KR20030031271A

KR20030031271A - 극세 금속섬유 제조장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20030031271A
Application number: KR1020010063185A
Authority: KR
Inventors: 조남흥
Original assignee: 조남흥
Priority date: 2001-10-13
Filing date: 2001-10-13
Publication date: 2003-04-21

Abstract

본 발명은 용융된 금속을 회전 원통유도관에서 회전시키면서 용융된 금속을 고속으로 회전하고 있는 회전 디스크에 분출하여 원심력에 의해 섬유의 굵기를 얇게 제조할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것으로 본 발명의 극세 금속섬유 제조장치는 원반형이며 외주면에는 외부 쪽으로 갈수록 높아지는 경사면이 형성되어 있는 회전 디스크와, 용융된 금속을 회전시키고 상기 회전 디스크에 공급하는 분출구를 구비한 회전 원통유도관으로 구성되며, 본 발명의 극세 금속섬유의 제조방법은 섬유로 제조하고자 하는 금속을 가열하여 용융시키는 용융공정과, 원반형 회전 디스크를 수평면상에서 회전시키는 회전 디스크 회전공정과, 상기 용융된 금속을 회전 원통유도관의 금속 분출구를 통해서 상기 회전 디스크에 분출하는 섬유 형성공정을 포함하도록 구성되는 것으로 본 발명의 극세 금속섬유 제조방법은 용융된 금속을 회전 디스크에 떨어뜨릴 때 방울모양으로 형성되는 등의 용융된 금속의 조절이 어렵다는 문제를 해결하여 양질의 극세 금속섬유를 제조할 수 있다는 효과가 있다.

Description

극세 금속섬유 제조장치 및 그 제조방법{A apparatus for manufacturing fine metal fiber and method thereof }

본 발명은 극세 금속섬유 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 용융된 금속을 회전 원통유도관을 회전시켜 용융된 금속을 상승시켜 고속으로 회전하고 있는 회전 디스크에 분출하여 원심력에 의해 금속섬유의 굵기를 얇게 제조할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래에 사용하는 금속을 섬유로 제조하는 방법은 금속을 용융하여 일정한 용기에 수용한 뒤 용융된 금속의 위로 고속으로 회전하는 디스크를 접촉시켜 디스크와 접촉하는 용융 금속 또는 광물질이 디스크와의 접촉면에서 마찰력에 의해 디스크의 회전방향으로 섬유가 뽑아져 나오도록 하는 방법 또는 수직으로 회전하는 얇은 판상의 디스크의 위쪽에서 용융된 금속 또는 광물질을 낙하시켜 디스크의 회전 방향으로 섬유가 뽑혀 나오도록 하는 방법을 사용하였다.

그러나, 이러한 종래의 생산방법은 섬유와 디스크의 접촉면적이 커서 섬유의 굵기를 가늘게 만드는데 한계가 있으며, 통상 30㎛가 그 한계이다. 또한, 금속섬유생산량은 디스크와 합금재료의 유착력에 의해 결정되는데 이런 방법을 이용하면 유착력을 변화시키는데 어려움이 있으므로 금속섬유의 생산량이 많지 않은 문제가 있다. 그리고, 필요한 극세선 금속섬유의 생산량을 늘리기 위해서 디스크 회전속도를 일정한 속도이상으로 높일 경우에는 합금재료가 디스크 표면에 정상적으로 접착되지 못해서 금속섬유 형성작용이 어렵게 된다는 문제가 있었다.

이를 개선하게 위해서 고안된 방법은 수평으로 회전하는 드럼에 용융된 금속을 떨어뜨려 극세 금속섬유를 제조하는 방법으로 도 1에 도시된 바와 같이,

수평으로 회전하는 회전 디스크(11)와, 상기 회전 디스크(11)에 용융된 금속(8)을낙하시키는 유도관(12)으로 구성된다. 상기 회전 디스크(11)는 수평으로 고속으로 회전하는 원반으로 상기 회전 디스크(11)의 외주면에는 외부로 갈수록 높아지는 경사면이 형성되어 있어서 용융된 금속(13)은 상기 유도관(12)을 통해 상기 경사면에 낙하된다. 상기 경사면에 낙하된 용융된 금속(13)은 회전 디스크(11)과의 마찰력에 의해 회전 디스크(11)의 회전방향으로 분출되며, 원심력에 의해 수평방향으로 외부로 퍼져나가려는 힘을 받게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 방법을 통해서 금속섬유를 형성하는 경우에는 용융된 금속(13)의 흐름이 상기 회전 디스크(11)의 강한 표면효과 때문에 용융된 금속(13)을 상기 회전 디스크(11) 상에 적절하게 공급하지 못하는 문제가 있었다. 즉, 도2에 도시된 바와 같이, 용융된 금속(13)이 상기 회전 디스크(11)로 방울형상으로 떨어져서 섬유형상으로 제조될 수 없게 된다는 문제가 있었다.

따라서, 본원발명의 목적은 용융된 금속을 회전 디스크 상에 적절하게 공급하여 용융된 금속이 섬유형상으로 제조될 수 없게 되는 문제를 해결하고 금속을 상용하여 신속하고 간편하게 양질의 극세 금속섬유를 제조할 수 있는 장치 및 제조방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 섬유로 제조하고자 하는 금속을 가열하여 용융시키는 용융공정과, 경사면이 형성된 원반형 회전 디스크를 수평면상에서 회전시키는 회전 디스크 회전공정과, 상기 용융된 금속을 회전 원통유도관의 금속 분출구를 통해서 상기 회전 디스크에 분출하는 섬유 형성공정을 포함하는 제조방법을 통하여 극세 금속섬유를 제조하고,

이와 같은 본 발명의 극세 금속섬유 제조방법은 회전하는 원반형으로 외주면에는 외부쪽으로 갈수록 높아지는 경사면이 형성되어 있는 회전 디스크와, 용융된 금속을 회전시키고 상기 회전 디스크에 공급하는 분출구를 구비한 회전 원통유도관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 극세 금속섬유 제조장치를 통해서 행해질 수 있다.

도 1은 종래의 금속섬유 제조장치의 단면도이다.

도 2는 종래의 금속섬유 제조방법에서 금속이 회전 디스크에 떨어지는 상태를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 극세 금속섬유 제조장치의 일 실시예인 회전 디스크가 회전 원통유도관의 하부에 위치하는 금속섬유의 제조장치의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 극세 금속섬유 제조장치의 일 실시예인 회전 디스크가 회전 원통유도관의 상부에 위치하는 극세 금속섬유의 제조장치의 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

11, 20 : 회전 디스크 12 : 유도관

13 : 용융된 금속 30 : 회전 원통유도관

31a, 31b : 금속 분출구 40 : 용융된 금속

50: 금속 용융부

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 극세 금속섬유 제조장치는 회전하는 원반형으로 외주면에는 외부 쪽으로 갈수록 높아지는 경사면이 형성되어 있는 회전 디스크(20)와, 용융된 금속(40)을 회전시키고 상기 회전 디스크(20)에 공급하는 분출구(31a,31b)를 구비한 회전 원통유도관(30)으로 구성된다.

상기 회전 원통유도관(30)은 금속을 용융시키는 금속용융부(50)와 연결되어 있는 것으로, 이는 금속용융부(50)에서 용융된 금속재료를 극세섬유로 제조하기 위해 회전 디스크로 금속재료를 제공하는 역할을 한다.

상기 금속 용융부(50)는 재료로 사용되는 금속이 용융될 수 있도록 가열하는 히터가 장착되어 있다. 본 발명에서 사용되는 금속섬유의 재료는 특별히 제한이 없으며 상기 회전 원통유도관(30)보다 낮은 용융온도를 갖는 금속인 유리섬유, 알루미늄, 티타늄, 구리, 스텐레스 등의 금속을 사용할 수 있다.

본 발명에서는 상기 회전 원통유도관(30)을 회전시켜서 용융된 금속(40)을 회전하면서 회전 디스크(20)상에 분출하여 용융된 금속(40)을 상기 회전디스크(20)상에 적절하게 공급될 수 있도록 조절한다. 상기 회전 원통유도관(30)을 회전시킴을 통한 용융된 금속(40)의 공급 속도는 일정한 균형을 맞추어 주어야 하며 그 공식은 다음의 수학식1과 같다.

S₁V₁= πD²/4 ·V²

상기 수학식1 에서 S₁은 다이스 직경, V₁은 다이스를 통해서 흘려나가는 용융된 금속의 속도, D는 형성된 섬유의 직경, V₂는 회전 디스크의 선 속도이다.

그리고, 다이스를 통해서 흘러나가는 용융된 금속(40)의 속도는 표면마찰에 대한 계산 없이 다음의 수학식2와 같이 일정한 균형을 맞추어 주어야 된다.

V = √2gh

상기 수학식1 에서 h는 회전 원통유도관의 높이이다.

상기 회전 원통유도관(30)을 회전시키면, 상기 회전을 통해서 회전 원통유도관(30)의 윗부분이 아래부분에 비해서 빠르게 회전되게 되고 이와같은 압력차를 평행으로 만들기 위해 상기 금속 용융부(50)에서 용융된 금속(40)이 회전 원통유도관의 상부로 빨려 올라가게 된다.

그리고, 상기 회전 원통유도관(30)은 외부에 설치되는 모터(미도시)와 상기 회전 원통유도관(30) 축을 연결하는 벨트(미도시)를 통해서 회전된다. 본 발명에서 상기회전 원통유도관(30)의 회전속도는 약 2000~10000rpm정도가 좋다. 보다 바람직하게는 2500~8000rpm정도가 좋다.

상기 회전 원통유도관(30)의 적정높이는 재료로 사용되는 금속에 따라 유동적일 수 있으나 너무 높으면 용융된 금속(40)이 빨려 올라가는 것이 어려우므로 회전 원통유도관(30)의 회전속도를 빠르게 조절하여야 하므로 높이가 낮을 수록 좋지만, 일정한 치수 이하로 적게 하기 어려우므로 용융된 금속(40)의 공급속도를 아주 낮추기는 어렵게 된다.

따라서, 본 발명의 회전 원통유도관(30)의 높이는 약 20cm이하를 사용하는 것이 좋다. 보다 바람직하게는 3~10cm 의 높이를 사용하는 것이 좋다.

상기 회전 디스크(20)는 원반형으로 수평으로 고속으로 회전하는 것으로 상기 회전 디스크의 외주면에는 외부로 갈수록 높아지는 경사면이 형성되어 있다.

금속섬유를 보다 가늘게 형성하기 위해서 상기 경사면을 2중으로 형성하는 것이 좋다.

본 발명에서는 상기 회전 원통유도관(30) 속의 용융된 금속(40)이 회전되면서 회전하는 상기 회전 디스크(20)에 분출되는데 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 회전 디스크(20)는 상기 회전 원통유도관(30)의 하부에 형성될 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부에 형성될 수도 있다. 회전 디스크(20)가 상기 회전 원통유도관(30)의 하부에 형성되어 있는 것이 중력을 받아 극세 섬유 형성능이 더 좋으나, 회전 디스크(20)가 상기 회전 원통유도관(30)의 상부에 형성되어 있어도 극세섬유가 제조될 수 있다.

그리고, 상기 회전 원통유도관(30)과 회전디스크(20) 사이의 거리는 약 5~10mm정도를 유지하는 것이 좋다.

본 발명에 의한 극세 금속섬유의 제조방법은 섬유로 제조하고자 하는 금속을 가열하여 용융시키는 용융공정과, 원반형 회전 디스크를 수평면상에서 회전시키는 회전 디스크 회전공정과, 상기 용융된 금속(40)을 회전 원통유도관의 상부로 이동시켜서 상기 회전 원통유도관의 금속 분출구를 통해서 용융된 금속(40)을 상기 회전 디스크에 분출하는 섬유 형성공정으로 구성된다.

상기 용융공정은 금속 용융부(50)에 섬유로 제조하고자 하는 금속을 넣고 해당 금속의 용융온도까지 열처리하여 용융시키는 것이다.

그리고, 상기 회전 디스크 회전공정에서는 회전 디스크를 회전시키는데 본 발명의 회전 원통유도관과 동일한 방향으로 회전하는 것이 좋고, 회전속도는 약 2500~8000rpm 정도가 좋다.

상기 섬유 형성공정에서는 상기 회전 원통유도관을 회전시켜서 형성되는 압력차로 인하여 용융된 금속(40)이 상부로 빨려 올라가면서 고속으로 회전하고 있는 상기 회전 디스크(20)로 분출된다. 회전 원통유도관(30)의 회전속도는 2500~8000rpm정도가 좋다.

상기 섬유형성공정에서 용융된 금속(40)이 상기 회전 원통유도관(30)에서 회전 원통유도관의 하부 또는 상부에 위치하는 상기 회전 디스크(20)로 분출한다.

이상과 같은 본 발명의 방법을 통해서 제조되는 금속섬유의 직경은 약 5~30㎛이다.

상기 구성에 의해 본 발명은 다음과 같은 효과를 가져온다.

본 발명의 방법으로 제조된 금속섬유는 용융된 금속을 회전 디스크에 떨어뜨렸을 때 방울모양으로 떨어지는 문제를 해결하여 양질의 극세섬유를 제조할 수 있다는 효과가 있다. 그리고, 금속을 사용하여 신속하고 간편하게 양질의 극세금속섬유를 제조할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

원반형이며 외주면에는 외부쪽으로 갈수록 높아지는 경사면이 형성되어 있는 회전 디스크과,

용융된 금속을 회전시키면서 상승시키고 상기 회전 디스크에 공급하는 분출구를 구비하는 회전 원통유도관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 극세 금속섬유 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 회전 디스크의 경사면을 2중으로 형성하는 것을 특징으로 하는 극세 금속섬유 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 회전 디스크가 상기 회전 원통유도관의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 극세 금속섬유 제조장치.
제1항에 있어서, 상기 회전 디스크가 상기 회전 원통유도관의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 극세 금속섬유 제조장치.
섬유로 제조하고자 하는 금속을 가열하여 용융시키는 용융공정과,

원반형 회전 디스크를 수평면상에서 회전시키는 회전 디스크 회전공정과,

상기 용융된 금속을 회전 원통유도관의 금속 분출구를 통해서 상기 회전 디스크에분출하는 섬유 형성공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 극세 금속섬유 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 섬유 형성공정에서 상기 회전 원통유도관의 회전에 의해서 용융된 금속이 회전 원통유도관의 상부로 이동되어 상기 회전 디스트로 분출되는 것을 특징으로 하는 극세 금속섬유 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 회전 디스크 회전공정에서 회전 디스크의 회전속도는 2500~8000rpm인 것을 특징으로 하는 극세 금속섬유 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 섬유형성공정에서 회전 원통유도관의 회전속도는 2500~8000rpm인 것을 특징으로 하는 극세 금속섬유 제조방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 섬유형성공정의 용융된 금속이 상기 회전 원통유도관에서 회전 원통유도관의 하부에 위치하는 상기 회전 디스크로 분출되는 것을 특징으로 하는 극세 금속섬유 제조방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 섬유형성공정의 용융된 금속이 상기 회전 원통유도관에서 회전 원통유도관의 상부에 위치하는 상기 회전 디스크로 분출되는 것을 특징으로 하는 극세 금속섬유 제조방법.