있어 종래의 방법으로는 나노 크기의 금속 분말을 안정적으로 생산할 수가 없었다.The plasma method has problems such as greater power consumption compared to production and the need for a separate device to prevent oxidation when collecting the powder, making it impossible to stably produce nano-sized metal powder with conventional methods.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 전기 폭발법에 의해 금속 나노분말을 제조할 수 있으나, 분말의 생산 수율이 50%정도 밖에 되지 않으며, 비정질 금속을 전기폭발할 경우 비정질 금속의 함량이 균일하지 않는 문제점이 있다.To solve this problem, metal nanopowders can be manufactured by the electric explosion method, but the production yield of the powder is only about 50%, and the problem is that the content of the amorphous metal is not uniform when the amorphous metal is electrically exploded. there is.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 비정질 금속 와이어를 전기폭발하여 비정질 금속 나노분말이 균일한 비정질 금속 성분을 유지하고 평균 입경이 균일하며, 비정질 금속 나노분말의 생산 효율을 증대시킬 수 있는 기술에 대하여 연구가 필요한 실정이다.In order to solve the above problems, the amorphous metal nanopowder maintains a uniform amorphous metal composition, has a uniform average particle size, and increases the production efficiency of the amorphous metal nanopowder by electrically detonating the amorphous metal wire. Research is needed.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 비정질 금속 나노 분말의 결정화를 방지하여 균질성을 유지하여 비정질 성능을 유지함과 더불어, 다발형의 비정질 금속 와이어를 전기 폭발하여 생산 효율이 향상되고, 비정질 금속 나노 분말의 평균 입경이 균일한 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법에 대한 기술 내용을 제공하고자 하는 것이다.The present invention was devised to solve the problems of the prior art as described above. In addition to maintaining amorphous performance by maintaining homogeneity by preventing crystallization of amorphous metal nanopowders, amorphous metal wires in bundles are produced by electric explosion. The purpose is to provide technical details on a method of manufacturing amorphous metal nanopowder by electric explosion of an amorphous metal wire with improved efficiency and uniform average particle size of the amorphous metal nanopowder.
본 발명은 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing amorphous metal nanopowder by electric explosion of an amorphous metal wire.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 철, 코발트, 니켈, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 크롬, 붕소, 실리콘, 탄소, 인 및 망간에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 금속이 포함된 비정질 금속을 와이어로 제조하는 단계; 상기 비정질 금속 와이어 표면에 무기성분을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계; 상기 코팅된 비정질 금속 와이어를 다수 개 집속하여 다발화하는 단계; In order to achieve the technical problem described above, the present invention provides one or more metals selected from iron, cobalt, nickel, aluminum, copper, tungsten, zirconium, niobium, molybdenum, chromium, boron, silicon, carbon, phosphorus and manganese. Manufacturing an amorphous metal containing metal into a wire; forming a coating layer containing an inorganic component on the surface of the amorphous metal wire; Bundling the coated amorphous metal wire into a plurality of wires;
상기 집속된 비정질 금속 와이어 다발을 양 끝단 방향으로 연신함과 동시에 국부적으로 가열하여 무기성분을 연화함과 동시에 섬유 다발 내 금속 와이어의 직경을 감소시켜 하나의 와이어로 합사하여 다발형 비정질 금속 와이어를 제조하는 단계; 상기 다발형 비정질 금속 와이어를 공급기에 공급하는 단계; 상기 공급기에 공급된 다발형 비정질 금속 와이어를 챔버 내부로 공급한 후 다발형 비정질 금속 와이어에 고전압을 인가하여 상기 비정질 금속 와이어를 전기적으로 폭발시키는 전기폭발단계; 및 상기 전기폭발단계에서 상기 다발형 비정질 금속 와이어가 폭발하여 생성된 비정질 금속 나노분말을 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법을 제공한다.The bundled amorphous metal wire is stretched in the direction of both ends and heated locally to soften the inorganic component and at the same time reduce the diameter of the metal wire in the fiber bundle and twist into a single wire to produce a bundled amorphous metal wire. steps; Supplying the bundled amorphous metal wire to a feeder; An electric explosion step of supplying the bundled amorphous metal wire supplied to the feeder into the chamber and then applying a high voltage to the bundled amorphous metal wire to electrically explode the amorphous metal wire; And recovering the amorphous metal nanopowder produced by exploding the bundled amorphous metal wire in the electric explosion step; providing a method for producing amorphous metal nanopowder by electric explosion of the amorphous metal wire, comprising: do.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따라, 상기 다발형 비정질 금속 와이어는 다수 개의 상기 비정질 금속 와이어가 와이어상의 무기성분 내부에 길이 방향으로 구비되며, 내부의 상기 비정질 금속 와이어의 섬도는 0.01 내지 10㎛인 것을 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the bundled amorphous metal wire has a plurality of amorphous metal wires provided in the longitudinal direction inside the inorganic component of the wire, and the fineness of the amorphous metal wire inside is 0.01 to 10㎛. may include
또한, 상기 다발형 비정질 금속 와이어를 제조하는 단계;는 800 내지 1,200℃의 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있다.Additionally, manufacturing the bundled amorphous metal wire may include heating to a temperature of 800 to 1,200°C.
또한, 상기 코팅층을 형성하는 단계;의 상기 무기성분은 산화규소, 산화붕소, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스트론튬, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화리튬, 산화철 및 산화티탄에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 무기산화물을 포함할 수 있다.In addition, the inorganic ingredient in the step of forming the coating layer is any one selected from silicon oxide, boron oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide, sodium oxide, potassium oxide, lithium oxide, iron oxide, and titanium oxide. Or, it may contain a plurality of inorganic oxides.
그리고, 상기 다발형 비정질 금속 와이어를 제조하는 단계;는 상기 다발형 비정질 금속 와이어를 플라즈마 처리하여 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, manufacturing the bundled amorphous metal wire may further include removing impurities by plasma treating the bundled amorphous metal wire.
본 발명에 따른 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법은 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의해 결정화를 방지하여 비정질 금속 나노 분말의 균질성을 유지하여 균일한 비정질의 성질을 가진 분말을 제조할 수 있으며, 다발형의 비정질 금속 와이어를 전기 폭발하여 평균 입경이 균일하고 생산 효율이 현저히 향상되는 효과가 있다.The method for producing amorphous metal nanopowder by electric explosion of an amorphous metal wire according to the present invention maintains the homogeneity of the amorphous metal nanopowder by preventing crystallization by the electric explosion of the amorphous metal wire, thereby producing a powder with uniform amorphous properties. It can be manufactured by electric explosion of bundled amorphous metal wires, resulting in uniform average particle diameter and significantly improving production efficiency.
도 1은 본 발명의 일실시예 따른 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법을 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a method for producing amorphous metal nanopowder by electric explosion of an amorphous metal wire according to an embodiment of the present invention.
이하, 구체적인 예를 들어 본 발명에 따른 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법을 더욱 상세히 설명한다. 다만 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다.Hereinafter, the method for producing amorphous metal nanopowder by electric explosion of an amorphous metal wire according to the present invention will be described in more detail with a specific example. However, the embodiments introduced below are provided as examples to ensure that the idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
따라서 본 발명은 이하 제시되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 실시예들은 본 발명의 사상을 명확하게 하기 위해 기재된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments presented below and may be embodied in other forms. The embodiments presented below are only described to clarify the spirit of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.At this time, if there is no other definition in the technical and scientific terms used, they have meanings commonly understood by those skilled in the art in the technical field to which this invention belongs, and are defined in consideration of the function in the present invention. This may vary depending on user and operator intentions or practices. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout the present specification, and descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention are omitted in the following description.
또한 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.Additionally, as used in the specification and the appended claims, the singular forms “a,” “an,” and “the” are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise.
또한, 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.Additionally, the thickness of lines or sizes of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일실시예 따른 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법을 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a method for producing amorphous metal nanopowder by electric explosion of an amorphous metal wire according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명은 철, 코발트, 니켈, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 크롬, 붕소, 실리콘, 탄소, 인 및 망간에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 금속이 포함된 비정질 금속을 와이어로 제조하는 단계; 상기 비정질 금속 와이어 표면에 무기성분을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계; 상기 코팅된 비정질 금속 와이어를 다수 개 집속하여 다발화하는 단계; 상기 집속된 비정질 금속 와이어 다발을 양 끝단 방향으로 연신함과 동시에 국부적으로 가열하여 무기성분을 연화함과 동시에 섬유 다발 내 금속 와이어의 직경을 감소시켜 하나의 와이어로 합사하여 다발형 비정질 금속 와이어를 제조하는 단계; 상기 다발형 비정질 금속 와이어를 공급기에 공급하는 단계; 상기 공급기에 공급된 다발형 비정질 금속 와이어를 챔버 내부로 공급한 후 다발형 비정질 금속 와이어에 고전압을 인가하여 상기 비정질 금속 와이어를 전기적으로 폭발시키는 전기폭발단계; 및 상기 전기폭발단계에서 상기 다발형 비정질 금속 와이어가 폭발하여 생성된 비정질 금속 나노분말을 회수하는 단계;를 포함하여 이루어진다.Referring to Figure 1, the present invention includes one or more metals selected from iron, cobalt, nickel, aluminum, copper, tungsten, zirconium, niobium, molybdenum, chromium, boron, silicon, carbon, phosphorus and manganese. Manufacturing an amorphous metal into a wire; forming a coating layer containing an inorganic component on the surface of the amorphous metal wire; Bundling the coated amorphous metal wire into a plurality of wires; The bundled amorphous metal wire is stretched in the direction of both ends and heated locally to soften the inorganic component and at the same time reduce the diameter of the metal wire in the fiber bundle and twist into a single wire to produce a bundled amorphous metal wire. steps; Supplying the bundled amorphous metal wire to a feeder; An electric explosion step of supplying the bundled amorphous metal wire supplied to the feeder into the chamber and then applying a high voltage to the bundled amorphous metal wire to electrically explode the amorphous metal wire; And recovering the amorphous metal nanopowder generated by exploding the bundled amorphous metal wire in the electric explosion step.
본 발명의 일실시예에 따른 비정질 금속 와이어의 전기폭발법에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법에 사용되는 장치는 금속 나노분말에 사용되는 일반적인 장치를 사용하며, 와이어 공급기, 접지전극과 고전압전극이 구비된 챔버, 나노분말이송라인, 버퍼트랩, 싸이클론 및, 메쉬필터 등으로 구성된 일반적인 장치를 사용한다.The device used in the method for producing amorphous metal nanopowder by the electric explosion method of amorphous metal wire according to an embodiment of the present invention uses a general device used for metal nanopowder, and includes a wire feeder, a ground electrode, and a high voltage electrode. A general device consisting of a equipped chamber, nanopowder transfer line, buffer trap, cyclone, and mesh filter is used.
상기 비정질 금속 와이어는 철, 코발트, 니켈, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 크롬, 붕소, 실리콘, 탄소, 인 및 망간에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 금속을 포함할 수 있다.The amorphous metal wire may include one or more metals selected from iron, cobalt, nickel, aluminum, copper, tungsten, zirconium, niobium, molybdenum, chromium, boron, silicon, carbon, phosphorus, and manganese.
상기 비정질 금속 와이어는 상기 비정질 금속 와이어 100 중량부 기준으로 상기 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 성분을 60 내지 90 중량부 포함할 수 있고, 실리콘(Si), 붕소(B), 탄소(C), 인(P), 망간(Mn) 성분을 5 내지 35 중량부 포함할 수 있다.The amorphous metal wire may include 60 to 90 parts by weight of iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni) components based on 100 parts by weight of the amorphous metal wire, and silicon (Si) and boron (B). , it may contain 5 to 35 parts by weight of carbon (C), phosphorus (P), and manganese (Mn) components.
또한, 상기 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 성분은 0.1 내지 10 중량부일 수 있다.Additionally, the aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), and chromium (Cr) components may be 0.1 to 10 parts by weight.
구체적으로 상기 비정질 금속 와이어의 금속성분은 철, 코발트, 니켈, 붕소, 실리콘, 탄소, 인, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 망간 및 크롬 등을 포함하되, 상기 철, 코발트, 니켈 원소의 함량을 일정 범위로 조절하는 것이 바람직하다.Specifically, the metal components of the amorphous metal wire include iron, cobalt, nickel, boron, silicon, carbon, phosphorus, aluminum, copper, tungsten, zirconium, niobium, molybdenum, manganese, and chromium, but the iron, cobalt, and nickel It is desirable to control the content of elements within a certain range.
상기 비정질 금속 와이어는 상기 금속성분들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 상기 비정질 합금은 (Co, Fe, Ni)50(Cr,Mo)x(Si,C,B,)50-x의 조성을 가지며, 코발트와 철, 니켈의 비율을 조절해 비정질 고유의 물성을 유지하면서 강도 및 강성을 확보할 수 있다. 이때 비정질 합금의 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 원소의 비율은 각각 1:1:1, 2:1:1, 2:2:1, 3:2:1 및 3:3:1 중 적어도 하나의 비율로 포함되도록 조절하는 것이 바람직하다.The amorphous metal wire may be made of an alloy of the above metal components, and the amorphous alloy has a composition of (Co, Fe, Ni) 50 (Cr, Mo) x (Si, C, B,) 50-x , and cobalt and By adjusting the ratio of iron and nickel, strength and rigidity can be secured while maintaining the inherent amorphous physical properties. At this time, the ratios of cobalt (Co), iron (Fe), and nickel (Ni) elements in the amorphous alloy are 1:1:1, 2:1:1, 2:2:1, 3:2:1, and 3:3, respectively. It is desirable to adjust it so that it is included in a ratio of at least one of :1.
상기 붕소는 방사선 차폐 기능을 가지고 있으며, 상기 붕소 이외에 방사선 차폐 기능을 가진 성분으로 가돌리늄(Gd), 카드뮴(Cd), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 디스프로슘(Dy)에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 성분을 상기 비정질 금속 와이어의 성분으로 추가로 포함할 수 있다.The boron has a radiation shielding function, and in addition to the boron, any one selected from gadolinium (Gd), cadmium (Cd), samarium (Sm), europium (Eu), and dysprosium (Dy) as a component with a radiation shielding function. A plurality of components may be additionally included as components of the amorphous metal wire.
상기 비정질 금속 와이어는 제조방법을 한정하지 않는다. 기본적으로 당업계에 알려진 제조방법 중 어느 하나 또는 복수를 적용할 수 있으며, 이러한 제조방법의 예를 들면 다발인발법(bundle drawing), 절삭법(shaving), 분말압출법(powder extrusion) 등의 기계가공법; CME(crucible melt extrusion)법, PDME(pendant drop melt extraction)법, 테일러-울리토스스키(taylor-Ulitovsky)법, 습식방사(in rotating water spinning)법 등의 급냉응고법을 들 수 있다.The manufacturing method of the amorphous metal wire is not limited. Basically, any one or more of the manufacturing methods known in the art can be applied. Examples of such manufacturing methods include machines such as bundle drawing, shaving, and powder extrusion. processing method; Rapid solidification methods such as CME (crucible melt extrusion) method, PDME (pendant drop melt extraction) method, Taylor-Ulitovsky method, and wet spinning (in rotating water spinning) method can be mentioned.
상기 비정질 금속 와이어의 제조방법으로 더욱 바람직하게는 테일러-울리토브스키법을 들 수 있다. 상기 테일러-울리토브스키법은 용융된 금속을 유리와 같은 무기성분과 함께 방사하는 일종의 이성분계 방사법이기 때문에 방사구금의 금형 형태나 용융된 성분들의 점도, 온도 등에 따라 섬유의 섬도나 형태, 섬유와 코팅된 무기성분 간의 부피 등을 자유롭게 조절하는 장점을 가진다. 다만 테일러-울리토브스키법의 경우, 금속과 유리의 불필요한 반응을 방지하여야 하기 때문에 특정 조성을 가지는 유리를 함께 방사하여야 한다.A more preferred method for manufacturing the amorphous metal wire is the Taylor-Ulitovsky method. Since the Taylor-Ulitovsky method is a type of two-component spinning method in which molten metal is spun together with an inorganic component such as glass, the fineness and shape of the fiber and the fiber and It has the advantage of freely controlling the volume between coated inorganic components. However, in the case of the Taylor-Ulitovsky method, because unnecessary reactions between metal and glass must be prevented, glass with a specific composition must be spun together.
상기 테일러-울리토브스키법을 더욱 상세히 설명하면, 분말이나 잉곳 등의 성분을 용융한 금속원료를 도(island)성분으로, 유리성분을 해(sea)성분으로 방사하는 이성분 방사로, 일종의 튜브 형상의 유리성분 내에 금속원료가 위치하여 방사될 수 있다. 용융된 액체금속과 유리성분은 이후 적절한 인발(연신) 조건을 통해 인발될 수 있다.To explain the Taylor-Ulitovsky method in more detail, it is a two-component spinning method in which molten metal raw materials such as powder or ingot are spun as an island component and a glass component is spun as a sea component, and is a type of tube. Metal raw materials are located within the shaped glass component and can be emitted. The molten liquid metal and glass components can then be drawn through appropriate drawing (stretching) conditions.
필요에 따라 상기 테일러-울리토브스키법은 사용되는 방사구금은 크기나 방사용액의 압력, 방사속도 등에 의해 제조되는 금속 와이어나 코팅되는 유리성분의 두께를 조절할 수 있다. 예를 들어 금속 와이어의 연신 후 직경을 감소시키기 위해 제조 과정에서 일정 이하의 방사구금을 통해 금속원료를 방사할 수도 있으며, 또는 금속성분의 방사압력을 의도적으로 감소시킴과 동시에 방사속도를 높여 금속 와이어의 직경을 감소시킬 수도 있다.If necessary, the Taylor-Ulitovsky method can adjust the thickness of the manufactured metal wire or the coated glass component by the size of the spinneret used, the pressure of the spinning solution, the spinning speed, etc. For example, in order to reduce the diameter of a metal wire after stretching, metal raw materials may be spun through a spinneret below a certain level during the manufacturing process, or the spinning pressure of the metal component may be intentionally reduced and the spinning speed increased at the same time to increase the spinning speed of the metal wire. The diameter can also be reduced.
또한 공정 과정에서 형성된 금속 와이어나 유리 코팅층의 미세 구조와 기계적 물성은 냉각 속도에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어 습식이나 기격습식과 같이 급속도로 냉각시키는 경우 금속 와이어의 강도와 경도가 증가하게 되며, 공기 중에서 천천히 냉각시키는 경우 금속 재료 표면과 내부의 경화속도 차이를 줄여 체적 팽창에 따른 크랙 형성 등을 방지할 수 있다.Additionally, the microstructure and mechanical properties of the metal wire or glass coating layer formed during the process may change depending on the cooling rate. For example, when cooled rapidly, such as wet or air-wet, the strength and hardness of the metal wire increases, and when cooled slowly in air, the difference in hardening speed between the surface and the interior of the metal material is reduced, preventing the formation of cracks due to volume expansion. It can be prevented.
구체적으로 상기 비정질 금속 와이어는 기격습식방사법을 통해 냉각을 진행하는 것이 바람직하다. 일반적으로 금속재료는 열처리를 통해 소정의 효과를 얻을 수 있는 바, 이러한 열처리에는 퀀칭(quenching; 담금질), 템퍼링(tempering; 뜨임), 노말라이징(normalizing, 불림), 어닐링(annealing, 풀림) 등이 있다.Specifically, it is preferable to cool the amorphous metal wire through a wet blast method. In general, metal materials can obtain certain effects through heat treatment, and such heat treatment includes quenching, tempering, normalizing, annealing, etc. there is.
이중 퀀칭은 재료의 경도와 강도를 높이기 위한 작업으로서, 재료를 일정 온도(오스테나이트화 온도)까지 가열하여 일정 시간 유지한 후에 냉각제 중에서 냉각하여 재료의 경도 및 강도를 높이는 작업이다.Double quenching is an operation to increase the hardness and strength of a material. It is an operation to heat the material to a certain temperature (austenitization temperature), maintain it for a certain period of time, and then cool it in a coolant to increase the hardness and strength of the material.
본 발명은 이러한 퀸칭법을 응용한 것으로, 상기 비정질 금속 와이어의 방사 시 방사구금으로부터 냉각재까지의 거리를 일정 이상 이격시킴으로써 급냉에 따른 금속 와이어 또는 코팅층의 크랙 형성을 최소화하면서 동시에 충분한 경도를 확보할 수 있다.The present invention is an application of this quenching method, and when spinning the amorphous metal wire, the distance from the spinneret to the coolant is set at a certain level or more to minimize the formation of cracks in the metal wire or coating layer due to rapid cooling and at the same time secure sufficient hardness. there is.
이때 상기 비정질 금속 와이어는 방사구금에서 방사될 때 열풍에 의해 일차적으로 서서히 냉각된 후, 다시 냉각재에 침지되면서 급속히 냉각되는 것이 좋으며, 구체적으로 냉각 시 가해주는 열풍의 온도는 300 내지 500℃인 것이 급격한 냉각에 따른 크랙 형성을 억제하고 동시에 금속 와이어와 코팅층 간의 층간 분리를 막을 수 있어 바람직하다.At this time, it is preferable that the amorphous metal wire is first slowly cooled by hot air when spun from the spinneret, and then rapidly cooled while being immersed in the coolant. Specifically, the temperature of the hot air applied during cooling is 300 to 500°C. This is desirable because it can suppress the formation of cracks due to cooling and at the same time prevent interlayer separation between the metal wire and the coating layer.
또한 상기 열처리(특히 퀀칭)에 있어서 사용되는 주요 냉각 방법으로서 물을 이용하는 수냉법, 기름을 이용하는 유냉법, 공기를 이용하는 공냉법, 기타 로냉법 등 이 있는데, 이들 방법이 금속의 성질이나 특성에 따라서 적용되고 있다.In addition, the main cooling methods used in the heat treatment (especially quenching) include water cooling using water, oil cooling using oil, air cooling using air, and other furnace cooling methods. These methods vary depending on the nature or characteristics of the metal. It is being applied.
이러한 수냉법에 의하면 퀀칭 시 다른 냉각 방법에 비하여 높은 경도를 얻을 수 있다. 그러나, 급냉으로 인한 크랙 등 변형이 발생할 수 있으므로, 냉각시간과 냉각재의 온도를 조절하는 것이 바람직하다.According to this water cooling method, higher hardness can be obtained during quenching compared to other cooling methods. However, since deformation such as cracks may occur due to rapid cooling, it is desirable to control the cooling time and the temperature of the coolant.
구체적으로 상기와 같이 수냉법으로 진행하는 경우 냉각재인 물의 온도를 높이기 위해 질산칼륨, 아질산나트륨 및 질산나트륨에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 염을 물과 혼합하는 것이 바람직하며, 냉각재의 온도는 200 내지 300℃를 유지하는 것이 급냉으로 인한 크랙 발생을 억제할 수 있어 바람직하다.Specifically, when proceeding with the water cooling method as described above, it is preferable to mix one or two or more salts selected from potassium nitrate, sodium nitrite, and sodium nitrate with water in order to increase the temperature of water, which is the coolant, and the temperature of the coolant is 200 to 200 degrees Celsius. Maintaining the temperature at 300°C is desirable because it can suppress the occurrence of cracks due to rapid cooling.
본 발명에서 상기 비정질 금속 와이어는 섬도나 종횡비를 한정하는 것은 아니나, 연신 전 직경이 10 내지 100㎛을 만족하는 것이 바람직하다. 연신 전 직경이 상기 범위 미만인 경우 제조가 어려울 뿐더러 연신 과정에서 금속 와이어가 절단될 우려가 있다.In the present invention, the fineness or aspect ratio of the amorphous metal wire is not limited, but the diameter before stretching is preferably 10 to 100 ㎛. If the diameter before stretching is less than the above range, manufacturing is difficult and there is a risk that the metal wire may be cut during the stretching process.
또한, 상기 비정질 금속 와이어는 상기 비정질 금속 와이어의 표면이 단면제어 플레이트에 의해 표면요철이 형성된 것을 포함할 수 있다.Additionally, the amorphous metal wire may include surface irregularities formed on the surface of the amorphous metal wire by a cross-section control plate.
상기 단면제어 플레이트는 금속 용융물의 단면을 변화시키기 위한 장치로서, 금속 용융물 배출되는 지점과 금속 용융물이 냉각되는 지점 사이의 영역에서 삽입되도록 구성된다.The cross-section control plate is a device for changing the cross-section of the metal melt, and is configured to be inserted in the area between the point where the metal melt is discharged and the point where the metal melt is cooled.
상기 단면제어 플레이트는 금속 용융물과 접촉되더라도, 금속 용융물의 조성은 변화시키지 않으면서 금속 용융물이 고체화되어 형성되는 비정질 금속 와이어의 단면만을 변화시킬 수 있다.Even if the cross-section control plate is in contact with the metal melt, it can only change the cross-section of the amorphous metal wire formed by solidifying the metal melt without changing the composition of the metal melt.
단면제어 플레이트의 측면은 각이 없는 곡면으로 구성될 수 있다. 이 경우, 단면제어 플레이트의 측면과 금속 용융물의 접촉 면적이 최소화되며, 금속 용융물이 단면제어 플레이트의 측면에 묻는 문제가 최소화될 수 있다.The side of the cross-sectional control plate may be composed of a curved surface with no angles. In this case, the contact area between the side of the cross-sectional control plate and the metal melt can be minimized, and the problem of the metal melt sticking to the side of the cross-sectional control plate can be minimized.
단면제어 플레이트의 평균 표면조도(surface roughness, Ra)는 0.4 내지 0.5nm 일 수 있다. 평균 표면조도는 표면 평활도를 나타내는 물리량으로서, 단면제어 플레이트의 평균 표면을 기준으로 단면제어 플레이트 표면상에 존재하는 요철 구조의 평균 높이 차이를 정량적으로 수치화한 값을 의미하며, KS B ISO4287 표준에 따른다. 단면제어 플레이트의 평균 표면조도가 0.4nm 미만인 경우 표면 요철 효과를 나타내기 어려우며, 0.5nm를 초과하는 경우, 단면제어 플레이트의 표면 마찰력이 증가되어 단면제어 플레이트의 표면에 금속 용융물이 묻어 단면제어 플레이트 표면에서 금속 용융물이 고체화될 수 있으며, 비정질 금속 와이어의 효율적 제조를 방해할 수 있다.The average surface roughness (R a ) of the cross-sectional control plate may be 0.4 to 0.5 nm. Average surface roughness is a physical quantity representing surface smoothness. It is a quantitative value of the average height difference of the uneven structure existing on the surface of the cross-section control plate based on the average surface of the cross-section control plate, and is in accordance with the KS B ISO4287 standard. . If the average surface roughness of the cross-section control plate is less than 0.4nm, it is difficult to show the surface irregularity effect, and if it exceeds 0.5nm, the surface friction of the cross-section control plate increases, causing melted metal to stick to the surface of the cross-section control plate. The metal melt may solidify and interfere with the efficient manufacture of amorphous metal wire.
단면제어 플레이트는 금속 용융물의 낙하 방향과 상이한 방향으로 삽입될 수 있다. 예를 들어, 단면제어 플레이트는 금속 용융물의 낙하 방향과 수직한 방향으로 삽입될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 단면제어 플레이트의 삽입 방향은 비정질 금속 와이어의 단면 제어 정도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.The cross-sectional control plate may be inserted in a direction different from the falling direction of the metal melt. For example, the cross-sectional control plate may be inserted in a direction perpendicular to the falling direction of the metal melt. However, it is not limited to this, and the insertion direction of the cross-section control plate can be set in various ways depending on the degree of cross-section control of the amorphous metal wire.
변화시키고자 하는 비정질 금속 와이어의 단면 형상에 따라 적어도 한 개 이상의 단면제어 플레이트 가 사용될 수 있다.At least one cross-section control plate may be used depending on the cross-sectional shape of the amorphous metal wire to be changed.
본 발명에서 상기 무기성분은 상술한 금속 와이어 표면에 코팅층을 형성하기 위해 구비되는 것으로, 용융성을 가짐과 동시에 상기 비정질 금속 와이어의 표면에서 코팅층을 형성될 정도로 경화되며, 추후 열가공에 따라 다시 용융 또는 겔화되어 결합되는 성질을 갖는 것이 좋으며, 이러한 무기성분은 Pyrex-유리, Duran-유리, Fiolax-유리, Simax-유리 등과 같은 유리 조성물로 규소성분과 함께 기타 무기성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the inorganic component is provided to form a coating layer on the surface of the above-described metal wire, and has meltability and hardens to the extent of forming a coating layer on the surface of the amorphous metal wire, and is melted again during later heat processing. Alternatively, it is preferable to have the property of gelling and bonding, and such inorganic components include glass compositions such as Pyrex-glass, Duran-glass, Fiolax-glass, and Simax-glass, which are characterized by containing other inorganic components along with a silicon component.
상기 규소성분으로는 산화규소를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 산화규소는 실리카로도 불리며, 자연 상태로는 규산염 광물이나 자갈, 모래 등에 포함되어 있다. 또한 통상적으로 그 크기에 따라 규암, 규석, 규사 등으로 구분할 수 있다.It is preferable to use silicon oxide as the silicon component. The silicon oxide is also called silica, and is contained in silicate minerals, gravel, sand, etc. in its natural state. Additionally, it can generally be classified into quartzite, quartzite, and silica sand depending on its size.
상기 규소성분으로 더욱 바람직하게는 규사를 사용하는 것이 바람직하다. 규사는 비표면적이 높기 때문에 다른 형태의 산화규소에 비해 응집력이 낮고 기포가 적으며, 코팅층의 균질성, 평탄도가 높은 특성을 가진다.It is more preferable to use silica sand as the silicon component. Because silica sand has a high specific surface area, it has low cohesion, fewer bubbles, and higher coating layer homogeneity and flatness than other types of silicon oxide.
상기 규사는 입자 크기를 한정하는 것은 아니나 메디안 입경(D50)이 20 내지 100㎛인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 20 내지 30㎛인 것이 상술한 효과를 만족함과 동시에 규사의 용융이 보다 용이해지므로 바람직하다.The particle size of the silica sand is not limited, but the median particle size (D50) is preferably 20 to 100 ㎛, more preferably 20 to 30 ㎛, because it satisfies the above-mentioned effects and at the same time melts the silica sand more easily. desirable.
상기 규소성분은 전체 조성물 중 100 중량% 중 50 내지 70 중량% 포함하는 것이 바람직하다. 규소성분이 상기 범위 미만 첨가되는 경우 코팅층이 균질하게 형성되지 않으며, 상기 범위를 초과하여 첨가하는 경우 조성물의 내후성이 떨어질 수 있다.The silicon component preferably contains 50 to 70% by weight out of 100% by weight of the total composition. If the silicon component is added below the above range, the coating layer is not formed homogeneously, and if the silicon component is added above the above range, the weather resistance of the composition may be reduced.
본 발명에서 상기 기타 무기성분으로는 붕소를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 붕소 화합물로 예를 들면, 오르토 붕산 (H3BO3), 메타붕산 (HBO2), 4붕산 (H2B4O7), 무수 붕산 (무수 B2O3) 등을 들 수 있으며, 통상적인 무알칼리 유리의 제조에 있어서는, 저렴하고 입수하기 쉽다는 면에서 무수 붕산이 바람직하다.In the present invention, the other inorganic components include boron. Examples of such boron compounds include orthoboric acid (H 3 BO 3 ), metaboric acid (HBO 2 ), tetraboric acid (H 2 B 4 O 7 ), anhydrous boric acid (anhydrous B 2 O 3 ), etc. In the production of normal alkali-free glass, boric acid anhydride is preferred because it is inexpensive and easy to obtain.
상기와 같은 무수붕산은 유리원료의 응집을 억제하기 때문에 용융 시 추가적인 기포의 발생을 억제할 수 있으며, 균질성이나 평탄도의 향상 효과가 두드러진다. 또한 무기성분 내 수분량을 감소시킬 수 있다. Since boric acid anhydride as described above suppresses the agglomeration of glass raw materials, it can suppress the generation of additional bubbles during melting, and the effect of improving homogeneity and flatness is noticeable. It can also reduce the amount of moisture in the inorganic component.
일반적으로 규사의 평균입경이 작아질수록 규사의 용해성이 높아지는 반면, 비표면적 증가로 인해 용융 조성물 중의 수분량이 증가하는 경향을 가진다. 용융 조성물 내의 수분은 탈포 공정을 거쳐도 기포가 완전히 제거되지 않아 코팅층의 균질성 및 평탄도가 악화될 가능성이 있으므로, 이러한 단점을 해소하기 위해 무수붕산을 사용하는 것이 좋다.In general, as the average particle diameter of silica sand decreases, the solubility of silica sand increases, while the moisture content in the molten composition tends to increase due to an increase in specific surface area. Moisture in the molten composition may not be completely removed even through the degassing process, which may deteriorate the homogeneity and flatness of the coating layer. Therefore, it is recommended to use boric acid anhydride to solve this drawback.
상기와 같은 무수붕산은 전체 조성물 100 중량% 중 5 내지 15 중량% 첨가되는 것이 바람직하다. 무수붕산이 상기 범위 미만으로 첨가되는 경우 코팅층의 내후성이 떨어질 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 코팅층의 내산성과 내열성이 떨어질 수 있다.It is preferable that boric anhydride as described above is added in an amount of 5 to 15% by weight based on 100% by weight of the total composition. If boric acid anhydride is added less than the above range, the weather resistance of the coating layer may be reduced, and if it exceeds the above range, the acid resistance and heat resistance of the coating layer may be reduced.
상기 금속성분으로는 무기성분, 특히 유리막을 형성하는 조성물에 포함되는 것이라면 종류에 관계치 않고 사용 가능하다. 이러한 금속성분으로 예를 들면, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스트론튬, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화리튬, 산화철 및 산화티탄에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 무기산화물을 포함하며, 더욱 바람직하게는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스트론튬 등의 알칼리 토금속 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.The metal component can be used regardless of its type as long as it is an inorganic component, especially if it is included in the composition that forms the glass film. Examples of such metal components include one or more inorganic oxides selected from aluminum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide, sodium oxide, potassium oxide, lithium oxide, iron oxide, and titanium oxide, and more preferably. It is preferable to include alkaline earth metal compounds such as magnesium oxide, calcium oxide, and strontium oxide.
이러한 알칼리 토금속 화합물의 구체예로는 MgCO3, CaCO3, BaCO3, SrCO3, (Mg,Ca)CO3(돌로마이트) 등의 탄산염이나, MgO, CaO, BaO, SrO 등의 산화물이나, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Ba(OH)2, Sr(OH)2 등의 수산화물을 예시할 수 있다.Specific examples of these alkaline earth metal compounds include carbonates such as MgCO 3 , CaCO 3 , BaCO 3 , SrCO 3 and (Mg,Ca)CO 3 (dolomite), oxides such as MgO, CaO, BaO, and SrO, and Mg( Examples include hydroxides such as OH) 2 , Ca(OH) 2 , Ba(OH) 2 , and Sr(OH) 2 .
알칼리 토금속원으로서 구체적으로는, 예를 들어 (Mg,Ca)CO3(돌로마이트) 단독, 알칼리 토금속의 탄산염 단독, 돌로마이트와 알칼리 토금속의 수산화물의 혼합물, 알칼리 토금속의 수산화물과 탄산염의 혼합물, 알칼리 토금속의 수산화물 단독 등을 사용할 수 있다. 탄산염으로는 MgCO3, CaCO3 및 (Mg,Ca)CO3(돌로마이트) 중 어느 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.Specific examples of the alkaline earth metal source include (Mg,Ca)CO 3 (dolomite) alone, alkaline earth metal carbonate alone, a mixture of dolomite and alkaline earth metal hydroxide, a mixture of alkaline earth metal hydroxide and carbonate, and alkaline earth metal. Hydroxide alone can be used. As the carbonate, it is preferable to use at least one of MgCO 3 , CaCO 3 and (Mg,Ca)CO 3 (dolomite).
또한 알칼리 토금속원의 일부 또는 전부에 수산화물을 함유시켜도 된다. 이 경우의 수산화물의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 알칼리 토금속원 100 몰량％ (MO 환산. 단 M 은 알칼리 토금속이다.) 중, 15 내지 100 몰％(MO 환산)의 범위가 바람직하다. 수산화물의 첨가량이 15 몰％ 이상이면, 유리 원료를 융해시킬 때에 규사 중에 함유되는 SiO2 성분의 미융해량이 감소되고, 미융해의 SiO2가 유리 융액 중에 기포가 발생하였을 때 기포에 도입되어 균질성이나 평탄성이 감소될 수 있다.Additionally, part or all of the alkaline earth metal source may contain hydroxide. The content of hydroxide in this case is not particularly limited, but is preferably in the range of 15 to 100 mol% (in terms of MO) out of 100 mol% of the alkaline earth metal source (in terms of MO, where M is an alkaline earth metal). If the amount of hydroxide added is 15 mol% or more, the amount of undissolved SiO 2 component contained in the silica sand decreases when melting the glass raw material, and undissolved SiO 2 is introduced into the bubbles when bubbles are generated in the glass melt, resulting in homogeneity or Flatness may be reduced.
상기와 같은 유리성분의 상업적인 예로는 Pyrexⓡ(SiO2 81 중량%, B2O3 13 중량%, Na2O 4 중량%, Al2O3 2 중량%, Corning), Duranⓡ(SiO2 80.6 중량%, B2O3 12.6 중량%, Na2O 4.2 중량%, Al2O3 2.2 중량%, CaO 0.1 중량%, Cl 0.1 중량%, MgO 0.05 중량%, Fe2O3 0.04 중량%, 잔량의 기타성분, DURAN Group GmbH), Fiolaxⓡ(SiO2 75 중량%, B2O3 10.5 중량%, Al2O3 5 중량%, Na2O 7 중량%, CaO 1.5 중량%, 잔량의 기타성분, Schott), Simaxⓡ(SiO2 80.3 중량%, B2O3 13 중량%, Al2O3 2.4 중량%, Na2O, K2O 4.3 중량%, 잔량의 기타성분) 등을 들 수 있다.Commercial examples of the above glass components include Pyrex ⓡ (SiO 2 81% by weight, B 2 O 3 13% by weight, Na 2 O 4% by weight, Al 2 O 3 2% by weight, Corning), Duran ⓡ (SiO 2 80.6%) Weight%, B 2 O 3 12.6 weight%, Na 2 O 4.2 weight%, Al 2 O 3 2.2 weight%, CaO 0.1 weight%, Cl 0.1 weight%, MgO 0.05 weight%, Fe 2 O 3 0.04 weight%, remaining amount Other ingredients, DURAN Group GmbH), Fiolax ⓡ (SiO 2 75% by weight, B 2 O 3 10.5% by weight, Al 2 O 3 5% by weight, Na 2 O 7% by weight, CaO 1.5% by weight, remaining amount of other ingredients , Schott), Simax ⓡ (SiO 2 80.3% by weight, B 2 O 3 13% by weight, Al 2 O 3 2.4% by weight, Na 2 O, K 2 O 4.3% by weight, remaining amounts of other components), etc. .
상기 유리성분은 전체 조성물 100 중량% 중 20 내지 40 중량% 포함될 수 있다. 유리성분이 상기 범위 미만으로 첨가되는 경우 코팅층의 내후성이 하락할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 가공성이 떨어지고 점도가 상승하여 바람직하지 않다.The glass component may be included in an amount of 20 to 40% by weight based on 100% by weight of the total composition. If the glass component is added less than the above range, the weather resistance of the coating layer may decrease, and if it exceeds the above range, processability decreases and viscosity increases, which is not desirable.
상기 무기성분은 상기 금속섬유의 표면에 코팅층을 형성하는 방법을 한정하지 않는다. 일예로, 상기 금속섬유의 생산방법으로 테일러-울리토브스키법을 적용하는 경우, 이성분사와 유사하게 용융된 금속성분과 함께 방사하여 제조할 수 있으며, 무기성분의 조성비를 조절하여 용융점을 낮춘 후 용융된 무기성분에 금속성분을 침지시키거나 통과시킨 후 이를 경화하는 방법 등으로 적용할 수 있다.The inorganic ingredient does not limit the method of forming a coating layer on the surface of the metal fiber. For example, when the Taylor-Ulitovsky method is applied as a production method for the metal fiber, it can be manufactured by spinning with molten metal components similar to two-component fiber, and the melting point is lowered by adjusting the composition ratio of the inorganic component. It can be applied by immersing or passing a metal component in a molten inorganic component and then hardening it.
상기 코팅층은 두께를 한정하지 않는다. 구체적으로 상기 코팅층은 후술할 다발 상태의 금속 와이어를 가열 및 연신 가공할 때 연화되거나 일정 정도로 용융되어 인접한 금속 와이어들의 코팅층이 결합하여 단일화될 정도의 두께를 만족하는 것이 좋다.The thickness of the coating layer is not limited. Specifically, the coating layer should be softened or melted to a certain extent when heating and stretching a bundled metal wire, which will be described later, and should have a thickness sufficient to unite the coating layers of adjacent metal wires by combining them.
일예로 상기 코팅층은 1 내지 20㎛의 두께를 가질 수 있다. 코팅층의 두께가 상기 범위 미만인 경우, 코팅층이 가열에 의해 연화되더라도 점탄성을 갖기 어려워 합사가 제대로 이루어지지 않으며, 상기 범위를 초과하는 경우 제조되는 코팅층의 균질성과 평활성이 떨어질 수 있다.For example, the coating layer may have a thickness of 1 to 20㎛. If the thickness of the coating layer is less than the above range, even if the coating layer is softened by heating, it is difficult to have viscoelasticity and the plying is not performed properly, and if it exceeds the above range, the homogeneity and smoothness of the manufactured coating layer may be reduced.
상기 코팅된 비정질 금속 와이어를 다수 개 집속하여 다발화하는 단계는 코팅된 비정질 금속 와이어를 다발화하는 와이어의 가닥 수를 한정 하는 것은 아니나 2 내지 20 가닥을 합사하여 집속하는 것이 바람직하다.The step of bundling a plurality of coated amorphous metal wires does not limit the number of strands of wire bundled with the coated amorphous metal wire, but it is preferable to bundle 2 to 20 strands.
금속섬유의 합사 시 금속섬유의 다발화와 동시에 가연공정을 더 진행하여 꼬임을 부여할 수도 있다. 상기 꼬임은 합사된 금속섬유 다발이 공정 중간에 쉽게 흐트러지는 것을 방지하기 위함이며, 꼬임의 방향이나 꼬임수, 각도 등을 한정하는 것은 아니나, S방향 또는 Z방향으로 2 내지 20 T/M(twist per meter)이며, 꼬임각도는 20° 이하인 것이 바람직하다. 꼬임조건이 상기 범위 미만인 경우 금속섬유의 연신 과정에서 섬유다발이 쉽게 흐트러져 합사가 제대로 이루어지지 않을 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 꼬임 과정에서 금속섬유의 절단이나 금속섬유와 코팅층의 계면분리가 발생할 수도 있다.When plying metal fibers, a twisting process may be further performed at the same time as the metal fibers are bundled to provide twist. The twist is to prevent the bundled metal fiber bundle from being easily disturbed during the process, and does not limit the direction, number, or angle of twist, but is 2 to 20 T/M (twist) in the S or Z direction. per meter), and the twist angle is preferably 20° or less. If the twisting conditions are less than the above range, the fiber bundle may be easily disturbed during the stretching process of the metal fiber and the plying may not be done properly. If it exceeds the above range, cutting of the metal fiber or interfacial separation between the metal fiber and the coating layer may occur during the twisting process. It may be possible.
또한, 상기 집속된 와이어(섬유) 다발을 양 끝단 방향으로 연신함과 동시에 국부적으로 가열하여 무기성분을 연화함과 동시에 와이어 다발 내 금속 와이어의 직경을 감소시켜 하나의 와이어로 합사하여 다발형 비정질 금속 와이어를 제조할 수 있다.In addition, the bundle of bundled wires (fibers) is stretched in the direction of both ends and heated locally to soften the inorganic components and at the same time reduce the diameter of the metal wire in the wire bundle and braided into a single wire to form a bundled amorphous metal. Wire can be manufactured.
또한, 상기 다발화된 여러 가닥의 금속 와이어를 국부적으로 가열함과 동시에 장력을 가함으로써 각 금속 와이어 표면에 형성된 코팅층을 연화시켜 인접한 금속와이어 코팅층과 합쳐져 하나의 코팅층을 형성하며, 내부의 금속 와이어 연신에 의해 섬도가 감소하게 되며, 이러한 공정을 통해 다수의 와이어 가닥이 하나의 와이어로 합쳐지게 되며, 합쳐진 하나의 와이어에는 여러 가닥의 금속 와이어가 섬도가 줄어든 상태로 위치하게 되는 것이다.In addition, by locally heating and simultaneously applying tension to the bundled multiple strands of metal wire, the coating layer formed on the surface of each metal wire is softened and combined with the adjacent metal wire coating layer to form a single coating layer, and the internal metal wire is stretched. The fineness is reduced, and through this process, multiple wire strands are combined into one wire, and in the combined wire, several strands of metal wire are positioned with reduced fineness.
상기 다발형 비정질 금속 와이어를 제조하는 단계;의 상기 가열은 상술한 과정을 통해 형성된 코팅층이 산화에 의해 파괴되지 않도록 내부를 아르곤 또는 질소 분위기나 저진공 상태로 유지하는 것이 좋으며, 800 내지 1,200℃의 온도로 금속 와이어를 국부적으로 가열하는 것이 바람직하다.The heating of the step of manufacturing the bundled amorphous metal wire is preferably maintained in an argon or nitrogen atmosphere or low vacuum so that the coating layer formed through the above-described process is not destroyed by oxidation, and is heated at 800 to 1,200°C. It is desirable to locally heat the metal wire to a temperature.
상기 가열온도가 상기 범위 미만인 경우 금속섬유의 연신과 코팅층의 연화가 제대로 이루어지지 않으며, 가열온도가 상기 범위를 초과하는 경우 코팅층이 용융되어 두께가 균일하지 않으며 평탄성이 하락할 수 있다.If the heating temperature is below the above range, the stretching of the metal fiber and softening of the coating layer may not occur properly, and if the heating temperature exceeds the above range, the coating layer may melt, resulting in uneven thickness and a decrease in flatness.
상기와 같이 연신된 금속 와이어는 하나의 다발형 비정질 금속 와이어로 형성되되, 코팅층 내부에는 연신 전에 비해 직경이 감소한 금속 와이어가 여러 가닥 배열된 형태를 갖게 된다.The metal wire stretched as described above is formed as a single bundle-shaped amorphous metal wire, but inside the coating layer, several metal wires with a reduced diameter compared to before stretching are arranged.
상기 다발형 비정질 금속 와이어는 상술한 바와 같이 다수 개의 금속 와이어가 섬유상의 무기성분 내부에 길이 방향으로 구비되어 코팅된다. 이때 상기 다발형 비정질 금속 와이어는 제조 과정에서 금속 와이어의 직경이나 코팅층의 재질, 연신비, 가열온도 등에 따라 조절될 수 있으나, 코팅층을 포함하는 전체 직경이 10 내지 200㎛이며, 내부의 상기 비정질 금속 와이어의 직경은 0.01 내지 10㎛인 것을 특징으로 하며, 더욱 바람직하게는 2 내지 5㎛ 일 수 있다.As described above, the bundled amorphous metal wire is coated with a plurality of metal wires provided in the length direction inside the fibrous inorganic component. At this time, the bundled amorphous metal wire may be adjusted according to the diameter of the metal wire, the material of the coating layer, stretching ratio, heating temperature, etc. during the manufacturing process, but the total diameter including the coating layer is 10 to 200㎛, and the amorphous metal wire inside The diameter may be 0.01 to 10 ㎛, more preferably 2 to 5 ㎛.
상기 다발형 비정질 금속 와이어는 기존의 인발법 등을 적용한 금속 와이어에 비해 더욱 감소된 섬도를 갖고 있으며, 다별형 비정질 금속 와이어의 표면이 무기성분으로 코팅되어 있기 때문에 높은 감응성, 낮은 온도에서의 높은 열전자 방출 등 전기적 특성이 우수하여 전기폭발단계에서 생산 수율이 현저히 높으며, 균일한 비정질 금속 나노분말을 생산할 수 있다.The bundle-type amorphous metal wire has a further reduced fineness compared to metal wires using existing drawing methods, etc., and since the surface of the multi-star amorphous metal wire is coated with an inorganic component, it has high sensitivity and high thermal electrons at low temperatures. It has excellent electrical properties such as emission, so the production yield is significantly high in the electric explosion stage, and uniform amorphous metal nanopowder can be produced.
전기폭발법에 의해 금속 나노분말을 제조하기 위한 방법으로는 원료가 되는 금속 와이어를 전기폭발이 일어나는 전극에 접촉하거나 근접시키는 방법을 사용하게 되며, 종래의 경우에는 모터를 구동하여 와이어 휠에 감겨진 금속 와이어를 노즐을 통하여 챔버 내부에 투입하였으며, 투입하면 원형으로 형성된 고전압 전극에 금속 와이어가 근접함에 의해 폭발이 일어나게 되고, 이에 따라 금속 나노분말을 생성시키는 방식을 사용하는 것이 일반적이었다.The method for producing metal nanopowder by the electric explosion method involves contacting or approaching the electrode where the electric explosion occurs with a metal wire as a raw material. In the conventional case, a motor is driven to make a metal nanopowder wound around a wire wheel. A metal wire was introduced into the chamber through a nozzle, and when the metal wire was introduced, an explosion occurred due to the proximity of the metal wire to the high-voltage electrode formed in a circle, and thus metal nanopowder was generated. It was common to use a method.
그러나, 종래의 방식의 경우 전기폭발이 일어나는 시점이 불규칙하여 금속 나노분말의 품질이 저하되고, 금속 와이어가 변형되어 폭발이 실패할 수 있는 확률이 높은 문제가 있으며, 순간적으로 고전압이 금속 와이어를 감은 와이어 휠에 유도되어 작업자의 감전사고가 우려되는 문제가 있다.However, in the case of the conventional method, the timing of the electric explosion is irregular, so the quality of the metal nanopowder deteriorates, and there is a high probability that the explosion may fail due to deformation of the metal wire. In addition, there is a high probability that the explosion may fail due to deformation of the metal wire. There is a concern that workers may be electrocuted due to the wire wheel being induced.
따라서, 상기와 같이 연신되어 금속 와이어의 직경이 감소된 다발형 비정질 금속 와이어를 사용하는 경우 표면에 무기성분이 코팅된 다수의 금속 와이어에 전기가 작용하여 비정질 금속 나노분말의 품질을 향상시킬 수 있으며, 생산량을 월등히 증가시킬 수 있다.Therefore, when using a bundled amorphous metal wire whose diameter is reduced by stretching as described above, electricity is applied to a plurality of metal wires coated with an inorganic component on the surface, thereby improving the quality of the amorphous metal nanopowder. , production can be significantly increased.
또한, 상기 비정질 금속 와이어를 다수 개 집속하여 다발화하여 표면적을 증가시킬 수 있으며, 넓어진 표면적으로 인하여 전기폭발이 효율적으로 이루어져 생산효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the surface area can be increased by concentrating and bundling a large number of the amorphous metal wires, and the expanded surface area allows for efficient electric explosion, thereby improving production efficiency.
상기 공급단계는 하나의 와이어로 합사된 다발형 비정질 금속 와이어를 공급기에 공급하는 것이다.In the supply step, the bundled amorphous metal wire braided into one wire is supplied to the feeder.
상기 공급단계는 다발형 비정질 금속 와이어가 수직 혹은 수평 이동되어 전기 폭발이 이루어지는 챔버 내의 전극 사이에 자동으로 거치되고, 연속적으로 수행되어 비정질 금속 나노 분말의 단위 시간당 생산량을 증가할 수 있으며, 전기 폭발이 일어나는 시점이 일정하게 되어 비정질 금속 나노 분말이 균일하게 생산되어 품질이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.In the supply step, the bundled amorphous metal wire is moved vertically or horizontally and is automatically placed between electrodes in a chamber where an electric explosion occurs, and is performed continuously to increase the production amount of amorphous metal nanopowder per unit time, and the electric explosion occurs. Since the time of occurrence is constant, amorphous metal nano powder is produced uniformly, resulting in improved quality.
상기 챔버 내부에는 전기폭발을 위한 두 전극이 구비되어 있어서 상기 챔버 내부에서 전기폭발이 일어날 수 있다. 상기 전극 사이로 다발형 비정질 금속 와이어를 공급한 다음에는 전극에 전기 에너지(고전압)를 인가하여 전기 폭발시킴으로써 금속 나노 분말을 제조할 수 있다.Two electrodes for electric explosion are provided inside the chamber, so an electric explosion can occur inside the chamber. After supplying a bundle of amorphous metal wires between the electrodes, electric energy (high voltage) is applied to the electrodes to cause an electric explosion, thereby producing metal nanopowder.
상기 전기폭발 단계는 공급기에 공급된 다발형 비정질 금속 와이어를 챔버 내부로 공급한 후 와이어에 고전압을 인가하여 전기 폭발하도록 하여 비정질 금속 나노분말이 생성되게 한다. 상기 고전압은 수회의 펄스 전압을 인가함으로써 발생될 수 있으며, 상기 펄스 전압은 수초의 주기로 인가될 수 있으며, 상기 펄스 전압의 주기는 일정하거나 또는 가변될 수 있다.In the electric explosion step, the bundled amorphous metal wire supplied to the feeder is supplied into the chamber and then a high voltage is applied to the wire to cause electric explosion to generate amorphous metal nanopowder. The high voltage may be generated by applying several pulse voltages. The pulse voltage may be applied with a period of several seconds, and the period of the pulse voltage may be constant or variable.
또한, 상기 펄스 전압은 20 내지 50 kV일 수 있으며 바람직하게는 30 kV일 수 있다. 상기 펄스 전압은 비정질 금속 와이어의 직경 및 길이에 따라 최적 전압은 가변될 수 있다.Additionally, the pulse voltage may be 20 to 50 kV, preferably 30 kV. The optimal pulse voltage may vary depending on the diameter and length of the amorphous metal wire.
또한, 다발형 비정질 금속 와이어를 제조하는 단계;에서 상기 다발형 비정질 금속 와이어를 플라즈마 처리하여 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, manufacturing a bundled amorphous metal wire may further include removing impurities by plasma treating the bundled amorphous metal wire.
플라즈마 처리를 통해 다발형 비정질 금속 와이어의 표면에 존재하는 더스트나 오염물질을 제거하여 비정질 금속 나노 분말의 품질을 향상시킬 수 있다.The quality of amorphous metal nanopowder can be improved by removing dust or contaminants present on the surface of the bundled amorphous metal wire through plasma treatment.
플라즈마는 대기압 플라즈마가 바람직하나 이에 한정되지 않으며, 화염 플라즈마도 사용할 수 있다. 전기 폭발의 경우 작은 오염물질에 의해 금속 저항 값이 달라져서 전기에너지가 균일하게 전달되지 못할 수 있기 때문이다.The plasma is preferably atmospheric pressure plasma, but is not limited thereto, and flame plasma can also be used. This is because in the case of an electrical explosion, the metal resistance value may vary due to small contaminants, causing electrical energy to not be transmitted uniformly.
상기 회수 단계는 생성된 비정질 나노 금속 분말을 공지된 기술에 따라 걸러내고 포집할 수 있다.In the recovery step, the generated amorphous nano metal powder can be filtered and collected according to known techniques.
이하, 실시예 및 비교예를 예로 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples and comparative examples.
다만, 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 제한되는 것은 아니다.However, the following Examples and Comparative Examples are only one example to explain the present invention in more detail, and the present invention is not limited to the following Examples and Comparative Examples.
<실시예 1><Example 1>
철, 코발트, 니켈, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 크롬, 붕소, 실리콘, 탄소, 인 및 망간에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 금속이 포함된 비정질 금속을 테일러-울리토브스키법을 이용하여 와이어로 제조하고 와이어 표면에 무기성분을 코팅한 다수의 금속 와이어를 집속하여 다발화하고 다발 양쪽 끝을 가열하면서 연신하여 직경 10 ㎛ 인 다수의 내부 금속 와이어를 하나의 와이어로 합사된 다발형 비정질 금속 와이어를 제조한 후 다발형 비정질 금속 와이어를 공급기에 공급하고, 챔버 내부로 공급한 후 펄스 전압 20 내지 50 kV을 인가하여 전기적으로 폭발시켜 비정질 금속 나노 분말을 생성하고 회수하여 수득하여 제조하였다.Amorphous metals containing one or more metals selected from iron, cobalt, nickel, aluminum, copper, tungsten, zirconium, niobium, molybdenum, chromium, boron, silicon, carbon, phosphorus, and manganese are subjected to the Taylor-Ulitovsky method. A large number of metal wires made of wire and coated with an inorganic component on the surface of the wire are bundled and stretched, and both ends of the bundle are heated and stretched to form a bundle of multiple internal metal wires with a diameter of 10 ㎛ braided into one wire. After manufacturing the amorphous metal wire, the bundled amorphous metal wire is supplied to the feeder, fed into the chamber, and then electrically exploded by applying a pulse voltage of 20 to 50 kV to generate and recover the amorphous metal nanopowder. did.
이때 가열기의 온도는 850℃로 하였으며, 연신비가 10이 되도록 권취롤러와 연신롤러의 속도를 조절하였다.At this time, the temperature of the heater was set to 850°C, and the speeds of the winding roller and stretching roller were adjusted so that the stretching ratio was 10.
<실시예 2><Example 2>
비정질 금속 와이어의 표면에 무기성분으로 산화규소, 산화붕소, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스트론튬, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화리튬, 산화철 및 산화티탄에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 무기산화물이 코팅되고, 직경 5 ㎛ 인 다수의 내부 금속 와이어를 하나의 와이어로 합사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 비정질 금속 나노 분말을 제조하였다.As an inorganic component on the surface of the amorphous metal wire, one or more inorganic oxides selected from silicon oxide, boron oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide, sodium oxide, potassium oxide, lithium oxide, iron oxide, and titanium oxide. Amorphous metal nanopowder was prepared in the same manner as in Example 1, except that this coating and a plurality of internal metal wires with a diameter of 5 ㎛ were combined into one wire.
<실시예 3><Example 3>
비정질 금속 와이어의 표면이 단면제어 플레이트에 의해 표면요철이 형성된 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 비정질 금속 나노 분말을 제조하였다.Amorphous metal nanopowder was prepared in the same manner as in Example 2, except that the surface of the amorphous metal wire had surface irregularities formed by a cross-section control plate.
<실시예 4><Example 4>
다발형 비정질 금속 와이어를 제조한 후 플라즈마 처리하여 불순물을 제거한 것을 제외하고는 실시예 1과 등일하게 비정질 금속 나노 분말을 제조하였다.Amorphous metal nanopowder was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the bundled amorphous metal wire was manufactured and then plasma treated to remove impurities.
<비교예 1><Comparative Example 1>
철, 코발트, 니켈, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 크롬, 붕소, 실리콘, 탄소, 인 및 망간에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 금속이 포함된 비정질 금속을 와이어로 제조하여 공급기에 공급하고, 챔버 내부로 공급한 후 펄스 전압 20 내지 50 kV을 인가하여 전기적으로 폭발시켜 비정질 금속 나노 분말을 생성하고 회수하여 수득하여 제조하였다.An amorphous metal containing one or more metals selected from iron, cobalt, nickel, aluminum, copper, tungsten, zirconium, niobium, molybdenum, chromium, boron, silicon, carbon, phosphorus and manganese is manufactured into wire and supplied to the feeder. After supplying it into the chamber, a pulse voltage of 20 to 50 kV was applied to electrically explode to generate amorphous metal nanopowder, which was recovered and manufactured.
<실험예 1> - 비정질 금속 나노 분말의 비정질 금속 균질성 평가<Experimental Example 1> - Evaluation of amorphous metal homogeneity of amorphous metal nanopowder
실시예들 및 비교예들에 의해 제조된 비정질 금속 나노 분말을 SIEMENS XRD 장비를 이용하여 비정질에 대한 분석을 하였으며 결정화 정도를 파악하기 위해 피크(peak)의 크기를 비교 측정하였다.The amorphous metal nanopowders prepared in Examples and Comparative Examples were analyzed for amorphousness using SIEMENS XRD equipment, and the sizes of peaks were compared and measured to determine the degree of crystallization.
정확한 피크의 넓이를 측정할 수 없어, 가장 넓은 피크 범위를 나타내는 것을 5로 가장 좁은 피크 범위를 나타내는 것을 1로 표시하여 상대적으로 평가하여 나타내었다.Since the exact width of the peak could not be measured, it was evaluated relatively by labeling the widest peak range as 5 and the narrowest peak range as 1.
<실험예 2> - 비정질 나노 금속 분말의 입경 측정<Experimental Example 2> - Measurement of particle size of amorphous nano metal powder
실시예들 및 비교예들에 의해 제조된 비정질 금속 나노 분말을 FESEM 분석하여 SEM 이미지를 비교하여 나노 금속 분말의 입경을 측정하여 비교하였다.The amorphous metal nanopowders prepared in Examples and Comparative Examples were analyzed by FESEM and compared with SEM images, and the particle diameters of the nanometal powders were measured and compared.
대부분을 차지하는 입경의 범위를 비교하였으며, 입경이 범위가 작은 경우에 균일한 입도 분포를 가지므로 입경 범위를 측정하였다.The range of particle sizes that accounted for most of the samples were compared, and the particle size range was measured because the particle size distribution was uniform when the particle size range was small.
큰 편차를 가지는 입경이 모든 실험에서 발견되었으나 대부분을 차지하는 입경의 범위는 상기 표 2에서 나타난 바와 같이 무기성분을 코팅하고 다발화한 경우 비정질 금속 와이어만을 전기폭발한 경우에 비하여 균일한 입경을 나타내며, 표면요철을 형성시킨 경우 더욱 입경이 균일해질 수 있으며, 플라즈마 처리하여 불순물을 제거한 경우에도 균일한 입도 분포를 나타내는 것을 알 수 있었다.Although particle sizes with large variations were found in all experiments, the range of particle sizes that accounts for the majority is as shown in Table 2 above. When the inorganic component is coated and bundled, the particle size is uniform compared to when only the amorphous metal wire is electrically exploded, It was found that when surface irregularities were formed, the particle size could become more uniform, and even when impurities were removed through plasma treatment, a uniform particle size distribution was observed.
또한, 비교예 1과 같이 코팅되지 않고 다발화하지 않은 비정질 금속 와이어를 공급하여 전기폭발시키는 경우에는 전기 폭발이 원활히 이루어지지 않아 분말 덩어리가 다수 형성되어 균일한 나노 금속 분말의 제조가 어려워 품질이 저하되는 것을 알 수 있었다.In addition, when electric explosion is performed by supplying an amorphous metal wire that is not coated and not bundled as in Comparative Example 1, the electric explosion does not occur smoothly and a large number of powder lumps are formed, making it difficult to manufacture uniform nano-metal powder and deteriorating quality. I could see that it was happening.
<실험예 3> - 비정질 나노 금속 분말 표준편차 측정<Experimental Example 3> - Measurement of standard deviation of amorphous nano metal powder
표준편차는 실제 입자가 어떻게 분포되어 있는지를 알 수 있는 평가 기준으로 활용될 수 있으며, 표준편차 값이 작아야 고른 입자 분포를 갖는다는 것을 의미한다.The standard deviation can be used as an evaluation standard to know how the actual particles are distributed, and a small standard deviation value means that there is an even particle distribution.
입도분석기(horiba)를 사용하여 측정한 값의 표준편차를 계산할 결과, 비교예 1에 의한 방법으로 제조한 금속 분말은 측정이 불가하였고, 실시예 1의 경우 표준편차가 9.4nm 로 나타났고, 실시예 2의 경우 8.8nm, 실시예 4의 경우 7.9nm 로 나타났으며, 실시예 3의 경우 표준편차가 6.8nm 으로 입자 분포가 가장 고르다는 것을 알 수 있었으며, 입자 분포에 비정질 금속 와이어의 코팅, 다발화, 표면 요철, 불순물 제거가 영향을 미치는 요인이 되는 것을 알 수 있었다.As a result of calculating the standard deviation of the measured value using a particle size analyzer (horiba), the metal powder manufactured by the method of Comparative Example 1 could not be measured, and in the case of Example 1, the standard deviation was found to be 9.4 nm, and In the case of Example 2, it was found to be 8.8 nm, and in the case of Example 4, it was 7.9 nm. In the case of Example 3, the standard deviation was 6.8 nm, showing that the particle distribution was the most even, and the particle distribution was influenced by the coating of an amorphous metal wire, It was found that clustering, surface irregularities, and impurity removal were influential factors.
<실험예 4> - 비정질 나노 금속 분말 생산성 측정<Experimental Example 4> - Measurement of amorphous nano metal powder productivity
실시예들 및 비교예 1에 의해 제조된 비정질 금속 나노 분말을 1분 간격으로 30 kV의 전압으로 전기폭발을 20회 실시하여 생산된 수득율을 비교하였으며, 1회 실시하여 생산된 수득율을 비교한 결과 실시예들에 의한 수득률이 비교예 1과 비교하여 3 내지 4배 이상 증가하는 것을 확인할 수 있었다.The yields produced by electrically detonating the amorphous metal nanopowder prepared in Examples and Comparative Example 1 20 times at a voltage of 30 kV at 1-minute intervals were compared, and the yields produced by performing the same once were compared. It was confirmed that the yield according to the examples increased by more than 3 to 4 times compared to Comparative Example 1.
비교예 1의 코팅이나 다발화 하지 않고 공급한 경우에는 17회 폭발 시 금속선이 변형되어 폭발이 실패하여 20회 연속적으로 전기폭발 하지 못하였으며, 비정질 금속 와이어를 다발화한 실시예들의 경우 연속적으로 전기폭발이 가능하였으며, 다발화 되었기 때문에 생산되는 비정질 금속 나노분말의 생산성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.In the case of supply without coating or bundling in Comparative Example 1, the metal wire was deformed during the 17th explosion and the explosion failed, so 20 consecutive electric explosions were not possible, and in the examples in which the amorphous metal wire was bundled, the electricity was continuously exploded. It was confirmed that explosion was possible and that the productivity of the amorphous metal nanopowder produced was excellent because it was ignited.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 당해 기술 분야에 숙련된 사람은 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, those skilled in the art can understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the technical spirit of the present invention as set forth in the claims below. There will be.
S110 : 비정질 금속 와이어 제조 단계
S120 : 다발형 비정질 금속 와이어 제조 단계
S121 : 플라즈마 처리 단계
S130 : 공급 단계
S140 : 전기폭발 단계
S150 : 회수 단계S110: Amorphous metal wire manufacturing steps
S120: Bundle-type amorphous metal wire manufacturing step
S121: Plasma processing step
S130: Supply phase
S140: Electric explosion stage
S150: recovery phase
Claims (5)
상기 비정질 금속 와이어 표면에 산화규소, 산화붕소, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스트론튬, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화리튬, 산화철 및 산화티탄에서 선택되는 어느 하나 또는 복수의 무기산화물을 포함하는 코팅층을 형성하는 단계;
상기 코팅된 비정질 금속 와이어를 다수 개 집속하여 다발화하는 단계;
상기 집속된 비정질 금속 와이어 다발을 양 끝단 방향으로 연신함과 동시에 국부적으로 가열하여 상기 무기산화물을 포함하는 코팅층을 연화함과 동시에 섬유 다발 내 금속 와이어의 직경을 감소시켜 하나의 와이어로 합사하여 다발형 비정질 금속 와이어를 제조하는 단계;
상기 다발형 비정질 금속 와이어를 공급기에 공급하는 단계;
상기 공급기에 공급된 다발형 비정질 금속 와이어를 챔버 내부로 공급한 후 다발형 비정질 금속 와이어에 20 내지 50 kV의 펄스 전압을 인가하여 상기 비정질 금속 와이어를 전기적으로 폭발시키는 전기폭발단계; 및
상기 전기폭발단계에서 상기 다발형 비정질 금속 와이어가 폭발하여 생성된 비정질 금속 나노분말을 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법.
Manufacturing an amorphous metal containing one or more components selected from iron, cobalt, nickel, aluminum, copper, tungsten, zirconium, niobium, molybdenum, chromium, boron, silicon, carbon, phosphorus, and manganese into a wire;
Containing one or more inorganic oxides selected from silicon oxide, boron oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide, sodium oxide, potassium oxide, lithium oxide, iron oxide, and titanium oxide on the surface of the amorphous metal wire. forming a coating layer;
Bundling the coated amorphous metal wire into a plurality of wires;
The focused amorphous metal wire bundle is stretched in the direction of both ends and heated locally to soften the coating layer containing the inorganic oxide and at the same time reduce the diameter of the metal wire in the fiber bundle to form a bundle by plying it into one wire. Manufacturing an amorphous metal wire;
Supplying the bundled amorphous metal wire to a feeder;
An electric explosion step of supplying the bundled amorphous metal wire supplied to the feeder into the chamber and then applying a pulse voltage of 20 to 50 kV to the bundled amorphous metal wire to electrically explode the amorphous metal wire; and
A method for producing amorphous metal nanopowder by electric explosion of an amorphous metal wire, comprising: recovering the amorphous metal nanopowder produced by exploding the bundled amorphous metal wire in the electric explosion step.
상기 다발형 비정질 금속 와이어는 다수 개의 상기 비정질 금속 와이어가 와이어상의 무기성분 내부에 길이 방향으로 구비되며, 내부의 상기 비정질 금속 와이어의 직경은 0.01 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법.
According to paragraph 1,
The bundled amorphous metal wire is an electric explosion of an amorphous metal wire, characterized in that a plurality of the amorphous metal wires are provided in the longitudinal direction inside the inorganic component of the wire, and the diameter of the amorphous metal wire inside is 0.01 to 10㎛. Method for producing amorphous metal nanopowder.
상기 다발형 비정질 금속 와이어를 제조하는 단계;는 800 내지 1,200℃의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법.
According to paragraph 1,
The step of manufacturing the bundled amorphous metal wire; is a method of producing amorphous metal nanopowder by electric explosion of the amorphous metal wire, characterized in that heating to a temperature of 800 to 1,200 ° C.
상기 다발형 비정질 금속 와이어를 제조하는 단계;는 상기 다발형 비정질 금속 와이어를 플라즈마 처리하여 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 와이어의 전기 폭발에 의한 비정질 금속 나노 분말의 제조방법.
According to paragraph 1,
Manufacturing the bundled amorphous metal wire; removing impurities by plasma treating the bundled amorphous metal wire; manufacturing amorphous metal nanopowder by electric explosion of the amorphous metal wire, characterized in that it further comprises: method.
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