KR102605561B1 - 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열간 등방압 가압 분말야금에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 밀봉을 위한 캔을 별도로 제작할 필요가 없어 시간과 비용을 절감할 수 있고, 캐닝 공정을 형상의 제약이 없이 다양한 형태의 분말야금 처리가 가능할 뿐만 아니라, 활용 소재의 적용 범위를 확대할 수 있는 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법은, 분말야금 대상 소재를 포함하는 본체 및 상기 본체의 외부에 상기 분말야금 대상 소재와 상이한 이종 소재를 포함하는 캔용 소재를 적층하여 형성한 캔층을 포함하는 예비 성형체를 제조하는 성형단계; 상기 예비 성형체를 진공이 유지되는 상태에서 열처리하여 상기 예비 성형체의 캔층을 밀봉하는 밀봉단계; 및 상기 단계에서 밀봉한 예비 성형체를 고온 등방압 가압 방법으로 압축 소결하여 소결체 및 상기 소결체의 외부에 형성된 캔층을 포함하는 성형체를 제조하는 고온 등방압 가압 단계;를 포함한다.
실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법은, 분말야금 대상 소재를 포함하는 본체 및 상기 본체의 외부에 상기 분말야금 대상 소재와 상이한 이종 소재를 포함하는 캔용 소재를 적층하여 형성한 캔층을 포함하는 예비 성형체를 제조하는 성형단계; 상기 예비 성형체를 진공이 유지되는 상태에서 열처리하여 상기 예비 성형체의 캔층을 밀봉하는 밀봉단계; 및 상기 단계에서 밀봉한 예비 성형체를 고온 등방압 가압 방법으로 압축 소결하여 소결체 및 상기 소결체의 외부에 형성된 캔층을 포함하는 성형체를 제조하는 고온 등방압 가압 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 열간 등방압 가압 분말야금에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 밀봉을 위한 캔을 별도로 제작할 필요가 없어 시간과 비용을 절감할 수 있고, 캐닝 공정을 형상의 제약이 없이 다양한 형태의 분말야금 처리가 가능할 뿐만 아니라, 활용 소재의 적용 범위를 확대할 수 있는 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 열간 등방압 가압 성형 공정(hot isostatic pressing, HIP)은 연강이나 스테인리스강 등과 같이 고온에서 견딜 수 있는 소재로 만든 캐닝용기 속에 금속분말을 채워 넣고, 캐닝용기 내부의 공기를 제거한 후(degassing) 압력 용기에 장입하여 고온에서 아르곤이나 질소와 같은 불활성 기체를 이용하여 등방압(isostatic pressure)으로 가압하여 성형과 소결을 동시에 수행하여 제품을 성형하는 분말야금 방법의 일종이다. 상기 방법에 의해 제작된 제품은 다른 공법에 비해 제품의 물성이 우수하다는 장점이 있어, 물성이 매우 중요하고 신뢰를 요하는 제품을 제조하는 경우에 사용되고 있다.
특히, 열간 등방압 가압 성형 공정은 티타늄 합금(Ti-6Al-4V), 인코넬(Inconel) 부품 등과 같이 금속, 합금, 세라믹 또는 이들의 복합체 소재를 성형하여 제품을 제조하는 공정에 주로 사용되며 냉간 등방압 가압 성형 공정(cold isostatic pressing, CIP)에 비해 크기가 큰 부품의 제조가 가능하다는 장점이 있어 널리 활용되고 있다.
기존에는 열간 등방압 가압 분말야금 공정을 수행하기 위해서, 분말야금 대상 소재를 밀봉하기 위해 캐닝용기용 소재를 이용해 캐닝 용기를 제조하고, 캐닝 용기에 분말야금 대상 소재를 장입한 다음 밀봉하여 제품을 제조하고 있다.
하지만, 상기 캐닝 용기는 캐닝용기용 소재를 이용해 용기 형상으로 성형한 다음, 연결부위에 대하여 아크 용접 또는 산소 용접 등의 용융 용접을 수행하여 제조하는 캐닝 공정을 필수적으로 포함한다. 이에 따라, 캐닝 용기는 용접 특성이 우수한 강종으로 소재가 제한되고, 일반적으로 5년 이상의 숙련된 용접공이 캐닝용기를 제작해야만 열간 등방압 가압 분말야금 공정을 수행 시 캐닝 용기에 의한 문제가 발생하지 않게 된다.
또한, 강종의 용융점 제한으로 인하여 캐닝 시료는 처리 온도가 1400 ℃ 이하로 제한을 받을 뿐 아니라, 강종과 반응하여 발열 반응을 일으키는 소재로 공정이 제한되며, 캐닝용기 제작을 위한 인건비와 시간이 과도하게 소요되는 문제점이 있다.
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 분말야금 대상 소재의 외부에 캔용 소재를 적층한 다음 진공열처리하여 분말야금 대상 소재의 외부에 캔층을 형성하는 간단한 방법으로 기존의 캐닝 공정 포함 열간 등방압 가압 분말야금 방법에서 캐닝용기 제작을 위한 인건비와 시간을 절감할 수 있는 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 캐닝 공정을 형상의 제약이 없이 다양한 형태의 분말야금 처리가 가능할 뿐만 아니라, 1,500 ℃ 이상의 고온에서도 열간 등방압 가압 분말야금을 수행할 수 있어 활용 소재의 적용 범위를 확대할 수 있는 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법은, 분말야금 대상 소재를 포함하는 본체 및 상기 본체의 외부에 상기 분말야금 대상 소재와 상이한 이종 소재를 포함하는 캔용 소재를 적층하여 형성한 캔층을 포함하는 예비 성형체를 제조하는 성형단계; 상기 예비 성형체를 진공이 유지되는 상태에서 열처리하여 상기 예비 성형체의 캔층을 밀봉하는 밀봉단계; 및 상기 단계에서 밀봉한 예비 성형체를 고온 등방압 가압 방법으로 압축 소결하여 소결체 및 상기 소결체의 외부에 형성된 캔층을 포함하는 성형체를 제조하는 고온 등방압 가압 단계;를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 분말야금 대상 소재는 분말(powder), 압축 생형(green compact), 벌크(bulk), 와이어(wire), 필름(film) 또는 시트(sheet) 중 어느 하나 이상의 형상을 갖는 것을 사용할 수 있으며, 금속, 합금 또는 세라믹 중 어느 하나 이상의 소재를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 예비 성형체는 상기 분말야금 대상 소재를 상기 캔용 소재의 내부에 장입하여 형성할 수 있으며, 분말야금 대상 소재를 성형하여 본체를 형성한 다음 본체의 표면에 캔용 소재를 적층하여 본체 및 캔층을 포함하는 구조의 예비 성형체를 제조할 수도 있다.
일 실시예에 따라, 상기 예비 성형체는, 핸드 프레스(hand press), 냉간 등방가압(cold isostatic pressing, CIP) 또는 정수압 가압(worm isostatic pressing, WIP) 중 어느 하나의 방법으로 상기 분말야금 대상 소재를 상기 캔용 소재의 내부에 장입하여 형성할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 캔용 소재는 분말(powder), 압축 생형(green compact), 벌크(bulk), 와이어(wire), 필름(film) 또는 시트(sheet) 중 어느 하나 이상의 형상을 갖는 것을 사용할 수 있으며, 금속, 합금 또는 세라믹 중 어느 하나 이상의 소재를 포함할 수도 있다.
일 실시예에 따라, 상기 캔용 소재는 석영(SiO2)를 포함할 수 있으며, 상기 밀봉 단계는, 1 × 10-6 내지 1 × 10-2 torr의 압력 및 700 ℃ 이상의 온도 조건, 바람직하게는 700 ℃ 내지 1,700 ℃에서 열처리하여 상기 석영(SiO2)을 포함하는 캔층을 고상 소결하여 상기 예비 성형체의 본체를 밀봉할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 고온 등방압 가압 단계는, 상기 성형체를 제조한 다음, 상기 성형체에서 캔층을 제거하고 상기 소결체를 수득하는 캔 제거단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 구성의 실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법은 밀봉을 위한 캔을 별도로 제작할 필요가 없어 시간과 비용을 절감할 수 있고, 캐닝 공정을 형상의 제약이 없이 다양한 형태의 분말야금 처리가 가능할 뿐만 아니라, 활용 소재의 적용 범위를 확대할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법은 각종 금속 및 합금뿐만 아니라, 세라믹, 고융점금속, 금속-비금속 복합재료 등 분말야금 산업 전반에서 제품 제조를 위해 활용이 가능하며, 반도체용 전자 세라믹, 발전용 터빈 부품, 내마모 압연롤 등과 같은 고품질, 고신뢰성 요구 제품의 생산이 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 공정을 나타낸 개념도이다.
도 2는 실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 공정을 나타낸 개념도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법을 나타낸 공정도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법은, 분말야금 대상 소재를 포함하는 본체 및 상기 본체의 외부에 상기 분말야금 대상 소재와 상이한 이종 소재를 포함하는 캔용 소재를 적층하여 형성한 캔층을 포함하는 예비 성형체를 제조하는 성형단계(S100); 상기 예비 성형체를 진공 열처리하여 상기 예비 성형체를 밀봉하는 밀봉단계(S200); 및 상기 단계에서 밀봉한 예비 성형체를 고온 등방압 가압 방법으로 압축 소결하여 소결체 및 상기 소결체의 외부에 형성된 캔층을 포함하는 성형체를 제조하는 고온 등방압 가압 단계(S300);를 포함하며, 상기 성형체를 제조한 다음, 상기 성형체에서 캔층을 제거하고 상기 소결체를 수득하는 캔 제거단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 예비 성형체를 제조하는 성형단계(S100)는 분말야금 대상 소재를 포함하는 본체 및 상기 본체의 외부에 상기 분말야금 대상 소재와 상이한 이종 소재를 포함하는 캔용 소재를 적층하여 형성한 캔층을 포함하는 예비 성형체를 제조할 수 있다.
본 단계에서는, 분말야금 대상 소재를 성형하여 본체를 형성한 다음 본체의 표면에 캔용 소재를 적층하여 본체 및 캔층을 포함하는 구조의 예비 성형체를 제조할 수 있다. 구체적으로, 몰드에 분말야금 대상 소재를 공급한 다음 성형하여 본체를 형성한 다음 본체의 표면에 캔용 소재를 적층하여 예비 성형체를 제조할 수 있다.
상기 캔층은 열간 등방압 가압 단계에서, 분말야금 대상 소재의 입자 사이로 가스가 침입할 수 없는 밀봉층 또는 기밀층(gas impermeable layer)을 형성하여 고압의 가스를 등방 가압하는 경우에도 치밀한 조직을 갖는 제품을 생산할 수 있도록 한다.
또한, 분말야금 대상 소재를 캔용 소재의 내부에 장입하고 이를 성형하여 예비 성형체를 제조할 수도 있다.
구체적으로, 캔용 소재를 몰드에 공급하여 성형하고, 캔용 소재가 형성한 성형물 내부에 분말야금 대상 소재를 장입한 다음 최종 제품의 형상에 맞게 성형하여 예비 성형체를 제조할 수도 있다.
즉, 본 단계에 본체 및 본체의 외부에 형성되는 캔층을 포함하는 2중 구조의 예비 성형체를 제조할 수 있는 방법이라면, 제한받지 않고 사용할 수 있으며, 핸드 프레스(hand press), 냉간 등방가압(cold isostatic pressing, CIP) 또는 정수압 가압(worm isostatic pressing, WIP) 등의 방법을 이용해 예비 성형체를 제조할 수 있다.
상기 예비 성형체는 분말야금 대상 소재를 이용해 본체를 형성하고, 캔용 소재를 이용해 캔층을 형성할 수 있다.
상기 분말야금 대상 소재는 분말(powder), 압축 생형(green compact), 벌크(bulk), 와이어(wire), 필름(film), 시트(sheet) 또는 이들의 혼합물 등과 같은 다양한 형상을 갖는 소재를 사용할 수 있다.
또한, 상기 분말야금 대상 소재는 금속, 합금, 세라믹 또는 이들의 혼합물을 포함하는 소재를 사용할 수 있다. 일례로, 상기 분말야금 대상 소재는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)을 대표적인 예로 들 수 있으며, 이에 제한받는 것은 아니다.
상기 캔용 소재는 상기 분말야금 대상 소재와 상이한 소재를 이용해 제조한 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 캔용 소재는 분말야금 대상 소재의 소결 온도에서도 충분한 가스 차단 성능, 즉, 밀봉성을 갖는 소재를 사용할 수 있으며, 분말야금 대상 소재가 소결되어 조직이 치밀화될 때 가스압을 전달할 수 있으며, 소결 온도에서 분말야금 대상 소재와 반응하지 않고, 소결체로부터 쉽게 제거될 수 있는 소재를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
특히, 캔용 소재는 분말야금 대상 소재 대비 소결 온도가 50 내지 200 ℃ 낮은 온도에서 연화되는 소재를 도입할 수 있다.
상기 캔용 소재 또한 분말(powder), 압축 생형(green compact), 벌크(bulk), 와이어(wire), 필름(film), 시트(sheet) 또는 이들의 혼합물 등과 같은 다양한 형상을 갖는 소재를 사용할 수 있다.
상기 캔용 소재는 금속, 합금, 세라믹 또는 이들의 혼합물을 포함하는 소재로 제조한 것을 사용할 수 있다. 일례로, 상기 캔용 소재는 석영(SiO2), 탄소강, 티타늄, 니켈구리, 보로실리케이트(pyrex) 또는 이들의 혼합물 등을 대표적인 예로 들 수 있으며, 이에 제한받는 것은 아니다.
상기와 같은 캔용 소재는 후술할 열간 등방압 가압 단계에서, 가해지는 소결 온도에 따라 적합한 소재를 사용할 수 있다.
상기 분말은, 1nm 내지 1mm의 평균입자 크기를 갖는 것을 사용할 수 있으며, 상기 분말은 구형, 다면체형 등 형상에 제한받지 않는다. 그리고, 상기 분말은 평균입자 크기가 상이한 이종 크기의 분말을 1종 이상 혼합한 혼합 분말을 사용하여 치밀한 조직을 갖는 제품을 형성할 수도 있다.
상기 압축 생형(green compact)은 특정 제품을 생산하기 위해 필요한 형태와 밀도를 가지고, 입자를 치밀하게 접합하여 충분한 강도를 갖도록 압축하여 제조한 분말 입자를 의미하며, 1종 이상의 소재를 도입한 입자를 사용할 수 있다. 압축 생형은 1nm 내지 1mm의 평균입자 크기를 갖는 것을 사용할 수 있으며, 이에 제한받는 것은 아니다.
상기 벌크는 상기 분말을 가공하기 전 상태의 덩어리를 의미하며, 평균 크기가 5 내지 100 mm인 것을 사용할 수 있다. 상기 벌크, 와이어, 필름 및 시트는 각각 크기와 형상에 제한받지 않고 사용할 수 있으며, 분말, 압축 생형, 벌크, 와이어, 필름, 시트를 혼합한 혼합물을 사용할 수도 있다.
또한, 본 단계에서는, 단일 소재를 이용해 형성시킨 캔층에 대해 상술하였으나, 상기 본체의 외부에는 서로 상이한 소결 온도를 갖는 이종 소재를 활용하여 제1 캔층 및 상기 제1 캔층의 외부에 형성되는 제2 캔층을 추가로 형성할 수도 있다.
특히, 상기 제2 캔층은 상기 제1 캔층 대비 소결 온도가 낮은 캔용 소재를 이용해 형성할 수 있으며, 이와 같은 2중층 구조의 캔층을 포함할 경우 고온의 소결 온도에서 상이한 연화 특성을 나타내어 밀봉 성능이 향상되고, 고압의 가스를 사용하여 등방 가압하는 경우에도 형태 변화가 발생하지 않아 복잡한 구조의 제품 또한 안정적으로 생산할 수 있도록 한다.
상기 밀봉단계(S200)는 예비 성형체를 진공 열처리하여 상기 예비 성형체의 본체를 밀봉하는 단계로서, 고진공 상태에서 캔용 소재를 열처리하여 본체의 외부에 형성된 캔층을 소결하여 본체를 밀봉할 수 있다.
본 단계에서는, 캔용 소재를 고상 소결하기 위한 적정 온도 및 압력 조건에서 캔용 소재를 열처리하여 본체의 표면을 캔층이 충분히 감싸 밀봉하도록 하여 캔층 내부가 진공상태를 유지하도록 할 수 있으며, 이에 따라, 불순물의 유입을 방지하고, 치밀한 조직을 갖는 제품을 제조할 수 있도록 한다.
일례로, 상기 캔용 소재로 석영(quartz, SiO2)을 사용하는 경우 열처리 온도를 1,000 내지 1,200 ℃, 바람직하게는, 1,100 ℃의 열처리 온도에서 밀봉단계를 수행할 수 있다.
또한, 본 단계에서는, 1 × 10-6 내지 1 × 10-2 torr의 고진공 압력 조건에서 밀봉 단계를 수행하도록 하여 캔층 내부 공간 또한 진공상태가 유지되도록 구성할 수 있다. 바람직하게는, 1 × 10-3 torr의 고진공 압력 조건에서 밀봉 단계를 수행할 수 있다.
아울러, 상기 열처리 온도는 캔용 소재의 조성에 따라 적절히 선택하여 조절할 수 있음은 물론이다.
상기 열간 등방압 가압 단계(S300)는, 상기 단계에서 밀봉한 예비 성형체를 고온 등방압 가압 방법으로 압축 소결하여 성형체 및 상기 성형체의 외부에 형성된 캔층을 포함하는 소결체를 제조할 수 있다.
본 단계에서는, 고온하에서 고압의 가스를 사용하여 등방 가압하여 치밀한 조직을 갖는 소결체를 제조할 수 있으며, 압력 용기, 히터, 압축기 및 컨트롤러가 구비된 열간 등방압 가압 장치를 이용해 수행할 수 있다.
구체적으로, 본 단계에서는, 예비 성형체를 압력 용기에 공급하고, 500 내지 2,200 ℃의 온도 조건에서 아르곤 가스, 질소 가스 등과 같은 불활성 가스를 공급해 5 내지 300 MPa의 압력으로 가압하고 0.1 내지 24시간 동안 수행하는 열간 등방압 가압 방법으로 예비 성형체를 압축 소결하여 제품을 제조할 수 있다.
또한, 본 단계에서는 예비 성형체의 본체를 형성하기 위해 사용한 분말야금 대상 소재의 조성 및 형태에 따라 상이한 조건으로 열간 등방압 가압 방법으로 예비 성형체를 압축 소결할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 예비 성형체를 고온 등방압 가압 방법으로 압축 소결하면, 분말야금 대상 소재가 압축 소결되어 치밀한 조직의 소결체를 포함하는 성형체를 형성할 수 있다.
상기 캔 제거단계(400)는 상기와 같은 방법으로 제조한 성형체에서 캔층을 제거하여 소결체를 수득하는 단계이다.
본 단계에서는, 상기 성형체를 그라인딩, 샌드 블라스팅, 쇼트 블라스팅, 컷팅 등과 같은 가공 방법을 통해 성형하여 캔층을 제거하고 대상 제품을 형성하는 소결체를 수득할 수 있다.
한편, 도 2는 실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 공정을 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법에서, 예비 성형체를 제조하는 성형단계(S100)는 분말, 압축 생형, 벌크 또는 시트 중 어느 하나의 형태를 갖는 분말야금 대상 소재 및 캔용 소재를 선택적으로 활용하여 예비 성형체를 제조할 수 있다. 또한, 도시하지는 않았으나, 분말야금 대상 소재 및 캔용 소재는 와이어 또는 필름 형상을 갖는 것을 사용할 수도 있다.
상기 예비 성형체는 분말야금 대상 소재를 성형하여 본체를 형성한 다음 본체의 표면에 캔용 소재를 적층하여 본체 및 캔층을 포함하는 구조의 예비 성형체를 제조할 수 있다. 또는, 분말야금 대상 소재를 캔용 소재의 내부에 장입하고 이를 성형하여 예비 성형체를 제조할 수도 있다.
구체적으로, 상기 예비 성형체는 핸드 프레스(hand press), 냉간 등방가압(cold isostatic pressing, CIP) 또는 정수압 가압(worm isostatic pressing, WIP) 등의 방법을 이용해 제조할 수 있다.
예비 성형체를 밀봉하는 밀봉단계(S200)는 고진공 상태에서 캔용 소재를 열처리하여 본체의 외부에 형성된 캔층을 소결하여 본체를 밀봉할 수 있으며, 캔용 소재가 본체의 외부에서 성형되어 본체를 밀봉할 수 있는 캔 형상을 구조를 갖는 캔층을 형성할 수 있게 된다.
상기 열간 등방압 가압 단계(S300)는, 고온에서 고압의 가스를 공급해 상기 예비 성형체의 외부를 등방압 가압하여 치밀한 조직을 갖는 소결체를 포함하는 성형체를 제조할 수 있다.
상기 캔 제거단계(S400)는 성형체에서 캔층을 제거하고 소결체를 수득할 수 있다.
상기한 바와 같은 실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법은 밀봉을 위한 캔을 별도로 제작할 필요가 없어 시간과 비용을 절감할 수 있고, 캐닝 공정을 형상의 제약이 없이 다양한 형태의 분말야금 처리가 가능할 뿐만 아니라, 활용 소재의 적용 범위를 확대할 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법은 각종 금속 및 합금뿐만 아니라, 세라믹, 고융점금속, 금속-비금속 복합재료 등 분말야금 산업 전반에서 제품 제조를 위해 활용이 가능하며, 반도체용 전자 세라믹, 발전용 터빈 부품, 내마모 압연롤 등과 같은 고품질, 고신뢰성 요구 제품의 생산이 가능하다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (10)
- 분말야금 대상 소재를 포함하는 본체 및 상기 본체의 외부에 상기 분말야금 대상 소재와 상이한 이종 소재를 포함하는 캔용 소재를 적층하여 형성한 캔층을 포함하는 예비 성형체를 제조하는 성형단계;
상기 예비 성형체를 진공이 유지되는 상태에서 열처리하여 상기 예비 성형체의 캔층을 밀봉하는 밀봉단계; 및
상기 밀봉단계에서 밀봉한 예비 성형체를 고온 등방압 가압 방법으로 압축 소결하여 소결체 및 상기 소결체의 외부에 형성된 캔층을 포함하는 성형체를 제조하는 고온 등방압 가압 단계;를 포함하고,
상기 캔층은 제1 캔층과 상기 제1 캔층의 외부에 형성되는 제2 캔층으로 구성된 것으로,
상기 제1 캔층은 상기 분말야금 대상 소재와 상이한 이종 소재의 제1 캔용 소재로 형성되는 것이고,
상기 제2 캔층은 상기 제1 캔용 소재와 상이한 소결 온도를 갖는 이종 소재의 제2 캔용 소재로 형성되는 것이고,
상기 예비 성형체를 제조하는 성형단계는 상기 분말야금 대상 소재를 상기 제1 캔용 소재에 장입하고, 상기 제1 캔용 소재를 상기 제2 캔용 소재에 장입한 이후, 냉간 등방가압(cold isostatic pressing, CIP) 또는 정수압 가압(worm isostatic pressing, WIP) 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 진행되는 것이고,
상기 캔용 소재는 벌크(bulk), 와이어(wire), 필름(film) 및 시트(sheet)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형상을 갖고,
상기 밀봉단계는 1300℃ 내지 1700℃의 온도 및 10-6Torr 내지 10-3Torr의 압력 조건에서 진행되는 것을 특징으로 하는 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법. - 제1항에 있어서,
상기 분말야금 대상 소재는 분말(powder), 압축 생형(green compact), 벌크(bulk), 와이어(wire), 필름(film) 및 시트(sheet)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형상을 갖는 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법. - 제1항에 있어서,
상기 분말야금 대상 소재는 금속, 합금 및 세라믹으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법. - 제1항에 있어서,
상기 예비 성형체는 상기 분말야금 대상 소재를 상기 캔용 소재의 내부에 장입하여 형성한 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법. - 제4항에 있어서,
상기 예비 성형체는,
핸드 프레스(hand press), 냉간 등방가압(cold isostatic pressing, CIP) 또는 정수압 가압(warm isostatic pressing, WIP) 중 어느 하나의 방법으로 상기 분말야금 대상 소재를 상기 캔용 소재의 내부에 장입하여 형성한 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 캔용 소재는 금속, 합금 및 세라믹으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법. - 제7항에 있어서,
상기 캔용 소재는 석영(SiO2)을 포함하는 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 고온 등방압 가압 단계는,
상기 성형체를 제조한 다음, 상기 성형체에서 캔층을 제거하고 상기 소결체를 수득하는 캔 제거단계를 더 포함하는 캐닝 프리 열간 등방압 가압 분말야금 방법.
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