KR20010043445A - 다공성의 복합물 매체 - Google Patents

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루보우케네쓰엘
코완캐씨엘
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Abstract

본 발명에 따른 가스 또는 액체 흐름용 다공성의 복합물 매체(10)는 강하고 효율적이며, 각종 다른 형태 및 구조로 쉽게 성형될 수 있다. 특히, 상기 다공성의 매체는 금속, 에어겔 또는 세라믹 발포체(12)의 복합물이고(즉, 그물 모양의 세포간 구조로서, 그 구조에서 내부 세포는 상호 연결되어 그 구조의 체적을 통과하는 복수 개의 기공을 제공하며, 상기 세포 자체의 벽은 실질적으로 연속적이고 비다공성이며, 상기 세포 벽을 형성하는 재료의 체적에 대한 세포의 체적은 상기 세포간 구조의 전체 밀도가 이론적 밀도의 약 30% 미만이 되게 하는 정도이다), 상기 관통 기공은 피소결 분말(14) 또는 에어겔로 충만된다. 최종 다공성의 복합물 매체(10)의 두께, 밀도, 기공도, 다공성 특성은 의도한 용도에 의해 필요로 하는 바에 상응하게 변화시킬 수 있다.

Description

다공성의 복합물 매체{COMPOSITE POROUS MEDIA}
다공성 매체는 가스 및 액체를 여과하고 분배시키는 여러 산업 용례에서 사용된다. 이러한 용도의 전형적인 예로는 입자 포집(particle capture), 흐름 구속(flow restriction), 음파 감쇠(sound attenuation), 가스/액체 접촉, 심지(wicks), 살포기(spargers), 분무기(atomizers) 등이 있다. 전자 산업에서, 각종 프로세스 스트림(process streams)으로부터 작은 입자를 제거하기 위하여 고효율의 필터가 널리 사용된다. 이러한 목적에 유용하고, 가장 투과성 있는 입자 크기, 예컨대 0.1 ㎛의 입자 중 99.9999999% 이상[즉, 로그 감소치(log reduction value), 즉 "LRV"가 9 이상]을 공정 가스 흐름으로부터 제거할 수 있는 피소결 금속 필터(sintered metal filters)가 본 명세서에 참고로 합체되는 미국 특허 제5,114,447호와 제5,487,771호 및 계류중인 출원 번호 제08/895,604호 및 제08/895,605호에 개시되어 있다. 전자 산업용의 고효율 필터를 비롯하여, 각종 분야 및 용례에 사용하기 위한 각종의 피소결 금속 매체는 본 특허의 양수인인 모트 코포레이션으로부터 상업적으로 구매할 수 있다. 다공성의 피소결 세라믹 매체 및 중합체막 필터(polymeric membrane filters)도 상업적으로 구매할 수 있다.
상기 특허 및 출원에도 개시되어 있고 당업계에서 공지되어 있는 바와 같이, 다공성의 금속 매체는 통상, 특별한 특성의 금속 또는 금속-합금 분말을 원하는 형태, 예컨대 시트, 튜브 또는 컵 형태로 프레싱(pressing) 또는 성형(molding)함으로써 제조된다. 다음에, 상기 성형체(shaped body)는 다공성의 요소 즉 다공성의 매체를 제공하기 위하여 고온에서 소결된다. 다공성의 피소결 세라믹 매체는 유사한 공지의 과정을 통해 제조된다.
다공성 금속 또는 다른 매체의 특성은 사용되는 특정 분말, 그린 밀도(green density), 채용되는 소결 조건, 매체의 구조 등을 비롯한 많은 요인들에 크게 의존한다. 용례에 따라, 상기 매체의 중요한 물리적 특성은 (예컨대, 각종 프로세스 가스 및 액체와의 반응으로부터 생기는) 부식에 대한 저항성(내식성), 기계적 강도, 고온을 지탱할 수 있는 능력(내고온성) 등을 포함할 수 있다. 필터는, 예컨대 최소의 압력 강하에서 비교적 고유량의 유체를 제공해야 하고, 하류측의 제조 공정에서 오염을 야기할 수 있는 임의의 입자 물질을 제거할 수 있어야 한다.
당업계에 공지된 바와 같이, 일반적으로 피소결 분말 금속 매체는 원하는 내식성 및 내고온성을 제공할 수 있다. 그러나, 잘 알려진 바와 같이, 낮은 압력 강하에서 원하는 흐름을 제공하는 데에 요구되는 비교적 고 다공도(porosity)는 종종 기계적 강도를 떨어드리고 효율을 감소시킨다. 종래의 다공성 매체의 강도 부족은 "그린" 형태에서 매우 심각하다. 즉 "그린" 다공성 구조의 나쁜 취급성은 특히, 큰 치수의 튜브 및 시트의 제조 과정에서 주요 관심사이다.
카보닐 니켈 프로세스(carbonyl nickel process)에 의해 생산되고 인코(INCO)에서 판매하는 것과 같은 미세한 피라멘트형(filamentary) 니켈 분말이 미세한 다공성 매체를 만들어내는 데 상업적으로 이용되고 있다. 그러나, 이들 미세한 분말로부터 제조된 "그린" 형체(green shapes)는 비교적 약하고, 이는 특히, 상기 분말의 형태가 필라멘트형이라기보다는 구형인 경우에 특히 그러하다. 더욱이, 미세한 분말의 표면적은 크고, 그 분말은 소결 공정 중에 상당히 활성이다. 즉, 분말이 (수소와 같은) 보호성 분위기에서 또는 진공에서 1300-1700℉의 온도에서 소결될 때 상기 성형된 "그린" 형체의 10% 내지 15% 수축 현상이 발생하는 것은 흔한 일이다. 또한, 이들 분말은 고다공도를 유지하기 위하여 통상 저온(예컨대, 1300℉) 및 비교적 짧은 시간(예컨대, 10분 내지 15분) 동안 소결되기 때문에, 최종 피소결 구조 조차도 상기 시간 및 온도가 강한 피소결 결합을 형성하는 데 필요한 시간 및 온도보다 작아서 비교적 약하다. 이처럼, 이러한 다공성 매체가 비교적 작은 구조에 대해 만족스럽기는 하지만, 상기 다공성 피소결 금속 구조의 공정 처리 및 기계적 특성에 대한 엄격한 제한으로 인해, 실질적인 직경 또는 길이로 된 큰 시트, 연속 스트립 또는 튜브와 같이 더 큰 구조를 제조하기가 어렵다. 기공의 치수가 피소결 금속 분말 필터와 동일한 수준의 치수로 되어 있는 다공성 세라믹 매체는 예컨대, 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 치수의 미세한 산화물 입자를 사용하여 제조되어 왔지만, 이들 세라믹 요소는 예컨대, 이론적 밀도의 55% 내지 75% 정도의 보다 상당히 밀(密)하게 되는 경향이 있다.
보다 강하지만 더 큰 구조로 성형될 수 있고 낮은 압력 강하에서 전체적으로 더 큰 흐름을 제공할 수 있고, 최상의 피소결 분말 금속 또는 세라믹 매체의 보다 바람직한 흐름, 내열성 및 내식성 특성을 갖는 다공성 매체에 대한 요구가 있다. 특히, 제조 공정 중에 취급 및 운반을 용이하게 하기 위하여, "그린 강도"가 큰 구조에 대한 요구가 있다.
본 발명은 다공성의 복합물 매체, 보다 구체적으로는 가스 및 액체를 여과하기 위한 다공성의 복합물 매체에 관한 것이다.
도 1은 본 발명을 구현하는 관형의 다공성 요소의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 요소의 필터와 유사한 요소를 포함하는 필터의 단면도이다.
도 3은 본 발명을 구현하는 전체적으로 평평한 요소를 포함하는 필터의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 복수 개의 여과 요소를 포함하는 큰 체적의 필터를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명을 구현하는 평평한 여과 요소를 제조하는 캘린더링 또는 롤링 방법과 진동 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 발명을 구현하는 관형의 여과 요소를 제조하는 데 유용한 시스템을 부분적인 단면도로 나타낸 개략도이다.
본 발명은 가스 또는 액체 흐름에 대해 사용될 수 있고, (최종 형태 및 그린 형태에서 모두) 강하며 효율적이고, 각종의 다른 형태 및 구조로 쉽게 성형될 수 있는 다공성 복합물 매체를 제공한다. 특히, 본 발명은 금속, 세라믹 또는 다른 개방된 기공 발포체(open-pore foam)[즉, 그물 모양의 세포간 구조(reticulated, inter-celluar structure)로서, 내부 셀이 상호 연결되어 그 구조의 체적을 통과하는 복수 개의 기공을 제공하며, 상기 셀 자체의 벽은 실질적으로 연속적이고 비다공성이고, 상기 셀 벽을 형성하는 재료의 체적에 대한 상기 셀의 체적은 상기 그물 모양의 세포간 구조의 전체 밀도가 약 30% 또는 35%의 이론적 밀도보다 작게 하는 정도의 체적이다]와, 그 발포체의 기공 내에 피소결 분말을 포함하는 복합물인 다공성 매체를 특징으로 한다. 최종 다공성 복합물 매체의 두께, 밀도, 다공도 및 여과 특성은 의도된 용도에 필요로 하는 것에 상응하게 변형될 수 있다. 통상적으로, 상기 발포체에 의해 형성되는 기공의 치수는 수 백 마이크로미터 내지 수 천 마이크로미터의 범위에 있고, 발포체 기공 내의 피소결 분말은 발포체 기공보다 훨씬 작으며, [예컨대, 발포체 기공 보다 적어도 10배 범위에서(order of magnitude) 더 작고, 종종 그보다 20배 또는 30배 범위(two or three orders of magnitude)에서 더 작은] 훨신 미세한 기공 구조를 형성한다. 전형적인 분말 치수는 1 마이크로미터 내지 50 마이크로미터보다 작은 범위에 있다.
몇몇 바람직한 실시예에 있어서, 밀도가 약 5% 내지 약 15% 이론적 밀도의 범위에 있고 약 10 내지 약 150개 기공/선형 인치(linear inch)의 범위에 있는 발포체의 기공은, 발포체 자체의 기공보다도 10배 범위에서 더 작고 적어도 발포체의 내식성과 같은 수준의 내식성을 갖는 분말로 함침된다(impregnated). 두께가 통상 약 0.020 인치 내지 약 0.250 인치 범위에 있는 발포체는 시트 형태이거나, 튜브 형태 또는 엔지니어링 관심 대상이 되는 다른 정규의 형태로 제조될 수도 있다. 니켈의 내식성 때문에, 니켈(또는 니켈 합금) 발포체 및 분말이 종종 바람직하고, 니켈 분말은 통상 필라멘트형이다. 상기 복합물 매체의 밀도는 통상 이론적 밀도의 약 20-70%이고, 상기 분말에 의해 형성된 기공은 그 치수가 1 마이크로미터 오더 또는 그보다 작은 오더이다. 고효율의 여과를 위해, 상기 복합물 매체에는 (발포체의 기공 내에 분말이 마련된) 발포체 코어 위에 놓이는 피소결 분말층이 포함될 수 있고, 연성의 (예컨대, 금속) 발포체가 채용될 때, 그 발포체는, 결과로서 생기는 복합물 매체의 총 두께가 실질적으로 발포체의 원래 두께 자체와 동일하거나 그보다 얇도록 그 원래 두께의 일정 비율로 압축된다. 액체 여과를 위해, 보다 얇은, 예컨대 0.010 인치의 보다 다공성인 복합물 매체가 종종 바람직하다.
바람직한 일실시에 있어서, 상기 복합물 매체는 건조 분말 또는 분말 슬러리로 발포체 시트의 기공을 충전하고, 상기 발포체가 연성이라면(예컨대, 금속) 상기 충전된 구조를 냉간 프레싱(cold pressing) 또는 롤링하여 원하는 "그린" 밀도의 "그린" 형태를 만들어내고, 다음에 소결함으로써 제조된다. 제2 실시에 있어서, 원통형의 연성 금속 발포체 시트가 맨드렐 둘레에 동축으로 배치되고, 다음에 그 시트는 다시 엘라스토머 주형(elastomeric mold)에 의해 둘러싸이는데[또는, 별법으로서 원통형의 발포체 시트가 중공(中空)의 원통형 엘라스토머 주형 둘레에 배치되고 그 시트는 다시 원통형의 외부 맨드렐에 의해 둘러싸인다], (i) 상기 맨드렐과 발포체 원통(cylinder) 사이 및/또는 (ii) 발포체 원통과 주형 사이의 환형 공간은 발포체의 기공을 함침시키는 분말로 충전되며, 압력이 상기 주형에 인가되어 상기 분말 및 발포체를 압축하고 치밀하게 하며, 다음에 그 압축된 "그린" 분말 충전 발포체는 소결된다. 전술한 실시에 있어서, 두께가 상기 복합물 매체의 전체 두께의 실질적인 비율(예컨대, 최대 약 70%)로 되어 있는 피소결 분말의 층 또는 "스킨"은 상기 발포체의 적어도 한 표면에 제공될 수 있다. 두 공정에 있어서, 상기 성형/프레싱은 연성 발포체의 두께(예컨대, 벽 두께)를 압축하고, 그린 구조의 밀도를 증대시킨다.
첨부 도면과 함께, 이하의 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명을 통해 다른 목적, 특징 및 이점을 명확히 이해할 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 도면 부호 10으로 나타낸 다공성의 관형 복합물 요소에는 버팅, 오버래핑 또는 용접 대신에 발포체의 인접 엣지가 로킹된 (예컨대, 튜브 둘레에 발포체를 접거나 나선형 튜브를 만들기 위하여 튜브 맨드렐 위로 스트립을 롤링함으로써) 원통 형태로 래핑된 개방된 기공 발포체(예컨대, INCOFOAM이라는 상표명으로 인코에서 판매하는 형태의 유순한 또는 연성의 니켈 발포체)가 포함되어 있다. 표시된 바와 같이, 관형 요소(10)의 원통벽에는 피소결 분말로 기공이 채워져 있는 발포체 원통을 포함하는 내측부(12)와, 피소결 분말로 된 외측의 원통층(14)이 포함되어 있다. 도 1의 요소에서, 발포체의 기공을 충전하고 층(14)을 형성하는 데 사용되는 분말은 T255라는 상표명으로 인코에서 판매하는 형태의 필라멘트형 분말이다. 명백한 바와 같이, 각종의 다른 발포체[예컨대, 다른 금속 발포체, 세라믹 발포체 및 에어겔(aerogel) 발포체] 및 분말(예컨대, 필라멘트형 또는 구형 분말, INCO T210과 같은 다른 니켈 분말, 스테인레스강 분말, 티타늄 분말, 지르코늄 분말 또는 다른 금속 분말, 세라믹 분말)이 채용될 수도 있다. 피소결 분말에 의해 형성된 기공 구조는 주로 분말 자체의 치수에 의존하고(통상 분말 치수와 유사하다), 복합물 요소(10)를 제조할 때에 사용되는 분말의 치수는 발포체 자체의 기공의 최초(즉, 분말로 처리하기 전 또는 다른 처리 전) 치수보다 10배의 범위에서 더 작은 치수이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조되고 실질적으로 도 1의 요소(10)와 유사하며, 하우징(212) 내부에 장착된 다른 관형 여과 요소(210)를 포함하는 필터를 나타낸다. 필터 요소(210)의 일단부는 유입구(214) 부근의 하우징(212) 단부에 용접되어 있다. 여과 요소(210)의 타단부는 유출구(216) 부근의 하우징(212) 단부로부터 이격되어 있고 단부 캡(218)에 의해 폐쇄되어 있다. 환형 공극(220)이 하우징(212)의 원통벽(222) 내부에서 여과 요소(212)를 에워싸고 유출구(216)와 연통된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 흐름은 유입구(214)를 통해 필터로 들어가고 관형 요소(210)의 보어(bore) 내로 안내되며, 일반적으로 관형 요소의 원통벽(222)을 통해 반경 방향으로 환형 공극(220) 내로 유동하며, 유출구(216)를 통해 필터를 빠져나간다. 흐름의 방향이 역전될 수도 있다는 것은 명백하다. 요소(10)를 참조하여 전술한 바와 같이, 요소(210)에는 금속 발포체가 포함되어 있으며, 그 발포체의 기공은 피소결 금속 분말로 충전되어 있다.
도 3은 관형이라기보다는 실질적으로 평평한 여과 요소(310)가 포함된 필터(300)를 나타낸다. 본 발명에 따라 제조되는 여과 요소(310)에는 세라믹 발포체 디스크가 포함되어 있고 그 디스크의 기공은 세라믹 분말로 채워져 있으며, 다음에 그 조립체는 소결된다. 여과 요소(310)는 하우징의 축에 실질적으로 수직하게 원통형 하우징(312) 내부에 장착되고, 여과 요소의 외주는 상기 하우징의 내부 원통벽에 밀봉되어 있다. 도시된 바와 같이, 하우징의 일단부에 있는 유입구(314)는 가스가 하우징 내부로 유동하여 여과 요소(310)를 통과하고, 다음에 유출구(316)를 통해 하우징을 빠져 나갈 수 있도록 해준다. 여과 요소(310)가 전체적으로 세라믹이기는 하지만, 그 구성분, 즉 발포체 또는 분말은 금속이나 에어겔일 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 즉, 큰 기공의 에어겔이 발포체 구성분으로서 사용될 수 있고, 작은 기공의 에어겔(예컨대, 기공의 치수가 10 나노미터 내지 100 나노미터)이 세라믹 또는 금속 필터의 기공을 충전하는 데 사용될 수도 있다.
도 4는 하우징(412) 내에 총 4개의 여과 조립체(418a 내지 418d)가 포함되어 있는 필터(410)를 나타낸다. 하우징(412)의 단부는 필터로의 유입구 및 필터로부터의 유출구를 제공하는 단부 캡(414, 416)에 의해 폐쇄되어 있다. (도 5에서 가장 명확하게 볼 수 있는 바와 같이) 각 여과 조립체(418)에는 한 쌍의 동축 다공성 여과 튜브(420, 422), 좀 더 작은 직경의 여과 튜브(420)의 일단부(후술하는 바와 같이 유출구 단부)를 폐쇄하는 원형 단부 캡(424), 튜브(420, 422) 사이의 환형부의 반대쪽 단부(후술하는 바와 같이 유입 단부)를 폐쇄하는 환형 캡(426)이 포함되어 있다. 여과 조립체(418)의 내측 단부는 유입구 플레이트(430)에서 지지되고, 유출구 단부는 유출구 플레이트(432)에서 지지된다.
유입구 플레이트(430)는 유입구 캡(414)으로부터의 유입 흐름이 (i) 조립체(418)의 더 작은 직경의 여과 튜브의 원통형 보어 내로 (ii) 더 큰 직경의 여과 튜브(422)의 외측 원통면 외부에 있는 하우징(412) 내부의 영역 내로 흘러 들어갈 수 있도록 해준다. 유입구 플레이트(430)는 각 조립체의 내측 튜브(420)와 외측 튜브(422) 사이의 환형부(428)를 폐쇄하여 그 환형부 내로의 유입 흐름을 방지하기도 한다. 한편, 유출구 플레이트(432)는 환형부(428)로부터의 흐름이 필터(410)로부터 유출구 플레이트(431)를 통해 유출구 단부 캡(416)으로 흐를 수 있게 구성되어 있고, 동시에 튜브(420)의 원통형 보어 및 튜브(422)의 외측 원통면의 외부 영역으로 그리고 그 보어 및 영역으로부터의 흐름을 봉쇄한다. 이처럼, 필터(410)를 통한 흐름은 유입구로부터 축방향으로, 조립체(418)의 내측 튜브(420)의 원통벽을 통해 외측으로, 조립체(418)의 외측 튜브(422)의 원통벽을 통해 내측으로, 그리고 필터 유출구 쪽으로 통과한다.
각 조립체(418)의 각 여과 튜브(420, 422)에는 원통형으로 래핑된 다공성의 니켈 발포체(예컨대, INCOFOAM이라는 상표명으로 인코에서 판매하는 형태의 유순한 발포체)가 포함되어 있다. 도시된 필터에서, 각 튜브(420, 422)의 원통벽의 전체 두께는 약 0.115 인치이다. 도 5의 확대한 부분에서 가장 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, [그리고 요소(10)와 관련하여 도 1에서도 볼 수 있는 바와 같이] 각 여과 튜브(420)의 원통벽에는 반경 방향으로 내측의 발포체(또는 분말이 함침되어 있는 발포체) 코어(423)와, 그 외측 원통면에 피소결 니켈 분말로 구성된 층 또는 "스킨"(425)이 포함되어 있다. 각 튜브의 원통벽의 발포체 부분을 통과하는 기공은 필라멘트형 피소결 니켈 분말(예컨대, INCO T255)이 함침되어 있다. 도시된 실시예에 있어서, 스킨(425)의 두께는 튜브(420, 422)의 원통벽의 전체 벽 두께의 약 70%이다. 다른 실시예에 있어서, 스킨(425)의 두게는 0.010 인치 미만의 얇은 두께(특히, 압축 가능한 예컨대 금속 형태보다는 경질의 세라믹이 채용되는 환경에서, 또는 저밀도 복합물이 바람직한 환경에서)로부터 복합물 발포체/분말 매체의 전체 두께의 약 80% 정도 까지의 범위에서 변할 수도 있다. 이와 관련하여, 튜브(420, 422)를 제조할 때 사용되는 금속 발포체의 최초 두께는 그린 분말-발포체 복합물이 소결 전에 압축되는 경우 현저히 감소된다(예컨대, 약 50%)는 것에 유의하여야 한다.
발포체의 중요한 특성은 5% 내지 15%의 이론적 밀도, 거의 모든 환경에서 35%보다 크지 않은 범위에 있는 비교적 저밀도, (다공성 피소결 구조와 비교하여) 비교적 큰 상호 연결된 기공, 강도, 금속 발포체의 경우 연성이다. 비교를 통해, 금속 또는 세라믹 분말을 소결하여 제조된 종래의 다공성 필터 또는 유사한 구조는 이론적 밀도의 적어도 약 30% 내지 35%의 밀도를 갖고, 기공 자체의 치수는 통상 분말의 치수보다 작으며, 기공 구조는 비교적 약하다. 발포체의 저밀도 및 큰 기공 치수는 발포체가 그물 형태의 세포간 구조라는 사실에서 기인하는데, 상기 구조에서 상호 연결되고 관통 기공을 형성하는 개방된 셀은, 실질적으로 경질인 비다공성의 셀 벽(예컨대, 0.001 인치 오더)에 대해 비교적 크고(예컨대, 인치당 10-150 개 통상적으로는 약 50-110 개의 기공이 있고, 각 기공의 직경은 0.01 인치 오더이다), 상기 셀의 체적은 셀 벽에 의해 점유되는 체적보다 현저히 크다. 예를 들면, INCOFOAM이라는 상표명으로 인코에서 판매하는 발포체는 그 기공도가 약 90-95%이고, 인치당 약 80-110 개의 기공이 있다(90 ppi에서 셀 치수는 650 마이크로미터). 오하이오, 샤돈에 소재하는 레텍 포러스 메탈스(Retec Porous Metals)에서는 기공도가 인치당 60-110 개 기공의 범위에 있는 유사한 니켈 발포체 제품을 판매하고 있으며, 캘리포니아주 파사데나에 소재하는 울트라멧 코포레이션(Ultramet Corp.)으로부터 구매 가능한 티타늄 발포체 및 지르코늄 발포체가 있고, 노쓰 캐롤라이나주 헨더슨빌에 소재하는 세리 코포레이션사(Selee Corp.)는 알루미나, 지르코늄 및 코디어라이트(cordierite)로 된 세라믹 발포체를 생산하고 있다. INCOFOAM을 이용하는 전술한 실시예에 있어서, 여과 튜브를 제조하는 데 이용되는 발포체는 5% 내지 10% 정도로 밀하고, 발포체를 통과하는 기공은 통상 그 치수가 약 100 마이크로미터 내지 200 마이크로미터이다.
발포체를 제조하기 위한 몇몇 공정이 공지되어 있다. 예컨대, 종래의 한 공정에 따르면, 니켈 발포체의 셀 벽은 다음에 소결되는 분말(예컨대, 카보닐 니켈 가스로 제조되는 미세한 니켈 석출물)로 제조되어, 그 벽은 충분히 밀하고(예컨대, 약 85% 이상의 이론적 밀도), 실질적으로 연속적이며(즉, 비다공성), 동일한 치수의 주조 금속의 강도에 거의 접근하는 강도를 갖는다. 발포체는 취입된 중합 발포체(blown polymeric foam)의 기공 벽을 전해 또는 무전해 도금하고, 다음에 그 중합체를 소성(burn)함으로써 제조되기도 한다. 최초, 퍼시픽 대학의 스티븐 키슬러에 의해 1931년에 제조된 에어겔은 알콕시(alkoxy) 군(群) 또는 이산화탄소를 형성하는 초임계 건조 프로세스 또는 하이드록실(hydroxyl) 군을 형성하는 건조 프로세스를 이용하여 준비될 수도 있고, 각종 치수의 기공 구조로 제조될 수 있다. 오하이오주 콜럼부스, TAASI 실험실의 요시 아티아 박사로부터 얻을 수 있는 "Advanced Aerogel Materials for the In-Situ Capture of Gaseous Pollutants" 및 Non-Crystalline Solids 저널 186(1995) 402-107에 기재된 "Aerogel materials for photocatalytic detoxification of cyanide wastes in water"를 참고하고, 이들은 모두 본 명세서에 참고로 인용된다. 소결 후에, 에어겔은 다공성 금속과 같은 경질의 구조를 형성한다.
주로 발포체 기공 내의 피소결 분말 때문에, 본 발명의 다공성 복합물 매체는 그 매체를 제조하는 데 사용되는 발포체보다 그 밀도가 상당히 크고 훨씬 미세한 기공 구조를 갖는다는 것에 유의하여야 한다. 특정 복합물 매체의 실제 밀도는 몇 가지 요인, 예컨대 발포체 기공의 치수, 그 기공을 충전하는 데 채용되는 분말의 치수 및 구조, 프레싱 및/또는 소결 전에 기공이 충전되는 정도, 소결 전의 압축양, 소결 조건 등에 의존한다. 구형의 분말은 필라멘트형 분말보다 훨씬 큰 적층 밀도(packing density)를 갖고 따라서 통상적으로 치밀화 전에 발포체의 기공을 더 큰 비율로 충전한다는 것은 명백하다. 본 발명에 따른 전형적인 복합물 매체의 밀도는 이론적 밀도의 약 20% 내지 약 35%의 범위에 있고, 발포체 기공을 충전하는 (몇몇 실시예에서는 발포체 표면에 스킨을 형성하는) 피소결 분말에 의해 형성되는 기공 구조는 적어도 10배 또는 20배 범위에서 더 작은 기공을 형성한다. 예컨대, 전형적인 기공의 치수는 가스 흐름 동작에 의도된 복합물 매체에 대하여 약 2 마이크로미터 내지 10 마이크로미터보다 크지 않고, 바람직하게는 약 2 마이크로미터보다 크지 않으며, 액체 흐름 용례에 대해서는 1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터보다 크지 않고, 바람직하게는 약 1 마이크로미터 내지 20 마이크로미터 보다 크지 않다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 여과 요소를 제조하는 공정에 있어서, 개방된 기공 금속 발포체 시트(500)는 진동 테이블(602) 상에 배치되고, 발포체 시트(500)의 상단면은 미세한 금속 분말(504)로 덮이며, 상단에 분말(504)이 마련된 시트(600)는 시트의 기공이 실질적으로 분말에 의해 충전될 때까지 진동된다. 다음에, 상단에 산개한 분말의 층(506)이 마련된 기공 충전 시트(504)가 냉간 프레싱 또는 (도시된 바와 같이) 칼렌더 롤(calender roll)(507)을 통해 냉간 롤링함으로써 압축되어, 압축된 분말 충전 발포체(512)의 상단에 분말화된 금속층(510)이 마련된 "그린" 분말 발포체 복합물(508)을 형성한다. 원한다면, 상기 기공 충전 시트(504)와 분말층(506)은 압축 전에 가볍게 미리 소결될 수도 있다. 어느 경우이든지, 가해진 압력은 상기 분말을 치밀화하고 (그리고 그와 같이 함으로써 발포체를 압축한다), 원하는 그린 밀도로 복합물 구조를 형성한다. 다음에, 압축된 분말 발포체 복합물(508)은 충분히 높은 온도 및 충분히 긴 시간 동안(예컨대, 10분 내지 60분 동안, 1200-1900℉), 적당한 분위기(예컨대, 진공 또는 수소, 질소 또는 아르곤을 함유하는 보호성 분위기)에서 소결되어, 시트 상단에 있는 분말 입자 사이 및 발포체 기공 내부와 발포체 표면의 분말 입자 사이에 확산 결합을 형성한다.
냉간 롤링 또는 프레싱 중에 사용되는 압력의 크기는 밀도(통상적으로, 약 20% 내지 약 30%의 범위)와, 냉간 프레스/롤링된 "그린" 복합물(508) 및 최종 여과 요소/매체의 기공도를 결정한다는 것에 유의하여야 한다. 유사한 밀도의 "그린" 분말 구조와는 달리, 복합물(508)은 실질적으로 경질이고(이 경성은 발포체 구성분에 의해 제공된다), 제조 공정 중에 쉽게 취급될 수 있다. 소결 중에, 복합물(508)은 미세한 필라멘트형 또는 덴드라이트형 입자 분말 구조의 소결 중에 일어나는 10% 내지 15% 이상의 수축과 비교하여, 단지 제한적으로 수축이 일어난다(통상 약 5% 미만)는 것에도 유의하여야 한다.
도 5의 공정에 있어서, 발포체 시트(500)의 기공은 건조한 분말로 충전된다. 이러한 바인더가 없는 공정은, 다공성의 복합물 요소가 고순도의 용례, 특히 초고여과 효율의 장비를 제공하는 데 및 반도체 산업에서 화학적 순도를 위해 사용될 때 종종 바람직하다. 순도가 크지 않은 용례에 대해 다공성 복합물 구조를 제조할 때, 발포체 시트(500)의 기공은 슬러리의 일부로서 분말을 도포함으로써 충전될 수 있고, 제공된 발포체의 상단에 임의의 필요한 층(610)이 제공된다. 슬러리 공정이 이용될 때, 그 슬러리는 통상 중량%로 약 20%가 분말이고 약 80%가 액체[예컨대, 디플로큐런트(defloculant)가 있는 물]이다. 슬러리 공정에서, 발포체가 안착하는 테이블(502)의 일부에 대해 천공하고, 아래에 흡입/진공을 제공하여 분말 슬러리를 발포체 기공 내로 당길 때 그것을 도와주도록 하는 것이 종종 바람직할 수 있다.
도 6은 도 1의 관형 요소(10), 도 2의 필터(200)의 관형 요소(210), 도 4의 여과 튜브(420, 422)와 같은 관형의 다공성 요소를 제조할 때 이용되는 공정을 개략적으로 나타낸다. 전술한 바와 같이, 각 튜브는 맨드렐의 외측 원통면과 발포체 원통의 내측 원통면 사이에 환형 간극(603)을 제공하는 방식으로, 수직하게 배향된 맨드렐(604) 둘레에 동축으로 발포체 원통(602)[예컨대, 두께가 약 0.070 인치(약 1.7 mm)이고 밀도가 약 5-10%의 이론적 밀도 범위에 있는 INCOFOAM 유순한 니켈 발포체로부터 형성된 니켈 발포체 원통]을 배치함으로써 제조된다. 다시, 원통형의 엘라스토머(예컨대, 폴리우레탄) 주형(606)을 주형(606)과 원통(602)의 외측 원통면 사이에 훨씬 작은 환형 간극(605)을 형성하는 방식으로 원통(602)의 둘레에 동축으로 배치한다. 바닥 캡(608)은 조립체의 하측 단부를 폐쇄하고, 맨드렐(604)과 발포체 원통(602) 및 엘라스토머 주형(606)을 서로에 대해 동축으로 고정한다.
상기 상부 개방형 조립체는 진동 테이블(610) 상에 놓여지고, 금속 분말(예컨대, INCO T225 또는 T210 니켈 분말)이 환형부(603, 605) 내로 부어지며, 상기 테이블과 조립체는 진동되어 발포체 원통(602)의 기공 및 두 환형부를 분말로 충전한다. 상기 기공 및 환형부가 충전되면, 조립체는 그 상단부에서 바닥 캡(608)과 실질적으로 동일한 상단 캡(611)(허상으로 표시함)으로 폐쇄되고, 다음에, 밀봉된 조립체는 종래의 유압식 등정 프레스(isostatic press)의 유체 탱크 내에 배치된다. 다음에, 상기 프레스 내의 유체는 예컨대, 500-20,000 psi 범위의 압력으로 압축되고, INCO 니켈 T255 분말에 대해서는 약 30초 내지 5분 동안 약 1000 psi로 압축되어, 발포체 튜브/분말 조립체를 "그린" 형태로 압축한다. 명백한 바와 같이, 그리고 도 4에 개략적으로 도시한 바와 같이, 유압력(F)이 반경 방향 내측으로 가해지고, 가해진 압력은 환형부(605) 내의 분말을 압축하여 외부 원통면 상에 압축된 분말층을 형성하고, 발포체 원통(602)을 반경 방향으로 압축한다(실린더의 벽두께와 내경을 감소시키고 밀도를 증대시킨다). 다시, 발포체 원통(602)의 반경 방향으로의 압축은 환형부(603) 내의 분말을 압축하여 내측 원통면 상에 분말층을 형성할 수도 있다. 이와 같이 형성된 압축된 복합물은 진공 중에서 30분 동안 1330℉에서 소결된다.
여과 튜브(420, 422)의 직경은 다르기 때문에, 상기 튜브를 구성하는 발포체 원통들도 직경이 다르다는 것은 명백하다. 또한, 상기 원통들의 벽 두께가 동일할 수도 있지만, 예컨대, 도 6의 시스템에 사용되는 맨드렐(604) 및 엘라스토머 주형(606)과 같은 시스템의 치수는 필요에 따라 변경될 필요가 있을 것이다. 환형부(503, 505)의 폭과, 압력 및 소결 조건은 다른 무엇보다도 채용되는 분말의 형태, 최종 복합물 매체의 밀도 및 기공 구조에 따라 변한다는 것에도 유의하여야 한다. 예로써, 여과 튜브(420)의 제조시, 여과 튜브를 제조하는 데 사용되는 발포체 원통(벽 두께가 약 0.070 인치)은 맨드렐(606)(예컨대, 환형부(503)의 폭은 약 0.005 인치보다 크지 않다) 둘레에 꼭 끼워지지만, 발포체 원통의 외경은, 환형부(505)가 엘타스토머 주형(606)의 내경보다 현저히 작아서 환형부(505)는 예컨대 0.70 인치 정도로 훨씬 더 넓게 되는 그러한 치수이다. 분말과 발포체를 압축한 후에, 즉 복합물이 그린 형태로 있을 때, 복합물 전체 벽 두께는 약 0.140 인치(즉, 압축되지 않은 발포체의 최초 벽 두께의 약 2배)이고, 복합물의 외측 원통면을 형성하는 압축된 분말 "스킨"은 두께가 약 0.100 인치이며, 복합물의 내측 발포체 "코어"는 그 원래 두께의 약 절반으로 감소된다.
복합물 매체를 사용하고자 하는 용례에 따라, 예컨대 스킨이 튜브의 내측 원통면 상에 제공될 때 원통형 맨드렐을 외측에 배치하고 내부의 원통 블레이더(bladder)를 사용하여 압력을 내부에 가하는 것이 보통인 경우에, 매우 다른 두께로 된 "스킨"이 복합물의 내면 또는 외면(또는 내면 및 외면)에 제공될 수도 있다. 유사하게, 분말이 충전된 발포체의 밀도와, 임의의 스킨의 밀도(및 프레싱 중에 밀도가 증가되는 정도)는 원하는 바에 따라, 예컨대 사용되는 분말의 형태를 변화시키고 "그린 구조"를 형성하는 데 인가되는 압력을 변화시킴으로써 변할 수 있다. 구형의 분말은, 예컨대 통상적으로 압축 전에 발포체의 기공을 거의 충분히 충전하고, 그 결과, 발포체는 보다 밀해지며 종종 최종 복합물 매체의 전체 두께의 더 큰 비율을 제공하게 된다.
공지된 바와 같이, 필터의 특정 여과 효율은 효율이 측정되는 플럭스(단위 면적당 유량)에 의존한다. 도 4의 실시예에서, 여과 튜브(420, 422)는 8-12 psi 범위의 차등 압력에서(보다 낮은 차등 압력이 바람직하다) 15 slpm/inch2의 유량을 제공하고, 이러한 유량에서 9 LRV의 여과 효율을 달성한다(즉, 가장 투과성 있는 입자 치수에서 입자 물질의 99.9999999% 이상을 제거한다). 보다 큰 유량에서 보다 낮은 효율, 예컨대 6 LRV가 얻어지고, 당업자라면 복합물 매체 여과 튜브의 벽 두께 또는 다공성 구조를 변화시킴으로써 임의의 주어진 유량에서 보다 크거나 작은 효율을 달성할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
다음의 예들은 본 발명의 여러 양태를 나타낸다.
예 1
종래의 피소결 분말 금속 요소와 비교하여 본 발명에 따른 복합물 여과 요소를 소결하는 중에 수축 감소를 정하기 위하여, 두 형태의 튜브를 제작하고 그린 형태로 측정하며, 동일한 조건에서 소결하고, 소결 후에 측정하였다. 두 셋트의 튜브에서, 채용된 금속 분말은 인코에서 판매하는 니켈 T255 분말이었다. 본 발명의 복합물은 기공의 수가 90 기공/linear inch이고, 두께가 0.070 인치이며 인코에서 판매하는 니켈발포체를 사용하여 제조하였다. 두 튜브는 직경이 0.42 인치인 중앙 맨드렐, 내경이 0.690 인치인 둘러싸는 엘라스토머 주형을 사용하여 제작하였다. 종래의 피소결 금속 요소는 중앙 맨드렐 사이의 환형부를 분말로 충전하고, 600 psi에서 압축하고, 다음에, 얻어지는 그린 원통을 진공에서 30분 동안 1330℉에서 소결하여 형성하였다. 본 발명의 복합물 튜브는 환형부 내에 발포체 니켈 원통을 배치하고, 발포체의 기공을 전술한 바와 같이 분말로 충전시키고, 얻어지는 그린 구조를 동일한 방식으로 압축 및 소결함으로써 형성하였다. 그린 형태 및 소결 후의 얻어지는 구조의 내경 및 외경은 두 구조의 중량과 함께 이하의 표에 나타내었다.
다공성 튜브 외경(인치) 내경(인치) 중량(gm)
그린 소결됨 그린 소결됨
발포체 마련됨 0.565 0.550 0.416 0.416 24.3
발포체 없음 0.585 0.501 0.420 0.354 25.9
명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 니켈 발포체/분말 복합물의 내경 및 외경은 각각 3% 미만 및 1% 미만 수축하였고, 종래의 분말 구조의 내경 및 외경은 15% 정도 수축하였다. 본 발명의 복합물에서, 발포체 코어를 둘러싸는 분말층 또는 "스킨"에서 대부분의 수축이 일어났다는 것에 유의하여야 한다. 상당한 정도로, 전체 수축의 감소는 경질의 발포체에 의해 제공되는 구속의 결과이다. 소결 중에, "그린" 구조 내의 분말 입자는 발포체 벽 및 입자 사이에 고체 상태의 결합(solid state bonds)을 형성하여, 발포체에 의해 강화되는 고기공도의 구조가 생긴다.
예 2
본 발명에 따른 복합물 니켈 발포체/분말 관형 복합물은, 그린 구조를 형성하기 위해 채용된 압력이 1000 psi라는 것을 제외하고는 예 1과 같이 제조하였다. 각 관형 복합물의 길이, 외경, 벽 두께는 아래의 표에 나타낸 바와 같다. 명백한 바와 같이, 각 복합물은 9.6-11.6 psi 범위의 압력 강하에서 9.8 이상의 LRV를 제공하였다.
벽 두께(인치) 외경(인치) 길이(인치) 유량(SLPM) 플럭스(SLPM/inch2) 델타 P(psi) LRV
0.1 0.6 2 50 13.4 10.5 ＞9.95
0.1 0.6 2 52 14.6 9.6 ＞9.89
0.1 0.6 2 55 14.8 11.5 9.8
예 3
본 발명에 따른 복합물 니켈 발포체/분말 관형의 복합물은 그린 구조를 형성하는 데 이용된 압력을 변화시킨 것을 제외하고는 예 1과 같이 제작하였다. 얻어지는 밀도의 변화, 버블점(bubble point)으로 나타낸 기공 치수의 변화는 이하의 표에 나타낸 바와 같다.
프레싱 압력(psi) 외경(인치) 내경(인치) 벽 두께(인치) 밀도(g/cc) %밀도 버블점(Hg의 인치) 유량(SLPM) 플럭스(slpm/in.2) 델타 P(psi)
1000 0.985 0.785 0.100 2.8 32% 3.8 100 3.2 2
2500 0.943 0.78 0.082 3.3 38% 6.3 63 2.0 2
5000 0.925 0.785 0.070 3.9 44% 7.6 40.6 1.3 2
10000 0.905 0.78 0.063 4.8 54% 7.3 23 0.7 2
20000 0.9 0.78 0.060 5.0 56% 12.9 9.5 0.4 2
당업계에서 공지된 바와 같이, 버블점 압력은 통상, 시험되는 재료의 가장 큰 기공을 나타내고, 12.9 인치 수은의 버블점은 약 0.5 마이크로미터의 가장 큰 기공 치수를 나타낸다.
예 4
세라믹 발포체 원통을 수평의 천공된 맨드렐 둘레에 동축으로 배치한다. 중량%로, 20% 스테인레스강(일반적으로 구형이고, 직경이 1 마이크로미터 미만) 분말과 80% 물을 기본으로 하는 바인더를 함유하는 슬러리를 맨드렐 위로 떨어뜨리고, (위에 발포체가 마련된) 맨드렐을 그 수평축을 중심으로 천천히 회전시킨다. 종방향으로 연장되는 닥터 블레이드가 슬러리가 가해지는 영역 바로 앞의 발포체의 외측 원통면을 닦는다. 흡인이 맨드렐의 내부에 제공된다. 발포체의 기공이 분말로 충전된 후에(중량의 증가로 측정), 발포체와 분말은 바인더를 떨쳐내기 위하여 구워지고, 소결된다. 얻어지는 복합물 구조의 밀도는 발포체 자체의 밀도보다 수 배 이상이고, 발포체 기공 내의 분말은 평균 기공 치수가 발포체 기공 보다 20 배 이상 작은 다공성 구조를 형성한다.
예 5
금속 발포체 시트(예컨대, 레텍 포러스 메탈스에서 판매하는 80 개 기공/인치의 발포체 시트)의 기공을 에어겔로 충전한다. 금속 알콕사이드(alkoxide)의 알코올 용액이 먼저 가수 분해되어 졸을 형성하고 다음에 중합화되어 겔을 형성하는 졸-겔 프로세스를 이용하여 금속 발포체의 기공에 형성된 것과 같이, 상기 에어겔은 다공성이 크다(예컨대, 밀도가 약 5%이고, 평균 직경이 약 20 나노미터인 기공을 형성한다). 상기 알코올은, 예컨대 약 240℃의 온도 및 약 6.36 bars의 압력에서의 초임계 건조에 의해 겔의 기공으로부터 제거되어 수축 및 균열을 최소화한다.
예 6
초임계 건조 후에, 에어겔 시트 내의 기공이 일 오더 정도의 평균 직경을 갖는다는 것을 제외하고는 예 5에 설명한 공정에 따라 에어겔 시트를 형성한다. 이와 같이 형성된 에어겔 시트의 기공은 예컨대, 0.1 마이크로미터의 매우 미세한 금속 분말로 충전되고 낮은 온도에서 소결되어 다공성의 복합물 요소를 생성한다.
다른 실시예들
전술한 바람직한 실시예로부터, 본 발명의 다공성 복합물 매체를 형성하는 데 사용되는 발포체 및 분말은 많은 다른 재료로 제작할 수 있다는 것은 명백하다. 니켈, 스테인레스강 또는 세라믹 발포체 및 니켈, 스테인레스강 또는 세라믹 분말이 여러 용례에 사용될 수 있기 때문에, 종종 바람직하기는 하지만, 부식성이 큰 환경에 대해 예컨대 니켈-합금(예컨대, 80% 니켈- 20% 크롬 또는 니켈-크롬-알루미늄) 발포체 및 분말(스미토모 금속 프라덕츠 컴파니에서 판매하는 것과 같은 분말)을 사용하는 것이 바람직할 수 있고, 열펌프에서 티타늄 또는 지르코늄 발포체-분말 구조가 고효율 필터로서 특히 유용하다.
유사하게, 그리고 발포체가 성형 가능하고 복합물에 고 그린 강도 및 파열 강도를 제공하기 때문에, 본 발명에 따른 다공성 복합물 매체는 넓은 범위의 엔지니어링 형태로 제공될 수도 있다.
본 발명의 매체는 전술한 것 이외의 공정에 다라 형성할 수도 있다. 예컨대, 주요 피소결 금속 "스킨"이 내부 원통면을 형성하는 다공성의 원통 튜브는 엘타스토머 주형을 발포체 튜브의 외부에 배치하기 보다는 내부에 배치함으로써 형성될 수도 있다. 이중 밀도 여과 매체는, 제1 피소결 금속 스킨을 시트 상에 형성하고 다음에, 그 시트를 원통 튜브로 롤링하며, 제2 피소결 스킨을 튜브의 제1 원통면 또는 반대쪽 원통면 상에 형성함으로써, 또는 제2 층을 제1 "그린" 구조를 형성한 후에 평평한 시트 또는 원통 구조에 도포하는 것과 같은 각종 공정을 이용하여 제작될 수 있다.
건조한 금속 분말을 전술한 것과 같이 발포체 시트 상에 배치하거나 금속 슬러리를 발포체 시트 상에 배치하고 그 슬러리를 예컨대, 진동 또는 시트의 반대쪽에 가해지는 진공에 의해 시트의 기공 내로 함침시킴으로써 제작되는 것과 같은 평평한 여과 요소는 평평한 디스크로서 사용될 수 있고, 주름진 구조로 제작될 수도 있거나 원통형 또는 원뿔형(또는 절두원추형) 발포체로 롤링될 수도 있다. 상기 요소들은 전술한 바와 같이 별개의 발포체 시트로부터 제작되거나, 긴 발포체 스트립이 일련의 연속한 스테이션, 예컨대 발포체 기공을 충전하는 건조 분말 또는 슬러리를 함유하는 챔버, 이어서 칼렌더 롤, 소성로(baking furnace), 예비 소결로, 필요에 따라 추가의 칼렌더 롤, 최종 소결로, 다공성의 피소결 복합물 매체가 연속한 스트립으로서 감겨지는 권취 맨드렐이 후속되는 연속 공정에서 제조될 수도 있다.
발포체는 발포체의 다른 쪽은 빈 채로 남겨 두고 한쪽으로부터 함침될 수도 있다. 이는 예컨대, 발포체의 일부를 한쪽으로부터 왁스로 부분 충전하고, 건조한 또는 슬러리를 사용하여 분말을 다른쪽으로부터 충전시키고, 다음에 왁스 융점 이상으로 가열하여 왁스를 제거함으로써 달성될 수 있다. 이어서, 상기 복합물은 슬러리 바인더를 떼어내기 위하여 보다 높은 온도에서 가열되고, 최종적으로 소결된다. 복합물은 보다 큰 강도를 얻기 위하여 칼렌더 처리되고 소결된다.
이들 실시예 및 다른 실시예들은 다음의 청구의 범위 내에 속하는 것이다.

Claims (42)

  1. 복수 개의 관통 기공이 있는 발포체와, 상기 발포체의 기공을 함침시키는 피소결 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 매체의 표면을 형성하는 상기 피소결 분말로 된 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 층의 두께는 상기 매체의 전체 두께의 약 10% 내지 약 75%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 매체의 밀도는 이론적 밀도의 약 20% 내지 약 60%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 밀도는 약 20% 내지 약 35%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 발포체는 금속 발포체, 세라믹 발포체, 에어겔 발포체를 포함하는 군(群)에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 분말은 금속 및 세라믹으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 분말은 니켈, 스테인레스강, 티타늄, 지르코늄, 니켈 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  9. 청구항 1에 있어서, 원통형 요소의 원통면을 형성하는 다공성의 피소결 분말층이 있는 원통 요소 형태인 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 발포체는 금속 발포체이고, 두께가 상기 매체의 표면을 형성하는 매체의 전체 두께의 50% 내지 약 75%의 범위에 있는 피소결 금속 분말층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 매체의 밀도는 이론적 밀도의 약 20% 내지 약 35%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  12. 유입구, 유출구, 이들 유입구 및 유출구 사이에 유로(流路)를 포함하고, 청구항 1에 따른 다공성의 복합물 매체를 포함하는 흐름 요소가 상기 유로에 배치되는 것을 특징으로 하는 유동 장치.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 발포체의 기공수는 인치당 10-150 개이고, 상기 기공 내의 피소결 금속은 명목상 치수가 약 100 마이크로미터 내지 약 0.1 마이크로미터의 범위의 기공이 있는 다공성의 구조를 제공하는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 다공성의 구조에는 명목상의 치수가 약 0.1 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터의 범위의 기공이 있는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 발포체 기공 내의 피소결 분말은 기공의 명목상 치수가 상기 발포체 기공의 치수보다 적어도 10배 범위에서 더 작은 다공성의 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 다공성 구조의 기공의 명목상 치수는 상기 발포체 기공의 치수보다 적어도 20배 작은 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체
  17. 복수 개의 관통 기공이 있고 밀도가 이론적 밀도의 약 5% 내지 약 25%의 범위에 있는 발포체와,
    상기 발포체 기공을 함침시키는 피소결 분말
    을 포함하고,
    밀도가 이론적 밀도의 약 20% 내지 약 35%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 각 발포체 및 분말은 금속인 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 각 금속 및 금속 분말은 스테인레스강, 니켈, 티타늄, 지르코늄, 니켈 합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  20. 청구항 17에 있어서, 상기 매체의 표면을 형성하는 상기 피소결 분말로 된 층을 포함하고, 이 층의 두께는 상기 매체의 두께의 약 10% 내지 약 50%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 다공성 매체는 원통의 형태이고, 상기 층은 피소결 금속 분말이며 상기 실린더의 내측 원통면 및 외측 원통면 중 적어도 하나를 형성하는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  22. 다공성의 복합물 매체 제조 방법으로서,
    상호 연결되어 발포체를 통해 연장되는 복수 개의 기공이 있는 발포체를 제공하는 단계와,
    상기 발포체의 기공을 분말로 함침시켜 복합물을 제공하는 단계와,
    상기 복합물을 소결하여 상기 다공성의 복합물 매체를 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 분말은 금속 분말인 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  24. 청구항 22에 있어서, 상기 발포체는 연성의 금속 발포체인 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  25. 청구항 22에 있어서, 상기 분말은 소결 전에 상기 발포체의 표면 상에 제공되고, 상기 복합물에는 상기 복합물 매체의 표면을 형성하는 피소결 분말 층이 포함되는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  26. 청구항 22에 있어서, 상기 발포체의 밀도는 이론적 밀도의 약 5% 내지 약 30%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  27. 청구항 22에 있어서, 상기 발포체는 밀도가 약 5% 내지 약 15%의 범위에 있는 연성의 금속 발포체이고, 금속 분말로 함침된 기공이 있는 상기 발포체는 상기 복합물 매체를 소결하기 전에 압축되어 그 밀도를 증대시키는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  28. 청구항 27에 있어서, 상기 압축은 분말이 함침된 기공이 있는 발포체의 두께를 상기 압축 전 두께의 1/3 내지 2/3의 범위의 두께로 감소시키는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  29. 청구항 22에 있어서, 상기 발포체는 금속 발포체이고, 분말은 소결 전에 상기 발포체의 표면 상에 제공되며, 상기 압축은 발포체의 두께를 압축 전 두께의 1/3 내지 2/3의 범위의 두께로 감소시키고, 상기 복합물 매체에는 그 매체의 표면을 형성하는 피소결 금속층이 포함되는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  30. 청구항 29에 있어서, 상기 분말은 금속 분말인 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  31. 청구항 30에 있어서, 상기 층의 두께는 상기 복합물 매체의 전체 두께의 약 25% 내지 약 75%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  32. 청구항 29에 있어서, 상기 복합물 매체에는 원통형 튜브와, 그 원통면 중 하나를 형성하는 분말화된 피소결 금속층이 포함되는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  33. 청구항 26에 있어서, 상기 층은 상기 복합물 매체의 외측 원통면을 형성하고, 그 두께는 상기 튜브의 전체 벽 두께의 약 25% 내지 약 75%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  34. 청구항 33에 있어서, 상기 두께는 약 50% 내지 약 70%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체 제조 방법.
  35. 복수 개의 관통 기공이 있는 발포체와, 상기 발포체의 기공을 함침시키는 에어겔을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  36. 청구항 35에 있어서, 상기 발포체는 금속 또는 세라믹 발포체인 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  37. 복수 개의 관통 기공이 있는 에어겔 발포체와, 상기 발포체의 기공을 함침시키는 피소결 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  38. 복수 개의 관통 기공이 있는 발포체와, 상기 발포체의 기공을 함침시키는 상기 발포체의 기공보다 적어도 10배 범위에서 더 작은 기공을 형성하는 3차원 다공성 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성의 복합물 매체.
  39. 청구항 38의 매체를 포함하고, 여과 효율이 15 slpm/inch2의 유량에서 6 로그 감소치(LVR)보다 작지 않은 것을 특징으로 하는 필터.
  40. 청구항 39에 있어서, 상기 여과 효율은 9 LVR보다 작지 않은 것을 특징으로 하는 필터.
  41. 청구항 40에 있어서, 상기 매체는 금속 또는 분말 발포체를 포함하고, 상기 3차원 다공성 구조에는 피소결 금속 또는 세라믹 분말이 포함되는 것을 특징으로 하는 필터.
  42. 청구항 41에 있어서, 상기 매체에는 그 매체의 표면을 형성하고 두께가 상기 매체의 전체 두께의 약 10% 내지 약 75%의 범위에 있는 피소결 분말 층이 포함되는 것을 특징으로 하는 필터.
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