KR20120051256A - 형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 소재의 다공체 프리폼을 준비하는 단계; 상기 다공체 프리폼 표면을 고분자 코팅재로 코팅하는 단계; 표면이 코팅된 상기 다공체 프리폼을 산화물 슬러리에 침지시켜 침지물을 형성하는 단계; 상기 침지물을 열처리하여 상기 다공체 프리폼 및 상기 코팅재를 제거하고, 상기 다공체 프리폼 및 상기 코팅재가 차지하였던 공간에 기공을 형성하여 다공체 산화물을 만드는 단계; 및 상기 다공체 산화물을 소결하는 단계를 특징으로 하는 형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 용탕 주입이 가능하여 주조를 통해 고융점 금속의 다공성 벌크 소재의 제작이 가능함과 아울러, 기공의 크기 및 분포의 조절이 가능하고, 이에 따라, 제조되는 다공체 주형의 체적당 표면적을 증대시킬 수 있으며, 이는 궁극적으로, 다공체 주형를 통해 주조되는 고융점 금속의 다공성 벌크 소재의 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF MOLD USING SHAPE AND THICKNESS CONTROLLED PREFORM}

본 발명은 형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용탕 주입이 가능하여 주조를 통해 고융점 금속의 다공성 벌크 소재의 제작이 가능함과 아울러, 기공의 크기 및 분포의 조절이 가능하고, 이에 따라, 제조되는 다공체 주형의 체적당 표면적을 증대시킬 수 있으며, 궁극적으로, 다공체 주형를 통해 주조되는 고융점 금속의 다공성 벌크 소재의 특성을 향상시킬 수 있는 형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법에 관한 것이다.

종래의 다공성 소재는 형상을 갖는 기공구조로 기능이 요구되는 특정분야에 한해 선택적으로 사용되었다. 특히, 알루미늄 발포금속으로 대표되는 저융점 다공성 소재는 주조공정으로 대량생산의 발판을 마련하였으며, 현재, 방음, 단열, 진동흡수능이 요구되는 단열재 및 방음소재 등에 적용되고 있다.

알루미늄 발포금속 제조기술은 용탕 상태에서 충분한 발포능을 확보하기 위하여 적절한 점성 및 표면장력이 요구된다. 이를 위해, Ca과 같은 점증제 및 TiH2와 같은 발포제를 이용하여 제조하며, 현재, batch 형태 제조공정에서 연속 생산이 가능한 제조공정으로의 발전이 진행되고 있다. 이러한 발포 금속의 제조방법은 최근 마그네슘 합금에도 적용되어 개발되고 있는 추세이다.

그러나 저융점 금속의 경우, 극한 환경이나 높은 사용온도 및 내식성이 요구되는 용도 및 기능재에 적용하기에는 한계가 있어 이를 대신할 철, 니켈, 구리, 타이타늄 소재 등의 고융점 금속의 수요가 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.

하지만, 이러한 고융점 다공성 소재를 제조하기 위해, 종래 알루미늄 발포금속과 같은 발포공정기술을 적용하기 위해서는 고온 발포제, 고온의 용탕 취급 및 설비가 동시에 개발되어야 하는데 이는 그리 쉬운 일이 아니다. 따라서, 현재 고융점 다공성 소재를 제조하는 기술은 대부분 분말 야금법에 기초한 기술이 개발되고 있으나, 이는 제품의 크기, 공정비용, 적용처의 한계로 많은 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 용탕 주입이 가능하여 주조를 통해 고융점 금속의 다공성 벌크 소재의 제작이 가능함과 아울러, 기공의 크기 및 분포의 조절이 가능하고, 이에 따라, 제조되는 다공체 주형의 체적당 표면적을 증대시킬 수 있으며, 궁극적으로, 다공체 주형를 통해 주조되는 고융점 금속의 다공성 벌크 소재의 특성을 향상시킬 수 있는 형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법의 제공을 그 목적으로 한다.

본 발명은 고분자 소재의 다공체 프리폼을 준비하는 단계; 상기 다공체 프리폼 표면을 고분자 코팅재로 코팅하는 단계; 표면이 코팅된 상기 다공체 프리폼을 산화물 슬러리에 침지시켜 침지물을 형성하는 단계; 상기 침지물을 열처리하여 상기 다공체 프리폼 및 상기 코팅재를 제거하고, 상기 다공체 프리폼 및 상기 코팅재가 차지하였던 공간에 기공을 형성하여 다공체 산화물을 만드는 단계; 및 상기 다공체 산화물을 소결하는 단계를 특징으로 하는 형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법을 제공한다.

여기서, 상기 다공체 프리폼은 폴리스티렌을 포함하는 열가소성 수지로 형성되는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 코팅재는 왁스, 고무 또는 폴리우레탄을 포함하는 고분자 중 선택된 어느 하나인 것에도 그 특징이 있다.

이때, 상기 기공의 크기는 상기 코팅재의 코팅 두께에 따라 조절되는 것에도 그 특징이 있다.

한편, 본 발명은 상술한 바와 같은 제조방법을 통해 제조되는 다공체 산화물 주형을 제공한다.

본 발명에 의하면, 용탕 주입이 가능하여 주조를 통해 고융점 금속의 다공성 벌크 소재의 제작이 가능함과 아울러, 기공의 크기 및 분포의 조절이 가능하고, 이에 따라, 제조되는 다공체 주형의 체적당 표면적을 증대시킬 수 있으며, 이는 궁극적으로, 다공체 주형를 통해 주조되는 고융점 금속의 다공성 벌크 소재의 특성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법을 공정 순으로 나타낸 공정 순서도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

그러면, 본 발명에 따른 고융점 금속의 다공성 벌크 소재 제조를 위한 주형 제조방법에 대하여 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법은, 주조를 통해 고융점 금속의 다공성 소재를 제작하기 위한 주형 제조방법으로, 먼저, 다공체 프리폼(perform)을 준비한다. 여기서, 사용되는 다공체 프리폼은 고분자 소재로 형성되며, 특히, 폴리스티렌(polystyrene)을 포함하는 열가소성 수지로 형성될 수 있다.

다음으로, 준비된 고분자 소재의 다공체 프리폼 표면을 코팅한다. 이 단계에서는 고분자 코팅재를 사용하여 다공체 프리폼 표면을 코팅하는데, 이때, 사용되는 고분자 코팅재는 왁스(wax), 고무 또는 폴리우레탄을 포함하는 고분자 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 여기서, 고분자 소재로 이루어진 다공체 프리폼과 코팅재는 제조될 주형에 기공을 형성하기 위한 수단으로 사용된다. 즉, 다공체 프리폼과 코팅재는 후속 열처리 공정 시 제거되고, 이러한 다공체 프리폼 및 코팅재가 차지하고 있는 공간은 기공으로 남게 된다. 따라서, 형성될 기공의 수, 형상, 크기 등은 이들 다공체 프리폼과 코팅재에 의해 결정된다.

이를 보다 상세히 설명하면, 형성될 기공의 기본적인 수나 형상, 분포도 및 크기 등과 같은 패턴은 사전에 제작되는 다공체 프리폼에 의해 어느 정도 결정된다. 하지만, 최종적인 기공의 패턴은 다공체 프리폼의 표면에 코팅되는 코팅재에 의해 결정된다. 즉, 다공체 프리폼의 표면에 코팅재를 두껍게 코팅하면, 코팅재 제거 시 코팅재가 차지하고 있는 그 증가된 두께만큼의 공간이 확보되므로, 최종 형성될 기공의 크기가 조절된다.

여기서, 코팅재의 코팅 두께는 ㎛ 범위로 제어될 수 있으므로, 본 발명에 따른 고융점 금속의 다공성 벌크 소재 제조를 위한 주형 제조방법을 통해, 기공에 대한 ㎛ 범위의 미세한 제어가 가능하게 되고, 결국, 이러한 주형을 통해 주조되는 고융점 금속의 다공성 벌크 소재의 기공에 대한 제어가 가능해진다.

다음으로, 코팅재로 표면이 코팅된 다공체 프리폼을 산화물 슬러리에 침지시켜 침지물을 만든다. 이 단계에서는 주형재로 사용되는 산화물 슬러리를 다공체 프리폼의 표면에 입혀, 제조될 주형의 골격을 형성한다. 여기서, 사용되는 산화물은 알루미나 또는 지르코니아 등이 사용될 수 있다. 한편, 다공체 프리폼이 침지되는 산화물 슬러리는 예컨대, 산화물 분말을 에탄올과 같은 휘발성 용매에 넣고, 이들을 교반시킴으로써, 제조될 수 있다.

이때, 침지물을 만든 다음 후속 열처리 공정을 진행하기 전 상온에서 소정 시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다.

다음으로, 상온 건조된 침지물을 열처리한다. 이 단계는 산화물을 제외한 다공체 프리폼과 코팅재를 열처리를 통해 제거하여 이들이 차지했던 공간에 기공을 형성하는 단계이다.

즉, 이 단계에서는 침지물을 전기로 등에서 열처리하여 다공체 프리폼과 코팅재를 기화시켜 날려보낸다. 그러면, 다공체 프리폼과 코팅재가 차지하고 있던 공간은 기공으로 남게 되고, 이와 같은 기공이 형성된 다공체 산화물이 만들어진다. 이때, 이와 같은 열처리 과정에서 산화물 슬러리 제조 시 사용되었던 휘발성 용매는 증발하게 된다.

마지막으로, 만들어진 다공체 산화물을 소결한다. 이 단계에서는 이전 열처리 단계에서 다공체 프리폼과 코팅재가 제거되고 기공이 형성되어 만들어진 다공체 산화물을 고온 전기로에서 용융점 이하의 온도로 가열하여 다공체 산화물을 구조적으로 안정시킨다.

이와 같이, 다공체 산화물을 소결하고 냉각하면, 본 발명에 따른 다공체 산화물 주형의 제조가 완료된다. 그리고 이러한 다공체 산화물 주형을 사용하여 고융점 금속의 다공성 벌크 소재를 주조할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 주형은 내열성이 우수한 산화물로 제조되어 고융점 금속 용탕의 주입이 가능하여 주조를 통해 고융점 금속의 다공성 벌크 소재의 제작이 가능한 장점이 있다. 그리고 다공체 프리폼에 코팅되는 고분자 코팅재의 코팅 두께 조절을 통해, 형성될 기공의 크기 및 분포에 대한 미세 제어가 가능하며, 이는 궁극적으로, 다공체 산화물 주형를 통해 주조되는 고융점 금속의 다공성 벌크 소재의 특성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (5)

1. 고분자 소재의 다공체 프리폼을 준비하는 단계;
   상기 다공체 프리폼 표면을 고분자 코팅재로 코팅하는 단계;
   표면이 코팅된 상기 다공체 프리폼을 산화물 슬러리에 침지시켜 침지물을 형성하는 단계;
   상기 침지물을 열처리하여 상기 다공체 프리폼 및 상기 코팅재를 제거하고, 상기 다공체 프리폼 및 상기 코팅재가 차지하였던 공간에 기공을 형성하여 다공체 산화물을 만드는 단계; 및
   상기 다공체 산화물을 소결하는 단계를 특징으로 하는 형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 다공체 프리폼은 폴리스티렌을 포함하는 열가소성 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 코팅재는 왁스, 고무 또는 폴리우레탄을 포함하는 고분자 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 기공의 크기는 상기 코팅재의 코팅 두께에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 형상 및 두께 제어가능 프리폼을 활용한 주형 제조방법.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 주형 제조방법에 따라 제조되는 다공체 산화물 주형.

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