KR20150084452A - Manufacturing method for porous copper - Google Patents

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KR20150084452A
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현승균
김형태
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김상욱
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method to manufacture porous copper comprising: a step of dissolving copper (Cu) under a gas atmosphere in atmospheric pressure; a step of dissolving metal for an alloy; a step of adding the dissolved metal for the alloy to the dissolved copper; a step of injecting the dissolved copper, to which the metal for an alloy is added, into a mold; and a step of forming a pore inside the copper by solidifying the copper injected into the mold. The present invention has an effect of changing a size of a pore and the porosity of porous metal by changing a type or adding an amount of metal added to dissolve copper when the porous metal is manufactured.

Description

다공성 동 제조 방법{Manufacturing method for porous copper}{Manufacturing method for porous copper}

본 발명은 다공성 동 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다공성 동 제조 시 용해된 동에 첨가되는 금속의 종류와 첨가량을 변화시켜 사용자가 원하는 기공률과 기공 크기를 갖는 다공성 동을 제조할 수 있는 다공성 동 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a porous copper manufacturing method, and more particularly, to a method of manufacturing porous copper that can produce porous copper having a desired porosity and pore size by changing the kind and amount of metal added to the copper dissolved in the production of porous copper And a manufacturing method thereof.

일반적으로 강도를 요구하는 기존 구조재료와는 차별화된 기능성 재료 중 하나로써 특히, 다공성 금속 소재(Porous metallic material)가 주목을 받고 있다. 이러한 다공성 금속 소재는 체적 일부분이 불규칙 또는 규칙적으로 분산된 기공을 가짐으로써 기존의 벌크(Bulk)재료에 비해 넓은 비표면적, 경량화 및 뛰어난 에너지 흡수 능력을 갖추고 있다. 또한, 기존 벌크재료와 다른 열, 전기전도성을 보여 뛰어난 액상 및 공기 투과성을 나타낸다.Porous metallic materials are attracting attention as one of functional materials different from conventional structural materials which generally require strength. These porous metal materials have irregularly or regularly dispersed pores in a portion of their volume, and thus have a large specific surface area, light weight, and excellent energy absorption ability as compared with conventional bulk materials. In addition, it exhibits excellent liquid and air permeability because it shows thermal and electric conductivity different from conventional bulk materials.

다공성 금속 소재의 기공률 및 기공 크기의 조절을 위해 주형주조법(Mold casting method), 연속 대용융법(Continuous zone melting method), 연속주조법(Continuous casting method), 원심주조법(Centrifugal casting method)등 다양한 방법이 개시되었다. Various methods such as mold casting method, continuous zone melting method, continuous casting method and centrifugal casting method can be used to control the porosity and pore size of the porous metal material .

상기한 방법 중, 주형주조법, 연속 대용융법, 연속주조법은 기공률 및 기공 크기 조절을 위해 다량의 수소 가스를 사용한다. 여기서, 다량의 수소 가스가 사용되므로 안전성이 낮은 문제점이 있다. Among the above methods, the casting method, the continuous casting method, and the continuous casting method use a large amount of hydrogen gas for adjusting the porosity and pore size. Here, since a large amount of hydrogen gas is used, the safety is low.

또한, 원심 주조법은 다공성 동의 생산량이 1회에 150g 이내로 한정되는 문제점이 있다. Also, the centrifugal casting method has a problem that the production amount of porous copper is limited to 150 g or less at a time.

본 발명에 대한 선행기술로는 등록특허 10-0216483호를 예시할 수 있다. As a prior art to the present invention, it is possible to exemplify the registered patent 10-0216483.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다공성 금속 제조 시 용해된 동에 첨가되는 금속의 종류와 첨가량을 변화시켜 다공성 금속의 기공률과 기공 크기를 변화시킬 수 있는 다공성 동 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a porous copper manufacturing method capable of changing porosity and pore size of a porous metal by changing kinds and addition amounts of metals added to copper dissolved in the production of porous metal .

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 다공성 동을 제조하는 방법으로서, 대기압 상태의 가스 분위기에서 동(Cu)을 용해하는 단계; 합금용 금속을 용해시키는 단계; 용해된 상기 동에 용해된 상기 합금용 금속을 첨가하는 단계; 상기 합금용 금속이 첨가된 상기 용해된 동을 몰드로 주입하는 단계; 및 상기 몰드 내에 주입된 상기 동을 응고시켜 상기 동 내부에 기공이 형성되도록 하는 단계; 를 포함하는 다공성 동 제조 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing porous copper, comprising: dissolving copper in a gas atmosphere at atmospheric pressure; Dissolving a metal for alloying; Adding the molten copper dissolved metal to the alloy; Injecting the molten copper to which the metal for alloying is added into a mold; And coagulating the copper injected into the mold to form pores in the copper; And a porous copper foil.

상기 가스는 수소 또는 산소를 포함할 수 있다.The gas may comprise hydrogen or oxygen.

상기 합금용 금속은, 알루미늄(Al) 또는 실리콘(Si)을 포함할 수 있다.The metal for the alloy may include aluminum (Al) or silicon (Si).

상기 합금용 금속은 0.01 내지 0.1 at%로 첨가될 수 있다.The alloy metal may be added in an amount of 0.01 to 0.1 at%.

용해된 상기 동의 주입 시, 상기 동의 온도는 1100 ~ 1200℃ 일 수 있다.In the molten copper implant, the copper temperature may be between 1100 and 1200 < 0 > C.

상기와 같은 본 발명은, 다공성 금속 제조 시 용해된 동에 첨가되는 금속의 종류와 첨가량을 변화시켜 다공성 금속의 기공률과 기공 크기를 변화시킬 수 있다. The present invention can change the porosity and pore size of the porous metal by changing the kind and addition amount of the metal added to the copper dissolved in the production of the porous metal.

도 1은 본 발명에 따른 다공성 동 제조 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에서 사용하는 원심 주조 장치의 일 예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 첨가된 알루미늄이 기공 핵 생성사이트로 작용되는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의해 제조된 다공성 동 구조물의 시편의 일 예의 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 다공성 동 시편의 기공 형태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 알루미늄 첨가량 변화에 따른 다공성 동 시편의 기공 크기 분포를 나타내는 그래프이다.
도 7은 알루미늄 첨가량 변화에 따른 다공성 동 시편의 기공률 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 알루미늄 첨가량 변화에 따른 다공성 동 시편 평균 기공 직경의 변화를 나타내는 그래프이다.
1 is a flow chart showing a configuration of a porous copper manufacturing method according to the present invention.
2 is a view showing a constitution of an example of a centrifugal casting apparatus used in the present invention.
Figure 3 is a diagram showing that the added aluminum acts as a pore nucleation site.
4 is a view showing an example of a specimen of a porous copper structure manufactured by the present invention.
5 is a cross-sectional view showing the pore structure of the porous copper sample shown in FIG.
6 is a graph showing the pore size distribution of the porous copper sample according to the change in aluminum addition amount.
7 is a graph showing the porosity change of the porous copper sample according to the change in aluminum addition amount.
8 is a graph showing a change in the average pore diameter of the porous copper based on the change in aluminum addition amount.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 다공성 동 제조 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.1 is a flow chart showing a configuration of a porous copper manufacturing method according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 다공성 동 제조 방법은 동 용해 단계(S110), 합금용 금속 용해 단계(S120), 첨가 단계(S130), 몰드로 주입하는 단계(S140) 및 기공 형성 단계(S150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a porous copper manufacturing method according to the present invention includes a copper dissolution step S110, a metal dissolution step S120 for an alloy, an addition step S130, a step of injecting into a mold S140, S150).

본 발명에 의한 다공성 동 제조 방법은 원심 주조에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 원심 주조는 몰드를 회전시키면서 용해된 동을 흘려보내고 원심력을 이용하여 주물을 만드는 주조 방법이다. 또한, 이를 위해 원심 주조 장치가 사용될 수 있다. 그러나, 원심 주조는 본 발명의 수행을 위해 사용되는 다양한 방법 중 하나로서, 본 발명은 원심 주조 법 이외의 공정으로도 수행될 수 있다. The porous copper manufacturing method according to the present invention can be performed by centrifugal casting. Here, centrifugal casting is a casting method in which molten copper is flowed while rotating the mold, and casting is performed using centrifugal force. Further, a centrifugal casting apparatus can be used for this purpose. However, centrifugal casting is one of the various methods used for carrying out the present invention, and the present invention can also be carried out by processes other than centrifugal casting.

우선, 본 발명에서 사용되는 원심 주조 장치에 대하여 알아보기로 한다. First, the centrifugal casting apparatus used in the present invention will be described.

도 2는 본 발명에서 사용하는 원심 주조 장치의 일 예의 구성을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a constitution of an example of a centrifugal casting apparatus used in the present invention.

도 2를 참조하면, 원심 주조 장치(10)는 대략 원통형으로 형성되고 내측 중심에는 회전축(13)이 배치되고 후술하는 구성 요소들이 내부에 배치되는 본체(11), 본체(11) 내부의 가스를 배출하는 진공펌프(12), 동을 용해시키는 유도 용해로(16), 유도 용해로(16)의 열을 측정하는 적외선 온도 측정기(IR), 유도 용해로(16)에 열을 인가하는 유도 코일(18), 회전축(13)을 기준으로 회전 가능하게 배치되어 유도 용해로(16)에서 용해된 동이 주입되는 몰드(20), 회전 중심축을 기준으로 몰드(20)의 반대편에 배치되는 균형추(14), 몰드(20) 내로 주입된 동을 응고시키는 냉각부(22)를 포함한다. 2, the centrifugal casting apparatus 10 includes a main body 11 having a substantially cylindrical shape, a rotation shaft 13 disposed at an inner center thereof, and components to be described later disposed therein; An induction furnace 16 for dissolving the copper, an infrared ray temperature detector IR for measuring the heat of the induction melting furnace 16, an induction coil 18 for applying heat to the induction melting furnace 16, A mold 20 disposed rotatably with respect to the rotary shaft 13 and injected with copper dissolved in the induction melting furnace 16, a counterweight 14 disposed on the opposite side of the mold 20 with respect to the rotation axis, And a cooling section 22 for coagulating the copper injected into the cooling section 20.

여기서, 몰드(20)는 몰드 연결 로드(17)에 의해 중심축과 연결되고, 몰드 연결 로드(17)는 사용자의 필요에 따라 몰드(20)와 회전축간의 거리가 변화될 수 있도록 한다. 또한, 균형추(14)와 중심축을 연결하는 균형추 연결 로드(15)도 몰드(20)와 중심축간의 거리 변화에 대응하여 균형추(14)와 중심축 간의 거리를 변화시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. Here, the mold 20 is connected to the center shaft by the mold connecting rod 17, and the mold connecting rod 17 allows the distance between the mold 20 and the rotational shaft to be changed according to the user's need. It is also preferable that the balance weight connecting rod 15 connecting the balance weight 14 and the central axis is also configured to change the distance between the balance weight 14 and the central axis in response to a change in distance between the mold 20 and the center axis .

또한, 본체(11)에는 가스 분위기 형성을 위한 가스 공급부(30)가 연결된다. 여기서, 가스 공급부(30)는 수소 분위기 형성을 위한 수소 탱크와 아르곤 탱크를 포함한다. 다만, 본 실시예에서는 가스 공급부(30)는 수소 탱크와 아르곤 탱크를 포함하고 있다. 이는 동을 용해시키는 경우에는 수소의 사용이 적합하기 때문으로 사용자의 필요 또는 사용 동에 따라 가스 공급부(30)는 산소를 포함할 수 있고, 이외에도, H20, CH4, SO2 를 사용할 수 있으며, 동에 용해될 수 있는 모든 가스를 포함할 수 있다. The main body 11 is connected to a gas supply part 30 for forming a gas atmosphere. Here, the gas supply unit 30 includes a hydrogen tank and an argon tank for forming a hydrogen atmosphere. However, in this embodiment, the gas supply unit 30 includes a hydrogen tank and an argon tank. This is because the use of hydrogen is suitable for dissolving copper, so that the gas supply unit 30 may contain oxygen in addition to H 2 O, CH 4 , and SO 2 And may include all gases that can be dissolved in copper.

본 발명에서, 가스 공급부(30)는 다양한 종류의 가스를 포함할 수 있으나, 본 실시예에서는 가스 분위기 형성에 수소 또는 산소를 사용하는 것으로 상정하여 설명하기로 한다. 가스 공급부(30)에서 가스 공급 시, 압력계(21)에 의해 공급압력이 측정되어 표시된다. In the present invention, the gas supply unit 30 may include various kinds of gases, but in the present embodiment, it is assumed that hydrogen or oxygen is used to form the gas atmosphere. When the gas is supplied from the gas supply unit 30, the supply pressure is measured and displayed by the pressure gauge 21.

유도 용해로(16)는 일측에 형성된 주입구(미도시)를 통해 용해된 동을 몰드(20) 내로 주입할 수 있다. The induction melting furnace 16 can inject the molten copper into the mold 20 through an injection port (not shown) formed at one side thereof.

동 용해 시, 적외선 온도 측정기(IR)는 유도 용해로(16)의 온도가 적정한 지 측정한다. In the case of copper dissolution, the infrared thermometer (IR) measures whether the temperature of the induction furnace 16 is appropriate.

다시 도 1을 참조하여, 본 발명을 설명하기로 한다. Referring again to FIG. 1, the present invention will be described.

동 용해 단계(S110)는 사용자가 제작하고자 하는 다공성 동의 원료인 동을 용해하는 단계이다. 동 용해 단계(S110)는 대기압의 압력 상태인 산소 또는 수소 분위기 상에서 수행되는 것이 바람직하다. The copper dissolution step (S110) is a step of dissolving copper as a raw material of the porous copper to be produced by the user. The copper dissolution step (S110) is preferably performed in an oxygen or hydrogen atmosphere at atmospheric pressure.

다만, 대기압 수준의 기압은 기상 여건에 따라 다소 변화될 수 있으므로, 본체(11) 내부의 수소 가스의 압력은 0.1 MPa(메가 파스칼) 수준 즉, 표준 대기압으로 정량화하여 유지하는 것이 바람직하다. 이때, 본체(11) 내부의 가스의 압력이 0.1 MPa(메가 파스칼) 수준으로 유지되는 것은 가스 분위기 형성에 수소가 아닌 다른 가스가 사용되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.  However, since the atmospheric pressure may vary somewhat depending on the weather conditions, it is preferable that the pressure of the hydrogen gas in the main body 11 is maintained at a level of 0.1 MPa (megapascals), that is, a standard atmospheric pressure. At this time, the pressure of the gas inside the main body 11 is maintained at 0.1 MPa (megapascals), even if a gas other than hydrogen is used for gas atmosphere formation.

여기서, 본체 내부의 수소 가스 분위기 형성 시 다른 가스 성분이 혼합되는 것을 방지하기 위해 다음의 공정을 수행한다.Here, the following steps are performed in order to prevent other gas components from being mixed when forming the hydrogen gas atmosphere in the main body.

우선, 진공 펌프(12)를 이용하여 본체(11) 내부의 공기를 배출시켜 10-2 Torr 상태의 진공을 형성한다. 이후, 아르곤과 같은 불활성 가스를 주입한다. 그리고, 진공 펌프(12)를 동작시켜, 10-2 Torr 상태의 진공을 형성한다. 이와 같은 과정을 에 의해 배출되는 과정을 수차례 진행하여 본체 내부의 공기량을 최소화한다.First, air inside the main body 11 is discharged using a vacuum pump 12 to form a vacuum of 10 -2 Torr. Then, an inert gas such as argon is injected. Then, the vacuum pump 12 is operated to form a vacuum of 10 -2 Torr. The process of discharging is repeated several times to minimize the amount of air in the main body.

불활성 가스의 주입과 배출이 수차례 진행되어, 본체 내부의 공기가 최소화되면, 수소 가스가 주입된다. 이때, 수소 가스가 주입되어 본체(11) 내부가 0.1 MPa의 수소 분위기로 형성되도록 한다. When the inert gas is injected and discharged several times and the air inside the body is minimized, hydrogen gas is injected. At this time, hydrogen gas is injected into the main body 11 to form a hydrogen atmosphere of 0.1 MPa.

동 용해 단계(S110)에서 용해되는 동은 순도 99.99 at%의 순동(Cu)을 포함한다. 동의 용해는 유도 용해로(16)에 연결되는 유도 용해로(16)의 내부에서 진행된다. 그리고, 용해되는 동의 양은 150g이지만, 유도 용해로(16)의 크기와 사용자의 목적에 따라 변화될 수 있다. 또한, 동의 용해 온도는 1423K 내지 1473K 인 것이 바람직하다. The copper dissolved in the copper dissolution step (S110) contains pure copper (Cu) with a purity of 99.99 at%. The copper dissolution proceeds in the induction melting furnace 16 connected to the induction melting furnace 16. And, the amount of the molten copper is 150 g, but it can be changed according to the size of the induction melting furnace 16 and the purpose of the user. The melting temperature of the copper is preferably 1423K to 1473K.

합금용 금속을 용해시키는 단계(S120)는 다공성 동의 기공률과 기공 크기를 설정하기 위해 첨가되는 합금용 금속을 준비하고, 이를 용해시킨다. 여기서, 첨가되는 합금용 금속은 알루미늄(Al) 또는 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. The step of dissolving the metal for alloying (S120) comprises preparing and dissolving a metal for alloying added to set porosity and porosity. Here, the metal for alloying to be added may include aluminum (Al) or silicon (Si).

도 3은 첨가된 알루미늄이 기공 핵 생성사이트로 작용되는 것을 나타내는 도면으로서, 기공 형성을 위해 알루미늄이 첨가되는 것을 설명하기 위한 도면이다.Fig. 3 is a view showing that the added aluminum acts as a pore nucleation site. Fig. 3 is a view for explaining that aluminum is added for pore formation. Fig.

도 3을 참조하면, 알루미늄의 첨가 시, 첨가된 알루미늄은 다공성 동 주위에서 기공을 형성하는 기공 핵 생성 사이트(Pore Nucleation sites)로 작용하여, 조밀한 분포의 작은 기공들이 형성될 수 있도록 한다. 기공 핵 생성 사이트는 다공성 동 제조 시 동 용탕내의 산화물 등 비금속 게재물의 표면과의 사이에서 발생할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 알루미늄은 용탕에서 잔류 산소와 반응하여 알루미늄산화물을 생성하여 기공 핵 생성 사이트로 작용할 수 있다. Referring to FIG. 3, when aluminum is added, the added aluminum acts as pore nucleation sites that form pores in the porous copper surroundings, allowing small pores of dense distribution to be formed. Pore nucleation sites can occur between porous copper and the surface of nonmetallic inclusions such as oxides in molten copper. The aluminum used in the present invention reacts with residual oxygen in the molten metal to produce aluminum oxide, which can act as a pore nucleation site.

도 3의 (b)는 (a) 보다 알루미늄의 첨가량이 증가한 경우로서, 알루미늄 산화물의 양이 증가하므로, 기공 핵 생성 사이트의 개수도 증가하고, 이에 따라 기공의 개수가 증가함을 알 수 있다. FIG. 3 (b) shows a case where the amount of aluminum added is increased as compared with that of FIG. 3 (a). As the amount of aluminum oxide increases, the number of pore nucleation sites also increases, thereby increasing the number of pores.

첨가하는 단계(S130)는 용해되어 있는 다공성 동에 용해된 상태의 합금용 금속을 첨가하는 단계이다. 여기서, 합금용 금속의 첨가량은 0.01 내지 0.1 at% 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.02 at% 가 첨가될 수 있다. 첨가량은 순동 150 또는 200g을 기준으로 계산한다. The adding step (S130) is a step of adding a metal for alloying in a dissolved porous copper dissolved state. Here, the addition amount of the metal for the alloy is preferably 0.01 to 0.1 at%, more preferably 0.01 to 0.02 at%. The addition amount is calculated on the basis of 150 or 200 g of pure copper.

다음의 [표 1]은 알루미늄의 예를 들어 첨가량의 일 예를 나타낸다.The following [Table 1] shows an example of the addition amount of aluminum, for example.

Figure pat00001
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또한, 합금용 금속의 첨가 시, 용해된 동의 온도는 1100 ~ 1200℃인 것이 바람직하다. In addition, when the metal for alloying is added, the molten copper temperature is preferably 1100 to 1200 ° C.

동 주입 단계(S140)는 합금용 금속이 첨가된 용해된 동을 몰드(20)로 주입하는 단계이다. The copper injection step (S140) is a step of injecting the molten copper to which the alloy metal is added into the mold (20).

동 주입 단계(S140)가 수행될 때, 회전축(13)은 200 내지 1000 rpm의 속도로 회전되는 것이 바람직하다. 회전축(13)이 회전하면, 본체(11) 내부에 배치되어 있는 몰드(20)도 이에 연동하여 동일한 속도로 회전하며, 몰드(20)로의 동 주입이 용이하게 한다. 여기서, 회전축(13)의 회전 속도는 소정의 범위로 한정하였으나, 사용자의 필요에 따라 1000 rpm 이상이 될 수도 있다. 다만, 최저 속도는 200 rpm 인 것이 바람직하다. When the copper injecting step (S140) is performed, the rotating shaft 13 is preferably rotated at a speed of 200 to 1000 rpm. When the rotary shaft 13 rotates, the mold 20 disposed in the main body 11 also rotates at the same speed in conjunction with this rotation, facilitating copper injection into the mold 20. Here, the rotation speed of the rotary shaft 13 is limited to a predetermined range, but it may be 1000 rpm or more according to the user's need. However, the minimum speed is preferably 200 rpm.

이때, 몰드(20)는 두께 0.1mm 스테인리스 판재로 제작되는 것이 바람직하다. 이는 몰드(20)에 주입된 동의 일방향 응고를 용이하게 하기 위함이다. At this time, the mold 20 is preferably made of a 0.1 mm thick stainless steel plate material. This is to facilitate coin one-way solidification injected into the mold 20.

몰드(20) 내에 동의 주입이 이루어진 후, 기공 형성 단계(S150)가 진행된다. After the copper injection is performed in the mold 20, the pore forming step (S150) proceeds.

기공 형성 단계(S150)는 본체(11) 내부의 온도를 동의 용융 온도보다 낮게 저하시키고 동시에 회전축(13)을 기준으로 몰드(20)를 소정의 속도로 약 1ㅇ분 동안 회전시키면서 몰드(20) 내의 동이 응고되도록 한다. 또한, 동의 응고가 완료된 후, 표면의 산화 방지를 위하여 10 내지 20분간 본체(11)를 개방하지 않고, 노냉을 시키는 것이 바람직하다. The pore forming step S150 is a step of reducing the temperature inside the main body 11 to below the copper melting temperature and at the same time rotating the mold 20 at a predetermined speed for about one- Allow the copper to solidify. Further, it is preferable that, after the coagulation solidification is completed, the main body 11 is not opened for 10 to 20 minutes to prevent oxidation of the surface, and the furnace cooling is performed.

여기서, 기공 형성 단계(S150)가 진행되기 전에, 사용자의 필요에 따라 몰드(20)와 회전축(13) 간의 거리 조정 즉, 몰드(20)의 회전 반경 조정이 완료되도록 한다. 몰드(20)의 회전 반경은 175mm 내지 195mm 인 것이 바람직하다. 몰드(20)의 회전 반경이 증가하면 동 내에 형성되는 기공에 보다 큰 원심력이 인가되어 기공률 및 기공 직경이 감소될 수 있으므로, 사용자는 필요로 하는 기공률과 기공 직경에 따라 적절한 회전 반경을 조절하도록 한다. Here, before the pore formation step (S150), adjustment of the distance between the mold (20) and the rotary shaft (13), that is, adjustment of the radius of rotation of the mold (20) is completed according to the user's need. The turning radius of the mold 20 is preferably 175 mm to 195 mm. As the radius of rotation of the mold 20 increases, a larger centrifugal force may be applied to the pores formed in the copper to reduce the porosity and pore diameter, so that the user adjusts the appropriate radius of rotation according to the required porosity and pore diameter .

또한, 기공 형성 단계(S150)가 진행되는 동안 회전축(13)의 회전 속도는 사용자의 필요 즉, 사용자가 얻고자 하는 기공의 기공률과 직경에 따라 변화될 수 있다. During the pore formation step S150, the rotational speed of the rotating shaft 13 may vary according to the need of the user, that is, the porosity and diameter of the pores to be obtained by the user.

따라서, 사용자는 필요로 하는 기공의 기공률과 직경에 따라 회전 속도와 회전 반경을 제어하는 것이 바람직하다. Therefore, the user preferably controls the rotation speed and the turning radius according to the porosity and the diameter of the required pores.

본체(11)의 회전이 완료되면, 동 표면의 산화를 방지하기 위해 10 내지 20분 동안 냉각부(22)를 동작시켜 냉각이 이루어지도록 한다.When the rotation of the main body 11 is completed, the cooling unit 22 is operated for 10 to 20 minutes to prevent the copper surface from being oxidized.

이후, 본체(11) 내의 가스를 제거하고, 본체(11)를 개방하여 진공을 해제하면 방향성을 갖는 기공이 형성된 다공성 동을 얻을 수 있다. 여기서, 기공은 몰드의 회전축(13)을 향하여 형성될 수 있다. Thereafter, the gas in the main body 11 is removed, and the main body 11 is opened to release the vacuum, whereby the porous copper having the pores having the directionality can be obtained. Here, the pores may be formed toward the rotation axis 13 of the mold.

상기한 원심 주조기와 원심 주조 방법에 따라 다음과 같은 다공성 동 구조물을 얻을 수 있다. According to the centrifugal casting machine and the centrifugal casting method, the following porous copper structures can be obtained.

도 4는 본 발명에 의해 제조된 다공성 동 구조물의 시편의 일 예의 형태를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 다공성 동 시편의 기공 형태를 나타내는 단면도이다.FIG. 4 is a view showing an example of a specimen of a porous copper structure manufactured by the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing a porous form of the porous copper specimen shown in FIG.

도 4를 참조하면, 시편은 직육면체 형태임을 알 수 있다. 시편의 형태는 기공의 방향 설명을 용이하게 하기 위해 직육면체 형태로 이루어지지만, 사용자의 필요에 따라 다른 형태로 이루어질 수도 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the specimen has a rectangular parallelepiped shape. The shape of the specimen is in the form of a rectangular parallelepiped to facilitate description of the direction of the pore, but may be formed in other forms according to the needs of the user.

도 5를 참조하면, 도 5의 (a) 내지 (e)는 합금으로서 첨가된 알루미늄의 양의 변화에 따라 기공의 크기와 기공률이 변화됨을 나타낸다. Referring to FIG. 5, (a) to (e) of FIG. 5 show that the pore size and the porosity are changed according to the change in the amount of aluminum added as an alloy.

또한, 도 5의 (a) 내지 (e)는 복수의 열로 이루어져 있다. 여기서, 상부 열(i)의 도면들은 응고방향과 수직인 방향으로 잉곳 중앙부분을 절단한 단면을 관찰한 도면으로서, 도 4의 i-i선의 선단면도에 해당하고, 하부 열(ii)은 응고방향과 수평인 방향으로 잉곳 중앙부분을 절단한 단면을 관찰한 도면으로서, 도 4의 ii-ii선의 선단면도에 해당한다.5 (a) to 5 (e) consist of a plurality of columns. Here, the views of the upper row (i) are diagrams showing a section taken along the direction perpendicular to the solidification direction and cut at the center portion of the ingot, which corresponds to the sectional view taken along the line ii of FIG. 4, Sectional view of the ingot center portion cut in a horizontal direction and corresponds to a sectional view taken along the line ii-ii of Fig.

다시 도 5를 참조하면, 도 5의 (a)는 알루미늄이 첨가되지 않은 순동으로 제조된 시편이고, 도 5의 (b) 내지 (e)는 알루미늄이 각각 0.01, 0.02, 0.05, 0.1 at% 로 첨가된 시편의 형태이다. 5 (b) to 5 (e) show aluminum specimens of 0.01, 0.02, 0.05 and 0.1 at%, respectively, It is the form of the added specimen.

상기한 도면에 의해 알루미늄의 첨가량에 따라 기공의 크기 및 분포가 달라지는 것을 알 수 있다. 특히, 알루미늄의 첨가량 0.02 at% 를 기준으로, 작은 기공들의 분포가 많은 것을 확인할 수 있었고, 기공의 길이가 점차 줄어들다 다시 증가함을 알 수 있다.It can be seen from the above figure that the size and distribution of pores vary depending on the amount of aluminum added. In particular, it can be seen that the distribution of small pores is large based on the addition amount of aluminum of 0.02 at%, and the pore length gradually decreases and then increases again.

여기서, 다공성 동의 기공률은 다음의 수학식1과 2에 의해 환산될 수 있다. Here, the porosity of the porous copper can be converted by the following equations (1) and (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, ρ는 밀도(g/cm3), n1은 주조 시편의 건조무게(g), n2은 주조 시편의 수중무게(g), ρt 는 온도(t ℃)에서의 물의 밀도(g/cm3)를 나타낸다. [수학식 1]에 의해 주조 시편의 밀도를 계산 후 다음의 [수학식 2]를 이용하여 기공률을 측정하였다.Where ρ is the density (g / cm 3 ), n 1 is the dry weight of the casting specimen (g), n 2 is the weight of the casting specimen in grams (g), ρ t is the density of water in g / cm < 3 >). The density of the cast specimen was calculated by the following formula (1), and then the porosity was measured using the following formula (2).

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, ε 는 주조된 시편의 기공률(%), ρ0는 기공이 없는 벌크(Bulk)시편의 밀도(g/cm3), ρ는 상기한 [수학식 1]에서 구한 주조 시편의 밀도(g/cm3)이다. 벌크 동 시편의 밀도는 (8.94 g/cm3) 이며, 각 합금원소가 첨가된 벌크 동 밀도의 변화는 없는 것으로 가정하고 기공률을 측정하였다. Here, ε is a porosity (%) of the molded specimen, ρ 0 is the specimen density (g / cm 3) of a non-pore bulk (Bulk), ρ is the density (g of the cast specimen obtained in the above-described Equation 1 / cm < 3 >). The density of the bulk copper specimen was (8.94 g / cm 3 ), and the porosity was measured assuming that the bulk density of the alloying elements was not changed.

이외에, 본 실험은 원심 주조 방법을 사용하므로 원심 주조의 공정 조건 변화에 따라 기공률이 변화될 수 있으나, 이에 대해서는 생략하기로 한다.In addition, since the present experiment uses a centrifugal casting method, the porosity can be changed according to the process conditions of the centrifugal casting, but these will not be described.

도 6은 알루미늄 첨가량 변화에 따른 다공성 동 시편의 기공 크기 분포를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the pore size distribution of the porous copper sample according to the change in aluminum addition amount.

도 6을 참조하면, 도 6의 (a)는 알루미늄이 첨가되지 않은 순동으로 제조된 시편의 기공 크기 분포이고, 도 6의 (b) 내지 (e)는 알루미늄이 각각 0.01, 0.02, 0.05, 0.1 at% 로 첨가된 시편의 기공 크기 분포를 나타냄을 알 수 있다. 6 (a) is a pore size distribution of a specimen made of pure copper without adding aluminum, and FIGS. 6 (b) to 6 (e) the pore size distribution of the specimen added at.

또한, 도 6에 의하면, 알루미늄이 0.02 at% 로 첨가되었을 때, 미세한 크기의 기공 분포가 높은 것으로 나타났으며, 첨가량이 증가할수록 큰 기공의 분포가 증가함을 알 수 있다. Further, according to FIG. 6, when aluminum was added at 0.02 at%, the pore size distribution of fine size was high, and the larger the pore size distribution was, the larger the pore size distribution was.

도 7은 알루미늄 첨가량 변화에 따른 다공성 동 시편의 기공률 변화를 나타내는 그래프이다. 도 7에서, 알루미늄의 첨가량은 도 5와 도 6와 같이 알루미늄이 첨가되지 않은 상태와 알루미늄이 각각 0.01, 0.02, 0.05, 0.1 at%로 첨가된 경우이다. 7 is a graph showing the porosity change of the porous copper sample according to the change in aluminum addition amount. In FIG. 7, the addition amount of aluminum is the case where aluminum is not added and aluminum is added at 0.01, 0.02, 0.05 and 0.1 at%, respectively, as shown in FIG. 5 and FIG.

도 7을 참조하면, 알루미늄의 첨가량이 변화하여도 기공률의 변화는 미미함을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, it can be seen that the change in porosity is insignificant even when the amount of aluminum added is changed.

도 8은 알루미늄 첨가량 변화에 따른 다공성 동 시편 평균 기공 직경의 변화를 나타내는 그래프이다. 도면에서 역삼각형은 표준편차를 나타낸다. 8 is a graph showing a change in the average pore diameter of the porous copper based on the change in aluminum addition amount. In the figure, the inverted triangle represents the standard deviation.

도 8을 참조하면, 알루미늄의 첨가량 변화에 따라 기공 직경이 변화됨을 알 수 있다. 알루미늄의 첨가량이 0에서 0.02 at%로 증가함에 따라, 평균 기공 직경이 점차 감소하고, 기공의 수가 증감함을 알 수 있다. 다만, 알루미늄의 첨가량이 0.02 at% 보다 증가함에 따라 평균 기공 직경이 다시 증가하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 8, it can be seen that the pore diameter varies with the change in the amount of aluminum added. It can be seen that as the amount of aluminum added increases from 0 to 0.02 at%, the average pore diameter gradually decreases and the number of pores decreases or decreases. However, it can be seen that the average pore diameter increases again as the addition amount of aluminum increases from 0.02 at%.

상기와 같은 본 발명은, 다공성 금속 제조 시 용해된 동에 첨가되는 금속의 종류와 첨가량을 변화시켜 다공성 금속의 기공률과 기공 크기를 변화시킬 수 있다.The present invention can change the porosity and pore size of the porous metal by changing the kind and addition amount of the metal added to the copper dissolved in the production of the porous metal.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 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.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10: 원심 주조 장치
11: 본체 12: 진공펌프
13: 회전축 16: 용해로
18: 유도 코일 14: 균형추
20: 몰드 22: 냉각부
30: 가스 공급부
100: 항균 필터
110: 항균 필터 본체
120: 항균 박막
130: 여과지
10: Centrifugal casting device
11: Body 12: Vacuum pump
13: rotating shaft 16: melting furnace
18: induction coil 14: counterweight
20: mold 22: cooling section
30: gas supply unit
100: Antibacterial filter
110: Antibacterial filter body
120: Antibacterial film
130: filter paper

Claims (5)

다공성 동을 제조하는 방법으로서,
대기압 상태의 가스 분위기에서 동(Cu)을 용해하는 단계;
합금용 금속을 용해시키는 단계;
용해된 상기 동에 용해된 상기 합금용 금속을 첨가하는 단계;
상기 합금용 금속이 첨가된 상기 용해된 동을 몰드로 주입하는 단계; 및
상기 몰드 내에 주입된 상기 동을 응고시켜 상기 동 내부에 기공이 형성되도록 하는 단계; 를 포함하는 다공성 동 제조 방법.
A method of producing porous copper,
Dissolving copper (Cu) in a gas atmosphere at atmospheric pressure;
Dissolving a metal for alloying;
Adding the molten copper dissolved metal to the alloy;
Injecting the molten copper to which the metal for alloying is added into a mold; And
Allowing the copper injected into the mold to solidify to form pores in the copper; ≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 가스는 수소 또는 산소를 포함하는 다공성 동 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the gas comprises hydrogen or oxygen.
제1항에 있어서,
상기 합금용 금속은,
알루미늄(Al) 또는 실리콘(Si)를 포함하는 다공성 동 제조 방법.
The method according to claim 1,
The metal for the alloy includes,
Aluminum (Al) or silicon (Si).
제1항에 있어서,
상기 합금용 금속은 0.01 내지 0.1 at%로 첨가되는 다공성 동 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alloy metal is added in an amount of 0.01 to 0.1 at%.
제1항에 있어서,
용해된 상기 동의 주입 시, 상기 동의 온도는 1100 ~ 1200℃인 다공성 동 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein during the molten copper implant, the copper temperature is between 1100 and 1200 < 0 > C.
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WO2017052130A1 (en) * 2015-09-21 2017-03-30 부산대학교 산학협력단 Porous metal structure manufacturing method and porous metal structure manufactured thereby
KR101855587B1 (en) * 2016-08-26 2018-06-08 서울대학교산학협력단 Water-leachable alloy melt swapping process and the porous metals fabricated by this method

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