KR20090105487A - 탄소 나노튜브 복합재료가 코팅된 물품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄소 나노튜브 복합재료가 코팅된 물품의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 물성에 비하여 적절한 코팅방법이 제공되지 못했던 탄소 나노튜브 복합재료를 분사코팅하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 물품 제조방법은 탄소 나노튜브가 분산된 복합재료 분말과 피사체를 준비하는 단계; 및 상기 피사체 표면에 복합재료 분말을 저온분사하여 코팅하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 간편한 방법으로 탄소 나노튜브 복합재료가 코팅된 물품으로서, 코팅층의 기계적 강도와 내구성이 우수할 뿐만 아니라 탄소 나노튜브의 물성이 훼손되지 않은 상태에서 균일하게 분포된 코팅층이 형성된 물품을 제공할 수 있다.

탄소 나노튜브, 복합재료, 저온분사, 강도

Description

탄소 나노튜브 복합재료가 코팅된 물품의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING AN ARTICLE COATED WITH CARBON NANOTUBE COMPOSITE}

본 발명은 탄소 나노튜브(CNT) 복합재료가 코팅된 물품의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 물성에 비하여 적절한 코팅방법이 제공되지 못했던 탄소 나노튜브 복합재료를 분사코팅하는 방법에 관한 것이다.

탄소 나노튜브는 직경이 수나노미터 내지는 수십나노미터에 불과한 미세한 튜브형태의 재료를 의미한다. 상기 탄소 나노튜브는 우수한 전기 전도성과 열전도성을 가짐으로 인하여 다양한 분야에서 그 용도를 넓혀가고 있는 재료이다. 이러한 탄소 나노튜브는 단독으로 사용되는 경우도 많지만, 다른 재료와의 복합체를 형성하여 그 성질을 상호보완하는 방식으로 사용되는 경우가 일반적이다.

도 1에 탄소 나노튜브 복합재료의 형태를 나타내었다. 도면에서 탄소나노튜브(1)는 기지 재료에 파묻힌 형태로 존재하고 있음을 알 수 있다. 탄소나노튜브가 기지재료에 파묻힌 형태로 존재하여 복합재료를 형성하는 경우에는 재료의 전기 전 도성과 열전도성을 향상시킬 수 있어 전도체로서의 성능을 대폭 향상시킬 수 있다. 그 뿐만 아니라, 미세한 나노 재료가 금속 기지 재료 내에 존재할 경우에는 전위 이동을 방해하여 분산강화 효과를 얻을 수 있으므로 강화 재료로도 사용가능하다. 또한, 마찰환경에서 상기 복합재료를 사용할 경우에는 기지 재료가 마모됨에 따라 탄소 나노튜브가 노출될 수 있으며, 상기 노출된 탄소 나노튜브가 윤활제로 작용하므로써 마모면의 마찰력을 감소시킬 뿐만 아니라, 기지 재료가 탈락하는 것을 방지하는 역할을 함으로써 내마모성을 높이는 역할도 수행한다.

그러므로, 탄소 나노튜브 복합재료는 전기적, 열적, 기계적 성질을 요하는 많은 산업분야에서 사용되고 있다. 그러나, 상기 우수한 탄소 나노튜브 복합재료의 성질에 비하여 상기 탄소 나노튜브는 공정상 벌크화하기가 어려울 뿐만 아니라, 단위 중량 당 재료의 단가가 높기 때문에 벌크형태로 제조하지는 못하고 통상 코팅되는 형태로 이용되고 있다.

탄소 나노튜브 복합재료를 코팅하는 방법으로는 대한민국 공개특허공보 2006-0025432호를 들 수 있는데, 상기 문헌에는 열화학적 기상증착법을 이용하여 탄소 나노튜브 복합재료 코팅을 실시하는 방법이 제시되어 있다. 상기 문헌에서 제시한 열화학적 기상증착법은 진공 챔버 내에 코팅대상인 금형과 화학물질을 넣고 플라즈마를 발생히켜 금형 표면상에서 화학반응을 유도함으로써 코팅층을 형성하는 방법이다. 이 방법은 대량 처리가 가능하고 코팅 두께 조절이 정확하다는 장점을 가지나, 제조공정에서 독성 물질이 사용되며, 이를 구현하기 위한 반응 변수와 장치가 복잡하여 공정의 재현성이 떨어질 뿐만 아니라 후막형성이 불가능하고 별도의 진공챔버를 요구하여 생산성이 떨어지고 공정 단가가 비싸다는 단점도 가지므로 그 적용에 한계가 있다.

탄소 나노튜브 복합재료를 코팅하는 또 한가지 방법으로서, 비특허문헌인 Surface & Coating Technology 201(2007) p5836~5842에 게재된 "Corrosion studies of carbon nanotubes-Zn composite coating"(B.M.Praveen, T.V. Venkatesha, Y. Arthoba Naik, K. Prashantha)에서는 전기도금법을 통하여 탄소 나노튜브 아연 복합재료를 코팅하는 방법을 제시하고 있다. 전기도금법은 제조비용이 저렴하고, 공정 속도가 높으며, 코팅의 두께가 균일하며, 코팅 후 코팅 두께가 균일하다는 장점을 가진다. 그러나, 탄소 나노튜브 복합재료는 균일한 상이 아니라 기지 재료 내에 탄소 나노튜브가 존재하는 형태이기 때문에 이를 전기도금법으로 코팅할 경우에는 탄소 나노튜브가 코팅층 내에서 균일하게 분포하기 어려우며 전기 도금용 전해액의 제조 및 전기 도금 공정 조건이 까다롭고 복잡하기 때문에 코팅의 재현성이 미흡하다. 그리고 코팅층의 두께가 수십 마이크로미터로 제한된다는 단점을 가지므로 기계적 특성을 높이기 위한 탄소 나노튜브 복합재료 코팅층을 형성하기에 충분한 두께로 제조되기에 어렵다.

또한, 비특허문헌인 Wear, 252(2005) p512-517에 게재된 "Effect of carbon nanotube addition on the tribological behavior of carbon/carbon composites"(D.S.Lim, J.W.An, W.J.Lee)에서는 도 2에 도시한 바와 같이 탄소 섬유 층을 재료 표면에 형성하고 탄소 섬유층(3) 위에 탄소 나노튜브 층(4)을 형성하여 탄소 나노튜브 층(4)의 표면에 압력을 가해 탄소 나노튜브 층(4)을 파쇄하여 탄소 섬유 층(3) 내부에 탄소 나노 튜브를 유입하는 방법을 제시하고 있다. 이러한 방법을 통해 코팅층을 형성할 경우, 탄소 나노튜브의 압력에 의한 장입시 코팅층이 압력에 의해 일부 파단될 수 있으며, 기계적 특성이 낮아질 수 있다. 또한, 탄소 나노튜브가 코팅층내에서 균일하게 분포되지 못하고 표면에만 다량 분포되며, 탄소 나노튜브 중 상당 부분이 코팅층 내부로 유입되지 못하고 폐기되기 때문에 효율이 낮으며, 공정단가가 낮다는 문제도 있다.

탄소 나노튜브 복합재료를 보다 용이하게 코팅하기 위한 방법으로서 제안된 방법으로는 비특허문헌인 Acta Biomaterialia 3(2007), p944-951에 게재된 "Tribological behavior of plasma-sprayed carbon nanotube-reinforced hydroxyapatite coating in physiological solution"에서는 플라즈마 스프레이(plasma spray)를 이용한 탄소 나노튜브 복합재료 코팅방법을 제시하고 있다. 플라즈마 스프레이 공정은 고온의 플라즈마 가스 유동장에 미세한 분말을 장입하여 용융시켜 발생한 액적을 피사체에 충돌시켜 코팅층을 형성시키는 방법으로서 코팅 형성속도가 빠르며, 용융이 가능한 물질의 다양한 미세조직 설계가 가능하다는 장점을 가진다. 반면 처리공정 중 분말의 용융과 응고 현상이 필연적으로 수반될 수 밖에 없으므로 응고 수축에 의한 잔류응력으로 인하여 코팅의 접합강도가 감소하고, 고온의 가스 유동장 내에서 산화 등의 상변태가 발생하여 탄소 나노튜브의 성질이 훼손될 수 있다는 문제가 있다. 그리고, 상대적으로 코팅층 내부에 기공도가 높아 코팅층의 기계적 특성과 코팅층과 모재간의 밀착성이 낮다는 단점을 가져, 탄소 나노튜브 복합재료 코팅층 형성시 코팅층의 내구성이 낮아진다는 문제가 발생한다.

따라서, 두께 조절이 용이하고, 탄소 나노튜브가 균일하게 분포할 뿐만 아니라, 충분한 기계적 강도와 내구성을 가지는 탄소 나노튜브 코팅층이 형성된 물품을 제조하는 방법에 대한 요구는 아직까지 충족되지 못한 실정이다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일측면에 따르면 충분한 기계적 강도와 내구성을 가지고, 탄소 나노튜브가 균일하게 분포된 코팅층을 가진 물품의 제조방법이 제공된다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 물품 제조방법은 탄소 나노튜브가 분산된 복합재료 분말과 피사체를 준비하는 단계; 및 상기 피사체 표면에 복합재료 분말을 저온분사하여 코팅하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 복합재료의 기지는 금속이 바람직하며, 그 중에서도 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것이 가장 바람직하다. 또한, 상기 피사체는 금속 또는 세라믹인 것이 바람직하다.

또한, 저온 분사시 공정가스의 온도를 450~550℃로 하는 것이 보다 바람직하다.

그리고, 저온 분사시 공정가스의 압력을 2.0~2.5MPa로 하는 것이 유리하다.

본 발명에 따르면, 간편한 방법으로 탄소 나노튜브 복합재료가 코팅된 물품으로서, 코팅층의 기계적 강도와 내구성이 우수할 뿐만 아니라 탄소 나노튜브의 물성이 훼손되지 않은 상태에서 균일하게 분포된 코팅층이 형성된 물품을 제공할 수 있다.

본 발명에서 제공된 물품은 전기 전도성, 열전도성, 기계적 성질, 내마모성이 우수한 물품으로서 각 기능에 맞추어 여러분야에서 활용될 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 깊이 연구하던 중 입자의 용융을 수반하지 않으면서 빠른 속도로 입자를 분사하여 물품의 표면에 코팅층을 형성시키는 저온분사방법을 이용할 경우 코팅층의 두께에 제한이 없으며 강하게 결합한 코팅층을 형성시킬 수 있다는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.

즉, 본 발명은 탄소 나노튜브가 기지 금속 내에 분포된 코팅용 분말과 피사체를 준비한 후 분말의 용융을 수반하지 않는 온도에서 고속으로 피사체에 분사하여 상기 복합재료 분말이 코팅된 물품을 제조하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 서 사용하는 분사방법을 통상적으로 저온분사(cold spray)라고 한다.

이러한 저온분사는 입자의 용융을 수반하는 플라즈마 스프레이 등의 열용사(thermal spray)는 달리 입자의 용융을 수반하지 않는 온도에서 진행되는데, 그 상세한 작업방식은 다음에서 설명하는 바와 같다. 본 발명에서 사용하는 저온분사방법은 도 3에 도시한 형태의 장치(저온분사 코팅기)를 통하여 구현가능하다. 물론, 도 3에 도시한 장치는 저온분사 코팅기의 한가지 예로서 상기 장치의 형태에는 여러가지 변형이 존재할 수 있으며, 통상 저온분사 코팅기라고 불리우는 것은 모두 본 발명에서 적용가능하다. 도 3에 도시한 상기 저온 분사 코팅기는 가스공급장치(5), 조절패널(6), 가스가열 및 가압장치(7), 분말송급장치(8) 및 드 라발 노즐(de Laval Nozzle)(9)을 포함하고 있다. 상기 가스공급장치(5)에서 공급되는 가스는 조절패널(6)에서 가스량 조절이 이루어져 가스가열장치(7)과 분말송급장치(8)로 나뉘어져 공급된다. 상기 가스가열 및 가압장치(7)는 가스를 고온으로 가열 및 가압하여 가스의 팽창으로 인한 속도 상승을 유도하고, 상기 분말예열장치(8)는 조절패널(7)로부터 공급되는 가스에 분말을 공급함으로써 가스에 의해 분말이 드 라발 노즐(9)쪽으로 공급될 수 있도록 하는 역할을 한다. 분말송급장치(8) 직후에는 분말을 가열할 수 있는 분말가열장치가 구비될 수 있다(도시생략). 상기 분말가열장치는 분말이 통과하는 관 외부에 발열체 등을 장착하여 분말을 가열하기 위한 장치로서 분말의 온도를 높여서 분말이 피사체에 충돌하여 코팅될 때 분말의 변형능과 인성을 높이는 역할을 한다. 드 라발 노즐(9)의 직전에서는 상기 분말송급장 치(8)에서 송급된 분말과 가스의 혼합물과 가스가열 및 가압장치(7)에서 공급된 가열된 고속의 가스가 만나 고속의 가스/분말 혼합물을 형성하여 상기 드 라발 노즐(10)을 통하여 고속의 가스/분말 제트(jet)류로 분사된다. 드 라발 노즐은 노즐 길이 방향으로 볼 때 노즐의 내경이 감소(converge)하였다가 다시 증가(diverge)하는 형태를 갖춘 것으로서 가스의 속도를 음속이상의 초음속으로 증가시키는데 사용되는 노즐을 의미한다. 상기 드 라발 노즐을 통하여 초음속으로 분사된 가스에 의해 이송되는 분말은 가스의 속도에 근접한 높은 속도 즉, 500~1200m/s의 속도로 피사체와 충돌하게 되며, 분말이 가지고 있던 운동에너지가 분말이 소성변형하여 피사체/분말 사이의 결합에 필요한 에너지로 변환되게 되어 따라서 분말이 코팅된 피사체를 얻을 수 있는 것이다. 즉, 이러한 높은 변형속도하에서는 분말의 소성변형으로 인하여 발생하는 열에너지가 외부로 전달되지 못하고 단열상태로 변형하는 입자내에 축적되어 입자의 열적 연화를 유도하며, 입자와 모재의 계면에서 단열 전단 불안정을 발생시켜, 접합이 일어나게 하는 것이다.

이렇게 저온분사에 의해 코팅이 이루어지는 탄소 나노튜브 복합재료는 열 용사법과는 달리 용융 및 응고과정을 겪지 않기 때문에 열변형이 일어나지 않고 그에 따라 피사체와 코팅된 복합재료 사이의 잔류응력도 최소화될 수 있다. 그 뿐만 아니라, 복합재료 분말이 코팅되는 것이므로 코팅층 내에서 탄소 나노튜브가 균일하게 분포될 수 있으며, 그 두께에도 큰 제한이 없다.

상기와 같은 저온분사방법 자체는 널리 알려진 기술이기는 하나, 본 발명의 발명자들과 같이 상기 저온분사를 통하여 탄소 나노튜브 복합재료가 코팅된 물품을 제조하는 방법은 아직까지 보고된 예가 없다. 또한, 상기 탄소 나노튜브 복합재료의 코팅은 통상 널리 알려진 저온분사방법을 그대로 채용할 수는 없으며 탄소 나노튜브 복합재료에 적절한 조건으로 변경하여 채용하는 것이 바람직하다.

즉, 탄소 나노튜브 복합재료는 기지 금속 내에서 분산된 상태로 존재하고, 그 입도가 매우 미세하기 때문에 기지금속의 분산강화 효과를 일으키기 때문에, 기지 금속의 강도가 높아지게 되고 그에 따라 소성변형이 일어나기 어렵게 된다는 문제가 있을 수 있다. 또한, 이를 위해서 복합재료 분말의 온도를 상승시킬 경우에는 특히, 탄소 나노튜브/알루미늄 복합재료와 같은 산화성이 높은 금속과의 복합분말은 표면에 산화층이 형성되어 오히려 접합에 장애로 작용할 수 있으므로 분말의 온도를 상승시키는 것도 한계가 있을 수 있다. 따라서, 본 발명의 발명자들은 저온분사 조건 중 사용되는 가스의 압력과 가스의 온도 등과 같은 여러가지 공정 변수들을 보다 구체적으로 제한함으로써 탄소 나노튜브 복합재료의 코팅이 원활하게 이루어지도록 하였다. 이에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다.

공정 가스의 온도

공정 가스 가열 및 가압 장치(7)에서 가열되는 공정 가스의 가열 온도는 450~550℃인 것이 바람직하다. 탄소 나노튜브 복합재료는 높은 기계적 특성을 가지 므로 충돌 시 분말의 충분한 소성 변형을 유도하기 위해서는 분말이 높은 속도로 공정 가스 유동장 내에서 가속되어야 한다. 이를 충족시키기 위해서는 공정 가스의 온도를 높여 공정 가스의 비행 속도를 높여 분말의 속도를 높여야 한다. 그리고 공정 가스 온도를 높이게 되면, 공정 가스의 열에너지가 분말에 비행 중 전달되어 분말이 높은 온도를 가지게 된다. 분말이 높은 온도를 가지게 되면 더 열적 연화에 의해 소성 변형이 더 쉽게 발생하므로 적층이 용이해진다. 다만, 공정 가스의 온도가 과다하게 높으면 저온 분사 장비에 지속적인 무리를 가해 장비에 내구성 문제를 야기하므로 550℃ 이하인 것이 바람직하다.

공정 가스의 압력

공정 가스 가열 및 가압 장치(7)에서 가열되는 공정 가스의 가열 압력은 2.0~2.5MPa인 것이 바람직하다. 공정 가스의 압력은 공정 가스와 분말의 비행 속도를 결정하는 변수이다. 제시된 공정 가스의 압력은 저온 분사 공정에서 상대적으로 높은 압력 범위로서, 분말의 비행 속도를 극대화하여 탄소 나노튜브 복합재료 분말이 모재의 상에 충돌 시 분말의 변형을 최대화하여, 높은 기계적 특성을 가지는 탄소 나노튜브 복합재료 분말의 적층을 가능하게 하기 위해서이다. 도 4에 하기 표 1에 기재된 조건에 따라 일반 알루미늄 재료와 탄소 나노튜브 복합재료를 사용한 저온분사코팅시의 적층효율을 그래프로 도시하였다. 그래프에서 볼 수 있듯이, 압력이 증가함에 따라 적층률이 선형적으로 증가함을 알 수 있다. 특히, 통상의 알루미늄(Al)을 사용한 경우에 비하여 복합재료는 복합재료내 탄소나노튜브(CNT)의 함량이 증가할수록 적층효율이 감소하는 경향을 나타내므로 동일한 가스 압력에서도 낮은 적층효율을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 상기 그래프를 참고할 때 복합재료의 경우에도 약 35% 이상의 적층효율을 얻기 위해서는 가스 압력을 2.0MPa 이상으로 하는 것이 바람직하다는 결론을 얻을 수 있었다. 따라서, 공정 가스의 압력이 너무 낮을 경우에는 분말의 비행속도가 낮아 금형에 충돌한 후 충분한 결합강도로 코팅되기 어려우며, 반대로 공정 가스의 압력이 너무 높으면 저온 분사 장비의 고장을 유발할 뿐만 아니라 공정 가스의 유량이 높아지고 그 결과 생산 비용이 증가하여 바람직하지 않으므로 적절한 가스 압력의 사용이 요구된다.

조건	사용가스	가스온도	압력
C1	질소	500℃	1.0
C2	질소	500℃	1.5
C3	질소	500℃	2.5

따라서, 본 발명의 저온분사시 바람직한 조건은 공정 가스의 온도를 450~550℃으로 가열하고, 압력을 2.0~2.5MPa로 설정하는 것이다. 그 밖에도 복합재료 분말의 직경, 가스의 종류, 분사 거리, 노즐 이동속도 등을 다음과 같이 정하는 것이 보다 바람직하다.

분말의 직경

탄소 나노튜브 복합재료 분말의 직경은 코팅성을 결정하는 중요한 인자이다. 만일 탄소 나노튜브 복합재료 분말의 직경이 너무 작을 경우에는 입자가 가진 운동에너지가 충분하지 않아 코팅 시 적층효율이 떨어지게 되며, 반대로 탄소 나노튜브 복합재료 분말의 직경이 너무 클 경우에는 가스가 입자를 충분히 가속시키지 못하여 입자가 코팅되기 어렵게 된다. 따라서, 탄소 나노튜브 복합재료 분말의 직경은 일정한 범위의 것을 사용하는 것이 바람직한데, 탄소 나노튜브 복합재료 코팅 제조용으로는 5~200㎛인 것이 바람직하며, 특히 10~35㎛인 것이 가장 바람직하다.

가스 종류

또한, 탄소 나노튜브 복합재료 분말의 코팅 형성을 위해 공정 가스의 종류는 질소, 헬륨, 공기 또는 이들의 혼합 가스 또한 사용이 가능하다. 공정 가스의 종류가 분말의 모재 표면과의 적층에 영향을 미치지 않으므로, 공정 가스의 종류는 제한하지 않는다. 다만, 공정 가스의 가격에 따른 생산 단가를 고려하여 공기 또는 질소를 공정 가스로 사용하는 것이 바람직하다.

분사거리

분사 거리 (노즐의 출구와 피사체 표면과의 거리)는 10~40mm인 것이 보다 바람직하다. 분사 거리가 이보다 가까울 경우는 분말이 가속되는 시간이 짧아져 분말의 속도를 극대화할 수 없으며, 분사 거리가 이보다 멀 경우는 공정 가스의 유동장이 대기와의 마찰에 의해 감소되는 바 분말의 속도 또한 감속되어 분말의 속도를 극대화하지 못하여 코팅 공정의 효율을 저하시킨다.

노즐의 이동속도

노즐의 이동 속도는 단위 표면 당 그리고 단위 시간 당 피사체의 표면에 충돌하는 분말의 수를 결정한다. 이것은 코팅의 두께를 결정하는 변수로써, 적절한 두께로 복합재료를 코팅하기 위해서는 노즐의 이동 속도는 60~120 mm/s로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나 노즐의 이동 속도는 요구되는 다양한 코팅 두께에 따라 달라질 수 있고, 저온 분사 공정에 대한 지식이 있는 자라면 누구라도 조건을 변경하여 용이하게 사용할 수 있으므로 이 사항은 본 발명에 특별히 한정하지 않는다.

상기한 저온분사 조건 이외에도 보다 양호한 코팅층을 형성하기 위해서는 피사체의 표면을 전처리하여 표면의 조도를 증가시키는 것이 바람직하다. 상기 전처리로는 블라스팅법을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 블라스팅은 크기 177-595㎛인 알루미나 분말을 5~8kg/cm² 정도의 압력으로 피사체 표면에 분사하는 방식으로 이루어진다.

상술한 조건 이외의 나머지 조건은 통상의 저온분사 조건에 준한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 저온분사를 이용하여 복합재료를 코팅한다는 본 발명의 기술적 사상과 이를 구현하기 위한 상기의 보다 바람직한 조건이 이미 본 명세서에서 개시된 이상 나머지 조건은 통상 적용되는 조건으로부터 용이하게 변경하여 적용할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 물품 제조에 사용되는 복합재료 분말은 탄소 나노튜브가 기지 내에 분산된 분말로서 상기 기지로는 금속을 이용하는 것이 바람직하며, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 이용하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 복합재료 분말이 코팅되는 피사체는 금속과 세라믹 피사체를 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부하는 도면과 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 실시예의 범위로 축소하기 위한 것은 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 정해지는 것이기 때문이다.

(실시예)

본 발명의 효과를 관찰하기 위하여 피사체 표면에 탄소 나노튜브 복합재료 분말을 분사하여 코팅을 실시하였다. 피사체로는 알루미늄 1050 합금을 이용하였다. 또한, 코팅 전에 상기 피사체의 표면을 연마처리한 후 상기 연마 처리된 피사체 표면에 대하여 177~595㎛의 크기를 가지는 알루미나 분말을 5.0kg/cm²의 가스 분사 압력으로 그릿 블라스팅을 실시하고 블라스팅 처리된 표면을 초음파 세척하는 전처리를 하였다.

상기 전처리된 피사체 표면에 직경분포가 10~35㎛이고 기지가 순수 알루미늄인 탄소 나노튜브/알루미늄 복합재료를 도 3에 도시된 장비와 유사한 구성을 가지는 독일 CGT 사의 저온분사 코팅 장비를 이용하여 저온분사 코팅하였다. 공정가스로는 질소가스를 사용하였으며, 가스의 가열온도는 500℃로 설정하였으며, 압력은 2.0MPa로 설정하였다. 분사시 분사 거리는 30mm 로 정하였으며, 두꺼운 코팅층 형성을 위해 노즐의 이동속도를 80mm/s로 정하였다.

상기 방법에 의해 제조된 물품의 코팅단면을 도 5에 나타내었다. 도 5에서 볼 수 있듯이 탄소 나노튜브/알루미늄 복합재료 코팅층(13)이 알루미늄 1050 합금 피사체(12) 위에 형성되었음을 확인할 수 있었고, 형성된 코팅층은 내부에 기공이 전혀 존재하지 않은 조밀한 코팅층으로서 피사체와 복합재료 코팅층이 강하게 결합되어 있음을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 유리한 효과를 확인할 수 있었다.

도 1은 탄소 나노튜브 복합재료의 형태를 개략적으로 도시한 개념도,

도 2는 종래기술에서 제시된 탄소나노튜브 코팅층을 형성하는 방법을 개략적으로 도시한 개념도,

도 3은 저온분사코팅장치의 개략적인 구성을 나타낸 구성도,

도 4는 분사조건에 변함에 따라 적층효율이 변화하는 것을 나타낸 그래프, 그리고

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 저온분사 코팅된 물품의 코팅층을 현미경으로 관찰한 사진이다.

Claims (5)

1. 탄소 나노튜브가 분산된 복합재료 분말과 피사체를 준비하는 단계; 및

   상기 피사체 표면에 복합재료 분말을 저온분사하여 코팅하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 복합재료가 코팅된 물품의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 복합재료의 기지는 금속인 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 복합재료가 코팅된 물품의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 피사체는 금속과 세라믹인 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 복합재료가 코팅된 물품의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 저온 분사시 공정가스의 온도를 450~550℃로 하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 복합재료가 코팅된 물품의 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 저온 분사시 공정가스의 압력을 2.0~2.5MPa로 하는 것을 특징으로 하는 탄소 나노튜브 복합재료가 코팅된 물품의 제조방법.

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