KR20170031536A - 금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법 - Google Patents

금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 금속 분말과 CNT 분말의 혼합물을 성형하여 판상의 1차 성형품을 제조하는 1차 성형품 제조단계; 및 상기 1차 성형품에 대한 강소성 변형을 부가하는 압연 공정을 수행하는 압연 단계를 포함하는 금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법이 제공된다.

Description

금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING METAL-CNT COMPOSITE}
본 발명은 금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기적 특성이 향상된 금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 금속-탄소나노튜브 복합재료는 일반적으로 CNT 분말의 혼합물을 핫프레스 공정 등을 통해 벌크화한 후 압연 등의 후가공을 통해 제조되고 있는데, CNT의 뭉침 현상 등으로 인해 기계적, 전기적 특성 향상에 어려움이 있다.
본 발명의 기술분야와 관련된 선행특허문헌인 공개특허 제10-2012-0115964호는 금속 기지 복합재 제조방법에 관한 것으로서, 고체 탄소 물질을 마이크로미터 크기로 분쇄하는 단계, 금속 기지 분말을 소성 변형시키면서 분쇄된 탄소 물질을 나노미터 크기로 금속 기지 분말 내부로 분산시키는 단계, 금속/탄소 나노 물질의 복합 분말을 열간 성형 공정을 이용하여 일체화하는 단계, 일체화된 벌크재를 소정의 온도에서 열처리하여 금속-탄소 나노 네트워크 구조를 갖는 복합재를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술분야와 관련된 다른 선행특허문헌인 등록특허 제10-1027073호는 탄소나노튜브/합금 나노 복합재료의 제조방법에 관한 것으로서, 탄소나노튜브/금속 나노복합분말을 제조하는 단계와, 탄소나노튜브/금속 나노복합분말을 모재금속에 분산시키는 단계와, 탄소나노튜브/금속 나노복합분말과 모재금속의 혼합체를 벌크와하여 복합재료를 얻는 단계와, 복합재의 기계적 특성을 향상시키기 위하여 후처리 공정에 의하여 복합재료를 얻는 단계를 포함한다.
본 발명과 관련된 또 다른 선행특허문헌인 등록특허 제10-1351744호는 나노파이버를 분리, 분산시키는 단계와, 분리된 나노파이버를 입도가 제어된 기지금속 입자의 표면에 기계적 밀링법을 통해 부착 분산시키는 단계 및 나노파이버와 기지금속의 복합분말을 열간가압 성형, 압연, 압출 등의 방법으로 성형하여 벌크 형태의 금속기지 탄소나노 복합재를 제조하는 단계를 포함하며, 나노파이버가 상호간 접촉을 유지한 상태로 분산된 금속기지 탄소나노 복합재를 얻는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술분야와 관련된 또 다른 선행특허문헌인 미국등록특허 제7,197,804호에는 구리 분말과 CNT 분말을 압축, 압연하여 열전도체를 제조하는 기술이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 금속 분말과 CNT 분말을 핫프레스 공정으로 성형하여 제조된 판상의 1차 성형품을 압연 공정을 통해 강소성 변형을 부가하여 기계적, 전기적 특성이 향상된 탄소나노튜브 복합재료를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,
금속 분말과 CNT 분말의 혼합물을 성형하여 판상의 1차 성형품을 제조하는 1차 성형품 제조단계; 및 상기 1차 성형품에 대한 강소성 변형을 부가하는 압연 공정을 수행하는 압연 단계를 포함하는 금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법이 제공된다.
상기 압연 단계는 상기 1차 성형품을 동일한 반경의 두 압연 롤러 사이로 통과시켜서 수행되며, 상기 두 압연 롤러는 서로 다른 회전 속도로 회전할 수 있으며, 이때, 상기 두 압연 롤러 중 하나의 압연 롤러의 회전 속도는 다른 압연 롤러의 회전 속도의 1.1배 내지 3배인 것이 바람직하다.
상기 금속은 알루미늄 또는 구리일 수 있다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 금속 분말과 CNT 분말을 핫프레스 공정으로 성형하여 제조된 판상의 1차 성형품에 대한 압연시, 상하 압연 롤러의 회전속도를 다르게 함으로써, 1차 성형품에 강소성 변형을 부가하여 결정립 미세화 및 조직 내의 응집된 탄소나노튜브를 분산시켜 기계적, 전기적 특성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 공정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압연 공정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법은 금속 분말과 CNT 분말의 혼합물을 성형하여 판상의 1차 성형품을 제조하는 1차 성형품 제조단계와, 상기 1차 성형품에 대한 강소성 변형을 부가하는 압연 공정을 수행하는 압연 단계를 포함한다.
1차 성형품 제조단계에서는 금속 분말과 CNT 분말의 혼합물을 성형하여 판상의 1차 성형품이 제조된다. 본 실시예에서 상기 금속 분말은 알루미늄 분말 또는 구리 분말인 것으로 설명한다. 본 실시예에서는 1차 성형품이 금속 분말과 CNT 분말의 혼합물을 통상적인 핫프레스 공정으로 성형하여 제조되는 것으로 설명한다. 1차 성형품 제조단계를 통해 제조된 1차 성형품인 판상의 금속-탄소나노튜브 복합재로는 이어지는 압연 단계를 거치면서 기계적, 전기적 특성이 향상된다.
압연 단계에서는 상기 1차 성형품 제조단계를 통해 제조된 판상의 1차 성형품에 강소성 변형을 부가하여 결정립 미세화 및 조직 내에 응집된 탄소나노튜브를 분산시켜서, 기계적, 전기적 특성이 향상된다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 단계를 개략적으로 도시한 공정도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 압연 공정은 1차 성형품 제조단계를 통해 제조된 판상의 1차 성형품(A)을 상부 압연 롤러(10)와 하부 압연 롤러(20)의 사이로 통과시켜서 수행된다. 이때, 상부 압연 롤러(10)의 반경(R1)과 하부 압연 롤러(20)의 반경(R2)은 동일하며, 상부 압연 롤러(10)의 회전 속도(a1)와 하부 압연 롤러(20)의 회전 속도(a2)는 다르다. 그에 따라, 압연시 1차 성형품(A)에는 전단력이 작용하고, 이는 결정립 미세화 및 조직 내에 응집된 탄소나노튜브의 분산의 효과를 제공한다. 본 실시예에서는 하부 압연 롤러(20)의 회전 속도(a2)가 상부 압연 롤러(10)의 회전 속도(a1)보다 큰 것으로 설명하는데, 이와는 달리 상부 압연 롤러(10)의 회전 속도(a1)가 하부 압연 롤러(20)의 회전 속도(a2)보다 큰 경우도 가능하다. 본 실시예에서 두 압연 롤러(10, 20) 중 회전 속도가 빠른 압연 롤러의 회전 속도는 다른 압연 롤러의 회전 속도의 1.1배 내지 3배인 것이 바람직한데, 1.1배 미만인 경우 결정립 미세화 및 탄소나노튜브의 분산 효과가 미비하며, 3배를 초과하는 경우 성형품(A)에 크랙이 발생할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예의 효과는 도 2에 도시된 실시예를 통해서도 동일하게 얻을 수 있다.
도 2를 참조하면, 상부 압연 롤러(30)의 회전 속도(a3)와 하부 압연 롤러(40)의 회전 속도(a4)는 동일하며, 상부 압연 롤러(30)의 반경(R3)과 하부 압연 롤러(40)의 반경(R4)는 다르다. 그에 따라, 도 1의 실시예와 동일하게 압연시 1차 성형품(A)에는 전단력이 작용하고, 이는 결정립 미세화 및 조직 내에 응집된 탄소나노튜브의 분산의 효과를 제공한다. 본 실시예에서는 하부 압연 롤러(40)의 반경(R4)이 상부 압연 롤러(30)의 반경(R3)보다 큰 것으로 설명하는데, 이와는 달리 상부 압연 롤러(30)의 반경(R3)이 하부 압연 롤러(40)의 반경(R4)보다 큰 경우도 가능하다. 본 실시예에서 두 압연 롤러(10, 20) 중 반경이 큰 압연 롤러의 반경은 다른 압연 롤러의 반경의 1.1배 내지 3배인 것이 바람직하다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
10, 30 : 상부 압연 롤러
20, 40 : 하부 압연 롤러

Claims (7)

  1. 금속 분말과 CNT 분말의 혼합물을 성형하여 판상의 1차 성형품을 제조하는 1차 성형품 제조단계; 및
    상기 1차 성형품에 대한 강소성 변형을 부가하는 압연 공정을 수행하는 압연 단계를 포함하는 금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압연 단계는 상기 1차 성형품을 동일한 반경의 두 압연 롤러 사이로 통과시켜서 수행되며,
    상기 두 압연 롤러의 회전 속도는 다른 것을 특징으로 하는 금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 두 압연 롤러 중 하나의 압연 롤러의 회전 속도는 다른 압연 롤러의 회전 속도의 1.1배 내지 3배인 것을 특징으로 하는 금속-탄소나노뷰트 복합재료의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 압연 단계는 상기 제1 성형품을 서로 다른 반경의 두 압연 롤러 사이로 통과시켜서 수행되며,
    상기 두 압연 롤러의 회전 속도는 동일한 것을 특징으로 하는 금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 두 압연 롤러 중 하나의 압연 롤러의 반경은 다른 압연 롤러의 반경의 1.1배 내지 3배인 것을 특징으로 하는 금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속은 알루미늄 또는 구리인 것을 특징으로 하는 금속-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 청구항에 기재된 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 금속-탄소나노튜브.
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