KR20200089921A - 열간 가압 소결 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 열간 가압 소결 방법은, 원료분말을 몰드 조립체 내측으로 장입하는 제1 단계; 상기 몰드 조립체를 챔버에 장입하는 제2 단계; 상기 몰드 조립체에 장입된 원료분말을 열간 가압하여 소결하는 제3 단계; 상기 챔버 내부를 사전에 설정된 1차 냉각 온도까지 냉각시키는 제4 단계; 상기 챔버 내부에서 상기 몰드 조립체의 몰드슬리브를 몰드하우징으로부터 탈형하는 제5 단계; 상기 몰드슬리브의 탈형이 완료되면, 상기 챔버 내부를 사전에 설정된 2차 냉각 온도까지 냉각시키는 제6 단계; 상기 몰드 조립체를 상기 챔버 외부로 인출시키는 제7 단계; 소결체를 상기 몰드슬리브로부터 탈거하는 제8 단계;를 포함한다. 본 발명에 의한 열간 가압 소결 방법 및 장치를 이용하면, 열간 가압 후 냉각 과정에서 발생하는 몰드하우징과 소결체 간의 수축률 차이에 의해 몰드하우징이나 소결체가 손상되는 현상을 방지할 수 있으므로, 소결체 생산성을 향상시킬 수 있고 몰드하우징의 수명을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

열간 가압 소결 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS OF HOT PRESSURE SINTERING}

본 발명은 열간 가압 소결 방법 및 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 냉각 과정에서 발생하는 몰드하우징과 소결체의 열팽창률 차이에 의해 몰드하우징이나 소결체가 파손되는 것을 방지하기 위한 열간 가압 소결 방법 및 장치에 관한 것이다.

육방정 질화붕소 및 육방정 질화붕소 복합체와 같은 열팽창계수가 낮은 난소결성 비산화물계 세라믹스는 열간 가압 소결 공정에 의해 생산되어지고 있는데, 이러한 육방정 질화붕소와 그 복합체 제조 시 몰드하우징보다 낮은 소결체의 열팽창 계수로 인하여 냉각과정에서 소결체와 몰드하우징에 스트레스가 발생하게 된다. 이때 소결체에 가해지는 스트레스는 소결체의 물성을 저하시키고 균열을 초래하여 소결체의 수율을 낮출뿐만 아니라, 몰드하우징에도 스트레스가 가해져 몰드하우징의 파손 또는 변형이 발생한다는 문제점이 있다.

이에 따라, 육방정 질화붕소와 그 복합체의 가격 경쟁력을 떨어져 그 우수한 물성에도 불구하고, 일부 제품에만 제한적으로 사용되고 있다. 특히, 극단적으로 낮은 열팽창계수를 가지는 육방정 질화붕소는 고가의 탄소복합체로 제작된 몰드하우징을 사용하여 생산하고 있으나, 이러한 탄소복합체 몰드하우징은 워낙 고가이기 때문에 제조비용이 상승한다는 문제점이 있다.

몰드하우징 및 소결체의 손상을 방지하기 위하여 열팽창계수가 매우 낮은 탄소복합체로 몰드하우징을 제작하여 육방정 질화붕소를 생산하고 있으나, 탄소복합체 또한 육방정 질화붕소에 비해 상대적으로 높은 열팽창계수를 가지고 있어 냉각과정에서 발생하는 스트레스를 완벽히 제거할 수 없는 문제점을 안고 있는 실정이다.

KR 10-0816371 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 열간 가압 방식으로 소결을 하되, 냉각 과정에서 발생하는 몰드하우징과 소결체 간의 수축률 차이에 의해 몰드하우징이나 소결체가 손상되지 아니하도록 구성되는 열간 가압 소결 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열간 가압 소결 방법은, 원료분말을 몰드 조립체 내측으로 장입하는 제1 단계; 상기 몰드 조립체를 챔버에 장입하는 제2 단계; 상기 몰드 조립체에 장입된 원료분말을 열간 가압하여 소결하는 제3 단계; 상기 챔버 내부를 사전에 설정된 1차 냉각 온도까지 냉각시키는 제4 단계; 상기 챔버 내부에서 상기 몰드 조립체의 몰드슬리브를 몰드하우징으로부터 탈형하는 제5 단계; 상기 몰드슬리브의 탈형이 완료되면, 상기 챔버 내부를 사전에 설정된 2차 냉각 온도까지 냉각시키는 제6 단계; 상기 몰드 조립체를 상기 챔버 외부로 인출시키는 제7 단계; 소결체를 상기 몰드슬리브로부터 탈거하는 제8 단계;를 포함한다.

상기 제1 단계는, 상기 원료분말을 상기 몰드 조립체 내측으로 장입한 후, 상기 몰드 조립체에 장입된 원료분말을 프레스 가압하는 과정을 더 포함한다.

상기 제2 단계는, 상기 몰드 조립체가 챔버에 장입된 이후, 상기 챔버 내부에 진공을 형성하고 불활성 가스를 투입하는 과정을 더 포함한다.

상기 제3 단계는, 상기 몰드하우징을 몰드하우징 지지대의 상면으로부터 10mm 내지 30mm 이격시킨 후 열간 가압 소결을 하도록 구성된다.

상기 원료분말은 육방정 질화붕소 분말이고, 소결 온도는 2000℃ 내지 2200℃이며, 상기 제3 단계는, 상기 원료분말이 1600℃ 내지 2000℃로 가열되었을 때 100kgf/㎠ 내지 200 kgf/㎠의 압력으로 가압 소결하도록 구성되되, 가압 소결시간은 3시간 내지 6시간으로 설정된다.

상기 1차 냉각 온도는 1600℃ 내지 2000℃이다.

본 발명에 의한 열간 가압 소결 장치는, 상하로 개방된 내부공간을 구비하는 몰드하우징과, 상기 몰드하우징의 내벽에 안착되는 몰드슬리브와, 상기 몰드슬리브의 상측과 하측으로 각각 삽입되되 원료분말 장입공간이 확보되도록 상하로 이격되는 상부펀치 및 하부펀치와, 상기 몰드하우징의 하단을 지지하는 몰드하우징 지지대와, 상기 몰드하우징 지지대가 안착되는 몰드지지판을 구비하는 몰드 조립체; 상기 몰드 조립체가 인입될 수 있는 내부공간이 마련하며, 상기 몰드 조립체를 둘러싸는 단열재와 상기 몰드 조립체를 가열하는 발열체와 상기 몰드 조립체를 지지하는 몰드지지대를 구비하는 챔버; 상기 챔버 내부에 진공을 형성하는 진공배기시스템; 상기 챔버 내에 장입된 몰드 조립체의 상부펀치 및 하부펀치를 가압하는 상부실린더 및 하부실린더; 상기 몰드지지대를 승강시키는 몰드지지대 구동장치;를 포함하여 구성된다.

상기 몰드 조립체는, 상기 상부펀치의 상단에 결합되는 탈형펀치를 더 포함한다.

상기 몰드지지대에 인가되는 하향 하중을 감지하는 하중측정유닛을 더 포함한다.

본 발명에 의한 열간 가압 소결 방법 및 장치를 이용하면, 열간 가압 후 냉각 과정에서 발생하는 몰드하우징과 소결체 간의 수축률 차이에 의해 몰드하우징이나 소결체가 손상되는 현상을 방지할 수 있으므로, 소결체 생산성을 향상시킬 수 있고 몰드하우징의 수명을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 열간 가압 소결 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명에 의한 열간 가압 소결 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 의한 열간 가압 소결 장치에 포함되는 몰드 조립체의 개략도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 열간 가압 소결 방법 및 장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 열간 가압 소결 방법의 순서도이다.

본 발명에 의한 열간 가압 소결 방법은 육방정 질화붕소와 같이 열팽창계수가 낮은 난소결성 비산화물계 세라믹스를 일정한 형상으로 소결시키기 위한 제조방법으로서, 냉각과정에서 몰드하우징이나 소결체의 손상이 발생되지 아니하도록 일정 수준 이상의 고온 상태에서 탈형을 한다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 열간 가압 소결 방법으로 육방정 질화붕소와 같은 난소결성 비산화물계 세라믹스(이하 '원료분말'이라 약칭함)를 몰드 조립체 내측으로 장입한 후(S10) 상기 원료분말이 장입된 몰드 조립체를 챔버 내부로 장입한 다(S20). 이때, 상기 몰드 조립체는 상하로 개방된 내부공간을 구비하는 몰드하우징과, 상기 몰드하우징의 내측에 장착되어 원료분말이 장입되는 몰드슬리브와, 원료분말을 가압하는 상부펀치 및 하부펀치를 포함하도록 구성되는데(도 3 참조), 이와 같은 몰드 조립체는 종래의 열간 가압 소결장치에 동일하게 사용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

몰드 조립체가 챔버 내부로 장입되면, 상기 몰드 조립체에 장입된 원료분말을 열간 가압하여 소결하는데(S30), 이때의 소결조건은 원료분말의 종류나 제작하고자 하는 제품의 특성 등 여러가지 조건에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 열간 가압 소결이 완료되면, 상기 챔버 내부를 사전에 설정된 1차 냉각 온도까지 냉각시킨 후(S40) 몰드슬리브를 몰드하우징으로부터 탈형하고(S50), 상기 몰드슬리브의 탈형이 완료되면 상기 챔버 내부를 사전에 설정된 2차 냉각 온도까지 냉각시킨다(S60).

2차 냉각 온도까지 냉각이 완료되면, 상기 몰드 조립체를 상기 챔버 외부로 인출시킨 후(S70), 소결체를 상기 몰드슬리브로부터 탈거하여(S80) 제품 생산과정을 완료한다.

이때, 원료분말을 육방정 질화붕소 분말로 사용하고 몰드하우징을 흑연 소재로 제작하는 경우에는 소결제품의 열팽창률보다 몰드하우징의 열팽창률이 더 크므로, 몰드슬리브가 몰드하우징에 장착되어 있는 상태에서 2차 냉각 온도까지 한 번에 냉각시켰을 때 소결제품보다 몰드하우징이 더 많이 수축되어 소결제품과 몰드하우징 사이에 응력이 발생하게 된다. 이와 같은 응력이 소결제품으로 전달되면 소결제품의 변형이 유발되고, 상기 응력이 몰드하우징으로 전달되면 몰드하우징에 크랙이 발생되어 몰드하우징의 수명이 현저히 단축되는 결과를 초래하게 된다.

그러나 본 발명에 의한 열간 가압 소결 방법은, 몰드슬리브가 몰드하우징에 장착되어 있는 상태에서 2차 냉각 온도까지 한 번에 냉각시키는 것이 아니라, 1차 냉각 온도까지 냉각시킨 상태에서 몰드슬리브를 몰드하우징으로부터 탈형시킨 후 2차 냉각 온도까지 냉각시키는바, 소결제품과 몰드하우징 간의 수축률 차이로 인해 응력이 발생되는 현상을 근본적으로 방지할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 열간 가압 소결하는 단계(S30)에서의 원료분말 수축량을 최소화하기 위하여, 원료분말을 상기 몰드 조립체 내측으로 장입한 후, 상기 몰드 조립체에 장입된 원료분말을 프레스로 가압하는 과정이 추가됨이 바람직하다. 이와 같이 열간 가압 소결하기 이전에 원료분말을 프레스 가압 과정이 추가로 선행되면, 원료분말을 두 단계에 걸쳐 가압하게 되므로 원료분말 압축률이 증가하게 되고, 이에 따라 소결제품의 조직이 더욱 치밀해진다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 챔버 내에서 열간 가압 소결하는 과정에서 예기치 아니한 화학적 반응이 발생되지 아니하도록, 상기 몰드 조립체가 챔버에 장입된 이후 상기 챔버 내부에 진공을 형성하고 불활성 가스를 투입하는 과정이 추가될 수 있다. 이때 챔버 내부로 투입되는 불활성 가스는 챔버 내부를 불활성 분위기로 만들 수 있다면 질소 가스 등 여러가지 가스로 적용될 수 있다.

한편, 원료분말이 장입된 몰드하우징은 챔버 내에 인입될 때 몰드하우징 지지대 상에 안착되는데, 열간 가압 소결을 위해 몰드하우징을 가열하면 상기 몰드하우징이 열팽창을 하므로 몰드하우징 지지대를 가압하게 되고, 이에 따라 몰드하우징 지지대가 파손되는 현상이 발생될 수 있다. 따라서 몰드 조립체를 챔버에 인입시킨 후 열간 가압 소결할 때에는, 상기 몰드하우징을 몰드하우징 지지대의 상면으로부터 10mm 내지 30mm 이격시킨 후 열간 가압 소결을 수행함이 바람직하다.

또한 상기 육방정 질화붕소 분말은 1600℃ 내지 2000℃에서 소결수축이 발생하므로, 육방정 질화붕소 분말을 원료분말로 선택하는 경우에는 소결온도를 2000℃ 내지 2200℃까지 가열하되, 소결수축이 발생하는 1600℃ 내지 2000℃에서 100kgf/㎠ 내지 200 kgf/㎠의 압력으로 가압 소결함이 바람직하다. 이때 가압 소결 시간은 3시간 내지 6시간으로 설정됨이 바람직하다.

또한, 상기 육방정 질화붕소 분말은 가압 소결이 완료된 후 1600℃ 내지 2000℃로 냉각 될 때까지 변형이 발생하지 아니하는바, 상기 1차 냉각 온도는 1600℃ 내지 2000℃로 설정됨이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 의한 열간 가압 소결 장치의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 의한 열간 가압 소결 장치에 포함되는 몰드 조립체의 개략도이다.

본 발명에 의한 열간 가압 소결 장치는 상기 언급한 열간 가압 소결 방법을 수행하기 위해 제작된 장치로서, 고온 상태에서 탈형을 할 수 있도록 구성된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 열간 가압 소결 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 장입된 원료분말(10)을 가압 소결시키기 위한 몰드 조립체(100)와, 상기 몰드 조립체(100)가 인입될 수 있는 내부공간이 마련하며 상기 몰드 조립체(100)를 둘러싸는 단열재(210)와 상기 몰드 조립체(100)를 가열하는 발열체(220)와 상기 몰드 조립체(100)를 지지하는 몰드지지대(230)를 구비하는 챔버(200)와, 상기 챔버(200) 내부에 진공을 형성하는 진공배기시스템(300)과, 상기 챔버(200) 내에 장입된 몰드 조립체(100)의 상부펀치(132) 및 하부펀치(134)를 가압하는 상부실린더(410) 및 하부실린더(420)와, 상기 몰드지지대(230)를 승강시키는 몰드지지대 구동장치(500)를 포함하여 구성된다.

상기 몰드 조립체(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상하로 개방된 내부공간을 구비하는 몰드하우징(110)과, 상기 몰드하우징(110)의 내벽에 안착되는 몰드슬리브(120)와, 상기 몰드슬리브(120)의 상측과 하측으로 각각 삽입되되 원료분말(10) 장입공간이 확보되도록 상하로 이격되는 상부펀치(132) 및 하부펀치(134)와, 상기 몰드하우징(110)의 하단을 지지하는 몰드하우징 지지대(150)와, 상기 몰드하우징 지지대(150)가 안착되는 몰드지지판(160)과, 상기 상부펀치(132)의 상단에 결합되는 탈형펀치(136)를 포함하여 구성된다. 상기 원료분말(10)은 몰드슬리브(120)의 내부공간 중 상부펀치(132)와 하부펀치(134) 사이의 공간에 장입되며, 한 번에 다수 개의 소결제품이 생산될 수 있도록 다수 개의 격판(140)에 의해 분리된다.

상기 몰드슬리브(120)는 중공관 형상으로 형성되되 하측으로 갈수록 외경이 넓어지는 방향으로 외측면이 경사지게 형성되고, 상기 몰드하우징(110)은 하측으로 갈수록 내경이 넓어지는 방향으로 내측면이 경사지게 형성되는바, 도 3에 도시된 바와 같이 몰드슬리브(120)가 몰드하우징(110)에 압입된 상태에서는 상측으로는 빠지지 못하고 하측으로만 빠질 수 있게 된다.

또한 몰드하우징(110)은 몰드하우징 지지대(150) 상에 단순히 거치되는 구조로 안착되고, 상기 하부펀치(134)는 몰드슬리브(120)의 하측에 끼워맞춤 방식으로 압입되는바, 도 3에 도시된 상태에서 하부펀치(134)를 상측으로 이동시키면 하부펀치(134)의 이동거리만큼 몰드하우징(110)의 저면은 몰드하우징 지지대(150)의 상면으로부터 상향 이격된다.

상기와 같이 구성되는 몰드 조립체(100)는 챔버(200) 내측으로 인입 및 인출 가능하도록 장착되며, 상기 몰드 조립체(100)가 챔버(200) 내측으로 인입되었을 때 상기 단열재(210)는 몰드 조립체(100)를 둘러싸도록 배열되고 상기 발열체(220)는 몰드 조립체(100)와 단열재(210) 사이에 위치되는바 발열체(220)에서 발산된 열은 몰드 조립체(100)를 가열하는데 효과적으로 활용된다.

또한 몰드지지대(230)는 몰드 조립체(100)의 몰드지지판(160)을 효과적으로 지지할 수 있다면 어떠한 형상으로 제작될 수도 있고, 상기 몰드지지대 구동장치(500)는 몰드지지대(230)를 안정적으로 승강시킬 수 있다면 어떠한 구조로도 적용될 수 있다.

상기 챔버(200)의 상측 및 하측에는 각각 챔버(200)의 상측벽을 관통하여 상부펀치(132)를 하향 가압하는 상부실린더(410)와 챔버(200)의 하측벽을 관통하여 하부펀치(134)를 상향 가압하는 하부실린더(420)가 장착되는바, 상기 챔버(200)를 개방하지 아니한 상태에서도 상부실린더(410) 및 하부실린더(420)를 작동시켜 몰드 조립체(100) 내에 장입된 원료분말(10)을 가압 소결할 수 있게 된다.

또한 몰드지지대(230)의 하측에는 상기 몰드지지대(230)에 인가되는 하향 하중을 감지하는 하중측정유닛(600)이 구비되는데, 상기 하중측정유닛(600)의 기능에 대해서는 이하 실시예를 참고하여 상세히 설명한다.

이하, 본 발명에 의한 열간 가압 소결 장치를 이용하여 소결제품을 제작하는 실시예를 설명한다.

[실시예]

먼저 순도 95%~99%, 평균입경 2㎛~4㎛의 육방정 질화붕소 분말과, 가압 소결을 위한 몰드 조립체를 준비한다. 육방정 질화붕소 분말을 흑연으로 제작된 몰드하우징 내측에 장입한 후, 유압 프레스를 이용하여 10kgf/㎠ ~ 50kgf/㎠의 압력으로 가압함으로써 육방정 질화붕소 분말을 1차로 압축시킨다.

유압 프레스를 이용한 육방정 질화붕소 분말의 가압이 완료되면, 몰드 조립체를 열간 가압 소결 장치의 챔버 내에 장입하고, 몰드 조립체의 장입이 완료되면 챔버의 도어를 닫고 진공배기를 실시한다. 5.0×10-2 Torr 이하까지 진공배기가 완료되면, 질소 가스를 1기압까지 투입한 뒤 5L/min으로 질소가스를 챔버 내부에 흘려주어 챔버 내부를 불활성 분위기로 만들어 준다.

질소 가스 투입이 1기압까지 완료되면 소결온도 약 2,000℃~2,200℃까지 가열을 실시하는데, 이때 몰드하우징이 열팽창하는 과정에서 상기 몰드하우징이 몰드하우징 지지대를 과도하게 가압하지 아니하도록, 몰드하우징과 몰드하우징 지지대의 간격을 10㎜ ~ 30㎜ 되도록 몰드하우징 높이를 세팅하는 과정을 선행한다. 몰드하우징의 위치 세팅은 몰드슬리브의 하측에 압입된 하부펀치를 승강시키는 조작으로 이루어진다.

가열 중 육방정 질화붕소 분말의 소결수축이 발생하기 시작하는 1,600℃ ~ 2,000℃에 도달하면, 약 3시간 ~ 6시간에 걸쳐 100kgf/㎠ ~ 200kgf/㎠의 압력으로 가압 소결을 실시한다.

가압 소결 공정이 완료되면 육방정 질화붕소 변형이 발생하지 않는 1,600℃ ~ 2,000℃까지 1차 냉각을 실시하고 챔버 내의 압력을 해제한 후, 하중측정유닛에 몰드 무게에 의한 하중이 발생할 때까지(즉, 몰드하우징이 몰드하우징 지지대의 상면에 안착될 때까지) 하부 펀치를 하강시키고, 챔버 내에서 몰드슬리브를 몰드하우징으로부터 탈형한다. 이때 몰드슬리브의 탈형은 상부펀치 및 탈형펀치를 하강하는 조작에 의해 이루어지는데, 원료분말은 열간 가압 소결을 거치는 과정을 통해 소결제품으로 형성되면서 몰드슬리브의 내측면에 고착되므로, 상부펀치가 소결제품을 하강시키는 힘에 의해 소결제품 및 이에 고착된 몰드슬리브가 몰드하우징으로부터 탈형될 수 있다. 물론, 상부펀치의 하향 가압력에 의해 소결제품이 몰드슬리브의 하측으로 인출되는 경우, 상기 몰드슬리브는 탈형펀치에 의해 몰드하우징으로부터 탈형된다.

상부펀치 및 탈형펀치의 하강은 소결제품 및 몰드슬리브가 몰드하우징으로부터 완전히 빠져나오는 시점까지 즉, 몰드 지지대에 걸리는 하중이 지속적으로 증가하다가 감소하는 시점까지 지속적으로 이루어진다.

탈형이 완료되면 상온까지 2차 냉각을 실시하고, 2차 냉각이 완료되면 몰드 조립체를 챔버로부터 인출시킨 후 몰드슬리브로부터 소결제품을 꺼내어 모든 과정을 완료한다.

상기의 실시예를 통해 제조된 육방정 질화붕소 소결체의 특성을 분석하면 아래 표 1과 같다.

구 분		상용되고 있는 육방정 질화붕소	본 발명에 의해 제조된 육방정 질화 붕소
밀 도 (g/㎤)		1.6	1.89
기 공 률 (%)		-	18.3
기계적 특 성	굽힘강도(MPa)	20	26
	탄 성 율(GPa)	-	43
열 적 특 성	열전도율(W/mK)	60	58
	열팽창계수 (ppm/K)	-0.6	-1.93
전기적 특 성	체적저항(Ω·cm)	1015	1015
	유전율(1㎒)	4.9	4.0

상기의 표 1에서 보여주는 바와 같이 본 발명에 의한 육방정 질화 붕소 소결체는 현재 상용되고 있는 육방정 질화붕소 소결체에 비해 밀도나 강도가 우수하게 형성됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 육방정 질화붕소와 같은 열팽창계수가 작은 난소결성 비산화물계의 열간 가압 소결에 있어 냉각 공정에서 발생하는 스트레스를 제거하여 소결제품의 물성 향상, 생산 수율 및 몰드 수명 향상을 통한 제조 비용 절감을 가능하게 할 수 있다. 또한 본 발명에 의한 열간 가압 소결 방법 및 장치를 이용하면, 제조공정이 까다롭고 제조원가가 높다는 육방정 질화붕소 소결체를 용이하게 제조할 수 있어 육방정 질화붕소 소결체를 산업 전반에 걸쳐 더욱 유용하게 활용할 수 있게 된다는 장점이 있다.

본 발명에서는 원료분말로 육방정 질화붕소와 같은 열팽창계수가 작은 난소결성 비산화물계 구조 재료를 설명하고 있으나, 상기 원료분말로 탄화규소(SiC)나 탄화붕소(BC) 및 질화규소(SiN) 등의 비산화물계 구조재료도 포함될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

10 : 원료분말 100 : 몰드 조립체
110 : 몰드하우징 120 : 몰드슬리브
132 : 상부펀치 134 : 하부펀치
136 : 탈형펀치 140 : 격판
150 : 몰드하우징 지지대 160 : 몰드지지판
200 : 챔버 210 : 단열재
220 : 발열체 230 : 몰드지지대
300 : 진공배기시스템 410 : 상부실린더
420 : 하부실린더 500 : 몰드지지대 구동장치
600 : 하중측정유닛

Claims (9)

1. 원료분말을 몰드 조립체 내측으로 장입하는 제1 단계;
   상기 몰드 조립체를 챔버에 장입하는 제2 단계;
   상기 몰드 조립체에 장입된 원료분말을 열간 가압하여 소결하는 제3 단계;
   상기 챔버 내부를 사전에 설정된 1차 냉각 온도까지 냉각시키는 제4 단계;
   상기 챔버 내부에서 상기 몰드 조립체의 몰드슬리브를 몰드하우징으로부터 탈형하는 제5 단계;
   상기 몰드슬리브의 탈형이 완료되면, 상기 챔버 내부를 사전에 설정된 2차 냉각 온도까지 냉각시키는 제6 단계;
   상기 몰드 조립체를 상기 챔버 외부로 인출시키는 제7 단계;
   소결체를 상기 몰드슬리브로부터 탈거하는 제8 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 가압 소결 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 단계는, 상기 원료분말을 상기 몰드 조립체 내측으로 장입한 후, 상기 몰드 조립체에 장입된 원료분말을 프레스 가압하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 가압 소결 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 단계는, 상기 몰드 조립체가 챔버에 장입된 이후, 상기 챔버 내부에 진공을 형성하고 불활성 가스를 투입하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 가압 소결 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3 단계는, 상기 몰드하우징을 몰드하우징 지지대의 상면으로부터 10mm 내지 30mm 이격시킨 후 열간 가압 소결을 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 가압 소결 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 원료분말은 육방정 질화붕소 분말이고,
   소결 온도는 2000℃ 내지 2200℃이며,
   상기 제3 단계는, 상기 원료분말이 1600℃ 내지 2000℃로 가열되었을 때 100kgf/㎠ 내지 200 kgf/㎠의 압력으로 가압 소결하도록 구성되되, 가압 소결시간은 3시간 내지 6시간으로 설정되는 것을 특징으로 하는 열간 가압 소결 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 1차 냉각 온도는 1600℃ 내지 2000℃인 것을 특징으로 하는 열간 가압 소결 방법.
7. 상하로 개방된 내부공간을 구비하는 몰드하우징과, 상기 몰드하우징의 내벽에 안착되는 몰드슬리브와, 상기 몰드슬리브의 상측과 하측으로 각각 삽입되되 원료분말 장입공간이 확보되도록 상하로 이격되는 상부펀치 및 하부펀치와, 상기 몰드하우징의 하단을 지지하는 몰드하우징 지지대와, 상기 몰드하우징 지지대가 안착되는 몰드지지판을 구비하는 몰드 조립체;
   상기 몰드 조립체가 인입될 수 있는 내부공간이 마련하며, 상기 몰드 조립체를 둘러싸는 단열재와 상기 몰드 조립체를 가열하는 발열체와 상기 몰드 조립체를 지지하는 몰드지지대를 구비하는 챔버;
   상기 챔버 내부에 진공을 형성하는 진공배기시스템;
   상기 챔버 내에 장입된 몰드 조립체의 상부펀치 및 하부펀치를 가압하는 상부실린더 및 하부실린더;
   상기 몰드지지대를 승강시키는 몰드지지대 구동장치;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열간 가압 소결 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 몰드 조립체는, 상기 상부펀치의 상단에 결합되는 탈형펀치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 가압 소결 장치.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 몰드지지대에 인가되는 하향 하중을 감지하는 하중측정유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 가압 소결 장치.
   
   

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