KR20230098912A - 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그린 바디(green body)(52)로부터 적어도 하나의 공극(32)을 갖는 재료층(16)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 종래 기술과 비교하여 더 나은 비용 지위를 달성하기 위해, 제조 방법이 다음 단계를 포함하는 것이 제안된다: 제1 템플릿(40)의 제1 리세스(38)를 통해 적어도 하나의 결합제를 포함하는 제1 현탁액(36)을 적용하는 단계(34); 제2 템플릿(50)의 제2 리세스(48)를 통해 결합제 및 제2 재료의 고체 입자를 함유한 제2 현탁액(46)을 적용하는 단계(44); - 여기서, 제1 템플릿(40)의 제1 리세스(38)가 제2 템플릿(50)의 제2 리세스(48) 내에 완전히 포함됨에 따라, 제2 현탁액(46)이 제1 현탁액(36)을 완전히 에워쌈 - ; 현탁액(36, 46)이 포함된 그린 바디(52)를 소결하는 단계(54); - 여기서, 소결 공정에 의해 제1 현탁액(36)이 증발되어 공극(32)이 제공되고, 제2 현탁액(46)의 고체 입자의 영구적인 응집이 달성됨.

Description

적어도 하나의 공극을 갖는 재료층을 제조하는 방법
본 발명은 그린 바디(green body)로부터 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 전기 회전 기계의 회전자 또는 고정자를 위한 재료층 구조를 제조하는 방법에 관한 것이다.
전기 회전 기계에서는 와전류(eddy current)의 전파를 억제하기 위해 일반적으로 적층된 전기 철판으로 만들어진 적층 코어가 사용된다. 이러한 전기 회전 기계는 예를 들어 모터 및 발전기이다. 예를 들어 연자성 재료, 특히 철을 포함하는 전기 철판은 일반적으로 대형 압연 철판에서 절단되거나 펀칭된다. 그런 다음 상기 철판들이 패키징되어 적층 코어를 형성한다. 이러한 기존 제조 공정으로 현재 층 두께가 100㎛ 미만인 철판을 산업 규모로 생산하는 것은 불가능하다. 또한, 대형 철판에서 철판을 절단하거나 펀칭할 때 폐기물이 발생한다.
공개공보 WO 2020/011821 A1호는 재료층의 층 중심에 배치된 회전축을 중심으로 하는 회전 방향을 갖는 다이나모 전기 회전 기계의 회전자를 위한 재료층을 기술하고 있으며, 여기서는 재료층이 실질적으로 층 중심에 배치된 재료 공극을 갖고, 상기 재료층은 제1 영역을 가지며, 제1 영역은 제1 강도를 갖는 제1 재료를 갖고, 상기 재료층은 층 중심에 동심으로 배치된, 실질적으로 환형인 제2 영역을 가지며, 제2 영역은 제1 강도보다 높은 제2 강도를 갖는 제2 재료를 갖고, 제1 재료와 제2 재료는 재료 결합 방식으로 연결된다. 이 발명은 또한 재료층 구조 및 재료층 제조 방법에 관한 것이다.
공개공보 EP 3 725 435 A1호는, 제1 재료로부터 부가적으로 제1 그린 바디가 생성되고, 상기 제1 그린 바디가 제1 열처리 공정에 의해 열적으로 전처리되는 제조 방법을 기술한다. 제2 그린 바디는 제1 재료와 상이한 제2 재료로부터 부가적으로 생성된다. 열적으로 전처리된 제1 그린 바디 및 제2 그린 바디는 금속 대상물을 얻기 위해 제2 열처리 공정에 의해 함께 처리된다.
공개공보 EP 3 595 148 A1호는 0.5 내지 500㎛의 층 두께를 갖는 재료층을 제조하는 방법을 기술하며, 이 방법은 다음 단계들을 포함한다: 적어도 하나의 결합제 및 고체 입자를 함유한 현탁액을 템플릿을 통해 베이스면에 적용하여 그린 바디를 얻는 단계, 특히 탈지(debinding)에 의해 상기 그린 바디로부터 결합제를 밖으로 몰아내는 단계, 가열 및/또는 압축에 의해, 특히 소결에 의해 고체 입자의 영구적인 응집을 제공하는 단계.
공개공보 DE 10 2011 109 129 A1호는 고정자와 회전자 및/또는 전기 코일을 갖는 전기 에너지 변환기를 기술한다. 회전자 및/또는 고정자 및/또는 적어도 하나의 전기 코일은 3차원 모놀리식 요소로서 구성되고, 서로 소결된 전기 전도성, 자기 전도성, 자기 비전도성, 전기 비전도성, 자성 및/또는 자화 가능 재료로 형성된다.
재료층 내에 적어도 하나의 리세스를 인쇄하려면 예를 들어 스크린(screen)로서 구현된 복잡한 구조의 템플릿이 필요하다. 이러한 유형의 템플릿은 비싸고 제조하기가 복잡하다.
따라서, 본 발명의 과제는 종래 기술에 비해 더 비용 효율적인, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층을 제조하는 방법을 제시하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 그린 바디로부터 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층을 제조하는, 하기의 단계를 포함하는 방법에 의해 해결된다: 제1 템플릿의 제1 리세스를 통해 적어도 하나의 결합제를 포함하는 제1 현탁액을 적용하는 단계; 제2 템플릿의 제2 리세스를 통해 결합제 및 제2 재료의 고체 입자를 함유한 제2 현탁액을 적용하는 단계; - 여기서, 제1 템플릿의 제1 리세스가 제2 템플릿의 제2 리세스 내에 완전히 포함됨에 따라, 제2 현탁액이 제1 현탁액의 면적을 완전히 에워쌈 -; 현탁액이 포함된 그린 바디를 소결하는 단계; - 여기서, 소결 공정에 의해 제1 현탁액이 증발되어 공극이 제공되고, 제2 현탁액의 고체 입자의 영구적인 응집이 달성됨.
또한, 상기 과제는 본 발명에 따라, 재료층의 제조를 포함하는, 전기 회전 기계의 회전자 또는 고정자를 위한 재료층 구조를 제조하는 방법에 의해 해결되며, 재료층 중 적어도 하나가 전술한 방법에 따라 제조되고 재료층은 서로 적층식으로 배열된다.
재료층을 제조하는 방법과 관련하여 이하에 설명되는 장점 및 바람직한 실시예는 재료층 구조를 제조하는 방법에 준용될 수 있다.
본 발명은, 비용 효율적이고 간단한 템플릿을 사용하는 개선된 실크 스크린 인쇄법에 의해, 예를 들어 전기 회전 기계용 적층 코어에 사용될 수 있는 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층을 제조하는 개념에 기초한다. 스크린 인쇄는, 재료층에 현탁액을 적용하기 위한 각각 하나의 리세스를 가진 적어도 2개의 템플릿으로 수행된다. 먼저, 적어도 하나의 결합제를 포함하는 제1 현탁액의 적용이 수행된다. 제1 현탁액은 플레이스 홀더 재료(place holder material)로서 작용하며, 예를 들어 결합제 중합체(binder polymer), 특히 유기 결합제 중합체를 함유한다. 선택적으로 제1 현탁액은, 저온, 예컨대 100℃ 내지 250℃에서 분열될 수 있고 그에 따라 증발될 수 있는, 예를 들어 유기 중합체로부터 생성된 제1 재료의 고체 입자를 추가로 함유한다. 대안적으로, 제1 현탁액의 제1 재료는 적어도 잘 소결되지 않는 재료, 예를 들어 흑연 분말, 이트륨 산화물, AlN, YAG 또는 산화마그네슘으로부터 생성되며, 적어도 잘 소결되지 않는 상기 재료는 결합제의 제거에 의해 증발될 수 있는데, 그 이유는 적어도 잘 소결되지 않는 고체 입자의 영구적인 응집이 형성될 수 없기 때문이다. 그 다음 단계에서, 결합제 및 제2 재료의 고체 입자를 함유한 제2 현탁액의 적용이 수행된다. 제2 재료로부터 생성된 제2 현탁액의 고체 입자는 예를 들어 강자성 물질, 특히 철 또는 자성 철 합금을 함유한다.
제1 현탁액은 제1 템플릿의 제1 리세스를 통해 적용되는 반면, 제2 현탁액은 제2 템플릿의 제2 리세스를 통해 적용된다. 제1 템플릿의 제1 리세스가 제2 템플릿의 제2 리세스 내에 완전히 포함됨에 따라, 제2 현탁액이 제1 현탁액을 완전히 에워싼다. 제1 템플릿의 제1 리세스가 제2 템플릿의 제2 리세스 내에 완전히 포함된다는 말은, 제1 리세스의 면적이 완전히 제2 리세스 내에 놓여 있음을 의미한다. 특히, 각각의 템플릿은 인쇄할 재료층마다 단일 리세스를 갖는다. 하나의 베이스면 상에 복수의, 특히 동일한 재료층이 복수의, 특히 동일한 리세스를 갖는 각각 하나의 템플릿에 의해 동시에 인쇄될 수 있다.
그 다음 단계에서, 현탁액이 포함된 그린 바디의 소결이 수행되며, 여기서는 소결 공정에 의해 제1 현탁액이 증발되고, 제2 현탁액의 고체 입자의 영구적인 응집이 달성된다. 이러한 맥락에서, 소결은 특히, 제1 현탁액의 결합제 및 경우에 따라 추가의 휘발성 성분을 제거하기 위한 탈지 공정 및 그에 후속하는 실질적인 소결 공정을 포함한다. 탈지 공정은 예를 들어 300℃ 내지 600℃의 온도에서 실시되는 반면, 실질적인 소결 공정은 예를 들어 700℃ 내지 1350℃의 온도에서 수행된다.
이러한 유형의 인쇄 방법을 통해, 제조가 간단하고 그에 따라 비용 효율적인 템플릿이 사용될 수 있다. 추가 템플릿을 추가함으로써 복수의 재료로 구성된 재료층을 간단하게 비용 효율적으로 제조할 수 있다.
또 다른 한 실시예에서는, 그린 바디가 특히 제1 현탁액의 적용 단계 이후에 그리고/또는 제2 현탁액의 적용 단계 이후에, 특히 상기 단계 직후에, 열 공급을 통해 건조된다. 건조는 예를 들어 가열 램프에 의해 수행된다. 예를 들어, 개별 인쇄 단계 사이에는 예를 들어 최대 60초간 지속되는 짧은 건조가 수행되는 한편, 현탁액의 적용 단계 후에는 예를 들어 최대 60분간 지속되는 더 긴 건조 단계가 수행된다. 특히, 상기 유형의 짧은 건조 시간에 의해서는 새로 적용된 현탁액이 고착되어 후속 인쇄 단계에서 번짐이 방지되는 한편, 마지막의 더 긴 건조 단계에 의해서는 예를 들어 남아 있을 수 있는 용제가 모두 제거된다.
또 다른 실시예에서는, 제1 템플릿이 실질적으로 원형인 리세스를 가지며, 이 경우 소결 시 제1 현탁액의 증발에 의해 재료층에 실질적으로 원형인 공극이 제공된다. 이러한 실질적으로 원형인 리세스는 예를 들어 샤프트를 수용하기에 적합하다. 증발하는 현탁액에 의한 리세스의 생성은 예를 들어 샤프트의 수용 시 높은 정확도 및 그에 따른 정확한 끼워맞춤을 가능케 한다.
또 다른 한 실시예에서는, 제1 현탁액이 제1 템플릿을 통해 적용되는 것보다 더 두껍게 제2 현탁액이 제2 템플릿을 통해 적용된다. 특히, 베이스면으로부터 기존 인쇄 이미지가 벗겨지지 않도록 하기 위해, 템플릿의 높이는 부분 인쇄 과정에서 연속적으로, 예를 들어 1% 내지 10%의 범위 내에서, 특히 1% 내지 5%의 범위 내에서, 증가한다.
또 다른 실시예에서는, 소결 전에 현탁액의 일부가 특히 그린 바디가 얹혀 있는 평평한 베이스면에 대해 평행하게 절삭된다. 예를 들어, 그린 바디의 상부 영역이 절삭 방법에 의해 제거된다. 상부 영역은 예를 들어 그린 바디의 총 두께의 최대 20%, 특히 최대 50%이다. 절삭 방법은 예를 들어 열 톱질(thermal sawing)이라고도 하는 열선 절단, 건식 연삭, 바이브라토미(vibratomy)라고도 하는 진동 절삭, 또는 동결 절단(freeze cutting)에 의해 구현된다. 대안적으로, 절삭은 가열된 계단식 "닥터 블레이드(doctor blades)"를 이용하거나 "용해 후 스트립핑"을 통해 수행된다. 상기 절삭, 특히 평행 절삭을 통해 매우 얇은 층 두께가 달성될 수 있다.
또 다른 한 실시예에서는, 제2 재료가 자성 금속 재료, 특히 자성 철 또는 자성 철 합금을 함유한다. 경험에 따르면 이러한 재료는 특히 소결에 특히 유리한 것으로 입증되었다.
또 다른 한 실시예에서는, 방법이 다음의 추가 단계를 포함한다: 제2 현탁액의 적용 단계 후, 제3 템플릿의 제3 리세스를 통해 제1 현탁액을 재적용하는 단계; - 여기서, 제2 템플릿의 제2 리세스가 적어도 부분적으로 제3 템플릿의 제3 리세스 내에 포함됨에 따라, 제3 템플릿에 의해 적용된 제1 현탁액이 제2 템플릿에 의해 적용된 제2 현탁액을 적어도 부분적으로 에워쌈 -; 제5 템플릿의 제5 리세스를 통해 제2 현탁액을 재적용하는 단계; - 여기서, 제3 템플릿의 제3 리세스가 적어도 부분적으로 제5 템플릿의 제5 리세스 내에 포함됨에 따라, 제5 템플릿에 의해 적용된 제2 현탁액이 제3 템플릿에 의해 적용된 제1 현탁액을 적어도 부분적으로 에워쌈. 이러한 유형의 인쇄 방법을 통해, 제조가 간단하고 그에 따라 비용 효율적인 템플릿이 사용될 수 있다.
또 다른 한 실시예에서는, 제1 현탁액의 증발에 의해 공극 주위에 동심으로 배열된 추가 공극들이 형성되도록 제3 템플릿이 구현된다. 이러한 추가 공극들 내에는 예를 들어 동기식 기계로서의 작동을 위한 영구 자석 또는 비동기 기계로서의 작동을 위한 농형 바아(squirrel cage bar)가 배치될 수 있다. 이러한 인쇄 방법을 통해, 예를 들어 다양한 회전자 구조를 위한 재료층이 유연하게 부가적으로 제조될 수 있다.
또 다른 한 실시예에서는, 방법이 다음의 추가 단계를 포함한다: 제4 템플릿의 제4 리세스를 통해 제1 현탁액을 재적용하는 단계 후, 결합제 및 제3 재료의 고체 입자를 함유한 제3 현탁액을 적용하는 단계; - 여기서, 제3 재료는 제2 재료와 상이하고, 제4 템플릿의 제4 리세스가 적어도 부분적으로 제3 템플릿의 제3 리세스 내에 포함됨에 따라, 제4 템플릿에 의해 적용된 제3 현탁액이 제3 템플릿에 의해 적용된 제1 현탁액을 적어도 부분적으로 에워쌈 -; 상기 현탁액이 포함된 그린 바디를 소결하는 단계; - 여기서, 소결 공정에 의해 제2 현탁액 및 제3 현탁액의 고체 입자의 영구적인 응집이 달성되고, 제2 현탁액의 고체 입자를 갖는 영역과 그에 인접하는, 제3 현탁액의 고체 입자를 갖는 영역은 재료 결합 방식으로 연결됨. 예를 들어, 제2 및 제3 재료는 전기 전도도 및/또는 열 전도도 및/또는 자기 특성이 서로 상이한 금속 재료로 구현된다. 이러한 재료 결합식 연결을 통해 재료층 내에서 높은 기계적 안정성이 달성된다. 템플릿을 추가함으로써 복수의 재료로 구성된 재료층을 간단하게 비용 효율적으로 제조할 수 있다.
또 다른 한 실시예에서는, 제3 재료가 비자성 금속 재료, 특히 비자성 철 또는 비자성 철 합금을 함유한다. 예를 들어, 제3 재료는 오스테나이트를 포함한다. 특히 제3 재료는 적층 회전자 코어에서 사용될 때, 예를 들어 추가 공극들 내에 배치된 영구 자석들 간의 자기 단락을 방지하기 위해, 재료층 내에 배치된다. 이러한 유형의 방법으로 복수의 서로 다른 재료로 구성된 재료층을 간단하게 비용 효율적으로 제조할 수 있다.
또 다른 한 실시예에서는, 10㎛ 내지 300㎛, 특히 10㎛ 내지 100㎛의 층 두께를 갖는 재료층이 제조된다. 이러한 층 두께에서는, 예를 들어 회전 전기 기계에 사용될 때, 충분한 와전류 억제가 달성된다.
또 다른 한 실시예에서는, 층의 적어도 한쪽 면에 전기 절연 코팅이 적용된다. 이러한 절연 코팅은 예를 들어 양극 산화(anodization)에 의해, 즉, 제어된 산화적 전환(oxidative conversion)에 의해 생성되며, 상기 절연 코팅에 의해 하나의 재료층으로부터 다른 재료층으로의 전류 전도가 방지된다.
또 다른 한 실시예에서는, 층의 적어도 한쪽 면에 전기 절연 래커가 적용된다. 래커, 특히 소성 래커(baked lacquer)는 우수한 절연 특성을 가지며 얇게 적용될 수 있어, 높은 적층 계수(stacking factor)가 달성될 수 있다.
본 발명은 하기에서 도면에 예시된 실시예를 참고로 더 상세히 설명된다.
도 1은 전기 회전 기계의 개략적 단면도이다.
도 2는 재료층의 제1 실시예의 개략도이다.
도 3은 재료층을 제조하기 위한 제1 방법의 개략도이다.
도 4는 재료층의 제2 실시예의 개략도이다.
도 5는 재료층을 제조하기 위한 제2 방법의 개략도이다.
하기에 설명되는 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예이다. 실시예에서, 기술된 실시예의 구성 요소는 각각 서로 독립적으로 고려될 본 발명의 개별 특징을 나타내고, 이들 특징은 또한 각각 서로 독립적으로 본 발명을 개선하며, 그럼으로써 개별적으로도 또는 도시된 것과 달리 조합되어서도 본 발명의 구성 요소로서 간주되어야 한다. 또한, 기술된 실시예는 전술한 본 발명의 특징의 추가 특징에 의해서도 보완될 수 있다.
동일한 참조 부호는 상이한 도면에서 동일한 의미를 갖는다.
도 1은 전기 회전 기계(2)의 개략적 단면도를 도시한다. 모터 및/또는 발전기로 구성될 수 있는 전기 회전 기계(2)는 회전축(4)을 중심으로 회전할 수 있는 회전자(6)와 고정자(8)를 가지며, 고정자(8)는 예를 들어 반경 방향으로 회전자(6)의 외부에 배치된다. 회전축(4)은 축방향, 반경 방향 및 주연 방향을 정의한다. 회전자(6)와 고정자(8) 사이에는 특히 에어 갭으로 구현된 유체 갭(10)이 형성된다.
회전자(6)는 샤프트(12)와 회전자 적층 코어(14)를 가지며, 회전자 적층 코어(14)는 샤프트(12)와 일체로 회전 가능하게 연결된다. 회전자 적층 코어(14)는, 서로 전기적으로 절연되고 10㎛ 내지 300㎛, 특히 10㎛ 내지 100㎛의 범위의 제1 층 두께(d1)를 가지며 강자성 재료, 예를 들어 철 또는 철 합금으로 제조된 복수의 적층 재료층(16)을 포함한다. 또한, 회전자(6)는 동기 기계로서의 작동을 위해 적층 회전자 코어(14)에 연결된 복수의 영구 자석(18)을 포함한다. 회전자(6)는, 특히 영구 자석(18) 대신에, 비동기식 기계 또는 여자 권선으로서의 작동을 위한 농형 케이지(squirrel cage)를 가질 수 있다. 회전자(6)의 샤프트(12)는 베어링(20)을 통해 회전 가능하게 배치된다.
고정자(8)는 고정자 권선(24)이 수용되어 있는 고정자 적층 코어(22)를 포함한다. 고정자 적층 코어(22)는, 서로 전기적으로 절연되고 10㎛ 내지 300㎛, 특히 10㎛ 내지 100㎛의 범위의 제2 층 두께(d2)를 가지며 강자성 재료, 예를 들어 철 또는 철 합금으로 제조된 복수의 적층 재료층(16)을 포함한다. 회전자(6)와 고정자(8)는 하나의 폐쇄된 하우징(26) 내에 수용된다.
도 2는, 10㎛ 내지 300㎛, 특히 10㎛ 내지 100㎛ 범위의 층 두께(d)를 가지며, 소결 공정이 후속되는 스크린 인쇄에 의해 제조된 재료층(16)의 제1 실시예의 개략도를 도시한다. 도 2의 재료층(16)은 회전자 적층 코어(14) 또는 고정자 적층 코어(22)용으로 구성될 수 있고, 적어도 8MS/m의 전기 전도도를 갖는 강자성 재료, 예를 들어 철 또는 철 합금으로 제조된다. 재료층(16)의 층의 한쪽 면(28)은, 예를 들어 적층 코어(14, 22)에 사용될 때 적층된 재료층(16)을 서로 전기적으로 절연시키는 데 적합한 전기 절연 코팅(30)을 갖는다. 전기 절연 코팅(30)은 예를 들어 전기 절연 래커, 특히 소성 래커로 제조된다. 또한, 전기 절연 코팅(30)은 최대 1㎛의 층 두께(s)를 갖는다. 또한, 재료층(16)은 무게 중심(S)에 예를 들어 샤프트(12)를 수용하기에 적합한, 실질적으로 원형인 공극(32)을 갖는다. 특히, 재료층(16)은 무게 중심(S)에 대해 회전 대칭으로 형성된다. 선택적으로 재료층(16)은, 예를 들어 페더 키(feather key)를 수용하기 위한 홈으로서 구현된, 상기 유형의 샤프트(12)의 형상 결합식 연결을 위한 수단을 포함한다. 도 2의 재료층(16)의 추가 실시예는 도 1의 재료층에 상응한다.
도 3은 실질적으로 원형인 공극(32)을 갖는 재료층(16)을 제조하기 위한 제1 방법의 개략도를 도시한다. 예로서, 도 2의 재료층(16)의 제1 실시예가 제조된다. 제조 방법은, 제1 템플릿(40)의 원형의 제1 리세스(38)를 통해 적어도 하나의 결합제를 포함하는 제1 현탁액(36)을 평평한 베이스면(42) 상에 적용하는 단계(34)를 포함한다. 제1 현탁액(36)의 적용 단계(34) 후에, 제1 현탁액(36)을 고정하여 후속 단계에서의 번짐을 방지하기 위해, 예를 들어 최대 60초간 지속되는 짧은 건조가 수행된다. 건조는 예를 들어 열 공급을 통해, 특히 가열 램프에 의해 수행된다.
제조 방법은, 제1 현탁액(36)의 적용 단계(34) 및 제1 현탁액(36)의 짧은 건조 후에, 결합제 및 제2 물질의 고체 입자를 함유한 제2 현탁액(46)을 적용하는 단계(44)를 포함한다. 제2 현탁액(46)을 적용하는 단계(44)는, 제2 템플릿(50)의, 예를 들어 원형의, 제2 리세스(48)를 통해 수행되며, 이때 제1 템플릿(40)의 제1 리세스(38)가 제2 템플릿(50)의 제2 리세스(48) 내에 완전히 포함됨에 따라, 제2 현탁액(46)이 제1 현탁액(36)을 완전히 에워싼다.
제1 현탁액(36)은 플레이스 홀더 재료로서 작용하며, 예를 들어 결합제 중합체, 특히 유기 결합제 중합체를 함유한다. 선택적으로 제1 현탁액은, 예를 들어 유기 중합체로부터 생성된 제1 재료로 된 고체 입자를 추가로 함유한다. 이러한 중합체는 특히 저온, 예를 들어 100℃ 내지 250℃에서 열처리에 의해 분열될 수 있고, 그럼으로써 완전히 제거될 수 있다. 대안적으로, 제1 현탁액(36)의 제1 재료는 적어도 잘 소결되지 않는 재료, 예를 들어 흑연 분말, 이트륨 산화물, AlN, YAG 또는 산화마그네슘으로서 구현되며, 적어도 잘 소결되지 않는 상기 재료는 결합제의 제거에 의해 증발될 수 있는데, 그 이유는 적어도 잘 소결되지 않는 고체 입자의 영구적인 응집이 형성될 수 없기 때문이다. 제2 재료로부터 생성된 제2 현탁액(46)의 고체 입자는 예를 들어 강자성 물질, 특히 철 또는 자성 철 합금을 함유한다. 제2 현탁액(46)의 적용 단계(44) 후에, 남아 있는 용제를 제거하고 현탁액(36, 46)을 고정하며 그린 바디(52)를 얻기 위해, 예를 들어 최대 60분간 지속되는 더 긴 건조 단계가 수행된다.
그 다음 단계에서, 실질적으로 원형인 공극(32)을 갖는 재료층(16)을 얻기 위해, 현탁액(36, 46)이 포함된 그린 바디(52)를 소결하는 단계(54)가 수행되며, 여기서 소결 공정에 의해 제1 현탁액(36)이 증발되고, 제2 현탁액(46)의 고체 입자의 영구적인 응집이 달성된다. 이러한 맥락에서, 소결은 특히, 예컨대 제1 현탁액(36)의 결합제 및 경우에 따라 추가의 휘발성 성분을 제거하기 위한 탈지 공정 및 그에 후속하는 실질적인 소결 공정을 포함한다. 탈지 공정은 예를 들어 300℃ 내지 600℃의 온도에서 실시되는 반면, 실질적인 소결 공정은 예를 들어 700℃ 내지 1350℃의 온도에서 수행된다. 탈지 공정은 예를 들어 300℃ 내지 600℃의 온도에서 실시되는 반면, 실질적인 소결 공정은 예를 들어 700℃ 내지 1350℃의 온도에서 수행된다.
특히, 제1 현탁액(36)이 제1 템플릿(40)을 통해 적용되는 것보다 더 두껍게 제2 현탁액(46)이 제2 템플릿(50)을 통해 적용되며, 제2 템플릿(50)이 제1 템플릿(40)보다 더 높게 구현된다. 예를 들어, 평평한 베이스면(42)으로부터 제1 현탁액(36)이 벗겨지는 것을 방지하기 위해, 제2 템플릿(50)은 1% 내지 10%의 범위, 특히 1% 내지 5%의 범위 내에서 제1 템플릿(40)보다 더 높다. 예를 들어, 소결(54) 전에 현탁액(36,　46)의 일부가 특히 그린 바디(52)가 얹혀 있는 평평한 베이스면(42)에 대해 평행하게 절삭된다. 특히, 그린 바디(52)의 상부 영역이 절삭 방법에 의해 제거된다. 상부 영역은 예를 들어 그린 바디(52)의 총 두께의 최대 20%, 특히 최대 50%이다. 절삭 방법은 예를 들어 열 톱질(thermal sawing)이라고도 하는 열선 절단, 건식 연삭, 바이브라토미(vibratomy)라고도 하는 진동 절삭, 또는 동결 절단(freeze cutting)에 의해 구현된다. 대안적으로, 연질 엘라스토머 그린 바디(52)의 절삭은 가열된 계단식 "닥터 블레이드"를 이용하거나 "용해 후 스트립핑"을 통해 수행된다.
베이스면(42) 상에 복수의, 특히 동일한 재료층(16)이 복수의, 특히 동일한 리세스(38,　48)를 갖는 각각 하나의 템플릿(40,　50)에 의해 동시에 인쇄될 수 있다. 동시에 인쇄된, 특히 동일한 재료층(16)을 갖는 이러한 배열을 멀티플-업 인쇄(multiple-up printing)라고 한다. 특히, 각각의 템플릿(40, 50)은 재료층(16)마다 원주 윤곽을 갖는 하나의 단일 리세스(38, 48)를 갖는다.
도 4는 실질적으로 원형인 공극(32)을 갖는 재료층(16)의 제2 실시예의 개략도를 도시하며, 여기서 실질적으로 원형인 공극(32)의 외부 윤곽(56)은 재료층(16)의 무게 중심(S) 주위에 등거리로 연장되도록 배치된다. 재료층(16)은 회전자 적층 코어(14)용으로 구성되고, 금속, 특히 철계 재료로 제조된다. 또한, 공극(32) 주위에 예를 들어 4개의 추가 공극(58)이 동심으로 배열되며, 이들 추가 공극(58)은 예를 들어 영구 자석을 수용하도록 구성된다. 이들 추가 공극(58) 사이에 예를 들어 4개의 비자성 영역(60)이 마찬가지로 공극(32) 주위에 동심으로 배열된다. 비자성 영역(60)은, 추가 공극(58) 내에 배치된 영구 자석들 간의 자기 단락을 방지하기 위해, 추가 공극(58)을 서로 분리한다. 재료층(16)의 비자성 영역(60)은 비자성 금속 재료, 특히 비자성 철 합금, 예를 들어 오스테나이트로 제조된다. 도 4의 재료층(16)의 추가 실시예는 도 2의 재료층에 상응한다.
도 5는 재료층(16)을 제조하기 위한 제2 방법의 개략도이다. 예로서, 도 4의 재료층(16)의 제2 실시예가 제조된다. 제1 현탁액(36)의 적용 단계(34) 및 제2 현탁액(46)의 적용 단계(44)는 도 3의 제조 방법과 유사하게 수행된다. 도 5의 제조 방법은, 제2 현탁액(46)의 적용 단계(44) 및 이에 후속하는 짧은, 예를 들어 60초간 지속되는 건조 후에, 제1 현탁액(36)을 재적용하는 단계(62)를 포함한다. 제1 현탁액(36)을 재적용하는 단계(62)는 제3 템플릿(66)의 제3 개구(64)를 통해 수행되며, 여기서 제2 템플릿(50)의 제2 개구(48)가 적어도 부분적으로 제3 템플릿(66)의 제3 개구(64) 내에 포함됨에 따라, 제3 템플릿(66)에 의해 적용된 제1 현탁액(36)이 제2 템플릿(50)에 의해 적용된 제2 현탁액(46)을 적어도 부분적으로 에워싼다. 제3 템플릿(66)은, 제1 현탁액(36)의 제1 재료의 고체 입자의 증발에 의해, 공극(32) 주위에 동심으로 배열된, 예를 들어 영구 자석을 수용하기 위해 제공된 추가 공극(58)이 형성되도록 구현된다.
도 5의 제조 방법은, 제1 현탁액(36)의 재적용 단계(62) 및 이에 후속하는 짧은, 예를 들어 60초간 지속되는 건조 후에, 결합제 및 제3 재료의 고체 입자를 함유한 제3 현탁액(70)을 적용하는 단계(68)를 포함한다. 제3 현탁액(70)의 적용 단계(68)는 제4 템플릿(74)의 제4 리세스(72)를 통해 수행되며, 여기서 제3 재료는 제2 재료와 상이하다. 특히, 제3 재료는 비자성 금속 재료, 특히 비자성 철 합금, 예를 들어 오스테나이트이다. 제4 템플릿(74)의 제4 리세스(72)가 부분적으로 제3 템플릿(66)의 제3 리세스(64) 내에 포함됨에 따라, 제4 템플릿(74)에 의해 적용된 제3 현탁액(70)이 제3 템플릿(66)에 의해 적용된 제1 현탁액(36)을 부분적으로 에워싼다. 특히, 제4 템플릿(74)에 의해 적용된 제3 현탁액(70)은 제3 템플릿(66)에 의해 적용된 제1 현탁액(36) 및 제2 템플릿(48)에 의해 적용된 제2 현탁액(46)과 접촉한다.
또한, 도 5의 제조 방법은, 제3 현탁액(70)의 적용 단계(68) 및 이에 후속하는 짧은, 예를 들어 60초간 지속되는 건조 후에, 제5 템플릿(80)의 제5 리세스(78)를 통해 제2 현탁액(46)을 재적용하는 단계(76)를 포함한다. 제4 템플릿(74)의 제4 리세스(72)가 부분적으로 제5 템플릿(80)의 제5 리세스(78) 내에 포함됨에 따라, 제5 템플릿(80)에 의해 적용된 제2 현탁액(46)이 제4 템플릿(74)에 의해 적용된 제3 현탁액(70)을 부분적으로 에워싼다. 특히, 제5 템플릿(80)에 의해 적용된 제2 현탁액(46)은 제4 템플릿(74)에 의해 적용된 제3 현탁액(70) 및 제3 템플릿(66)에 의해 적용된 제1 현탁액(36)과 접촉한다. 제5 템플릿(80)에 의한 제2 현탁액(46)의 재적용 단계(76) 후에, 남아 있는 용제를 제거하고 현탁액(36, 46, 70)을 고정하며 그린 바디(52)를 얻기 위해, 예를 들어 최대 60분간 지속되는 더 긴 건조 단계가 수행된다.
이어서 도 4에 기술된 재료층(16)을 얻기 위해 현탁액(36, 46, 70)을 함유하는 그린 바디(52)의 소결 단계(54)가 수행되며, 여기서 소결 공정에 의해 제1 현탁액(36)이 증발되고, 제2 현탁액(46) 및 제3 현탁액(70)의 고체 입자의 영구적인 응집이 달성된다. 또한, 상기 소결 공정에 의해 제2 현탁액(46)의 고체 입자를 갖는 영역과 그에 인접하는, 제3 현탁액(70)의 고체 입자를 갖는 영역이 재료 결합 방식으로 연결된다. 도 5의 제조 방법의 추가 실시예는 도 3의 제조 방법에 상응한다.
대안적으로, 도 5에 기술된 제조 방법에 의해 농형 회전자의 바아를 수용하도록 구성된 추가 공극(58)을 갖는 재료층(16)이 제조된다. 이러한 농형 회전자용 재료층(16)의 제조 시, 제3 현탁액(70)의 적용 단계(68)가 생략될 수 있으며, 이 경우 제2 현탁액(46)의 재적용 단계(76)가 제1 현탁액(36)의 재적용 단계(62)에 후속된다.
요약하면, 본 발명은 그린 바디(52)로부터 적어도 하나의 공극(32)을 갖는 재료층(16)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 종래 기술과 비교하여 더 나은 비용 지위를 달성하기 위해, 제조 방법이 다음 단계를 포함하는 것이 제안된다: 제1 템플릿(40)의 제1 리세스(38)를 통해 적어도 하나의 결합제를 포함하는 제1 현탁액(36)을 적용하는 단계(34); 제2 템플릿(50)의 제2 리세스(48)를 통해 결합제 및 제2 재료의 고체 입자를 함유한 제2 현탁액(46)을 적용하는 단계(44); - 여기서 제1 템플릿(40)의 제1 리세스(38)가 제2 템플릿(50)의 제2 리세스(48) 내에 완전히 포함됨에 따라, 제2 현탁액(46)이 제1 현탁액(36)을 완전히 에워쌈 -; 현탁액(36, 46)이 포함된 그린 바디(52)를 소결하는 단계(54); - 여기서, 소결 공정에 의해 제1 현탁액(36)이 증발되고, 제2 현탁액(46)의 고체 입자의 영구적인 응집이 달성됨.

Claims (14)

  1. 그린 바디(52)로부터 적어도 하나의 공극(32)을 갖는 재료층(16)을 제조하는 방법이, 하기의 단계:
    Figure pct00001
    제1 템플릿(40)의 제1 리세스(38)를 통해 적어도 하나의 결합제를 포함하는 제1 현탁액(36)을 적용하는 단계(34);
    Figure pct00002
    제2 템플릿(50)의 제2 리세스(48)를 통해 결합제 및 제2 재료의 고체 입자를 함유한 제2 현탁액(46)을 적용하는 단계(44); - 여기서, 제1 템플릿(40)의 제1 리세스(38)가 제2 템플릿(50)의 제2 리세스(48) 내에 완전히 포함됨에 따라, 제2 현탁액(46)이 제1 현탁액(36)을 완전히 에워쌈 -;
    Figure pct00003
    현탁액(36, 46)이 포함된 그린 바디(52)를 소결하는 단계(54); - 여기서, 소결 공정에 의해 제1 현탁액(36)이 증발되어 공극(32)이 제공되고, 제2 현탁액(46)의 고체 입자의 영구적인 응집이 달성됨 -;
    를 포함하는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 그린 바디(52)가 제1 현탁액(36)의 적용 단계(34) 이후에 그리고/또는 제2 현탁액(46)의 적용 단계(44) 이후에, 특히 상기 단계 직후에, 열공급에 의해 건조되는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 템플릿(40)은 실질적으로 원형인 리세스(38)를 가지며,
    소결 단계(54)에서 제1 현탁액(36)의 증발에 의해 재료층(16)에 실질적으로 원형인 공극(32)이 제공되는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 현탁액(36)이 제1 템플릿(40)을 통해 적용되는 것보다 더 두껍게 제2 현탁액(50)이 제2 템플릿(46)을 통해 적용되는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소결 전에 현탁액(36,　46)의 일부가 특히 그린 바디(52)가 얹혀 있는 평평한 베이스면(42)에 대해 평행하게 절삭되는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 재료가 자성 금속 재료, 특히 자성 철 또는 자성 철 합금을 함유하는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 하기의 추가 단계:
    Figure pct00004
    제2 현탁액(46)의 적용 단계(44) 후에 제3 템플릿(66)의 제3 리세스(64)를 통해 제1 현탁액(36)을 재적용하는 단계(62); - 여기서, 제2 템플릿(50)의 제2 리세스(48)가 적어도 부분적으로 제3 템플릿(66)의 제3 리세스(64) 내에 포함됨에 따라, 제3 템플릿(66)에 의해 적용된 제1 현탁액(36)이 제2 템플릿(50)에 의해 적용된 제2 현탁액(46)을 적어도 부분적으로 에워쌈 -;
    Figure pct00005
    제5 템플릿(80)의 제5 리세스(78)를 통해 제2 현탁액(46)을 재적용하는 단계(76); - 여기서, 제3 템플릿(66)의 제3 리세스(64)가 적어도 부분적으로 제5 템플릿(78)의 제5 리세스(80) 내에 포함됨에 따라, 제5 템플릿(80)에 의해 적용된 제2 현탁액(46)이 제3 템플릿(66)에 의해 적용된 제1 현탁액(36)을 적어도 부분적으로 에워쌈 -;
    를 포함하는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 제3 템플릿(66)은, 제1 현탁액(36)의 증발에 의해 공극(32) 주위에 동심으로 배열된 추가 공극(58)들이 형성되도록 구현되는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 하기의 추가 단계:
    Figure pct00006
    제4 템플릿(74)의 제4 리세스(72)를 통해 제1 현탁액(36)을 재적용하는 단계(62) 이후에, 결합제 및 제3 재료의 고체 입자를 함유한 제3 현탁액(70)을 적용하는 단계; - 여기서, 제3 재료는 제2 재료와 상이하고, 제4 템플릿(74)의 제4 리세스(72)가 적어도 부분적으로 제3 템플릿(66)의 제3 리세스(64) 내에 포함됨에 따라, 제4 템플릿(74)에 의해 적용된 제3 현탁액(70)이 제3 템플릿(66)에 의해 적용된 제1 현탁액(36)을 적어도 부분적으로 에워쌈 -;
    Figure pct00007
    현탁액(36, 46, 70)이 포함된 그린 바디(52)를 소결하는 단계(54); - 여기서, 소결 공정에 의해 제2 현탁액(46) 및 제3 현탁액(70)의 고체 입자의 영구적인 응집이 달성되고, 제2 현탁액(46)의 고체 입자를 갖는 영역과 그에 인접하는, 제3 현탁액(70)의 고체 입자를 갖는 영역이 재료 결합 방식으로 연결됨 -;
    를 포함하는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 재료가 비자성 금속 재료, 특히 비자성 철 또는 비자성 철 합금을 함유하는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 10㎛ 내지 300㎛, 특히 10㎛ 내지 100㎛의 층 두께(d)를 갖는 재료층(16)이 제조되는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 층의 적어도 한쪽 면(28)에 전기 절연 코팅(30)이 적용되는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 층의 적어도 한쪽 면(28)에 전기 절연 래커가 적용되는, 적어도 하나의 공극을 갖는 재료층의 제조 방법.
  14. 재료층(16)의 제조를 포함하는, 전기 회전 기계(2)의 회전자(6) 또는 고정자(8)를 위한 재료층 구조를 제조하는 방법이며,
    재료층(16) 중 적어도 하나는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따라 제조되며,
    재료층(16)은 서로 적층식으로 배열되는, 재료층 구조의 제조 방법.
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