KR20150018940A - 비정질재의 제조방법 - Google Patents

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KR20150018940A
KR20150018940A KR20130095135A KR20130095135A KR20150018940A KR 20150018940 A KR20150018940 A KR 20150018940A KR 20130095135 A KR20130095135 A KR 20130095135A KR 20130095135 A KR20130095135 A KR 20130095135A KR 20150018940 A KR20150018940 A KR 20150018940A
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Abstract

본 발명은 비정질 분말들을 이용하여 효과적으로 비정질 벌크재를 형성할 수 있는 방법으로서, 비정질 분말들을 제공하는 단계; 및 상기 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;를 포함하는 비정질재의 제조방법을 제공한다.

Description

비정질재의 제조방법{Method of fabricating amorphous material}
본 발명은 비정질 조직을 가지는 재료의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 비정질 분말들을 이용하여 비정질 조직을 가지는 재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
첨단산업이 발전함에 따라 제품의 고효율화 및 소형화가 추구되며, 환경보호를 위한 각종규제, 에너지절약 사업이 추진되고 있다 이러한 시대적 요구에 따라 다양한 기능성 신소재의 개발이 이루어지고 있으며 비정질재도 그러한 소재 중의 하나로 주목을 받고 있다. 예를 들어, 금속원자가 무질서하게 배열한 구조를 가지고 있고 열량 측정과 열팽창계수 측정 등의 연속가열 데이터에 명확한 유리전이점이 관찰되는 재료인 비정질 금속재는, 기존 금속의 결정질 구조에서 냉각속도의 증가 및 다합금화로써 구조를 유리와 같은 비정질상으로 변화시킨 것이다. 결정구조가 비정질 금속으로 변화하게 되면 구조면에서는 강도와 인성이 증가하고 내식성이 향상된다. 그리고 기능면에서는 에너지효율이 증가하고 전자기적 특성이 향상된다.
한편, 산업계에서는 벌크재로서의 비정질 금속재에 대한 요구가 증대되고 있다. 비정질 벌크 금속재의 제조방법으로서는 구리합금 몰드주조법, 고압 다이캐스팅법, 아크용해법, 일방향 용해법, 스퀴즈 캐스팅법, 스트립 캐스팅법 등의 응고를 활용한 방법들이 있다. 그러나, 이러한 응고법들에 의하여 형성된 비정질 금속재의 최대두께(tmax)는 엔지니어링 소재로서의 응용성을 확대하기에는 아직 충분하지 않다는 문제점과 비정질 금속으로 응고되기 위한 임계냉각속도(Rc)가 매우 빠르다는 문제점이 있다. 한편, 비정질 금속으로 응고되기 위하여 급냉조건을 만족하면서 성형할 수 있는 방법은 극히 제한적이라는 문제점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 비정질 분말들을 이용하여 효과적으로 벌크재를 형성할 수 있는 비정질재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다
본 발명의 일 관점에 의한 비정질재의 제조방법이 제공된다. 상기 비정질재의 제조방법은 비정질 분말들을 제공하는 단계; 및 상기 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;를 포함한다.
상기 비정질재의 제조방법에서, 상기 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;는 상기 비정질 분말들을 유리천이온도와 결정화온도 사이의 온도에서 유도가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 비정질재의 제조방법에서, 상기 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;는 상기 비정질 분말들의 표면에 유도가열에 의하여 미세한 용융층을 형성하고 상기 비정질 분말들을 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 비정질재의 제조방법에서, 상기 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;는, 상기 압축이 상기 가열 이후에 수행되거나, 또는, 상기 압축이 상기 가열과 동시에 수행되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비정질재의 제조방법에서, 상기 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;는, 상기 비정질 분말들 각각의 적어도 표면의 온도가 유리천이온도와 결정화온도 사이가 되도록 상기 비정질 분말들을 제 1 유도가열하고 압축함으로써, 예비성형체를 형성하는 단계; 및 상기 예비성형체의 내외 표면의 온도가 유리천이온도와 결정화온도 사이가 되도록 상기 예비성형체를 제 2 유도가열하고 압축함으로써, 최종성형체를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 비정질재의 제조방법에서, 상기 예비성형체를 형성하는 단계;는 상기 비정질 분말들을 예비성형체용 몰드 내에 배치하고 유도가열하고 압축함으로써, 상기 예비성형체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비정질재의 제조방법에서, 상기 예비성형체를 형성하는 단계;는 상기 비정질 분말들을 상하로 배치된 한 쌍의 롤들 사이로 지나가도록 하면서 유도가열하고 압축함으로써, 상기 예비성형체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비정질재의 제조방법에서, 상기 최종성형체는 비정질 벌크재, 비정질 리본재, 또는 비정질 선재를 포함할 수 있다.
상기 비정질재의 제조방법에서, 상기 예비성형체를 제 2 유도가열하고 압축함으로써, 최종성형체를 형성하는 단계는 상기 예비성형체를 진공 상태 또는 불활성 분위기에서 유도가열하고 압축하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의한 결정질-비정질 복합재의 제조방법이 제공된다. 상기 결정질-비정질 복합재의 제조방법은 비정질 분말들을 제공하는 단계; 상기 비정질 분말들의 일부분을 유리천이온도와 결정화온도 사이에서 유도가열하고 압축함으로써, 비정질 조직을 형성하는 단계; 및 상기 비정질 분말들의 나머지 부분을 결정화온도 이상에서 유도가열하고 압축함으로써, 결정질 조직을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 비정질 분말들을 이용하여 효과적으로 벌크재를 형성할 수 있는 비정질재의 제조방법을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법에서, 비정질 분말들을 예비성형체용 몰드 내에 배치하고 유도가열하고 압축함으로써 예비성형체를 형성하는 단계를 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법에서, 비정질 분말들을 상하로 배치된 한 쌍의 롤들 사이로 지나가도록 하면서 유도가열하고 압축함으로써 예비성형체를 형성하는 단계를 도해하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법에서, 예비성형체를 유도가열하고 압축함으로써 최종성형체를 형성하는 단계를 도해하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법에서 도입되는 예비성형체의 구성을 도해하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일부 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접합하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되지 않음은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법은, 비정질 분말들을 제공하는 단계(S100); 및 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 비정질 분말들을 결합하는 단계(S200);를 포함한다.
비정질 분말들을 제공하는 단계(S100)에서, 상기 비정질 분말들은, 예를 들어, 급속응고법에 의하여 제조될 수 있으며, 상기 급속응고법로는 용융 합금에 대하여 고압가스 및/또는 고압수를 분사하여 제조하는 가스분사법, 용융금속을 빠르게 회전하는 원판을 이용하여 분말을 제조하는 원심분리법; 빠른 속도로 회선하는 롤에 의해 분말이 제조되는 멜트스피닝법 등이 있다.
한편, 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써 비정질 분말들을 결합하는 단계(S200)에서, 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열한다는 것은 유도가열(induction heating)을 의미한다. 유도가열이란, 전자기유도를 이용하여 도전성 물체를 가열시키는 방법이다. 코일에 전류가 공급되면 가열하고자 하는 도전성의 비정질 분말들에 와전류가 발생하고 비정질 분말들의 저항에 의해 발생된 줄열이 온도를 높이게 된다. 또한, 전자기유도에 의한 자기이력손실도 비정질 분말들의 온도를 높이는 원인 중의 하나이다.
비정질 분말들을 가열하기 위한 종래의 단순 가열법은 열원(heat source)과 열을 전달할 수 있는 매질(medium)이 필요하였다. 이러한 가열법은 열원에서 비정질 분말들까지의 열전달 과정이 매질을 통해야 하므로 에너지 전달 효율이 낮고 가열시간이 길다는 단점이 있었다. 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법에서는, 유도가열을 이용하여 전자기장을 도전성의 비정질 분말들에 높은 효율로 인가시킬 수 있으므로 전기에너지를 열에너지로 높은 효율로 변환시킬 수 있으며, 매질을 통하지 않으므로 높은 에너지를 짧은 시간에 피가열체인 비정질 분말들에 투입가능하므로 짧은 가열시간 동안 큰 용량의 비정질 분말들을 가열시킬 수 있는 유리한 효과를 기대할 수 있다. 이러한 효과는 비정질 분말들을 결합하여 비정질 벌크재를 제조함에 있어서 더욱 현저하게 나타난다. 만약에, 유리천이온도(Tg)와 결정화온도(Tx) 사이의 온도 사이에서 비정질 분말들을 천천히 가열하면, 과냉각 액상 영역의 온도구간(△Tx) 내에서도 결정화가 발생하는 문제점이 나타날 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법에서는, 비정질 분말들에 대하여 유도가열을 하여 비정질 분말들을 고르게 순식간에 가열할 수 있으므로 비정질 벌크재를 효과적으로 형성할 수 있다. 즉, 비정질 분말들이 결합된 성형체의 외부와 내부가 동시에 균일하게 가열되므로 비정질 벌크재를 효과적으로 형성할 수 있다.
비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계(S200)는 상기 비정질 분말들을 유리천이온도(Tg)와 결정화온도(Tx) 사이의 온도, 즉, 과냉각 액상 영역의 온도구간(△Tx)에서 유도가열하는 단계와 상기 비정질 분말들을 압축하는 단계를 포함한다. 이 경우, 상기 유도가열하는 단계는 상기 압축하는 단계보다 먼저 수행될 수 있으나, 경우에 따라서는, 상기 유도가열하는 단계는 상기 압축하는 단계와 동시에 수행될 수도 있다. 또한, 상기 비정질 분말들을 상기 유도가열하는 단계는 상기 비정질 분말들을 제 1 압축하는 단계와 상기 비정질 분말들을 제 2 압축하는 단계 사이에서 수행될 수도 있다.
상기 비정질 분말들은 적어도 일부가 도전성이며, 예를 들어, 적어도 일부가 도전성인 합금 분말들이다. 예를 들어, 상기 비정질 분말들은, 유도가열이 가능한 도전성의 비정질 분말들을 적어도 일부 포함하며, 구체적인 예를 들면, Mg-Ln-M 합금계; Fe-(Al, Ga)-(P, C, B, Si, Ge) 합금계; Ln-Al-TM 합금계; Fe-(Nb, Mo)-(Al, Ga)-(P, B, Si) 합금계; Ln-Ga-TM 합금계; Co-(Al, Ga)-(P, B, Si) 합금계; Zr-Al-TM 합금계; Fe-(Zr, Hf, Nb)-B 합금계; Zr-Ln-Al-TM 합금계; Co-(Zr, Hf, Nb)-B 합금계; Ti-Zr-TM 합금계; Ni-(Zr, Hf, Nb)-B 합금계; Zr-Ti-TM-Be 합금계; Fe-Co-Ln-B 합금계; Zr-(Ti, Nb, Pd)-Al-TM 합금계; Fe-Ga-(Cr, Mo)-(P, C, B) 합금계; Pd-Cu-Ni-P 합금계; Fe-(Nb, Cr, Mo)-(C, B) 합금계; Pd-Ni-Fe-P 합금계; Ni-(Nb, Cr, Mo)-(P, B) 합금계; Ti-Ni-Cu-Sn 합금계; Co-Ta-B 합금계; Ca-Cu-Ag-Mg 합금계; Fe-Ga-(P, B) 합금계; Cu-Zr 합금계; Ni-Zr-Ti-Sn-Si 합금계; Cu-(Zr, Hf)-Ti 합금계; Ni-(Nb, Ta)-Zr-Ti 합금계; Cu-(Zr, Hf)-Ti-(Y, Be) 합금계; Fe-Si-B-Nb 합금계; Cu-(Zr, Hf)-Ti-(Fe, Co, Ni) 합금계; Co-Fe-Si-B-Nb 합금계; Pt-Cu-P 합금계; Co-Fe-Ta-B-Si 합금계; Ti-Cu-(Zr, Hf)-(Co, Ni) 합금계; Fe-(Cr, Mo)-(C, B)-Ln 합금계; 또는 Ca-Mg-Zn 합금계의 비정질 합금을 구현하기 위한 비정질 분말들일 수 있다. 여기에서, Ln은 란탄족 금속(Lanthanide Metals)이며, M은 Ni, Cu, Zn 이며, TM은 Fe, Co, Ni, Cu 이다. 물론, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 예시적인 물질의 종류에 의하여 제한되는 것은 아니며, 유도가열이 가능한 비정질 분말들에 모두 적용될 수 있음은 명백하다.
본 발명의 일 실시예들에서는, 비정질 분말들을 유도가열하고 압축함으로써 예비성형체를 먼저 구현한 후 상기 예비성형체를 다시 유도가열하고 압축함으로써 최종성형체를 구현할 수 있다. 즉, 도 2를 참조하면, 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써 비정질 분말들을 결합하는 단계(S200)는, 예를 들어, 비정질 분말들 각각의 적어도 표면의 온도가 유리천이온도(Tg)와 결정화온도(Tx) 사이가 되도록 비정질 분말들을 제 1 유도가열하고 압축함으로써 예비성형체를 형성하는 단계(S210); 및 상기 예비성형체의 내외부 표면의 온도가 유리천이온도와 결정화온도 사이가 되도록 상기 예비성형체를 제 2 유도가열하고 압축함으로써, 최종성형체를 형성하는 단계(S220);를 포함할 수 있다. 이하에서는, 이러한 제조방법을 도면들을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법에서, 비정질 분말들을 예비성형체용 몰드 내에 배치하고 유도가열하고 압축함으로써 예비성형체를 형성하는 단계를 도해하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 비정질 분말(200)들을 상부 몰드(110a)와 하부 몰드(110b)를 포함하는 예비성형체용 몰드(110) 내의 공간(110c)에 먼저 배치한다. 유도가열이 가능하도록 예비성형체용 몰드(110) 내에 유도코일(150)이 배치된다. 예비성형체용 몰드(110) 내에 투입된 비정질 분말(200)들을 유도가열 및 압축하여 예비성형체(300)를 형성한다. 유도가열은 비정질 분말(200)들의 입자 표면 또는 입자 전체의 온도가 유리천이온도(Tg)와 결정화온도(Tx) 사이가 되도록 수행된다. 비정질 분말(200)들에 대한 압축은 상부 몰드(110a)와 하부 몰드(110b)에 압축력을 인가함으로써 구현될 수 있다. 비정질 분말(200)들을 가열한 후에 압축하거나 가열과 동시에 압축함으로써, 예비성형체(300)를 구현한다.
상기 유도가열하는 단계는 상기 압축하는 단계보다 먼저 수행될 수 있으나, 경우에 따라서는, 상기 유도가열하는 단계는 상기 압축하는 단계와 동시에 수행될 수도 있다. 또한, 상기 비정질 분말들을 상기 유도가열하는 단계는 상기 비정질 분말들을 제 1 압축하는 단계와 상기 비정질 분말들을 제 2 압축하는 단계 사이에서 수행될 수도 있다. 예비성형체(300)는 유도가열 및 압축의 조건에 따라 내부 기공을 가질 수도 있다. 예비성형체(300)를 구현하는 또 다른 예시적인 방법을 아래에서 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법에서, 비정질 분말들을 상하로 배치된 한 쌍의 롤들 사이로 지나가도록 하면서 유도가열하고 압축함으로써 예비성형체를 형성하는 단계를 도해하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상부 롤과 하부 롤을 포함하는 한 쌍의 롤들(120) 사이에 지나가는 이송판(125) 상에 비정질 분말(200)들을 배치한다. 한 쌍의 롤들(120)의 각각은 유도가열이 가능하도록 유도코일(150)이 배치될 수 있다. 나아가, 한 쌍의 롤들(120)에 투입되기 이전의 이송판(125) 상하에도 유도코일(150)이 배치되도록 구성될 수 있다. 비정질 분말(200)들은 유도코일(150)을 포함하는 장치에 의하여 유도가열되며, 한 쌍의 롤들(120) 사이를 지나가면서 압축된다. 상기 유도가열하는 단계는 상기 압축하는 단계보다 먼저 수행될 수 있으나, 경우에 따라서는, 상기 유도가열하는 단계는 상기 압축하는 단계와 동시에 수행될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법에서, 예비성형체를 유도가열하고 압축함으로써 최종성형체를 형성하는 단계를 도해하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질재의 제조방법에서 도입되는 예비성형체의 구성을 도해하는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상부 몰드(130a)와 하부 몰드(130b)를 포함하는 최종성형체용 몰드(130) 내에 예비성형체(300)를 배치한다. 최종성형체(400)의 형상을 가지는 캐비티(cavity)를 가지는 최종성형체용 몰드(130)는 세라믹제 또는 금속제 몰드이다. 최종성형체용 몰드(130)에는 유도가열이 가능하도록 유도코일(150)이 배치된다. 상부 몰드(130a)와 하부 몰드(130b)에 압축력이 인가되면 예비성형체(300)에 압축이 수행된다. 유도코일(150)을 포함하는 장치에 의하여 유도가열이 수행되면, 비정질 분말(200)들로 이루어진 예비성형체(300)의 외부 표면(300c)과 내부 표면(300d)의 온도가 균일하게 동시에 유리천이온도(Tg)와 결정화온도(Tx) 사이에서 가열된다. 이러한 과냉각 액상 영역의 온도구간(△Tx)에서 가열된 비정질 분말(200)들의 표면에 미세한 용융층(220)이 형성되고 이 상태에서 비정질 분말(200)들을 압축함으로써, 비정질 분말(200)들이 결합되어 최종성형체(400)가 구현된다. 최종성형체(400)는 비정질 벌크재, 비정질 리본재, 또는 비정질 테이프, 비정질 선재를 포함할 수 있다. 한편, 예비성형체(300)를 유도가열 및 압축하는 공정의 적어도 일부는 진공 상태 또는 불활성 분위기에서 수행될 수 있으며 이 경우 예비성형체(300) 내의 내부 기공이 효과적으로 소멸될 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일부 실시예들에서는 최종성형체(400)를 구현하기 위한 예비단계로서 예비성형체(300)를 도입하였다. 그러나, 도 1에 도시된 본 발명의 기술적 사상은 예비성형체(300)를 도입하지 않고 비정질 분말들(200)을 유도가열 및 압축함으로써 최종성형체(400)를 구현할 수도 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 몰드(130) 내에 예비성형체(300)를 실장하지 않고 비정질 분말(200)들을 주입하고 바로 유도가열 및 압축함으로써 최종성형체(400)를 구현할 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 결정질-비정질 복합재의 제조방법이 제공될 수 있는바, 비정질 분말들을 제공하는 단계; 상기 비정질 분말들의 일부분을 유리천이온도(Tg)와 결정화온도(Tx) 사이에서 유도가열하고 압축함으로써, 비정질 조직을 형성하는 단계; 및 상기 비정질 분말들의 나머지 부분을 결정화온도(Tx) 이상에서 유도가열하고 압축함으로써, 결정질 조직을 형성하는 단계;를 수행하여 구현할 수 있다. 즉, 비정질 분말들 입자가 부분적으로 유리천이온도(Tg)와 결정화온도(Tx) 사이가 되고, 부분적으로 결정화온도(Tx) 보다 높은 상태가 될 경우, 성형 후에 내부조직이 부분적으로는 비정질 상태가 되고 부분적으로는 결정질 상태로 혼재하는 결정질-비정질 복합 조직을 가질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110 : 예비성형체용 몰드
120 : 예비성형체용 롤
130 : 최종성형체용 몰드
150 : 유도코일
200 : 비정질 분말
220 : 용융층
300 : 예비성형체
400 : 최종성형체

Claims (10)

  1. 비정질 분말들을 제공하는 단계; 및
    상기 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;
    를 포함하는, 비정질재의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;는
    상기 비정질 분말들을 유리천이온도와 결정화온도 사이의 온도에서 유도가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;를 포함하는, 비정질재의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;는
    상기 비정질 분말들의 표면에 유도가열에 의하여 미세한 용융층을 형성하고 상기 비정질 분말들을 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;를 포함하는, 비정질재의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;는,
    상기 압축이 상기 가열 이후에 수행되거나, 또는, 상기 압축이 상기 가열과 동시에 수행되는 단계를 포함하는, 비정질재의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비정질 분말들을 전자기유도에 의하여 발생한 열에너지로 가열하고 압축함으로써, 상기 비정질 분말들을 결합하는 단계;는,
    상기 비정질 분말들 각각의 적어도 표면의 온도가 유리천이온도와 결정화온도 사이가 되도록 상기 비정질 분말들을 제 1 유도가열하고 압축함으로써, 예비성형체를 형성하는 단계; 및
    상기 예비성형체의 내외 표면의 온도가 유리천이온도와 결정화온도 사이가 되도록 상기 예비성형체를 제 2 유도가열하고 압축함으로써, 최종성형체를 형성하는 단계;를 포함하는, 비정질재의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 예비성형체를 형성하는 단계;는
    상기 비정질 분말들을 예비성형체용 몰드 내에 배치하고 유도가열하고 압축함으로써, 상기 예비성형체를 형성하는 단계를 포함하는, 비정질재의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 예비성형체를 형성하는 단계;는
    상기 비정질 분말들을 상하로 배치된 한 쌍의 롤들 사이로 지나가도록 하면서 유도가열하고 압축함으로써, 상기 예비성형체를 형성하는 단계를 포함하는, 비정질재의 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 최종성형체는 비정질 벌크재, 비정질 리본재, 또는 비정질 선재를 포함하는, 비정질재의 제조방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 예비성형체를 제 2 유도가열하고 압축함으로써, 최종성형체를 형성하는 단계는 상기 예비성형체를 진공 상태 또는 불활성 분위기에서 유도가열하고 압축하는 단계를 포함하는, 비정질재의 제조방법.
  10. 비정질 분말들을 제공하는 단계;
    상기 비정질 분말들의 일부분을 유리천이온도와 결정화온도 사이에서 유도가열하고 압축함으로써, 비정질 조직을 형성하는 단계; 및
    상기 비정질 분말들의 나머지 부분을 결정화온도 이상에서 유도가열하고 압축함으로써, 결정질 조직을 형성하는 단계;
    를 포함하는, 결정질-비정질 복합재의 제조방법.


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