KR20090048964A - Method for manufacturing metal hollow sphere - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고강도 경량 소재(light material)에 사용되는 금속 중공구(hollow sphere)의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 산화물을 소결법을 이용하여 환원시켜 고강도 경량 특성을 지니는 발포금속 제조를 위한 금속 중공구(hollow sphere)의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 금속 중공구 제조 방법은 제조 공정을 단순화 및 개선함으로써 생산성 향상 및 생산 비용이 절감되고, 제조 시 사용되는 용매 선택에 제한이 적고, 표면 조도가 개선된 금속 중공구의 제조가 가능하다. The present invention relates to a method for producing a metal hollow sphere (hollow sphere) used in high-strength light material, and more specifically, to reducing the metal oxide using a sintering method for producing a foamed metal having high strength and light weight characteristics A method for producing a metal hollow sphere (hollow sphere). Metal hollow sphere manufacturing method according to the present invention by simplifying and improving the manufacturing process to improve the productivity and production cost is reduced, there is little restriction on the solvent selection used in the manufacturing, it is possible to manufacture the metal hollow sphere with improved surface roughness.

금속 중공구, 소결법, 발포 금속, 경량 재료 Hollow metal sphere, sintering method, foamed metal, lightweight material

Description

금속 중공구의 제조 방법{Method for manufacturing Metal hollow sphere}Method for manufacturing metal hollow sphere

본 발명은 고강도 경량 소재(light material)에 사용되는 금속 중공구(hollow sphere)의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing metal hollow spheres for use in high strength light materials.

구조물이나 운송 장치의 중량 감소는 에너지 및 작업 효율을 증대시키는 장점을 가지고 있기 때문에 최근 들어 경량 재료에 대한 관심이 커지고 있다. 금속 소재의 경우, 가공성이 좋고, 전기전도도 및 열전도도가 높아, 기계적 특성이 우수하나, 고분자나 세라믹 소재에 비해서 비중이 높은 단점을 가지고 있다. In recent years, interest in lightweight materials is increasing because weight reduction of structures or transportation devices has the advantage of increasing energy and work efficiency. In the case of a metal material, the workability is good, the electrical conductivity and the thermal conductivity are high, and the mechanical properties are excellent, but the specific gravity is higher than that of a polymer or a ceramic material.

금속 소재의 경량화는 비중이 낮은 재료를 사용하는 방법과 소재 내에 기공을 인위적으로 형성시키는 발포금속을 사용하는 방법이 있다. 알루미늄이나 마그네슘과 같은 경량 금속은 철이나 구리보다 비중이 낮아 새롭게 각광받고 있으나, 일반 금속 대비 전기적·열적·기계적 특성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. The weight reduction of the metal material includes a method of using a material having a low specific gravity and a method of using a foam metal which artificially forms pores in the material. Light weight metals such as aluminum and magnesium have received a new spotlight because they have a lower specific gravity than iron or copper, but have a disadvantage in that electrical, thermal and mechanical properties are inferior to those of general metals.

발포금속은 기존의 유ㅇ무기 방음용 소재와는 달리, 내구성ㅇ내열성이 뛰어날 뿐만 아니라 초경량이므로 차세대 방음용 소재로서 건축, 음향분야 및 전자파 차폐분야에 활용이 증대할 것이며 우수한 내열성과 초경량성을 이용하여 운송기기 분야와 열분산(heat dissipation) 및 방열(heat sink) 재료 등 전 산업분야에 파급 효과가 클 것으로 기대된다. Unlike existing organic-inorganic soundproof materials, foamed metal is not only excellent in durability and heat resistance, but also ultra-lightweight, and thus will be widely used in construction, acoustics, and electromagnetic shielding as next-generation soundproof materials. Therefore, it is expected to have a great ripple effect in the field of transportation equipment and all industries such as heat dissipation and heat sink materials.

발포금속제조 기술은 목적금속분말과 발포제를 혼합 성형 소결하는 분말야금법과 용융 금속에 적당한 점성과 표면장력 증진능을 부여한 후 점증제와 발포제를 투입하여 잉고트형(ingot type)이나 연속주조판재의 스폰지형 금속 다공질 고형체를 제조하는 주조법이 핵심사항으로서, 기능성 금속재료 분야에서 신소재 첨단 기술로 구조에 의한 제진, 방음능과 기본소재의 점성 및 탄성에 의한 흡음, 방음, 차음, 재진, 내열, 단열성 등 고기능성, 고부가가치의 특징을 가지고 있고 적층 발포의 다공질 제조와 절단 기능성 부여 등의 내용으로 구성되어 있다. 이러한 발포 금속 제조를 위해 금속의 중공구 제조 연구도 활발히 진행되고 있다. 중공구는 가운데가 비어있는 구형의 구조물로서, 이를 소결(sintering) 또는 MIM(Metal Injection Molding)법을 이용하여 자유로운 형상과 크기의 발포금속을 제조할 수 있다. Foam metal manufacturing technology uses powder metallurgy to mix and sinter the target metal powder and foaming agent, and gives proper viscosity and surface tension enhancement ability to molten metal, and then adds thickener and foaming agent to sponge of ingot type or continuous casting plate. The casting method for manufacturing porous metal solids is a key component.In the field of functional metal materials, new materials advanced technologies are used for vibration suppression by structure, sound insulation by the viscosity and elasticity of basic materials, sound insulation, sound insulation, vibration damping, heat resistance, and heat insulation. It has features such as high functionality and high added value, and is composed of porous production of laminated foam and provision of cutting function. In order to manufacture such foamed metals, research on manufacturing hollow spheres of metals is also actively conducted. The hollow sphere is a spherical structure having a hollow center, and can be used to manufacture foam metal having a free shape and size by using sintering or metal injection molding (MIM).

미국 공개 특허 2007/0108255A1은 이러한 금속 중공구를 제조하는 방법을 제공한다. 금속 중공구를 진공 분위기하에서 탄소 가스를 사용하여 환원시키는 방법을 사용하였다. 하지만 이러한 방법은 진공 장치를 요구하기 때문에 생산성 및 생산 비용의 문제가 발생할 수 있는 단점이 있다. US Published Patent 2007 / 0108255A1 provides a method of making such metal hollow spheres. The method of reducing metal hollow spheres using carbon gas under vacuum atmosphere was used. However, this method requires a vacuum device, which may cause problems in productivity and production cost.

본 발명자들은 산화구리 분말, 물 및 폴리아크릴아미드(PA)를 혼합한 슬러리를 폴리머 볼에 코팅한 후 수소 분위기 하에서 소결하여 고순도의 구리 중공구를 제조하는 방법을 선행 연구하였다.[참고문헌: Ja-Myeong Koo and Seung-Boo Jung: Materials Science Forum, vol. 510-511 (2006), p. 730-733] 구리는 알루미늄이나 마그네슘보다 비중이 높기 때문에 일반적인 주조 방법을 통한 발포 금속 제조가 어려웠으며, 정밀 주조법은 단가가 높아 생산효율이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 따라서 구리의 우수한 기계적·열적·전기적 특성을 살리는 동시에 비중을 낮추려는 연구가 대두되고 있다. 또한 구리 발포 소재는 알루미늄과 마그네슘 대비 내열성과 고온 내식성이 우수한 장점을 가지고 있다. 그러나 상기 논문에 사용된 폴리머볼은 유기용매에 녹아 슬러리 제조 시 용매의 선택에 제한이 있는 것이 단점으로 지적된다. The present inventors previously studied a method of producing a copper hollow sphere of high purity by coating a slurry containing a mixture of copper oxide powder, water and polyacrylamide (PA) on a polymer ball and then sintering under a hydrogen atmosphere. -Myeong Koo and Seung-Boo Jung: Materials Science Forum, vol. 510-511 (2006), p. 730-733] Since copper has a higher specific gravity than aluminum or magnesium, it is difficult to manufacture foam metal through a general casting method, and precision casting method has a disadvantage in that production efficiency is low due to high unit cost. Therefore, research is being made to reduce the specific gravity while maintaining the excellent mechanical, thermal and electrical properties of copper. In addition, the copper foam material has the advantages of excellent heat resistance and high temperature corrosion resistance compared to aluminum and magnesium. However, it is pointed out that the polymer ball used in the above paper has a limitation in the selection of a solvent when preparing a slurry by dissolving in an organic solvent.

이에 본 발명자들은 금속 중공구 제조방법에 있어서, 폴리머 볼 대신 파라핀 볼 또는 파라핀이 코팅된 폴리머 볼을 사용하여, 유기용매의 사용에 제한이 없는 금속 중공구를 제조함으로써 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors completed the present invention by preparing metal hollow spheres, which are not limited to the use of an organic solvent, using paraffin balls or paraffin-coated polymer balls instead of the polymer balls.

본 발명의 목적은 제조 공정을 단순화하여 생산성 향상 및 생산 비용이 절감된 금속 중공구의 제조 방법을 제공하는 데에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing a metal hollow sphere, which simplifies the manufacturing process and improves productivity and reduces production costs.

또한, 본 발명의 다른 목적은 폴리머 볼을 개선하여 용매에 녹는 것을 방지하는 것과 동시에 중공구 표면의 조도를 개선시키는 방법을 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is to provide a method of improving the polymer ball to prevent melting in a solvent and at the same time improving the roughness of the hollow sphere surface.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수소분위기의 상압 하에서 소결법을 사용하여 금속 중공구를 제조하는 방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a metal hollow sphere using the sintering method under the normal pressure of the hydrogen atmosphere.

또한, 본 발명은 산화금속 분말, 바인더 및 용매를 혼합한 슬러리를 파라핀 볼 또는 파라핀이 코팅된 폴리머 볼에 코팅하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for coating a slurry of a metal oxide powder, a binder and a solvent on a paraffin ball or a paraffin-coated polymer ball.

일구체예에서, 본 발명은 (a) 금속 산화물, 바인더 및 용매로 구성된 슬러리를 제조하는 단계; (b) 제조된 슬러리를 구형의 파라핀 볼 또는 파라핀이 코팅된 폴리머 볼 표면에 코팅하는 단계; (c) 건조하여 용매를 증발시키는 단계; 및 (d) 상기 코팅된 슬러리를 소결하는 단계를 포함하는 금속 중공구의 제조 방법을 제공한다. In one embodiment, the present invention comprises the steps of (a) preparing a slurry consisting of a metal oxide, a binder and a solvent; (b) coating the prepared slurry on a spherical paraffin ball or paraffin coated polymer ball surface; (c) drying to evaporate the solvent; And (d) provides a method for producing a metal hollow sphere comprising the step of sintering the coated slurry.

본 발명에서 금속 산화물은 예를 들어, 산화은, 산화니켈, 산화철, 알루미나 및 산화크롬 등과 같은 금속 산화물을 포함하며 이에 제한하지 아니한다. 본 발명에서 금속 산화물은 소결을 용이하게 하기 위해 파쇄하여 이용할 수 있다. 또한, 금속 산화물은 1종의 단일 금속 산화물을 사용하여 순금속 중공구를 제작하거나, 2종이상의 혼합물을 사용하여 합금 중공구를 제작할 수 있다. Metal oxides in the present invention include, but are not limited to, for example, metal oxides such as silver oxide, nickel oxide, iron oxide, alumina and chromium oxide. In the present invention, the metal oxide may be broken and used to facilitate sintering. In addition, the metal oxide may be used to produce pure metal hollow spheres using one single metal oxide, or to produce alloy hollow spheres using two or more kinds of mixtures.

용매는 물, 알코올 또는 아세톤이 선택될 수 있다. 아세톤을 사용할 경우, 건조시간이 단축되는 장점이 있다. The solvent may be water, alcohol or acetone. When using acetone, there is an advantage that the drying time is shortened.

슬러리를 폴리머 볼 표면에 코팅하는 방법으로는 분사(spray) 및 담금질(dipping)법을 이용하나 이에 제한하지 아니한다.Coating of the slurry on the surface of the polymer ball may be carried out using, but not limited to, spraying and dipping.

용매의 증발은 10 ~ 200 ℃의 온도와 70% RH 이하의 습도에서 건조하는 것이 바람직하다.The evaporation of the solvent is preferably dried at a temperature of 10-200 ° C. and a humidity of 70% RH or less.

본 발명에 따르면, 금속 중공구의 형상, 크기, 기공의 크기, 밀도 및 표면 조도 등의 조절이 가능하며, 중공구 지름은 0.1 mm부터 10 cm까지, 금속 표피의 두께는 0.01 mm부터 1 cm 까지 제조가 가능하다. 이론상 중공구의 두께와 크기의 제 한하지 아니한다. According to the present invention, it is possible to control the shape, size, pore size, density and surface roughness of the metal hollow sphere, the diameter of the hollow sphere from 0.1 mm to 10 cm, the thickness of the metal skin produced from 0.01 mm to 1 cm Is possible. In theory, the thickness and size of the hollow spheres are not limited.

본 발명에 따른 금속 중공구는 2차 소결이나 MIM (금속사출성형)법을 이용하여 발포금속을 제조하는 재료로 사용될 수 있으며, 개별적인 셀로서도 사용가능하다.The metal hollow sphere according to the present invention can be used as a material for producing a foamed metal using secondary sintering or MIM (metal injection molding), and can also be used as a separate cell.

중공구 표면의 거칠기 및 소결 후 기공 등은 점성에 따라 크게 달라지는데, 점성이 작아질수록 표면이 미려하고 균일한 두께를 갖는 중공구 제작이 가능하고, 점성이 커질수록 거칠고 기공이 크고 많으며 두꺼운 두께를 갖는 중공구 제작이 가능하다. 1,000~10,000 cP의 점성이 바람직하다. The roughness of the surface of the hollow sphere and the pores after sintering vary greatly depending on the viscosity, and the smaller the viscosity, the more beautiful and uniform the thickness of the hollow sphere can be produced. It is possible to produce a hollow sphere having. The viscosity of 1,000-10,000 cP is preferable.

본 발명의 금속 중공구 제조 방법은 상압 하에서 소결이 이루어지고, 가열 중에 원자들의 확산에 의해 밀도가 증가하는 원리를 사용하여 제조 장치의 구조가 간단하고 저렴하며, 생산속도가 빨라, 생산성 향상 및 생산 비용이 절감된 금속 중공구를 제조할 수 있다. 게다가, 소결 과정의 산화와 환원 반응을 통해, 불순물들이 제거되어 고순도의 금속 중공구를 제조할 수 있다. The metal hollow sphere manufacturing method of the present invention uses a principle that the sintering is carried out under atmospheric pressure, the density increases by diffusion of atoms during heating, the structure of the manufacturing apparatus is simple and inexpensive, the production speed is high, productivity improvement and production Cost-effective metal hollow spheres can be produced. In addition, through the oxidation and reduction reactions of the sintering process, impurities can be removed to produce high purity metal hollow spheres.

또한, 정밀 주조용 몰드가 아닌 폴리머 볼을 사용하여 가격 경쟁력이 우수하며, 기존에 사용되었던 폴리머 볼을 폴리스티렌에서 파라핀으로 대체하여 용매선택에 제한이 적고, 표면 조도가 개선된 금속 중공구를 제조하는 것이 가능하다. In addition, by using a polymer ball rather than a precision casting mold, it is excellent in price competitiveness, and by replacing the previously used polymer ball from polystyrene with paraffin, there is little restriction on solvent selection and manufacturing a metal hollow sphere with improved surface roughness. It is possible.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범 위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변형시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail. Those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below.

제조예Production Example

시료준비Sample Preparation

스크랩이나 벌크 상태의 금속은 소결을 용이하게 하기 위해서 파쇄한다. 벌크, 스크랩, 더스트(분말)형태의 폐금속은 수거 및 재활용하여 제조가 가능하며, 불순물이 다량 포함되어 있어도 소결 중에 환원되어 양질의 발포 금속 제조가 가능하다. Scrap or bulk metal is crushed to facilitate sintering. Bulk, scrap, dust (powder) waste metals can be produced by collecting and recycling, and even a large amount of impurities are reduced during sintering to produce high quality foamed metal.

금속 스크랩에 묻은 기름 찌꺼기와 오염물질을 제거하고 산화물로 만들기 위해서 가열하여 산화시킨다. 필요에 따라 제조된 산화 금속 분말이나 리본을 다시 파쇄하여 적당한 크기의 금속 산화물을 제조하고, 최종적인 금속 산화물 분말이나 리본의 입자 크기는 제조할 중공구의 크기의 1/50 이하가 되게 한다. Heated and oxidized to remove oxides and contaminants from metal scrap and to make oxides. If necessary, the prepared metal oxide powder or ribbon is crushed again to produce a metal oxide of an appropriate size, and the final metal oxide powder or ribbon has a particle size of 1/50 or less of the size of the hollow sphere to be manufactured.

바인더로서 폴리비닐알코올(PVA: Poly Vinyl Alcohol) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA: Poly Methyl Meth Acrylate) 또는 폴리아크릴아미드(PA: Poly Acrilamide)를 준비하고, 용매로서 물, 알코올 또는 아세톤을 준비한다. 이때 얇은 두께로 제조 시 PMMA와 아세톤, 두꺼운 두께로 코팅할 때에는 PA와 물이 바람직하다.Polyvinyl alcohol (PVA: Poly Methyl Meth Acrylate) or polyacrylamide (PA: Poly Acrilamide) is prepared as a binder, and water, alcohol or acetone is prepared as a solvent. . At this time, when manufacturing a thin thickness PMMA and acetone, when coating a thick thickness PA and water is preferred.

슬러리 제조Slurry manufacturing

슬러리는 금속 산화물 분말, 용매 및 바인더로 구성된다. 슬러리 제조를 위해 충분히 교반한 다음 금속, 산화물 분말 및 용매의 중량비가 1 : 1 내지 10 : 1 사이가 되도록 하고, 바인더는 슬러리 총 중량의 10 % 미만을 첨가하여 혼합한다. 필요에 따라 쇠구슬이나 세라믹 볼 등을 첨가하여 교반이 용이하게 한다. 중공구 표면의 거칠기와 소결 후 기공 등은 점성에 따라 크게 달라진다. 점성이 작아질수록 표면이 미려하고 균일한 두께를 갖는 중공구 제작이 가능하고, 점성이 커질수록 거칠고 기공이 크고 많으며 두꺼운 두께를 갖는 중공구 제작이 가능하다. 분말, 바인더, 용매에 따른 점성 변화는 하기 표 1에 나타냈다. The slurry consists of a metal oxide powder, a solvent and a binder. After stirring sufficiently for slurry preparation, the weight ratio of metal, oxide powder and solvent is between 1: 1 and 10: 1, and the binder is added by mixing less than 10% of the total weight of the slurry. If necessary, a metal ball or a ceramic ball is added to facilitate stirring. The roughness of the surface of the hollow sphere and the pores after sintering vary greatly depending on the viscosity. As the viscosity becomes smaller, it is possible to manufacture hollow spheres having a beautiful and uniform thickness, and as the viscosity becomes larger, it is possible to manufacture hollow spheres having large, large and large pores. Viscosity change according to powder, binder, and solvent is shown in Table 1 below.

[표 1]TABLE 1

Figure 112007081048259-PAT00001
Figure 112007081048259-PAT00001

점성은 1,000 ~ 10,000 cP 범위가 바람직하다.Viscosity is preferably in the range of 1,000 to 10,000 cP.

슬러리 코팅과 건조Slurry coating and drying

파라핀은 승온시 승화하여 찌꺼기를 전혀 남기지 않는 장점을 가지고 있으므로 파라핀 볼 또는 파라핀이 코팅된 폴리머 볼 표면에 아세톤과 PMMA가 첨가된 슬러리를 코팅하면 표면이 미려하고 순도가 높은 중공구 제작이 용이하다. 따라서 제조된 슬러리를 폴리머 볼 또는 파라핀 볼 표면에 분사 또는 담금질(dipping) 방법 등을 이용하여 코팅한다. Paraffin has the advantage of leaving no residue at all by sublimation at elevated temperature, so when a slurry of acetone and PMMA is added to the paraffin ball or paraffin-coated polymer ball surface, the surface is beautiful and the production of high purity hollow sphere is easy. Therefore, the prepared slurry is coated on the surface of the polymer ball or paraffin ball by spraying or dipping.

용매로서 아세톤을 사용할 수 있는데, 파라핀 볼 또는 파라핀이 코팅된 폴리머 볼은 아세톤에 녹지 않으면서 가열시 완벽하게 승화하여 찌꺼기가 남지 않아 유용하다. 게다가 건조가 빠른 장점이 있으므로 필요에 따라 원하는 두께로 코팅을 위해서 슬러리 코팅과 건조를 반복할 수 있다. 폴리머 볼 표면에 원하는 두께로 코팅한 다음 자연 건조 할 수 있으며, 건조 시간을 단축시키기 위해서 필요에 따라 20℃ 이상의 온도, 70%RH(relative humidity) 미만의 습도에서 건조하여 용매를 증발시킨다. Acetone may be used as a solvent, and paraffin balls or polymer balls coated with paraffins are useful because they do not dissolve in acetone and are completely sublimed during heating to leave no residue. In addition, the advantage of rapid drying is that the slurry coating and drying can be repeated for the desired thickness coating. The surface of the polymer ball may be coated to a desired thickness and then dried naturally. In order to shorten the drying time, the solvent may be evaporated by drying at a temperature of 20 ° C. or higher and a humidity of less than 70% RH (relative humidity) as necessary.

소결Sintered

소결 단계 전에 중간 도크를 설치하여, 질소 공급을 통해 산소를 제거하며, 소결 단계는 수소 분위기하에서, 온도 500 ℃ 내지 사용 금속의 융점이하의 온도이하에서, 1~ 500 분 동안 진행한다.An intermediate dock is installed before the sintering step to remove oxygen through a nitrogen supply, and the sintering step is carried out in a hydrogen atmosphere for 1 to 500 minutes under a temperature of 500 ° C. to a temperature below the melting point of the metal used.

수소 분위기 하에서 가열할 때, 하기의 화학 반응으로 통하여 금속 산화물이 환원하여 금속으로 변하고, 내부의 폴리머 볼과 파라핀은 소멸하게 된다. When heated under a hydrogen atmosphere, the metal oxide is reduced to a metal through the following chemical reaction, and the polymer balls and paraffin inside disappear.

MOx + xH2 -> M + xH2O (반응식)MOx + xH 2- > M + xH 2 O (Scheme)

순도 90% 이상의 수소를 소결로 내부로 연속적으로 공급하여 수소 분압을 유지시키며, 소결 온도는 500 ℃ 이상으로 유지하였다. 소결 시간은 1분 이상으로 하였다. 소결 시 중공구는 수축하여 지름은 감소하고 두께는 증가하게 된다. 도 2는 소결 온도에 따른 중공구의 수축율을 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하여 폴리머 볼의 지름을 산정하였을 경우, 정밀한 크기의 중공구 제작이 가능하다. 또한 초기 소결로 진입시 산소의 유입을 막기 위해서, 중간로를 설치하여 질소를 충분히 불어넣어준 후 본 소결로로 진입시켜 폭발을 방지하였다. 중공구의 폭발 방지 및 특성 향상을 위해서 필요에 따라, 승온 속도를 10 ~ 100 ℃/min로 조절하고, 냉각 시에도 필요에 따라 냉각속도를 -1 ~ -100 ℃/min로 조절할 수 있다. 소결 단계 후, 대기로 노출하기 전에 질소 분위기 하에서 서냉하여 열 충격을 제거하여 제조한 금속 중공구가 파괴되는 것을 방지한다. Hydrogen 90% or more of purity was continuously supplied into the sintering furnace to maintain the partial pressure of hydrogen, and the sintering temperature was maintained at 500 ° C. or higher. Sintering time was 1 minute or more. During sintering, the hollow sphere shrinks, reducing the diameter and increasing the thickness. Figure 2 is a graph showing the shrinkage of the hollow sphere with the sintering temperature. When calculating the diameter of the polymer ball with reference to Figure 2, it is possible to produce a hollow sphere of a precise size. In addition, in order to prevent the inflow of oxygen when entering the initial sintering furnace, an intermediate furnace was installed to sufficiently inject nitrogen and entered the main sintering furnace to prevent explosion. In order to prevent explosion and to improve the characteristics of the hollow sphere, the temperature increase rate may be adjusted to 10 to 100 ° C./min as needed, and the cooling rate may be adjusted to −1 to −100 ° C./min as needed during cooling. After the sintering step, the metal hollow spheres produced by slow cooling under nitrogen atmosphere to remove thermal shock before exposure to the atmosphere are prevented from being destroyed.

검사inspection

원하는 형상, 크기, 순도로 소결 여부를 검사하여 분류한다. 필요에 따라, 제조된 중공구의 강도나 연성, 충격 흡수성 등을 향상시키기 위해서 중공구를 50 ~ 900 ℃ 온도 범위에서 1분 이상 유지하여 내부에 생긴 응력을 완화하고 기공을 줄여 밀도를 높일 수 있다. Sort and inspect for sintering to the desired shape, size and purity. If necessary, in order to improve the strength, ductility, impact absorbency, etc. of the manufactured hollow sphere, the hollow sphere may be maintained at a temperature range of 50 to 900 ° C. for at least 1 minute to relieve stress generated therein and to reduce pores to increase density.

실시예Example

실시예 1: 구리 중공구의 제조Example 1: Preparation of Copper Hollow Spheres

구리 스크랩에 묻은 기름 찌꺼기와 오염물질을 제거하고 산화물로 만들기 위해 가열하여 산화시켰다. 바인더 및 용매는 PMMA와 아세톤을 준비하였고, 슬러리 제조를 위해 구리 산화물 분말, PMMA 및 아세톤을 충분히 교반하였다. 이때 용매와 구리 산화물 분말의 중량비는 3 : 7으로 하였고, PMMA는 슬러리 총 중을 기준으로 3 wt.%로 첨가하였다. 제조된 슬러리에 담금질 방법으로 파라핀 볼 상에 코팅한 후 25 ℃ , 50%RH 분위기하에서 건조하여 용매를 증발시켰다. 수소 분위기하에서 900 ℃, 1시간동안 가열하여 구리산화물을 환원시켰다. 이때 승온 속도는 15 ℃/s, 냉각속도는 -15 ℃/s으로 하였다. 따라서 내부의 파라핀 볼은 소멸되었고, 본 발명에 따른 구리 중공구를 완성하였다. 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 구리 중공구의 사진이며, 도 4는 제조된 구리 중공의 압축 테스트 결과를 도시한 강도-변형 그래프이다. 도 5는 상기와 같은 성분으로 수소 분위기 하에서 700 ℃에서 1시간동안 가열하여 제조한 발포 금속의 단면 사진이다. 소결 온도를 낮추어 원자들의 확산을 억제하여 기공의 밀도를 극대화하여 비강도가 높은 구리 중공구를 제조하였다.Oil scraps and contaminants on the copper scrap were removed and heated and oxidized to form oxides. As a binder and a solvent, PMMA and acetone were prepared, and copper oxide powder, PMMA and acetone were sufficiently stirred to prepare a slurry. At this time, the weight ratio of the solvent and the copper oxide powder was 3: 7, PMMA was added at 3 wt.% Based on the total weight of the slurry. After coating on the paraffin ball by quenching the prepared slurry, the solvent was evaporated by drying in 25 ℃, 50% RH atmosphere. The copper oxide was reduced by heating at 900 DEG C for 1 hour in a hydrogen atmosphere. At this time, the temperature increase rate was 15 ° C / s, the cooling rate was -15 ° C / s. Therefore, the paraffin ball inside was extinguished, completing the copper hollow sphere according to the present invention. Figure 3 is a photograph of a copper hollow sphere prepared according to Example 1 of the present invention, Figure 4 is a strength-strain graph showing the compression test results of the copper hollow prepared. 5 is a cross-sectional photograph of a foamed metal prepared by heating at 700 ° C. for 1 hour under a hydrogen atmosphere with the above components. By lowering the sintering temperature to suppress the diffusion of atoms to maximize the density of the pores to produce a high hollow copper spheres.

실시예 2: 니켈 중공구의 제조Example 2: Preparation of Nickel Hollow Spheres

니켈 스크랩에 묻은 기름 찌꺼기와 오염물질을 제거하고 산화물로 만들기 위해 가열하여 산화시켰다. 바인더 및 용매는 PA와 물을 준비하였고, 슬러리 제조를 위해 니켈 산화물 분말, PA 및 물을 충분히 교반하였다. 이때 용매와 구리 산화물 분말의 중량비는 3 : 7으로 하였고, PA는 슬러리 총 중을 기준으로 5 wt.%로 첨가하였다. 제조된 슬러리에 담금질 방법으로 파라핀 볼 상에 코팅한 후 25 ℃ , 50%RH 분위기하에서 건조하여 용매를 증발시켰다. 수소 분위기하에서 800 ℃, 1시간동안 가열하여 니켈산화물을 환원시켰다. 이때 승온 속도는 15 ℃/s, 냉각속도는 -15 ℃/s으로 하였다. 따라서 내부의 파라핀 볼은 소멸되었고, 본 발명에 따른 니켈 중공구를 완성하였다. 도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 930 ℃에서 1시간동안 소결하여 제조된 니켈 중공구의 단면사진이며, 에너지 분산형 X-ray 분석기로 분석한 결과, 니켈 산화물은 완벽하게 환원되어 니켈 중공구가 되었다.Oil residues and contaminants on nickel scraps were removed and heated and oxidized to form oxides. The binder and the solvent were prepared with PA and water, and the nickel oxide powder, PA and water were sufficiently stirred to prepare a slurry. At this time, the weight ratio of the solvent and the copper oxide powder was 3: 7, and PA was added at 5 wt.% Based on the total weight of the slurry. After coating on the paraffin ball by quenching the prepared slurry, the solvent was evaporated by drying in 25 ℃, 50% RH atmosphere. Nickel oxide was reduced by heating at 800 DEG C for 1 hour in a hydrogen atmosphere. At this time, the temperature increase rate was 15 ° C / s, the cooling rate was -15 ° C / s. Therefore, the paraffin ball inside was extinguished, completing the nickel hollow sphere according to the present invention. 6 is a cross-sectional photograph of a nickel hollow sphere prepared by sintering at 930 ° C. for 1 hour according to Example 1 of the present invention. As a result of analysis by an energy dispersive X-ray analyzer, nickel oxide is completely reduced to form a nickel hollow sphere. Became.

본 발명에 따른 금속 중공구 제조 방법은 제조 공정을 단순화 및 개선함으써 생산성 향상 및 생산 비용이 절감되고, 제조 시 사용되는 용매선택에 제한이 적고, 표면 조도가 개선된 금속 중공구의 제조가 가능하다. 이를 통해 기계적, 열적 특성이 우수하나 밀도가 높아 일반적인 주조 방법으로 제조하기 어려웠던 금속 소재를 사용하여 경제적인 발포 금속을 제조가 가능하다. 이렇게 제조된 발포금속은 기존의 유/무기 방음용 소재와는 달리, 내구성/내열성이 뛰어날 뿐만 아니라 초경량이므로 차세대 방음용 소재로서 건축, 음향분야에 활용이 증대할 것이며 우수한 내열성과 초경량성을 이용하여 운송기기 분야와 전자파 차폐분야 등 전 산업분야에 유용하다. Metal hollow sphere manufacturing method according to the present invention by simplifying and improving the manufacturing process, productivity and production cost is reduced, there is little restriction on the solvent selection used in the manufacturing, it is possible to manufacture the metal hollow sphere with improved surface roughness . Through this, it is possible to manufacture economical foam metal using a metal material having excellent mechanical and thermal properties but high density, which was difficult to manufacture by a general casting method. Unlike the existing organic / inorganic soundproof materials, the foamed metal thus manufactured is not only excellent in durability / heat resistance but also ultra-lightweight, and thus will be used in the construction and sound fields as the next-generation soundproof material. It is useful for all industries such as transportation equipment and electromagnetic shielding.

도 1은 본 발명에 따른 금속 중공구의 제조 공정 순서도이다.1 is a flow chart of the manufacturing process of the metal hollow sphere according to the present invention.

도 2는 본 발명의 소결 온도에 따른 중공구의 수축률 나타낸 그래프이다. Figure 2 is a graph showing the shrinkage of the hollow sphere according to the sintering temperature of the present invention.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 구리 중공구의 사진이다.3 is a photograph of a copper hollow sphere prepared according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따라 제조된 구리 중공구의 압축 테스트 결과를 도시한 강도-변형 그래프이다. Figure 4 is a strength-strain graph showing the compression test results of the copper hollow spheres prepared according to the present invention.

도 5은 본 발명에 따라 700 ℃에서 소결하여 제조된 구리 중공구의 단면 사진을 도시한 사진이다.Figure 5 is a photograph showing a cross-sectional picture of a copper hollow sphere prepared by sintering at 700 ℃ in accordance with the present invention.

도 6은 본 발명에 따라 니켈 산화물을 800 ℃에서 소결하여 제조된 니켈 중공구의 단면 사진이다.6 is a cross-sectional photograph of a nickel hollow sphere prepared by sintering nickel oxide at 800 ° C. according to the present invention.

도 7는 본 발명에 따라 제조된 구리 중공구의 응용분야 중 온돌에 시공한 모식도이다. Figure 7 is a schematic diagram of the construction on the ondol among the applications of the copper hollow sphere prepared according to the present invention.

Claims (8)

금속 중공구를 제조하는 방법으로서,As a method of manufacturing a metal hollow sphere, (a) 금속 산화물, 바인더 및 용매로 구성된 슬러리를 제조하는 단계;(a) preparing a slurry consisting of a metal oxide, a binder and a solvent; (b) 단계 (a)의 슬러리를 파라핀 볼 또는 파라핀이 코팅된 폴리머 볼 표면에 코팅하는 단계;(b) coating the slurry of step (a) on a paraffin ball or paraffin coated polymer ball surface; (c) 건조하여 용매를 증발시키는 단계;(c) drying to evaporate the solvent; (d) 수소 분위기 하에서 가열하여 금속 산화물을 환원시키는 단계를 포함하는, 금속 중공구의 제조 방법.(d) heating under a hydrogen atmosphere to reduce the metal oxide. 제 1항에 있어서, 상기 금속 산화물의 직경은, 금속 중공구 직경의 1/50 이하임을 특징으로 하는 금속 중공구의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the diameter of the metal oxide is 1/50 or less of the diameter of the metal hollow sphere. 제 1항에 있어서, 용매는 물, 알코올 또는 아세톤임을 특징으로 하는, 금속 중공구의 제조 방법. The method of claim 1, wherein the solvent is water, alcohol or acetone. 제 1항에 있어서, 바인더는 폴리비닐알코올(PVA), 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA)또는 폴리아크릴아마이드(PA)임을 특징으로 하는, 금속 중공구의 제조 방법. The method of claim 1, wherein the binder is polyvinyl alcohol (PVA), polymethyl methacrylate (PMMA) or polyacrylamide (PA). 제 1항에 있어서, 금속 산화물 대 용매의 중량비가 1 : 1 내지 10 : 1임을 특징으로 하는, 금속 중공구의 제조 방법. 2. The method of claim 1, wherein the weight ratio of metal oxide to solvent is from 1: 1 to 10: 1. 제 1항에 있어서, 바인더는 슬러리 총 중량의 10 중량% 미만임을 특징으로 하는, 금속 중공구의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the binder is less than 10% by weight of the total weight of the slurry. 제 1항에 있어서, 금속 산화물은 1종의 순금속 산화물 또는 2종 이상의 혼합물인 합금 금속 산화물임을 특징으로 하는, 금속 중공구의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the metal oxide is an alloy metal oxide, which is one pure metal oxide or a mixture of two or more thereof. 제 1항의 방법에 따라 제조된, 금속 중공구. A metal hollow sphere made according to the method of claim 1.
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