KR20070089134A - 금속 또는 금속 합금 기질에 매립된 초경질 입자를포함하는 복합 재료 및 이것으로 제조된 다이어프램 - Google Patents

Abstract

경질이고 3차원적이며 비교적 낮은 질량을 가진 컴포넌트가 개시되어 있다. 상기 컴포넌트는 초경질 입자 또는 그릿, 예를 들어, 다이아몬드 및/또는 cBN으로 매립된 금속 또는 금속 합금 기질로 형성된 호일체를 가진다. 이것은 높은 강성과 낮은 질량의 조합이 요구되는 용도, 예를 들어, 오디오 용도 등에 이용될 수 있다.

Description

금속 또는 금속 합금 기질에 매립된 초경질 입자를 포함하는 복합 재료 및 이것으로 제조된 다이어프램{COMPOSITE MATERIAL COMPRISING ULTRA-HARD PARTICLES EMBEDDED IN A METAL OR METAL ALLOY MATRIX AND DIAPHRAGM MADE THEREOF}

본 발명은 컴포넌트(components), 특히 강성(rigidity)이 높고 낮은 질량(mass)을 가지는 오디오 컴포넌트, 그들의 제조에 이용되는 복합 재료 및 이러한 복합 재료 및 컴포넌트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

강성이 높고 질량이 낮은 구조체를 필요로 하는 용도는 많이 있다. 대표적인 용도는 실질적으로 모든 기계적 컴포넌트가 높은 강성 대 질량비를 가질 필요가 있는 항공 산업이다.

그러나, 가볍지만 강체에 대한 다른 용도의 범위가 있다. 특정 용도는 음향 확성기의 구동 유닛, 특히 고주파음의 정확한 재생을 위한 고주파 트위터(tweeter)의 생산이다.

인간의 귀는 통상 20 ㎐ 내지 20 ㎑를 커버하도록 적응되어 있다. 따라서, 고품질의 확성기 시스템은 적어도 이 주파수 범위에 걸친 주파수를 정확하게 재생 할 필요가 있다. 대표적인 고성능 확성기는 전기 신호를 음(압축)파로 변환시키는 효과적으로 기계적인 변환기인 2개 이상의 구동 유닛을 이용한다. 각 구동 유닛은 가청 범위의 특정 부분을 커버할 것이다. 상기 구동 유닛은 전후 이동하는 피스톤과 근사하여 공기의 압축 및 희박화를 창출할 수 있게 된다.

소형의 피스톤은 고주파에서 높은 음압레벨을 효율적으로 발생할 수 있는 반면, 보다 낮은 주파수에서 견줄만한 효율로 필적하는 음압레벨을 발생하기 위해서 보다 큰 직경의 피스톤이 필요한 것은 잘 알려져 있다. 전형적으로는 25 ㎜ 직경의 구동 유닛은 2 내지 20 ㎑의 주파수 범위에서 동작할 수 있는 한편, 소위 100 내지 250 ㎜ 직경의 대형의 구동 유닛은 100 ㎐ 이하까지의 낮은 범위의 주파수를 생성할 수 있다. 그러나, 보다 큰 구동 유닛은 일어날 수 있는 바람직하지 않은 진동이나 파손의 문제점으로 인해 고주파 음을 발생하는 데 용이하게 이용될 수 없다. 인간의 귀는 이들 브레이크-업 모드(break-up mode)에 의해 소리의 "음색"에 대해 매우 민감하다. 이 때문에, 고주파 구동 유닛은 작은 직경을 가진다. 최근, 인간의 가청 범위를 벗어난 주파수에서의 브레이크-업 모드의 존재는 소스(source)의 가청 열화를 초래할 수 있는 것이 입증되어 있다. 이 때문에, 왜곡 없이 20 ㎑보다 높은 주파수에서 작동할 수 있는 구동 유닛을 제작하려는 몇몇 시도가 행해지고 있다.

이상적인 확성기는 그의 감도를 증강시키기 위해 매우 낮은 질량을 갖는 동시에, 가청 출력에 영향을 미칠 수 있었던 동작의 주파수 스펙트럼 내 혹은 그 스펙트럼에 가까운 공명(resonance) 없이 매우 높은 강성을 가지게 될 것이다. 모든 실질적인 트위터 장치들은 당연히 질량을 가지며, 또한 공명도 가진다. 오디오 매체 및 증폭 시스템, 예를 들어, 소위 수퍼 오디오 포맷(Super Audio format)(SACD 및 DVDA)의 발달은 예를 들어, 표준 CD의 대역폭의 상한인 약 22 ㎑에 비해서 96 ㎑까지 현대의 스피커에 대해서 구동에 제공되는 주파수 범위를 확장시킨다.

높은 값의 영률(Young's modulus)과 낮은 밀도를 가진 재료를 이용해서 제작된 더욱 가볍고 더욱 경질의 트위터 구조체가 더욱 높은 주파수 공명을 보이는 것은 충분히 공지되어 있다. 이와 같이, 트위터에 다이아몬드를 이용하는 것은 잘 보고되어 있다. 종래 기술은 평균 범위로 제작된 스피커 돔의 다양한 형상을 기록하고 있지만, 보고된 성능의 이점은 일반적으로 나쁘고 이러한 스피커 돔은 널리 이용되지 않고 있다. 또한, 기하학적 범위에서 Al, Be 등의 기타 재료와 플라스틱을 기초로 한 트위터 장치의 실질적인 종래 기술도 있다.

미국 특허 제 5,556,464호 공보에는 스피커용의 다이아몬드 돔의 사용을 개시하고 있고, 상세하게는 가장자리 균열 전개를 제어하도록 설계된 방식으로 일체형 평면 플랜지의 가장자리를 종결할 필요성을 기재하고 있다. 또, 독일 특허 제 10049744호 공보에는 돔의 가장자리가 지지되어 있지 않도록 보이스 코일 포머(voice coil former) 상에 다이아몬드 돔 장착 오목부를 사용한 것이 개시되어 있다. 이러한 유형의 기하 형태는 출력 음향에 음색을 부여할 수 있는 돔 구조체 내에 일련의 원치않는 공명을 위해 제공된다. 더욱 최근에, 바우스너스(Bowers) 및 윌킨스(Wilkins)(B&W Loudspeakers Ltd, Dale Road, Worthing, West Sussex, England)는 다이아몬드 돔을 이용한 일련의 스피커를 개시하고, 그 설계는 공계류 중인 영국 특허 출원 제 0408458.8호 및 그의 기술적 주해 "Development of the B&W 800D"(2004년 11월 17일, B&W사 간행)에 기재되어 있다.

발명의 개요

본 발명에 의하면, 컴포넌트, 특히 오디오 컴포넌트는 금속 또는 금속 합금 기질(matrix)에 매립된 초경질 재료의 입자 또는 그릿(grit)으로 형성된 호일체(foil body)를 포함한다.

상기 초경질 입자 또는 그릿은 바람직하게는 다이아몬드 혹은 cBN(cubic boron nitride) 입자 또는 그릿이다.

다이아몬드 혹은 cBN 입자 또는 그릿을 금속 또는 금속 합금 기질에 매립하고 나서 얇은 호일체, 전형적으로는 3차원 구조체를 제작함으로써, 상기 컴포넌트는 금속 또는 금속 합금 단독을 이용해서 얻어지는 것보다 높은 비(specific) 영률 및/또는 낮은 밀도를 가진다.

상기 금속 또는 금속 합금 기질은 바람직하게는 높은 비강성도(specific stiffness)를 가진 금속(순수 금속 혹은 금속 합금)을 포함한다. 이러한 금속으로는 예를 들어 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨, 티타늄 등을 들 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 오디오 컴포넌트는 돔 세그먼트(dome segment)를 포함한다.

상기 컴포넌트의 형상은 바람직하게는 구체(sphere)의 세그먼트이다. 오디오 컴포넌트를 위한 기타 바람직한 형상은 타원형 또는 다른 원추형 단면의 세그먼 트의 대칭축을 중심으로 한 회전에 의해 정의된, 곡률 반경에 급격한 변화 없이 회전대칭축을 가진 타원면, 포물면 또는 쌍곡면의 세그먼트이다.

바람직하게는, 상기 컴포넌트는 스피커 돔으로서 사용하기에 적합하도록 일체형 코일 장착 플랜지(integral coil mounting flange) 또는 튜브(tube)를 가진다.

본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 컴포넌트는 고성능 트위터로서 사용하기에 적합하다.

본 발명은 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨, 티타늄 및 이들의 조합으로부터 선택된 금속을 포함하는 금속 또는 금속 합금 기질에 매립된 다이아몬드 입자 또는 그릿을 포함하는 복합 재료에 관한 것이다.

본 발명은 또한 금속 또는 금속 합금 기질에 매립된 다이아몬드 입자 또는 그릿으로 형성된 호일체를 포함하고, 상기 다이아몬드 입자 또는 그릿은 화학증착법에 의해 형성되어 있는 것인 복합 재료에 관한 것이다.

본 발명은 비교적 높은 강성과 낮은 질량을 가진 3차원의 구조체를 제조하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 초경질 연마제 입자 또는 그릿의 소스 및 금속 기질 재료를 제공하는 단계; 상기 초경질 연마제 입자 또는 그릿과 상기 금속 기질 재료를 함께 압축시켜 복합 스트립 또는 호일을 형성하는 단계; 및 상기 복합 스트립 또는 호일을 3차원 구조체로 형상화하는 단계를 포함한다.

이제 본 발명은 단지 예시적인 목적으로 첨부된 도면을 참가하여 보다 상세하게 기재될 것이다.

도 1은 여기서는 충전제 재료의 체적 분율의 함수로서, 알루미늄 기질 내 다이아몬드 충전제로 예시된 복합 재료의 영률 혹은 강성의 변동의 상하한을 표시한 그래프이고;

도 2는 본 발명의 컴포넌트의 바람직한 실시형태의 사시도이고;

도 3은 선 3-3 상에서의 도 2의 컴포넌트의 횡단면측면도이다.

바람직한 실시형태의 상세한 설명

본 발명은 경질인 동시에 3차원적이고 비교적 낮은 질량을 가진 컴포넌트의 형성에 관한 것이다. 상기 컴포넌트는 초경질 입자 또는 그릿, 바람직하게는 다이아몬드 및/또는 cBN 입자 또는 그릿으로 매립된 금속 또는 금속 합금 기질 복합체로 형성된 호일체를 포함한다. 상기 컴포넌트는 높은 강성과 낮은 질량의 조합이 요구되는 용도, 예를 들어, 오디오 용도에 사용될 수 있다.

명백하게 하기 위해, 일부의 용어를 다음과 같이 정의한다.

강성도(stiffness)란 재료의 탄성 계수(영률)에 관한 특정 기술 용어이다:

강성도 = 영률 = E.

종종 부차적인 주된 파라미터는 재료의 밀도이고, 그러므로, 추가의 용어는 다음과 같이 정의된다:

비강성도 = E/ρ (여기서, ρ = 밀도).

그러나, 동일한 강성도를 가진 재료를 이용하면, 예를 들어, 평판에 대해서 I형 빔(I beam)을 비교할 경우 다른 것보다 훨씬 덜 순응하는(compliant) 구조체를 구성하는 것이 가능하다. 그러므로,

강성 = 구부림에 의한 변형에 대한 구조체의 내성.

구조적 발포체의 구체적인 예에 있어서, 발포체의 강성은 그의 밀도에 비례해서 또한 그의 두께의 세제곱에 비례해서 변화한다. 단, 강성은 구부림에 대한 것이다. 압축에 대해서, 변형은 대략 밀도에 반비례하는 동시에 두께에 반비례해서 변한다.

구조적 발포체 또는 부분적으로 조밀화된 재료에 있어서, 추가의 주된 파라미터는 시트(sheet)의 단위 면적 당의 시트 밀도 또는 밀도이다:

시트 밀도 = ρ/A (여기서, A = 시트의 평면의 면적).

타원형 또는 다른 원추형 단면의 회전에 의해 바람직하게 정의된 구형 돔 또는 유사한 3차원 구조체에 있어서, 강성은 상기 구조체의 벽 또는 뼈대(shell) 두께의 함수이고, 또한, 돔(또는 유사한 3차원 구조체)이 일부를 형성하는 구체(또는 다른 구조체)의 곡률반경 및 돔(또는 유사한 3차원 구조체)를 형성하는 구체(또는 다른 구조체)의 비율과 같은 파라미터의 함수이다.

강성도, 비강성도, 강성 및 시트 밀도의 이들 정의는 본 명세서 전체에 걸쳐 상정된다.

다이아몬드 혹은 cBN이 장전된 금속 또는 금속 합금 기질 복합체로부터 형성된 3차원 컴포넌트 또는 본체는 바람직하게는 이하의 기준들 중의 하나 이상을 만족시킬 것이다:

a) 호일체는 얇은 층으로부터 형성될 것이고, 특히, 호일체를 형성하는 층의 두께는 바람직하게는 500 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 200 ㎛ 이하, 더더욱 바람직하게는 100 ㎛ 이하, 더욱더 바람직하게는 70 ㎛ 이하, 가장 바람직하게는 50 ㎛ 이하일 것이다;

b) 호일체를 형성하는 층의 두께는 바람직하게는 5 ㎛를 초과, 더욱 바람직하게는 10 ㎛를 초과, 더더욱 바람직하게는 20 ㎛를 초과, 더욱더 바람직하게는 30 ㎛를 초과, 가장 바람직하게는 40 ㎛를 초과할 것이다;

c) 호일체는 바람직하게는 다이아몬드 혹은 cBN 또는 이들 두 종의 혼합물을 바람직하게는 총 농도가 2체적%를 초과하도록, 보다 바람직하게는 5체적%를 초과하도록, 더 바람직하게는 10체적%를 초과하도록, 더욱 바람직하게는 20체적%를 초과하도록, 더욱더 바람직하게는 30체적%를 초과하도록, 더더욱 바람직하게는 40체적%를 초과하도록, 가장 바람직하게는 50체적%를 초과하도록 함유할 것이다;

d) 압축화 전의 평균 직경을 특징으로 하는 그릿 크기는 바람직하게는 60 ㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 30 ㎛ 미만, 더더욱 바람직하게는 20 ㎛ 미만, 더욱더 바람직하게는 15 ㎛ 미만, 가장 바람직하게는 10 ㎛ 미만일 것이다(멀티모달(multimodal) 그릿 분포에 있어서, 이 한계는 사용된 최대 그릿 크기에 관한 것이다);

e) 평균 직경을 특징으로 하는 그릿 크기는 바람직하게는 2 ㎛보다 크고, 더 바람직하게는 0.5 ㎛보다 크며, 더더욱 바람직하게는 1 ㎛보다 크고, 가장 바람직하게는 4 ㎛보다 클 것이다(멀티모달 그릿 분포에 있어서, 이 한계는 사용된 최대 그릿 크기에 관한 것이다);

f) 금속 기질 스트립의 최종 두께에 대한 압축화 전의 평균 직경을 특징으로 하는 그릿 크기의 비는 바람직하게는 0.5 미만, 더욱 바람직하게는 0.4, 더더욱 바람직하게는 0.3 미만, 더더욱 바람직하게는 0.25 미만, 가장 바람직하게는 0.22 미만이다(멀티모달 그릿 분포에 있어서, 이 한계는 사용된 최대 그릿 크기에 관한 것이다);

g) 금속 기질 스트립의 최종 두께에 대한 압축화 전의 평균 직경을 특징으로 하는 그릿 크기의 비는 바람직하게는 0.05보다 크고, 더욱 바람직하게는 0.1보다 크며, 더더욱 바람직하게는 0.15보다 크고, 더욱더 바람직하게는 0.18보다 크며, 가장 바람직하게는 0.2보다 크다(멀티모달 그릿 분포에 있어서, 이 한계는 사용된 최대 그릿 크기에 관한 것이다);

h) 금속 기질 스트립의 최종 두께에 대한 압축화 후의 평균 직경을 특징으로 하는 그릿 크기의 비는 바람직하게는 0.3 미만, 더욱 바람직하게는 0.25 미만, 가장 바람직하게는 0.22 미만이다(멀티모달 그릿 분포에 있어서, 이 한계는 사용된 최대 그릿 크기에 관한 것이다);

i) 금속 기질 스트립의 최종 두께에 대한 압축화 후의 평균 직경을 특징으로 하는 그릿 크기의 비는 바람직하게는 0.05보다 크고, 더욱 바람직하게는 0.1보다 크며, 더더욱 바람직하게는 0.15보다 크고, 더욱더 바람직하게는 0.18보다 크며, 가장 바람직하게는 0.2보다 크다(멀티모달 그릿 분포에 있어서, 이 한계는 사용된 최대 그릿 크기에 관한 것이다);

j) 호일체를 형성하는 층은 조밀화, 바람직하게는 완전 조밀화될 수 있거나, 단지 부분적으로 조밀화될 수 있거나 다공성일 수 있다.

특히, 본 발명은 확성기 구동 유닛의 적용에 있어서 이러한 컴포넌트의 용도에 관한 것이다.

상기 기준의 어느 것에 따라 제작된 컴포넌트는 돔 세그먼트일 수 있고, 이것은 스피커 돔으로서 사용하기에 적합한 일체형 코일 장착 플랜지 또는 튜브를 가질 수 있다. 특히, 상기 컴포넌트는 고성능 트위터 컴포넌트이다. 바람직하게는, 트위터 컴포넌트는, 주위로부터의 작용이 실질적으로 없는 이상적인 장착대(ideal mount)에서 시험한 경우, 이하의 성질의 하나 이상을 나타낸다:

a) 브레이크-업 주파수가 31 ㎑보다 크고, 바람직하게는 45 ㎑보다 크며, 더욱 바람직하게는 55 ㎑보다 크고, 더더욱 바람직하게는 65 ㎑보다 크며, 가장 바람직하게는 75 ㎑보다 크다;

b) 위상 롤-오프를 허용하고, 20 ㎑, 바람직하게는 30 ㎑, 더욱 바람직하게는 40 ㎑, 더더욱 바람직하게는 50 ㎑에서 측정된, 축 응답 곡선상의 이상적인 모델로부터의 축 응답 곡선의 편차는 5 dB 미만, 바람직하게는 3 dB 미만, 더욱 바람직하게는 2 dB 미만, 더더욱 바람직하게는 1 dB 미만, 가장 바람직하게는 0.5 dB 미만이다;

c) 20 ㎑에서, 바람직하게는 30 ㎑에서, 더욱 바람직하게는 40 ㎑에서, 더더욱 바람직하게는 50 ㎑에서 측정된 평탄한 응답(flat response)으로부터의 축 응답 곡선의 편차는 5 dB 미만, 바람직하게는 3 dB 미만, 더욱 바람직하게는 2 dB 미만, 더더욱 바람직하게는 1 dB 미만, 가장 바람직하게는 0.5 dB 미만이다.

상기 특성 a) 내지 c) 중의 하나 이상을 나타내는 트위터 컴포넌트는 일반적으로 당업자에 의해 고성능 트위터 컴포넌트로 평해지고 있다.

상기 사양에 대한 트위터는 고체 다이아몬드 트위터보다 낮은 비용으로 또한 고체 다이아몬드 트위터에 대한 기타 대체품보다 더욱 높은 오디오 품질로 현대의 오디오 소스에 대한 출력을 제공하는 데 이용될 수 있다.

본 발명의 이 실시형태의 바람직한 변형에 있어서, 상기 고성능 트위터 돔은 이하의 기준들 중의 하나 이상으로 제작된다:

a) 트위터 컴포넌트의 형상은 청취자 쪽에서 볼 때 볼록형이다.;

b) 트위터 컴포넌트의 형상은 구형상 돔에 기초하고 있다;

c) 트위터 컴포넌트의 형상은, 두 축 a, b(여기서, a≥b)에서 a/b가 1.5 미만, 바람직하게는 1.2 미만, 더욱 바람직하게는 1.1 미만, 더더욱 바람직하게는 1.05 미만, 가장 바람직하게는 1.01 미만이 되도록 되어 있는 타원형에 기초하고 축방향으로 대칭이다;

d) 트위터 컴포넌트의 형상은 축방향으로 대칭이고, 곡면부분은 원추 단면을 취하여 그것을 그의 대칭축을 중심으로 해서 회전시킴으로써 형성되고, 상기 원추 단면은 적절한 기하 형태의 원뿔의 회전대칭축에 평행한 평면에 의해 규정된다;

e) 트위터 컴포넌트는, 보이스 코일에 포머를 직접 제공하거나 또는 대안적으로 별도의 보이스 코일 포머에 예를 들어 Al 또는 캅톤(Kapton)으로 이루어진 기계적 부착수단을 제공하는 일체형 축방향 튜브 컴포넌트로 제작된다;

f) 트위터 컴포넌트는 층 혹은 시트 두께, 조밀화도 또는 두께를 통한 조밀화의 분포, 또는 존재할 경우의 그릿 입자의 상기 층의 평면 내 그리고 그의 두께를 통한 분포를 국소적으로 변경시키는 등의 기법에 의해 시트 밀도 및 국소 강성의 특정 프로파일로 제작된다 - 바람직하게는 이들 파라미터의 프로파일은 특히 컴포넌트의 가장자리 영역 및 스커트 혹은 보이스 코일 장착대에서 강성을 증강시키고, 특히 컴포넌트의 중심 영역에서 질량을 감소시키도록 선택된다;

g) 그의 회전 대칭 축의 아래쪽으로 볼 경우 트위터 컴포넌트의 3차원적으로 만곡된 부분의 직경은 20 ㎜를 초과, 바람직하게는 24 ㎜를 초과, 더욱 바람직하게는 26 ㎜를 초과, 더더욱 바람직하게는 28 ㎜를 초과, 가장 바람직하게는 30 ㎜를 초과한다;

h) 트위터 컴포넌트의 곡률 반경은 일정하며, 15 ㎜를 초과, 바람직하게는 18 ㎜를 초과, 더욱 바람직하게는 20 ㎜를 초과, 더더욱 바람직하게는 22 ㎜를 초과, 가장 바람직하게는 24 ㎜를 초과한다;

i) 트위터 컴포넌트의 곡률 반경은 일정하지 않으며, 모든 지점에서 15 ㎜를 초과, 바람직하게는 18 ㎜를 초과, 더욱 바람직하게는 20 ㎜를 초과, 더더욱 바람직하게는 22 ㎜를 초과, 가장 바람직하게는 24 ㎜를 초과한다.

금속 또는 금속 합금에 매립된 그릿으로 이루어진 복합 재료로 형성된 완전히 조밀화된 본체의 경우, 복합 재료의 강성도의 증가는 두 재료의 영률에 따라 좌우된다. 일반적으로 충전제의 강성도는 기질 재료보다 훨씬 높을 것이다. 예를 들어, 다이아몬드의 영률은 대략 1,000 ㎬인 반면, 알루미늄의 영률은 단지 80 ㎬이다. 따라서, 다이아몬드는 알루미늄보다 10배 이상 강성이다. 복합재 재료의 강성도는 두 한계치 사이에 놓이도록 추정될 수 있다. 최상의 사례에 있어서, 혼합물의 규칙과 동일하지만, 최악의 사례에 있어서는 강성도는 다음과 같은 관계를 이용해서 산출된다:

Ec=1/(Vf/Ef)+((1-Vf)/Em)

식 중,

Ec = 복합재료의 영률;

Vf = 충전제의 체적 분율;

Ef = 충전제의 영률;

Em = 기질의 영률.

알루미늄과 다이아몬드로 이루어진 복합재에 대한 데이터는 첨부하는 도 1에 플롯되어 있다. 이 데이터로부터, 복합재의 영률이 가능한 한 높은 것을 확보하기 위해서는 높은 영률의 충전제의 분획이 많이 필요하다는 것을 알 수 있다. 성능의 최대 증가는 상기 분획을 80% 이상까지 증가시킴으로써 달성된다. 이 분획은 실질적으로 모노모달 구형 분말을 밀착 패킹함으로써 이론적으로 얻어질 수 있는 것을 초과하고, 또한 후술하는 바와 같이 멀티모달 그릿 분포를 이용하는 이득을 입증한다.

높은 비강성도 구조체를 생산하는 또 다른 방법은 점유된 틈새 부피를 많이 남기는 것, 즉 부분적으로 조밀화된 또는 다공성 구조체로 하는 것이다. 이 방법은 몇몇 이점을 가진다. 첫째로, 충전제를 사용할 경우, 높은 영률의 충전제 입자가 서로 접촉하여, 양호한 강성도를 부여한다. 두번째로, 이 구조체의 밀도가 감소되고, 따라서, 그와 같이 주어진 두께용의 질량으로 된다. 감소된 유효 밀도는 구조체를 두껍게 함으로써 유리하게 사용될 수도 있다. 이러한 부분적으로 조밀화되거나 다공성의 구조체를 작성하는 것은 상기 재료를 제작해서 형상화하는 기법을 제한할 수 있다. 하나의 방법에 있어서, 높은 영률의 충전제는 소정 두께의 적절한 금속층으로 코팅된다. 이어서, 이 코팅된 분말은 유기 바인더(예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜, PEG)를 이용해서 정밀정형(near net shape)의 성형체로 가압하고, 최종적으로 소성해서, 부분적으로 조밀화된 일체형 구조를 생성한다.

초경질 그릿 등을 함유하는 부분적으로 조밀화된 금속 재료에 있어서, 최종 형태의 밀도는 컴포넌트의 두께를 통해서 혹은 주된 치수를 가로질러 선택적으로 변경될 수 있다. 이와 같이 해서, 컴포넌트를 형성하는 층은 상기 층 혹은 시트 두께, 조밀화도 또는 두께를 통한 조밀화의 분포, 또는 존재할 경우의 그릿 입자의 상기 층의 평면 내 그리고 그의 두께를 통한 분포를 국소적으로 변경시키는 등의 기법에 의해 시트 밀도 및 국소 강성의 특정 프로파일로 제작될 수 있다. 예를 들어, 내부에 비해서 상기 층의 표면에서의 재료의 밀도를 증가시킴으로써, 이것은 주어진 두께 및 질량을 위해 강성을 증가시킨다. 대안적으로는, 그릿이 존재할 경우, 상기 내부에 비해서 상기 층의 표면에서의 그릿 입자 밀도를 증가시킴으로써, 이것은 주어진 두께 및 질량을 위해 강성을 증가시킨다. 이들 두 효과는 서로 조합되거나, 층 두께의 변화와 조합될 수 있다. 많은 상이한 가능성에 대한 최적 선택은 컴포넌트의 정밀한 기하 형태 및 사용된 제조방법의 상세에 따라 좌우된다.

전형적인 금속 기질 복합재는 큰 종횡비를 가진 고강성도의 충전제 상을 이용한다. 첫번째로, 기질 상과 비교해서 충전제의 영률의 차이가 클수록, 충전제 상을 형성하는 입자에 대한 큰 종횡비의 이득이 크다. 압축화에 의해 형성된 시트의 경우, 특히 충전제 상이 다이아몬드 혹은 cBN인 경우, 반복된 압축화 및 압연 단계 동안 일어나는 입자 크기/형상의 정세는 높은 애스펙트 다이아몬드 입자에 첨가하는 이점을 제한하고, 따라서, 대략적으로 등축인 그릿 입자는 특히 다이아몬드가 고압고온(HPHT) 합성 다이아몬드 또는 천연 다이아몬드인 경우 일반적으로 바람직하다.

Al 금속의 밀도는 2.7 g/㎤이다. 다이아몬드의 밀도는 다소 높은 3.51 g/㎤이고, 따라서, 복합재의 밀도는 다이아몬드 함량의 증가에 따라 다소 상승하지만, 강성도보다 훨씬 더 느리게 상승한다. 그러나, 부분적으로 치밀하거나 다공성 구조체인 경우, 밀도는 복합재를 형성하는 재료의 밀도의 중량평균 이하로 감소하여, 심지어 2.7 g/㎤ 이하로 될 수 있는 반면, 강성도는 여전히 증가될 수 있다.

다이아몬드 혹은 cBN 그릿은 당업계에서 공지된 다수의 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 그릿은 다이아몬드 혹은 cBN 초경질 재료를 분쇄함으로써 제조될 수 있고, 그의 면밀한 제어는 그들의 "블록성"(blockiness)이 다른 그릿 형태의 범위를 제공할 수 있고, 이 블록성은 그릿 입자의 최대 치수와 최소 치수 간의 편차나 종횡비의 척도이다. 분쇄 후, 그릿에는 크기 분급화 및 화학적 라운딩(rounding) 혹은 연마를 포함한 추가의 처리가 수행될 수 있다. 다이아몬드 및 cBN은 상이한 그릿 크기의 범위에서 얻어질 수 있고, 예를 들어, 나노 다이아몬드는 전형적으로 5 내지 100 ㎚ 범위의 크기로 이용가능하며, 폭발 합성(explosion synthesis), 레이저 합성 등의 기법에 의해 형성될 수도 있다. 크기가 큰 것으로는 예를 들어, 50 ㎚의 크기 분포로 이용가능한 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛ 범위의 서브마이크론 그릿, 및 1 ㎛ 내지 20 ㎛ 이상의 범위를 커버하는 마이크론 크기의 그릿 등을 포함한다. 보다 큰 크기의 그릿은 다른 적절한 방법이 사용될 수 있더라도, 일반적으로 고압고온 기법을 이용하는 프레스에서 합성된다.

그릿 제조의 추가의 신규의 방법은 다결정 CVD 다이아몬드 합성이다. 임의의 성장 조건 하에, 충분히 상호 성장(inter-grown)되지 않은 높은 성장속도로 원주형상 알갱이를 형성시키는 것이 가능하고, 화학적 에칭이나 분쇄 등의 방법에 의해 분리될 수 있다. 이러한 다이아몬드 그릿은, 주의 깊은 제조에 의해, 종횡비가 전형적으로 1.2를 초과하고, 더욱 바람직하게는 1.5를 초과하며, 더욱더 바람직하게는 2.0을 초과하고, 가장 바람직하게는 3.0을 초과하는 입자를 형성하는 것이 가능하다는 점에서 독특하다. 훨씬 큰 종횡비를 가진 그릿도 가능하지만, 이들은 일반적으로 제품에 있어서 유리한 이점을 제공하기 위해 압축화 단계 동안 그대로 잔존하지 않는다. 또한, 평면 기판상에 CVD 성장법에서 존재하는 유일한 성장 방향 때문에, 다결정 다이아몬드층에 생성된 개별의 CVD 다이아몬드 결정체의 내부 성장 형태는 이들을 HPHT 그릿보다 본 발명의 압축화 및 압연 단계 동안 등축 입자 형태로의 감소에 덜 민감하게 한다. 이것은 금속 기질 복합재의 형성을 가능하게 하며, 이 복합재에 있어서 강성도는 입자의 장축이 바람직한 배향 분포를 가진다면 특정 평면 혹은 방향으로 증강되거나, 또는 그 배향이 랜덤하다면 강성도가 전체적으로 증가한다. 어떤 경우에는, 균열 및 크기 감소가 압연 동안 일어나지만, 균열면은 바람직하게는 초기 CVD 성장 방향을 포함하거나 당해 성장방향에 가깝게 놓여, 재료의 고 종횡비를 유지하거나 증강시킨다. 압축화 및/또는 압연 후 이러한 비등축 입자의 정확한 배향 분포는 후속의 가공 단계의 상세에 따라 좌우된다. 비등축 다이아몬드 미세결정 또는 다이아몬드 입자의 사용은 정밀정형으로 직접 형성된 다공성 성형체에서 특히 유리하다. 비등축 CVD 다이아몬드의 다른 형상은 예를 들어 미세 필라멘트 상에 성장된 다결정성 휘스커(whisker)이고, 그 후, 필라멘트는 화학적으로 제거될 수 있다. 이들은 또한 전술한 비등축 CVD 다이아몬드의 이점의 일부가 결여되어 있더라도 사용될 수 있다.

그릿은 코팅하지 않은 상태로 사용될 수 있거나 또는 코팅되어 있을 수도 있다. 특히, 다이아몬드 혹은 cBN 그릿 입자에 강력하게 기질 재료를 결합시키는 것은 유리하다. 이것은 다이아몬드 그릿의 표면에서 공유 결합 카바이드를 형성함으로써 다이아몬드 그릿에 의해 가장 잘 달성된다. 전형적으로, 이것은 상기 입자를 Ti, Ta, W, Cr, Va, Nb, Zr 등의 금속으로 코팅하고, 다이아몬드와의 반응에 의해 관련된 카바이드를 형성함으로써 제조된다. 다양한 수단이 그릿 입자를 코팅하는 데 이용될 수 있고, 주된 요소는 최종 산물의 밀도에 대한 영향을 최소화하기 위해 가능한 가장 얇은 층을 이용해서 최대 표면 보호를 달성하는 것이다. 예를 들어, Ti 코팅을 이용할 경우, 층 두께는 전형적으로 5 ㎚ 내지 80 ㎚의 범위, 더욱 바람직하게는 10 ㎚ 내지 40 ㎚의 범위이다. 다이아몬드 상의 티타늄 코팅은, 알루미늄 카바이드가 공유 결합보다는 오히려 크게 이온성이므로, 금속 기질이 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 경우 특히 유리하다. Ti 금속의 밀도는 4.51 g/㎤이다. 따라서, 다이아몬드를 Al 기질에 강력하게 결합시키는 데 필요한 것 이상의 과잉의 Ti 코팅은 바람직하지 않다는 것이 입증되었다. 이 점에 관해서, cBN은 알루미늄 기질과 직접 더욱 강력하게 결합을 형성하는 이점을 가지므로, 이 그릿-기질 조합에서의 코팅의 이용은 일반적으로 유리하지 않다.

금속 기질을 형성하기 전에 그릿에 금속 코팅을 도포하는 방법은 CVD 코팅 기법, 증발 기법, 스퍼터 코팅법, 플라스마 분무법 및 열 분무법을 포함한다. 또한, 졸-겔 과정과 같은 유기 화학계 기법의 영역을 사용할 수 있다. 이러한 방법에 있어서, 그릿의 표면은 유기층 및 그 층에 결합된 유기물을 수반하는 금속에 의해 제조되고, 이어서 진공 혹은 제어된 분위기하의 회전드럼로와 같은 열처리를 사용해서 유기원소들을 제거하여 카바이드를 형성한다.

영률을 최대화하기 위해 최종 복합재에서의 다이아몬드 혹은 cBN의 체적을 최대화하고 금속 기질의 체적을 최소화하는 것은 일반적으로 유리하다. 이것은 최종 형태가 생산될 수 있도록 최종 재료에서의 충분한 가공성을 유지하는 것과 균형을 이룰 필요가 있다. 다이아몬드 혹은 cBN 그릿의 체적에 의해 총 함유량을 증가시키는 특히 유용한 방법은 바이모달, 트라이모달 혹은 기타 멀티모달 그릿 크기 분포를 이용하는 것이다. 예를 들어, 바이모달 그릿 분포에 있어서, 보다 큰 그릿 크기의 입자 간의 간극은 보다 작은 그릿 크기의 그릿 입자로 실질적으로 메워질 수 있다. 트라이모달 분포에 있어서, 가장 작은 그릿 크기의 입자가 나머지 간극을 메울 수 있다. 전형적으로 트라이모달(또는 바이모달과 마찬가지로) 그릿 분포에 있어서, 상이한 그릿의 크기는 약 10배만큼 다양하며, 예를 들어, 4 ㎛, 0.4 ㎛ 및 40 ㎚를 포함한다. 멀티모달 그릿 분포를 이용하면, 금속 기질 복합재에서 80 체적% 이상의 그릿 함량을 달성하는 것이 가능하다. 그릿 크기 분포는 금속 기질 복합재의 후속의 처리에 의해 더욱 변경가능하며, 이것은 또한 유리하게 이용될 수 있다. (전체적으로 충분히 치밀한 고형물 체적에 비해서) 높은 그릿 밀도는 특히 다공성 구조체와 조합해서 특히 이용될 수 있다.

특히 유리한 조합으로는, 예를 들어, 알루미늄 기질을 이용할 경우, 보다 큰 그릿 크기에 대해서는 바람직하게는 예를 들어 Ti로 코팅된 다이아몬드 그릿을 이용하고, 보다 작은 그릿 크기에 대해서는 코팅되지 않은 cBN을 사용한다. 이것은 그릿의 코팅된 표면적이 그릿 크기의 감소에 따라 급속히 상승하기 때문에 코팅 금속의 전체적인 함량을 최소화하고, 이에 따라, 멀티모달 그릿 분포의 이득을 얻으면서 복합재의 밀도도 최소화한다.

당업계에 공지된 최종 금속 기질을 형성하는 방법은 광범위하게 다양하다. 단지 예로서, 본 명세서에서는 소수의 변형예에 대해 설명한다. 화학적 연마 혹은 금속 코팅과 같은 임의의 전처리가 수행된 1개 이상의 그릿 크기를 선택한 경우, 금속 기질 복합재의 형성시의 다음 단계는, 예를 들어, 회전드럼 혼합용기와 같은 기법을 이용해서 분말 형태의 금속 기질에 일반적으로 혼합되는 것이다. 다음에, 가공가능한 스트립의 형성은 유기바인더를 임의적으로 추가하고, 바인더와 금속 기질 혼합물을 포함하는 스트립을 붓거나 압출하거나 혹은 캐스팅하는 것을 포함할 수 있다. 다음에, 이 스트립은 압연 및 어닐링을 포함한 일련의 단계에 의해 최종 제품으로 압축된다.

전형적으로, 초기의 압축되지 않은 층 혹은 스트립은, 일부의 용도에 있어서 Fe, Ni 또는 Co를 기초로 한 것을 비롯한 기타 금속이 적합하다고 해도, 예를 들어, 스테인레스 강으로 이루어진 지지 스트립 상에 캐스팅함으로써 형성된다. 바인더를 건조시키거나 경화시킴으로써, 상기 스트립은 취급하고자 하는 충분한 기계적 일체성을 지닌 자체-지지 스트립의 형태로 전환되고, 상기 지지 스트립으로부터 떼어낸 후 더욱 가공될 수 있다. 대안적으로, 후속의 압축화 및 어닐링 단계의 일부 또는 전부는 지지 스트립에 의해 여전히 지지된 금속 기질 스트립에 대해서 일어날 수 있고, 금속 기질 스트립이 일단 충분히 기계적으로 강건하거나 최종 형태로 처리된 때에 분리가 일어나게 된다.

최종 제품의 형성은 다음에 중간 어닐링과 함께 일련의 냉간 혹은 열간 압연 단계를 포함하여, 스트립의 두께를 감소시키고, 바인더를 제거하며, 스트립을 충분히 조밀화하고, 이어서 최종적으로 스트립 두께를 용도에 따라 요구되는 두께로 감소시킬 수 있다. 어닐링 단계를 제어함으로써, 최종 스트립에서의 가공 경화도를 제어할 수 있다. 표준의 잘 알려진 윤활제를 이용해서, 층이 롤러를 원활하게 통과하는 것을 확실하게 할 수도 있다.

스트립을 형성하는 방법에 대한 두 가지 특정 변형예는 다음과 같다:

a) 스테인레스 강으로 이루어진 것과 같은 지지 금속 스트립 상에 상기 분말을 건식 캐스팅하고 나서, 이 조합된 스트립은 적어도 초기 압연 단계(들) 및 임의적으로 초기 어닐링 단계(들)를 통과시키고 나서, 금속 기질 복합재 스트립을 상기 지지 스트립으로부터 분리한 후, 임의적으로 압연/어닐링에 의해 더욱 가공한다. 건조 분말에 대한 변형예에서는 서로 수평방향으로 배치된 두 개의 롤러 사이에 직접 하향으로 상기 분말을 공급하고, 지지 스트립을 이용하지 않고 자체-지지 스트립을 형성한다;

b) 물과 이 물속에 분산되거나 용해된 바인더와의 혼합물을 첨가해서 건조 분말로부터 슬러리를 형성한다. 전형적으로, 상기 바인더는 메틸 셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 바인더이다. 상기 바인더는 제 1 압축 성형화 후의 열처리 공정(들) 동안 입상체 혼합물로부터 제거되도록 주의해서 선택한다. 임의적으로 포타슘 다이크로메이트 등의 부식 억제제가 상기 혼합물에 첨가될 수 있다. 이 슬러리는 다음에 스테인레스 강 등의 금속 지지 스트립 상에 캐스팅시키고 나서 건조시켜 가요성 필름을 형성한다. 이 필름은 이 단계에서 지지 스트립으로부터 자체 지지되어 분리될 수도 있다. 대안적으로 이 필름은 상기 지지 스트립 상에서 더욱 가공될 수 있고, 예를 들어, 적어도 초기 압연 단계(들)와 임의적으로 초기의 어닐링 단계(들)를 통과하고, 다음에, 상기 금속 기질 복합재 스트립을 상기 지지 스트립으로부터 분리한 후, 임의적으로 압연/어닐링에 의해 더욱 가공한다.

가공 방법에 대한 다른 변형예로는 종래의 프레스 및 다이 기법을 포함할 수 있다. 열간 프레스 및 어닐링의 단일 혹은 다수의 단계도 최종 치수와 형상으로 직접 분말을 조밀화하고 형상화하는 양쪽 모두에 이용될 수 있다. 따라서, 최종 형태로의 형상화는 조밀화 과정의 일체적인 부분일 수 있거나, 또는 스트립 혹은 원료 금속 기질 복합 재료의 다른 형태에 대해 수행된 후속의 처리일 수도 있다. 후자의 경우, 최종 형태로의 형상화는 재차 냉간 혹은 열간 프레스 가공 등의 방법에 의한 것일 수 있다. 이들 최종 형상으로 형성하는 방법은 100%의 높은 영률 재료로 이루어진 컴포넌트를 제조하는 데 이용된 것보다 상당히 더욱 간단하다.

프레스 및 유사한 기법의 독특한 특징은 최종 형태에서의 호일이 일반적으로 균일한 두께를 갖지 않는다는 점이다. 특히, 초기의 평탄한 층으로부터 편차를 형성하기 위해 연신된 영역은 더욱 얇아지는 경향이 있다. 금속 기질 스피커 컴포넌트의 경우, 이것은, 3차원적으로 만곡된 영역의 정점 부근의 호일의 얇은 부분과, 보이스 코일의 부착점을 형성하는 스커트 혹은 관형상 연장부 부근의 두꺼운 부분을 포함하는 스피커의 형태가 이러한 고강도를 필요로 하지 않는 지점에서 질량을 감소시키고, 이에 따라 음향 특성을 향상시키는 특히 유리한 설계이므로 유리하게 활용될 수 있다.

대안적으로는, 특히, 바람직하게는 부분적으로 조밀화되거나 다공성인 최종 형태로 직접 압축하는 경우, 최종 구조체 내의 다이아몬드 입자의 크기, 형태 및 분포를 제어해서 변화시키고, 또한 압축화 정도 혹은 다공도를 변화시키는 것도 가능하다. 그릿 크기 및 형태는 비록 복잡하게 수행되더라도 몰드에 첨가한 시점에서 제어될 수 있고, 또는 구조체를 횡단하는 각 지점에서의 압축화 정도 및 조건에 의해 제어될 수 있다. 일례로서, 주로 만곡이 부여된 최종 구조체의 영역들은 매우 고도로 다공성으로 제조될 수 있어, 질량을 증가시키는 일없이 강성도를 증가시킬 수 있는 반면, 주로 압축 혹은 장력 하에 있던 영역들은 더욱 고도로 압축될 수 있다. 이들 변형은 구조체의 외부 두께를 변화시키는 것에 대해 추가적이거나 양자택일적일 수 있다. 트위터 컴포넌트의 특정 경우에 있어서, 컴포넌트의 정점은 주로 만곡 하에 있으므로, 이것은 더욱 다공성으로 더 낮은 밀도로 제조될 수 있고, 이에 따라, 강성도를 증가시키는 한편 질량의 감소를 허용한다. 이 영역에서의 두께는 이어서 정확한 설계 및 다공도를 증감시킬 수 있다.

본 발명의 트위터 컴포넌트는 종래 기술보다 많은 이점을 가진다. 특히, 다이아몬드 혹은 cBN의 극도의 강성도에 의해 증강된 성능을 제공하고, 고체 다이아몬드 트위터 돔의 강성도에 더욱 접근할 수 있지만, 다이아몬드 또는 기타 초경질 입자 함량은 비용적으로 훨씬 적으므로, 저비용으로 될 수 있다. 또한, 최종 형상으로 형성하는 방법은 잘 확립되고 최종 제품에 대한 다이아몬드 합성 기술보다 더욱 다목적의 기술을 이용한다.

게다가, 이상적인 트위터 컴포넌트는 동작 대역폭 내 혹은 당해 대역폭에 가까운 자연적인 공명을 가지지 않는 고강성 구조체를 포함한다. 동작 대역폭 밖이지만 그 대역폭과 근사한 공명(예를 들어, 동작 대역폭의 2 옥타브 이내, 심지어 5 옥타브 이내)도 동작 또는 가청 대역폭 내에서 왜곡이나 고조파로 될 수 있다. 금속 기질 재료를 주의 깊게 조절함으로써, 고강성도를 얻는 것이 가능한 동시에 어떠한 공명도 감쇠시킬 수 있고, 이에 따라 얻어진 음질을 더욱 향상시킬 수 있다.

더욱 종래의 스피커 기술과 비교해서, 다이아몬드 또는 cBN 그릿을 포함하는 금속 기질 복합체는 더욱 경량이고/이거나 더욱 강성의 용액을 제공한다.

이하의 비제한적인 예를 참조해서 단지 예로서 본 발명에 대해 이하 설명한다.

실시예 1

분쇄된 상태의 6 ㎛ 다이아몬드 그릿을 충전제 상(phase)으로 선택하고 화학적으로 세척하였다. 금속 기질은 Al이 되도록 선택하였고, 이것은 평균 입자 크기가 7 내지 15 ㎛이고 최대 입자의 한계가 < 53 ㎛인 99.5% 순수 Al 입자로서 제조되었다. 다음에, 금속 기질 재료의 두 성분을 다이아몬드가 25 체적%를 형성하도록 혼합 드럼에서 혼합하고 나서, 수 중 메틸 셀룰로오스의 첨가에 의해 슬러리로 전환시켰다. 이어서, 이것을 스테인레스 강 지지 스트립 위에 캐스팅하고 건조 후, 상기 지지 스트립으로부터 분리해서 대략 전형적으로 두께 1.2 ㎜, 조밀도 35 내지 40%의 자체-지지 필름을 형성하였다. 이것은 제 1 압연 단계 및 어닐링 사이클에 의해 두께가 약 0.45 ㎜, 조밀도가 약 80%인 층으로 감소되었고, 제 2 압연 및 어닐링 사이클 후에는 두께가 0.4 ㎜, 조밀도가 약 99%인 층으로, 또한, 제 3 압연 및 어닐링 사이클 후에는 두께가 약 0.35 ㎜인 완전히 치밀한 층으로 감소되었다. 이들 어닐링 단계는 전형적으로 질소 중 약 650℃에서 수행되어 바인더를 제거하였다. 또한, 완전히 치밀한 층의 두께의 감소는 다수의 압연 과정을 통해 얻어졌으며, 어닐링 때마다의 두께는 이전의 어닐링의 것과 비교해서 약 70%였고, 압연 과정의 횟수는 약 10회 내지 약 40회까지 지속적으로 증가시켰다. 어닐링은 공기 중 약 450℃에서 일어났다. 이것은 최종 스트립의 두께가 50 ㎛가 될 때까지 계속되었고, 최종 어닐링이 완료되었다.

실시예 2

혼합 및 압축 전에 당업계에 공지된 방법에 의해 다이아몬드 그릿을 Ti로 예비 코팅하여 20 내지 30 ㎚ 두께의 층을 형성한 이외에는 실시예 1을 수행하였다.

실시예 3

충전제가 실시예 2에서처럼 Ti로 예비 코팅된 6 ㎛ 다이아몬드 그릿을 20%의 총 체적%까지, 그리고 코팅되지 않은 0.6 ㎛ cBN 그릿을 총 15 체적%까지 포함하는 것 이외에는 실시예 1의 방법을 수행하였다.

실시예 4

실시예 1 내지 3에서 제조한 재료를 이용해서, 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이 3차원의 강성 구조체, 특히 스피커 용의 트위터 돔을 형성하였다. 최종적으로 완전하게 치밀한 형태의 스트립을 스테인레스 강 공구를 이용해서 몰드에 열간 프레스를 실시하여, 트위터(10)를 형성하였고, 이 트위터는 가장 넓은 지점(12)에서의 직경이 28 ㎜였고, 반경 24 ㎜를 지닌 구체의 세그먼트를 형성하였다. 또한, 가장자리(14) 둘레에는, 직경 28 ㎜인 원통의 일부를 형성하는 테(16)가 있었고, 이것은 1 ㎜ 연장되어 보이스 코일 포머(도시 생략)용의 부착 수단을 제공하였다.

실시예 5

실시예 1 내지 4에 기재된 과정들의 초기 단계에서 형성되기 전의 두께의 범위까지 실시예 1의 방법에 의해 자체-지지 스트립을 제작하고, 완전히 조밀화가 완 료되기 전에 제거하였다. 특히, 조밀화율 45%, 80% 및 95%이고 두께 50 ㎛ 내지 200 ㎛인 재료가 작성되었다. 이들 재료는 이어서 열간 프레스법과 냉간 프레스법의 양쪽 모두를 이용해서 최종 형상으로 직접 성형하고 나서, 어닐링을 실시하여, 도 2 및 도 3에 예시된 것과 마찬가지 형상으로 조밀화도를 변경시킨 최종 형태의 트위터 컴포넌트를 형성하였다. 특히, 상기 재료는 가장 넓은 점에서의 직경이 28 ㎜인 트위터를 형성하도록 스테인레스 강 공구를 이용해서 몰드 속에서 열간 프레스처리되어, 반경 24 ㎜를 가진 구체의 세그먼트를 형성하였다. 또한, 가장자리 둘레에는, 직경 28 ㎜의 원통의 일부를 형성하는 테가 있었고, 이것은 1 ㎜ 연장되어 보이스 코일 포머의 부착 수단을 제공하였다.

실시예 6

다이아몬드/알루미늄 슬러리를 실시예 1에 기재된 방법으로 제조하였다. 다음에, 이것을 스테인레스 강 공구를 이용해서 최종 형상에 가깝게 캐스팅하고, 건조시키고 나서, 상기 공구로부터 분리해서, 전형적으로 두께 130 ㎛, 조밀화 35%이고, 돔의 정점 부근에서 110 ㎛까지 얇게 되어 있는 자체-지지 돔 구조체를 형성하였다. 다음에, 이것은 스테인레스 강 공구를 이용해서 두 압축화/어닐링 단계를 통해서 최종 형상으로 압축되어, 모든 지점에서 두께 60 ㎛이고 돔의 정점에서의 조밀화는 64%까지 감소된 채 체적의 대부분은 약 75%의 조밀화를 가진 돔을 얻었다. 돔의 정점 부근에서의 감소된 조밀화는 또한 이 영역에서의 그릿 크기가 다소 큰 그릿 크기 분포를 유지하는 것을 가능하게 한다. 첫번째 압축화 후의 어닐링은 약 650℃에서 수행하여, 바인더를 제거하는 한편, 두번째 압축화 단계 후의 어닐링 은 Al 내에서 제어된 가공 경화도를 유지하도록 하기 위해서 감소된 온도범위에서 수행하였다.

Claims (39)

1. 금속 또는 금속 합금 기질(matrix)에 매립된 초경질 재료의 입자 또는 그릿(grit)으로 형성된 호일체(foil body)를 포함하는 컴포넌트.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 초경질 입자 또는 그릿은 다이아몬드 혹은 cBN(cubic boron nitride) 입자 또는 그릿인 컴포넌트.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 호일체의 두께는 5 ㎛ 내지 500 ㎛인 컴포넌트.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 호일체의 두께는 20 ㎛ 내지 100 ㎛인 컴포넌트.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 호일체의 두께는 40 ㎛ 내지 50 ㎛인 컴포넌트.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 호일체는 다이아몬드 혹은 cBN 입자 또는 그릿, 또는 이들의 혼합물을 2체적% 를 초과하는 총 농도로 함유하는 컴포넌트.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 호일체는 다이아몬드 혹은 cBN 입자 또는 그릿, 또는 이들의 혼합물을 10체적%를 초과하는 총 농도로 함유하는 컴포넌트.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 호일체는 다이아몬드 혹은 cBN 입자 또는 그릿, 또는 이들의 혼합물을 30체적%를 초과하는 총 농도로 함유하는 컴포넌트.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 호일체는 다이아몬드 혹은 cBN 입자 또는 그릿, 또는 이들의 혼합물을 50체적%를 초과하는 총 농도로 함유하는 컴포넌트.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    압축화 전의 평균 직경으로 특징화된 입자 또는 그릿의 평균 크기는 0.2 ㎛ 내지 60 ㎛인 컴포넌트.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

    압축화 전의 평균 직경으로 특징화된 입자 또는 그릿의 평균 크기는 1 ㎛ 내지 20 ㎛인 컴포넌트.
12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    압축화 전의 평균 직경으로 특징화된 입자 또는 그릿의 평균 크기는 4 ㎛ 내지 10 ㎛인 컴포넌트.
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 호일체는 경질의 3차원 형상을 갖는 컴포넌트.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 호일체는 구체(sphere)의 세그먼트(segment)를 포함하는 컴포넌트.
15. 제 13항에 있어서,

    상기 호일체의 형상은 타원형 또는 다른 원추형 단면의 회전에 의해 정의된 곡률 반경에 급격한 변화 없이 회전대칭축을 가진 타원면, 포물면 또는 쌍곡면인 컴포넌트.
16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 금속 또는 금속 합금 기질은 충분히 조밀화되어 있는 컴포넌트.
17. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 금속 또는 금속 합금 기질은 부분적으로 조밀화되거나 다공성인 컴포넌트.
18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 금속 또는 금속 합금 기질은 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨 및 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 순수 금속 또는 금속 합금을 포함하는 컴포넌트.
19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,

    오디오 컴포넌트인 컴포넌트.
20. 제 19항에 있어서,

    상기 오디오 컴포넌트는 돔 세그먼트(dome segment)인 컴포넌트.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 돔 세그먼트는 스피커 돔으로서 사용하기에 적합하도록 일체형 코일 장착 플랜지 또는 튜브를 갖는 컴포넌트.
22. 제 21항에 있어서,

    상기 스피커 돔은 31 ㎑보다 큰 브레이크-업 주파수(break-up frequency)를 갖는 컴포넌트.
23. 제 21항 또는 제 22항에 있어서,

    상기 스피커 돔은 위상 롤 오프(phase roll-off)를 허용하고 20 ㎑에 측정된 5 dB 미만인, 축상 응답 곡선으로부터의 편차를 갖는 컴포넌트.
24. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,

    고성능 트위터 컴포넌트인 컴포넌트.
25. 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨, 티타늄 및 이들의 조합물로부터 선택된 금속을 포함하는 금속 또는 금속 합금 기질에 매립된 다이아몬드 입자 또는 그릿을 포함하는 복합 재료.
26. 금속 또는 금속 합금 기질에 매립된 다이아몬드 입자 또는 그릿으로 형성된 호일체를 포함하되, 상기 다이아몬드 입자 또는 그릿은 화학증착법에 의해 형성된 복합 재료.
27. 제 26항에 있어서,

    상기 다이아몬드 그릿은 비등축(non-equiaxed)인 복합 재료.
28. 제 26항 또는 제 27항에 있어서,

    상기 다이아몬드 그릿의 종횡비는 1.2를 초과하는 복합 재료.
29. 금속 또는 금속 합금 기질에 매립된 초경질 재료의 입자 또는 그릿으로 형성된 압축된 호일체를 포함하는 복합 재료에 있어서, 상기 입자 또는 그릿은 최종 호일 두께에 대한 압축화 전의 최대 입자 또는 그릿 크기의 비가 0.5 내지 0.05의 범위가 되도록 선택되는 복합 재료.
30. 금속 또는 금속 합금 기질에 매립된 초경질 재료의 입자 또는 그릿으로 형성된 압축 성형된 호일체를 포함하는 복합재료에 있어서, 상기 입자 또는 그릿은 최종 호일 두께에 대한 압축화 후의 최대 입자 또는 그릿 크기의 비가 0.3 내지 0.05의 범위가 되도록 선택되는 복합 재료.
31. 비교적 강성(rigidity)이 높고 질량이 낮은 3차원 구조체를 제조하는 방법에 있어서,

    초경질 연마제 입자 또는 그릿의 소스(source) 및 금속 기질 재료를 제공하는 단계;

    상기 초경질 연마제 입자 또는 그릿과 상기 금속 기질 재료를 함께 압축해서 복합 스트립(strip) 또는 호일을 형성하는 단계; 및

    상기 복합 스트립 또는 호일을 3차원 구조체로 형상화하는 단계를 포함하는 방법.
32. 제 31항에 있어서,

    상기 초경질 입자 또는 그릿은 금속 기질 재료로 압축화하기 전에 금속 또는 금속 합금으로 예비 코팅되고, 이 금속 코팅은 상기 금속 기질 재료의 금속과 동일하거나 다를 수 있는 방법.
33. 제 32항에 있어서,

    상기 금속 코팅은 티타늄 또는 티타늄계인 방법.
34. 제 31항에 있어서,

    상기 금속 기질 재료는 압축화 전에 상기 초경질 입자 또는 그릿 상에 코팅되는 방법.
35. 제 31항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 초경질 입자 또는 그릿은 다이아몬드 입자 또는 그릿인 방법.
36. 제 35항에 있어서,

    상기 복합 스트립 또는 호일은 바이모달(bimodal), 트라이모달(trimodal) 또는 다른 멀티모달(multimodal) 다이아몬드 입자 또는 그릿 크기 분포를 포함하는 방법.
37. 제 31항 내지 제 36항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 초경질 입자 또는 그릿의 소스 및 금속 기질 재료는 건조 분말 형태로 제공되어, 배합되고 압축되어 자체-지지 스트립을 형성하는 방법.
38. 제 31항 내지 제 37항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 3차원 구조체의 강성 또는 밀도는 상기 층 또는 시트 두께, 조밀화도, 두께를 통한 조밀화 분포, 또는 복합 스트립 또는 호일의 면내 혹은 두께를 통한 초경질 입자 또는 그릿의 분포를 변화시킴으로써 변화되는 방법.
39. 제 38항에 있어서,

    상기 3차원 구조체는 스피커 돔이고 상기 스트립 또는 호일의 두께는 당해 스피커 돔의 주변을 향해 증가하는 방법.

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