KR20130096045A

KR20130096045A - 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130096045A
Application number: KR1020120017551A
Authority: KR
Inventors: 이영주
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-08-29
Also published as: WO2013125820A1

Abstract

본 명세서는 다공성의 금속 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체를 제조하는 방법은, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 비드들을 기판상에 적층하고, 상기 적층된 비드들 사이의 공간에 금속을 형성하고, 상기 적층된 비드들을 제거함으로써 다공성의 금속 구조체를 제조할 수 있다.

Description

다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법{POROUS METAL STRUCTURE AND FABRICATION METHOD THEREOF}

본 명세서는 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 종래 기술에 따른 다공성 금속 구조체는 높은 열전도도(thermal conductivity)를 갖는 수동 방열 소자인 히트 파이프(heat pipe)에 적용되거나, 열 교환 장치의 증발기(evaporator) 또는 응축기(condenser) 등에 다양하게 적용된다. 상기 종래 기술에 따른 다공성 금속 구조체에 대한 설명은 한국 특허 출원번호 10-2007-7021556에 개시되어 있다.

본 명세서는 다공성의 금속 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체를 제조하는 방법은, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 비드들을 기판상에 적층하는 단계와; 상기 적층된 비드들 사이의 공간에 금속을 형성하는 단계와; 상기 적층된 비드들을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 기판은, 금속 재질의 기판 또는 적어도 일면에 금속이 형성된 기판일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 비드들은 폴리스티렌으로 이루어진 구형의 비드들일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 비드들은 유리, 세라믹, 유기 재료 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 비드들을 상기 기판상에 적층하는 단계는, 상기 비드들의 일부 면적이 서로 접합되도록 상기 비드들을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 비드들을 상기 기판상에 적층하는 단계는, 미리 접합된 형태의 비드 배열을 시트 형태로 제작하는 단계와; 상기 제작된 시트를 상기 기판상에 적층하는 단계를 포함할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 금속을 형성하는 단계는 전해 도금, 무전해 도금, 금속 침적 기술 중 어느 하나를 통해 상기 적층된 비드들 사이의 공간에 상기 금속을 형성하는 단계일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 금속을 형성하는 단계는, 금속 재료의 전구체를 함유한 화학 용액에 상기 비드들이 적층된 기판을 넣고, 석출 또는 침적 과정을 통하여 상기 금속을 형성하는 단계일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 금속을 형성한 후 상기 형성된 금속에 대해 열처리 공정 또는 어닐링 공정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체는, 기판과; 상기 기판상에 형성되고, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들이 적층된 구조를 갖는 금속 구조체를 포함할 수 있다.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체가 적용된 히트 파이프는, 증발부, 단열부, 응축부로 구성되어 증기 유로를 구비하고, 작동 유체가 충진된 히트 파이프에 있어서, 상기 히트 파이프는, 상기 히트 파이프의 외관부의 내벽에 형성된 다공성 금속 구조체를 포함하며, 상기 다공성 금속 구조체는, 금속 기판과, 상기 금속 기판상에 형성되고, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들이 적층된 구조를 갖는 금속 구조체를 포함하며, 상기 외관부는 상기 금속 기판일 수 있다.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체가 적용된 히트 파이프의 윅 구조에 있어서, 상기 윅 구조는, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들이 적층된 구조를 갖는 금속 구조체일 수 있다.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체가 적용된 열 확산 패드는, 금속 박막 판과; 상기 금속 박막 판 상에 형성되고, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들이 적층된 구조를 갖는 금속 구조체와; 상기 공극들에 충진된 경화성 수지를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법은, 인접 공극들(pores)이 서로 연결된 형태의 개방 셀 금속 폼(open celled metal foam)을 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법은, 공극(pore)의 크기를 나노미터에서 밀리미터 범위 내에서 응용 목적에 맞게 용이하게 조절하여 구현할 수 있는 효과도 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법은, 다공성 금속 구조체에서 공극이 차지하는 체적의 비율인 공극률(porosity)을 용이하게 조절할 수 있는 효과도 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법은, 다공성 금속 구조체를 형성하는 금속 재질을 구리, 니켈 등을 포함하는 다양한 금속 및 금속들의 합금 형태로 다양하게 구성할 수 있는 효과도 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법은, 개방 셀 형태의 다공성 금속 폼을 상온 수준의 낮은 공정 온도에서 구현 가능하므로, 다양한 기판에 상기 다공성 금속 구조체를 용이하게 집적화(integration)하여 구현할 수 있고, 기존 제조 기술보다 저렴하게 대량으로 제조할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체를 3차원 형상으로 나타낸 단면 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체의 A-B 가상선을 따라 절단된 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판상에 형성된 비드들(beads)을 나타낸 정면도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판상에 형성된 비드들(beads)을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 비드(bead)들 사이의 공간에 형성된 금속을 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 비드(bead)들 사이의 공간에 형성된 금속을 나타낸 단면도이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다공성 금속 구조체를 나타낸 정면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다공성 금속 구조체를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다공성 금속 구조체를 나타낸 도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체가 적용된 평판 히트 파이프(flat heat pipe)를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체가 적용된 열 확산 패드(thermal pad)를 나타낸 단면도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법을 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체는, 우수한 열유체(thermo-fluidic) 특성을 응용하여 방열 소자인 히트 파이프(heat pipe)의 작동 유체(working fluid or coolant)를 순환시키는 윅(wick) 구조로 활용되거나, 열 교환 장치의 증발기(evaporator) 또는 응축기(condenser)에 다양하게 적용될 수 있으며, 체적 대비 낮은 중량과 완충 특성 등을 가지므로 자동차 또는 항공기 등의 충격 완화 차체로 적용될 수 있으며, 소음 완화 및 차단을 위한 흡음 재료로도 활용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체는 전기화학 배터리(battery)의 전극 재료로도 응용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체를 3차원 형상으로 나타낸 단면 개략도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체는 개방 셀 형태의 금속 폼(open celled metal foam) 구조를 갖는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체의 A-B 가상선을 따라 절단된 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체는, 기판(또는 금속 기판)(1)과; 상기 기판(1)상에 형성되고, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들(2)이 적층된 구조를 갖는 금속 구조체(3)를 포함한다. 상기 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들을 갖는 금속 구조체(3)를 개방 셀 금속 폼(open celled metal foam)으로 지칭할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체는, 상기 공극들이 정방형(simple cubic) 형태로 배열된 금속 폼 구조를 가질 수 있다.

상기 공극들은 구(sphere) 형태의 공극(pore or cavity)들일 수 있으며, 서로 인접된 공극들은 서로 연결(또는 접촉)될 수 있다. 예를 들면, 상기 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극(pore or cavity)들을 3차원 공간상에서 중첩시키고, 그 중첩된 공극들의 외각에 금속, 금속 합금, 또는 금속 화합물 등을 형성함으로써 개방 셀 형태의 다공성 금속 구조체를 제조할 수도 있다.

상기 다공성 금속 구조체의 틀을 구성하는 금속은, 구리(copper), 니켈(nickel), 금(gold), 은(silver), 알루미늄(aluminum) 등 중에서 어느 하나이거나 이들의 조합일 수 있으며, 상기 금속과 합금(alloy) 재질 또는 금속 화합물로 이루어질 수 있다.

상기 구 형태의 공극의 크기는 수 나노미터에서 수 밀리미터 사이의 범위에서 형성될 수 있다. 상기 공극들은, 서로 동일한 크기를 갖거나, 서로 다른 크기를 가질 수도 있다.

상기 다공성 금속 구조체 전체 부피에서 배열을 이루는 공극이 차지하는 부피의 비율인 공극률(porosity)은 52.4%에서 99.9% 사이의 범위에서 응용 목적에 맞게 조절되어 구성될 수도 있다.

상기 기판(1)은, 상기 금속 구조체(3)와 연결되고, 금속 재질 또는 금속이 형성된 기판(substrate)일 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체를 제조하는 방법을 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판상에 형성된 비드들(beads)을 나타낸 정면도이고, 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따라 기판상에 형성된 비드들(beads)을 나타낸 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 금속 재질의 기판(substrate)(1) 또는 적어도 일면에 금속이 형성된 기판(1)상에 비드들(10)을 적층(stacking)한다. 예를 들면, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 구형의(spherical) 비드들(10)을 상기 기판(1) 상에 적층한다. 상기 구형의 비드들(10)은 폴리스티렌(polysterene) 등으로 이루어진 다중체(polymer)일 수 있다.

상기 비드들(10)을 제거한 후 남게 되는 금속 재질이 손상되지 않도록, 화학적 선택성(selectivity)을 갖춘 유리(glass), 세라믹(ceramic), 유기 재료 등과 같은 비드들이 사용될 수도 있다.

상기 적층된 인접 비드들(10)이 서로 접촉된 위치에서 상기 비드들(10)의 일부 면적이 서로 접합(cross-link or weld) 되도록 상기 비드들(10)을 열처리함으로써 상기 비드들(10)이 소정의 공간(빈공간)을 가지면서 상호 연결된다.

상기 구형의 비드 입자들(10)을 기판(1) 상에 배열(Array) 형태로 적층한 후, 열처리 등의 후속 공정을 통하여 인접한 비드 입자들이 접촉 영역에서 부분적으로 용융되거나 가교 결합(cross-link)에 의해 비드 입자들(10)이 접합되도록 구현할 수도 있고, 미리 접합된 형태의 비드 입자 배열을 시트(sheet) 형태로 제작하고, 그 제작된 시트를 소정의 형상으로 절단하고, 그 절단된 시트를 상기 기판 (1)에 적층할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 비드(bead)들 사이의 공간에 형성된 금속을 나타낸 정면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 비드(bead)들 사이의 공간에 형성된 금속을 나타낸 단면도이다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 구형의(spherical) 비드들(예를 들면, 비드 배열 또는 비드 어레이)(10)을 상기 기판(1) 상에 적층한 후 상기 적층된 비드 배열들(10)의 각 비드 사이의 공간에 금속, 금속 합금 또는 금속 화합물 등을 형성(채운)한다.

상기 비드들 사이의 공간(빈 공간)에 상기 금속을 형성할 때 발생하는 화학 용액 잔유물 등을 세척하는 과정이 더 수행될 수도 있다.

상기 금속을 상기 비드들 사이의 공간(빈 곳)에 채워 넣는 미세 가공 기술로서 전해 도금(electroplating) 방식이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 적층된 비드 배열(10)과 접하는 기판(1)의 금속 표면을 전극으로서 이용하고, 상기 적층된 비드 배열(10)과 이격되도록 대향 전극(counter electrode)을 구성하고, 상기 비드 배열(10)이 적층된 기판(1)을 전기화학적 도금 용액에 담가 원하는 임의의 금속 재료를 상기 적층된 비드 배열(10)의 빈 공간에 형성한다.

상기 전해 도금 방식에 사용가능한 대표적인 금속으로는 구리, 니켈, 금 등이 있으며, 그 외의 다양한 금속 재료 또는 금속 합금, 금속 화합물 등이 사용될 수 있다.

상기 금속 형성 기술로는 전술한 전해 도금 방식 이외에도 무전해 도금, 금속 침적 기술 등을 포함하는 미세 주조(micro-molding) 기술을 통해서도 원하는 금속 재료를 상기 적층된 비드 배열(10)의 빈 공간에 형성할 수도 있다.

상기 금속 재료의 전구체(precursor)를 함유한 화학 용액(chemical solution)에 상기 비드 배열(10)이 적층된 기판(10)을 넣고, 석출(precipitation) 또는 침적 과정을 통하여 상기 다공성 금속 구조체를 형성할 수도 있다.

상기 다공성 금속 구조체의 금속 조직을 치밀화(densification) 하기 위해 열처리 공정 또는 어닐링(annealing) 공정이 더 수행될 수도 있다.

도 7는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다공성 금속 구조체를 나타낸 정면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다공성 금속 구조체를 나타낸 단면도이다.

도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 금속 구조체는, 기판(1)과; 상기 기판(1)상에 형성되고, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들(2)이 적층된 구조를 갖는 금속 구조체(3)를 포함한다.

상기 적층된 비드 배열들(10) 사이의 공간에 상기 금속을 형성한 후 또는 상기 적층된 비드 배열들(10) 사이의 공간에 상기 금속을 형성할 때 발생하는 화학 용액 잔유물 등을 세척한 후, 상기 형성된(채워진) 금속 사이로 노출된 비드들(10)만을 화학적으로 식각(etching)하여 상기 비드들(10)만을 선택적으로(selectively) 제거함으로써 상기 다공성 금속 구조체의 제조를 완료한다.

상기 비드들(10)만을 화학적으로 식각(etching)할 때 사용되는 식각 용액을 세정한 후 상기 다공성 금속 구조체를 건조시키는 과정이 더 수행될 수도 있다.

상기 비드들(10)을 구성하는 물질을 화학적으로 용해(dissolve) 또는 식각(etching) 시키면서 상기 금속 물질 및 기판(1)의 물질과는 반응하지 않거나 반응 정도가 매우 낮은 화학 용액, 기체 또는 플라즈마(plasma) 형태의 선택적 식각(selective etching) 기술이 사용될 수도 있다. 상기 비드들을 제거하는 공정으로서 미세 가공(micromachining) 기술의 희생층(sacrificial layer) 식각 공정이 사용될 수도 있다.

상기 공극(4)의 직경은 상기 구형 비드(spherical bead) 입자의 직경에 의해 결정된다. 상기 공극률(porosity)은 상기 구형 비드들이 적층되는 배열 형태(예를 들면, 정방형 배열(simple cubic array) 구조, 체심입방 배열(body centered cubic array) 구조, 육각 최밀집 배열(hexagonal close-packed array; HCP array) 구조 등)와 인접 비드들이 접합되는 영역에서 중첩되는 비율 등에 의해 조절될 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다공성 금속 구조체를 나타낸 도이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다공성 금속 구조체는, 공극들이 육각 밀집형(hexagonal close-packed) 형태로 배열된 금속 폼 구조를 가질 수 있다. 상기 정방형으로 동일한 직경의 공극이 배열되는 경우에는 개방 셀 형태로 구현되는 최소의 공극률은 52.4%로 계산될 수 있으며, 육각 밀집형 배열처럼 보다 적층 밀도가 높고 비드 입자의 크기가 불균일한 경우에는 공극률을 이론적으로 100%에 수렴하도록 구성하는 것도 가능하다.

도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체가 적용된 평판 히트 파이프(flat heat pipe)를 나타낸 단면도이다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체가 적용된 평판 히트 파이프(100)는, 상기 평판 히트 파이프(100)의 외관부(또는 금속 케이스)(1)와; 상기 외관부(1)의 내벽에 형성된 상기 금속 구조체(개방 셀 금속 폼(open celled metal foam))(3)를 포함하며, 상기 외관부(1)는 상기 다공성 금속 구조체의 금속 기판(1)으로 구성된다.

상기 금속 구조체(3)는 히트 파이프 내부의 적어도 하나 또는 그 이상의 벽면에 구비될 수 있으며, 상기 금속 기판(1)이 상기 히트 파이프의 외곽부(1)로서 적용된다.

상기 평판 히트 파이프(100)는 소정의 증기 유로(vapor channel)(20)를 구비하고, 작동 유체(working fluid)(31)가 충진되어 구성된다. 상기 작동 유체(31)는 물 또는 소정의 계면 활성제 또는 부동액 등의 첨가물이 추가된 수용액일 수 있다.

상기 평판 히트 파이프(100)는 증발부(Evaporation Region), 단열부(Adiabatic Region), 응축부(Condensation Region)로 구성된 파이프일 수 있다. 상기 다공성 금속 구조체(3)의 공극들(2)에 상기 작동 유체(working fluid)(31)가 채워진다.

상기 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들(2)이 적층된 구조를 갖는 금속 구조체(3)는 상기 평판 히트 파이프(100)의 윅(wick)(30) 요소로서 이용된다.

도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체가 적용된 열 확산 패드(thermal pad)를 나타낸 단면도이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체가 적용된 열 확산 패드(또는 열 확산 소자(heat spreader))(200)는, 기판(또는 금속 기판)(1)과; 상기 기판(1)상에 형성되고, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들이 적층된 구조를 갖는 금속 구조체(3)와, 상기 공극들에 충진된 경화성 수지(예를 들면, 실리콘(silicone) 경화성 수지 또는 열전도도가 높은 나노 입자 등이 분산되어 있는 경화성 수지 등)(41)을 포함하는 복합 층(composite layer)(40)을 포함한다.

상기 기판(또는 금속 기판)(1)은 구리(copper), 니켈(nickel), 금(gold), 은(silver), 알루미늄(aluminum) 등과 같이 열전도도가 높은 금속 박막 판일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법은, 인접 공극들(pores)이 서로 연결된 형태의 개방 셀 금속 폼(open celled metal foam)을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법은, 공극(pore)의 크기를 나노미터에서 밀리미터 범위 내에서 응용 목적에 맞게 용이하게 조절하여 구현할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법은, 다공성 금속 구조체에서 공극이 차지하는 체적의 비율인 공극률(porosity)을 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법은, 다공성 금속 구조체를 형성하는 금속 재질을 구리, 니켈 등을 포함하는 다양한 금속 및 금속들의 합금 형태로 다양하게 구성할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법은, 개방 셀 형태의 다공성 금속 폼을 상온 수준의 낮은 공정 온도에서 구현 가능하므로, 다양한 기판에 상기 다공성 금속 구조체를 용이하게 집적화(integration)하여 구현할 수 있고, 기존 제조 기술보다 저렴하게 대량으로 제조할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법은, 방열 소자인 히트 파이프(heat pipe)의 작동 유체(working fluid or coolant)를 순환시키는 윅(wick) 구조로 활용되거나, 열 교환 장치의 증발기(evaporator) 또는 응축기(condenser)에 적용될 때, 모세관 압력(capillary pressure)을 향상시키고, 작동 유체의 흐름 저항을 낮춤으로써, 방열 소자의 유효 열전도(effective thermal conductivity) 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 다공성 금속 구조체 및 그 제조 방법은, 전기화학 배터리(battery)의 에너지 밀도(energy density)와 충/방전량(discharge capacity) 개선을 위한 전극 재료로도 활용될 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 기판 2: 공극
3: 금속 구조체(개방 셀 금속 폼)

Claims

격자 형태로 서로 연결되어 배열된 비드들을 기판상에 적층하는 단계와;
상기 적층된 비드들 사이의 공간에 금속을 형성하는 단계와;
상기 적층된 비드들을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 구조체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 기판은,
금속 재질의 기판 또는 적어도 일면에 금속이 형성된 기판인 것을 특징으로 하는 다공성 금속 구조체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 비드들은,
폴리스티렌으로 이루어진 구형의 비드들인 것을 특징으로 하는 다공성 금속 구조체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 비드들은,
유리, 세라믹, 유기 재료 중에서 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 다공성 금속 구조체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 비드들을 상기 기판상에 적층하는 단계는,
상기 비드들의 일부 면적이 서로 접합되도록 상기 비드들을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 구조체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 비드들을 상기 기판상에 적층하는 단계는,
미리 접합된 형태의 비드 배열을 시트 형태로 제작하는 단계와;
상기 제작된 시트를 상기 기판상에 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 구조체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 금속을 형성하는 단계는,
전해 도금, 무전해 도금, 금속 침적 기술 중 어느 하나를 통해 상기 적층된 비드들 사이의 공간에 상기 금속을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 다공성 금속 구조체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 금속을 형성하는 단계는,
금속 재료의 전구체를 함유한 화학 용액에 상기 비드들이 적층된 기판을 넣고, 석출 또는 침적 과정을 통하여 상기 금속을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 다공성 금속 구조체를 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 금속을 형성한 후 상기 형성된 금속에 대해 열처리 공정 또는 어닐링 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 구조체를 제조하는 방법.
기판과;
상기 기판상에 형성되고, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들이 적층된 구조를 갖는 금속 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속 구조체.
제1항에 있어서, 상기 금속 구조체는,
상기 공극들이 정방형 형태로 배열된 금속 폼 구조이거나, 상기 공극들이 육각 밀집형 형태로 배열된 금속 폼 구조인 것을 특징으로 하는 다공성 금속 구조체.
증발부, 단열부, 응축부로 구성되어 증기 유로를 구비하고, 작동 유체가 충진된 히트 파이프에 있어서, 상기 히트 파이프는,
상기 히트 파이프의 외관부의 내벽에 형성된 다공성 금속 구조체를 포함하며, 상기 다공성 금속 구조체는,
금속 기판과,
상기 금속 기판상에 형성되고, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들이 적층된 구조를 갖는 금속 구조체를 포함하며, 상기 외관부는 상기 금속 기판인 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
증기 유로를 구비하고, 작동 유체가 충진된 평판 히트 파이프의 윅 구조에 있어서, 상기 윅 구조는,
격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들이 적층된 구조를 갖는 금속 구조체인 것을 특징으로 하는 평판 히트 파이프의 윅 구조.
열을 확산하는 열 확산 패드에 있어서,
금속 박막 판과;
상기 금속 박막 판 상에 형성되고, 격자 형태로 서로 연결되어 배열된 공극들이 적층된 구조를 갖는 금속 구조체와;
상기 공극들에 충진된 경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 확산 패드.
제14항에 있어서, 상기 경화성 수지는,
실리콘 경화성 수지인 것을 특징으로 하는 열 확산 패드.