KR20220006130A

KR20220006130A - 복합재

Info

Publication number: KR20220006130A
Application number: KR1020220000684A
Authority: KR
Inventors: 김소진; 신종민; 유동우
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2022-01-04
Publication date: 2022-01-14
Also published as: US12104115B2; EP3815819B1; EP3815819A1; US20210269696A1; WO2020005014A1; KR20200002454A; CN112334254B; JP2021529255A; CN112334254A; EP3815819A4; JP7090942B2; KR102513847B1

Abstract

본 출원은 복합재 및 그의 제조 방법을 제공한다. 본 출원에서는, 금속폼과 고분자 성분을 포함하고, 우수한 열전도도를 가지면서, 내충격성, 가공성 및 절연성 등의 다른 물성도 우수한 복합재를 제공할 수 있다.

Description

복합재{COMPOSITE MATERIAL}

본 출원은 복합재에 대한 것이다.

방열 소재는 다양한 용도에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 배터리나 각종 전자 기기는 작동 과정에서 열이 발생하기 때문에, 이러한 열을 효과적으로 제어할 수 있는 소재가 요구된다.

방열 특성이 좋은 소재는 열전도도가 좋은 세라믹 소재 등이 알려져 있으나, 이러한 소재는 가공성이 떨어지기 때문에, 고분자 매트릭스 내에 높은 열전도율을 나타내는 상기 세라믹 필러 등을 배합하여 제조한 복합 소재가 사용될 수 있다.

그렇지만, 상기 방식에 의해서는 높은 열전도도를 확보하기 위해서 다량의 필러 성분이 적용되어야 하기 때문에, 다양한 문제가 발생한다. 예를 들면, 다량의 필러 성분을 포함하는 소재의 경우, 소재 자체가 딱딱하게 되는 경향이 있고, 이러한 경우에 내충격성 등이 떨어진다.

본 출원은, 복합재에 대한 것이고, 일 예시에서 열전도 특성이 우수하면서도, 내충격성이나 가공성 등 다른 물성도 우수하게 확보되는 복합재 또는 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 해당 물성에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 그 물성은 상온에서 측정한 것이다. 용어 상온은 가온 또는 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 예를 들면, 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23℃ 또는 약 25℃ 정도의 온도를 의미할 수 있다. 또한, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 온도의 단위는 ℃이다.

본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 압력이 해당 물성에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 그 물성은 상압, 즉 대기압(약 1기압 정도)에서 측정한 것이다.

본 출원은 복합재에 대한 것이다. 본 출원에서 용어 복합재는 금속폼과 고분자 성분을 포함하는 재료를 의미할 수 있다.

본 명세서에서 용어 금속폼 또는 금속 골격은, 금속을 주성분으로 포함하는 다공성 구조체를 의미한다. 상기에서 금속을 주성분으로 한다는 것은, 금속폼 또는 금속 골격의 전체 중량을 기준으로 금속의 비율이 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상인 경우를 의미한다. 상기 주성분으로 포함되는 금속의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 100 중량%, 99 중량% 또는 98 중량% 정도일 수 있다.

본 명세서에서 용어 다공성은, 기공도(porosity)가 적어도 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상인 경우를 의미할 수 있다. 상기 기공도의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 100% 미만, 약 99% 이하 또는 약 98% 이하 정도일 수 있다. 상기 기공도는 금속폼 등의 밀도를 계산하여 공지의 방식으로 산출할 수 있다.

상기 복합재는, 높은 열전도도를 가지며, 이에 따라서 예를 들면, 방열 소재와 같이 열의 제어를 위한 소재로 사용될 수 있다.

예를 들면, 상기 복합재는 열전도도가 약 0.4 W/mK 이상, 0.45 W/mK 이상, 0.5 W/mK 이상, 0.55 W/mK 이상, 0.6 W/mK 이상, 0.65 W/mK 이상, 0.7 W/mK 이상, 0.75 W/mK 이상, 0.8 W/mK 이상, 0.85 W/mK 이상, 0.9 W/mK 이상, 0.95 W/mK 이상, 1 W/mK 이상, 1.5 W/mK 이상, 2, W/mK 이상 2.5 W/mK 이상, 3 W/mK 이상, 3.5 W/mK 이상, 4 W/mK 이상, 4.5 W/mK 이상 또는 5 W/mK 이상일 수 있다. 상기 복합재의 열전도도는 높을수록 복합재가 우수한 열 제어 기능을 가질 수 있는 것이어서 특별히 제한되지 않으며, 일 예시에서 약 100 W/mK 이하, 90 W/mK 이하, 80 W/mK 이하, 70 W/mK 이하, 60 W/mK 이하, 50 W/mK 이하, 40 W/mK 이하, 30 W/mK 이하, 20 W/mK 이하 또는 10 W/mK 이하일 수 있다. 상기 열전도도를 측정하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 후술하는 실시예에서 기재된 방식으로 측정할 수 있다.

상기 복합재의 열전도도는, 후술하는 실시예에서 기술된 방식으로 측정한다.

본 출원의 복합재는 상기와 같은 우수한 열전도 특성을 가지는 동시에 가공성이나 내충격성 등의 다른 물성도 안정적으로 확보될 수 있으며, 이러한 효과는 본 명세서에서 설명하는 내용에 의해 달성될 수 있다.

하나의 예시에서 본 출원에서는 금속폼과 고분자 성분이 복합화된 복합재에서 상기 금속폼으로서 표면에 금속 산화물이 도입된 금속폼을 적용한다. 상기 금속 산화물은, 특정한 방식에 의해 금속폼의 표면에 성장한 것으로 돌기 형태를 가진 산화물일 수 있다. 이러한 금속 산화물은, 금속폼이 가지는 장점, 예를 들면, 우수한 열전도성이나, 가공성, 기계적 강도 등을 희생시키지 않으면서, 그 표면 특성을 조절하여 상기 금속폼이 유기 소재인 고분자와 우수한 계면 특성을 나타내도록 할 수 있다. 따라서 이러한 금속폼을 포함하는 복합재는 우수한 특성을 나타낼 수 있다.

상기에서 돌기 형상은, 종횡비(aspect ratio)가 대략 1 내지 8의 범위 내인 형상을 의미한다. 상기 돌기 형상의 종횡비는 다른 예시에서 약 7.5 이하, 7 이하, 6.5 이하, 6 이하, 5.5 이하, 5 이하, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하 또는 3 이하일 수 있다. 상기에서 산화물의 종횡비는, 광학 현미경 등을 통해 확인되는 산화물의 높이 내지 폭 등의 치수(Dimension) 중에서 가장 큰 치수(L) 및 작은 치수(S)의 비율(L/S)일 수 있고, 이 때 상기 치수(L, S)는 동일 단위에서의 치수이다. 이와 같은 돌기 형상의 산화물의 존재에 의해서 목적하는 효과를 우수하게 달성할 수 있다.

상기 금속폼에서 금속폼의 표면에 존재하는 금속 산화물의 면적 비율이 5% 내지 60%의 범위 내일 수 있다. 상기 면적 비율은, 다른 예시에서 약 7% 이상 또는 10% 이상이거나, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하 또는 30% 이하 정도일 수 있다. 상기 면적 비율은, 금속폼의 전체 면적 대비 산화물이 존재하는 면적의 백분율이고, 예를 들면, 광학 현미경 등으로 확인되는 산화물의 면적과 금속폼의 면적을 통해 확인하거나, 금속폼의 중량과 산화물의 중량 등을 통해서 환산할 수도 있다.

복합재에 포함되는 금속폼의 형태는 특별히 제한되지는 않으나, 일 예시에서 필름 형상일 수 있다. 본 출원의 복합재에서는 상기 필름 형태의 금속폼의 표면이나 내부에 존재하는 고분자 성분이 추가된다.

이러한 고분자 성분은, 상기 금속폼의 적어도 하나의 표면상에서 표면층을 형성하고 있거나, 금속폼 내부의 공극에 충전되어 존재할 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 표면층을 형성하면서 또한 금속폼의 내부에 충전되어 있을 수도 있다. 표면층을 형성하는 경우에, 금속폼의 표면 중에서 적어도 한 표면, 일부의 표면 또는 모든 표면에 대해서 고분자 성분이 표면층을 형성하고 있을 수 있다. 일 예시에서는 적어도 금속폼의 주표면인 상부 및/또는 하부 표면에 상기 고분자 성분이 표면층을 형성하고 있을 수 있다. 상기 표면층은, 금속폼의 표면 전체를 덮도록 형성될 수도 있고, 일부 표면만을 덮도록 형성될 수도 있다.

복합재에서 금속폼은, 기공도(porosity)가 약 10% 내지 99%의 범위 내일 수 있다. 이러한 기공도를 가지는 금속폼은, 적합한 열전달 네트워크를 형성하고 있는 다공성의 금속 골격을 가지고, 따라서 해당 금속폼을 소량 적용하는 경우에도 우수한 열전도도를 확보할 수 있다. 다른 예시에서 상기 기공도는, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상 또는 50% 이상이거나, 98% 이하일 수 있다.

전술한 바와 같이 금속폼은 필름 형태일 수 있다. 이러한 경우에 필름의 두께는 후술하는 방식에 따라 복합재를 제조함에 있어서, 목적하는 열전도도나 두께 비율 등을 고려하여 조절될 수 있다. 상기 필름의 두께는, 목적으로 하는 열전도도의 확보를 위해, 예를 들면, 약 10μm 이상, 약 20μm 이상, 약 30μm 이상, 약 40μm 이상, 약 45 μm 이상, 약 50 μm 이상, 약 55 μm 이상, 약 60 μm 이상, 약 65 μm 이상 또는 약 70 μm 이상일 수 있다. 상기 필름의 두께의 상한은 목적에 따라서 제어되는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 약 1,000 μm 이하, 약 900 μm 이하, 약 800 μm 이하, 약 700 μm 이하, 약 600 μm 이하, 약 500 μm 이하, 약 400 μm 이하, 약 300 μm 이하, 약 200 μm 이하 또는 약 150 μm 이하 정도일 수 있다.

본 명세서에서 두께는 해당 대상의 두께가 일정하지 않은 경우에는, 그 대상의 최소 두께, 최대 두께 또는 평균 두께일 수 있다.

금속폼은 열전도도가 높은 소재일 수 있다. 일 예시에서 상기 금속폼은 열전도도가, 약 8 W/mK 이상, 약 10 W/mK 이상, 약 15 W/mK 이상, 약 20 W/mK 이상, 약 25 W/mK 이상, 약 30 W/mK 이상, 약 35 W/mK 이상, 약 40 W/mK 이상, 약 45 W/mK 이상, 약 50 W/mK 이상, 약 55 W/mK 이상, 약 60 W/mK 이상, 약 65 W/mK 이상, 약 70 W/mK 이상, 약 75 W/mK 이상, 약 80 W/mK 이상, 약 85 W/mK 이상 또는 약 90 W/mK 이상인 금속 또는 금속 합금을 포함하거나, 그로부터 이루어질 수 있다. 상기 열전도도는, 그 수치가 높을수록 적은 양의 금속폼을 적용하면서 목적하는 열 제어 특성을 확보할 수 있기 때문에 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 약 1,000 W/mK 이하 정도일 수 있다.

금속폼의 골격은, 다양한 종류의 금속이나 금속 합금으로 이루어질 수 있는데, 이러한 금속이나 금속 합금 중에서 상기 언급된 범위의 열전도도를 나타낼 수 있는 소재가 선택되면 된다. 이러한 소재로는, 주석, 구리, 금, 은, 알루미늄, 니켈, 철, 코발트, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐 및 아연으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속이나 상기 중 2종 이상의 합금 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이러한 금속폼은 다양하게 공지되어 있고, 금속폼을 제조하는 방법 역시 다양하게 공지되어 있다. 본 출원에서는 이러한 공지의 방식으로 제조된 금속폼에 후술하는 특정 방식으로 표면에 산화물을 형성시킨 금속폼을 적용할 수 있다.

금속폼 자체를 제조하는 방식으로는, 염 등의 기공 형성제와 금속의 복합 재료를 소결하는 방식, 고분자 폼 등의 지지체에 금속을 코팅하고, 그 상태로 소결하는 방식이나 슬러리법 등이 알려져 있다. 또한, 상기 금속폼은 본 출원인의 선행 출원인 한국출원 제2017-0086014호, 제2017-0040971호, 제2017-0040972호, 제2016-0162154호, 제2016-0162153호 또는 제2016-0162152호 등에 개시된 방식에 따라서도 제조될 수 있다.

상기 금속폼은 또한 상기 선행출원에 개시된 방식 중에서 유도 가열 방식으로도 제조될 수 있는데, 이러한 경우에 금속폼은 전도성 자성 금속을 적어도 포함할 수 있다. 이 경우, 금속폼은 상기 전도성 자성 금속을 중량을 기준으로 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 45 중량% 이상 또는 50 중량% 이상 포함할 수 있다. 다른 예시에서 상기 금속폼 내의 전도성 자성 금속의 비율은, 약 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상 또는 90 중량% 이상일 수 있다. 상기 전도성 자성 금속의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 100 중량% 미만 또는 95 중량% 이하일 수 있다.

본 출원에 있어서 용어 전도성 자성 금속은, 소정 상대 투자율과 전도도를 가지는 금속으로서, 유도 가열 방식에 의해 금속의 소결이 가능할 정도로 발열이 가능한 금속을 의미할 수 있다.

일 예시에서 상기 전도성 금속으로는, 상대 투자율이 90 이상인 금속이 사용될 수 있다. 상대 투자율(μ_r)은, 해당 물질의 투자율(μ)과 진공속의 투자율(μ₀)의 비율(μ/μ₀)이다. 상기 금속은 상대 투자율이 95 이상, 100 이상, 110 이상, 120 이상, 130 이상, 140 이상, 150 이상, 160 이상, 170 이상, 180 이상, 190 이상, 200 이상, 210 이상, 220 이상, 230 이상, 240 이상, 250 이상, 260 이상, 270 이상, 280 이상, 290 이상, 300 이상, 310 이상, 320 이상, 330 이상, 340 이상, 350 이상, 360 이상, 370 이상, 380 이상, 390 이상, 400 이상, 410 이상, 420 이상, 430 이상, 440 이상, 450 이상, 460 이상, 470 이상, 480 이상, 490 이상, 500 이상, 510 이상, 520 이상, 530 이상, 540 이상, 550 이상, 560 이상, 570 이상, 580 이상 또는 590 이상일 수 있다. 상대 투자율이 높을 수록 후술하는 유도 가열을 위한 전자기장의 인가 시에 보다 높은 열을 발생하게 되므로 그 상한은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 상대 투자율의 상한은 예를 들면, 약 300,000 이하일 수 있다.

상기 전도성 자성 금속은 20˚C에서의 전도도가 약 8 MS/m 이상, 9 MS/m 이상, 10 MS/m 이상, 11 MS/m 이상, 12 MS/m 이상, 13 MS/m 이상 또는 14.5 MS/m 이상일 수 있다. 상기 전도도의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 상기 전도도는, 약 30 MS/m 이하, 25 MS/m 이하 또는 20 MS/m 이하일 수 있다.

이러한 전도성 자성 금속의 구체적인 예에는 니켈, 철 또는 코발트 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

복합재는, 전술한 바와 같이 상기 금속폼의 표면 또는 금속폼의 내부에 존재하는 고분자 성분을 추가로 포함하는데, 이러한 복합체의 상기 금속폼의 두께(MT) 및 전체 두께(T)의 비율(T/MT)은, 2.5 이하일 수 있다. 상기 두께의 비율은 다른 예시에서 약 2 이하, 1.5 이하, 1.4 이하, 1.3 이하, 1.2 이하, 1.15 이하 또는 1.1 이하일 수 있다. 상기 두께의 비율의 하한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 일 예시에서 약 1 이상, 약 1.01 이상, 약 1.02 이상, 약 1.03 이상, 약 1.04 이상 또는 약 1.05 이상일 수 있다. 이러한 두께 비율 하에서 목적하는 열전도도가 확보되면서, 가공성이나 내충격성 등이 우수한 복합재가 제공될 수 있다.

본 출원의 복합재에 포함되는 고분자 성분의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 복합재의 가공성이나 내충격성, 절연성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 본 출원에서 적용될 수 있는 고분자 성분의 예로는, 공지의 아크릴 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아미노 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 들 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 복합재의 경우, 전술한 금속폼의 적용을 통해서 주로 열전도도를 확보하는 성분의 비율을 최소화하면서도 우수한 열전도도를 확보할 수 있고, 따라서 가공성이나 내충격성 등의 손해 없이 목적하는 물성의 확보가 가능하다.

일 예시에서 상기 복합재에 포함되는 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 10 이하일 수 있다. 상기 비율(MW/PV)은 다른 예시에서 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하, 5 이하, 4 이하, 3 이하, 2 이하, 1 이하 또는 0.5 이하 정도일 수 있다. 상기 부피 비율의 하한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 약 0.1 정도일 수 있다. 상기 부피 비율은, 복합재에 포함되는 고분자 성분과 금속폼의 중량과 해당 성분들의 밀도를 통해 산출할 수 있다.

하나의 예시에서 보다 높은 열전도도의 확보를 위해 상기 고분자 성분에 열전도성 필러를 포함시킬 수도 있다.

본 출원에서 용어 열전도성 필러는, 열전도도가 약 1 W/mK 이상, 약 5 W/mK 이상, 약 10 W/mK 이상 또는 약 15 W/mK 이상인 필러를 의미한다. 상기 열전도성 필러의 열전도도는 약 400 W/mK 이하, 약 350 W/mK 이하 또는 약 300 W/mK 이하일 수 있다. 열전도성 필러의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 세라믹 필러 또는 탄소계 필러 등을 적용할 수 있다. 이러한 필러로는, 알루미나, AlN(aluminum nitride), BN(boron nitride), 질화 규소(silicon nitride), SiC 또는 BeO 등이나, 탄소나노튜브나 그래파이트 등과 같은 필러가 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

포함되는 상기 필러의 형태나 비율은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 필러의 형태는 대략 구형, 침상, 판형, 덴드라이트형 또는 성형(star shape) 등의 다양한 형태를 가질 수 있지만, 상기 형태에 특별히 제한되는 것은 아니다.

하나의 예시에서 상기 열전도성 필러는, 평균 입경이 0.001 ㎛ 내지 80 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 0.01 ㎛ 이상, 0.1 이상, 0.5㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상 또는 약 6㎛ 이상일 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 약 75㎛ 이하, 약 70㎛ 이하, 약 65㎛ 이하, 약 60㎛ 이하, 약 55㎛ 이하, 약 50㎛ 이하, 약 45㎛ 이하, 약 40㎛ 이하, 약 35㎛ 이하, 약 30㎛ 이하, 약 25㎛ 이하, 약 20㎛ 이하, 약 15㎛ 이하, 약 10㎛ 이하 또는 약 5㎛ 이하일 수 있다.

필러의 비율은, 목적하는 특성이 확보되거나, 혹은 손상되지 않은 범위 내에서 조절될 수 있다. 일 예시에서 상기 필러는 복합재 내에서 부피 비율로 약 80vol% 이하 정도로 포함될 수 있다. 상기에서 부피 비율은, 복합재를 구성하는 성분, 예를 들면, 상기 금속폼, 고분자 성분 및 필러 각각의 중량과 밀도를 기준으로 계산한 수치이다.

상기 부피 비율은 다른 예시에서 약 75 vol% 이하, 70 vol% 이하, 65 vol% 이하, 60 vol% 이하, 55 vol% 이하, 50 vol% 이하, 45 vol% 이하, 40 vol% 이하, 35 vol% 이하 또는 30 vol% 이하 정도이거나, 약 1 vol% 이상, 2 vol% 이상, 3 vol% 이상, 4 vol% 이상 또는 5 vol% 이상 정도일 수 있다.

본 출원은 또한 상기와 같은 형태의 복합재의 제조 방법에 대한 것이다. 상기 제조 방법은 금속폼을 제조하는 단계와 제조된 금속폼에 고분자 성분을 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 금속폼의 제조 방법은, 금속 성분을 포함하는 금속 구조체를 소결하여 다공성의 금속 소결체를 얻는 단계; 및 상기 소결 단계에 이어서 상기 다공성의 금속 소결체를 산소와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 적정 조건에서의 상기 산소와의 접촉을 통해 금속폼의 표면에 전술한 돌기 형상의 산화물을 성장시킬 수 있고, 이러한 돌기 형상의 산화물은 금속폼의 장점을 훼손하지 않으면서 해당 금속폼의 표면적을 제어할 수 있다.

본 출원에서 용어 금속 구조체는, 상기 소결 등과 같이 금속폼을 형성하기 위해 수행되는 공정을 거치기 전의 구조체, 즉 금속폼이 생성되기 전의 구조체를 의미한다. 또한, 상기 금속 구조체는, 다공성 금속 구조체라고 호칭되더라도 반드시 그 자체로 다공성일 필요는 없으며, 최종적으로 다공성의 금속 구조체인 금속폼을 형성할 수 있는 것이라면, 편의상 다공성 금속 구조체라고 호칭될 수 있다.

본 출원에서 상기 금속 구조체는, 금속 성분, 분산제 및 바인더를 적어도 포함하는 슬러리를 사용하여 형성할 수 있다.

금속 구조체에 포함되는 금속 성분의 종류에는 특별한 제한이 없고, 전술한 소재가 사용될 수 있으며, 이 때 필요하다면, 전술한 전도성 자성 금속이 포함된 소재가 사용될 수 있다.

금속 구조체를 형성하는 금속 성분은 분말(powder) 형태일 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 성분 내의 금속들은, 평균 입경이 약 0.1㎛ 내지 약 200㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 0.5㎛ 이상, 약 1㎛ 이상, 약 2㎛ 이상, 약 3㎛ 이상, 약 4㎛ 이상, 약 5㎛ 이상, 약 6㎛ 이상, 약 7㎛ 이상 또는 약 8㎛ 이상일 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 150㎛ 이하, 100㎛ 이하, 90㎛ 이하, 80㎛ 이하, 70㎛ 이하, 60㎛ 이하, 50㎛ 이하, 40㎛ 이하, 30㎛ 이하 또는 20㎛ 이하일 수 있다. 금속 성분 내의 금속으로는 서로 평균 입경이 상이한 것을 적용할 수도 있다. 상기 평균 입경은, 목적하는 금속폼의 형태, 예를 들면, 금속폼의 두께나 기공도 등을 고려하여 적절한 범위를 선택할 수 있고, 이는 특별히 제한되지 않는다.

상기에서 금속 분말의 평균 입경은, 공지의 입도 분석 방식에 의해 구해질 수 있고, 예를 들면, 상기 평균 입경은, 소위 D50 입경일 수 있다.

상기 금속 구조체는 상기 금속을 포함하는 금속 성분과 함께 분산제와 바인더를 포함하는 슬러리를 사용하여 형성할 수 있다.

상기 슬러리 내에서 금속 성분의 비율은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 점도나 공정 효율 등을 고려하여 선택될 수 있다. 일 예시에서 슬러리 내에서의 금속 성분의 비율은 중량을 기준으로 0.5% 내지 95% 정도일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 1% 이상, 약 1.5% 이상, 약 2% 이상, 약 2.5% 이상, 약 3% 이상, 약 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상이거나, 약 90% 이하, 약 85% 이하, 약 80% 이하, 약 75% 이하, 약 70% 이하, 약 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하 또는 5% 이하 정도일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

분산제로는, 예를 들면, 알코올이 적용될 수 있다. 알코올로는, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 펜탄올, 옥타놀, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 펜탄놀, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 글리세롤, 텍사놀(texanol) 또는 테르피네올(terpineol) 등과 같은 탄소수 1 내지 20의 1가 알코올 또는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 헥산디올, 옥탄디올 또는 펜탄디올 등과 같은 탄소수 1 내지 20의 2가 알코올 또는 그 이상의 다가 알코올 등이 사용될 수 있으나, 그 종류가 상기에 제한되는 것은 아니다.

슬러리는 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 바인더의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 슬러리의 제조 시에 적용된 금속 성분이나 분산제 등의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 바인더로는, 메틸 셀룰로오스 또는 에틸 셀룰로오스 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 가지는 알킬 셀룰로오스, 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬렌 단위를 가지는 폴리알킬렌 카보네이트 또는 폴리비닐알코올 또는 폴리비닐아세테이트 등의 폴리비닐알코올계 바인더 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

슬러리 내에서 각 성분의 비율은 특별히 제한되지 않는다. 이러한 비율은 슬러리를 사용한 공정 시에 코팅성이나 성형성 등의 공정 효율을 고려하여 조절될 수 있다.

예를 들면, 슬러리 내에서 바인더는 전술한 금속 성분 100 중량부 대비 약 1 내지 500 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 2 중량부 이상, 약 3 중량부 이상, 약 4 중량부 이상, 약 5 중량부 이상, 약 6 중량부 이상, 약 7 중량부 이상, 약 8 중량부 이상, 약 9 중량부 이상, 약 10 중량부 이상, 약 20 중량부 이상, 약 30 중량부 이상, 약 40 중량부 이상, 약 50 중량부 이상, 약 60 중량부 이상, 약 70 중량부 이상, 약 80 중량부 이상, 약 90 중량부 이상, 약 100 중량부 이상, 약 110 중량부 이상, 약 120 중량부 이상, 약 130 중량부 이상, 약 140 중량부 이상, 약 150 중량부 이상, 약 200 중량부 이상 또는 약 250 중량부 이상일 수 있고, 약 450 중량부 이하, 약 400 중량부 이하, 약 350 중량부 이하. 약 300 중량부 이하, 약 250 중량부 이하, 약 200 중량부 이하, 약 150 중량부 이하, 약 100 중량부 이하, 약 90 중량부 이하, 약 80 중량부 이하, 약 70 중량부 이하, 약 60 중량부 이하, 약 50 중량부 이하, 약 40 중량부 이하, 약 30 중량부 이하, 약 20 중량부 이하 또는 약 10 중량부 이하일 수 있다.

또한, 슬러리 내에서 분산제는, 상기 바인더 100 중량부 대비 약 10 내지 2,000 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 20중량부 이상, 약 30중량부 이상, 약 40중량부 이상, 약 50중량부 이상, 약 60중량부 이상, 약 70중량부 이상, 약 80중량부 이상, 약 90중량부 이상, 약 100중량부 이상, 약 110중량부 이상, 약 120중량부 이상, 약 130중량부 이상, 약 140중량부 이상, 약 150중량부 이상, 약 160중량부 이상, 약 170중량부 이상, 약 180 중량부 이상, 약 190 중량부 이상, 약 200 중량부 이상, 약 300 중량부 이상, 약 400 중량부 이상, 약 500 중량부 이상, 약 550 중량부 이상, 약 600 중량부 이상 또는 약 650 중량부 이상일 수 있고, 약 1,800 중량부 이하, 약 1,600 중량부 이하, 약 1,400 중량부 이하, 약 1,200 중량부 이하, 약 1,000 중량부 이하, 약 800 중량부 이하, 약 600 중량부 이하, 약 400 중량부 이하, 약 300 중량부 이하, 약 250 중량부 이하 또는 약 200 중량부 이하일 수 있다.

본 명세서에서 단위 중량부는 특별히 달리 규정하지 않는 한, 각 성분간의 중량의 비율을 의미한다.

다만, 분산제나 바인더의 비율은, 목적하는 기공도나 기공 크기 등을 고려하여 조절될 수 있는 것이어서 상기 범위에 제한되는 것은 아니다.

슬러리는 필요하다면, 용매를 추가로 포함할 수 있다. 다만, 소결 후 산소와의 접촉으로 이어지는 본 출원의 공정에서 금속폼의 표면을 보다 효율적으로 개질하는 관점에서는 슬러리로서 용매를 포함하지 않는 슬러리를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 용매로는 슬러리의 성분, 예를 들면, 상기 금속 성분이나 바인더 등의 용해성을 고려하여 적절한 용매가 사용될 수 있다. 예를 들면, 용매로는, 유전 상수가 약 10 내지 120의 범위 내에 있는 것을 사용할 수 있다. 상기 유전 상수는 다른 예시에서 약 20 이상, 약 30 이상, 약 40 이상, 약 50 이상, 약 60 이상 또는 약 70 이상이거나, 약 110 이하, 약 100 이하 또는 약 90 이하일 수 있다. 이러한 용매로는, 물이나 에탄올, 부탄올 또는 메탄올 등의 탄소수 1 내지 8의 알코올, DMSO(dimethyl sulfoxide), DMF(dimethyl formamide) 또는 NMP(N-methylpyrrolidinone) 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

용매가 적용될 경우에 상기는 상기 바인더 100 중량부 대비 약 50 내지 400 중량부의 비율로 슬러리 내에 존재할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

슬러리는 상기 언급한 성분 외에 추가적으로 필요한 공지의 첨가제를 포함할 수도 있다.

상기와 같은 슬러리를 사용하여 상기 금속 구조체를 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 금속폼의 제조 분야에서는 금속 구조체를 형성하기 위한 다양한 방식이 공지되어 있고, 본 출원에서는 이와 같은 방식이 모두 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 구조체는, 적정한 틀(template)에 상기 슬러리를 유지하거나, 혹은 슬러리를 적정한 방식으로 코팅하여 상기 금속 구조체를 형성할 수 있다.

이와 같은 금속 구조체의 형태는 목적하는 금속폼에 따라 정해지는 것으로 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예시에서 상기 금속 구조체는, 필름 또는 시트 형태일 수 있다. 예를 들면, 상기 구조체가 필름 또는 시트 형태일 때에 그 두께는 2,000㎛ 이하, 1,500㎛ 이하, 1,000㎛ 이하, 900㎛ 이하, 800㎛ 이하, 700㎛ 이하, 600㎛ 이하, 500㎛ 이하, 400㎛ 이하, 300㎛ 이하, 200㎛ 이하, 150㎛ 이하, 약 100㎛ 이하, 약 90㎛ 이하, 약 80㎛ 이하, 약 70㎛ 이하, 약 60㎛ 이하 또는 약 55㎛ 이하일 수 있다. 금속폼은, 다공성인 구조적 특징상 일반적으로 브리틀한 특성을 가지고, 따라서 필름 또는 시트 형태, 특히 얇은 두께의 필름 또는 시트 형태로 제작이 어렵고, 제작하게 되어도 쉽게 부스러지는 문제가 있다. 그렇지만, 본 출원의 방식에 의해서는, 얇은 두께이면서도, 내부에 균일하게 기공이 형성되고, 기계적 특성이 우수한 금속폼의 형성이 가능하다.

상기에서 구조체의 두께의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 필름 또는 시트 형태의 구조체의 두께는 약 1㎛ 이상, 약 5㎛ 이상, 10㎛ 이상 또는 약 15㎛ 이상일 수 있다.

상기와 같은 방식으로 형성된 금속 구조체를 소결하여 다공성 금속 소결체를 형성할 수 있다. 이러한 경우에 상기 금속폼을 제조하기 위한 소결을 수행하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 소결법을 적용할 수 있다. 즉, 적절한 방식으로 상기 금속 구조체에 적정한 양의 열을 인가하는 방식으로 상기 소결을 진행할 수 있다.

열을 인가하여 금속 구조체를 소결하는 경우에 인가되는 열은 특별히 제한되지 않는다. 즉, 사용된 금속의 성질이나 목적하는 기계적 강도 등을 고려하여 열의 인가 조건을 적절하게 조절하면 된다.

일 예시에서 상기 다공성 금속 소결체는, 금속 구조체를 700℃ 내지 2,000℃의 범위 내의 어느 한 온도에서 소결하여 형성할 수 있다.

또한, 소결 시간도 적절하게 조절될 수 있으며, 예를 들면, 약 30분 내지 600분의 범위 내의 시간 동안 소결될 수 있다.

본 출원에서는 또한 상기 기존의 공지 방식과는 다른 방식으로서, 상기 소결을 유도 가열 방식으로 수행할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 금속 성분이 소정 투자율과 전도도의 전도성 자성 금속을 포함시킨 경우에 유도 가열 방식이 적용될 수 있다. 이러한 방식에 의해서 균일하게 형성된 기공을 포함하면서, 기계적 특성이 우수하며, 기공도도 목적하는 수준으로 조절된 금속폼의 제조가 원활하게 될 수 있다.

상기에서 유도 가열은, 전자기장이 인가되면 특정 금속에서 열이 발생하는 현상이다. 예를 들어, 적절한 전도성과 투자율을 가지는 금속에 전자기장을 인가하면, 금속에 와전류(eddy currents)가 발생하고, 금속의 저항에 의해 줄열(Joule heating)이 발생한다. 본 출원에서는 이러한 현상을 통한 소결 공정을 수행할 수 있다. 본 출원에서는 이와 같은 방식을 적용하여 금속폼의 소결을 단시간 내에 수행할 수 있어서 공정성을 확보하고, 동시에 기공도가 높은 박막 형태이면서도 기계적 강도가 우수한 금속폼을 제조할 수 있다.

따라서, 상기 소결 공정은, 상기 금속 구조체에 전자기장을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전자기장의 인가에 의해 상기 금속 성분의 전도성 자성 금속에서 유도 가열 현상에 의해서 줄열이 발생하고, 이에 의해 구조체는 소결될 수 있다. 이 때 전자기장을 인가하는 조건은 금속 구조체 내의 전도성 자성 금속의 종류 및 비율 등에 따라서 결정되는 것으로 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 유도 가열은, 코일 등의 형태로 형성된 유도 가열기를 사용하여 진행할 수 있다. 또한, 유도 가열은, 예를 들면, 100A 내지 1,000A 정도의 전류를 인가하여 수행할 수 있다. 상기 가해지는 전류의 크기는 다른 예시에서, 900A 이하, 800 A 이하, 700 A 이하, 600 A 이하, 500 A 이하 또는 400 A 이하일 수 있다. 상기 전류의 크기는 다른 예시에서 약 150 A 이상, 약 200 A 이상 또는 약 250 A 이상일 수 있다.

유도 가열은, 예를 들면, 약 100kHz 내지 1,000kHz의 주파수로 수행할 수 있다. 상기 주파수는, 다른 예시에서, 900 kHz 이하, 800 kHz 이하, 700 kHz 이하, 600 kHz 이하, 500 kHz 이하 또는 450 kHz 이하일 수 있다. 상기 주파수는, 다른 예시에서 약 150 kHz 이상, 약 200 kHz 이상 또는 약 250 kHz 이상일 수 있다.

상기 유도 가열을 위한 전자기장의 인가는 예를 들면, 약 1분 내지 10시간의 범위 내에서 수행할 수 있다. 상기 인가 시간은 다른 예시에서 약 10분 이상, 약 20 분 이상 또는 약 30 분 이상일 수 있다. 상기 인가 시간은, 다른 예시에서, 약 9시간 이하, 약 8 시간 이하, 약 7 시간 이하, 약 6 시간 이하, 약 5 시간 이하, 약 4 시간 이하, 약 3 시간 이하, 약 2 시간 이하, 약 1 시간 이하 또는 약 30분 이하일 수 있다.

상기 언급한 유도 가열 조건, 예를 들면, 인가 전류, 주파수 및 인가 시간 등은 전술한 바와 같이 전도성 자성 금속의 종류 및 비율 등을 고려하여 변경될 수 있다.

상기 금속 구조체의 소결은, 상기 언급한 열의 인가 또는 유도 가열에 의해서만 수행하거나, 필요한 경우에 상기 유도 가열, 즉 전자기장의 인가와 함께 적절한 열을 인가하면서 수행할 수도 있다.

예를 들면, 상기 소결은, 상기 전자기장의 인가와 함께 또는 단독으로 금속 구조체에 외부의 열원을 인가하여 수행할 수도 있다.

본 출원의 제조 방법에서는 상기와 같이 형성된 금속 소결체를 산소와 접촉시켜서 표면을 개질한다. 이러한 산소와의 접촉 공정은, 소결 공정에 이어서 바로 수행할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 산소와의 접촉은 소결 공정 후에 바로 다공성 금속 소결체를 냉각시키면서 수행할 수 있고, 상기 냉각 과정에서 다공성 금속 소결체가 존재하는 분위기의 온도가 일정 수준에 이르렀을 때에 산소와의 접촉을 시작할 수 있다. 상기 냉각은 강제 냉각일 수도 있고, 자연 냉각일 수도 있다. 본 출원에서는 이러한 산소와의 접촉 조건의 제어를 통해 금속폼의 표면에 산화물을 성장시킬 수 있으며, 특히 돌기 형태의 산화물을 적절하게 성장시킴으로써 목적을 달성할 수 있다.

하나의 예시에서 상기 산소와의 접촉 공정은 상기 소결 공정에 이어서 금속폼을 냉각시키면서 수행할 수 있고, 이 경우 단일 공정(one step)으로 표면 개질된 금속폼을 형성할 수 있다.

일 예시에서 적절한 산화물의 성장을 위해서 상기 산소와의 접촉은 상기 산소 농도가 1 ppm 내지 10,000 ppm인 분위기에서 수행할 수 있고, 10 ppm 내지 1,000 ppm의 산소 농도 분위기에서 수행할 수도 있다. 일 예시에서 금속 구조체의 소결은, 수소, 아르곤 등의 반응 가스 혹은 불활성 가스의 분위기 하에서 수행될 수 있는데, 상기 반응 혹은 불활성 가스 분위기에서 소결을 수행한 후에 소결체를 냉각시키다가, 목적하는 적정 온도에 이르렀을 때에 산소를 적정 농도로 주입하여 산소와의 접촉을 수행할 수 있다. 상기 산소의 농도는, 예를 들면, 챔버 등에 의도된 농도를 가지도록 산소를 주입하여 조절할 수 있다.

일 예시에서 상기 표면 개질을 위한 산소와의 접촉은, 상기 다공성 금속 소결체를 냉각시키면서 수행할 수 있다. 상기 냉각은 강제 냉각이거나, 자연 냉각일 수 있다. 즉, 상기 금속 소결체를 형성하기 위한 소결 공정 후에 금속 소결체를 냉각시키면서 적정 시점에서 산소를 주입하는 방식으로 상기 표면 개질 공정을 수행할 수 있다.

상기 소결 시에는 산소와 금속 구조체를 접촉시키지 않고, 소결 후 냉각 과정의 적정 시점에서 산소를 주입하여 상기 산소와의 접촉을 수행할 수 있다.

하나의 예시에서는, 산소와의 접촉은 300℃ 내지 600℃의 온도에서 시작 및 수행할 수 있다. 즉, 소결 후에 소결체를 냉각시키면서 온도가 상기 범위에 이른 때에 산소를 주입하여 산소와의 접촉을 진행할 수 있다. 상기 산소 접촉 시작 시점 온도는 다른 예시에서 약 320℃ 이상, 340℃ 이상, 360℃ 이상, 380℃ 이상 또는 400℃ 이상이거나, 580℃ 이하, 560℃ 이하, 540℃ 이하, 520℃ 이하 또는 500℃ 이하일 수 있다.

일 예시에서 상기 산소와의 접촉은 상기 온도에서 시작하여 다공성 금속 소결체의 유지 온도(주변 온도)가 약 10℃ 내지 50℃ 정도까지 냉각되는 시점까지 수행할 수 있다.

상기와 같이 산소와의 접촉을 소결체를 냉각시키면서 수행하는 경우에 냉각 속도는 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서는 상기 냉각은 자연 냉각일 수 있다.

예를 들면, 상기 산소와의 접촉은, 자연 냉각에 의해서 상기 온도가 산소 접촉 시작 온도에서 산소 접촉 종료 온도까지 떨어질 동안 수행할 수 있는데, 예를 들면, 10분 내지 5 시간 동안 수행할 수 있다.

상기와 같은 산소와의 접촉을 통해서 목적하는 표면 특성을 가지는 금속폼을 얻을 수 있다.

상기와 같은 방식으로 금속폼의 표면에 산화물을 형성한 후에 그 금속폼의 표면 또는 내부에 고분자 성분을 도입하여 복합재를 제조할 수 있다. 이 때 고분자 성분을 도입하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 공지의 방식으로 수행한다. 예를 들어, 경화성 고분자 조성물 등을 사용하는 경우에는, 상기 금속폼의 표면 또는 내부에 경화성 고분자 조성물이 존재하는 상태에서 상기 고분자 조성물을 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법에서 적용되는 금속폼에 대한 구체적인 내용은 이미 기술한 바와 같고, 제조되는 복합재에 대한 구체적인 사항 역시 상기 기술한 내용에 따를 수 있다.

한편, 상기에서 적용되는 고분자 조성물 역시 경화 등을 통해 상기 언급한 고분자 성분을 형성할 수 있는 것이라면 특별한 제한은 없으며, 이러한 고분자 성분은 업계에 다양하게 공지되어 있다. 즉, 예를 들면, 공지의 성분 중에서 적절한 점도를 가지는 재료를 사용하여, 공지의 방식을 통해 경화를 진행하여 상기 복합재를 제조할 수 있다.

본 출원에서는, 금속폼과 고분자 성분을 포함하고, 우수한 열전도도를 가지면서, 내충격성, 가공성 및 절연성 등의 다른 물성도 우수한 복합재를 제공할 수 있다.

도 1은, 실시예에서 형성된 금속폼에 대한 사진이다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.

실시예 1.

금속폼으로는 구리 금속폼으로서, 표면에 돌기 형태의 산화물이 존재하고, 두께가 약 90 μm 정도이며, 기공도가 약 65% 내지 75%인 필름 형상의 구리폼을 사용하였다. 상기 구리폼은, 금속 성분으로서 평균 입경(D50 입경)이 약 10 내지 20μm 정도인 구리(Cu) 분말을 사용하고, 분산제로서, 알파-터르피네올(alpha-terpineol)을 사용하며, 바인더로서 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacetate)를 적용한 슬러리로 제조하였다. 슬러리에서 금속 성분(Cu), 분산제 및 바인더의 중량 비율(Cu:분산제:바인더)은 1:1.11:0.09 정도였다. 상기 슬러리를 상기 두께의 필름이 형성되도록 코팅하고, 약 100℃의 온도에서 약 40분 동안 건조하였다. 이어서 4%의 수소/아르곤 가스 분위기에서 상기 필름 형태의 구조체를 약 900℃의 온도에서 약 1 시간 동안 열처리(소결)하여, 유기 성분을 제거하면서 금속 성분을 결합시켜서 다공성 금속 소결체를 제조하였다. 소결 후에 소결체를 자연 냉각시키면서 주위 온도가 약 500℃ 정도가 된 시점에서 산소 가스를 약 400 ppm 내지 700 ppm의 범위의 농도가 되도록 주입하여 주위 온도가 상온(약 25℃)이 될 때까지 산소와 접촉시켰다. 도 1은 실시예 1에서 제조된 시트에 대한 사진이고, 사진으로부터 금속폼의 표면에 돌기 형태의 산화물이 성장한 것을 확인할 수 있다. 상기 돌기 형상의 종횡비는 대략 1 내지 3의 범위 내였으며, 산화물의 면적 비율은 약 10% 내지 30% 정도였다. 상기 구리폼을 열경화성 실리콘 수지 조성물(Dow corning, PDMS, Sylgard 183 Kit)에 함침시키고, 어플리케이터를 이용하여 최종 복합재의 두께가 약 110μm 정도가 되도록 과량의 조성물을 제거하였다. 이어서 상기 재료를 약 120℃의 오븐에 약 10분 정도 유지하여 경화시킴으로써 복합재를 제조하였다. 적용된 고분자 성분(실리콘 수지)와 금속폼(구리폼) 각각의 밀도 및 적용 중량을 기준으로 계산한 결과 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 약 0.3 정도였다. 이 복합재의 열전도도는 약 5.12 W/mK 정도였다.

상기 열전도도는, 복합재의 열확산도(A), 비열(B) 및 밀도(C)를 구하여 열전도도=ABC의 수식으로 구하였고, 상기 열확산도(A)는, 레이저 플래쉬법(LFA 장비, 모델명: LFA467)을 이용하여 측정하였으며, 비열은 DSC(Differential Scanning Calorimeter) 장비를 통해 측정하였고, 밀도는 아르키메데스법을 이용하여 측정하였다. 또한, 상기 열전도도는 복합재의 두께 방향(Z축)에 대한 값이다.

실시예 2.

열경화성 실리콘 수지 조성물로서, 다른 종류의 조성물(Dow corning, PDMS, Sylgard 527 Kit)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방식으로 복합재를 제조하였다. 제조된 복합재의 열전도도를 상기 언급된 방식으로 측정한 결과 약 6.86 W/mK 정도였다.

실시예 3.

열경화성 실리콘 수지 조성물(Dow corning, PDMS, Sylgard 527 Kit)에 판상형의 질화 붕소 분말을 약 10 중량% 정도의 비율로 도입하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 같은 방식으로 복합재를 제조하였다. 제조된 복합재의 열전도도를 상기 언급된 방식으로 측정한 결과 약 10.14 W/mK 정도였다.

Claims

표면에 돌기 형상의 금속 산화물이 형성되어 있는 금속폼; 및
상기 금속폼의 표면 또는 금속폼의 내부에 존재하는 고분자 성분을 포함하고,
상기 금속폼의 표면에 존재하는 상기 금속 산화물의 면적 비율은 5% 내지 60%의 범위 내이며,
상기 돌기 형상은 종횡비가 1 내지 8의 범위 내이고,
열전도도가 0.4 W/mK 이상이며,
상기 금속폼은 두께가 1,000μm 이하인 필름 형태인 복합재.
제 1 항에 있어서, 돌기 형상은 종횡비가 1 내지 6의 범위 내인 복합재.
제 1 항에 있어서, 금속폼은 기공도가 75% 이하인 복합재.
제 1 항에 있어서, 금속폼의 표면에 존재하는 금속 산화물의 면적 비율이 7% 내지 55%의 범위 내인 복합재.
제 1 항에 있어서, 금속폼의 두께(MT) 및 전체 두께(T)의 비율(T/MT)이 2.5 이하인 복합체.
제 1 항에 있어서, 금속폼은 두께가 10 μm 내지 900 μm의 범위 내인 열전도성 복합재.
제 1 항에 있어서, 금속폼은, 주석, 구리, 금, 은, 알루미늄, 니켈, 철, 코발트, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐 및 아연으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 중 2종 이상을 포함하는 골격을 가지는 복합재.
제 1 항에 있어서, 고분자 성분은, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아미노 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 복합재.
제 1 항에 있어서, 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 10 이하인 복합재.
제 1 항에 있어서, 고분자 성분은 열전도성 필러를 포함하는 복합재.
금속 성분을 포함하는 금속 구조체를 소결하여 다공성 금속 소결체를 얻는 단계; 상기 소결에 이어서 상기 다공성 금속 소결체를 산소와 접촉시키는 단계 및 상기 다공성 금속 소결체의 표면 또는 내부에 고분자 성분을 도입하는 단계를 포함하고,
상기 산소와의 접촉은 상기 소결 공정에 이어서 상기 금속 소결체를 냉각시키면서 수행하고,
상기 산소와의 접촉은 상기 소결 공정에 이은 냉각 과정에서 온도가 300℃ 내지 600℃의 범위 내에 도달하였을 때에 시작하고,
상기 산소와의 접촉은 상기 금속 소결체의 유지 온도가 10℃내지 50℃까지 냉각되는 시점까지 수행하는 복합재의 제조 방법.
제 11 항에 있어서, 금속 구조체는, 금속 성분, 분산제 및 바인더를 포함하는 슬러리로 제조하는 복합재의 제조 방법.
제 12 항에 있어서, 분산제는, 알코올인 복합재의 제조 방법.
제 12 항에 있어서, 바인더는 알킬 셀룰로오스, 폴리알킬렌 카보네이트 또는 폴리비닐알코올 화합물인 복합재의 제조 방법.
제 12 항에 있어서, 슬러리는, 금속 성분 100 중량부 대비 1 내지 500 중량부의 바인더를 포함하는 복합재의 제조 방법.
제 12 항에 있어서, 슬러리는, 바인더 100 중량부 대비 10 내지 2,000 중량부의 분산제를 포함하는 복합재의 제조 방법.
제 11 항에 있어서, 산소와의 접촉은 소결 공정에 이어서 금속 소결체를 자연 냉각시키면서 수행하는 복합재의 제조 방법.
제 11 항에 있어서, 산소와의 접촉은 1 ppm 내지 10,000 ppm의 산소 농도 하에서 수행하는 복합재의 제조 방법.