KR20080011770A - 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법 - Google Patents

텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법 Download PDF

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KR20080011770A
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Abstract

잔류 기공이 거의 없는 매우 균질한 조직을 가지며, 제조 공정의 용이함을 제공하고 제조 단가를 저감시킬 수 있는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법이 개시된다. 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법은 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계, 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말과 바인더를 혼합하여 성형 혼합물을 제조하는 단계, 성형 혼합물을 사출 성형하여 사출 성형체를 제조하는 단계, 사출 성형체에 포함된 바인더를 제거하는 단계 및 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 단계를 포함한다. 이와 같은 제조방법으로 인하여, 고정밀도를 유지하며, 제조 공정을 간소화할 수 있어 대량생산에 유리하고, 그에 따른 제작 비용이 절감된 방전 전극을 제공할 수 있다.
방전 전극, 바인더, 사출, 탈지, 소결

Description

텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF TUNGSTEN-CORRER EDM ELECTRODE}
도 1은 본 발명에 따른 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 방전 전극의 제조에 사용되는 산화 텅스텐 및 산화 구리 분말의 주사전자현미경 사진이다.
도 3는 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말을 혼합 및 분쇄하여 혼합분말을 제조하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 4는 혼합 및 분쇄된 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말의 혼합분말을 환원 처리하는 공정을 보여주는 상태도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 공정을 거쳐 제조된 텅스텐-구리 복합분말의 외부 형상과 단면의 상태를 보여주는 주사전자현미경의 사진이다.
도 6은 복합분말과 바인더를 혼합하는 공정을 도시한 절개 사시도이다.
도 7은 복합분말과 바인더의 분말 혼합체를 사출 성형하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 8은 사출 성형체에 포함된 바인더를 제거하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 9는 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 10은 다른 실시예로써, 분말프레스를 사용하여 복합분말을 성형하는 공정을 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
50：혼합분말 60：바인더
70：복합분말 80：분말 혼합체
90：사출 성형체 100：방전 전극
200：볼밀 210：볼
220：볼밀 용기 230：롤러
300：두날 혼합기 310：회전날
400：사출 성형기 410：실린더 배럴
420：금형 500：용매 탈지기
600：소결로 700：분말프레스
본 발명은 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 잔류기공이 거의 없는 매우 균질한 조직을 가지면서도 기계가공 없이도 원하는 형상으로 정밀하게 제조할 수 있는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법에 관한 것이다.
방전가공은 전기 가공법의 일종으로 방전현상을 인공적으로 설정하여 그 에너지를 이용하여 절삭이나 절단 등 가공물의 외형을 가공하는 방법이다. 즉, 절연액 속에서 연속적으로 발생되는 불꽃 방전의 침식작용에 의해 도체(주로 금속 공작물)에 구멍을 뚫거나 또는 목적한 현상으로 깎아내 가는 전기 가공법이라 할 수 있다.
이러한 방전가공은 피가공물을 양극으로, 공구전극을 음극으로 하여 절연성의 액에 넣고 전극에 전류를 가하여 펄스성 방전을 반복시켜서 가공물이 침식시킬 수 있으며, 주로 절삭가공이 어려운 초경 소재나 공구강 소재의 가공에 널리 사용된다.
그런데, 매우 정밀한 형상의 가공을 위해서는 강도가 높고 내아크성과 내마모성이 우수한 공구전극 소재가 필요하다. 이전에는 구리가 전극 소재로 널리 사용되었으나 최근에는 구리에 비하여 강도가 우수하고 내삭성이 뛰어난 텅스텐-구리 소재가 방전용 전극으로 널리 사용되고 있다.
기존 텅스텐-구리 전극소재의 경우 텅스텐과 구리 분말을 혼합하여 일정한 내부 기공을 갖는 텅스텐-구리 혼합분말 성형체를 제조한 후, 소결하여 내부에 기공을 갖는 골격체(skeleton)를 만들고 구리를 녹여서 골격체 내부로 용침(infiltration)하는 방법이　주로 사용되어 왔다.
그런데, 기존 텅스텐-구리 소재의 방전 전극의 제조방법에는 다음과 같은 문제점들이 있다.
위에서 언급한 용침법으로 제조된 텅스텐-구리 전극소재는 초기에 혼합된 구 리분말들이 소결 과정 중에 용해되어 모세관력에 의해 주변에 있는 텅스텐 분말들 사이로 스며들어가고, 나중에 용침된 구리가 그 자리와 기존 기공들을 대체함으로써 텅스텐과 구리가 균일하게 분포되지 않은 영역을 갖는 텅스텐-구리 전극소재가 제조된다.
또한, 구리 용침을 위해서는 구리를 녹여야 하므로 실제 공정은 섭씨1100도 이상의 고온에서 용침 공정이 수행되므로 (구리의 녹는점 1083도) 성공적인 용침 공정 후에 상온으로 냉각하는 동안 텅스텐과 구리의 열팽창계수 차이에 의하여 텅스텐과 구리계면에 잔류 기공이 1% 내지 2%이상 발생한다. 이러한 텅스텐-구리 소재내부의 불균질한 조직과 잔류기공은 방전가공시 불균질한 아크를 발생시키고 전극의 불균질한 마모를 유발하여 가공면의 조도를 저하시키고 가공 정밀도를 나쁘게 만든다.
또한, 텅스텐-구리 소재내부의 불균질한 조직과 잔류기공에 기인한 전극의 불균질한 마모와 방전가공중 국부적인 텅스텐과 구리의 열팽창 계수의 차이로 인한 균열 발생은 텅스텐-구리 전극소재의 수명을 크게 단축시키게 된다.
또한, 방전가공을 위해서는 텅스텐-구리 전극소재를 가공코자 하는 형상으로 기계 가공하여 방전가공을 해야 하는데, 이러한 경우 구리에 비하여 강도가 높고 내마모성이 큰 텅스텐-구리 소재의 경우 복잡한 형상으로 정밀가공 시 소재 손실이 많고 많은 시간이 소요되며 절삭 공구의 마모에 기인하여 가공오차도 커지게 된다. 특히, 동일한 형상에 대한 대량 방전가공의 경우에도 방전 전극을 하나씩 절삭가공으로 만들어야 하므로 시간이 많이 소요되며 비용도 높아지게 된다. 게다가 동일 형상의 방전 전극 가공 시 가공장비가 달라지거나 동일 가공장비의 경우에도 절삭공구의 마모상태에 따라 가공 정밀도가 달라지게 되므로 최종 방전가공으로 제조되는 가공품들의 정밀도가 낮아지게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 구리의 용침 공정을 생략하여 잔류기공을 최소화하고, 매우 균질한 조직을 갖도록 하여 열전도도, 연성, 인장강도 및 피로강도를 향샹시킬 수 있는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 분말을 이용하여 사출 성형이 가능함으로써, 원하는 형상으로 제조하기 용이하고, 제조 단가를 저감 시킬 수 있는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 분말압축성형이 가능하여 제조가 신속하고 용이하여 대량생산에 유리하며, 가공 정밀도를 향상 시킬 수 있는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법은 텅스텐이 구리 외부에 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계와, 상기 복합분말을 이용하여 방전 전극을 성형하는 단계로 이루어진다. 상기 제조된 복합분말을 이용하여 크게 두 가지 방법으로 방전 전극을 제조할 수 있다.
하나는 분말사출성형법으로써, 상기 제조된 복합분말에 바인더를 혼합 후 사출 성형체를 제조하는 단계와, 상기 바인더를 제거 후 상기 사출 성형체를 소결하는 단계를 추가하여 방전 전극을 제조할 수 있다.
다른 하나는 분말압축성형방법으로써, 상기 제조된 복합분말을 금형압축성형하여 압축 성형체를 제조하는 단계 및 상기 성형체를 소결하는 단계를 추가하여 방전 전극을 제조할 수 있다.
상기 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계는 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말을 균일하게 혼합하여 분쇄하여 혼합분말을 제조하는 단계 및 상기 혼합분말의 온도를 단계별 상승시켜 열처리 하는 단계를 통해 상기 텅스텐 분말이 상기 구리 분말을 감싸는 구조의 상기 복합분말을 형성할 수 있다.
상기 혼합분말을 제조하는 단계는 상기 산화 텅스텐 분말 및 산화 구리 분말을 1분 내지 50 시간 범위로 볼 밀링(ball milling) 등의 과정을 통해 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 텡스텐-구리 방전가공용 전극을 제조하는 방법은 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계, 상기 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말과 바인더를 혼합하여 분말 혼합체(feedstock)를 제조하는 단계, 상기 분말 혼합체를 사출 성형기기로 사출하여 사출 성형체로 제조하는 단계, 상기 사출 성형체에 포함된 상기 바인더를 제거하는 단계 및 상기 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 단계로 이루어진다. 상기 사출기로써 내부에 스크류가 형성된 실린더를 이용할 수 있다. 그리고, 상기 바인더는 결합제, 윤활제, 가소제 및 계면활성제 등 및 그 혼합물이 사용될 수 있으며, 구체적으로는 스테아린산이나 파라핀 왁스를 사용할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이에 도시된 바와 같이, 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조 방법은 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계(S1), 상기 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말과 바인더를 혼합하여 분말 혼합체를 제조하는 단계(S2), 상기 분말 혼합체를 사출 성형하여 사출 성형체를 제조하는 단계(S3), 상기 사출 성형체에 포함된 상기 바인더를 제거하는 단계(S4) 및 상기 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 단계(S5)로 이루어진다.
텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계(S1)에서는 먼저, 산화 텅스텐(WO3 또는 WO2.9)분말과 산화 구리(CuO 또는 Cu2O) 분말을 균일하게 혼합 분쇄하여 혼합분말을 제조한 후, 환원성 분위기에서 200 내지 400 °C의 온도범위에서 1분에서 5시간 유지한 후, 다시 온도를 올려서 500 내지 700 °C의 온도범위에서 1분에서 5시간 유지한다. 이어, 다시 온도를 올려 750 내지 1080 °C의 온도범위에서 1분에서 5시간 환원 열처리 하여 텅스텐이 구리 분말을 감싸는 구조의 텅 스텐-구리 복합분말을 얻을 수 있다.
여기서, 혼합분말이란 서로 다른 분말이 단순히 물리적으로 혼합된 상태의 분말을 의미하는 것으로 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말이 물리적으로 단순히 혼합된 상태의 분말을 말한다. 또한, 복합분말이란 서로 다른 성분들이 서로 화학적으로 결합된 하나의 독립된 분말을 의미하는 것으로 텅스텐 분말이 구리 분말을 감싼 형태로 화학적으로 결합된 상태의 분말을 말한다.
상기 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말과 바인더를 혼합하여 분말 혼합체를 제조하는 단계(S2)에서는 상기 텅스텐 분말이 상기 구리 분말을 코팅한 구조로 이루어진 텅스텐-구리 복합분말에 부피비로 30% ~ 70%의 바인더를 혼합한다. 이렇게 혼합하여 사출성형이 가능한 분말 혼합체가 만들어진다.
한편, 상기 바인더는 사출성형 시에 액상의 형체로 유동성을 주고, 원료분말을 단단한 형상으로 유지하기 위해 다량으로 첨가하지만, 소결 전에 바인더를 제거하는 공정이 필요하고, 바인더 제거성도 바인더 선택의 중요한 포인트이다. 상기 바인더 선택 시 고려해야 할 항목으로는 원료분말과의 반응 유무, 가열 유동성, 원료분말에 대한 누설성, 바인더 사이의 상용성, 및 성형체의 보형성 및 열분해 특성(잔류 카본량)등이 있다.
상기 분말 혼합체를 사출 성형하여 사출 성형체를 제조하는 단계(S3)에서는 상기 분말 혼합체를 이용하여 가공하려는 형상 즉, 방전 전극의 형상의 금형을 이용하여 상기 사출 성형체를 제조하는 바, 이와 같은 상기 사출 성형체는 플라스틱 산업에서 사용되던 사출 성형기술과 분말 야금산업에서 발달한 금속분말의 소결 기 술 양쪽의 이점을 융합시킨 통상의 금속분말사출성형(Metal Injection Molding; MIM) 공법을 통해 제조될 수 있다.
즉, 상기 분말 혼합체는 사출 성형기의 실린더 안으로 보내져 가소화되면서 수송되고, 상기 실린더의 노즐로부터 금형으로 사출되어 냉각 고화됨으로써 상기 사출 성형체가 추출될 수 있게 한다.
상기 금형은 가열에 의해 가소화된 상기 분말 혼합체의 충진이 부드럽게 되도록 유로의 형상과 수치의 설계가 중요하다. 또한, 상기 금형은 캐비티(cavity)내 표면의 균일한 온도분포를 위해 온도를 제어할 수 있는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 사출 성형체에 포함된 상기 바인더를 제거하는 단계(S4)에서는 상기 사출 성형체에서 용매를 이용하여 혼합된 바인더의 일부를 녹인 이후 가열을 통해 남아있는 바인더를 태워 제거한다.
상기 사출 성형체에 포함된 바인더를 제거하는 또 다른 방법으로는 상기 사출 성형체를 단지 가열함으로써 상기 사출 성형체에 혼합된 바인더를 제거할 수도 있다. 이때, 온도를 올리게 되면 상기 사출 성형체에 혼합된 바인더는 녹았다가 기화됨으로써 제거된다. 이외에도 광분해형 바인더에 의한 방법, 진공분위기로 하여 증발을 촉진하는 방법 등이 제안되어 실시되고 있다.
상기 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 단계(S5)는 상기 바인더가 제거된 상기 사출 성형체를 1090℃ 내지 1500℃의 온도 범위를 가지는 수소 분위기 또는 수소를 포함하는 환원성 분위기를 이용하여 상기 바인더를 제거한 사출 성형 체, 즉 소결체를 형성하는 과정이다. 이러한 소결 과정을 통하여 상기 소결체는 이론밀도 대비 99%이상의 고밀도로 치밀화 되게 되며 최종 소결체의 잔류기공이 1-2% 정도 있는 경우라 하더라도 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말의 입자크기가 2mm이내로 매우 작고 특히 텅스텐 입자 크기가 10nm 내지 1mm 범위로 매우 미세하기 때문에 용침된 텅스텐-구리 소재와 달리 소결 후 잔류기공의 크기가 2mm이내로 매우 작기 때문에 잔류기공에 의한 방전 가공시 품질 저하는 거의 없다.
가공품의 형상에 따라 분말 사출성형단계인 제 2 단계(S2) 내지 제4단계(S4) 대신 가공품 형상의 금형에서 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 금형 압축 성형하는 단계만으로 사출 성형체를 제조 후, 제 5단계(S5)인 소결 공정을 통해 방전 전극을 만들 수 있다. 경우에 따라서는 분말 압축성형공정상의 편의를 위하여 텅스텐-구리 복합분말에 일부의 바인더를 혼합할 수 있으며 이 경우 금형압축성형 후 소결 전에 바인더를 제거하는 단계가 필요할 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 방전 전극을 제조하기 위한 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말의 주사전자현미경 사진이고, 도 3은 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말을 혼합 및 분쇄하여 혼합분말을 제조하는 공정을 도시한 단면도이다.
이에 도시한 바와 같이, 볼밀(200)은 내부에 수용공간을 구비한 볼밀 용기(220)와, 상기 수용공간에 저장된 다수개의 볼(210) 및 상기 볼밀 용기(220)를 일정한 각속도로 회전시키는 롤러(230)를 구비한다. 상기 볼(210)은 경도가 높고 마모 속도가 낮은 재질을 사용하는 것이 좋다.
상기 볼밀 용기(220)에 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말을 투입시킨 후, 상기 롤러(230)를 작동하여 상기 볼밀 용기(220)를 회전한다. 상기 롤러(230)중 하나는 모터에 연결되어 모터의 구동력을 인가 받아 회전하고, 다른 하나는 아이들(idle) 롤러로써 상기 밀링 용기(220)와의 마찰력을 통해 회전한다. 상기 볼밀 용기(220)가 회전하면 상기 수용공간에 투입된 상기 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말은 다수개의 볼(210)과 서로 충돌하면서 혼합과 분쇄가 일어난다.
볼밀링 공정 중 혼합과 분쇄 과정을 알아보면, 상기 볼밀 용기(220)가 회전함에 따라 상기 볼(210)과 산화 텅스텐과 산화 구리의 혼합분말(50)은 중력과 원심력의 관계에 의하여 적당한 높이에서 낙하하여, 상기 수용공간의 하부에 있는 혼합분말(50)과 충돌을 일으켜서 충격에너지가 분말을 파단 시켜 미분화를 일으키게 된다. 상기 볼(210)의 재질로서는 초경, 또는 표면 경화 처리된 스틸이나 스테인리스 볼이 주로 사용된다.
도 4는 혼합 및 분쇄된 산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말의 혼합분말을 환원 처리하는 공정을 보여주는 상태도이며, 도 5a 및 도 5b는 도 4의 공정을 거쳐 제조된 텅스텐-구리 복합분말의 외부 형상과 단면의 상태를 보여주는 주사전자현미경의 사진이다.
열처리 공정의 일례로써 제시되는 도 4의 그래프를 보면, 혼합분말을 -60°C의 이슬점(dew point)을 갖는 건(dry) 수소 분위기에서 1분당 10°C의 승온 온도로 250°C로 온도를 올려서 1시간 동안 유지하여 1차적으로 구리 분말을 환원한 후, 다시 온도를 올려서 650°C에서 1시간 유지하여 2차적으로 환원된 구리 분말 위에 텅스텐을 핵 생성시키고, 다시 온도를 올려서 860°C에서 1시간 유지하여 3차적으 로 텅스텐을 성장시켜 텅스텐을 구리 분말 위에 텅스텐이 환원되어 코팅되도록 한 후, 냉각하여 텅스텐-구리 상기 복합분말을 제조할 수 있다.
단계별 열처리 공정을 통해 제조된 상기 복합분말을 도 5a 및 도 5b의 사진에서 살펴보면, 텅스텐이 구리 분말을 코팅하여 감싸고 있음을 알 수 있다.
도 6 내지 도 9은 텅스텐-구리 복합분말을 이용하여 텅스텐-구리 방전 전극의 제조방법을 도시한 것으로서, 도 6은 복합분말과 바인더를 혼합하는 공정을 도시한 절개 사시도이고, 도 7은 분말 혼합체를 사출 성형하는 공정을 도시한 단면도이며, 도 8은 사출 성형체에 포함된 바인더를 제거하는 공정을 도시한 단면도이며, 도 9는 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 공정을 도시한 단면도이다.
이에 도시한 바와 같이, 두날 혼합기(300)는 내부에 수용공간이 형성된 원통형의 용기로써, 상기 수용공간에서 한 쌍의 회전날(310)이 공전과 자전을 할 수 있도록 되어 있다.
상기 두날 혼합기(300) 내부로 복합분말(70)과 바인더(60)를 투입하고, 상기 회전날(310)을 회전시켜 두 물질을 섞어 분말 혼합체(80)를 제조한다. 상기 회전날(310)은 상기 복합분말(70)과 바인더(60)가 잘 섞이도록 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 바인더(60)로 파라핀 왁스(paraffin wax), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 스테아릭산(stearic acid) 등을 사용할 수 있다.
본 실시예에서 사용된 두날 혼합기(300)외에 압출형 혼합기를 사용할 수도 있다. 상기 압출형 혼합기는 내부에 스크류가 형성되어 있는데, 상기 스크류가 회 전하면서 강한 전단력으로 상기 복합분말(70)과 상기 바인더(60)를 균일하게 섞어줄 수 있다. 또한, 경우에 따라 상기 두날 혼합기(300)로 상기 복합분말(70)과 상기 바인더(60)를 혼합한 이후 압출형 혼합기를 사용하여 보다 균질하게 상기 분말 혼합체(80)를 제조할 수도 있다.
상기 분말 혼합체(80)를 사출 성형하기 위해 사출 성형기(400)가 사용될 수 있다. 상기 사출 성형기(400)는 실린더 배럴(410)과 금형(420)을 포함한다. 상기 실린더 배럴(410)은 내부에 수용공간이 형성되고, 상기 수용공간에서 스크류(415)가 회전하면서 왕복 이동할 수 있다.
상기 분말 혼합체(80)를 상기 실린더(410)에 투입하고, 상기 스크류(415)를 가동시키면, 상기 스크류(415)에 의해 상기 분말 혼합체(80)는 상기 금형(420) 쪽으로 이송된다. 이후 상기 분말 혼합체(80)는 노즐로부터 상기 금형(420)으로 사출되어 냉각 고화됨으로써, 사출 성형체(90)를 형성한다.
열처리에 의해 가소화된 상기 분말 혼합체(80)의 충진을 부드럽게 하기 위해서는 상기 수용공간의 형상 및 치수의 설계가 중요하다.
상기 사출 성형체(90)에서 상기 바인더(60)를 제거하기 위해 용매 탈지기(500)가 사용될 수 있다. 상기 용매 탈지기(500)의 내부에는 상기 바인더(60)의 성분 중 왁스 성분을 녹일 수 있는 용매(510)가 저장된다. 상기 용매(510)로써, 노말 헥산(n-hexane), 헵탄(Heptane), 시너 등을 사용할 수 있다. 상기 용매(510)에 상기 사출 성형체(90)를 투입하면, 상기 바인더(60) 성분 중 왁스 성분이 상기 사출 성형체(90)에서 분리되어 상기 용매(510)내에 녹게 된다. 통상적으로 상기 용매(510)의 온도는 약 50℃ 정도이며, 최대 70℃ ~ 80℃까지 올릴 수 있다. 왁스 성분이 제거된 상기 사출 성형체(90)를 열간 탈지로(520)로 이송하고, 상기 열간 탈지로(520)에서 상기 사출 성형체(90)에 남아 있는 상기 바인더(60)를 태울 수 있다. 통상적으로 상기 열간 탈지로(520) 내부의 온도는 약 450℃ 정도가 되게 하며, 이 온도에서 상기 바인더(60)는 99% 이상 연소된다. 또한, 상기 바인더(60)가 제거된 상기 사출 성형체(90)를 소결로(600)로 옮기기 전 handling을 쉽게 하기 위해 상기 열간 탈지로(520)의 온도를 약 800℃ ~ 900℃까지 올려 예비 소결을 할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 용매(510)를 이용하여 상기 바인더(60)를 제거하는 방법을 예로 들어 설명했지만, 상기 사출 성형체(90)를 용매탈지공정을 생략하고 열간탈지공정만 사용하여 상기 사출 성형체(90)로부터 상기 바인더(60)를 제거하는 방법을 사용할 수 있다.
마지막으로, 상기 바인더(60)가 제거된 사출 성형체(90)를 소결하기 위해 상기 소결로(600)가 사용될 수 있다. 상기 소결로(600)는 1090℃ 내지 1500℃의 범위의 수소 분위기 또는 수소를 포함하는 환원성 분위기를 제공할 수 있다. 상기 소결로(600)에서 상기 바인더(60)가 제거된 사출 성형체(90)를 소결하여 이론 밀도대비 99% 이상의 고밀도의 소결체인 방전 전극(100)을 제조할 수 있다.
도 10은 다른 실시예로써, 분말프레스를 사용하여 복합분말을 성형하는 공정을 도시한 단면도이다.
이에 도시한 바와 같이, 도 4의 공정을 거쳐 제조된 텅스텐이 코팅된 텅스텐 -구리 복합분말(70)을 분말프레스(700)를 이용하여 성형할 수 있으며, 이를 분말압축성형법이라 한다. 상기 분말프레스(700)는 압축할 대상을 수납하는 홈이 형성된 바디부(710)와, 상기 바디부(710)의 상부에서 직선왕복운동하며 압축할 대상을 가압하는 프레스부(720)로 구성된다. 본 실시예에서는 상기 복합분말(70)을 상기 바디부(710)의 홈에 수납 후 상기 프레스부(720)로 가압하여 압축 성형체를 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 상기 압축 성형체는 도 9에서 제시한 소결로에 투입 후 소결 공정을 거쳐 방전 전극을 제조할 수 있다. 경우에 따라서는 분말압축성형공정상의 편의를 위하여 상기 복합분말(70)에 일부의 바인더를 혼합할 수 있으며, 이 경우 상기 분말프레스(700)에 의해 성형 후 소결하기 전에 상기 바인더를 제거하는 단계가 추가된다.
이와 같이, 본 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법을 통해 구리의 용침하는 공정이 필요 없어 잔류 기공이 거의 없고, 매우 균질한 조직을 가지는 방전 전극을 제조할 수 있다. 또한, 공정을 간소화 할 수 있어 다량의 방전 전극을 적은 시간 안에 제조할 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 방전 가공용 전극 제조방법은 텅스텐 코팅된 구리 분말을 이용하여 구리의 용침 공정을 생략할 수 있어서 방전 전극을 제조시에 잔류기공이 거의 없고, 균질한 조직을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 복합분말을 이용한 사출 성형이 가능하여 원하는 형상으로 제조가 용이하고, 가공의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 다양한 중량비와 열처리를 통해 복합재료를 제조하여 높은 강도 및 뛰어난 표면 조도를 가지는 방전전극을 얻을 수 있다.
또한, 분말프레스를 사용한 분말압축성형이 가능하여 제조공정이 간소화되고, 제조시간이 단축되어 대량 생산이 수월하고 이에 따라 제작 비용을 절감시켜 제품의 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 텡스텐-구리 방전가공용 전극을 제조하는 방법에 있어서,
    텅스텐이 구리 외부에 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계; 및
    상기 복합분말을 이용하여 방전 전극을 성형하는 단계;
    를 포함하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전 전극을 성형하는 단계는
    상기 복합분말과 바인더를 혼합 후 사출 성형체를 제조하는 단계; 및
    상기 바인더를 제거 후 상기 사출 성형체를 소결하는 단계;
    를 더 포함하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방전 전극을 성형하는 단계는
    상기 복합분말을 금형압축성형하여 압축 성형체를 제조하는 단계; 및
    상기 압축 성형체를 소결하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계는
    산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말을 균일하게 혼합하여 분쇄하여 혼합분말을 제조하는 단계; 및
    상기 혼합분말의 온도를 단계별로 상승시켜 열처리 하는 단계;
    를 포함하여 상기 텅스텐 분말이 상기 구리 분말을 감싸는 구조의 상기 복합분말을 형성하는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 혼합분말을 제조하는 단계는
    상기 산화 텅스텐 분말 및 산화 구리 분말을 1분 내지 50 시간 범위로 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  6. 텡스텐-구리 방전가공용 전극을 제조하는 방법에 있어서,
    텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계;
    상기 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말과 바인더를 혼합하여 분말 혼합체를 제조하는 단계;
    상기 분말 혼합체를 사출 성형기로 사출하여 사출 성형체를 제조하는 단계;
    상기 사출 성형체에 포함된 상기 바인더를 제거하는 단계; 및
    상기 바인더가 제거된 사출 성형체를 소결하는 단계;
    를 포함하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계는
    산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말을 균일하게 혼합 및 분쇄하여 혼합분말을 제조하는 단계;
    환원성 분위기인 200℃ 내지 400℃ 의 온도범위에서 1분에서 5시간 동안 열처리 하는 단계;
    환원성 분위기인 500℃ 내지 700℃ 의 온도범위에서 1분에서 5시간 동안 열처리하는 단계; 및
    환원성 분위기인 750℃ 내지 1080℃의 온도범위에서 1분에서 5시간 동안 열처리 후 냉각하는 단계;
    를 포함하여 상기 텅스텐 분말이 상기 구리 분말을 감싸는 구조인 상기 복합 분말을 형성하는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복합분말은 텅스텐에 대한 구리의 중량비가 0.1에서 0.9의 범위인 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 분말 혼합체를 제조하는 단계는
    상기 텅스텐 분말이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말에 30% 내지 70% 의 부피비로 상기 바인더를 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 사출 성형체를 제조하는 단계는
    상기 분말 혼합체를 상기 방전 전극의 외형에 대응하여 내부 공간이 형성된 금형을 통과하여 상기 사출 성형체를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 바인더를 제거하는 단계는
    상기 사출 성형체를 탈지 용매에 투입하여 상기 바인더 성분 중 왁스 성분을 제거하는 단계; 및
    상기 왁스 성분이 제거된 상기 사출 성형체를 가열하여 상기 바인더를 제거하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 사출 성형체를 소결하는 단계는
    상기 사출 성형체를 1090℃ 내지 1500℃의 범위의 수소 분위기 또는 수소를 포함하는 환원성 분위기에서 소결하는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 바인더를 제거하는 단계는
    상기 사출 성형체를 가열하여 상기 바인더를 기화시키는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  14. 텡스텐-구리 방전가공용 전극을 제조하는 방법에 있어서,
    텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계;
    상기 복합분말을 분말프레스로 가압하여 압축 성형체를 제조하는 단계; 및
    상기 압축 성형체를 소결하는 단계;
    를 포함하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    텅스텐이 코팅된 텅스텐-구리 복합분말을 제조하는 단계는
    산화 텅스텐 분말과 산화 구리 분말을 균일하게 혼합 및 분쇄하여 혼합체를 제조하는 단계;
    환원성 분위기에서 상기 혼합 분말을 200℃ 내지 400℃ 의 온도범위에서 1분에서 5시간 동안 열처리 하는 단계;
    상기 혼합 분말을 500℃ 내지 700℃ 의 온도범위에서 1분에서 5시간 동안 열처리하는 단계; 및
    상기 혼합 분말을 750℃ 내지 1080℃의 온도범위에서 1분에서 5시간 동안 열처리 후 냉각하는 단계;
    를 포함하고, 상기 텅스텐 분말이 상기 구리 분말을 감싸는 상기 복합분말을 형성하는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 혼합체를 제조하는 단계는
    상기 산화 텅스텐 분말 및 산화 구리 분말을 1분 내지 50 시간 범위로 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 압축 성형체를 제조하는 단계는
    상기 복합분말에 바인더를 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 압축 성형체를 제조하는 단계는
    상기 바인더를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 복합 분말은 텅스텐에 대한 구리의 중량비가 0.1에서 0.9의 범위인 것을 특징으로 하는 텅스텐-구리 방전가공용 전극 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101310788B1 (ko) * 2011-08-23 2013-10-16 진찬우 정전기 제거용 텅스텐 방전침 제조방법 및 장치 그에 의해 제조된 텅스텐 방전침

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