KR20060090937A

KR20060090937A - 초경합금용 탄화탄탈륨 제조 방법

Info

Publication number: KR20060090937A
Application number: KR1020060062228A
Authority: KR
Inventors: 배인성
Original assignee: 배인성
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2006-08-17

Abstract

개시된 내용은 초경합금 등의 재료로 사용되는 탄화탄탈륨(TaC)을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 자전고온합성법에 의한 탄화탄탈륨 제조방법은 원료로 1~5㎛의 입경을 갖는 탄탈륨 분말과 0.3~3㎛ 입경을 갖는 카본분말을 사용하여 탄탈륨과 카본을 1:1~1:1.2wt.%의 무게비로 혼합하여 0.8~2㎛의 입경을 갖는 탄화탄탈륨을 제조함으로서 달성된다.

탄화탄탈륨, 카본, 자전고온합성법

Description

초경합금용 탄화탄탈륨 제조 방법{ Method of tantalum carbide production for hard metals }

도 1은 종래의 탄화탄탈륨 제조법을 설명하기 위한 블록도

도 2는 자전고온합성법에 의한 탄화탄탈륨 제조법을 설명하기 위한 블록도

도 3은 탄탈륨과 카본의 비율이 1:1.2wt.%로 제조한 경우의 XRD분석

도 4 는탄탈륨과 카본의 비율이 1:1.2wt.%로 제조한 경우의 전자현미경사진

본 발명은 초경합금 등의 재료로 사용되는 0.8~2.0㎛의 입경을 갖는 탄화탄탈륨을 제조하는 방법에 관한 것으로서 특히, 제조공정이 간단하고 에너지 절감이 우수한 자전고온합성법을 이용한 탄탈륨(Ta)과 카본(C)의 직접반응에 의한 탄화탄탈륨 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 초경합금(hard metals)은 주기율표 IVa, Va, VIa 족에 속하는 9종류의 금속탄화물의 분말에 Fe, Co, Ni 등의 철족 금속을 혼합하여 소결 결합한 합금을 총칭한다. 이와 같은 합금은 실온 경도는 물론이고, 고온 경도가 우수하고, 강도가 높고, 물리적 성질이 안정한 것이 특징이다. 그중에서 WC-Co합금의 기계적 성질이 가장 우수하여 이 합금계를 보통 초경합금이라 한다. 그리고, 초경합금의 응용분야는 각종 절삭공구에서부터 내마모, 내충격용 공구, 고온 고압용 부품 및 초내열재료 등 넓은 범위에서 사용된다.

상기와 같은 WC-Co합금계 초경합금의 성분은 주성분인 입도 0.5∼16㎛의 WC(탄화텅스텐), 결합금속으로 첨가되는 입도 1.0∼2.0㎛의 Co(코발트), 및 고용체로 첨가되어 초경합금의 경도 및 내열성을 향상시키는 TiC(탄화티타늄)와 초경합금의 내산화성을 향상시킴과 동시에 WC와 TiC의 입자성장을 억제하고, 초경합금의 내마모성과 강도를 향상시키는 TaC(탄화탄탈륨) 등이 있다.

일반적으로 자전고온합성법은 두 가지 이상의 고체화합물을 소정의 조성으로 배합하고, 볼밀 등과 같은 혼합기를 이용하여 일정시간 분쇄 및 각 성분을 균일하게 충분히 혼합하여 일정한 형태로 압축성형 또는 성형하지 않은 혼합물에 전류를 가하여 반응을 일으키게 함으로서 진행된다. 반응이 시작되면 반응시 방출되는 반응열에 의해 별도의 외부 열원이 없어도 반응이 자발적으로 진행된다. 자전고온합성법은 종래의 합성방법인 탄소열환원법 등에 이용된 고온 반응로가 필요없고, 제조공정이 간단하며, 점화만 시켜주면 반응이 자발적으로 진행되므로 에너지가 크게 절약되는 등의 장점이 있다.

제1도는 종래의 탄화탄탈륨 제조법을 설명하기 위한 블록도이다.

종래의 탄화탄탈륨 합성법은 탄소열환원법으로서, 이에 대한 대략적인 제조공정은 진공챔버 내부에 구비된 반응용기내에 원료물질(Ta₂O₅)과 탄소(C) 및 환원 제(Mg)를 소정의 조성으로 혼합하여 분쇄한 후, 장입한다. 그리고 고온반응로를 고온(1300℃이상)으로 가열한 후 수시간 동안 유지시켜 합성물을 제조하였다. 이는 반응에 필요한 고온으로 가열해 주어야 하기 때문에 에너지 소비가 많고, 온도상승 및 냉각시 장시간이 소요되어 생산성 및 작업효율이 떨어지며, 생산단가가 높게 되는 문제점이 있었다.

제2도는 자전고온합성법에 의한 탄화탄탈륨 제조법을 설명하기 위한 블록도이다.

따라서 본 발명의 목적은 상기에서와 같은 종래의 문제점들을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 자전고온합성법을 이용하여 탄탈륨과 카본을 1 : 1 ~ 1 : 1.2wt.%의 비율로 직접 반응 시킴으로서 0.8~2.0㎛의 입경을 갖는 탄화탄탈륨을 제조하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 탄탈륨과 카본을 직접 반응시키는 자전고온합성법에 의해 0.8~2.0㎛의 입경을 갖는 탄화탄탈륨을 제조하는 데 있어, 탄탈륨 원료가 1~5㎛의 입경을 갖고, 카본 첨가량이 1~1.2wt.%인 것을 특징으로 하는 탄화탄탈륨 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 사용된 탄탈륨 분말은 마모분쇄법(Attirition Mill)을 이용하여 12~24시간 분쇄한 1~5㎛의 입경을 갖는 분말이 바람직하다. 또한 원료분말로 사용된 카본 분말은 입경이 3㎛ 이상인 경우에는 반응표면적이 적어 반응성이 떨어져 고순도의 탄화탄탈륨을 제조하기 어려우므로 0.3~3㎛ 입경을 가진 카본분말로 제한하여 사용하였다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

입경 약 50㎛인 원료(탄탈륨 분말)를 먼저 1~5㎛정도의 입경으로 분쇄하기 위해 480℃에서 3시간 동안 수소화처리 한 후, attrition mill을 이용하여 12~24시간 분쇄하여 하였다. 그 후 무게비 1:1~1:1.2wt.% 범위의 조성을 갖는 반응혼합물을 볼밀을 이용하여 약 24시간동안 혼합하였다. 혼합한 분말을 진공건조로에서 80℃, 10시간 건조시켰고, 건조된 시편을 반응챔버에 장입하였다. 직경 2mm의 텅스텐 필라민트를 장착시킨 전극을 이동시켜 시편 상부 약 2~5mm 정도 위에 위치시켰다. 진공펌프와 진공게이지를 이용해 1×10^-3 torr의 진공을 유지한 후 아르곤가스 등의 불활성 가스를 취입하는 작업을 몇 번 반복한 후 변압기로부터 약 80~100암페어의 전류를 흘려주어 시편 상부를 점화하여 반응소결시킴으로서 탄화탄탈륨을 제조하였다.

제조된 샘플은 XRD회절분석 및 전자현미경관찰을 실시하였으며 그 결과를 제3도 및 제4도에 나타내었다.

제3도에 나타난 바와 같이 XRD분석결과, TaC 단일상이 형성되었음을 알 수 있었다. 또한 제4도의 전자현미경사진에 나타난 바와 같이 입경이 약 0.8~2.0㎛임을 확인할 수 있었다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 자전고온합성법을 이용한 탄탈륨과 카본의 직접반응에 의한 탄화탄탈륨 제조방법은 제조공정이 단순하고, 제조시간이 짧아, 에너지효율이 높고, 생산성 및 작업효율이 향상되는 장점이 있다.

Claims

원료로 탄탈륨(입경 1~5㎛)을 사용하고, 탄탈륨과 카본의 합성비율이 1:1~1:1.2wt%의 조성으로 혼합하여 자전고온합성법에 의해 제조된 탄화탄탈륨의 입경이 0.8~2.0㎛인 것을 특징으로 하는 탄화탄탈륨 제조 방법