KR102613642B1 - Microstructural design of reactive material structures to maximize the blast effect in explosive detonating environment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화약동조 폭풍위력 및 반응 효율을 극대화하기 위한 반응성 구조재의 미세조직을 구성 방안에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입도 크기가 마이크로미터 크기인 제1 반응성 물질 분말과, 입도 크기가 상기 제1 반응성 물질 분말보다 작은 크기의 서브마이크론 또는 나노 크기로 이루어지는 제2 반응성 물질 분말이 혼화하여 제조된 반응성 구조재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of configuring the microstructure of a reactive structural material to maximize gunpowder synchronization blast power and reaction efficiency. More specifically, it relates to a first reactive material powder with a particle size of a micrometer, and a first reactive material powder with a particle size of a micrometer. It relates to a reactive structural material manufactured by mixing a second reactive material powder having a submicron or nano size smaller than the reactive material powder and a method of manufacturing the same.
Description
본 발명은 반응성 구조재의 화약동조 폭풍위력 및 반응 효율을 극대화하기 위한, 반응성 구조재 내 미세조직의 구성 방안에 관한 것이다.The present invention relates to a method of configuring the microstructure in a reactive structural material to maximize the explosive power and reaction efficiency of the reactive structural material.
반응성 물질(Reactive Materials)이란 기계적, 전기적, 열적 자극 등과 같은 외부의 자극에 의해 자체 반응을 통한 높은 화학에너지를 방출할 수 있는 신개념의 물질을 뜻한다. 반응성 물질은 보통 2가지 또는 그 이상의 비폭발성 고상 분말을 혼화한 형태로 제조된다. 이러한 에너지 재료인 반응성 물질은 구조 재료로 기능 및 활용하게끔 냉간정수압성형(cold isostatic pressing)이나 저온분사(cold spraying) 코팅을 통하여 구조화할 수 있는데, 이러한 반응성 물질을 에너지 구조재료형태로 구조화한 것을 통상 반응성 구조재(Reactive Material Structure)라 부른다. 반응성 구조재는 화학 에너지를 방출할 수 있는 구조재료의 특징을 가져 다기능 소재(multi-functional materials) 또는 에너지 구조재료(energetic structural materials)로도 불리고 있다.Reactive materials refer to a new concept of material that can release high chemical energy through its own reaction in response to external stimuli such as mechanical, electrical, or thermal stimulation. Reactive substances are usually prepared by mixing two or more non-explosive solid powders. These reactive materials, which are energy materials, can be structured through cold isostatic pressing or cold spraying coating to function and be utilized as structural materials. These reactive materials are usually structured in the form of energy structural materials. It is called a reactive material structure. Reactive structural materials have the characteristics of structural materials that can release chemical energy, so they are also called multi-functional materials or energetic structural materials.
반응성 구조재는 일반적인(ambient) 환경에서는 안정적(stable)이지만 강한 기계적, 전기적, 열적 자극이 동반되는 극한 환경에서는 화약과 같이 격렬히 반응하므로 매우 다양한 군사적 부품으로 활용이 가능하다. 통상 군사적 부품은 일반적인 조건에서는 안전하게 보관되어야 하지만 종말단계에서는 치명률을 높이는 목적으로 기능하여야하기 때문에, 이러한 목적으로 사용되는 부품을 일반적인 금속 소재가 아닌 반응성 구조재로 대체하여 적용하는 것은 무기체계의 성능을 높이는데 매우 효과적일 수 있다. 예를 들어, 일반적인 금속파편이 아닌 반응성 구조재로 구성된 파편은 금속파편이 가지는 운동에너지와 더불어 기계적 충돌과 같은 자극에 의해 반응성 구조재 자체의 반응에 따른 화학 에너지가 추가로 발생할 수 있기 때문에 파편의 치명률을 높일 수 있다. 또한 일반적인 금속 탄체가 아닌 반응성 구조재로 구성된 일명 에너제틱 탄체는 화약이 폭발하는 환경인 열적, 기계적으로 매우 격한 환경에서 반응성 구조재의 반응에 따른 화학에너지를 추가로 발생시켜 일반 금속 탄체가 적용된 탄두 대비 월등한 열압효과를 낼 수 있다. Reactive structural materials are stable in an ambient environment, but react violently like gunpowder in extreme environments accompanied by strong mechanical, electrical, and thermal stimulation, so they can be used in a wide variety of military components. Typically, military parts must be stored safely under normal conditions, but at the terminal stage, they must function for the purpose of increasing the fatality rate. Therefore, replacing parts used for this purpose with reactive structural materials rather than general metal materials can increase the performance of the weapon system. It can be very effective. For example, fragments made of reactive structural materials rather than ordinary metal fragments can reduce the fatality rate of fragments because, in addition to the kinetic energy of the metal fragments, additional chemical energy can be generated due to the reaction of the reactive structural materials themselves due to stimulation such as mechanical collision. It can be raised. In addition, the so-called energetic shell, which is composed of reactive structural materials rather than ordinary metal bullets, generates additional chemical energy through the reaction of the reactive structural materials in a very thermally and mechanically intense environment, such as the environment in which gunpowder explodes, and is superior to warheads using ordinary metal bullets. It can produce a heat pressure effect.
반응성 구조재는 특히 에너제틱 탄체 또는 탄체 내 에너제틱 라이너로 활용될 것으로 기대되고 있다. 에너제틱 탄체 또는 에너제틱 라이너처럼 반응성 구조재가 본연의 열압력 효과를 통해 탄두의 성능을 향상시키는 목적으로 활용될 때, 반응성 구조재의 핵심적인 성능은 화약과 동조 반응하였을 때 발생하는 추가적인 폭풍위력 또는 충격량이라 할 수 있다.Reactive structural materials are expected to be used especially as energetic coal bodies or energetic liners within coal bodies. When reactive structural materials such as energetic shells or energetic liners are used to improve the performance of warheads through their natural thermal pressure effect, the core performance of reactive structural materials is the additional blast power or impulse generated when they react in synchronization with gunpowder. It can be said that
반응성 구조재의 화약동조 폭풍위력을 극대화하기 위해서는 몇 가지 전략이 사용된다. 첫째는, 화약동조 폭풍위력이 최대화 되는 반응성 구조재의 이종 조합과 조성을 선택하는 방법이다. 다만, 폭풍위력이 최대화 되는 반응성 구조재의 이종 조합과 조성은 단순 계산이나 화학양론적으로 결정할 수 있는 것이 아닌 실제 실험을 통한 검증을 통하여 확인할 수 있다. 그 결과 알루미늄(Al) 분말에 금속산화물 분말을 조합하여 테르밋(termite) 반응을 유도하는 테르밋 조합, 알루미늄(Al) 분말에 금속 분말을 조합하여 금속간화합물(intermetallic) 반응을 유도하는 금속간화합물 조합, 알루미늄(Al) 분말에 테플론(teflon) 등과 같이 폴리머(polymer)를 조합하여 반응을 유도하는 알루미늄-폴리머(Al-polymer) 조합 등이 제시되었다.Several strategies are used to maximize the explosive power of reactive structural materials. First, it is a method of selecting heterogeneous combinations and compositions of reactive structural materials that maximize the gunpowder synchronized storm power. However, the heterogeneous combination and composition of reactive structural materials that maximize storm power cannot be determined through simple calculations or stoichiometry, but can be confirmed through verification through actual experiments. As a result, a thermite combination that induces a termite reaction by combining aluminum (Al) powder with a metal oxide powder, and an intermetallic compound combination that induces an intermetallic reaction by combining aluminum (Al) powder with a metal powder. , an aluminum-polymer (Al-polymer) combination that induces a reaction by combining aluminum (Al) powder with a polymer such as Teflon has been proposed.
둘째는, 반응성 구조재와 활성화 화약조성의 최적 분율을 선택하는 방법이다. 반응성 구조재가 본연의 열압효과를 내기 위해서는 본질적으로 반응성 구조재의 반응이 발생해야 하고 이러한 반응의 개시를 유도하는 것은 활성화 화약조성의 폭굉(detonation)이다. 에너제틱 탄체 또는 탄체 내 에너제틱 라이너로서 반응성 구조재가 효율적으로 기능하기 위해서는 이러한 반응성 구조재 대비 활성화 화약조성의 최적 분율에 대한 고려가 당연히 있어야한다. 다만, 이러한 최적분율도 단순 계산이나 화학양론적으로 결정할 수 있는 것이 아닌 실제 실험을 통한 검증을 통하여 확인할 수 있으며 반응성 구조재의 이종조합이나 조성에 따라 크게 달라진다. Second, there is a method of selecting the optimal proportion of reactive structural material and activated explosive composition. In order for a reactive structural material to produce its own thermal pressure effect, a reaction of the reactive structural material must occur, and what induces the initiation of this reaction is the detonation of the activated explosive composition. In order for a reactive structural material to function efficiently as an energetic coal body or an energetic liner within a coal body, consideration must be given to the optimal ratio of the activated gunpowder composition compared to the reactive structural material. However, this optimal fraction cannot be determined through simple calculation or stoichiometry, but can be confirmed through verification through actual experiments, and varies greatly depending on the heterogeneous combination or composition of the reactive structural materials.
셋째는, 반응성 구조재의 반응효율이 극대화되는 활성화 화약조성을 선택하는 것이다. 반응성 구조재는 보통 알루미늄(Al)을 매트릭스(matrix)로 하는 알루미늄(Al) 기반의 물질로서 반응하는데 필연적으로 산소를 필요로 한다. 하지만 활성화 화약조성이 폭굉하는 환경은 일반적으로 산소가 매우 부족한 환경이므로 활성화 화약조성을 선택함에 있어 산소 결핍 정도에 대한 고려가 있어야 한다. 또한 활성화 화약조성의 폭굉을 통하여 만들어내는 열적, 기계적 극한 환경은 반응성 구조재를 반응을 유도하는 열적, 기계적 자극으로 이어지고, 이는 반응성 구조재의 반응효율과 직결되므로 이에 대한 고려도 있어야 한다. 이뿐만 아니라 활성화 화약조성은 단순히 반응성 구조재의 반응을 유도하고 반응효율을 높이는 기능뿐만 아니라 화약조성 본연의 기능인 자체의 열압효과도 발휘해야 하기 때문에 최적의 활성화 화약조성을 채택하는 것 또한 단순 계산이나 화학 양론적으로 결정할 수 있는 것이 아닌 다수의 실험을 통한 검증을 통하여서만 확인할 수 있다.Third, select an activated explosive composition that maximizes the reaction efficiency of reactive structural materials. Reactive structural materials are usually aluminum (Al)-based materials with aluminum (Al) as a matrix, and inevitably require oxygen to react. However, the environment in which activated explosive composition detonates is generally a very oxygen-poor environment, so the degree of oxygen deficiency must be taken into consideration when selecting the activated explosive composition. In addition, the thermal and mechanical extreme environment created through the detonation of the activated explosive composition leads to thermal and mechanical stimulation that induces a reaction in the reactive structural material, and this must be taken into consideration as it is directly related to the reaction efficiency of the reactive structural material. In addition, since the activated explosive composition must not only have the function of inducing the reaction of reactive structural materials and increasing reaction efficiency, but also exert its own heat pressure effect, which is the natural function of the explosive composition, adopting the optimal activated explosive composition is also a matter of simple calculation or chemical quantity. It cannot be determined theoretically; it can only be confirmed through verification through multiple experiments.
넷째는, 반응성 구조재의 반응효율이 극대화되는 미세조직을 구성하는 것이다. 반응성 구조재의 반응은 반응성 구조재내 반응성 물질 간의 반응, 반응성 물질 간의 반응에 따른 부산물과 산소 간의 반응, 그리고 반응성 물질과 산소 간의 직접 반응 등이 복잡하게 얽혀 발생하게 된다. 분명한 것은 이러한 반응이 원활하게 발생하기 위해서는 반응성 물질 원재료 간의 접합계면이 넓을수록 유리하다는 것이다. 그 이유는 단순하게 공간적으로 반응이 발생할 수 있는 사이트(site)가 훨씬 많아지기 때문으로 생각할 수 있다.Fourth, it is necessary to construct a microstructure that maximizes the reaction efficiency of the reactive structural material. Reactions of reactive structural materials occur in a complex manner, including reactions between reactive materials within the reactive structural materials, reactions between oxygen and by-products resulting from reactions between reactive materials, and direct reactions between reactive materials and oxygen. What is clear is that for this reaction to occur smoothly, the wider the bonding interface between the reactive material raw materials, the more advantageous it is. The reason may simply be that there are many more sites where a spatial reaction can occur.
이상의 반응성 구조재의 반응효율을 높이기 위한 방안 중에 1~3번째 방안은 독립적인(independent) 인자의 조절을 통한 방법이 아닌 서로가 의존적인(dependent) 인자의 조절을 통한 방법이라 할 수 있다. 즉, 반응성 구조재의 반응효율을 최대화 하는 활성화 화약조성의 종은 반응성 구조재의 조합과 조성, 반응성 구조재와 활성화 화약조성의 분율에 대한 명시 없이는 이야기 할 수 없고, 반응성 구조재의 반응효율을 최대화 하는 반응성 구조재의 조합과 조성은 활성화 화약조성의 종과 활성화 화약조성과의 분율에 대한 명시 없이는 이야기 할 수 없다. 하지만 4번째 방안은 비교적 독립적인 인자의 조절을 통한 방법이라 할 수 있다. 즉, 반응성 구조재의 미세조직 조절, 구체적으로는 반응성 원재료 물질 간의 계면의 면적 증가는 반응성 구조재의 조합과 조성, 반응성 구조재와 활성화 화약조성의 최적 분율, 활성화 화약조성의 종에 상관없이 반응효율의 증대를 가져올 수 있다. 따라서 4번째 방법을 통한 반응성 구조재의 반응효율 증대 전략은 반응성 구조재의 조합과 조성, 활성화 화약조성의 종, 그리고 활성화 화약조성과 반응성 구조재의 분율에 크게 상관없이 매우 다양한 조건에서 통용되는 방안이라 할 수 있다.Among the above methods for increasing the reaction efficiency of reactive structural materials, the 1st to 3rd methods can be said to be methods through control of factors that are dependent on each other, rather than through control of independent factors. In other words, the type of activated explosive composition that maximizes the reaction efficiency of the reactive structural material cannot be discussed without specifying the combination and composition of the reactive structural material and the fraction of the reactive structural material and the activated explosive composition. The combination and composition cannot be discussed without specifying the species of the activated gunpowder composition and the fraction of the activated gunpowder composition. However, the fourth method can be said to be a method through the control of relatively independent factors. In other words, controlling the microstructure of the reactive structural material, specifically increasing the area of the interface between the reactive raw material materials, increases reaction efficiency regardless of the combination and composition of the reactive structural material, the optimal fraction of the reactive structural material and the activated explosive composition, and the species of the activated explosive composition. can be brought. Therefore, the strategy of increasing the reaction efficiency of reactive structural materials through the fourth method can be said to be a method that can be used under a wide variety of conditions, regardless of the combination and composition of reactive structural materials, the species of activated explosive composition, and the fraction of activated explosive composition and reactive structural materials. there is.
반응성 구조재 내 반응성 물질 원재료 간의 접합계면을 늘리기 위한 방안은 크게 두 가지 방안이 제시되어 있다. 첫 번째 방안은 보다 작은 반응성 물질 원재료를 사용함으로써 반응성 물질 원재료 간의 접합 계면을 넓히는 것이다. 도 1에서 알 수 있듯이 접합계면은 반응물 A와 반응물 B가 접하는 부위를 말하는데, 반응물 A와 반응물 B의 크기가 작으면 작을수록 접합 계면은 넓어지게 된다. 예를 들어 마이크로 사이즈 반응물 A와 반응물 B를 사용하는 것보다 나노 사이즈의 반응물 A와 반응물 B를 사용하게 되면 접합 계면의 면적은 훨씬 증가하게 된다. 이론적으로는 반응물의 사이즈가 1/n배로 작아지게 되면 접합 계면의 면적은 n2배로 증가하게 된다. There are two major ways to increase the bonding interface between reactive materials in reactive structural materials. The first option is to expand the bonding interface between reactive raw materials by using smaller reactive raw materials. As can be seen in Figure 1, the junction interface refers to the area where reactants A and reactants B come into contact. The smaller the sizes of reactants A and B, the wider the junction interface becomes. For example, if nano-sized reactants A and B are used rather than micro-sized reactants A and B, the area of the junction interface increases significantly. In theory, when the size of the reactant decreases by a factor of 1/n, the area of the junction interface increases by a factor of n2 .
반응성 구조재에서 반응을 주도하는 물질은 대부분의 경우 알루미늄(Al)이기 때문에 작은 사이즈의 알루미늄(Al) 분말을 적용함으로써 반응효율을 높이기 위한 연구가 폭넓게 진행되어 왔다. 특히 도 2에서와 같은 나노 사이즈의 알루미늄 분말(nano-Al powder, Al NPs)을 적용한 연구가 주로 진행되어 왔다.Since the material that leads the reaction in reactive structural materials is aluminum (Al) in most cases, extensive research has been conducted to increase reaction efficiency by applying small-sized aluminum (Al) powder. In particular, research has mainly been conducted using nano-sized aluminum powder (nano-Al powder, Al NPs) as shown in Figure 2.
다만 이러한 전략을 활용함에 있어 문제가 되는 사항은 크게 2가지가 있다. 첫째, 마이크로 사이즈(㎛)의 알루미늄(Al) 분말 대비 나노 사이즈(㎚)의 알루미늄(Al) 분말은 그 자체만으로 산소와의 반응성이 매우 높아 취급상의 위험성이 크게 증가된다. 둘째, 도 3에 나타낸 바와 같이 알루미늄(Al) 분말은 표면에 통상 5 ㎚ 수준의 Al2O3 산화막이 형성되는데 마이크로 사이즈의 알루미늄(Al) 분말에서 이 정도 두께의 산화막은 전체 중량에서 1 중량%(wt%) 이하 수준이지만 수십 나노급 사이즈의 알루미늄(Al) 분말에서 이정도의 산화막은 전체 중량에서 10 중량% 이상 수준으로, 반응물인 알루미늄(Al)의 양이 현저히 줄어들게 되어 반응에너지가 감소된다.However, there are two major problems with using this strategy. First, compared to micro-sized (㎛) aluminum (Al) powder, nano-sized (nm) aluminum (Al) powder itself has a very high reactivity with oxygen, greatly increasing the risk of handling. Second, as shown in Figure 3, an Al 2 O 3 oxide film of about 5 nm is usually formed on the surface of aluminum (Al) powder, and in micro-sized aluminum (Al) powder, an oxide film of this thickness is 1% by weight of the total weight. (wt%) or less, but in aluminum (Al) powders of tens of nanometers in size, this level of oxide film is at the level of more than 10% by weight of the total weight, which significantly reduces the amount of aluminum (Al) as a reactant, thereby reducing reaction energy.
반응성 구조재 내 반응성 물질 원재료 간의 접합계면을 늘리기 위한 두 번째 방안은 마이크로 사이즈의 분말을 기계적 합금(mechanical alloying) 과정을 통하여 반응성 구조재를 나노 미세조직화 하는 것이다. 이 방안은 나노 사이즈의 알루미늄(Al) 분말을 사용하지 않음에 따라 상기한 나노 사이즈 알루미늄(Al) 분말 사용에 따른 문제점을 해결할 수 있어 폭넓게 연구되어 왔다. 하지만 이 방안 또한 몇 가지의 문제가 파생되었다. 첫째는 기계적 합금 과정에서 반응물의 일부가 이미 반응하여 기계적 합금화 이후 반응에 참여할 수 있는 반응성 물질의 양이 감소한다는 것이고, 둘째는 기계적 합금 공정이 반응성 물질의 가공경화(work hardening)를 일으켜 반응성 구조재로 구조화 하는데 악영향을 끼친다는 것이다. 이러한 가공경화는 반응성 분말로부터 반응성 구조재로의 성형성을 극도로 떨어트려, 반응성 구조재를 고밀도로 구조화하는데 어렵게 한다. 참고로, 실제 가공경화된 기계적 합금 분말을 사용하면 반응성 구조재의 상대밀도는 대략 10% 정도 떨어진다. 이는 결과적으로 단위 부피당 반응성 구조재의 양을 떨어트리고 그 결과로 반응성 구조재의 열압성능을 떨어트리게 된다. 그리고 마지막으로 기계적 합금 과정은 한 번의 공정으로 제조할 수 있는 양이 수십~수백 g 수준으로 일반적인 반응성 물질의 제조 수준(=kg 수준)에 비해 매우 생산성이 떨어진다는 문제점이 있다.The second method to increase the bonding interface between reactive materials within the reactive structural material is to nano-structure the reactive structural material through a mechanical alloying process using micro-sized powder. This method has been widely studied because it can solve the problems caused by the use of nano-sized aluminum (Al) powder by not using nano-sized aluminum (Al) powder. However, this plan also had several problems. First, during the mechanical alloying process, some of the reactants have already reacted, reducing the amount of reactive materials that can participate in the reaction after mechanical alloying. Second, the mechanical alloying process causes work hardening of the reactive materials, resulting in reactive structural materials. It has a negative impact on structuring. This work hardening extremely reduces the formability of the reactive powder into the reactive structural material, making it difficult to structure the reactive structural material at high density. For reference, when actual work hardened mechanical alloy powder is used, the relative density of the reactive structural material drops by approximately 10%. This ultimately reduces the amount of reactive structural material per unit volume and, as a result, reduces the thermal pressure performance of the reactive structural material. And finally, the mechanical alloying process has the problem that the amount that can be manufactured in one process is in the range of tens to hundreds of grams, which is very low in productivity compared to the manufacturing level of general reactive materials (=kg level).
상기와 같은 종래의 반응성 구조재의 화약동조 폭풍위력 또는 반응 효율을 극대화하기 위해서는 나노 크기의 알루미늄 분말을 원재료로 사용하는 방법과 마이크로 크기의 알루미늄 분말을 사용하되, 기계적 합금(mechanical alloying)을 통하여 나노 미세조직화하는 방법이 주로 사용되었다. 하지만 이러한 종래 방법을 통하여 반응성 구조재를 제조하는 경우에는 다음과 같은 문제가 발생한다.In order to maximize the explosive power or reaction efficiency of the conventional reactive structural materials as described above, nano-sized aluminum powder is used as a raw material and micro-sized aluminum powder is used, and nano-sized aluminum powder is used as a raw material through mechanical alloying. Organizational methods were mainly used. However, when manufacturing reactive structural materials using these conventional methods, the following problems arise.
첫째, 나노 크기의 알루미늄을 사용하거나 기계적 합금 공정을 적용하여 반응성 구조재를 제조하는 경우 폭발할 수 있어 제조 공정이 매우 위험함으로 취급 및 관리가 어렵다. 둘째, 나노 크기 알루미늄 사용 시에는 산화피막 증가로 인해, 기계적 합금화 공정 적용 시에는 상대밀도 감소로 인해, 반응물의 양이 줄어들어 반응에너지가 감소한다. 셋째, 나노 알루미늄을 사용하거나 기계적 합금 공정을 적용하여 반응성 구조재를 제조하는 경우 그 제조과정이 매우 복잡하고 이에 따라 대량생산이 어렵다.First, when reactive structural materials are manufactured using nano-sized aluminum or applying a mechanical alloy process, they can explode, making the manufacturing process very dangerous and difficult to handle and manage. Second, when using nano-sized aluminum, the oxide film increases, and when applying a mechanical alloying process, the relative density decreases, which reduces the amount of reactants and thus reduces reaction energy. Third, when manufacturing reactive structural materials using nano-aluminum or applying a mechanical alloy process, the manufacturing process is very complicated and therefore difficult to mass-produce.
본 발명에서는 이러한 종래의 반응성 구조재 제조 시에 발생하는 문제를 개선하고자 알루미늄(Al)은 마이크로미터 크기의 분말을 사용하되, 알루미늄(Al) 분말과 함께 조합되는 반응성 원재료 물질을 서브 마이크로미터 또는 나노 크기의 분말로 사용하고자 한다.In the present invention, in order to improve the problems that occur in manufacturing such conventional reactive structural materials, micrometer-sized aluminum (Al) powder is used, but the reactive raw material combined with aluminum (Al) powder is sub-micrometer or nano-sized. It is intended to be used as a powder of .
본 발명의 반응성 구조재는 입도 크기가 마이크로미터 크기인 제1 반응성 물질 분말과, 입도 크기가 상기 제1 반응성 물질 분말보다 훨씬 작은 크기의 서브마이크론 또는 나노 크기로 이루어지는 제2 반응성 물질 분말이 혼화한 혼합분말 또는 반응성 분말을 성형하여 제조된 것을 특징으로 한다.The reactive structural material of the present invention is a mixture of a first reactive material powder with a particle size of micrometer size and a second reactive material powder with a particle size of submicron or nano size much smaller than the first reactive material powder. It is characterized by being manufactured by molding powder or reactive powder.
본 발명의 반응성 구조재에서 상기 제1 반응성 물질 분말은 알루미늄(Al)이며, 상기 제2 반응성 물질 분말은 니켈(Ni), 텅스텐(W), 산화구리(CuO), 티타늄(Ti), 산화몰리브덴(MoO3), 산화철(Fe2O3) 및 이산화망간(MnO2) 중에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.In the reactive structural material of the present invention, the first reactive material powder is aluminum (Al), and the second reactive material powder is nickel (Ni), tungsten (W), copper oxide (CuO), titanium (Ti), and molybdenum oxide ( Any one selected from MoO 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), and manganese dioxide (MnO 2 ) can be used.
본 발명의 반응성 구조재에서 상기 제1 반응성 물질 분말은 입도 크기가 5 ㎛ 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 입도 크기가 5 ㎛ 내지 50 ㎛인 것을 사용할 수 있다.In the reactive structural material of the present invention, the first reactive material powder may have a particle size of 5 ㎛ or more, and more preferably, a particle size of 5 ㎛ to 50 ㎛ can be used.
본 발명의 반응성 구조재에서 상기 제2 반응성 물질 분말은 입도 크기가 1 ㎛ 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 입도 크기가 100 ㎚ 내지 1 ㎛인 것을 사용할 수 있다.In the reactive structural material of the present invention, the second reactive material powder may have a particle size of 1 ㎛ or less, and more preferably, a particle size of 100 ㎚ to 1 ㎛.
상기 반응성 구조재 전체 중량에 대하여, 상기 제1 반응성 물질 분말은 30 중량% 내지 99 중량%, 및 상기 제2 반응성 물질 분말은 1 중량% 내지 70 중량%를 포함할 수 있다.Based on the total weight of the reactive structural material, the first reactive material powder may include 30% by weight to 99% by weight, and the second reactive material powder may include 1% by weight to 70% by weight.
본 발명의 반응성 구조재의 제조 방법은, (a) 입도 크기가 마이크로미터 크기인 제1 반응성 물질 분말을 준비하는 단계, (b) 입도 크기가 상기 제1 반응성 물질 분말보다 작은 크기의 서브마이크론 또는 나노 크기로 이루어지는 제2 반응성 물질 분말을 넣고 혼화하여 반응성 분말을 형성하는 단계, 및 (c) 상기 반응성 분말을 성형하여 반응성 구조재를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.The manufacturing method of the reactive structural material of the present invention includes the steps of (a) preparing a first reactive material powder having a particle size of micrometer size, (b) a submicron or nano particle size smaller than the first reactive material powder. It may include the step of forming a reactive powder by adding and mixing a second reactive material powder of different sizes, and (c) manufacturing a reactive structural material by molding the reactive powder.
본 발명의 반응성 구조재의 제조 방법에서 상기 제1 반응성 물질 분말은 알루미늄(Al)이며, 상기 제2 반응성 물질 분말은 니켈(Ni), 텅스텐(W), 산화구리(CuO), 티타늄(Ti), 산화몰리브덴(MoO3), 산화철(Fe2O3) 및 이산화망간(MnO2) 중에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.In the method of manufacturing a reactive structural material of the present invention, the first reactive material powder is aluminum (Al), and the second reactive material powder is nickel (Ni), tungsten (W), copper oxide (CuO), titanium (Ti), Any one selected from molybdenum oxide (MoO 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), and manganese dioxide (MnO 2 ) can be used.
상기 제1 반응성 물질 분말은 입도 크기가 5 ㎛ 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 입도 크기가 5 ㎛ 내지 50 ㎛인 것을 사용할 수 있다.The first reactive material powder may have a particle size of 5 ㎛ or more, and more preferably, a particle size of 5 ㎛ to 50 ㎛ can be used.
상기 제2 반응성 물질 분말은 입도 크기가 1 ㎛ 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 입도 크기가 100 ㎚ 내지 1 ㎛인 것을 사용할 수 있다.The second reactive material powder may have a particle size of 1 ㎛ or less, and more preferably, a particle size of 100 ㎚ to 1 ㎛.
본 발명의 반응성 구조재의 제조 방법에서 상기 (b) 단계는, 상기 제1 반응성 물질 분말은 30 중량% 내지 99 중량% 및 상기 제2 반응성 물질 분말은 1 중량% 내지 70 중량%; 비율로 첨가하여 혼화할 수 있다.In the method for producing a reactive structural material of the present invention, step (b) includes 30% to 99% by weight of the first reactive material powder and 1% to 70% by weight of the second reactive material powder; It can be mixed by adding in proportion.
또한 상기 (b) 단계는, 상기 제1 반응성 물질 분말과 상기 제2 반응성 물질 분말은 기계적 혼화방법으로 혼화하는 것이 바람직하다.In addition, in step (b), it is preferable to mix the first reactive material powder and the second reactive material powder by a mechanical mixing method.
본 발명의 반응성 구조재의 제조 방법에서 상기 (c) 단계는, 상기 반응성 분말을 냉간정수압성형(cold isostatic press), 저온분사(cold spray), 압출(extrusion), 사출(injection molding), 열간 정수압 성형(hot isostatic press), 열간 가압성형(Hot pressing) 및 일반 가압 성형(pressing) 중에서 선택된 어느 하나의 공정으로 성형할 수 있다.In the method for producing a reactive structural material of the present invention, step (c) includes cold isostatic pressing, cold spraying, extrusion, injection molding, and hot isostatic pressing of the reactive powder. It can be formed by any one process selected from (hot isostatic press), hot pressing, and general pressing.
종래 나노 크기의 알루미늄 분말을 사용하여 반응성 구조재를 제조할 때에는 반응성 원재료 분말의 혼화 및 성형 등과 같은 일련의 반응성 구조재 제조공정에 있어 알루미늄 분말이 폭발의 위험성에 노출되어 매우 큰 문제를 야기하였다. 실제로 ㈜한화 대전 사업장에서는 나노 알루미늄을 적용한 반응성 분말(Al-CuO 조성)을 취급하다가 폭발사고가 발생한 사례가 있다. 기계적 합금(mechanical alloying) 공정을 통하여 제조한 반응성 분말을 반응성 구조재 제조에 사용하는 경우에도 이러한 폭발의 위험성은 매우 크다. 실제로 기계적 합금 공정을 거친 반응성 분말로 제조한 반응성 구조재의 경우 단순한 선반 가공 공정에서도 쉽게 발화하는 문제가 발생한다. 이러한 종래의 방법이 취급상 위험한 이유는 안전하게 보관되어야 하는 일반적인(ambient) 환경에서도 쉽게 반응할 수 있는 상태로 반응성 구조재가 제조되었기 때문이다. 하지만 본 발명의 반응성 구조재의 제조 방법은 마이크로미터 크기의 알루미늄 분말을 사용함으로써, 일반적인(ambient) 환경에서는 쉽게 반응할 수 없어 취급상 위험성이 극도로 낮아지는 효과가 있다.Conventionally, when manufacturing reactive structural materials using nano-sized aluminum powder, the aluminum powder was exposed to the risk of explosion during a series of reactive structural material manufacturing processes such as mixing and molding of reactive raw material powder, causing a very serious problem. In fact, there was a case where an explosion occurred at Hanwha Corporation's Daejeon plant while handling reactive powder (Al-CuO composition) applied with nano aluminum. Even when reactive powder manufactured through a mechanical alloying process is used to manufacture reactive structural materials, the risk of such explosion is very high. In fact, in the case of reactive structural materials manufactured from reactive powders that have undergone a mechanical alloying process, the problem of easy ignition occurs even in a simple lathe processing process. The reason why this conventional method is dangerous in handling is because the reactive structural material is manufactured in a state that can easily react even in an ambient environment where it must be stored safely. However, the manufacturing method of the reactive structural material of the present invention uses micrometer-sized aluminum powder, which has the effect of extremely lowering the handling risk because it cannot easily react in an ambient environment.
또한, 종래의 나노 크기의 알루미늄 분말을 사용하여 반응성 구조재를 제조할 때에는 알루미늄 표면에 존재하는 Al2O3 산화피막으로 인해 마이크로미터 크기의 반응성 분말을 사용할 때 보다 단위부피당 반응물의 중량이 감소하는 문제가 있었다. 그리고 종래의 기계적 합금 공정을 통하여 제조한 반응성 분말을 반응성 구조재 제조에 사용하는 경우에도 앞서 설명한 대로 반응성 분말의 가공경화에 따라 제조한 반응성 구조재의 상대 밀도가 감소하여 단위부피당 반응물의 중량이 감소하는 문제가 있었다. 하지만 본 발명의 반응성 구조재는 마이크로미터 크기의 알루미늄 분말의 표면에 Al2O3 산화피막에 따른 반응물 중량 감소 문제나 가공경화에 따른 반응물 중량 감소의 문제를 해소하여 단위부피당 반응물 중량을 증가시킬 수 있다.In addition, when manufacturing reactive structural materials using conventional nano-sized aluminum powder, the weight of the reactant per unit volume is reduced compared to when using micrometer-sized reactive powder due to the Al 2 O 3 oxide film present on the aluminum surface. There was. In addition, even when reactive powder manufactured through a conventional mechanical alloy process is used to manufacture a reactive structural material, the relative density of the manufactured reactive structural material decreases due to work hardening of the reactive powder as described above, resulting in a decrease in the weight of the reactant per unit volume. There was. However, the reactive structural material of the present invention can increase the weight of the reactant per unit volume by solving the problem of reducing the weight of the reactant due to the Al 2 O 3 oxide film on the surface of the micrometer-sized aluminum powder or the problem of reducing the weight of the reactant due to work hardening. .
또한, 종래 나노 크기의 알루미늄 분말을 사용하여 반응성 구조재를 제조할 때에는 앞서 설명한 취급상의 위험성 때문에 제조 공정이 다소 복잡하다. 예를 들어 마이크로크기의 알루미늄 분말을 사용하는 경우에는 일반적인 공기분위기에서 반응물을 혼화해도 되지만 나노 크기의 알루미늄 분말을 사용하는 경우에는 산소의 함량이 극히 제한된 불활성의 분위기에서만 혼화가 가능하다. 이에 따라 사용할 수 있는 혼화방법과 batch당 혼화량이 매우 제한적이다. 또한 기계적 합금 공정을 통하여 반응성 분말을 제조하는 경우에도 마찬가지로 불활성 분위기가 필요한데다가, 이에 따라 혼화방법이 매우 제한적이어서 한 번에 제조할 수 있는 분말의 양도 수십 g 수준으로 상당히 소량이다. 하지만 본 발명의 반응성 구조재의 제조방법은 V형 혼합기(V-shape mixer)를 이용하여 일반적인 공기분위기에서 반응물을 혼화할 수 있고 이에 따라 다양한 혼화 공정 기법을 사용할 수 있고, 한 번에 제조할 수 있는 양도 수 kg 급으로 제조 공정이 용이한 효과가 있다.In addition, when manufacturing reactive structural materials using conventional nano-sized aluminum powder, the manufacturing process is somewhat complicated due to the handling risks described above. For example, when using micro-sized aluminum powder, the reactants can be mixed in a general air atmosphere, but when using nano-sized aluminum powder, mixing is possible only in an inert atmosphere with an extremely limited oxygen content. Accordingly, the mixing methods that can be used and the mixing amount per batch are very limited. In addition, when producing reactive powder through a mechanical alloy process, an inert atmosphere is also required, and the mixing method is very limited, so the amount of powder that can be produced at one time is quite small, at the level of several tens of grams. However, the manufacturing method of the reactive structural material of the present invention can mix reactants in a general air atmosphere using a V-shape mixer, and thus various mixing process techniques can be used, and can be manufactured at once. It has the effect of making the manufacturing process easy as the quantity is only a few kg.
또한, 본 발명의 반응성 구조재는 화약동조 폭풍위력 시험을 수행하였을 때, 마이크로크기 분말만 사용한 반응성 구조재나 기계적 합금(mechanical alloying) 공정을 활용하여 제조된 반응성 구조재 대비 산소와의 반응이나 알루미늄과 조합되는 물질과의 반응을 위한 표면적이 훨씬 증가하므로 반응효율이 우수하여 월등한 폭풍위력 효과를 나타낸다.In addition, when the reactive structural material of the present invention was subjected to a gunpowder synchronization blast power test, it was found that the reactive structural material of the present invention did not react with oxygen or combine with aluminum compared to the reactive structural material using only micro-sized powder or the reactive structural material manufactured using the mechanical alloying process. Since the surface area for reaction with materials is greatly increased, the reaction efficiency is excellent, resulting in superior storm power effect.
도 1은 일반적인 반응성 구조재 내 반응성 물질 원재료 간의 접합계면을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는 종래 나노 알루미늄 분말을 적용한 반응성 구조재의 모습이다.
도 3은 알루미늄 분말 표면의 Al2O3 산화막을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 반응성 구조재의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 5는 기계적 합금(mechacnical alloy)을 통하여 나노 미세조직화된 반응성 물질을 나타낸 것으로, 좌측은 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이고, 우측은 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 사진이다.
도 6은 10 ㎛ 수준의 알루미늄(Al) 분말에 1 ㎛ 수준의 니켈(Ni) 분말을 혼화하여 제조한 반응성 구조재의 미세조직을 관찰한 모습이다.
도 7은 10 ㎛ 수준의 알루미늄(Al) 분말에 100 ㎚ 수준의 텅스텐(W) 분말을 혼화하여 제조한 반응성 구조재의 미세조직을 관찰한 모습이다.
도 8은 종래 마이크로 분말을 적용한 반응성 구조재의 폭발파 인가 전과 인가 후에 미세조직의 상태를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 9는 종래 나노 분말을 적용한 반응성 구조재의 폭발파 인가 전과 후에 미세조직의 상태를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예 따른 마이크로 크기와 나노 크기 혼합 분말을 적용한 반응성 구조재의 폭발파 인가 전과 후의 미세조직 상태를 예시적으로 나타낸 것이다.Figure 1 illustrates an exemplary bonding interface between reactive raw materials in a general reactive structural material.
Figure 2 shows a reactive structural material using conventional nano aluminum powder.
Figure 3 shows the Al 2 O 3 oxide film on the surface of aluminum powder.
Figure 4 is a schematic flowchart of the method for manufacturing a reactive structural material according to the present invention.
Figure 5 shows a nano-microstructured reactive material through mechanical alloy. The left side is a Scanning Electron Microscope (SEM) photograph, and the right side is a Transmission Electron Microscope (TEM) photograph. .
Figure 6 shows the microstructure of a reactive structural material manufactured by mixing 1 ㎛ nickel (Ni) powder with 10 ㎛ aluminum (Al) powder.
Figure 7 shows the microstructure of a reactive structural material manufactured by mixing 10 ㎚ aluminum (Al) powder with 100 ㎚ tungsten (W) powder.
Figure 8 exemplarily shows the state of the microstructure of a reactive structural material using conventional micro powder before and after the application of an explosive wave.
Figure 9 exemplarily shows the state of the microstructure of a reactive structural material using conventional nano powder before and after applying an explosive wave.
Figure 10 exemplarily shows the microstructure state of a reactive structural material to which a micro-sized and nano-sized mixed powder is applied according to an embodiment of the present invention before and after the application of an explosive wave.
이하 본 발명에 따른 반응성 구조재 및 이의 제조 방법에 관한 바람직한 실시예에 대해 첨부된 예시 도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일예로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the reactive structural material and its manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to the attached exemplary drawings, and these embodiments are examples and may be described by those skilled in the art to which the present invention pertains. Since it may be implemented in different forms, it is not limited to the embodiment described herein.
도 4는 본 발명에 따른 반응성 구조재 제조 방법의 순서도이다.Figure 4 is a flowchart of a method for manufacturing a reactive structural material according to the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 반응성 구조재는 (a) 제1 반응성 물질 분말을 준비하는 단계(S10), (b) 상기 제1 반응성 물질 분말에 제2 반응성 물질 분말을 넣고 반응성 분말을 형성하는 단계(S20), 및 (c) 상기 반응성 분말을 성형하여 반응성 구조재를 제조하는 단계(S30)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the reactive structural material of the present invention includes (a) preparing a first reactive material powder (S10), (b) adding a second reactive material powder to the first reactive material powder and forming the reactive powder. It includes a forming step (S20), and (c) forming a reactive structural material by molding the reactive powder (S30).
반응성 구조재의 제조 방법에서 (a) 단계(S10)는 반응성 구조재에서 매트릭스로 입도 크기가 마이크로미터 크기인 제1 반응성 물질 분말을 준비한다.In the method for manufacturing a reactive structural material, step (a) (S10) prepares a first reactive material powder having a micrometer-sized particle size as a matrix in the reactive structural material.
상기 제1 반응성 물질 분말로는 알루미늄(Al) 분말을 사용한다.Aluminum (Al) powder is used as the first reactive material powder.
상기 제1 반응성 물질 분말은 입도 크기가 5 ㎛ 이상일 수 있으며, 바람직하게는 입도 크기가 5 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있다.The first reactive material powder may have a particle size of 5 ㎛ or more, and preferably may have a particle size of 5 ㎛ to 50 ㎛.
상기 제1 반응성 물질 분말의 입도 크기가 5 ㎛ 미만이면 입자가 작아 반응성이 향상되어 발화 및 폭발의 위험성이 증가되고, 단위 부피당 반응물 중량이 감소되는 문제가 있다. 제1 반응성 물질 분말의 입도 크기가 50 ㎛ 초과하면 입자 크기가 커지므로 함께 첨가되는 제2 반응성 물질 분말과의 반응성이 오히려 저하되는 문제점이 발생하므로, 제1 반응성 물질 분말의 입도 크기는 상기 제시된 범위를 만족하는 것이 바람직하다.If the particle size of the first reactive material powder is less than 5 ㎛, the particles are small and reactivity is improved, thereby increasing the risk of ignition and explosion, and the weight of the reactant per unit volume is reduced. If the particle size of the first reactive material powder exceeds 50 ㎛, the particle size increases and the problem of lowering the reactivity with the second reactive material powder added together occurs. Therefore, the particle size of the first reactive material powder is within the range shown above. It is desirable to satisfy.
반응성 구조재의 제조 방법에서 (b) 단계(S20)는 상기 (a) 단계(S10)에서 준비한 제1 반응성 물질 분말과 입도 크기가 상기 제1 반응성 물질 분말보다 작은 크기의 서브마이크론 또는 나노 크기로 이루어지는 제2 반응성 물질 분말을 넣고 혼화하는 단계이다.In the method for manufacturing a reactive structural material, step (b) (S20) consists of the first reactive material powder prepared in step (a) (S10) and a particle size smaller than the first reactive material powder in a submicron or nano size. This is the step of adding and mixing the second reactive material powder.
상기 제2 반응성 물질 분말은 상기 제1 반응성 물질 분말인 알루미늄(Al) 분말과 반응하고, 상대적으로 밀도가 높은 물질로 예를 들면, 니켈(Ni), 텅스텐(W), 산화구리(CuO), 티타늄(Ti), 산화몰리브덴(MoO3), 산화철(Fe2O3) 및 이산화망간(MnO2) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 분말을 사용한다.The second reactive material powder reacts with the first reactive material powder, aluminum (Al) powder, and is a relatively high density material, such as nickel (Ni), tungsten (W), copper oxide (CuO), Any one metal powder selected from titanium (Ti), molybdenum oxide (MoO 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), and manganese dioxide (MnO 2 ) is used.
따라서 반응성 구조재는 Al-CuO, Al-MoO3, Al-Fe2O3, Al-MnO2, Al-Ni, Al-W 등으로 구성될 수 있다.Therefore, the reactive structural material may be composed of Al-CuO, Al-MoO 3 , Al-Fe 2 O 3 , Al-MnO 2 , Al-Ni, Al-W, etc.
또한 상기 제2 반응성 물질 분말은 알루미늄과 직접 반응하지 않아도 반응성 구조재가 외부 자극(shock)이 가해졌을 때 비산을 통해 알루미늄 분말과 충돌하여 알루미늄 분말을 나노 크기로 형태를 변형시킬 수 금속 등의 물질이라면 사용 가능하다.In addition, even if the second reactive material powder does not react directly with aluminum, the reactive structural material can collide with the aluminum powder through scattering when an external stimulus (shock) is applied, transforming the aluminum powder into a nano-sized material. Available.
출원에서 용어 '나노'는 나노 미터(㎚) 단위의 크기를 의미할 수 있고, 예를 들어, 1 ㎚ 이상 1,000 ㎚ 미만 크기를 의미할 수 있다. 또한 용어 '서브마이크론(submicron)'은 1 ㎛ 이하의 크기를 의미할 수 있다.In the application, the term 'nano' may mean a size in units of nanometers (nm), for example, a size of 1 nm or more and less than 1,000 nm. Additionally, the term 'submicron' may refer to a size of 1 ㎛ or less.
상기 제2 반응성 물질 분말은 입도 크기가 1 ㎛ 이하일 수 있으며, 바람직하게는 입도 크기가 100 ㎚ 내지 1 ㎛일 수 있다.The second reactive material powder may have a particle size of 1 ㎛ or less, and preferably may have a particle size of 100 ㎚ to 1 ㎛.
상기 (b) 단계(S20)는, 반응성 구조재 내 상기 제1 반응성 물질 분말이 50 중량% 이상으로 포함되며, 바람직하게는 상기 제1 반응성 물질 분말은 30 중량% 내지 70 중량% 및 상기 제2 반응성 물질 분말은 30 중량% 내지 70 중량% 비율로 반응성 분말을 형성한다.In the step (b) (S20), the first reactive material powder is included in an amount of 50% by weight or more in the reactive structural material, and preferably the first reactive material powder is 30% to 70% by weight and the second reactive material powder is included in the reactive structural material. The material powder forms a reactive powder in a ratio of 30% to 70% by weight.
상기 반응성 분말에서 상기 제1 반응성 물질이 30 중량% 미만이면, 적은 함량으로 인해 반응 효율이 떨어지고, 상기 제2 반응성 물질이 70중량%를 초과하면 상대적으로 제1 반응성 물질보다 많아지게 되므로 효과적으로 반응 효율을 향상시키기 어렵다.If the first reactive material in the reactive powder is less than 30% by weight, the reaction efficiency decreases due to the small content, and if the second reactive material exceeds 70% by weight, it becomes relatively more than the first reactive material, effectively reducing the reaction efficiency. difficult to improve.
상기 (b) 단계(S20)는, 상기 제1 반응성 물질 분말과 상기 제2 반응성 물질 분말은 기계적 혼화방법으로 V형 혼합기(V-shape mixer) 및 3차원 혼합기(Turbula Mixer) 등을 이용하여 혼화할 수 있으나, 반드시 이에 제한된 것은 아니고 기계적으로 혼화할 수 있는 장치면 어떠한 것이라도 무방하다.In step (b) (S20), the first reactive material powder and the second reactive material powder are mixed using a mechanical mixing method such as a V-shape mixer and a three-dimensional mixer (Turbula Mixer). However, it is not necessarily limited to this, and any device that can mechanically mix may be used.
반응성 구조재의 제조 방법에서 (c) 단계(S30)는 상기 (b) 단계(S20)에서 형성된 반응성 분말을 성형하여 최종적으로 반응성 구조재를 제조하는 단계이다.In the method for manufacturing a reactive structural material, step (c) (S30) is a step of finally manufacturing a reactive structural material by molding the reactive powder formed in step (b) (S20).
상기 (c) 단계에서 성형 공정은 상기 반응성 분말을 냉간정수압성형(cold isostatic press, CIP), 저온분사(cold spray), 압출(extrusion), 사출(injection molding), 열간 정수압 성형(hot isostatic press), 열간 가압성형(Hot pressing) 및 일반 가압 성형(pressing) 중에서 선택된 어느 하나의 공정으로 성형하여 반응성 구조재를 제조하는 것이 바람직하나, 이에 반드시 제한된 것은 아니다.In step (c), the molding process includes cold isostatic pressing (CIP), cold spray, extrusion, injection molding, and hot isostatic pressing of the reactive powder. , it is preferable to manufacture the reactive structural material by molding using any one process selected from hot pressing and general pressing, but is not necessarily limited thereto.
반응성 구조재의 조성 및 제조 방법에 따른 화약동조 폭풍위력을 알아보고자, 하기 표 1과 같은 조성과 제조 방법으로 반응성 구조재를 제조하였다.In order to investigate the explosive power of explosives according to the composition and manufacturing method of the reactive structural material, reactive structural material was manufactured using the composition and manufacturing method shown in Table 1 below.
하기 표 1에서 비교예 1은 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 반응성 구조재와 비교하기 위한 대조군인 금속 시편으로 SM45C steel 탄체 구조재이다. 반응성 구조재의 제조방법에서 혼화방법은 V형 혼합기(V-shape mixer), 3차원 혼합기(Turbula Mixer)를 이용한 혼화와 기계적 합금(mechanical alloying)의 혼화방법으로 수행하였고, 성형방법은 냉간정수압성형(cold isostatic pressing, CIP)를 수행하여 제조하였다.In Table 1 below, Comparative Example 1 is a control metal specimen for comparison with the reactive structural material manufactured according to Examples 1 to 4, and is an SM45C steel carbon structural material. In the manufacturing method of reactive structural materials, the mixing method was performed by mixing using a V-shape mixer, a three-dimensional mixer (Turbula Mixer) and mechanical alloying, and the forming method was cold isostatic forming ( It was manufactured by performing cold isostatic pressing (CIP).
(wt%)Furtherance
(wt%)
방법plastic surgery
method
하기 표 2는 화약동조 폭풍위력 시험 결과로 상기 표 1과 같은 조성 및 제조 방법으로 제조된 반응성 구조재를 비교예 1과 대비 폭풍위력을 비교하였다.Table 2 below shows the results of the gunpowder synchronized storm power test, comparing the storm power of the reactive structural material manufactured with the same composition and manufacturing method as in Table 1 compared to Comparative Example 1.
상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 10 ㎛ 알루미늄 분말과 4 ㎛ 니켈 분말로 구성된 반응성 구조재(A3N-VC-9)는 화약동조 폭풍위력 시험에서, 비교예 1의 SM45C steel 탄체 구조재 대비 1.50배의 폭풍위력을 나타낸다. 실시예 2는 상기 실시예 1과 같은 조성이나 기계적 합금(mechanical alloying)공정으로 혼화하여 제조한 반응성 구조재(A3N-PC-9)로 비교예 1 대비 1.86배의 폭풍위력을 나타낸다. 즉, 종래 반응성 구조재 제조에 사용한 기계적 합금(mechanical alloying) 공정을 활용하여 반응성 구조재를 만들었을 때는 일반적인 반응성 구조재 대비 약 24%의 폭풍위력 성능 증대 효과를 달성할 수 있다.As shown in Table 2, the reactive structural material (A3N-VC-9) composed of 10 ㎛ aluminum powder and 4 ㎛ nickel powder of Example 1 was 1.50 compared to the SM45C steel body structural material of Comparative Example 1 in the gunpowder synchronization blast power test. It represents the storm power of the ship. Example 2 is a reactive structural material (A3N-PC-9) manufactured with the same composition as Example 1 but mixed through a mechanical alloying process, and shows a storm power 1.86 times that of Comparative Example 1. In other words, when reactive structural materials are made using the mechanical alloying process used to manufacture conventional reactive structural materials, an increase in storm power performance of about 24% can be achieved compared to general reactive structural materials.
실시예 3의 10 ㎛ 알루미늄 분말과 4 ㎛ 니켈 분말로 구성된 반응성 구조재(A5N-VC-9)는 화약동조 폭풍위력 시험에서, 비교예 1의 SM45C steel 탄체 구조재 대비 2.14배의 폭풍위력을 나타낸다. 실시예 4는 상기 실시예 3과 같은 조성이나 본 발명에서 제안하는 서브마이크론 반응성 원재료 분말을 적용하여 제조한 반응성 구조재(A5Nf-VC-9)로 비교예 1 대비 2.62배의 폭풍위력을 나타낸다. 즉, 본 발명에서 제안하는 서브마이크론 원재료 분말을 적용하여 반응성 구조재를 만들었을 때는 일반적인 반응성 구조재 대비 약 22% 수준의 폭풍위력 성능 증대 효과를 달성할 수 있다.The reactive structural material (A5N-VC-9) composed of 10 ㎛ aluminum powder and 4 ㎛ nickel powder of Example 3 shows 2.14 times the storm power of the SM45C steel carbon structural material of Comparative Example 1 in the gunpowder synchronized storm power test. Example 4 is a reactive structural material (A5Nf-VC-9) manufactured using the same composition as Example 3 or the submicron reactive raw material powder proposed in the present invention, and shows a storm power of 2.62 times that of Comparative Example 1. In other words, when a reactive structural material is made by applying the submicron raw material powder proposed in the present invention, an increase in storm power performance of about 22% can be achieved compared to a general reactive structural material.
또한 실시예 5의 10 ㎛ 알루미늄 분말과 1 ㎛ 텅스텐 분말로 구성된 반응성 구조재(A7W-VC-9)는 화약동조 폭풍위력 시험에서, 비교예 1 대비 1.85배의 폭풍위력을 나타낸다. 실시예 6은 상기 실시예 5와 같은 조성이나 본 발명에서 제안하는 나노 사이즈의 반응성 원재료 분말을 적용하여 제조한 반응성 구조재(A7Wn-VC-9)로 비교예 1 대비 2.28배의 폭풍위력을 나타낸다. 즉, 텅스텐(W) 분말의 입도 크기를 1 ㎛에서 100 ㎚로 1/10배로 줄임에 따라 약 23% 이상의 폭풍위력 성능 증대 효과를 달성할 수 있었다.In addition, the reactive structural material (A7W-VC-9) composed of 10 ㎛ aluminum powder and 1 ㎛ tungsten powder of Example 5 shows 1.85 times the storm power of Comparative Example 1 in the gunpowder synchronization storm power test. Example 6 is a reactive structural material (A7Wn-VC-9) manufactured using the same composition as Example 5 or the nano-sized reactive raw material powder proposed in the present invention, and shows a storm power 2.28 times that of Comparative Example 1. In other words, by reducing the particle size of tungsten (W) powder by 1/10 from 1 ㎛ to 100 ㎚, it was possible to achieve an increase in blast power performance of about 23% or more.
또한 실시예 7의 10 ㎛ 알루미늄 분말과 5 ㎛ 산화구리(CuO) 분말로 구성된 반응성 구조재(A8C-TC-9)는 화약동조 폭풍위력 시험에서 비교예 1 대비 1.54배의 폭풍위력을 나타낸다. 실시예 8은 상기 실시예 7과 같은 조성이나 본 발명에서 제안하는 나노 사이즈 반응성 원재료 분말을 적용하여 적용한 반응성 구조재(A8Cn-TC-9)로 비교예 1 대비 1.93배의 폭풍위력을 나타낸다. 즉, 산화구리(CuO) 분말의 입도 크기를 5 ㎛에서 100㎚로 줄임에 따라 약 26% 이상의 폭풍위력 성능 증대 효과를 달성할 수 있었다.In addition, the reactive structural material (A8C-TC-9) composed of 10 ㎛ aluminum powder and 5 ㎛ copper oxide (CuO) powder of Example 7 shows 1.54 times the storm power of Comparative Example 1 in the gunpowder synchronization storm power test. Example 8 is a reactive structural material (A8Cn-TC-9) with the same composition as Example 7 but applied with the nano-sized reactive raw material powder proposed in the present invention, and shows a storm power of 1.93 times that of Comparative Example 1. In other words, by reducing the particle size of copper oxide (CuO) powder from 5 ㎛ to 100 ㎚, it was possible to achieve an increase in storm power performance of about 26% or more.
결론적으로 실시예 1과 실시예 2의 비교에서 확인할 수 있었던 종래의 폭풍위력 성능증대 효과를, 본 발명에서 제안하는 미세조직 구성방안을 통해서도 유사하게 달성할 수 있었다. 다시 말해 실시예 3과 실시예 4의 비교에서 확인한 바와 같이 알루미늄 분말과 혼화되는 니켈 분말의 크기를 일반적인 마이크로미터 수준에서 서브마이크론 수준으로 훨씬 작게 하면 폭풍위력은 20% 이상 증대되며, 또한 실시예 5와 실시예 6의 비교에서 확인한 바와 같이 알루미늄 분말과 혼화되는 텅스텐 분말의 크기를 1 ㎛ 수준에서 100 ㎚ 수준으로 훨씬 작게 하거나, 실시예 7과 실시예 8의 비교에서 확인한 바와 같이 산화구리 분말의 크기를 5 ㎛ 수준에서 100㎚ 수준으로 훨씬 작게 했을 때도 폭풍위력은 20% 이상 증대된다.In conclusion, the effect of increasing the conventional storm power performance, which was confirmed in the comparison between Example 1 and Example 2, could be similarly achieved through the microstructure configuration method proposed in the present invention. In other words, as confirmed in the comparison of Example 3 and Example 4, when the size of the nickel powder mixed with the aluminum powder is reduced from the general micrometer level to the submicron level, the blast power increases by more than 20%, and also Example 5 As confirmed in the comparison of Example 6, the size of the tungsten powder mixed with the aluminum powder was much smaller from the 1 ㎛ level to the 100 nm level, or as confirmed in the comparison of Example 7 and Example 8, the size of the copper oxide powder was reduced. Even when reduced from the 5 ㎛ level to the 100 nm level, the storm power increases by more than 20%.
한편, 실시예 2에서 100g의 기계적 합금(mechanical alloying) 공정을 이용하여 반응성 분말을 제조하는데 걸리는 시간이 약 12시간 내외이고, 여타 V형 혼합기(V-shape mixer)를 이용하여 반응성 분말 5 kg을 제조하는데 걸리는 시간은 6 시간 내외이다. 기계적 합금(mechanical alloying) 공정이 V형 혼합기(V-shape mixer) 공정보다 훨씬 복잡함을 감안할 때 본 발명을 통하여 얻을 수 있는 폭풍위력 증대효과는 종래의 방법보다 월등하다고 평가할 수 있다.Meanwhile, in Example 2, the time taken to manufacture 100 g of reactive powder using a mechanical alloying process was about 12 hours, and 5 kg of reactive powder was prepared using another V-shape mixer. The manufacturing time is approximately 6 hours. Considering that the mechanical alloying process is much more complicated than the V-shape mixer process, the storm power increase effect achieved through the present invention can be evaluated as superior to the conventional method.
도 6의 10 ㎛ 수준의 알루미늄(Al) 분말에 1 ㎛ 수준의 니켈(Ni) 분말을 혼화하여 제조한 반응성 구조재(실시예 4)의 미세조직과, 도 7의 10 ㎛ 수준의 알루미늄(Al) 분말에 100 ㎚ 수준의 텅스텐(W) 분말을 혼화하여 제조한 반응성 구조재(실시예 6)의 미세조직을 살펴보았을 때 반응성 구조재의 반응 효율을 극대화하는 미세조직이 구성되어 있음을 확인할 수 있다.Microstructure of a reactive structural material (Example 4) manufactured by mixing 1 ㎛ level nickel (Ni) powder with 10 ㎛ level aluminum (Al) powder in FIG. 6, and 10 ㎛ level aluminum (Al) in FIG. 7 When examining the microstructure of the reactive structural material (Example 6) manufactured by mixing 100 nm level tungsten (W) powder with the powder, it can be confirmed that the microstructure is configured to maximize the reaction efficiency of the reactive structural material.
이와 같이 본 발명의 반응성 구조재가 도 5에 나타난 것과 같은 나노 미세조직화 되어 있는 기계적 합금(mechanical alloying) 공정을 통하여 얻은 반응성 분말로 제조된 반응성 구조재 대비 폭풍위력이 결코 뒤지지 않는 이유는 다음과 같다. As such, the reason why the reactive structural material of the present invention is in no way inferior to the reactive structural material manufactured from reactive powder obtained through a mechanical alloying process with nano-microstructure as shown in FIG. 5 is as follows.
도 8은 종래 '마이크로 크기' 분말적용 반응성 구조재에 활성화 화약조성의 폭굉에 따른 폭발파가 인가될 때 반응성 구조재의 미세조직 모습으로, 도 8의 (a)는 폭발파 인가 전의 미세조직의 모습, 도 8의 (b)는 폭발파 인가 직후의 미세조직의 모습, 도 8의 (c)는 폭발파 인가 후 일정시간 경과하였을 때 미세조직의 모습을 나타낸다.Figure 8 shows the microstructure of a reactive structural material when an explosion wave due to detonation of an activated gunpowder composition is applied to a conventional 'micro-sized' powder-applied reactive structural material. Figure 8(a) shows the microstructure before application of the explosive wave. Figure 8(b) shows the microstructure immediately after the application of the explosive wave, and Figure 8(c) shows the microstructure after a certain period of time has elapsed after the application of the explosive wave.
도 8의 (a)에서처럼 폭발파 인가 전에는 거의 모든 반응성 구조재에서 알루미늄(Al) 분말인 저밀도의 마이크로 크기 반응물 A와 상기 마이크로 크기 반응물 A와 조합되는 물질로 상대적으로 고밀도의 마이크로 크기 반응물 B가 빽빽하게 밀집하여 이종물질이 접합하고 있다가 폭발파가 인가하게 되면 도 8의 (b)와 같이 반응물은 파편의 형태로 비행하게 된다. 이때 저밀도의 반응물 A는 상대적으로 고속으로 비행하고, 고밀도의 반응물 B는 상대적으로 저속으로 비행하게 된다. 이와 같은 반응물의 비행과정 중에는 다수의 충돌 이벤트가 발생하게 되지만 반응물 A의 크기는 비행 중에 크게 달라지지 않을 것으로 생각된다. As shown in (a) of FIG. 8, before the explosion wave is applied, in almost all reactive structural materials, low-density micro-sized reactant A, which is aluminum (Al) powder, and relatively high-density micro-sized reactant B, which is a material combined with the micro-sized reactant A, are densely packed. Therefore, when dissimilar materials are bonded and an explosion wave is applied, the reactants fly in the form of fragments, as shown in (b) of FIG. 8. At this time, low-density reactant A flies at a relatively high speed, and high-density reactant B flies at a relatively low speed. During the flight of such reactants, multiple collision events will occur, but the size of reactant A is not expected to change significantly during flight.
도 9는 종래 '나노 크기' 분말적용 반응성 구조재에 활성화 화약조성의 폭굉에 따른 폭발파가 인가될 때 반응성 구조재의 미세조직 모습으로, 도 9의 (a)는 폭발파 인가 전의 미세조직의 모습, 도 9의 (b)는 폭발파 인가 직후의 미세조직의 모습, 도 9의 (c)는 폭발파 인가 후 일정시간 경과하였을 때 미세조직의 모습을 나타낸다.Figure 9 shows the microstructure of a reactive structural material when an explosive wave due to detonation of an activated gunpowder composition is applied to a conventional 'nano-sized' powder-applied reactive structural material. Figure 9(a) shows the microstructure before application of the explosive wave. Figure 9(b) shows the microstructure immediately after the application of the explosive wave, and Figure 9(c) shows the microstructure after a certain period of time has elapsed after the application of the explosive wave.
도 9의 (a)에서처럼 상기 도 8의 마이크로크기 분말 적용 반응성 구조재와 마찬가지로 폭발파 인가 전에는 저밀도의 나노크기 반응물 A와 상기 마이크로 크기 반응물 A와 조합되는 물질로 고밀도의 나노크기 반응물 B가 빽빽하게 밀집하여 이종물질이 접합하고 있다가 폭발파가 인가하게 되면 도 9의 (b)와 같이 저밀도인 나노크기 반응물 A는 상대적으로 고속으로 비행하고, 상기 반응물 A와 조합되는 상대적으로 고밀도의 반응물 B는 상대적으로 저속으로 비행하게 된다. 이때도 다수의 충돌 이벤트가 발생하게 되지만 저밀도의 나노크기 반응물 A의 크기는 비행 중에 크게 달라지지 않을 것으로 생각된다. 하지만 애초에 나노 크기 분말을 적용하였기에 산소와의 반응이나 반응물과 조합되는 물질과의 반응을 위한 표면적이 훨씬 증가하므로 반응효율은 앞서 도 8에서와 같은 마이크로 분말만을 적용한 반응성 구조재 대비 우수해진다. As shown in (a) of FIG. 9, like the reactive structural material to which the micro-sized powder of FIG. 8 is applied, before the explosion wave is applied, the low-density nano-sized reactant A and the high-density nano-sized reactant B, a material combined with the micro-sized reactant A, are densely packed together. When heterogeneous materials are bonded and an explosion wave is applied, the low-density nano-sized reactant A flies at a relatively high speed, as shown in (b) of FIG. 9, and the relatively high-density reactant B combined with the reactant A flies at a relatively high speed. It flies at low speed. Even at this time, multiple collision events will occur, but the size of low-density, nano-sized reactant A is not expected to change significantly during flight. However, since nano-sized powder was applied in the first place, the surface area for reaction with oxygen or with substances combined with reactants is greatly increased, so the reaction efficiency becomes superior to the reactive structural material using only micro powder as shown in FIG. 8.
도 10은 본 발명에서 제시한 '마이크로 크기와 나노 크기' 혼합 분말적용 반응성 구조재에 활성화 화약조성의 폭굉에 따른 폭발파가 인가될 때 반응성 구조재의 미세조직 모습이다. 도 10의 (a)는 폭발파 인가 전의 미세조직의 모습, 도 10의 (b)는 폭발파 인가 직후의 미세조직의 모습, 도 10의 (c)는 폭발파 인가 후 일정시간 경과하였을 때 미세조직의 모습을 나타낸다.Figure 10 shows the microstructure of the reactive structural material when an explosion wave due to detonation of the activated explosive composition is applied to the reactive structural material applied with the 'micro-sized and nano-sized' mixed powder presented in the present invention. Figure 10(a) shows the microstructure before the blast wave is applied, Figure 10(b) shows the microstructure immediately after the blast wave is applied, and Figure 10(c) shows the microstructure after a certain time has elapsed after the blast wave is applied. It represents the appearance of the organization.
도 10의 (b)에서처럼 폭발파의 인가에 따라 저밀도의 반응물로 마이크로 크기의 알루미늄 분말(l)은 상대적으로 고속으로 비행하고, 상기 알루미늄 분말(1)과 조합되는 물질로 서브마이크론 또는 나노 크기의 고밀도의 반응물인 금속 분말(2)은 상대적으로 저속으로 비행하게 된다. 고속으로 비행하는 알루미늄 분말(1)은 저속으로 비행하는 금속 분말(2)과 충돌하게 되면서 본연의 형태에서 큰 변형이 발생하게 된다. 이러한 충돌이 지속되게 되면 다수의 충돌 이벤트가 발생하게 되면서 알루미늄 분말(1) 입자는 매우 작아지게 된다. 즉 반응성 구조재에서 폭발파가 인가되기 전 초기 알루미늄의 미세조직은 마이크로 크기이지만 폭발파가 인가된 이 후에는 금속 분말(2)과 같은 나노 크기에 가까워 질 수 있다. 따라서 본 발명에서 제시한 마이크로 크기와 나노 크기 혼합 분말 적용 반응성 구조재의 폭발파 인가에 따른 반응효율은 '나노' 분말적용 반응성 구조재의 반응효율과 유사해질 수 있다.As shown in (b) of FIG. 10, upon application of an explosion wave, micro-sized aluminum powder (l) as a low-density reactant flies at a relatively high speed, and submicron or nano-sized material is combined with the aluminum powder (1). Metal powder (2), a high-density reactant, flies at a relatively low speed. Aluminum powder (1) flying at high speed collides with metal powder (2) flying at low speed, causing significant deformation in its original shape. If this collision continues, multiple collision events occur and the aluminum powder (1) particles become very small. In other words, the initial microstructure of aluminum before an explosion wave is applied in a reactive structural material is micro-sized, but after the explosion wave is applied, it can approach the nano-size, such as a metal powder (2). Therefore, the reaction efficiency of the reactive structural material applied with the mixed micro- and nano-sized powder presented in the present invention according to the application of explosive waves can be similar to the reaction efficiency of the reactive structural material applied with the 'nano' powder.
앞서 살펴본 바와 같이 본 발명에서 제시한 반응성 구조재는 마이크로 크기 반응성 물질 분말과 나노 크기 반응성 물질 분말을 혼합하여 이루어짐으로써, 반응성 구조재의 제조 공정이나 보관 취급과 같은 일반적인(ambient) 환경에서 쉽게 반응할 수 없는 상태로 반응성 구조재가 구성되지만, 폭발파가 인가될 경우에는 반응성 물질 분말 사이의 밀도 차이로 인한 비행 속도 차이로 마이크로 크기 반응성 물질 분말과 나노 크기 반응성 물질 분말이 서로 충돌하여 마이크로 크기 반응성 물질 분말의 입자는 작아지는 변형이 발생하여 반응을 위한 표면적이 훨씬 증가하므로 화약동조 폭풍위력 또는 반응 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.As seen above, the reactive structural material presented in the present invention is made by mixing micro-sized reactive material powder and nano-sized reactive material powder, so it cannot easily react in general (ambient) environments such as the manufacturing process or storage handling of the reactive structural material. A reactive structural material is constructed in a normal state, but when an explosion wave is applied, the micro-sized reactive material powder and the nano-sized reactive material powder collide with each other due to the difference in flight speed due to the density difference between the reactive material powders, causing particles of the micro-sized reactive material powder. The surface area for reaction increases significantly due to a smaller deformation, which has the effect of maximizing gunpowder synchronization blast power or reaction efficiency.
1 : 알루미늄 분말
2 : 금속 분말
10 : 반응성 구조재 1: Aluminum powder
2: Metal powder
10: Reactive structural material
Claims (14)
입도 크기가 상기 제1 반응성 물질 분말보다 작은 크기의 서브마이크론 또는 나노 크기로 이루어지는 니켈(Ni), 텅스텐(W), 산화구리(CuO), 티타늄(Ti), 산화몰리브덴(MoO3), 산화철(Fe2O3) 및 이산화망간(MnO2)중에서 선택된 어느 하나인 제2 반응성 물질이 혼화하여 제조된 것을 특징으로 하는 반응성 구조재.A first reactive material powder of aluminum (Al) with a particle size of micrometer size,
Nickel (Ni), tungsten (W), copper oxide (CuO), titanium (Ti), molybdenum oxide (MoO 3 ), iron oxide ( A reactive structural material manufactured by mixing a second reactive material selected from Fe 2 O 3 ) and manganese dioxide (MnO 2 ).
상기 제1 반응성 물질 분말은 입도 크기가 5 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 반응성 구조재.According to paragraph 1,
A reactive structural material, characterized in that the first reactive material powder has a particle size of 5 ㎛ or more.
상기 제2 반응성 물질 분말은 입도 크기가 1 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반응성 구조재.According to paragraph 1,
A reactive structural material, characterized in that the second reactive material powder has a particle size of 1 ㎛ or less.
상기 반응성 구조재 전체 중량에 대하여,
상기 제1 반응성 물질 분말은 30 중량% 내지 70 중량%; 및
상기 제2 반응성 물질 분말은 30 중량% 내지 70 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 구조재.According to paragraph 1,
Regarding the total weight of the reactive structural material,
The first reactive material powder is 30% to 70% by weight; and
A reactive structural material comprising 30% to 70% by weight of the second reactive material powder.
(b) 상기 제1 반응성 물질 분말에 입도 크기가 상기 제1 반응성 물질 분말보다 작은 크기의 서브마이크론 또는 나노 크기로 이루어지는 니켈(Ni), 텅스텐(W), 산화구리(CuO), 티타늄(Ti), 산화몰리브덴(MoO3), 산화철(Fe2O3) 및 이산화망간(MnO2)중에서 선택된 어느 하나인 제2 반응성 물질 분말을 넣고 혼화하여 반응성 분말을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 반응성 분말을 성형하여 반응성 구조재를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 구조재의 제조 방법.(a) preparing a first reactive material powder of aluminum (Al) having a particle size of micrometer size;
(b) Nickel (Ni), tungsten (W), copper oxide (CuO), and titanium (Ti) in the first reactive material powder with a particle size of submicron or nano size smaller than that of the first reactive material powder. Adding and mixing a second reactive material powder selected from molybdenum oxide (MoO 3 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), and manganese dioxide (MnO 2 ) to form a reactive powder; and
(c) manufacturing a reactive structural material by molding the reactive powder.
상기 제1 반응성 물질 분말은 입도 크기가 5 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 반응성 구조재의 제조 방법.In clause 7,
A method of producing a reactive structural material, characterized in that the first reactive material powder has a particle size of 5 ㎛ or more.
상기 제2 반응성 물질 분말은 입도 크기가 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반응성 구조재 제조 방법.In clause 7,
A method of manufacturing a reactive structural material, characterized in that the second reactive material powder has a particle size of 1㎛ or less.
상기 (b) 단계는,
상기 제1 반응성 물질 분말은 30 중량% 내지 99 중량%; 및
상기 제2 반응성 물질 분말은 1 중량% 내지 70 중량%;로 포함하는 것을 특징으로 하는 반응성 구조재 제조 방법.In clause 7,
In step (b),
The first reactive material powder is 30% to 99% by weight; and
A method of manufacturing a reactive structural material, characterized in that the second reactive material powder comprises 1% by weight to 70% by weight.
상기 (b) 단계는, 상기 제1 반응성 물질 분말과 상기 제2 반응성 물질 분말은 기계적 혼화방법으로 혼화하는 것을 특징으로 하는 반응성 구조재 제조 방법.In clause 7,
In step (b), the first reactive material powder and the second reactive material powder are mixed by a mechanical mixing method.
상기 (c) 단계는,
상기 반응성 분말을 냉간정수압성형(cold isostatic press), 저온분사(cold spray), 압출(extrusion), 사출(injection molding), 열간 정수압 성형(hot isostatic press), 열간 가압성형(Hot pressing) 및 일반 가압 성형(pressing) 중에서 선택된 어느 하나의 공정으로 성형하는 것을 특징으로 하는 반응성 구조재 제조 방법.In clause 7,
In step (c),
The reactive powder is subjected to cold isostatic pressing, cold spray, extrusion, injection molding, hot isostatic pressing, hot pressing, and general pressing. A method of manufacturing a reactive structural material, characterized in that forming by any one process selected from pressing.
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