KR20060071562A

KR20060071562A - 금속섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR20060071562A
Application number: KR1020040110182A
Authority: KR
Inventors: 이규창; 박준표
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-06-27
Also published as: KR100617245B1

Abstract

본 발명은 간단하면서도 저렴하고 신뢰성 있는 금속섬유를 제조하기 위하여 전기로의 내부에 설치되며 하면에 다수개의 구멍을 가진 노즐을 구비한 도가니에서 금속을 용해하는 제1단계, 상기 제1단계와 동시에 상기 전기로의 하면에 접하여 설치된 진공챔버를 진공으로 하는 제2단계, 상기 전기로와 상기 진공챔버의 사이를 개방하여 상기 제1단계에서 용해된 금속을 상기 도가니의 노즐을 통하여 상기 진공챔버로 하향배출하여 냉각하는 제3단계로 구성되는 금속섬유 제조방법을 제공한다.

금속섬유, 진공, 용해, 노즐

Description

금속섬유의 제조방법{Fabrication method of metal fibers}

도 1은 본 발명의 금속섬유제조장치의 개략도,

도 2는 본 발명의 금속섬유제조장치의 노즐의 모식도,

도 3은 본 발명에 의해 제조된 금속섬유의 사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 전기로, 2 : 도가니, 3 : 노즐,

4 : 진공챔버, 5 : 보조탱크, 6 : 진공펌프

7 : 압력조절판 8 : 밸브 9 : 구멍

본 발명은 금속섬유의 제조방법에 관한 것으로, 순수 알루미늄, 알루미늄합금 및 폐 스크랩을 이용하여 금속섬유를 제조함에 있어서, 금속섬유 제조 시에 압력차를 이용하여 저렴하고 신속하게 금속섬유를 얻을 수 있는 제조방법에 관한 것이다.

금속섬유를 제조하는 방법으로는 다발신선법(bundle drawing), 진동절삭법, 회전수중 용탕방사법(in-rotating water melt spinning) 등을 들 수 있다. 다발신 선법은 금속선재다발을 충분히 작은 직경까지 신선한 후, 신선된 것을 다시 다발로 뭉쳐서 신선하는 과정을 반복하는 방법이다. 이 방법은 주로 스테인레스강을 소재로 하여 직경이 10㎛ 내외의 장섬유를 제조하는데 이용되고 있다. 진동절삭법은 선반으로 소재를 절삭할 때 바이트에 주기적인 진동을 가하여 섬유상의 절삭물을 얻는 방법으로서, 굵기가 50㎛ 내외인 구리합금, 알루미늄합금, 철합금 등의 섬유를 제조할 수 있다. 회전수중 용탕방사법은 회전하는 물에 가느다란 노즐을 통하여 금속 용탕을 분사하는 방법으로 직경 70㎛ 이상의 연속 장섬유나 직경 30~50㎛정도의 단섬유를 제조할 수 있다.

그러나, 다발신선법은 섬유의 직경을 10㎛ 이하까지 감소시킬 수가 있고 섬유의 길이를 차후의 절단과정을 통해 자유자재로 변화시킬 수 있다는 이점이 있는 반면에 선재의 다발화, 반복신선과정 및 최종신선 후 선재의 분리 등의 과정에서 상당한 비용이 요구된다는 단점이 있다. 또한, 진동절삭법은 프로세스가 간단하고, 모든 재료에 적용가능하다는 방법에도 불구하고 공정제어상 50㎛ 이하의 직경을 갖는 금속섬유의 제조가 곤란하다는 한계를 가지고 있다

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공정을 간편하게 하여 전체 비용을 저렴하게 하면서도, 작은 직경을 가지는 양질의 금속섬유를 안정적으로 신뢰성 있게 획득할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 전기로의 내부에 설치되며 하면에 다수개의 구멍을 가진 노즐을 구비한 도가니에서 금속을 용해하는 제1단계, 상기 제1단계와 동시에 상기 전기로의 하면에 접하여 설치된 진공챔버를 진공으로 하는 제2단계, 상기 전기로와 상기 진공챔버의 사이를 개방하여 상기 제1단계에서 용해된 금속을 상기 도가니의 노즐을 통하여 상기 진공챔버로 하향배출하여 냉각하는 제3단계로 구성되는 금속섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 노즐의 구멍의 직경을 변화시켜 제조되는 금속섬유의 직경을 변화시키는 것을 특징으로 하는 금속섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 금속은 용해온도가 1000℃이하인 알루미늄합금, 마그네슘합금 또는 아연합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 금속섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제3단계에서 슬라이딩방식으로 개방하는 것을 특징으로 하는 금속섬유 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 금속 섬유를 제조하는 방법은 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선 도 1과 같은 장치를 구비하는데, 전기로(1)의 하부에 접하여 진공챔버(4)가 설치된다.

전기로(1)는 통상적인 전기로이면 족하고, 전기로(1)의 내부에는 금속을 용해하는 도가니(2)가 위치하고 도가니(2)의 하면에는 노즐(3)이 설치된다.

진공챔버(4)는 전기로(1)의 하부에 접하여 위치하며, 금속의 용해시에는 상기 도가니(2)의 노즐(3)과 진공챔버(4)의 사이가 압력조절판(7)을 매개로 폐쇄되어 있으며, 상기 압력조절판(7)은 슬라이딩 방식으로 폐쇄와 개방을 자유로이 할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 진공챔버(4)에는 진공펌프(6)와 보조탱크(5)가 연통되고, 진공조절밸브(8)에 의하여 내부의 진공이 조절된다.

도 2에는 노즐(3)의 모식도가 나타나 있으며, 노즐(3)에는 다수개의 구멍이 뚫려져 있으며, 그 구멍을 통하여 용해된 금속이 하향 배출되도록 되어 있고, 그 구멍의 직경을 변화시키면 제조되는 금속섬유의 직경을 변화할 수 있다.

이하, 상기와 같은 장치를 이용한 제조방법을 상세하게 설명한다.

전기로(1) 내부에 설치된 도가니(2)에 소정의 금속을 장입하고 금속이 용해되도록 한다. 용해와 동시에 진공펌프(6)를 이용하여 보조탱크(5) 내부의 압력이 10^-3torr 가 되도록 진공펌프를 작동한다. 보조탱크(5)의 압력이 소정의 압력에 도달한 후 보조 탱크의 밸브(8)를 열어서 진공챔버(4) 내부의 압력을 10^-3torr 가 되도록 반복하여 작업을 한다. 이어서 금속이 용해된 것을 확인한 후 압력 조절판(7)을 열면 용해된 금속 용탕이 압력차이에 의하여 도가니(2) 하면에 설치된 노즐(3)을 통하여 진공챔버(4) 내부로 하향 배출되어 빠져나와 응고가 되어 진공챔버(4)의 하부에 모이게 된다.

이와 같이 금속을 전기로(1)를 이용하여 상기의 비철금속을 용해하고 이것을 압력 차이에 의하여 용해된 비철금속의 용탕이 노즐을 통하여 모두 빠져 나와 원하는 직경의 금속섬유를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에서 대상으로 하는 금속은 용해온도가 1000℃ 이하인 알루미 늄합금, 마그네슘합금 또는 아연합금 등이 가능하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

본 실시예에서는 금속섬유를 얻기 위하여 중간원료로 알루미늄합금을 사용하였다. 알루미늄합금 섬유를 얻기 위해서 전기로(1)내부에 설치된 50Kg급 도가니(2)에 노즐구멍의 직경이 200㎛인 노즐을 도가니(2)의 하부에 장착하고, 알루미늄합금 30Kg을 장입하고, 전기로(1)의 온도를 알루미늄 합금의 용해온도보다 50~100℃ 정도 높은 750℃가 되도록 설정하였다. 이어서 진공펌프(6)를 이용하여 보조탱크(5)내부의 압력이 10^-3torr가 되도록 한 후, 밸브(8)를 열어서 진공챔버(4) 내부의 압력이 10^-3torr 될 때 까지 반복하여 진공펌프(6)와 밸브(8)를 조작한다. 알루미늄합금이 완전히 용해된 것을 확인한 후, 압력조절판(7)을 열어 전기로(1)와 진공챔버(4) 사이에 압력차가 생기도록 한다. 이 때 압력차에 의하여 도가니(2)에 용해된 알루미늄 합금이 노즐에 설치된 노즐구멍(8)을 통하여 용탕이 빠져 나오게 된다. 이렇게 빠져 나온 용탕은 진공챔버 하부의 냉각수와 접촉하면서 응고가 이루어지면서 금속섬유의 형태를 갖으면서 응고되어 도 3과 같은 알루미늄 합금섬유가 얻어지게 된다. 이때 얻어진 알루미늄합금섬유는 직경이 약 150㎛이며, 연속적인 섬유가 얻어졌다.

[실시예 2]

마그네슘합금 섬유를 얻기 위하여 중간원료로 마그네슘합금을 사용하였다. 마그네슘합금은 대기중에서 용해가 곤란하기 때문에 전기로(1) 내부를 탄산가스와 SF₆가스를 혼합하여 불활성 분위기를 만든 다음, 섬유를 얻기 위해서 전기로(1)내부에 설치된 50Kg급 도가니(2)에 노즐구멍에 직경이 200㎛인 노즐을 도가니(2)의 하부에 장착하고, 마그네슘합금 20Kg을 장입하고 전기로(1)의 온도를 마그네슘합금의 용해온도보다 50~100℃ 정도 높은 750℃가 되도록 설정하였다. 이어서 진공펌프(6)를 이용하여 보조탱크(5)내부의 압력이 10^-3torr 가 되도록 한 후, 밸브(8)를 열어서 진공챔버(4) 내부의 압력이 10^-3torr가 될 때까지 반복하여 진공펌프(6)와 밸브(8)를 조작한다. 마그네슘 합금이 완전히 용해된 것을 확인한 후, 압력조절판(7)을 열어 전기로(1)와 진공챔버(4) 사이에 압력 차가 생기도록 한다. 이 때 압력 차에 의하여 도가니(2)에 용해된 마그네슘 합금이 노즐에 설치된 노즐구멍(8)을 통하여 용탕이 빠져 나오게 된다. 이렇게 빠져 나온 용탕은 진공챔버 하부의 냉각수와 접촉하면서 응고가 이루어지면서 금속섬유의 형태를 가지면서 응고되어 마그네슘합금섬유가 얻어지게 된다. 이때 얻어진 마그네슘합금섬유는 직경이 약 150㎛이며, 연속적인 섬유가 얻어졌다.

본 발명은 비철금속(알루미늄합금, 마그네슘합금, 아연합금 등)의 합금 괴 및 폐스크랩을 이용하여 금속섬유를 제조하는데 있어, 압력차를 이용하여 용해된 금속의 용탕이 노즐구멍을 통하여 빠져 나오면서 응고가 되어 원하는 직경의 금속섬유를 저렴하고 단시간에 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims

전기로의 내부에 설치되며 하면에 다수개의 구멍을 가진 노즐을 구비한 도가니에서 금속을 용해하는 제1단계,

상기 제1단계와 동시에 상기 전기로의 하면에 접하여 설치된 진공챔버를 진공으로 하는 제2단계,

상기 전기로와 상기 진공챔버의 사이를 개방하여 상기 제1단계에서 용해된 금속을 상기 도가니의 노즐을 통하여 상기 진공챔버로 하향배출하여 냉각하는 제3단계

로 구성되는 금속섬유 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 노즐의 구멍의 직경을 변화시켜 제조되는 금속섬유의 직경을 변화시키는 것을 특징으로 하는 금속섬유 제조방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,

상기 금속은 용해온도가 1000℃ 이하인 알루미늄합금, 마그네슘합금 또는 아연합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 금속섬유 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 제3단계에서의 상기 전기로와 상기 진공챔버의 사이의 개방은 슬라이딩방식으로 개방하는 것을 특징으로 하는 금속섬유 제조방법.