KR20170076533A - 세라믹 분말을 이용한 다공질체 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹 분말을 이용한 다공질체 및 그 제조 기술로서, 특히 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제를 상호 혼합하여 소결하되 세라믹 파우더의 혼합비를 최적비율로 구성함으로써 제품(예: 에어베어링)을 가공할 때 연마 가공성을 향상시키고 양호한 도전성을 확보할 수 있는 다공질체 및 그 제조방법에 관한 기술이다. 특히, 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제, 카본나노튜브를 상호 혼합하여 소결하되 세라믹 파우더와 카본나노튜브의 혼합비를 최적비율로 구성하여 연마 가공시에 양호한 가공성을 유지하면서 목적하는 도전율을 조정할 수 있도록 하는 다공질체 및 그 제조방법에 관한 기술이다. 본 발명에 따르면 다공질체의 미세기공에 대한 기공률 조정이 수월하다는 장점이 있다.
Description
본 발명은 에어베어링 등을 제조할 때 연마의 가공성을 높일 수 있는 세라믹 분말을 이용한 다공질체 및 그 제조 기술에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제를 상호 혼합하여 소결하되 세라믹 파우더의 혼합비를 최적비율로 구성하여 제품(예: 에어베어링)의 가공을 위한 연마시 가공성을 향상시키고 양호한 도전성을 확보할 수 있는 다공질체 및 그 제조방법에 관한 기술이다.
특히, 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제, 카본나노튜브를 상호 혼합하여 소결하되 세라믹 파우더와 카본나노튜브의 혼합비를 최적비율로 구성하여 제품의 연마 가공시 양호한 가공성을 유지하면서 목적하는 도전율을 조정할 수 있도록 하는 다공질체 및 그 제조방법에 관한 기술이다.
일반적으로 에어베어링은 물건을 이송할 때 물건의 하중에 의한 마찰 저항을 줄일 수 있도록 물건과의 얇은 유막(예: 공기)을 형성함으로써 물건이 얇은 유막을 매개체로 하여 이송 방향으로 미끄러지도록 한다.
특히, 식품기계나 반도체 장비의 이송에 사용되는 에어베어링은 높은 청정도를 유지해야 하므로 공기의 압력에 의해 하중을 지탱하도록 하는 에어베어링이 채용되며, 이 에어베어링은 소정 압력으로 공기를 분사하도록 미세기공이 형성된 다공질체로 이루어진다.
이처럼 다공질체는 에어베어링 등을 제조함에 있어서 유용하게 활용된다.
그런데, 기존에는 다공질체를 이루는 메인 구성으로서 경도(단단한 정도)가 비교적 높은 알루미늄 비철금속이 채택되었다. 하지만, 이 다공질체를 제작함에 있어서 소결과정을 거쳐 목적하는 형태로 연마 가공시 알루미늄 특유의 점착성 때문에 가공성이 떨어지는 문제점이 있었다. 특히, 다공질체를 이용하여 에어베어링을 제작하였을 경우에는, 알루미늄이 비철금속으로서 정전기의 제거에 대한 도전성이 떨어지므로 에어베어링의 이송 동작 중 발생하는 정전기의 제거에 효과적이지 못하다는 단점이 있었다.
즉, 종래와 같이 알루미늄을 메인 구성으로 하는 다공질체는 다수의 미세기공인 포러스(porous)가 형성된 상태에서 자체적으로 발생한 정전기를 외부로 빼내지 못하기 때문에 결국 자체적인 정전기의 제거에 대해서는 도전성이 없는 것으로 알려져 있다.
그런데, 반도체 설비에 채용되는 에어베어링은 반도체 설비라는 환경의 특성상 부품의 이송 중 정전기의 발생이 빈번하고, 이렇게 발생한 정전기는 접지밴드 등을 통해 바로 외부로 빼내야 하는데, 기존 알루미늄을 메인 구성으로 하는 에어베어링에서는 접지밴드로의 도전성이 미약하여 효과적으로 정전기를 제거하지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 이러한 종래기술의 문제점이 해결될 수 있도록 좀더 개선된 특성을 갖는 다공질체를 제공할 필요성이 있다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 다공질체의 가공성이 양호한 세라믹 분말을 이용한 다공질체 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 다공질체의 가공성이 양호하면서 동시에 정전기의 제거에 대한 도전성이 양호한 세라믹 분말을 이용한 다공질체 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 다공질체의 미세기공에 대한 기공률 조정이 수월한 세라믹 분말을 이용한 다공질체 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 다공질체는 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 중 적어도 하나이상을 구비하는 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제를 포함하여 구성되는 전체 조성물 100 중량부에 대해 세라믹 파우더는 50~90 중량부로 구성되며, 몸체부에 무수한 미세기공이 형성되도록 전체 조성물을 50~300 kgf/cm2의 압력으로 압축성형한 후, 80~270 ℃의 온도에서 5~15시간 동안 소결하여 단일의 소결체로 구성된다.
이때, 바람직하게는 전체 조성물 100 중량부를 기준으로 경화제는 1~10 중량부로 구성되고, 소결체에 형성되는 미세기공은 직경이 6~25 ㎛범위로 구성되며, 소결체의 단위체적당 미세기공이 차지하는 공극률은 5~40 %로 형성된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 다공질체는 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 중 적어도 하나이상을 구비하는 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제, 카본나노튜브(carbon nanotube)를 포함하여 구성되는 전체 조성물 100 중량부에 대해 세라믹 파우더는 50~90 중량부, 상기 카본나노튜브는 5~10 중량부로 구성되며, 몸체부에 무수한 미세기공이 형성되도록 전체 조성물을 50~300 kgf/cm2의 압력으로 압축성형한 후, 80~270 ℃의 온도에서 5~15시간 동안 소결하여 단일의 소결체로 구성된다.
이때, 바람직하게는 전체 조성물 100 중량부를 기준으로 경화제는 1~10 중량부로 구성되고, 소결체에 형성되는 미세기공은 직경이 6~25 ㎛범위로 구성되며, 소결체의 단위체적당 미세기공이 차지하는 공극률은 5~40 %로 형성되고, 그 소결체는 106~108 S/m의 도전율을 갖도록 구성됨이 바람직하다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 다공질체 및 그 제조방법은 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 중 적어도 하나이상을 구비하는 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제를 포함하여 구성되는 전체 조성물 100 중량부에 대해 세라믹 파우더는 50~90 중량부, 경화제는 1~10 중량부의 비율로 혼합하는 단계; 상기 혼합된 전체 조성물을 교반하여 그래뉼 타입으로 과립화하는 단계; 과립화하는 단계를 거쳐 생성된 혼합재를 프레스 금형에서 50~300 kgf/cm2의 압력으로 압축성형하는 단계; 프레스 금형을 80~270 ℃의 온도로 가열한 후 프레스 금형의 온도를 5~15 시간 동안 80~270 ℃의 온도를 유지하여 혼합재를 소결시키는 단계; 소결하는 단계를 거쳐 생성된 소결체를 프레스 금형으로부터 분리하여 소정 형상으로 가공하는 단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 다공질체 및 그 제조방법은 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 중 적어도 하나이상을 구비하는 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제, 카본나노튜브를 포함하여 구성되는 전체 조성물 100 중량부에 대해 세라믹 파우더는 50~90 중량부, 경화제는 1~10 중량부, 카본나노튜브는 5~10 중량부의 비율로 혼합하는 단계; 혼합된 전체 조성물을 교반하여 그래뉼 타입으로 과립화하는 단계; 과립화하는 단계를 거쳐 생성된 혼합재를 프레스 금형에서 50~300 kgf/cm2의 압력으로 압축성형하는 단계; 프레스 금형을 80~270 ℃의 온도로 가열한 후 프레스 금형을 5~15시간 동안 80~270 ℃의 온도를 유지하여 혼합재를 소결시키는 단계; 소결하는 단계를 거쳐 생성된 소결체를 프레스 금형으로부터 분리하여 소정 형상으로 가공하는 단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명은 세라믹 파우더의 최적 비율로 에어베어링을 구성하여 다공질체의 가공성이 양호하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 다공질체의 가공성이 양호하면서 동시에 카본나노튜브의 최적 비율로 에어베어링을 구성하여 다공질체의 양호한 가공성을 유지하면서 동시에 정전기의 제거에 대한 도전성을 양호하게 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 다공질체의 미세기공에 대한 기공률 조정이 수월하다는 장점이 있다.
[도 1]은 본 발명에 따른 에어베어링의 사용상태도,
[도 2]는 본 발명에 따른 다공질체를 도시한 평면도 및 이 다공질체의 일부분을 발췌하여 확대 도시한 도면,
[도 3]은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 다공질체를 제조하는 과정을 나타낸 순서도,
[도 4]는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 다공질체를 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 다공질체를 도시한 평면도 및 이 다공질체의 일부분을 발췌하여 확대 도시한 도면,
[도 3]은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 다공질체를 제조하는 과정을 나타낸 순서도,
[도 4]는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 다공질체를 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
일반적으로 본 발명의 다공질체는 다양한 용도로 활용될 수 있으나, 본 명세서에서는 설명의 편이상 에어베어링을 기준으로 기술한다.
[도 1]은 본 발명에 따른 에어베어링(100)의 사용상태도이다. [도 1]을 참조하면, 최종 소결에 의해 다수의 미세기공이 형성된 다공질체(110)를 소정 규격으로 가공한 후, 이 다공질체(110)에 맞는 규격의 체결프레임(120)에 끼워 다양한 장비의 에어베어링(100)으로 채택된다.
여기서, [도 1]의 (a)는 다공질체(110)와 체결프레임(120)이 분리된 상태를 나타낸 것이고, [도 1]의 (b)는 다공질체(110)와 체결프레임(120)이 결합된 상태를 나타낸 것이다.
상세하게, 다양한 장비에 에어베어링(100)을 채택하기 위해서는 먼저 에어베어링(100)의 규격을 결정하고, 이 에어베어링(100)의 규격에 대응하는 체결프레임(120)을 제작한 후, 이 체결프레임(120)에 끼워지는 다공질체(110)를 가공하게 된다.
여기서, 다공질체(110)는 단일의 소결체로 제작된 후 연마를 통해 체결프레임(120)의 틀에 맞게 가공된다. 즉, 소결을 마친 다공질체(110)를 체결프레임(120)에 대응하여 절단한 후 체결프레임(120)의 틀에 정확하게 맞도록 연마 가공을 거치게 된다.
이때, 다공질체(110)를 이루는 구성(예: 조성 성분)에 따라 연마 가공 과정에서 기공률의 변화가 생기기도 하고, 혹은 애초 소결시에 형성된 기공률을 그대로 유지할 수도 있다.
한편, 다공질체(110)를 이루는 재질이 종래와 같이 알루미늄으로 채택되는 경우 다공질체(110)에 대한 연마 가공시 점착성에 의해 연마 가공성이 떨어지는 단점이 있다.
즉, 애초 형성된 미세기공(112) 중 연마 작업에 의해 외부와 노출되는 부분이 막히거나 사이즈가 커지는 등 알루미늄 특유의 점착성 때문에 다공질체(110) 표면의 미세기공(112)에 대한 변형이 이루어지기도 한다.
이처럼, 완성된 다공질체(110)를 체결프레임(120)에 체결하기 위해 예컨대 연마 등으로 가공하는 과정에서 미세기공(112)에 대한 변형이 이루어진다면, 애초 다공질체(110)를 제조할 때 미리 목적한 것으로부터 가공 과정을 거치면서 다른 결과를 가져오게 되므로 결국 에어베어링(100)의 성능에도 의도치 않은 변화가 발생되는 문제가 발생한다.
[도 2]는 본 발명에 따른 다공질체를 도시한 평면도 및 이 다공질체의 일부분을 발췌하여 확대 도시한 도면이다.
[도 2]를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 다공질체(100), 즉 에어베어링(100)의 메인 구성으로서의 다공질체(110)는 바람직하게는 전체 조성물 100 중량부에 대해 세라믹 파우더 50~90 중량부, 에폭시수지 3~70 중량부, 경화제 1~10 중량부의 비율을 갖도록 전체 조성물을 혼합함이 바람직하다.
여기서, 세라믹 파우더는 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 중 적어도 하나이상을 포함하여 구성됨이 바람직하다.
그리고, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세라믹 파우더는 시중에서 구입 가능한 것을 채택할 수 있다.
이때, 전체 조성물 100 중량부에 대해 세라믹 파우더를 너무 적게 혼합하면 기공크기와 기공률이 떨어지고 너무 많이 혼합하면 기공크기와 기공률이 증가하기 때문에 에이베어링을 위한 다공질체로서 적합하지 않게 된다.
그에 따라 발명자에 의한 실험결과로부터 전체 조성물 100 중량부에 대해 세라믹 파우더는 50~90 중량부로 채택함이 바람직하다.
그리고, 에폭시수지(epoxy resin)는 비휘발성이기 때문에 본 발명의 전체 조성물을 혼합하는 과정에서 부피의 축소를 유발하지 않는 상태로 세라믹 파우더의 입자간 결합력을 양호하게 한다.
이와 같은 에폭시수지는 접착제의 용도로 시중에서 구입 가능한 것을 채택할 수 있다.
특히, 에폭시수지는 결합제로서 전체 조성물을 혼합하여 교반하는 과정에서 세라믹 파우더에 입자 간 점성을 제공하여 전체 조성물이 원활하게 과립화되도록 한다.
이때, 에폭시수지가 전체 조성물에 너무 많이 혼합되면 전체 조성물을 겔 상태로 만들어 오히려 과립화를 방해하게 된다.
그리고, 에폭시수지를 전체 조성물에 너무 적게 혼합하면 교반시 과립화를 어렵게 하고, 이후 압축성형과 소결 과정을 거쳐 완성된 소결체가 외력으로부터 잘 쪼개지는 취성을 나타낸다.
그에 따라 발명자에 의한 실험결과로부터 에폭시수지는 전체 조섬물 100 중량부에 대해 3~70 중량부를 채택함이 바람직하다.
한편, 에폭시수지가 세라믹 파우더의 입자를 점성에 의해 상호 결합시키면 이후 압축성형 과정과 소결 과정을 거치면서 그대로 소결체가 완성되기 때문에 별도의 경화제를 투입하지 않아도 소결체를 완성할 수는 있다.
하지만, 전체 조성물에 대해 과립화 과정을 거친 후 에폭시수지가 완전히 경화되지 않은 상태에서 압축성형 과정을 거치면 세라믹 파우더의 입자 사이에 위치하는 에폭시수지의 비율이 줄어들게 된다. 이러한 상태에서 소결 과정까지 거치게 되면 소결체의 기공률이 떨어짐은 물론 외력으로부터 잘 쪼개지는 취성을 나타내게 된다. 따라서, 경화제를 일정 정도 이상 혼합시킬 필요가 있다.
반면, 경화제를 전체 조성물에 대해 너무 많이 혼합시키면 과립화 과정이 종료하기도 전에 이미 경화가 시작되기 때문에 다수의 그래뉼을 형성하는데 방해가 된다. 이로 인해, 소결 과정을 거쳐 생성된 소결체의 미세기공 균일성에도 양호하지 않은 결과를 초래한다.
그에 따라 발명자에 의한 실험결과로부터 경화제는 전체 조성물의 100 중량부에 대해 1~10 중량부로 채택됨이 바람직하다.
그리고, 경화제는 구체적으로는 에폭시수지의 경화를 촉진하여 결국 혼합된 전제 조성물을 경화시키는 것으로서, 바람직하게는 실리카(SiO2), 칼륨(K), 나트륨(Na)이 혼합된 액상의 경화 촉진제를 채택한다.
다른 한편, 다공질체(110)는 몸체부에 무수한 미세기공(112)이 형성되도록 전체 조성물을 50~300 kgf/cm2의 압력으로 압축성형함으로써 입자구조물(111)이 상호 견고하게 결합된다.
이때, 다공질체(110)의 입자구조물(111)이 이루는 이격공간은 소결 과정을 거치면서 외부로부터 주입되는 고압의 공기가 소통될 수 있도록 미세기공(112)으로 발전한다.
여기서, 입자구조물(111)은 특정 방향성 없이 불특정하게 산포된다. 그 결과, 무수한 미세기공(112)으로부터 분사되는 고압의 공기는 다공질체(110)의 외표면으로부터 500 μm 이상 멀어지는 경우에는 공기의 배출속도가 급격히 떨어지는 저풍속의 상태를 유지하게 된다.
세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제를 포함하여 구성되는 다공질체(110)가 위와 같은 물성을 그대로 유지할 수 있도록 50~300 kgf/cm2의 압력에 의한 압축성형 후 80~270 ℃의 낮은 온도에서 5~15시간 동안 소결 과정을 거치면서 단일의 소결체로 완성된다.
여기서, 다양한 에어베어링(100)의 타입에 따라 다공질체(110)를 위한 소결체에 형성되는 미세기공(112)의 직경과 미세기공(112)이 소결체에서 차지하는 공극률을 상이한 타입으로 형성할 수 있다.
그러나, 에어베어링(100)의 특성상 소결을 통해 완성된 다공질체(110)는 소결체에 형성되는 미세기공(112)의 직경이 6~25 ㎛ 범위내에서 구성됨이 바람직하고, 단위체적당 미세기공(112)이 차지하는 공극률은 5~40 %의 범위내에서 형성됨이 바람직하다.
이를 위해, 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 중 적어도 하나이상을 구비하는 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제를 포함하여 구성되는 전체 조성물 100 중량부에 대해 세라믹 파우더는 50~90 중량부로 구성하고, 전체 조성물을 50~300 kgf/cm2의 압력으로 압축성형한 후, 80~270 ℃의 온도에서 5~15시간 동안 소결하여 단일의 소결체로 제작된다.
위와 같은 다공질체(110)의 조성물을 압축성형한 후 소결과정을 거치면 구체적으로는 아래 [표 1]과 같은 물성을 나타낸다.
| 항 목 | 규 격 |
| 밀도(Density) | 1.6~1.9 g/cm2 |
| 쇼어경도(Shore Hardness) | 40~50 HR |
| 휨 강도(Flexual Strength) | 17~53 N/m2 |
| 기공크기(Pore Size) | 6~25 μm |
| 기공률(Pore Volume) | 5~40 % |
여기서, 세라믹 파우더를 배제하고 그 대신 알루미늄 파우더를 혼합하여 소결한 종래기술의 다공질체의 경우에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다공질체(110)보다 오히려 경도나 휨 강도가 좀더 강한 특성을 나타낼 수 있다. 하지만, 알루미늄 파우더를 혼합하여 소결한 다공질체의 경우에는 소결을 마친 후 에어베어링(100)에 체결하기 위해 연마 공정을 거치는 과정에서 점착성으로 인한 가공성이 매우 떨어지는 문제가 있다.
이러한 문제로 인해 앞서 살펴본 바와 같이 다공질체(110)의 목적하는 기공률 형성에 변형이 이루어지고, 그에 따른 정밀성이 떨어져 결국 정밀기계 분야(예: 반도체 설비)의 이송 공정에 적합하지 않은 문제가 있다.
본 발명의 제 1 실시예에서는 이러한 기존 다공질체의 문제점을 보완하기 위해 알루미늄 파우더를 배제하고 세라믹 파우더를 채택하였다.
[도 2]를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 다공질체(100), 즉 에어베어링(100)의 메인 구성으로서의 다공질체(110)는 바람직하게는 전체 조성물 100 중량부에 대해 세라믹 파우더 50~90 중량부, 에폭시수지 3~70 중량부, 경화제 1~10 중량부, 카본나노튜브는 5~10 중량부의 비율을 갖도록 전체 조성물을 혼합함이 바람직하다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예는 제 1 실시예에 5~10 중량부의 카본나노튜브를 추가적으로 혼합하였다.
그리고, 제 2 실시예에 따른 다공질체(110)가 제 1 실시예에 따른 다공질체(110)의 물성을 [표 1]과 같이 그대로 유지하는 상태에서 도전율이 추가적으로 구현되도록 바람직하게는, 카본나노튜브를 전체 조성물 100 중량부에 대해 5~10 중량부를 채택한다.
위와 같은 다공질체(110)의 조성물을 압축성형한 후 소결과정을 거치면 구체적으로는 아래 [표 2]와 같은 물성을 나타낸다.
| 항 목 | 규 격 |
| 밀도(Density) | 1.6~1.9 g/cm2 |
| 쇼어경도(Shore Hardness) | 40~50 HR |
| 휨 강도(Flexual Strength) | 17~53 N/m2 |
| 기공크기(Pore Size) | 6~25 μm |
| 기공률(Pore Volume) | 5~40 % |
| 도전율(Elec' Conductivity) | 106~108 S/m |
[표 2]에서와 같이 제 2 실시예에서는 소결 과정을 거쳐 완성된 다공질체(110)가 106~108 S/m의 도전율을 갖도록 카본나노튜브의 혼합비율을 전체 조성물 100 중량부에 대해 5~10 중량부의 범위 내에서 조정할 수 있다.
한편, 반도체 이송 설비 등에 장착되는 에어베어링(100)은 반도체 이송 설비의 환경 특성상 자체적으로 정전기가 발생할 수 있는데, 이러한 정전기를 외부로 빼내어 제거하기 위해서는 에어베어링(100) 자체적으로 도전성이 양호하여야 하는 과제가 있다.
그러나, 알루미늄 파우더를 혼합하여 소결한 기존 다공질체의 경우에는 무수한 포러스가 형성되어 에어베어링(100) 자체적으로 발생한 정전기를 외부로 제거하지 못하는 문제가 있다.
이러한 점을 해결하기 위해 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다공질체(110)는 세라믹 파우더를 채택함에 따른 양호한 가공성을 유지하면서 동시에 카본나노튜브를 최적으로 혼합하여 에어베어링(100) 자체적으로 발생한 정전기를 효과적으로 제거할 수 있도록 하였다.
특히, 에어베어링(100)의 다공질체(110)는 도전율을 106~108 S/m의 범위내에서 유지하도록 구성함이 바람직하다. 이때, 다공질체(110)의 전체 조성물에 대한 카본 나노튜브의 조성비를 조절함으로써 106~108 S/m의 범위내인 도전율을 조정할 수 있음은 물론이다.
[도 3]은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 다공질체를 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다.
단계 (S110) : 먼저, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 에어베어링(100)의 다공질체(110)는 세라믹 파우더 50~90 중량부, 에폭시수지 3~70 중량부, 경화제 1~10 중량부의 비율을 갖도록 전체 조성물을 혼합한다.
단계 (S120) : 이어서, 혼합된 전체 조성물은 교반기(미도시)에 넣어 섞는 과정을 거치면서 그래뉼(granule) 타입으로 과립화된다.
단계 (S130) : 이렇게 과립화된 혼합 조성물을 프레스 금형(미도시)에 투입한 후 해당 프레스 금형의 틀을 조작하여 그 프레스 금형 내의 혼합 조성물에 대해 50~300 kgf/cm2의 압력을 가하여 압축 성형하는 과정을 거친다.
단계 (S140) : 그리고, 바람직하게는 압축 성형된 혼합 조성물이 프레스 금형 내에 위치된 상태로 프레스 금형의 온도를 80~270 ℃의 저온으로 가열하여 단일의 소결체인 다공질체(110)를 완성한다.
여기서, 다공질체(110)의 소결 과정은 다공질체(110)에 형성되는 미세기공(112)의 규격이나 기공률의 선택에 따라 1시간 내지 24 시간 동안 이루어질 수 있다.
또한, 소결 과정의 온도도 다공질체(110)의 소결 과정은 다공질체(110)에 형성되는 미세기공(112)의 규격이나 기공률의 선택에 따라 1시간 내지 24 시간의 범위내에서 달리 설정할 수 있다. 이렇게, 소결 과정을 거치면 애초에 혼합된 전체 조성물은 내측에 무수한 미세기공(112)이 형성된 딱딱한 다공질체(110)로 완성된다.
단계 (S150) : 이어서, 소결 과정을 거쳐 단일의 소결체로 완성된 다공질체(110)를 프레스 금형으로부터 분리한 후에는 목적하는 체결프레임(120)의 틀에 정확히 맞도록 소정 규격으로 가공(예: 연마)하는 과정을 거친다.
한편, 프레스 금형에서 5~15 시간 동안 80~270 ℃의 저온 가열로 1차 소결 과정을 거친 후, 프레스 금형으로부터 분리한 소결체에 대해 연마 공정을 거치기 전에 별도의 2차 소결 과정을 거칠 수도 있다.
[도 4]는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 다공질체를 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다.
단계 (S210) : 먼저, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 에어베어링(100)의 다공질체(110)는 세라믹 파우더 50~90 중량부, 에폭시수지 3~70 중량부, 경화제 1~10 중량부, 카본나노튜브 5~10 중량부의 비율을 갖도록 전체 조성물을 혼합한다.
단계 (S220) : 이어서, 혼합된 전체 조성물은 교반기(미도시)에 넣어 섞는 과정을 거치는데, 이 과정에서 그 혼합된 전체 조성물은 그래뉼(granule) 타입으로 과립화된다.
단계 (S230) : 이렇게 과립화된 혼합 조성물을 프레스 금형(미도시)에 투입한 후 해당 프레스 금형의 틀을 조작하여 그 프레스 금형 내의 혼합 조성물에 대해 50~300 kgf/cm2의 압력을 가하여 압축 성형하는 과정을 거친다.
단계 (S240) : 그리고, 바람직하게는 압축 성형된 혼합 조성물이 프레스 금형 내에 위치된 상태로 프레스 금형의 온도를 80~270 ℃의 저온으로 가열하여 단일의 소결체인 다공질체(110)를 완성한다.
여기서, 다공질체(110)의 소결 과정은 다공질체(110)에 형성되는 미세기공(112)의 규격이나 기공률의 선택에 따라 5시간 내지 15 시간 동안 이루어질 수 있다.
또한, 소결 과정의 온도도 다공질체(110)의 소결 과정은 다공질체(110)에 형성되는 미세기공(112)의 규격이나 기공률의 선택에 따라 5시간 내지 15 시간의 범위내에서 달리 설정할 수 있다. 이렇게, 소결 과정을 거치면 애초에 혼합된 전체 조성물은 내측에 무수한 미세기공(112)이 형성된 딱딱한 다공질체(110)로 완성된다.
단계 (S250) : 이어서, 소결 과정을 거쳐 단일의 소결체로 완성된 다공질체(110)를 프레스 금형으로부터 분리한 후에는 목적하는 체결프레임(120)의 틀에 정확히 맞도록 소정 규격으로 가공(예: 연마)하는 과정을 거친다.
한편, 프레스 금형에서 5~15 시간 동안 80~270 ℃의 저온 가열로 1차 소결 과정을 거친 후, 프레스 금형으로부터 분리한 소결체에 대해 연마 공정을 거치기 전에 별도의 2차 소결 과정을 거칠 수도 있다.
100 : 에어베어링
110 : 다공질체
111 : 입자구조물
112 : 미세기공
120 : 체결프레임
110 : 다공질체
111 : 입자구조물
112 : 미세기공
120 : 체결프레임
Claims (7)
- 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 중 적어도 하나이상을 구비하는 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제를 포함하여 구성되는 전체 조성물 100 중량부에 대해 상기 세라믹 파우더는 50~90 중량부로 구성되며,
몸체부에 무수한 미세기공이 형성되도록 상기 전체 조성물을 50~300 kgf/cm2의 압력으로 압축성형한 후, 80~270 ℃의 온도에서 5~15시간 동안 소결하여 단일의 소결체로 구성된 세라믹 분말을 이용한 다공질체.
- 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 중 적어도 하나이상을 구비하는 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제, 카본나노튜브(carbon nanotube)를 포함하여 구성되는 전체 조성물 100 중량부에 대해 상기 세라믹 파우더는 50~90 중량부, 상기 카본나노튜브는 5~10 중량부로 구성되며,
몸체부에 무수한 미세기공이 형성되도록 상기 전체 조성물을 50~300 kgf/cm2의 압력으로 압축성형한 후, 80~270 ℃의 온도에서 5~15시간 동안 소결하여 단일의 소결체로 구성된 세라믹 분말을 이용한 다공질체.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 전체 조성물 100 중량부를 기준으로 상기 경화제는 1~10 중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 분말을 이용한 다공질체.
- 청구항 3에 있어서,
상기 소결체에 형성되는 미세기공은 직경이 6~25 ㎛범위로 구성되며, 상기 소결체의 단위체적당 상기 미세기공이 차지하는 공극률은 5~40 %로 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 분말을 이용한 다공질체.
- 청구항 2에 있어서,
상기 소결체는 106~108 S/m의 도전율을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 분말을 이용한 다공질체.
- 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 중 적어도 하나이상을 구비하는 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제를 포함하여 구성되는 전체 조성물 100 중량부에 대해 상기 세라믹 파우더는 50~90 중량부, 상기 경화제는 1~10 중량부의 비율로 혼합하는 단계;
상기 혼합된 전체 조성물을 교반하여 그래뉼 타입으로 과립화하는 단계;
상기 과립화하는 단계를 거쳐 생성된 혼합재를 프레스 금형에서 50~300 kgf/cm2의 압력으로 압축성형하는 단계;
상기 프레스 금형을 80~270 ℃의 온도로 가열한 후 상기 프레스 금형의 온도를 5~15 시간 동안 80~270 ℃의 온도를 유지하여 상기 혼합재를 소결시키는 단계;
상기 소결하는 단계를 거쳐 생성된 소결체를 상기 프레스 금형으로부터 분리하여 소정 형상으로 가공하는 단계;
를 포함하여 구성되는 세라믹 분말을 이용한 다공질체의 제조방법.
- 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 중 적어도 하나이상을 구비하는 세라믹 파우더, 에폭시수지, 경화제, 카본나노튜브를 포함하여 구성되는 전체 조성물 100 중량부에 대해 상기 세라믹 파우더는 50~90 중량부, 상기 경화제는 1~10 중량부, 상기 카본나노튜브는 5~10 중량부의 비율로 혼합하는 단계;
상기 혼합된 전체 조성물을 교반하여 그래뉼 타입으로 과립화하는 단계;
상기 과립화하는 단계를 거쳐 생성된 혼합재를 프레스 금형에서 50~300 kgf/cm2의 압력으로 압축성형하는 단계;
상기 프레스 금형을 80~270 ℃의 온도로 가열한 후 상기 프레스 금형을 5~15시간 동안 80~270 ℃의 온도를 유지하여 상기 혼합재를 소결시키는 단계;
상기 소결하는 단계를 거쳐 생성된 소결체를 상기 프레스 금형으로부터 분리하여 소정 형상으로 가공하는 단계;
를 포함하여 구성되는 세라믹 분말을 이용한 다공질체의 제조방법.
Applications Claiming Priority (2)
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| KR1020150186397 | 2015-12-24 | ||
| KR20150186397 | 2015-12-24 |
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| KR1020160051569A KR20170076533A (ko) | 2015-12-24 | 2016-04-27 | 세라믹 분말을 이용한 다공질체 및 그 제조방법 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107626915A (zh) * | 2017-08-15 | 2018-01-26 | 安徽澳雅合金有限公司 | 一种耐酸碱的微纳铝粉/多孔炭复合材料及其合成方法 |
-
2016
- 2016-04-27 KR KR1020160051569A patent/KR20170076533A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107626915A (zh) * | 2017-08-15 | 2018-01-26 | 安徽澳雅合金有限公司 | 一种耐酸碱的微纳铝粉/多孔炭复合材料及其合成方法 |
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