KR102685290B1 - MAX phase with low oxygen synthesis method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저산소 맥스 상 합성 방법에 관한 것으로서, 타이타늄(Ti) 분말, 알루미늄(Al) 분말 및 탄소(C) 분말을 준비하는 원재료 준비단계; 상기 타이타늄 분말, 상기 알루미늄 분말 및 상기 탄소 분말을 혼합하여 분말 혼합체를 형성하는 혼합단계; 상기 분말 혼합체를 압축하여 압분체를 형성하는 압축단계; 및 상기 압분체를 소결하여 맥스 상을 형성하는 소결단계;를 포함하며, 상기 원재료 준비단계에서 상기 타이타늄 분말은 산소 함량이 1,000ppm 이하인 것으로 준비하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 맥스 상을 저산소 상태로 효과적으로 제조하는 것이 가능하다.
The present invention relates to a low-oxygen max phase synthesis method, which includes a raw material preparation step of preparing titanium (Ti) powder, aluminum (Al) powder, and carbon (C) powder; A mixing step of mixing the titanium powder, the aluminum powder, and the carbon powder to form a powder mixture; A compression step of compressing the powder mixture to form a green compact; and a sintering step of sintering the green compact to form a max phase. In the raw material preparation step, the titanium powder is prepared to have an oxygen content of 1,000 ppm or less.
Accordingly, it is possible to effectively produce the Max phase in a hypoxic state.

Description

저산소 맥스 상 합성 방법{MAX phase with low oxygen synthesis method}Low oxygen MAX phase synthesis method {MAX phase with low oxygen synthesis method}

본 발명은 저산소 맥스 상 합성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 맥신(MXene) 필름의 제조 수율을 높이고 전기적 특성을 향상시키기 위한 저산소 맥스 상 합성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hypoxic Max phase synthesis method, and more specifically, to a hypoxic Max phase synthesis method for increasing the production yield of MXene films and improving electrical properties.

맥신(MXene)은 높은 전기 전도성과 화학적 안정성으로 인해 전자기 간섭 차폐, 에너지 저장 및 웨어러블 전자장치 등의 영역에서 탁월한 가능성을 보여주고 있다. 그리고 맥신 중에서도 타이타늄을 기반으로 한 Ti3C2Tx(Tx는 표면 종결기)가 전기 전도성이 가장 높은 것으로 알려져 있다.MXene shows excellent potential in areas such as electromagnetic interference shielding, energy storage, and wearable electronics due to its high electrical conductivity and chemical stability. And among MXenes, titanium-based Ti 3 C 2 T x (T x is a surface terminator) is known to have the highest electrical conductivity.

맥신은 맥스 상(MAX phase)(Ti3AlC2 및 Ti3SiC2 등)으로부터 제조된다. 맥스 상의 화학적 형태는 Mn+1AXn이며, M은 전이금속, A는 주기율표 상 3A와 4A족 원소, X는 C와 N 원소이다. 이러한 맥스 상에서 A(Al, Si 등) 원소를 선택적 에칭에 의해 제거하여 다층의 맥신(Multilayered MXene)을 제조한 후, 다층의 맥신을 물리적으로 분리하여 단층의 맥신(Singlelayered MXene)을 제조할 수 있다.MXene is manufactured from the MAX phase (Ti 3 AlC 2 and Ti 3 SiC 2 etc.). The chemical form of the Max phase is M n+1 AX n , where M is a transition metal, A is an element of groups 3A and 4A on the periodic table, and X is a C and N element. After removing the A (Al, Si, etc.) element from the MAX by selective etching to manufacture multilayered MXene, the multilayer MXene can be physically separated to produce single-layered MXene. .

그런데 맥스 상의 산소 함량이 높은 경우에는 맥스 상 내에 Al2O3 산화물이 증가하고 TixAlCx 상 내 알루미늄(Al)이 빠져나감에 따라 TixAlCx로부터 TiC가 형성되어, 다층의 맥신에 Al2O3 산화물 및 TiC 탄화물이 잔존하여 다층 맥신으로부터 단층 맥신의 회수율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 높은 산소 함량의 상용 맥스 상(산소 함량 20,000ppm 이상)으로부터 맥신을 제조할 경우, 맥신의 전기적 특성이 저하될 수 있다.However, when the oxygen content of the Max phase is high , Al 2 O 3 oxide increases in the Max phase and aluminum (Al) in the Ti x AlC x phase escapes, resulting in the formation of TiC from Ti There is a problem in that the recovery rate of single-layer MXene from multi-layer MXene is reduced due to the remaining 2 O 3 oxide and TiC carbide. Additionally, when MXene is prepared from a commercial MXene phase with high oxygen content (oxygen content greater than 20,000 ppm), the electrical properties of MXene may be reduced.

특히, 타이타늄은 산소 친화성이 높기 때문에 타이타늄을 포함하는 단층 맥신의 회수율을 높이기 위해서는 타이타늄을 포함하는 맥스 상의 산소 함량을 낮추어줄 필요가 있다.In particular, since titanium has a high affinity for oxygen, it is necessary to lower the oxygen content of the titanium-containing MXene phase in order to increase the recovery rate of titanium-containing single-layer MXene.

KRKR 10-2014-009075410-2014-0090754 AA

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단층 맥신의 제조 효율 및 전기적 특성을 높이기 위해 단층 맥신 제조의 원재료인 맥스 상을 저산소 상태로 제조하는 것이 가능한 저산소 맥스 상 합성 방법을 제공함에 있다.Therefore, the purpose of the present invention is to solve such conventional problems, and to provide a hypoxic Max phase synthesis method that allows the production of the Max phase, which is a raw material for the production of single-layer MXene, in a hypoxic state in order to increase the production efficiency and electrical properties of single-layer MXene. In providing.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 타이타늄(Ti) 분말, 알루미늄(Al) 분말 및 탄소(C) 분말을 준비하는 원재료 준비단계; 상기 타이타늄 분말, 상기 알루미늄 분말 및 상기 탄소 분말을 혼합하여 분말 혼합체를 형성하는 혼합단계; 상기 분말 혼합체를 압축하여 압분체를 형성하는 압축단계; 및 상기 압분체를 소결하여 맥스 상을 형성하는 소결단계;를 포함하며, 상기 원재료 준비단계에서 상기 타이타늄 분말은 산소 함량이 1,000ppm 이하인 것으로 준비하는 것을 특징으로 하는 저산소 맥스 상 합성 방법에 의해 달성된다.The above object is, according to the present invention, a raw material preparation step of preparing titanium (Ti) powder, aluminum (Al) powder, and carbon (C) powder; A mixing step of mixing the titanium powder, the aluminum powder, and the carbon powder to form a powder mixture; A compression step of compressing the powder mixture to form a green compact; and a sintering step of sintering the green compact to form a max phase, wherein in the raw material preparation step, the titanium powder is prepared with an oxygen content of 1,000 ppm or less. This is achieved by a low-oxygen max phase synthesis method. .

상기 원재료 준비단계는, 상기 타이타늄 분말로부터 산소를 제거하는 탈산단계를 포함할 수 있다.The raw material preparation step may include a deoxidation step to remove oxygen from the titanium powder.

상기 탈산단계는, 0.1 ~ 2기압의 불활성 기체 분위기 또는 진공 분위기의 열처리로 내에 타이타늄 분말과 칼슘 탈산제를 장입하여 700 ~ 1,000℃에서 1 ~ 6시간 동안 진행될 수 있다.The deoxidation step may be performed at 700 to 1,000°C for 1 to 6 hours by charging titanium powder and calcium deoxidizer into a heat treatment furnace in an inert gas atmosphere or vacuum atmosphere at 0.1 to 2 atmospheres.

상기 원재료 준비단계는, 50㎛ 이하의 체(sieve)를 이용해 상기 타이타늄 분말, 상기 알루미늄 분말 및 상기 탄소 분말을 체별하는 체별단계를 포함할 수 있다.The raw material preparation step may include a sieving step of sieving the titanium powder, aluminum powder, and carbon powder using a sieve of 50 μm or less.

초음파를 이용하여 상기 타이타늄 분말, 상기 알루미늄 분말 및 상기 탄소 분말을 혼합할 수 있다.The titanium powder, aluminum powder, and carbon powder can be mixed using ultrasonic waves.

상기 소결단계에서는, 상기 압분체를 도가니에 장입한 후 상기 도가니를 열처리로 내에 장입하고, 상기 열처리로를 0.1 ~ 2기압의 불활성 기체 분위기로 만들어 1,300 ~ 1,450℃로 유지하면서 1 ~ 5시간 동안 상기 압분체를 소결할 수 있다.In the sintering step, the green compact is charged into a crucible, then the crucible is charged into a heat treatment furnace, the heat treatment furnace is created in an inert gas atmosphere of 0.1 to 2 atmospheres, and the temperature is maintained at 1,300 to 1,450°C for 1 to 5 hours. The green compact can be sintered.

상기 소결단계에서는, 아르곤(Ar)을 이용하여 상기 열처리로를 불활성 기체 분위기로 만들며, 상기 아르곤의 순도는 3N 이상일 수 있다.In the sintering step, the heat treatment furnace is created in an inert gas atmosphere using argon (Ar), and the purity of the argon may be 3N or higher.

상기 아르곤은, 수분을 제거하는 정화기를 거쳐 상기 열처리로에 공급될 수 있다.The argon may be supplied to the heat treatment furnace through a purifier that removes moisture.

상기 열처리로 내에는 상기 아르곤 내의 산소를 제거하는 산소제거기가 구비되고, 상기 아르곤은 상기 산소제거기를 거쳐 상기 도가니에 공급될 수 있다.The heat treatment furnace is provided with an oxygen eliminator that removes oxygen in the argon, and the argon may be supplied to the crucible through the oxygen eliminator.

본 발명의 저산소 맥스 상 합성 방법에 의하면, 산소 함량이 1,000ppm 이하인 타이타늄 분말을 이용하여 맥스 상을 합성하므로, 산소 함량이 낮은 맥스 상을 제조하는 것이 가능하다.According to the hypoxic Max phase synthesis method of the present invention, the Max phase is synthesized using titanium powder with an oxygen content of 1,000 ppm or less, so it is possible to produce a Max phase with a low oxygen content.

이러한 맥스 상을 이용하여서는 다층 맥신과 단층 맥신의 제조 수율 및 전기적 특성을 높이는 것이 가능하다.By using this MAX phase, it is possible to increase the manufacturing yield and electrical properties of multilayer MXene and single-layer MXene.

원재료 준비단계에서 체별단계를 진행하거나 혼합단계에서 초음파를 이용하여 원재료 분말들을 혼합하는 경우, 원재료 분말들을 보다 고르게 혼합할 수 있어 균일한 맥스 상을 합성하는 것이 가능하다.When performing a sieving step in the raw material preparation stage or mixing raw material powders using ultrasonic waves in the mixing stage, the raw material powders can be mixed more evenly, making it possible to synthesize a uniform max phase.

소결단계에서 열처리로 내부를 불활성 기체 분위기로 만들어주는 아르곤 내의 잔류 산소와 수분을 제거하는 경우, 합성된 맥스 상의 산소 함량을 보다 낮추어줄 수 있다.If the residual oxygen and moisture in argon, which creates an inert gas atmosphere inside, is removed through heat treatment in the sintering step, the oxygen content of the synthesized Max can be lowered.

도 1은 본 발명에 의한 저산소 맥스 상 합성 방법의 순서도,
도 2는 본 발명에 의한 저산소 맥스 상 합성 방법을 구성하는 혼합단계에서 이용하는 장치의 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 의한 저산소 맥스 상 합성 방법을 구성하는 소결단계가 진행되는 방법에 관한 설명도,
도 4는 본 발명에 의한 저산소 맥스 상 합성 방법의 실시예 1에 의해 만들어진 맥스 상의 XRD 분석 결과 그래프,
도 5는 본 발명에 의한 저산소 맥스 상 합성 방법의 실시예 1에 의해 합성된 맥스 상의 SEM 이미지,
도 6은 본 발명에 의한 저산소 맥스 상 합성 방법의 실시예 2에 의해 합성된 맥스 상의 XRD 분석 결과 그래프이다.
1 is a flow chart of the hypoxic Max phase synthesis method according to the present invention;
Figure 2 is a schematic diagram of the device used in the mixing step of the hypoxic max phase synthesis method according to the present invention;
Figure 3 is an explanatory diagram of how the sintering step constituting the hypoxic max phase synthesis method according to the present invention proceeds;
Figure 4 is a graph of the XRD analysis results of the Max phase produced by Example 1 of the hypoxic Max phase synthesis method according to the present invention;
Figure 5 is an SEM image of the Max phase synthesized by Example 1 of the hypoxic Max phase synthesis method according to the present invention;
Figure 6 is a graph of the XRD analysis results of the Max phase synthesized by Example 2 of the hypoxic Max phase synthesis method according to the present invention.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명에 의한 저산소 맥스 상 합성 방법은 맥스(MAX) 상 중 Ti3AlC2를 만드는 방법에 관한 것이다. 참고로, Ti3AlC2를 이용하여서는 맥신(Mxene) 중 전도성이 가장 높은 것으로 알려진 Ti3C2Tx를 제조하는 것이 가능하다.The method for synthesizing the hypoxic MAX phase according to the present invention relates to a method of producing Ti 3 AlC 2 among the MAX phases. For reference, it is possible to manufacture Ti 3 C 2 T x , which is known to have the highest conductivity among Mxenes, using Ti 3 AlC 2 .

본 발명에 의한 저산소 맥스 상 합성 방법은 원재료 준비단계(S10), 혼합단계(S20), 압축단계(S30) 및 소결단계(S40)를 포함하여 이루어진다.The hypoxic Max phase synthesis method according to the present invention includes a raw material preparation step (S10), a mixing step (S20), a compression step (S30), and a sintering step (S40).

도 1에는 본 발명에 의한 저산소 맥스 상 합성 방법의 순서도가 도시되어 있다.Figure 1 shows a flow chart of the hypoxic max phase synthesis method according to the present invention.

원재료 준비단계(S10)에서는 Ti3AlC2의 원재료가 되는 타이타늄(Ti) 분말, 알루미늄(Al) 분말 및 탄소(C) 분말을 준비한다.In the raw material preparation step (S10), titanium (Ti) powder, aluminum (Al) powder, and carbon (C) powder, which are raw materials for Ti 3 AlC 2, are prepared.

타이타늄 분말, 알루미늄 분말 및 탄소 분말은 화학양론적으로 3:1:2의 비율로 준비될 수 있지만, 각 분말의 합성시 알루미늄이 증발하여 손실되는 것을 감안해 알루미늄의 비율을 약간 높일 수 있다. 그리고 TiC 탄화물이 생성되는 것을 최소화하기 위하여 탄소의 비율을 약간 낮출 수 있다.Titanium powder, aluminum powder, and carbon powder can be prepared stoichiometrically in a ratio of 3:1:2, but considering that aluminum is lost through evaporation during synthesis of each powder, the aluminum ratio can be slightly increased. And the proportion of carbon can be slightly lowered to minimize the formation of TiC carbide.

타이타늄 분말로는 산소 함량이 1,000ppm 이하인 것이 준비될 수 있다. 참고로, 상용 45㎛ 이하 타이타늄 분말의 산소 함량은 4,000ppm 이상이다.Titanium powder with an oxygen content of 1,000 ppm or less can be prepared. For reference, the oxygen content of commercially available titanium powder 45㎛ or smaller is over 4,000ppm.

알루미늄 분말은 순도가 99%인 것으로 준비되고, 탄소 분말로서 흑연 분말은 순도가 99.9995%인 것으로 준비될 수 있다.Aluminum powder can be prepared with a purity of 99%, and graphite powder as a carbon powder can be prepared with a purity of 99.9995%.

혼합단계(S20)에서는 타이타늄 분말, 알루미늄 분말, 탄소 분말을 혼합하여 분말 혼합체를 형성한다. 혼합단계(S20)에서는 각 분말들이 뭉치지 않고 최대한 고르게 분포하도록 혼합할 수 있다.In the mixing step (S20), titanium powder, aluminum powder, and carbon powder are mixed to form a powder mixture. In the mixing step (S20), each powder can be mixed so that it is distributed as evenly as possible without clumping.

압축단계(S30)에서는 혼합단계(S20)에서 만들어진 분말 혼합체를 압축하여 압분체를 형성한다. 분말 혼합체는 예를 들어 유압 프레스에 의해 압축될 수 있다. 압축되어 서로 밀착된 각각의 원재료 분말들은 후속의 소결단계(S40)에서 원활하게 소결되는 것이 가능하다.In the compression step (S30), the powder mixture prepared in the mixing step (S20) is compressed to form a green compact. The powder mixture can be compressed, for example by a hydraulic press. It is possible for each raw material powder that is compressed and brought into close contact with each other to be smoothly sintered in the subsequent sintering step (S40).

소결단계(S40)에서는 압분체를 소결하여 맥스 상을 형성한다. 소결단계(S40)는 압분체를 구성하는 원재료 분말들이 소결될 수 있도록 열처리로(20) 내에서 진행된다.In the sintering step (S40), the green compact is sintered to form the Max phase. The sintering step (S40) is performed within the heat treatment furnace 20 so that the raw material powders constituting the green compact can be sintered.

이러한 본 발명의 저산소 맥스 상 합성 방법에 의하면, 산소 함량이 1,000ppm 이하인 타이타늄 분말을 이용하여 맥스 상을 합성하므로, 산소 함량이 낮은 맥스 상을 제조하는 것이 가능하다.According to the low-oxygen Max phase synthesis method of the present invention, the Max phase is synthesized using titanium powder with an oxygen content of 1,000 ppm or less, so it is possible to produce a Max phase with a low oxygen content.

이러한 맥스 상은 Al2O3나 SiO2와 같은 산화물을 거의 포함하지 않기 때문에, 맥신 제조시 산화물이 다층 맥신(multilayered MXene)이나 단층 맥신(single layered)의 제조 수율을 떨어뜨리게 되는 것을 방지할 수 있다.Since this MXene hardly contains oxides such as Al 2 O 3 or SiO 2 , it can be prevented from reducing the production yield of multilayered MXene or single layered MXene by oxides during MXene production. .

또한, 산소 함량이 낮은 맥스 상을 이용해 제조되는 맥신은 우수한 전기적 특성을 가지게 된다.In addition, MXene produced using a MAX phase with a low oxygen content has excellent electrical properties.

정리하면, 본 발명의 맥스 상 합성 방법에 의해 제조된 맥스 상을 이용하여서는 다층 맥신과 단층 맥신의 제조 수율 및 전기적 특성을 높이는 것이 가능하다.In summary, it is possible to increase the production yield and electrical properties of multilayer MXene and single-layer MXene by using the Max phase produced by the Max phase synthesis method of the present invention.

원재료 준비단계(S10)는 탈산단계(S11)를 포함할 수 있다.The raw material preparation step (S10) may include a deoxidation step (S11).

탈산단계(S11)에서는 상용의 타이타늄 분말로부터 산소를 제거함으로써, 산소 함량이 1,000ppm 이하인 타이타늄 분말을 형성한다. 타이타늄 분말로는 입자 크기가 45㎛ 이하인 것을 사용할 수 있다.In the deoxidation step (S11), oxygen is removed from commercial titanium powder to form titanium powder with an oxygen content of 1,000 ppm or less. Titanium powder with a particle size of 45㎛ or less can be used.

탈산단계(S11)는 보다 구체적으로, 0.1 ~ 2기압의 불활성 기체 분위기 또는 진공 분위기의 열처리로(미도시) 내에 타이타늄 분말과 칼슘 탈산제를 장입하여 700 ~ 1,000℃에서 1 ~ 6시간 동안 진행될 수 있다.More specifically, the deoxidation step (S11) can be performed at 700 to 1,000°C for 1 to 6 hours by charging titanium powder and calcium deoxidizer into a heat treatment furnace (not shown) in an inert gas atmosphere or vacuum atmosphere at 0.1 to 2 atm. .

700 ~ 1,000℃에서 타이타늄 분말과 칼슘 탈산제를 함께 가열하는 경우, 칼슘 탈산제가 타이타늄의 산소를 제거하게 된다. 이러한 과정이 불활성 기체 분위기또는 진공 분위기에서 이루어지면, 열처리로 외부에서 산소가 유입되는 것을 방지하여 탈산이 보다 효과적으로 진행되는 것이 가능하다.When titanium powder and calcium deoxidizer are heated together at 700 to 1,000°C, the calcium deoxidizer removes oxygen from titanium. If this process is performed in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere, it is possible to prevent oxygen from entering from the outside through heat treatment, thereby allowing deoxidation to proceed more effectively.

타이타늄 분말과 칼슘 탈산제는 서로 접촉된 상태에서 탈산됨으로써 탈산의 효율을 보다 높일 수 있다.The efficiency of deoxidation can be increased by deoxidizing titanium powder and calcium deoxidizing agent in contact with each other.

탈산 후 타이타늄 분말과 칼슘 탈산제는 서로 체(sieve)에 의해 분리될 수 있고, 칼슘 탈산제와 분리된 타이타늄 분말은 물 및 산으로 세정되어 표면의 불순물이 제거될 수 있다. 그리고 세정된 타이타늄 분말은 건조되어 표면의 수분이 제거될 수 있다.After deoxidation, the titanium powder and calcium deoxidizer can be separated from each other using a sieve, and the titanium powder separated from the calcium deoxidizer can be washed with water and acid to remove surface impurities. Then, the cleaned titanium powder can be dried to remove surface moisture.

원재료 준비단계(S10)는 체별단계(S12)를 더 포함할 수 있다.The raw material preparation step (S10) may further include a sieving step (S12).

체별단계(S12)에서는 50㎛ 이하의 체(sieve)를 이용해 타이타늄 분말, 알루미늄 분말 산소 분말을 체별한다. 예를 들어, 체별단계(S12)에서는 45㎛의 체를 이용해 분말들을 체별할 수 있으며, 이에 따라 25 ~ 45㎛의 입도를 가지는 분말을 이용해 맥스 상을 합성할 수 있다.In the sieving step (S12), titanium powder, aluminum powder, and oxygen powder are sieved using a sieve of 50 μm or less. For example, in the sieving step (S12), powders can be sieved using a 45㎛ sieve, and thus the Max phase can be synthesized using powder with a particle size of 25 to 45㎛.

이처럼 일정하게 작은 크기의 입도를 가지는 원재료 분말들을 이용하여 맥스 상을 합성하는 경우, 혼합단계(S20)에서 원재료 분말들을 고르게 혼합하는 것이 가능하고, 따라서 소결단계(S40)에서 일정한 조성을 가지는 맥스 상이 효과적으로 만들어질 수 있다.When synthesizing the Max phase using raw material powders having a uniformly small particle size, it is possible to evenly mix the raw material powders in the mixing step (S20), and therefore, the Max phase with a constant composition can be effectively formed in the sintering step (S40). can be made

반면, 일반적인 소결 방법에 의해 조성물을 만드는 방법에서와 같이 별도의 처리를 거치지 않은 분말들을 기계적 활성화(mechanical activation) 방법에 의해 분쇄 및 혼합하는 경우에는, 기계적 활성화 과정에 의해 분말의 산소 함량이 증가하여 제조 결과물의 산소 함량 또한 증가하는 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, when powders that have not been separately processed are pulverized and mixed by a mechanical activation method, as in the method of making a composition by a general sintering method, the oxygen content of the powder increases due to the mechanical activation process. A problem may arise in which the oxygen content of the manufactured product also increases.

다시 말해, 본 발명에서는 체별단계(S12)에 의해 기계적 활성화 과정을 거칠 필요가 없으므로, 저산소의 맥스 상을 합성하는 것이 가능하다.In other words, in the present invention, there is no need to undergo a mechanical activation process in the sieving step (S12), so it is possible to synthesize a hypoxic Max phase.

혼합단계(S20)에서는 초음파를 이용하여 타이타늄 분말, 알루미늄 분말 및 탄소 분말을 혼합할 수 있다. 도 2에는 초음파를 이용한 혼합단계(S20)시 이용하는 장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.In the mixing step (S20), titanium powder, aluminum powder, and carbon powder can be mixed using ultrasonic waves. Figure 2 shows a schematic configuration diagram of a device used in the mixing step (S20) using ultrasonic waves.

초음파를 이용해 분말들을 혼합하는 경우, 분말들이 매우 균일하게 혼합될 수 있다. 또한, 기계적 활성화 방법을 사용하는 경우와는 달리 분말들을 혼합하는 과정에서 분말의 산소 함량이 증가하지 않는다.When mixing powders using ultrasonic waves, the powders can be mixed very uniformly. Additionally, unlike when using a mechanical activation method, the oxygen content of the powder does not increase during the process of mixing the powders.

초음파를 이용한 혼합단계(S20)에서는 보다 구체적으로, 타이타늄 분말, 알루미늄 분말 및 탄소 분말을 비율에 맞게(예를 들어, 3:1:2 또는 3:1.1:2 등) 첨가하여 알코올과 함께 혼합 용기(유리 재질의 병 또는 비커 등)에 장입한 후, 혼합 용기를 초음파 발생 장치에 넣어 알코올 용액 내의 분말들을 혼합한다. 혼합시 사용되는 초음파의 주파수는 40kHz로 할 수 있다. 초음파 발생 장치로 분말들을 혼합한 후에는 진공 여과 장치를 이용하여 혼합된 분말과 알코올 용액을 제거한 뒤, 진공 오븐을 이용하여 70℃ 정도에서 1시간 가량 건조한다.More specifically, in the mixing step (S20) using ultrasonic waves, titanium powder, aluminum powder, and carbon powder are added in proportions (e.g., 3:1:2 or 3:1.1:2, etc.) and mixed with alcohol in a container. After charging into a glass bottle or beaker, etc., the mixing container is placed in an ultrasonic generator to mix the powders in the alcohol solution. The frequency of ultrasonic waves used during mixing can be 40kHz. After mixing the powders with an ultrasonic generator, the mixed powder and alcohol solution are removed using a vacuum filtration device, and then dried at about 70°C for about 1 hour using a vacuum oven.

소결단계(S40)에서는 압분체를 도가니(10)에 장입한 후 도가니(10)를 열처리로(20) 내에 장입하고, 열처리로(20)를 0.1 ~ 2기압의 불활성 기체 분위기로 만들어 압분체를 소결할 수 있다.In the sintering step (S40), the green compact is charged into the crucible 10, the crucible 10 is charged into the heat treatment furnace 20, and the heat treatment furnace 20 is created in an inert gas atmosphere of 0.1 to 2 atm to prepare the green compact. It can be sintered.

도 3에는 소결단계(S40)가 진행되는 방법에 관한 설명도가 도시되어 있다.Figure 3 shows an explanatory diagram of how the sintering step (S40) proceeds.

소결단계(S40)가 진행되는 장치는, 열처리로(20), 상기 열처리로(20) 내에 위치하며 압분체가 장입되는 도가니(10), 및 상기 열처리로(20)에 불활성 기체를 공급하는 불활성 기체 공급기(30)를 포함하며, 불활성 기체 내의 수분을 제거하는 정화기(40)와 불활성 기체 내의 산소를 제거하는 산소제거기(50)를 더 포함할 수 있다.The device in which the sintering step (S40) is performed includes a heat treatment furnace 20, a crucible 10 located in the heat treatment furnace 20 and into which the green compact is charged, and an inert gas for supplying an inert gas to the heat treatment furnace 20. It includes a gas supplier 30, and may further include a purifier 40 that removes moisture in the inert gas and an oxygen remover 50 that removes oxygen in the inert gas.

도가니(10)에 장입된 상태로 열처리로(20) 내에서 가열되는 압분체는, 열처리로(20) 내에 쉽게 장입될 수 있고 맥스 상으로 만들어진 후에 열처리로(20)로부터 쉽게 제거될 수 있다. 도가니(10)는 예를 들어, 알루미나(Alumina) 재질로 만들어진 것을 사용할 수 있다.The green compact heated within the heat treatment furnace 20 while being charged into the crucible 10 can be easily loaded into the heat treatment furnace 20 and can be easily removed from the heat treatment furnace 20 after being made into a max phase. The crucible 10 may be made of, for example, alumina.

소결단계(S40)에서 열처리로(20)를 불활성 기체 분위기로 유지하는 경우, 열처리로(20) 내로 산소가 유입되는 것을 방지하여, 효과적으로 저산소의 맥스 상을 합성하는 것이 가능하다.When the heat treatment furnace 20 is maintained in an inert gas atmosphere in the sintering step (S40), oxygen is prevented from flowing into the heat treatment furnace 20, making it possible to effectively synthesize a low-oxygen Max phase.

소결단계(S40)에서 열처리로(20)는 1,300 ~ 1,450℃로 유지되고, 소결단계(S40)는 1 ~ 5시간 진행될 수 있다.In the sintering step (S40), the heat treatment furnace 20 is maintained at 1,300 to 1,450°C, and the sintering step (S40) may proceed for 1 to 5 hours.

열처리로(20)를 상기 온도로 유지하여야 Ti3AlC2 맥스 상을 합성하는 것이 가능하다.It is possible to synthesize the Ti 3 AlC 2 Max phase only when the heat treatment furnace 20 is maintained at the above temperature.

상기 조건에서는 압분체를 구성하는 분말들이 충분히 합성되어 불순물이 거의 없는 맥스 상이 만들어질 수 있다.Under the above conditions, the powders constituting the green compact can be sufficiently synthesized to create a max phase with almost no impurities.

열처리로(20)를 불활성 기체 분위기로 만들어주는 불활성 기체로는 예를 들어 아르곤(Ar)이 사용될 수 있으며, 아르곤은 순도 3N(99.9%) 이상의 것이 사용될 수 있다.For example, argon (Ar) may be used as an inert gas that creates an inert gas atmosphere in the heat treatment furnace 20, and argon with a purity of 3N (99.9%) or higher may be used.

3N 이상의 순도를 가지는 아르곤을 사용하는 경우, 아르곤 내에 포함되는 수분이나 산소에 의해 열처리로(20) 내에서 합성되는 맥스 상의 순도가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.When argon having a purity of 3N or higher is used, it is possible to prevent the purity of the Max phase synthesized in the heat treatment furnace 20 from decreasing due to moisture or oxygen contained in argon.

상기한 정화기(40)는 열처리로(20)와 불활성 기체 공급기(30) 사이에 배치되어, 불활성 기체 공급기(30)에서 열처리로(20)로 공급되는 아르곤에서 수분을 제거할 수 있다. 정화기(40)에는 CaSO4와 P2O5가 포함되어 아래와 같이 아르곤 내의 수분을 제거할 수 있다.The purifier 40 is disposed between the heat treatment furnace 20 and the inert gas supplier 30 and can remove moisture from argon supplied from the inert gas supplier 30 to the heat treatment furnace 20. The purifier 40 contains CaSO 4 and P 2 O 5 and can remove moisture in argon as shown below.

CaSO4 + H2O -> CaSO4·2H2OCaSO 4 + H 2 O -> CaSO 4 ·2H 2 O

P2O5 + 3H2O -> 2H3PO4 P 2 O 5 + 3H 2 O -> 2H 3 PO 4

그리고 산소제거기(50)는 열처리로(20) 내에서 도가니(10) 전에 배치되며, 열처리로(20) 내로 공급된 아르곤 내의 산소를 제거할 수 있다. 아르곤은 산소제거기(50)를 거쳐 도가니(10)에 공급된다. 산소제거기(50)는 제2 도가니(60)에 타이타늄 스펀지 또는 탈산된 타이타늄 분말이 내장되어 형성될 수 있다.Additionally, the oxygen remover 50 is disposed before the crucible 10 in the heat treatment furnace 20 and can remove oxygen in argon supplied into the heat treatment furnace 20. Argon is supplied to the crucible (10) through the oxygen remover (50). The oxygen eliminator 50 may be formed by embedding a titanium sponge or deoxidized titanium powder in the second crucible 60.

소결단계(S40)에서 만들어진 벌크 형태의 맥스 상은 분쇄되어 분말 형태로 만들어질 수 있다.The bulk Max phase created in the sintering step (S40) can be pulverized and made into powder form.

이하에서는 본 발명에 의한 저산소 맥스 상 합성 방법의 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, an example of the hypoxic max phase synthesis method according to the present invention will be described.

실시예 1Example 1

원재료 준비단계(S10), 혼합단계(S20), 압축단계(S30) 및 소결단계(S40)를 통해 저산소 맥스 상을 합성하였다.The hypoxic Max phase was synthesized through the raw material preparation step (S10), mixing step (S20), compression step (S30), and sintering step (S40).

원재료 준비단계(S10)에서 타이타늄 분말은 산소 함량이 950ppm이 되도록 탈산된 것을 준비하였으며, 원재료의 입도가 25 ~ 45㎛인 것을 사용하였다. 소결단계(S40)에서의 열처리로(20) 내 온도를 1,350℃, 1,400℃, 1,450℃로 변경하고, 소결단계(S40) 진행 시간을 1, 3, 5 시간으로 변경하면서 합성을 수행하였다.In the raw material preparation step (S10), titanium powder was prepared by deoxidizing the oxygen content to 950ppm, and the raw material particle size of 25 to 45㎛ was used. Synthesis was performed while changing the temperature in the heat treatment furnace 20 in the sintering step (S40) to 1,350°C, 1,400°C, and 1,450°C, and changing the sintering step (S40) progress time to 1, 3, and 5 hours.

실험예 1Experimental Example 1

열처리로(20) 내 온도와 소결단계(S40) 진행 시간을 변경하면서 합성을 수행하여 제조된 맥스 상에 대해 XRD 분석을 진행하였다.XRD analysis was performed on the Max phase manufactured by performing synthesis while changing the temperature in the heat treatment furnace (20) and the progress time of the sintering step (S40).

상용의 중국산 맥스 분말과 우크라이나산 분말에 대해서도 XRD 분석을 진행하였다.XRD analysis was also performed on commercial Chinese Max powder and Ukrainian powder.

[표 1]과 도 4에는 실시예 1에 의해 만들어진 맥스 상의 XRD 분석 결과, 그리고 상용의 중국산 맥스 분말과 우크라이나산 분말의 XRD 분석 결과가 나타나있다. 도 4의 (a)는 중국산 맥스 분말의 XRD 분석 결과이고, 도 4의 (b)는 우크라이나산 맥스 분말의 XRD 분석 결과이며, 도 4의 (c)는 실시예 1 중 열처리로(20) 내 온도를 1,450℃로 하고 소결 시간을 5시간으로 하여 만들어진 맥스 상의 XRD 분석 결과이다.[Table 1] and Figure 4 show the XRD analysis results of the Max phase made in Example 1, and the XRD analysis results of commercial Chinese Max powder and Ukrainian powder. Figure 4 (a) is the result of XRD analysis of Max powder from China, Figure 4 (b) is the XRD analysis result of Max powder from Ukraine, and Figure 4 (c) is the result of XRD analysis of Max powder from Ukraine. This is the XRD analysis result of the Max phase made at a temperature of 1,450°C and a sintering time of 5 hours.

[표 1]과 도 4를 보면, 상용의 맥스 분말에는 Al2O3, TiC 및 SiO2와 같은 불순물이 포함되지만, 본 발명에 의해 소결단계(S40)에서 열처리로(20) 내 온도를 1,450℃로 하고 5시간 동안 소결을 진행한 경우에 일부 TiC를 제외한 맥스 단일상(Ti3AlC2)이 성공적으로 합성된 것을 확인할 수 있다.Looking at [Table 1] and FIG. 4, commercial Max powder contains impurities such as Al 2 O 3 , TiC, and SiO 2 , but according to the present invention, the temperature in the heat treatment furnace 20 in the sintering step (S40) is 1,450. When sintering was carried out at ℃ for 5 hours, it can be confirmed that Max single phase (Ti 3 AlC 2 ), excluding some TiC, was successfully synthesized.

따라서, 소결단계(S40)는 열처리로(20) 내 온도를 1,450℃ 이상으로 하고 소결 시간을 5시간 이상으로 하여 진행하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the sintering step (S40) is preferably performed with the temperature in the heat treatment furnace 20 set to 1,450°C or higher and the sintering time set to 5 hours or longer.

실험예 2Experimental Example 2

실시예 1에 의해 합성된 맥스 상에 대해 SEM 이미지를 촬영하였다. 도 4에는 실시예 1에 의해 합성된 맥스 상의 SEM 이미지가 나타나있다.SEM images were taken of the Max phase synthesized by Example 1. Figure 4 shows an SEM image of the Max phase synthesized in Example 1.

도 5를 보면 맥스 상의 표면이 균일하게 합성되었고, 맥스 상의 특징인 층상 구조가 명확히 나타나있는 것을 확인할 수 있다.Looking at Figure 5, it can be seen that the surface of the Max phase was uniformly synthesized and that the layered structure, which is a characteristic of the Max phase, is clearly visible.

비교예 1Comparative Example 1

원재료 준비단계(S10), 혼합단계(S20), 압축단계(S30) 및 소결단계(S40)를 통해 맥스 상을 합성하였다.The Max phase was synthesized through the raw material preparation step (S10), mixing step (S20), compression step (S30), and sintering step (S40).

원재료 준비단계(S10)에서 타이타늄 분말은 탈산되지 않은 것을 준비하였으며, 원재료의 입도가 25 ~ 45㎛인 것을 사용하였다. 소결단계(S40)에서의 열처리로(20) 내 온도를 1,450℃로 하고, 소결단계(S40) 진행 시간을 5시간으로 하여 합성을 수행하였다.In the raw material preparation step (S10), titanium powder that was not deoxidized was prepared, and the raw material with a particle size of 25 to 45 ㎛ was used. The temperature in the heat treatment furnace 20 in the sintering step (S40) was set to 1,450°C, and the sintering step (S40) progressed for 5 hours to perform synthesis.

실험예 4Experimental Example 4

실시예 1과 비교예 1에 의해 합성된 맥스 상의 산소 함량을 분석하였다. 그리고 상용의 중국산 맥스 분말과 우크라이나산 분말의 산소 함량을 분석하였다. 실시예 1과 비교예 1에 의한 맥스 상에 대한 산소 함량 분석은 소결단계(S40) 직후에 형성된 벌크 형태의 합성체와 분쇄 후 만들어진 분말에 대해 각각 수행하였다.The oxygen content of Max synthesized by Example 1 and Comparative Example 1 was analyzed. Additionally, the oxygen content of commercial Chinese Max powder and Ukrainian powder was analyzed. Oxygen content analysis of the Max phase according to Example 1 and Comparative Example 1 was performed on the bulk composite formed immediately after the sintering step (S40) and the powder made after pulverization, respectively.

[표 2]에는 실시예 1과 비교예 1에 의해 만들어진 맥스 상의 산소 함량 분석 결과, 그리고 상용의 중국산 맥스 분말과 우크라이나산 분말의 산소 함량 분석 결과가 나타나있다.[Table 2] shows the results of the oxygen content analysis of the Max powder made in Example 1 and Comparative Example 1, as well as the oxygen content analysis results of commercially available Chinese Max powder and Ukrainian powder.

[표 2]를 보면, 실시예 1에 의해 합성된 맥스 상은 합성체의 산소 함량이 3,200ppm, 분말의 산소 함량이 3,900ppm으로 매우 낮은 반면, 비교예 1에 의해 합성된 맥스 상은 합성체의 산소 함량이 5,000ppm, 분말의 산소 함량이 6,300ppm으로 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있다.Looking at [Table 2], the Max phase synthesized by Example 1 has a very low oxygen content of 3,200 ppm and the oxygen content of the powder is 3,900 ppm, while the Max phase synthesized by Comparative Example 1 has a very low oxygen content of 3,200 ppm and 3,900 ppm, respectively. It can be seen that the content is relatively high at 5,000ppm and the oxygen content of the powder is 6,300ppm.

따라서, 원재료 준비단계(S10)에서 탈산된 타이타늄 분말을 준비하는 것이, 저산소의 맥스 상을 합성하는 데 있어 훨씬 유리한 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be seen that preparing deoxidized titanium powder in the raw material preparation step (S10) is much more advantageous in synthesizing the low-oxygen Max phase.

실시예 2Example 2

원재료 준비단계(S10), 혼합단계(S20), 압축단계(S30) 및 소결단계(S40)를 통해 저산소 맥스 상을 합성하였다.The hypoxic Max phase was synthesized through the raw material preparation step (S10), mixing step (S20), compression step (S30), and sintering step (S40).

원재료 준비단계(S10)에서 타이타늄 분말은 탈산된 것을 준비하였으며, 원재료의 입도가 25 ~ 45㎛인 것을 사용하였다. 혼합단계(S20)에서 초음파를 이용하여 분말들을 혼합하였다. 소결단계(S40)에서의 열처리로(20) 내 온도를 1,450℃로 하고, 소결단계(S40) 진행 시간을 5시간으로 하여 합성을 수행하였다.In the raw material preparation step (S10), deoxidized titanium powder was prepared, and the raw material with a particle size of 25 to 45㎛ was used. In the mixing step (S20), the powders were mixed using ultrasonic waves. The temperature in the heat treatment furnace 20 in the sintering step (S40) was set to 1,450°C, and the sintering step (S40) progressed for 5 hours to perform synthesis.

비교예 2Comparative Example 2

실시예 2와 동일한 조건으로 맥스 상을 합성하되, 혼합단계(S20)에서 용기 내에 원재료 분말들을 장입한 후 용기를 흔들어 분말들을 단순 혼합하였다.The Max phase was synthesized under the same conditions as in Example 2, but in the mixing step (S20), the raw material powders were charged into the container and the powders were simply mixed by shaking the container.

실험예 5Experimental Example 5

실시예 2에 의해 합성된 맥스 상과 비교예 2에 의해 합성된 맥스 상에 대해 XRD 분석을 수행하였다.XRD analysis was performed on the Max phase synthesized by Example 2 and the Max phase synthesized by Comparative Example 2.

도 6에는 실시예 2에 의해 합성된 맥스 상과 비교예 2에 의해 합성된 맥스 상에 대한 XRD 분석 결과가 나타나있다.Figure 6 shows the XRD analysis results for the Max phase synthesized by Example 2 and the Max phase synthesized by Comparative Example 2.

도 6의 (a)를 보면, 실시예 2에 의해 합성된 맥스 상은 Ti3AlC2 조성의 단일한 맥스 상인 것을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 2에 의해 합성된 맥스 상은 도 6의 (b)에 나타난 바와 같이 Ti3AlC2 외에 Ti2AlC를 포함하여 불완전하게 합성된 것을 확인할 수 있다.Looking at (a) of FIG. 6, it can be seen that the Max phase synthesized in Example 2 is a single Max phase of Ti 3 AlC 2 composition. On the other hand, it can be confirmed that the Max phase synthesized by Comparative Example 2 was incompletely synthesized, including Ti 2 AlC in addition to Ti 3 AlC 2, as shown in (b) of FIG.

즉, 혼합단계(S20)에서 원재료 분말들을 초음파로 혼합한 경우, 단일한 맥스 상을 완전하게 합성하는 것이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.That is, it can be confirmed that when the raw material powders are mixed ultrasonically in the mixing step (S20), it is possible to completely synthesize a single Max phase.

실시예 3Example 3

원재료 준비단계(S10), 혼합단계(S20), 압축단계(S30) 및 소결단계(S40)를 통해 저산소 맥스 상을 합성하였다.The hypoxic Max phase was synthesized through the raw material preparation step (S10), mixing step (S20), compression step (S30), and sintering step (S40).

원재료 준비단계(S10)에서 타이타늄 분말은 탈산된 것을 준비하였으며, 원재료의 입도가 25 ~ 45㎛인 것을 사용하였다. 혼합단계(S20)에서 초음파를 이용하여 분말들을 혼합하였다. 소결단계(S40)에서의 열처리로(20) 내 온도를 1,450℃로 하고, 소결단계(S40) 진행 시간을 5시간으로 하여 합성을 수행하였으며, 순도 3N(99.9%)와 순도 5N(99.999%)의 아르곤으로 열처리로(20) 내부를 불활성 기체 분위기로 만들어주었다. 소결단계(S40)에서 정화기(40)와 산소제거기(50)의 사용 여부를 바꾸어가며 맥스 상을 합성하였다.In the raw material preparation step (S10), deoxidized titanium powder was prepared, and the raw material with a particle size of 25 to 45㎛ was used. In the mixing step (S20), the powders were mixed using ultrasonic waves. The temperature in the heat treatment furnace 20 in the sintering step (S40) was set to 1,450°C, and the synthesis was performed with the sintering step (S40) progressing for 5 hours, with purity of 3N (99.9%) and purity of 5N (99.999%). Argon was used to create an inert gas atmosphere inside the heat treatment furnace (20). In the sintering step (S40), the Max phase was synthesized by changing whether or not the purifier (40) and oxygen remover (50) were used.

실험예 6Experimental Example 6

실시예 3에 의해 합성된 맥스 상의 산소 함량을 분석하였다. [표 3]에는 실시예 3에 의해 합성된 맥스 상의 산소 함량 분석 결과가 나타나있다.The oxygen content of Max synthesized by Example 3 was analyzed. [Table 3] shows the results of oxygen content analysis of the Max phase synthesized in Example 3.

[표 3]을 보면, 소결단계(S40)에서 순도 3N의 아르곤으로 열처리로(20) 내부를 불활성 기체 분위기로 만들어주되 정화기(40)와 산소제거기(50)를 사용하지 않은 경우에는 합성된 맥스 상의 산소 함량이 4,620ppm으로 높은 편이지만, 정화기(40)와 산소제거기(50)를 사용한 경우에는 합성된 맥스 상의 산소 함량이 2,610ppm으로 3,000ppm 이하로 떨어지는 것을 확인할 수 있다.Looking at [Table 3], in the sintering step (S40), if the inside of the heat treatment furnace (20) is created in an inert gas atmosphere with argon of purity 3N, but the purifier (40) and oxygen remover (50) are not used, the synthesized Max Although the oxygen content of the phase is high at 4,620 ppm, it can be seen that when the purifier 40 and the oxygen remover 50 are used, the oxygen content of the synthesized Max phase drops to 2,610 ppm, below 3,000 ppm.

순도 5N의 아르곤으로 열처리로(20) 내부를 불활성 기체 분위기로 만들어주고 정화기(40)와 산소제거기(50)를 사용한 경우에도 정화기(40)와 산소제거기(50)를 사용하지 않은 경우에 비하여 합성된 맥스 상의 산소 함량이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.Even when the inside of the heat treatment furnace (20) is made into an inert gas atmosphere with argon of purity 5N and the purifier (40) and oxygen remover (50) are used, the synthesis rate is higher than when the purifier (40) and oxygen remover (50) are not used. It can be seen that the oxygen content on the max is lowered.

이를 통해, 소결단계(S40)에서 정화기(40)와 산소제거기(50)를 사용하는 경우에는 순도 3N의 아르곤으로 열처리로(20) 내부를 불활성 기체 분위기로 만들어주더라도 산소 함량 3,000ppm 이하의 맥스 상을 합성하는 것이 가능하기 때문에, 값비싼 고순도의 아르곤을 사용하지 않고도 경제적으로 저산소의 맥스 상을 합성하는 것이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.Through this, when using the purifier 40 and oxygen remover 50 in the sintering step (S40), even if the inside of the heat treatment furnace 20 is created in an inert gas atmosphere with argon with a purity of 3N, the oxygen content is maxed at 3,000 ppm or less. Since it is possible to synthesize the phase, it can be confirmed that it is possible to economically synthesize the low-oxygen Max phase without using expensive high-purity argon.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It is considered to be within the scope of the claims of the present invention to the extent that anyone skilled in the art can make modifications without departing from the gist of the invention as claimed in the claims.

10 : 도가니
20 : 열처리로
30 : 불활성 기체 공급기
40 : 정화기
50 : 산소제거기
60 : 제2 도가니
10: Crucible
20: Heat treatment furnace
30: Inert gas supplier
40: Purifier
50: oxygen eliminator
60: Second crucible

Claims (9)

타이타늄(Ti) 분말, 알루미늄(Al) 분말 및 탄소(C) 분말을 준비하는 원재료 준비단계;
상기 타이타늄 분말, 상기 알루미늄 분말 및 상기 탄소 분말을 혼합하여 분말 혼합체를 형성하는 혼합단계;
상기 분말 혼합체를 압축하여 압분체를 형성하는 압축단계; 및
상기 압분체를 소결하여 맥스 상을 형성하는 소결단계;를 포함하며,
상기 원재료 준비단계에서 상기 타이타늄 분말은 산소 함량이 1,000ppm 이하인 것으로 준비하고,
상기 소결단계에서는,
상기 압분체를 도가니에 장입한 후 상기 도가니를 열처리로 내에 장입하고, 상기 열처리로를 0.1 ~ 2기압의 불활성 기체 분위기로 만들어 1,300 ~ 1,450℃로 유지하면서 1 ~ 5시간 동안 상기 압분체를 소결하며,
순도 3N 이상의 아르곤(Ar)을 이용하여 상기 열처리로를 불활성 기체 분위기로 만들고,
상기 아르곤은, 수분을 제거하는 정화기를 거쳐 상기 열처리로에 공급되는 것을 특징으로 하는 저산소 맥스 상 합성 방법.
Raw material preparation step of preparing titanium (Ti) powder, aluminum (Al) powder, and carbon (C) powder;
A mixing step of mixing the titanium powder, the aluminum powder, and the carbon powder to form a powder mixture;
A compression step of compressing the powder mixture to form a green compact; and
It includes a sintering step of sintering the green compact to form a max phase,
In the raw material preparation step, the titanium powder is prepared with an oxygen content of 1,000 ppm or less,
In the sintering step,
After charging the green compact into a crucible, the crucible is charged into a heat treatment furnace, the heat treatment furnace is created in an inert gas atmosphere of 0.1 to 2 atm, and the green compact is sintered for 1 to 5 hours while maintaining the temperature at 1,300 to 1,450°C. ,
The heat treatment furnace is created in an inert gas atmosphere using argon (Ar) with a purity of 3N or higher,
The argon is supplied to the heat treatment furnace through a purifier that removes moisture.
제1항에 있어서,
상기 원재료 준비단계는,
상기 타이타늄 분말로부터 산소를 제거하는 탈산단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저산소 맥스 상 합성 방법.
According to paragraph 1,
The raw material preparation step is,
A low-oxygen max phase synthesis method comprising a deoxidation step of removing oxygen from the titanium powder.
제2항에 있어서,
상기 탈산단계는,
0.1 ~ 2기압의 불활성 기체 분위기 또는 진공 분위기의 열처리로 내에 타이타늄 분말과 칼슘 탈산제를 장입하여 700 ~ 1,000℃에서 1 ~ 6시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 저산소 맥스 상 합성 방법.
According to paragraph 2,
The deoxidation step is,
A low-oxygen max phase synthesis method characterized by charging titanium powder and calcium deoxidizer into a heat treatment furnace in an inert gas atmosphere or vacuum atmosphere at 0.1 to 2 atmospheres and proceeding at 700 to 1,000°C for 1 to 6 hours.
제1항에 있어서,
상기 원재료 준비단계는,
50㎛ 이하의 체(sieve)를 이용해 상기 타이타늄 분말, 상기 알루미늄 분말 및 상기 탄소 분말을 체별하는 체별단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저산소 맥스 상 합성 방법.
According to paragraph 1,
The raw material preparation step is,
A hypoxic max phase synthesis method comprising a sieving step of sieving the titanium powder, the aluminum powder, and the carbon powder using a sieve of 50 μm or less.
제1항에 있어서,
상기 혼합단계에서는,
초음파를 이용하여 상기 타이타늄 분말, 상기 알루미늄 분말 및 상기 탄소 분말을 혼합하는 것을 특징으로 하는 저산소 맥스 상 합성 방법.
According to paragraph 1,
In the mixing step,
A low-oxygen max phase synthesis method characterized by mixing the titanium powder, the aluminum powder, and the carbon powder using ultrasonic waves.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 열처리로 내에는 상기 아르곤 내의 산소를 제거하는 산소제거기가 구비되고,
상기 아르곤은 상기 산소제거기를 거쳐 상기 도가니에 공급되는 것을 특징으로 하는 저산소 맥스 상 합성 방법.
According to paragraph 1,
An oxygen remover is provided in the heat treatment furnace to remove oxygen in the argon,
The argon is supplied to the crucible through the oxygen remover.
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