KR20220071495A - 분말 밀링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밀링 공정을 통해 금속 분말을 분쇄하여 나노화하거나 기계적 합금화가 가능한 분말 밀링 장치에 관한 것으로서, 원통 형상으로 형성되고, 내부에 원료 분말 및 볼이 수용되어 상기 볼에 의해 상기 원료 분말이 밀링(Milling)될 수 있는 밀링 공간이 형성되는 밀링 용기와, 상기 밀링 용기가 상기 원통 형상의 중심축과 동일하게 형성되는 제 1 회전축을 기준으로 회전할 수 있도록, 상기 밀링 용기의 양측의 중심부를 회전 가능하게 지지하여 상기 밀링 용기를 회전 시키는 지지대와, 플레이트 형상으로 형성되어 상면에 상기 지지대를 지지하고, 상기 밀링 용기의 상기 제 1 회전축과 수직하게 형성되는 제 2 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 회전 베이스 및 상기 지지대 및 상기 회전 베이스의 회전 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

분말 밀링 장치{Powder milling device}
본 발명은 분말 밀링 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 밀링 공정을 통해 금속 분말을 분쇄하여 나노화하거나 기계적 합금화가 가능한 분말 밀링 장치에 관한 것이다.
기계적 합금화 방법은 고체상태에서 미세하고 균일한 합금분말을 제조하는 방법으로 1960년대 후반에 미국 INCO사의 Benjamin에 의해 가스터빈의 석출강화와 산화물 분산 강화를 위한 니켈기 초합금 제조에 응용된 기술이다. 이 방법은 고에너지 볼밀을 사용하여 성분원소 분말들이 볼 사이에서 압접과 파괴를 반복케 함으로써 균일하고 미세한 합금상을 이룬 복합 금속분말을 제조할 수 있다. 이러한, 기계적 합금화 공정은 합금 분말 제조, 탈가스 처리 및 고온성형 공정으로 구분할 수 있다. 합금분말 제조의 공정 변수는 합금화 장치의 내부구성 변수와 합금화 공정 변수로 나눌 수 있다. 합금화 장치의 내부구성 변수는 임펠러의 회전 속도, 장입 볼의 양과 크기, 볼과 시료 분말의 장입비 등이 있으며, 합금화 공정 변수는 MA 분위기, MA 시간, 공정 제어제(Process Control Agent : PCA) 등으로 구분할 수 있다. 이러한 변수들은 최종적인 합금의 특성 및 성질 등에 크게 영향을 미친다.
일반적으로, 합금화 장치는, 볼 밀링 장치가 사용되고 있으며, 설치 및 운용이 저렴하고 다양한 재료를 비교적 쉽게 다룰 수 있다는 장점이 있어 소재 분야 기업 현장에서 널리 채택되어 사용되고 있다. 이러한, 볼 밀링의 원리는, 실린더 형 용기에 원료 분말과 단단한 지르코니아(Zirconia) 볼을 넣어 회전시킴으로써 텀블링에 의한 충격이나 전단력, 마찰력 등을 이용하여 원료 분말을 분쇄하여 나노화하거나, 압접과 분쇄를 반복케 함으로써 기계적 합금화하는 것으로, 주어진 시간 내에 원료 분말의 입도가 고르고 작게 분쇄되면서 균일하고 미세한 합금상을 이루게 하는 것이 중요한 관심사이다.
그러나, 이러한 종래의 볼 밀링을 이용한 분말 밀링 장치는, 주로 수평형 볼 밀링 기술 또는 나노화 및 합금화가 가능한 고 에너지 볼 밀링 기술이 사용되는데, 상기와 같은 방법으로 분말의 제조 시 24시간 이상의 장시간 동안 볼 밀링 공정을 진행해야 합금화 및 나노화가 가능하다는 문제점이 있었다. 또한, 장시간 밀링 공정에 따른 원료 분말이 오염도 상승 및 불규칙한 형상의 분말이 제조되는 문제점이 있었다. 아울러, 가스 분무 공정으로 진행 시 추가 공정 비용이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 원료 분말에 급격한 밀링에너지를 가하고 충격횟수를 증가시킴으로써 단시간 내에 분쇄가 가능하여 나노화 및 기계적 합금화가 단시간 내에 이루어질 수 있는 분말 밀링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 분말 밀링 장치가 제공된다. 상기 분말 밀링 장치는, 원통 형상으로 형성되고, 내부에 원료 분말 및 볼이 수용되어 상기 볼에 의해 상기 원료 분말이 밀링(Milling)될 수 있는 밀링 공간이 형성되는 밀링 용기; 상기 밀링 용기가 상기 원통 형상의 중심축과 동일하게 형성되는 제 1 회전축을 기준으로 회전할 수 있도록, 상기 밀링 용기의 양측의 중심부를 회전 가능하게 지지하여 상기 밀링 용기를 회전 시키는 지지대; 플레이트 형상으로 형성되어 상면에 상기 지지대를 지지하고, 상기 밀링 용기의 상기 제 1 회전축과 수직하게 형성되는 제 2 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 회전 베이스; 및 상기 지지대 및 상기 회전 베이스의 회전 구동을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 지지대는, 상기 밀링 용기의 상기 제 1 회전축이 수평 방향으로 형성될 수 있도록, 상기 밀링 용기를 상기 수평 방향으로 지지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 지지대는, 봉 형상으로 상기 수평 방향으로 길게 연장되게 형성되어, 일단이 상기 수평 방향으로 길게 형성된 상기 밀링 용기의 양측을 회전 가능하게 지지하는 수평 지지부; 및 상기 회전 베이스의 상면으로부터 봉 형상으로 상기 수평 방향과 수직한 수직 방향으로 길게 연장되게 형성되어, 상기 수평 지지부의 타단을 지지하는 수직 지지부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 밀링 용기를 상기 수평 방향으로 진동시키는 진동부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 진동부는, 상기 수평 지지부에 설치되어 상기 수평 지지부의 길이를 가변시키는 실린더;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 지지대는, 상기 밀링 용기의 상기 밀링 공간으로 비활성 가스 또는 액체 질소를 공급할 수 있도록, 상기 수평 지지부와 상기 수직 지지부의 내부에 제 1 가스 유로가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 지지대는, 상기 밀링 용기를 회전 가능하게 지지하면서 상기 제 1 가스 유로를 통해 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소를 공급할 수 있도록, 상기 수평 지지부와 상기 밀링 용기의 연결부에 마그넷 베어링이 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 수평 지지부는, 상기 밀링 용기를 지지하는 일단에 플랜지가 형성되고, 상기 마그넷 베어링은, 상기 밀링 용기와 마주하는 상기 플랜지의 내측면에 형성된 링 형상의 홈부에 수용되는 자성 유체; 및 상기 플랜지의 외측면의 상기 홈부와 대응되는 위치에 링 형상으로 형성되는 자성체;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 회전 베이스는, 상기 제 2 회전축과 동축으로 형성된 가스 유입구로부터 상기 지지대에 형성된 상기 제 1 가스 유로로 연장되게 형성되는 제 2 가스 유로가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 가스 유입구와 연결되어 상기 제 2 가스 유로 및 상기 제 1 가스 유로를 통해서 상기 밀링 용기에 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소를 공급할 수 있도록, 상기 회전 베이스의 일측에 설치되는 가스 공급부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 밀링 용기의 상기 밀링 공간에 회전 가능하게 설치되어, 상기 밀링 공간에 수용된 상기 원료 분말 및 상기 볼을 교반시키는 회전 임펠러;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 회전 임펠러는, 상기 밀링 용기의 일측면으로부터 상기 밀링 공간 내부로 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되는 회전 봉; 및 상기 회전 봉의 외주면으로부터 상기 회전 봉에 수직한 방향으로 길게 연장되게 형성되는 복수개의 교반 봉;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 회전 봉은, 상기 지지대의 상기 제 1 가스 유로와 연결되게 내부에 제 3 가스 유로가 형성되고, 상기 제 3 가스 유로를 통해 유동된 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소가 상기 밀링 공간으로 분사될 수 있도록 외주면을 따라 복수의 가스 분사구가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 밀링 용기와 상기 회전 임펠러가 서로 반대 방향으로 회전될 수 있도록, 상기 지지대와 상기 회전 임펠러에 제어신호를 인가할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다방향성으로 회전 및 진동하는 밀링 용기와 밀링 용기의 내부에서 밀링 용기의 회전 방향과 역 방향으로 회전하는 회전 임펠러에 의해, 밀링 용기 내부의 밀링 공간에 수용된 원료 분말과 볼이 무작위(Random) 방향과 다중(Multi) 방향으로 유동할 수 있다.
이에 따라, 원료 분말에 급격한 밀링 에너지가 가해지고 충격 횟수가 증가하여 단시간에 원료 분말의 분쇄가 가능하여, 나노화 및 기계적 합금화가 단시간에 가능함으로써, 소결 성능을 향상시켜 균일 조성의 나노 구조의 제품 제조가 가능할 수 있으며, 밀링 용기의 내부로 불활성 가스나 액체 질소의 주입이 가능하여 분쇄 효율을 더욱 높이고, 다양한 합금상, 비정질 상의 유도가 가능한 분말 밀링 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 밀링 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 분말 밀링 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 "A"부분을 확대한 확대도이다.
도 4는 도 1의 분말 밀링 장치의 밀링 용기의 내부에서 원료 분말이 밀링되는 것을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분말 밀링 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 밀링 장치(1000)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 분말 밀링 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 3은 도 2의 "A"부분을 확대한 확대도이다. 그리고, 도 4는 도 1의 분말 밀링 장치(1000)의 밀링 용기(100)의 내부에서 원료 분말(M)이 밀링되는 것을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 밀링 장치(1000)는, 크게, 밀링 용기(100)와, 지지대(200)와, 회전 베이스(300)와, 제어부(400)와, 마그넷 베어링(600)과, 가스 공급부(700) 및 회전 임펠러(800)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 밀링 용기(100)는, 원통 형상으로 형성되는 실린더 구조체로서, 그 내부에 비중 및 특성이 다른 이종소재가 혼합된 원료 분말(M) 및 볼(B)이 수용되어, 볼(B)에 의해 원료 분말(M)이 밀링(Milling)될 수 있는 밀링 공간(A)이 형성될 수 있다.
예컨대, 도시되진 않았지만 밀링 용기(100)는, 일측에 개방구가 형성되어, 상기 개방구를 통해 원료 분말(M)과 볼(B)을 일정 비율로 충진하고, 밀링 공간(A)을 건식 또는 습식 분위기로 형성한 후, 상기 개방구를 폐쇄함으로써 밀링 공간(A)을 외부로부터 밀폐할 수 있다.
이에 따라, 후술될 지지대(200)에 의해 회전 가능하게 지지된 밀링 용기(100)가 회전하면, 밀링 공간(A)에서 원료 분말(M)과 볼(B)이 마찰과 원심력의 작용하에 회전하고, 밀링 용기(100)의 내벽면을 따라 회전하다가 특정 높이에서 중력에 의해 자동으로 떨어지고, 이때 충격이 가해지면서 원료 분말(M)이 밀링될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 지지대(200)는, 밀링 용기(100)가 상기 원통 형상의 중심축과 동일하게 형성되는 제 1 회전축(A1)을 기준으로 회전할 수 있도록, 밀링 용기(100)의 양측 중심부를 회전 가능하게 지지하여 밀링 용기(100)를 회전 시킬 수 있다.
예컨대, 지지대(200)는, 밀링 용기(100)의 제 1 회전축(A1)이 수평 방향으로 형성될 수 있도록, 밀링 용기(100)를 상기 수평 방향으로 지지할 수 있다.
더욱 구체적으로, 지지대(200)는, 봉 형상으로 상기 수평 방향으로 길게 연장되게 형성되어, 일단이 상기 수평 방향으로 길게 형성된 밀링 용기(100)의 양측을 회전 가능하게 지지하는 수평 지지부(210) 및 회전 베이스(300)의 상면으로부터 봉 형상으로 상기 수평 방향과 수직한 수직 방향으로 길게 연장되게 형성되어, 수평 지지부(210)의 타단을 지지하는 수직 지지부(220)를 포함할 수 있다.
이러한, 지지대(200)의 수평 지지부(210)와 수직 지지부(220)는 "ㄱ"자 형태로 한 쌍이 형성되어, 상기 수평 방향으로 형성된 밀링 용기(100)의 양측면의 중심부를 회전 가능하게 지지할 수 있다.
또한, 외부로부터 밀폐된 밀링 용기(100)의 밀링 공간(A)으로 비활성 가스 또는 액체 질소를 지속적으로 공급 가능할 수 있도록, 지지대(200)는, 수평 지지부(210)와 수직 지지부(220)의 내부에 제 1 가스 유로(230)가 형성될 수 있다.
예컨대, 지지부(200)의 수평 지지부(210)의 내부에 수평 지지부(210)의 길이 방향을 따라서 제 1-1 가스 유로(231)가 형성되고, 수직 지지부(220)의 내부에 수직 지지부(220)의 길이 방향을 따라서 제 1-2 가스 유로(232)가 형성됨으로써, 지지부(200) 내부에 전체적으로 "ㄱ"자 형상의 제 1 가스 유로(230)가 형성될 수 있다.
또한, 지지대(200)는, 수평 지지부(210)가 밀링 용기(100)를 회전 가능하게 지지하면서 제 1 가스 유로(230)를 통해 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소를 공급할 수 있도록, 수평 지지부(210)와 밀링 용기(100)의 연결부에 마그넷 베어링(600)이 설치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 수평 지지부(210)는, 밀링 용기(100)를 지지하는 일단에 플랜지(211)가 형성될 수 있다. 또한, 마그넷 베어링(600)은, 밀링 용기(100)와 마주하는 플랜지(211)의 내측면에 형성된 링 형상의 홈부(211a)에 수용되는 자성 유체(610) 및 플랜지(211)의 외측면에 홈부(211a)와 대응되는 위치에 링 형상으로 형성되는 자성체(620)를 포함할 수 있다.
예컨대, 수평 지지부(210)의 플랜지(211)와 밀링 용기(100)의 측면은 볼 베어링(900)에 의해 접속되어, 수평 지지부(210)가 밀링 용기(100)의 하중을 지지하면서 밀링 용기(100)를 회전시킬 수 있다.
이때, 밀링 용기(100)가 마찰을 받지 않고 원활하게 회전할 수 있도록, 수평 지지부(210)의 플랜지(211)와 밀링 용기(100)의 측면 사이에는 소정의 갭이 형성될 수 있으며, 이 갭을 통해 수평 지지부(210)의 제 1-1 가스 유로(231)를 통해 공급되는 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소가 누출될 수 있다.
그러나, 본 발명과 같이, 수평 지지부(210)의 플랜지(211)와 밀링 용기(100)의 측면의 접속부에 마그넷 베어링(600)을 설치하면, 수평 지지부(210)의 플랜지(211)의 외측면에 형성된 영구자석인 자성체(620)에 의해, 플랜지(211) 내측면의 홈부(211a)에 자성 유체(610)가 자성체(620)의 자력에 따라 링 형상으로 형성되어 유체 실링으로서의 역할을 함으로써, 이 자성 유체(610)가 수평 지지부(210)의 플랜지(211)와 밀링 용기(100)의 측면의 접속부의 마찰 발생 없이 기밀을 유지시킬 수 있다.
이와 같이, 자성 유체(610)를 이용한 마그넷 베어링(600)에 의해 마찰이 없이 수평 지지부(210)의 플랜지(211)와 밀링 용기(100)의 측면의 접속부의 기밀을 유지함으로써, 지지대(200)가 밀링 용기(100)를 회전 가능하게 지지하면서, 밀링 용기(100)의 밀링 공간(A)으로 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소를 원활하게 공급할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 회전 베이스(300)는, 원형의 플레이트 형상으로 형성되어 상면에 지지대(200)를 지지하고, 밀링 용기(100)의 제 1 회전축(A1)과 수직하게 형성되는 제 2 회전축(A2)을 기준으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.
또한, 회전 베이스(300)는, 지지대(200)의 제 1 가스 유로(230)로 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소를 공급할 수 있도록, 제 2 회전축(A2)과 동축으로 형성된 가스 유입구(310)로부터 지지대(200)에 형성된 제 1 가스 유로(230)의 일단으로 연장되게 형성되는 제 2 가스 유로(320)가 내부에 형성될 수 있다.
이때, 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소를 저장하고 공급하는 가스 공급부(700)는, 회전 베이스(300)의 일측에 설치되어, 가스 유입구(310)와 연결됨으로써, 제 2 가스 유로(320) 및 제 1 가스 유로(230)를 통해서 밀링 용기(100)의 밀링 공간(A)에 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소를 공급할 수 있다. 아울러, 도시되진 않았지만, 가스 공급부(700)와 회전하는 회전 베이스(300)의 가스 유입구(310)의 접속부에도 상술한 마그넷 베어링(600)이 설치되어, 회전하는 접속부에서 누설없이 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소를 공급할 수 있다.
여기서, 가스 공급부(700)는, 회전 베이스(300)의 일측에 별도로 설치되는 것을 예로 들었지만, 반드시 이에 국한되지 않고, 회전 베이스(300)의 상면에 설치되어 회전 베이스(300)와 함께 회전할 수도 있다. 이러한 경우, 가스 공급부(700)가 회전 베이스(300)와 함께 회전함으로, 접속부에 상술한 마그넷 베어링(600)의 설치가 필요하지 않을 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 회전 임펠러(800)는, 밀링 용기(100)의 밀링 공간(A)에 회전 가능하게 설치되어, 밀링 공간(A)에 수용된 원료 분말(M) 및 볼(B)을 교반시킬 수 있다.
예컨대, 회전 임펠러(800)는, 밀링 용기(100)의 일측면으로부터 밀링 공간(A) 내부로 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되는 회전 봉(810) 및 회전 봉(810)의 외주면으로부터 회전 봉(810)에 수직한 방향으로 길게 연장되게 형성되는 복수개의 교반 봉(820)을 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 복수개의 교반 봉(820)은, 회전 봉(810)을 기준으로 일측에 제 1 간격(d1)으로 이격되게 형성되는 복수개의 제 1 교반 봉(821) 및 회전 봉(810)을 기준으로 타측에 제 1 간격(d1) 보다 좁은 제 2 간격(d2)으로 이격되게 형성되는 복수개의 제 2 교반 봉(822)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 서로 다른 간격(d1, d2)으로 형성되는 복수개의 교반 봉(821, 822)으로, 회전 임펠러(800)에 의해 교반 및 충돌되는 원료 분말(M) 및 볼(B)의 교반 효율을 증가시키면서 충돌 또한 증가시킬 수 있다. 그러나, 복수개의 교반 봉(820)은, 반드시 도 1 및 도 2에 국한되지 않고, 모든 교반 봉(820)이 동일한 간격으로 형성될 수도 있다. 이때, 지지대(200)와 회전 베이스(300) 및 회전 임펠러(800)의 회전 구동을 제어하는 제어부(400)는, 밀링 용기(100)와 회전 임펠러(800)가 서로 반대 방향으로 회전할 수 있도록, 지지대(200)와 회전 임펠러(800)에 제어신호를 인가함으로써, 회전 임펠러(800)에 의해 교반 및 충돌되는 원료 분말(M) 및 볼(B)의 교반 효율을 증가시키면서 충돌 또한 증가시킬 수 있다.
또한, 회전 임펠러(800)의 회전 봉(810)은, 지지대(200)의 제 1 가스 유로(230)와 연결되게 내부에 제 3 가스 유로(811)가 형성되고, 제 3 가스 유로(811)를 통해 유동된 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소가 밀링 공간(A)으로 분사될 수 있도록 외주면을 따라 복수의 가스 분사구(812)가 형성될 수 있다.
이에 따라, 가스 공급부(700)로부터 공급되어, 회전 베이스(300)의 제 2 가스 유로(320) 및 지지대(200)의 제 1 가스 유로(230)를 통해서 유동한 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소가 회전 봉(810)에 형성된 제 3 가스 유로(811)를 통해 밀링 용기(100)의 밀링 공간(A)으로 유입되고, 최종적으로 복수의 가스 분사구(812)를 통해 밀링 공간(A) 상으로 분사될 수 있다.
이와 같이, 원료 분말(M)의 밀링 중, 밀링 용기(100)의 밀링 공간(A)으로 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소가 지속적으로 공급될 수 있는 구조를 가짐으로써, 가공경화지수의 최소화가 가능하고, 상기 액체 질소 분위기에서 극저온 밀링이 가능하며, 밀링 중 폭발 방지가 가능한 효과를 가질 수 있다.
이하에서는, 상술한 분말 밀링 장치(1000)를 이용한 분말 밀링 방법에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 비중 및 특성이 다른 이종소재가 혼합된 원료 분말(M)과 볼(B)을 밀링 용기(100)에 일정 비율로 충진 후, 밀링 공간(A)을 건식 또는 습식 분위기로 형성 후 밀링 용기(100)를 밀폐한다.
이때, 가스 공급부(700)로부터 공급되어, 회전 베이스(300)의 제 2 가스 유로(320) 및 지지대(200)의 제 1 가스 유로(230)를 통해서 유동한 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소가 회전 봉(810)에 형성된 제 3 가스 유로(811)를 통해 밀링 용기(100)의 밀링 공간(A)으로 유입되고, 최종적으로 복수의 가스 분사구(812)를 통해 밀링 공간(A) 상으로 분사됨으로써, 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소를 밀링 공간(A)으로 지속적으로 공급 가능할 수 있다. 이에 따라, 원료 분말(M)의 가공경화지수를 최소화하고, 액체 질소 분위기에서 극저온의 밀링이 가능할 수 있으며, 밀링 중 폭발 방지가 가능할 수 있다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 원료 분말(M)과 볼(B)이 충진된 밀링 용기(100)는, 반시계 방향 또는 시계 방향으로 회전할 수 있다. 이때, 밀링 용기(100) 내부에 설치된 회전 임펠러(800)는, 밀링 용기(100)와 역방향으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전함으로써, 원료 분말(M)과 볼(B)의 충격에너지를 상승시켜 파쇄능을 향상시킬 수 있다.
또한, 밀링 용기(100)와 회전 임펠러(800)의 회전 시, 회전 베이스(300)는, 밀링 용기(100)와 회전 임펠러(800)의 회전 방향과 수직한 방향으로 회전함에 따라, 밀링 용기(100) 내부의 원료 분말(M)과 볼(B)의 충격횟수가 급격히 증가함으로써, 파쇄능 향상 및 합금화가 가능할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 밀링 장치(1000)에 따르면, 다방향성으로 회전하는 밀링 용기(100)와 밀링 용기(100)의 내부에서 밀링 용기(100)의 회전 방향과 역 방향으로 회전하는 회전 임펠러(800)에 의해, 밀링 용기(100) 내부의 밀링 공간(A)에 수용된 원료 분말(M)과 볼(B)이 무작위(Random) 방향과 다중(Multi) 방향으로 유동할 수 있다.
그러므로, 원료 분말(M)에 급격한 밀링 에너지가 가해지고 충격 횟수가 증가하여 단시간에 원료 분말(M)의 분쇄가 가능하여, 나노화 및 기계적 합금화가 단시간에 가능함으로써, 소결 성능을 향상시켜 균일 조성의 나노 구조의 제품 제조가 가능할 수 있으며, 밀링 용기(100)의 내부로 불활성 가스나 액체 질소의 주입이 가능하여 분쇄 효율을 더욱 높이고, 다양한 합금상, 비정질 상의 유도가 가능할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분말 밀링 장치(2000)를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 분말 밀링 장치(2000)는, 밀링 용기(100)를 수평 방향으로 진동시키는 진동부(500)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 진동부(500)는, 수평 지지부(210)에 설치되어 수평 지지부(210)의 길이를 가변시키는 실린더(510)일 수 있다. 이러한, 실린더(510)는, 유압이나, 공압이나, 전기에 의해 작동할 수 있으며, 밀링 용기(100)를 상기 수평 방향으로 지지하는 지지대(200)의 수평 지지부(210)의 길이를 늘이거나 줄이는 등 반복적으로 가변시켜, 밀링 용기(100)가 좌우로 진동하는 효과를 낼 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 분말 밀링 장치(2000)에 따르면, 지지대(200)와 회전 베이스(300)에 의해 다방향성으로 회전하는 밀링 용기(100)와 밀링 용기(100)의 내부에서 밀링 용기(100)의 회전 방향과 역 방향으로 회전하는 회전 임펠러(800)에 의해, 밀링 용기(100) 내부의 밀링 공간(A)에 수용된 원료 분말(M)과 볼(B)이 유동하는 과정에서, 진동부(500)에 의해 밀링 용기(100)가 상기 수평 방향으로 진동하는 진동 에너지까지 추가적으로 부과될 수 있다.
이와 같이, 진동부(500)는, 회전하는 밀링 용기(100)를 상기 수평 방향으로 진동시켜 원료 분말(M)과 볼(B)에 인가된 회전력과 더불어 좌우 진동 에너지에 따른 파쇄능을 더욱 증가시킬 수 있다.
그러므로, 원료 분말(M)에 급격한 밀링 에너지가 가해지고 충격 횟수가 증가하여 단시간에 원료 분말(M)의 분쇄가 가능하여, 나노화 및 기계적 합금화가 단시간에 가능함으로써, 소결 성능을 향상시켜 균일 조성의 나노 구조의 제품 제조가 가능할 수 있으며, 밀링 용기(100)의 내부로 불활성 가스나 액체 질소의 주입이 가능하여 분쇄 효율을 더욱 높이고, 다양한 합금상, 비정질 상의 유도가 가능할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 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.
100: 밀링 용기
200: 지지대
210: 수평 지지부
211: 플랜지
211a: 홈부
220: 수직 지지부
230: 제 1 가스 유로
300: 회전 베이스
310: 가스 유입구
320: 제 2 가스 유로
400: 제어부
500: 진동부
510: 실린더
600: 마그넷 베어링
610: 자성 유체
620: 자성체
700: 가스 공급부
800: 회전 임펠러
810: 회전 봉
811: 제 3 가스 유로
812: 가스 분사구
820: 교반 봉
A: 밀링 공간
M: 원료 분말
B: 볼
1000, 2000: 분말 밀링 장치

Claims (14)

  1. 원통 형상으로 형성되고, 내부에 원료 분말 및 볼이 수용되어 상기 볼에 의해 상기 원료 분말이 밀링(Milling)될 수 있는 밀링 공간이 형성되는 밀링 용기;
    상기 밀링 용기가 상기 원통 형상의 중심축과 동일하게 형성되는 제 1 회전축을 기준으로 회전할 수 있도록, 상기 밀링 용기의 양측의 중심부를 회전 가능하게 지지하여 상기 밀링 용기를 회전 시키는 지지대;
    플레이트 형상으로 형성되어 상면에 상기 지지대를 지지하고, 상기 밀링 용기의 상기 제 1 회전축과 수직하게 형성되는 제 2 회전축을 기준으로 회전 가능하게 설치되는 회전 베이스; 및
    상기 지지대 및 상기 회전 베이스의 회전 구동을 제어하는 제어부;
    를 포함하는, 분말 밀링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지대는,
    상기 밀링 용기의 상기 제 1 회전축이 수평 방향으로 형성될 수 있도록, 상기 밀링 용기를 상기 수평 방향으로 지지하는, 분말 밀링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지대는,
    봉 형상으로 상기 수평 방향으로 길게 연장되게 형성되어, 일단이 상기 수평 방향으로 길게 형성된 상기 밀링 용기의 양측을 회전 가능하게 지지하는 수평 지지부; 및
    상기 회전 베이스의 상면으로부터 봉 형상으로 상기 수평 방향과 수직한 수직 방향으로 길게 연장되게 형성되어, 상기 수평 지지부의 타단을 지지하는 수직 지지부;
    를 포함하는, 분말 밀링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 밀링 용기를 상기 수평 방향으로 진동시키는 진동부;
    를 더 포함하는, 분말 밀링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 진동부는,
    상기 수평 지지부에 설치되어 상기 수평 지지부의 길이를 가변시키는 실린더;
    를 포함하는, 분말 밀링 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지대는,
    상기 밀링 용기의 상기 밀링 공간으로 비활성 가스 또는 액체 질소를 공급할 수 있도록, 상기 수평 지지부와 상기 수직 지지부의 내부에 제 1 가스 유로가 형성되는, 분말 밀링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 지지대는,
    상기 밀링 용기를 회전 가능하게 지지하면서 상기 제 1 가스 유로를 통해 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소를 공급할 수 있도록, 상기 수평 지지부와 상기 밀링 용기의 연결부에 마그넷 베어링이 설치되는, 분말 밀링 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 수평 지지부는,
    상기 밀링 용기를 지지하는 일단에 플랜지가 형성되고,
    상기 마그넷 베어링은,
    상기 밀링 용기와 마주하는 상기 플랜지의 내측면에 형성된 링 형상의 홈부에 수용되는 자성 유체; 및
    상기 플랜지의 외측면의 상기 홈부와 대응되는 위치에 링 형상으로 형성되는 자성체;
    를 포함하는, 분말 밀링 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전 베이스는,
    상기 제 2 회전축과 동축으로 형성된 가스 유입구로부터 상기 지지대에 형성된 상기 제 1 가스 유로로 연장되게 형성되는 제 2 가스 유로가 형성되는, 분말 밀링 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가스 유입구와 연결되어 상기 제 2 가스 유로 및 상기 제 1 가스 유로를 통해서 상기 밀링 용기에 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소를 공급할 수 있도록, 상기 회전 베이스의 일측에 설치되는 가스 공급부;
    를 더 포함하는, 분말 밀링 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 밀링 용기의 상기 밀링 공간에 회전 가능하게 설치되어, 상기 밀링 공간에 수용된 상기 원료 분말 및 상기 볼을 교반시키는 회전 임펠러;
    를 더 포함하는, 분말 밀링 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 회전 임펠러는,
    상기 밀링 용기의 일측면으로부터 상기 밀링 공간 내부로 봉 형상으로 길게 연장되게 형성되는 회전 봉; 및
    상기 회전 봉의 외주면으로부터 상기 회전 봉에 수직한 방향으로 길게 연장되게 형성되는 복수개의 교반 봉;
    을 포함하는, 분말 밀링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 회전 봉은,
    상기 지지대의 상기 제 1 가스 유로와 연결되게 내부에 제 3 가스 유로가 형성되고, 상기 제 3 가스 유로를 통해 유동된 상기 비활성 가스 또는 상기 액체 질소가 상기 밀링 공간으로 분사될 수 있도록 외주면을 따라 복수의 가스 분사구가 형성되는, 분말 밀링 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 밀링 용기와 상기 회전 임펠러가 서로 반대 방향으로 회전될 수 있도록, 상기 지지대와 상기 회전 임펠러에 제어신호를 인가하는, 분말 밀링 장치.
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