KR20230162084A - 구상화 구리 또는 다른 금속 분말의 마이크로파 플라즈마 처리 - Google Patents

구상화 구리 또는 다른 금속 분말의 마이크로파 플라즈마 처리 Download PDF

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6케이 인크.
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Abstract

마이크로파 플라즈마 처리를 사용하는 구상화 금속 또는 금속 합금 분말의 합성을 위한 방법 및 시스템이 본원에 개시된다. 일부 실시양태에서, 금속 또는 금속 합금은 금속 또는 금속 합금의 기계-가공이 어렵거나 불가능하도록 고도로 연성, 연질, 및/또는 가단성 금속 또는 금속 합금을 포함한다. 일부 실시양태에서, 휘발성 물질은 공급원료의 기계-가공 및 전처리를 가능하게 하기 위해 금속 또는 금속 합금 공급원료 내에 분산된다. 일부 실시양태에서, 분산된 휘발성 물질은 고도의 연성, 연질, 및/또는 가단성으로 인해 기계-가공하기 어려운 금속 또는 금속 합금이 전처리 단계에서 쉽게 기계-가공되도록, 공급원료의 물리적 특성을 변경한다. 일부 실시양태에서, 전처리된 공급원료는 플라즈마 처리 장치로 공급될 수 있다. 일부 실시양태에서, 공급원료 물질 내에 분산된 휘발성 물질은 마이크로파 플라즈마 장치에 노출 시 증발될 수 있다.

Description

구상화 구리 또는 다른 금속 분말의 마이크로파 플라즈마 처리
임의의 선출원에 대한 참조 포함
본 출원은 35 U.S.C. §119(e)에 따라 2022년 3월 31일에 출원된 미국 가출원 번호 63/200,848의 우선권을 주장하고, 이의 전문이 본원에 참조로 포함된다.
분야
본원의 일부 실시양태는 플라즈마 처리를 사용하여 금속, 특히 구리 또는 다른 연질, 연성 및/또는 가단성 금속을 공급원료 물질로부터 구형 또는 구상의 분말 생성물로 합성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
산업용 분말의 일부 형태를 제조하는 중요한 측면은 불규칙한 형상 또는 각진 분말을 구형의 저-다공성 입자로 변형시키는 구상화 공정이다. 이러한 구형 분말은 사출 성형, 열 분사 코팅, 적층 제조(additive manufacturing) 등과 같은 용례에서 우수한 특성을 나타낸다.
구상의 금속 분말, 특히 연질, 연성 및/또는 가단성 금속을 포함하는 금속 분말을 생성하는 것에 많은 어려움을 제기할 수 있다. 원하는 구상의 모양, 원하는 수준의 다공성(예를 들어, 다공성 없는 것부터 매우 다공성인 것까지), 원하는 조성 및 미세구조를 달성하는 것은 어려울 수 있다. 또한, 이러한 금속은 연삭, 밀링 또는 그 밖에 기계-가공하기가 어려울 수 있다.
높은 분말 흐름을 요구하는 적층 제조(AM) 또는 분말 야금(PM) 용례에 유용하려면, 금속 분말 입자가 구형 형상을 나타내야 하며, 이는 구상화 공정을 통해 달성될 수 있다. 이러한 공정은 액체 금속의 표면 장력이 각각의 입자를 구형 기하학 구조로 형성하는 뜨거운 환경에서 입자를 용융한 후, 냉각 및 재-고화하는 것을 포함한다.
연질, 연성 및/또는 가단성 금속 공급원료로부터 구상의 금속 분말을 합성하기 위한 기존 시스템 및 공정은 불충분하다. 따라서, 상기 물질의 구상화를 위한 새로운 시스템 및 방법이 필요하다.
본 요약의 목적을 위해, 본 발명의 특정 양태, 이점 및 신규 특징이 본원에 기재된다. 이러한 이점 모두가 본 발명의 임의의 실시양태에 따라 반드시 달성될 수 있는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 따라서, 예를 들어, 당업자는 본원에 교시되거나 본원에 제안될 수 있는 것처럼 다른 이점을 반드시 달성하지 않고도 본원에 교시된 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하는 방식으로 본 발명이 구현되거나 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본원의 일부 실시양태는 구리 구상화 분말을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 구리 공급원료를 제공하는 단계; 구리 공급원료를 용융시키고, 용융된 구리 공급원료를 휘발성 물질과 혼합함으로써 구리 공급원료 내에 휘발성 물질을 분산시키는 단계; 구리 공급원료를 기계-가공하여 마이크로파 플라즈마 공정에서 공급원료로 사용하기에 적합하도록 사전-결정된 입자 부피 범위 내로 금속 입자를 생성하는 단계; 및 휘발성 물질이 증발되고, 구리 구상화 분말이 형성되도록 금속 입자에 마이크로파 플라즈마 공정을 적용하는 단계를 포함한다.
일부 실시양태에서, 방법은 구리 공급원료를 기계-가공하기 전에 용융된 구리 공급원료를 냉각시키는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 마이크로파 플라즈마 공정을 적용하기 전에 사전-결정된 형상으로 구리 공급원료를 주조하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 입자 부피의 결정된 범위는 15 내지 63 미크론이다. 일부 실시양태에서, 금속 입자에 마이크로파 플라즈마 공정을 적용하는 단계는 마이크로파 플라즈마 토치의 배기(exhaust) 또는 마이크로파 플라즈마 토치의 플룸(plume) 내로 금속 입자를 도입하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 구리 공급원료는 구리 공급원료를 취화시키지 않고 구리 공급원료를 밀링 또는 파쇄함으로써 기계-가공된다. 일부 실시양태에서, 분산된 휘발성 물질은 구리 공급원료의 물리적 특성을 변경하여 구리 공급원료의 기계-가공을 용이하게 한다.
본원의 일부 실시양태는 구리 구상화 분말을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 구리; 및 구리 내에 분산된 휘발성 물질을 포함하는, 기계-가공에 의해 얻어진 금속 입자를 마이크로파 플라즈마 토치 내로 도입하는 단계; 및 마이크로파 플라즈마 토치 내에서 금속 입자를 용융 및 구상화하여 휘발성 물질을 증발시키고 구리 구상화 분말을 형성하는 단계를 포함한다.
일부 실시양태에서, 방법은 구리를 용융시키고 용융된 구리와 휘발성 물질을 혼합하여 금속 입자를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 금속 입자를 기계-가공하기 전에 금속 입자를 냉각시키는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 마이크로파 플라즈마 토치 내로 금속 입자를 도입하기 전에 사전-결정된 형상으로 금속 입자를 주조하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 금속 입자는 금속 입자를 취화시키지 않고 금속 입자를 밀링 또는 파쇄하는 것을 포함하는 기계-가공에 의해 얻어진다. 일부 실시양태에서, 금속 입자는 마이크로파 플라즈마 토치에 의해 부분적으로만 표면이 용융된다. 일부 실시양태에서, 분산된 휘발성 물질은 금속 입자의 물리적 특성을 변경하여 금속 입자의 기계-가공을 용이하게 한다.
일부 실시양태에서, 구리 구상화 분말은 적어도 0.75의 구형도 중앙값(median sphericity)을 갖는 입자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 구리 구상화 분말은 적어도 0.90의 구형도 중앙값을 갖는 입자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 구상화된 금속 또는 금속 합금 분말은 입자 크기 분포 범위의 저점에서 5 내지 45 미크론 및 입자 크기 분포 범위의 고점에서 15 내지 105 미크론의 입자 크기 분포를 갖는다.
본원의 일부 실시양태는 구리 공급원료를 제공하는 단계; 구리 공급원료를 용융시키고, 용융된 구리 공급원료를 휘발성 물질과 혼합함으로써 구리 공급원료 내에 휘발성 물질을 분산시키는 단계; 구리 공급원료를 기계-가공하여 마이크로파 플라즈마 공정에서 공급원료로 사용하기에 적합하도록 사전-결정된 입자 부피 범위 내로 금속 입자를 생성하는 단계; 및 휘발성 물질이 증발되고, 구리 구상화 분말이 형성되도록 금속 입자에 마이크로파 플라즈마 공정을 적용하는 단계를 포함하는 방법에 따라 제조된 구상화 분말에 관한 것이다.
본원의 일부 실시양태는 구리; 및 구리 내에 분산된 휘발성 물질을 포함하는, 기계-가공에 의해 얻어진 금속 입자를 마이크로파 플라즈마 토치 내로 도입하는 단계; 및 마이크로파 플라즈마 토치 내에서 금속 입자를 용융 및 구상화하여 휘발성 물질을 증발시키고 구리 구상화 분말을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 따라 제조된 구상화 분말에 관한 것이다.
일부 실시양태에서, 제18항의 구상화 분말에 있어서, 구상화 분말은 적어도 0.75의 구형도 중앙값을 갖는 입자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 일부 실시양태에서, 제18항의 구상화 분말에 있어서, 구상화 분말은 적어도 0.90의 구형도 중앙값을 갖는 입자를 포함한다.
도면은 예로서 실시양태를 보여주기 위해 제공되며, 본원의 범위를 한정하도록 의도되지 않는다. 첨부 도면과 함께 하기 설명을 참조하면 본원에 기재된 시스템 및 방법의 더 나은 이해가 인식될 것이다.
도 1은 본원에 기재된 일부 실시양태에 따른 구상화 금속 분말 물질을 제조하기 위한 공정의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 2는 본원의 실시양태에 따른, 분말의 제조에 사용될 수 있는 상부 공급 마이크로파 플라즈마 토치의 실시양태를 도시한다.
도 3a-3b는 본원의 측부 공급 호퍼 실시양태에 따라 분말 제조에 사용될 수 있는 마이크로파 플라즈마 토치의 실시양태를 도시한다.
특정 바람직한 실시양태 및 실시예가 이하에 개시되지만, 발명의 청구 객체(subject matter)는 구체적으로 개시된 실시양태를 넘어 다른 대안적인 실시양태 및/또는 용도, 및 이의 변형 및 등가물까지 확장된다. 따라서, 본원에 첨부된 청구범위는 이하에 기재된 특정 실시양태 중 어느 것으로도 한정되지 않는다. 예를 들어, 본원에 개시된 임의의 방법 또는 공정에서, 방법 또는 공정의 조치 또는 작업은 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있으며 반드시 임의의 특정 개시된 순서로 한정되지는 않는다. 다양한 작업은 특정 실시양태를 이해하는 데 도움이 될 수 있는 방식으로, 다수의 개별 작업으로서 차례대로 기재될 수 있지만; 기재의 순서가 이러한 작업이 순서에 따라 좌우됨을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다. 추가적으로, 본원에 기재된 구조, 시스템 및/또는 장치는 통합된 구성요소 또는 별도의 구성요소로 구현될 수 있다. 다양한 실시양태를 비교하려는 목적을 위해, 이들 실시양태의 특정 양태 및 이점이 기재된다. 이러한 모든 양태 또는 이점이 반드시 임의의 특정 실시양태에 의해 달성되지 않는다. 따라서, 예를 들어, 다양한 실시양태는 본원에서 또한 교시되거나 제안될 수 있는 것처럼 다른 양태 또는 이점을 반드시 달성하지 않고도 본원에 교시된 바와 같은 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 수행될 수 있다.
본원에 개시된 장치 및 방법의 구조, 기능, 제조 및 사용의 원리의 전반적인 이해를 제공하기 위해 특정 예시적인 실시양태가 이제 기재될 것이다. 이러한 실시양태의 하나 이상의 실시예가 첨부 도면에 도시되어 있다. 당업자는 본원에 구체적으로 기재되고 첨부 도면에 도시된 장치 및 방법이 비제한적인 예시적 실시양태이며 본 발명의 범위가 청구범위에 의해서만 정의된다는 것을 이해할 것이다. 하나의 예시적인 실시양태와 관련하여 도시되거나 기재된 특징은 다른 실시양태의 특징과 조합될 수 있다. 이러한 변경 및 변형은 본 기술의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
마이크로 플라즈마 처리를 사용하여 공급원료 물질의 구상화를 위한 방법, 장치 및 시스템의 실시양태가 본원에 개시된다. 각각 상이한 공급원료 물질은 원하는 구상화를 달성하기 위해 초기 공급원료를 전처리하는 것뿐만 아니라 마이크로파 플라즈마 토치에서의 처리를 위한 그 자체의 중요하고 전문적이며 고유한 요건들을 갖는다. 구체적으로, 본원에 개시된 공급원료 물질은 연질, 연성 및/또는 가단성 금속 또는 금속 합금 공급 물질에 관련된다. 일부 실시양태에서, 공급원료는 구상화 금속 입자를 합성하기 위해 초기 전처리 또는 특정 플라즈마 처리를 필요로 할 수 있다. 본원에 개시된 바와 같이, 마이크로파 플라즈마 토치에서의 처리는 공급원료를 마이크로파 플라즈마 토치, 마이크로파 플라즈마 토치의 플라즈마 플룸 및/또는 마이크로파 플라즈마 토치의 배기 내로 공급하는 것을 포함할 수 있다. 사용되는 공급원료의 종류에 따라 위치가 달라질 수 있다. 또한, 공급원료는 상이한 요건에 기초하여 선택될 수 있다. 요건의 예는 종횡비, 입자 크기 분포(PSD), 화학, 밀도, 직경, 구형도, 산소처리, 경도 및 연성이다.
본원의 일부 실시양태는 금속 또는 금속 합금 공급원료로부터 구상의 금속 분말을 합성하기 위해 마이크로파 플라즈마 처리를 사용하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며, 여기서 금속 또는 금속 합금은 높은 연성, 연질 및/또는 가단성과 같은 물리적 특성을 갖는다. 일부 실시양태에서, 플라즈마 처리를 위해 이러한 금속을 포함하는 사용가능한 공급원료를 얻는 것은 매우 어려울 수 있다. 전형적으로, 상대적으로 낮은 연성 및 높은 경도를 갖는 금속의 경우, 플라즈마 처리 공급원료는 금속을 기계-가공(예를 들어, 밀링, 슬로팅(slotting), 드릴링(drilling), 태핑(tapping), 카운터보링(counterboring), 모따기(chamfering), 나사 깎기(threading), 널링(knurling), 브레이징(brazing), 그루빙(grooving), 트리밍(trimming) 등)함으로써, 예를 들어 금속 부스러기의 형태로 얻어질 수 있다. 반면에, 높은 연성 및 낮은 경도를 갖는 금속 또는 금속 합금은 기계-가공하기가 매우 어렵다. 이러한 이유로, 일부 산업에서는 기계-가공성을 개선하기 위해 순수 금속 대신 합금을 형성한다. 그러나, 일부 경우에, AM 또는 PM 용례와 같은 특정 용례를 위해 순수 구상화 금속 분말이 필요하다. 따라서, 높은 연성, 낮은 경도의 금속 또는 금속 합금을 포함하는 플라즈마 처리용 공급원료를 제조하기 위한 새로운 시스템 및 방법이 필요하다. 이러한 금속 또는 금속 합금의 예는 저탄소강, 스테인레스강, 니켈 합금, 티타늄 및 구리를 포함한다.
도 1은 본원에 기재된 일부 실시양태에 따른 구상화 금속 분말 물질을 제조하기 위한 공정의 예시적인 흐름도를 도시한다. 일부 실시양태에서, (102)에서 금속 또는 금속 합금 공급원료가 제공된다. 일부 실시양태에서, 금속 또는 금속 합금은 금속 또는 금속 합금의 기계-가공이 어렵거나 불가능하도록 고도로 연성, 연질 및/또는 가단성 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 금속 또는 금속 합금 공급원료는 저탄소강, 스테인레스강, 니켈 합금, 티타늄 또는 구리를 포함한다. 일부 실시양태에서, (104)에서 휘발성 물질은 금속 또는 금속 합금 공급원료 내에 분산된다. 일부 실시양태에서, 고도의 연성, 연질 및/또는 가단성으로 인해 기계-가공하기가 전형적으로 어려운 금속 또는 금속 합금이 전처리 단계에서 쉽게 기계-가공되도록, 분산된 휘발성 물질이 공급원료의 물리적 특성을 변경한다. 이와 같이, 그것 내에 분산된 휘발성 물질을 갖는 공급원료는 원하는 입자 형상, 종횡비 및/또는 크기 분포를 달성하기 위해 밀링 또는 다른 기계-가공에 의해 (106)에서 보다 쉽게 전처리될 수 있다. 일부 실시양태에서, (108)에서, 전처리된 공급원료는 마이크로파 플라즈마 처리를 위해 도 2 및 도 3a-3b에 도시된 것과 같은 플라즈마 처리 장치로 공급될 수 있다. 일부 실시양태에서, 공급원료 물질 내에 분산된 휘발성 물질은 마이크로파 플라즈마 장치에 노출 시 증발될 수 있다. 일부 실시양태에서, (110)에서 전처리된 공급원료 물질의 플라즈마 처리는 최종 생성물에 휘발성 물질 이온의 오염이 실질적으로 없는 순수한 구상화 금속 또는 금속 합금 입자를 합성할 수 있다.
일부 실시양태에서, 공급원료의 부피 분포는 최종 구상화 분말과 동일할 수 있다. 일부 실시양태에서, 공급원료의 전반적인 부피는 일반적으로 최종 구상화 분말과 동일할 수 있다. 일부 실시양태에서, 공급원료의 전반적인 부피는 최종 구상화 분말의 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10%, 15% 또는 20%(또는 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 10%, 약 15%, 또는 약 20%) 이내일 수 있다.
일부 실시양태에서, 공급원료 금속 또는 금속 합금은 플라즈마 공정으로의 도입 전에 전처리될 수 있다. 예를 들어, 공급원료 금속 또는 금속 합금은 체질되어 큰 덩어리를 제거하고 플라즈마에서 처리될 원하는 크기로 선택될 수 있다. 일부 실시양태에서, 공급원료 금속 또는 금속 합금은 오염물을 제거하기 위해 물, 계면활성제, 세제, 용매 또는 임의의 다른 화학물질, 예컨대 산으로 세정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 금속 또는 금속 합금이 임의의 자성 물질로 오염된 경우 공급원료 금속 또는 금속 합금은 자기적으로 세정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 세정은 오염물질, 예컨대 세라믹 및 오일을 제거한다. 일부 실시양태에서, 공급원료 금속 또는 금속 합금은 이를 탈산시키기 위해 전처리될 수 있다. 일부 실시양태에서, 공급원료 금속 또는 금속 합금은 미세분(fine)을 제거하기 위해 먼지가 제거될 수 있다.
일부 실시양태에서, 본원에 사용된 바와 같은 금속 또는 금속 합금은 저탄소강, 스테인레스강, 니켈 합금, 티타늄 또는 구리를 포함할 수 있다. 티타늄 또는 구리는, 이들이 고도로 연성이어서 단지 절곡되거나 형상을 변화시킬 것이고, 예컨대 수소 첨가 또는 극저온을 통한 취화 없이 분말로 적절히 부숴지지 않을 것인 바, 밀링에 특히 문제가 있을 수 있다. 그러나, 본원의 실시양태는 이러한 취화 공정 없이 구리, 구리 합금, 티타늄 또는 티타늄 합금을 밀링할 수 있다.
일부 실시양태에서, 본원의 방법은, 특정한 용례를 위한 원하는 입자 크기 분포를 생성하기 위하여, 공급원료의 선택, 공급원료 크기/종횡비, 공급원료를 플라즈마 처리에 적합한 물질로 형성하는 기계-가공 접근법 및 최종 원하는 입자 부피 사이의 상호 관계의 분석을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 최종 특정 용례는, 예를 들어 15-45 미크론(또는 약 15 내지 약 45 미크론), 또는 15-63 미크론(또는 약 15 내지 약 63 미크론) 또는 20-63 미크론(또는 약 20 - 약 63 미크론)의 입자 크기 분포(PSD)를 갖는 레이저 베드 융해(laser bed fusion), 45-105 미크론(또는 약 45 내지 약 105 미크론) 또는 105 - 150 미크론(또는 약 105 내지 약 150 미크론)의 입자 크기 분포를 가질 수 있는 전자 빔 처리, 또는 금속 사출 성형(MIM)일 수 있다. 일부 실시양태에서, PSD는 공급원료 내의 입자의 D50으로 표현될 수 있다. 일부 실시양태에서, 공급원료는 제트 밀링, 습식 밀링 또는 볼 밀링을 통해 처리된다. 일부 실시양태에서, 공급원료의 PSD는 15-15 미크론, 15-45 미크론, 20-63 미크론, 45-105 미크론 또는 105 내지 150 미크론이다. PSD는 레이저 분말 베드 융해, 직접 에너지 증착, 바인더 제트 프린팅, 금속 사출 성형 및 열간 등압 성형과 같은 최종 적용 분말 처리 기술에 따라 조정될 수 있다.
일부 실시양태에서, 공급원료는 처리된 분말의 원하는 PSD의 부피 분포와 대략 동일한 부피 분포를 갖도록 맞춤화된다. 부피는 4/3*π*r3을 기준으로 계산되고, 여기서 'r'은 처리된 분말의 반경이다. 일부 실시양태에서, 공급원료 입자의 대부분은 약 4/3 π(x/2)3 내지 약 4/3 π(y/2)3 범위 내에서 부피를 가지며, 여기서 x는 원하는 입자 크기 분포의 저점이고, y는 원하는 입자 크기 분포의 고점이다. 일부 실시양태에서, 실질적으로 모든 공급원료 입자는 약 4/3π(x/2)3 및 4/3π(y/2)3 범위 내에서 부피를 갖는다. 하나의 예에서, 전처리 및 처리된 공급원료의 부피 분포는 약 65.45 μm3 내지 약 47,712.94 μm3일 수 있으며, 이는 처리된 분말에 대한 5 내지 15 미크론의 원하는 입자 크기 분포에 해당한다. 일부 실시양태에서, 집합적으로, 전처리된 공급원료의 평균 또는 중간 종횡비는, 2:1 및 200:1 사이, 3:1 및 200:1 사이, 4:1 및 200:1 사이, 또는 5:1 및 200:1 사이일 수 있다. 그러나, 개시된 비율/직경 중 임의의 것이 부피 계산에 사용될 수 있다. 처리 후, 하나의 예에서 입자 크기 분포는 5 내지 45 미크론일 수 있다. 비제한적으로 PSD 범위의 저점에서 5 내지 45 미크론 및 PSD 범위의 고점에서 15 내지 105 미크론의 입자 크기 분포를 포함하는, 다른 입자 크기 분포 또한 고려된다(예를 들어, 5 내지 15 미크론, 15 내지 45 미크론, 45 내지 105 미크론).
입자 크기 분포는 균일한 분말 베드(powder bed) 밀도를 제공하는 능력 및 분말 흐름성에 직접적인 영향을 미친다. 이는 결국 분말 알갱이를 처리하는 데 필요한 에너지 투입을 결정하고, 표면 마감에 영향을 미친다. 예를 들어, AM 공정에 사용가능한 구상화 분말은 약 15-45 미크론, 약 20-63 미크론 또는 약 45-106 미크론 사이의 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 그러나, 본원에 기재된 방법 및 시스템에 따르면, 구상화 분말은 나노미터 범위 내지 밀리미터 범위의 입자 크기 분포를 포함할 수 있다.
또한, 높은 분말 흐름을 요구하는 적층 제조 또는 분말 야금(PM) 용례에 유용하려면, 금속 분말 입자가 구형 형상을 나타내야 하며, 이는 플라즈마 구상화 공정을 통해 달성될 수 있다. 이러한 공정은 액체 금속의 표면 장력이 각각의 입자를 구형 기하학 구조로 형성하는 뜨거운 환경에서 입자의 전체 용융, 표면 용융 또는 부분 용융 후, 냉각 및 재-고화하는 것을 포함한다.
일부 실시양태에서, 플라즈마 처리에 의해 달성된 최종 입자는 상호교환적으로 사용될 수 있는 용어인 구형(spherical), 구상화(spheroidized) 또는 구상(spheroidal)일 수 있다. 유리하게는, 개시된 상이한 공급원료의 각각과 관련된 중요하고 구체적인 개시내용을 이용함으로써, 모든 공급원료가 구형 분말로 변형될 수 있다.
본원의 실시양태는 실질적으로 구상화되거나 상당한 구상화를 겪은 입자를 제조하는 것에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 구형, 구상 또는 구상화 입자는 특정 역치보다 더 큰 구형도를 갖는 입자를 지칭한다. 입자 구형도는 하기 방정식을 사용하여 입자의 것과 일치하는 부피인 V와 구의 표면적 As,이상(ideal)을 계산함으로써 산출될 수 있다:
.
이상적 표면적은 입자의 측정된 표면적인 As,실제(actual)와 비교될 수 있다:
.
일부 실시양태에서, 입자는 0.5, 0.6, 0.7, 0.75, 0.8, 0.9, 0.91, 0.95 또는 0.99 초과(또는 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.75, 약 0.8, 약 0.8, 약 0.91, 약 0.95 또는 약 0.99 초과)의 구형도를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 입자는 0.75 이상 또는 0.91 이상(또는 약 0.75 이상 또는 약 0.91 이상)의 구형도를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 입자는 0.5, 0.6, 0.7, 0.75, 0.8, 0.9, 0.91, 0.95 또는 0.99 미만(또는 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.75, 약 0.8, 약 0.8, 약 0.91, 약 0.95 또는 약 0.99 미만)의 구형도를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 입자는 전술한 구형도 값 중 임의의 값 이상의 구형도를 갖는 경우, 구형, 구상 또는 구상화된 것으로 간주되며, 일부 바람직한 실시양태에서, 입자의 구형도가 0.75 이상 또는 약 0.75 이상, 또는 0.91 이상 또는 약 0.91 이상인 경우, 입자는 구형인 것으로 간주된다.
일부 실시양태에서, 주어진 분말 내의 모든 입자의 구형도 중앙값은 0.5, 0.6, 0.7, 0.75, 0.8, 0.9, 0.91, 0.95 또는 0.99 초과(또는 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.75, 약 0.8, 약 0.8, 약 0.91, 약 0.95 또는 약 0.99 초과)일 수 있다. 일부 실시양태에서, 주어진 분말 내의 모든 입자의 구형도 중앙값은 0.5, 0.6, 0.7, 0.75, 0.8, 0.9, 0.91, 0.95 또는 0.99 미만(또는 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.75, 약 0.8, 약 0.8, 약 0.91, 약 0.95 또는 약 0.99 미만)일 수 있다. 일부 실시양태에서, 주어진 분말에 대해 측정된 입자의 전체 또는 역치(threshold) 백분율(아래 분율 중 임의의 것에 의해 기재됨)이 전술한 구형도 값 중 임의의 값 이상의 구형도 중앙값을 갖는 경우, 분말은 구상화된 것으로 간주되고, 일부 바람직한 실시양태에서, 입자의 전체 또는 역치 백분율이 0.75 이상 또는 약 0.75 이상, 또는 0.91 이상 또는 약 0.91 이상의 구형도 중앙값을 갖는 경우, 입자는 구상화된 것으로 간주된다.
일부 실시양태에서, 상기한 바와 같이 주어진 전구도 역치를 초과할 수 있는 분말 내 입자의 분율은 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 또는 99% 초과(또는 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80%, 약 90%, 약 95%, 또는 약 99% 초과)일 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기한 바와 같이 주어진 구형도 역치를 초과할 수 있는 분말 내 입자의 분율은 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 또는 99% 미만(또는 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80%, 약 90%, 약 95%, 또는 약 99% 미만)일 수 있다.
입자 크기 분포 및 구형도는 임의의 적절한 알려진 기술, 예컨대 SEM, 광학 현미경, 동적 광 산란, 레이저 회절, 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여, 예를 들어 동일한 물질 섹션 또는 샘플의 적어도 3개의 이미지에 대해 이미지 당 약 15-30의 측정으로부터의 치수 수동 측정 및 임의의 다른 기술에 의해 결정될 수 있다.
도 2는 본원의 일부 실시양태에 따른 물질의 제조에 사용될 수 있는 마이크로파 플라즈마 토치(200)의 실시양태를 도시한다. 일부 실시양태에서, 공급원료는 하나 이상의 공급원료 유입구(202)를 통해 마이크로파 플라즈마(204)로 도입될 수 있다. 일부 실시양태에서, 유입 가스 흐름 및/또는 외장 흐름은, 마이크로파 방사선원(206)을 통한 플라즈마(204)의 점화 이전에 플라즈마 어플리케이터 내에 흐름 조건을 생성하기 위해 마이크로파 플라즈마 어플리케이터(205)로 주입될 수 있다. 일부 실시양태에서, 유입 흐름과 외장 흐름은 모두 축-대칭이고 층류(laminar)인 반면, 다른 실시양태에서 가스 흐름이 소용돌이다. 일부 실시양태에서, 공급원료는 마이크로파 플라즈마 토치(200) 내로 도입될 수 있고, 여기서 공급원료는 물질을 플라즈마(204) 쪽으로 향하게 하는 가스 흐름에 의해 유입될 수 있다.
가스 흐름은 헬륨, 네온, 아르곤 등과 같은 주기율표의 비활성 가스 컬럼을 포함할 수 있다. 상기한 가스가 사용될 수 있지만, 원하는 물질 및 처리 조건에 따라 다양한 가스가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 일부 실시양태에서, 마이크로파 플라즈마(204) 내에서 공급원료는 물리적 및/또는 화학적 변형을 겪을 수 있다. 유입구(202)는 공정 가스를 도입하여 공급원료를 플라즈마(204)를 향해 유입시키고 가속시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 가스 흐름은 반응 챔버(210) 및 플라즈마 어플리케이터(204)의 내부 벽에 피복(sheathing)을 제공하여 이들의 구조를 플라즈마(204)의 열복사로 인한 용융으로부터 보호하기 위해 생성될 수 있다.
플라즈마 어플리케이터(205)에 의해 생성된 바와 같은, 마이크로파 플라즈마(204)의 다양한 매개변수는 원하는 물질을 달성하기 위하여 수동 또는 자동으로 조정될 수 있다. 이러한 매개변수는, 예를 들어 전력, 플라즈마 가스 유량, 플라즈마 가스 종류, 연장 튜브의 존재, 연장 튜브 소재, 반응기 챔버 또는 연장 튜브의 절연 수준, 연장 튜브의 코팅 수준, 연장 튜브의 기하학적 구조(예를 들어, 테이퍼형/계단형), 공급 물질 크기, 공급 물질 삽입 속도, 공급 물질 유입구 위치, 공급 물질 유입구 방향, 공급 물질 유입구 개수, 플라즈마 온도, 체류 시간 및 냉각 속도를 포함할 수 있다. 생성 물질은 물질이 켄칭된 후 수집되는 밀봉된 챔버(212)로 플라즈마를 빠져나갈 수 있다.
일부 실시양태에서, 공급원료는 마이크로파 플라즈마 토치의 "플룸" 또는 "배기"에서의 처리를 위해 마이크로파 플라즈마 어플리케이터 뒤에 주입된다. 따라서, 마이크로파 플라즈마 토치의 플라즈마는 플라즈마 토치 코어 튜브(208)의 출구 단부 또는 더 하류에서 관여하게 된다. 일부 실시양태에서 조정가능한 하류 공급은 온도 수준 및 체류 시간의 정확한 타겟팅을 통해 공급원료의 최적 용융에 적합한 온도에서 공급원료를 플라즈마 플룸 하류와 관계 맺게 할 수 있다. 유입구 위치와 플라즈마 특성을 조정하면 물질 특성을 더욱 맞춤화할 수 있다. 또한, 일부 실시양태에서, 전력, 가스 유속, 압력 및 장비 구성(예를 들어, 연장 튜브 도입)을 조정함으로써 플라즈마 플룸의 길이가 조정될 수 있다.
일부 실시양태에서, 공급 구성은 플라즈마 플룸을 둘러싸는 하나 이상의 개별 공급 노즐을 포함할 수 있다. 공급원료는 임의의 방향으로부터 플라즈마에 진입할 수 있으며, 유입구(202)의 배치 및 방향에 따라 플라즈마 주위의 360°로 공급될 수 있다. 또한, 공급원료는, 생성 물질의 바람직한 특성을 제공하기 위해 특정 온도가 측정되었고 체류 시간이 추정된, 유입구(202)의 배치를 조정함으로써 플라즈마(204)의 길이를 따라 특정 위치에서 플라즈마에 진입할 수 있다.
일부 실시양태에서, 플라즈마(204)에 대한 유입구(202)의 각도는 공급원료가 플라즈마(204)에 대해 임의의 각도로 주입될 수 있도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 유입구(202)는 공급원료가 플라즈마(204)에 대해 0 도, 약 5 도, 약 10 도, 약 15 도, 약 20 도, 약 25 도, 약 30 도, 약 35 도, 약 40 도, 약 45 도, 약 50 도, 약 55 도, 약 60 도, 약 65 도, 약 70 도, 약 75 도, 약 80 도, 약 85 도, 또는 약 90 도의 각도 또는 전술한 값 중 임의의 것들 사이의 각도로 플라즈마로 주입될 수 있도록 조정될 수 있다.
일부 실시양태에서, 하류 주입 방법의 구현은 하류 소용돌이 또는 켄칭을 사용할 수 있다. 하류 소용돌이는 어플리케이터(205), 반응기 챔버(210) 및/또는 연장 튜브(214)의 벽으로부터 분말을 유지하기 위해 플라즈마 어플리케이터로부터 하류에 도입될 수 있는 추가적인 소용돌이 구성요소를 지칭한다.
일부 실시양태에서, 마이크로파 플라즈마 장치의 반응 챔버(210)의 길이는 약 1 피트, 약 2 피트, 약 3 피트, 약 4 피트, 약 5 피트, 약 6 피트, 약 7 피트, 약 8 피트, 약 9 피트, 약 10 피트, 약 11 피트, 약 12 피트, 약 13 피트, 약 14 피트, 약 15 피트, 약 16 피트, 약 17 피트, 약 18 피트, 약 19 피트, 약 20 피트, 약 21 피트, 약 22 피트, 약 23 피트, 약 24 피트, 약 25 피트, 약 26 피트, 약 27 피트, 약 28 피트, 약 29 피트 또는 약 30 피트, 또는 전술한 값들 사이의 임의의 값일 수 있다.
일부 실시양태에서, 다양한 처리 조건 및 장비 구성을 조정함으로써 확장될 수 있는 플라즈마(204)의 길이는 약 1 피트, 약 2 피트, 약 3 피트, 약 4 피트, 약 5 피트, 약 6 피트, 약 7 피트, 약 8 피트, 약 9 피트, 약 10 피트, 약 11 피트, 약 12 피트, 약 13 피트, 약 14 피트, 약 15 피트, 약 16 피트, 약 17 피트, 약 18 피트, 약 19 피트, 약 20 피트, 약 21 피트, 약 22 피트, 약 23 피트, 약 24 피트, 약 25 피트, 약 26 피트, 약 27 피트, 약 28 피트, 약 29 피트 또는 약 30 피트, 또는 전술한 값들 사이의 임의의 값일 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 실시양태에 도시된 상부 공급 호퍼 대신에 측부 공급 호퍼를 포함하고, 이에 따라 하류 공급을 가능하게 하는 예시적인 마이크로파 플라즈마 토치를 도시한다. 따라서, 이러한 구현에서 공급원료는 마이크로파 플라즈마 토치의 "플룸" 또는 "배기"에서 처리하기 위해 마이크로파 플라즈마 토치 어플리케이터 뒤에 주입된다. 따라서, 마이크로파 플라즈마 토치의 플라즈마는 도 2와 관련하여 논의된 상부 공급(또는 상류 공급)과 반대로 공급원료의 하류 공급을 가능하게 하기 위해 플라즈마 토치의 출구 단부에서 관여하게 된다. 이러한 하류 공급은 핫존 라이너(hot zone liner)의 벽 상의 임의의 물질 침착으로부터 핫존을 무기한으로 보존하므로 토치의 수명을 유리하게 연장할 수 있다. 더욱이, 이는 온도 수준 및 체류 시간의 정확한 타겟팅을 통해 분말의 최적 용융에 적합한 온도에서 플라즈마 플룸 하류를 관여시킬 수 있다. 예를 들어, 마이크로파 분말, 가스 흐름 및 플라즈마 플룸을 함유하는 켄칭 용기 내의 압력을 이용하여 플룸의 길이를 다이얼로 맞출 수 있는 능력(the ability to dial)이 있다.
일반적으로, 하류 구상화 방법은 안정한 플라즈마 플룸을 확립하기 위해 두 가지 주요 하드웨어 구성을 활용할 수 있다: 예컨대 미국 특허 공개 번호 2018/0297122에 기재된 고리형 토치(annular torch) 또는 US 8748785 B2 및 US 9932673 B2에 기재된 소용돌이 토치. 도 2a 및 도 2b 모두 환형 토치 또는 소용돌이 토치로 구현될 수 있는 방법의 실시양태를 도시한다. 플라즈마 토치 출구에서 플라즈마 플룸과 밀접하게 커플링된 공급 시스템은 공정 균질성을 유지하기 위해 축대칭으로(axisymmetrically) 분말을 공급하기 위해 사용된다. 다른 공급 구성은 플라즈마 플룸을 둘러싸는 하나 또는 여러 개의 개별 공급 노즐을 포함할 수 있다.
공급 물질(314)은 마이크로파 플라즈마 토치(302)에 도입될 수 있다. 호퍼(306)는 공급 물질(314)을 마이크로파 플라즈마 토치(302), 플룸 또는 배기에 공급하기 전에 공급 물질(314)을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 대안적인 실시양태에서, 공급원료는 플라즈마 토치의 종축을 따라 주입될 수 있다. 마이크로파 방사선은 도파관(304)을 통해 플라즈마 토치로 유입될 수 있다. 공급 물질(314)은 플라즈마 챔버(310)에 공급되고 플라즈마 토치(302)에 의해 생성된 플라즈마와 접촉하게 된다. 플라즈마, 플라즈마 플룸 또는 플라즈마 배기와 접촉할 때, 공급 물질이 용융된다. 여전히 플라즈마 챔버(310) 내에 있는 동안, 공급 물질(314)은 용기(312)에 수집되기 전에 냉각되고 고화된다. 대안적으로, 공급 물질(314)은 여전히 용융 상으로 있는 동안 플라즈마 챔버(310)를 빠져나가 플라즈마 챔버 외부에서 냉각되고 고화될 수 있다. 일부 실시양태에서, 양압을 사용하거나 사용하지 않을 수 있는 켄칭 챔버가 사용될 수 있다. 도 2와 별도로 기재되었으나, 도 3a-3b의 실시양태는 도 2의 실시양태와 유사한 특징 및 조건을 사용하는 것으로 이해된다.
추가 실시양태
전술한 명세서에서, 본 발명은 이의 특정 실시양태를 참조하여 기재되었다. 그러나, 본 발명의 더 넓은 사상과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있음은 자명할 것이다. 따라서, 본 명세서와 도면은 한정적 의미가 아니라 예시적인 의미로 간주되어야 한다.
실제로, 본 발명이 특정 실시양태 및 실시예의 맥락에서 개시되어 있지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 실시양태를 넘어 본 발명의 다른 대안적인 실시양태 및/또는 용도 및 이의 자명한 변형 및 등가물까지 확장됨을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 실시양태의 여러 변형이 상세하게 도시되고 기재되었지만, 본 발명의 범위 내에 있는 다른 변형은 본 개시내용에 기초하여 당업자에게 쉽게 자명할 것이다. 또한, 실시양태의 특정 특징 및 양태의 다양한 조합 또는 하위 조합이 이루어질 수 있고, 여전히 본 발명의 범위 내에 속한다는 것이 고려된다. 개시된 실시양태의 다양한 특징 및 양태는 개시된 발명의 실시양태의 다양한 방식을 형성하기 위하여 서로 조합되거나 대체될 수 있음을 이해해야 한다. 본원에 개시된 임의의 방법은 언급된 순서대로 수행될 필요가 없다. 따라서, 본원에 개시된 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시양태에 의해 한정되어서는 안 된다는 것이 의도된다.
본원의 시스템 및 방법 각각은 여러 혁신적인 측면을 가지며, 이들 중 단 하나만 본원에 개시된 바람직한 속성에 대해 원인이 되거나 요구되지 않는 것이 이해될 것이다. 상기한 다양한 특징과 공정은 서로 독립적으로 사용될 수 있고, 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 모든 가능한 조합 및 하위 조합은 본 개시내용의 범위 내에 속하도록 의도된다.
별도의 실시양태의 맥락에서 본 명세서에 기재된 특정 특징은 또한 단일 실시양태에서 조합으로 구현될 수 있다. 반대로, 단일 실시양태의 맥락에서 기재된 다양한 특징은 또한 다수의 실시양태에서 개별적으로 구현되거나, 임의의 적합한 하위 조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징들이 특정 조합으로 작용하는 것으로 앞서 기재될 수 있고 초기에 그와 같이 청구될 수도 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징은 일부 경우에서는 조합으로부터 삭제될 수 있으며, 청구된 조합은 하위 조합 또는 하위 조합의 변경에 관한 것일 수 있다. 단일 특징 또는 특징의 그룹이 각각의 모든 실시양태에 필요하거나 필수적인 것은 아니다.
또한, 달리 구체적으로 명시되지 않거나 사용된 바와 같은 문맥 내에서 다르게 이해되지 않는 한, 특히 "할 수 있다("can", "could")", "일 수 있다("might", "may")", "예를 들어" 등과 같은 본원에 사용된 조건부 언어는, 일반적으로 특정 실시양태가 특정 특징, 요소 및/또는 단계를 포함하는 반면 다른 실시양태는 이를 포함하지 않는다는 것을 전달하도록 의도되었음을 이해할 것이다. 따라서, 이러한 조건부 언어는, 일반적으로 특징, 요소 및/또는 단계가 하나 이상의 실시양태에 대해 어떤 방식으로든 필요하다는 것을 의미하거나, 하나 이상의 실시양태가, 입안자 인풋(input) 또는 프롬프팅(prompting)의 이용 또는 이용 없이, 이러한 특징, 요소 및/또는 단계가 임의의 특정 실시양태에 포함되거나 수행될 것인지 여부를 결정하기 위한 논리를 반드시 포함한다는 것을 의미하도록 의도되지 않는다. 용어 "포함하는("comprising")", "포함하는("including")", "갖는" 등은 동의어이며 개방형 방식으로 포괄적으로 사용되며, 추가 요소, 특징, 작용, 작업 등을 배제하지 않는다. 또한, 용어 "또는"은 (배타적인 의미가 아닌) 포괄적인 의미로 사용되므로 예를 들어 요소의 목록을 연결하는 데 사용되는 경우, 용어 "또는"은 목록에서 요소의 하나, 일부 또는 전부를 의미한다. 또한, 본 출원 및 첨부된 청구범위에 사용된 관사 "a", "an" 및 "the"는 달리 명시되지 않는 한 "하나 이상" 또는 "적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 유사하게는, 작업이 특정 순서로 도면에 도시될 수 있지만, 바람직한 결과를 달성하기 위해, 도시된 모든 작업이 수행되거나 상기 작업이 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서로 수행될 필요가 없음을 인식해야 한다. 또한, 도면은 하나 이상의 예시적인 공정을 흐름도의 형태로 개략적으로 도시할 수 있다. 그러나, 도시되지 않은 다른 작업은 개략적으로 도시된 예시적인 방법 및 공정에 포함될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 추가 작업은 예시된 작업들 중 임의의 것 이전, 이후, 동시 또는 사이에 수행될 수 있다. 추가적으로, 작업이 다른 실시양태에서 재배열되거나 재정렬될 수 있다. 특정 상황에서, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수 있다. 더욱이, 상기한 실시양태에서 다양한 시스템 구성요소의 분리는 모든 실시양태에서 상기 분리를 요구하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 기재된 프로그램 구성요소 및 시스템이 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품으로 패키징될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 다른 실시양태는 이하 청구범위 내에 있다. 일부 경우에서, 청구범위에 인용된 조치가 다른 순서로 수행될 수 있고, 여전히 원하는 결과를 달성할 수 있다.
또한, 본원에 기재된 방법 및 장치는 다양한 변형 및 대안적인 형태가 가능하지만, 이의 특정 실시예는 도면에 도시되어 있으며 본원에 상세히 기재된다. 그러나 본 발명은 개시된 특정 형태나 방법에 한정되는 것이 아니며, 반대로 본 발명은 기재된 다양한 구현 및 첨부된 청구범위의 사상과 범위 내에 속하는 모든 변형, 등가물 및 대안을 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 구현 또는 실시양태와 관련된 임의의 특정 특징, 양태, 방법, 특성, 특징, 품질, 속성, 요소 등의 본원의 개시내용은 본원에 제시된 모든 다른 구현 또는 실시양태에서 사용될 수 있다. 본원에 개시된 모든 방법은 기재된 순서대로 수행될 필요가 없다. 본원에 개시된 방법은 실무자가 취하는 특정 조치를 포함할 수 있지만, 상기 방법은 명시적 또는 함축적으로 그러한 조치에 대한 임의의 제3자의 지시를 포함할 수도 있다. 본원에 개시된 범위는 또한 임의의 모든 중첩, 하위 범위 및 이들의 조합을 포함한다. "이하", "적어도", "초과", "미만", "사이" 등과 같은 언어는 기재된 숫자를 포함한다. "약" 또는 "대략"과 같은 용어 앞에 오는 숫자는 인용된 숫자를 포함하며 상황에 기초하여 해석되어야 한다(예를 들어, 상기 상황에서 합리적으로 가능한 한 정확하게, 예를 들어, ±5%, ±10%, ±15% 등). 예를 들어, "약 3.5 mm"는 "3.5 mm"를 포함한다. "실질적으로"와 같은 용어 앞에 오는 문구는 인용된 문구를 포함하며 상황에 기초하여 해석되어야 한다(예를 들어, 상기 상황에서 합리적으로 가능한 한 많이). 예를 들어, “실질적으로 일정한”은 “일정한”을 포함한다. 달리 명시하지 않는 한, 모든 측정은 온도 및 압력을 포함하는 표준 조건에 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 항목의 목록 중 "적어도 하나"를 지칭하는 문구는 단일 구성원을 포함하여 해당 항목의 임의의 조합을 지칭한다. 예로서, “A, B 또는 C 중 적어도 하나”는 A, B, C, A 및 B, A 및 C, B 및 C, 및 A, B 및 C를 포함하도록 의도된다. 접속어, 예컨대, 문구 "X, Y 및 Z 중 적어도 하나"는 달리 구체적으로 명시되지 않는 한, 항목, 용어 등이 X, Y 또는 Z 중 적어도 하나일 수 있음을 전달하기 위해 일반적으로 사용되는 바와 같이 문맥과 함께 달리 이해된다. 따라서, 이러한 접속어는 일반적으로 특정 실시양태가 X 중 적어도 하나, Y 중 적어도 하나, Z 중 적어도 하나가 각각 존재할 것을 요구한다는 것을 암시하도록 의도되지 않는다. 본원에 제공된 제목은, 만약에 있더라도, 편의를 위한 것일 뿐이며 본원에 개시된 장치 및 방법의 범위 또는 의미에 반드시 영향을 미치는 것은 아니다.
따라서, 청구범위는 본원에 나타낸 실시양태로 한정되도록 의도되지 않으나, 본 개시내용, 본원에 개시된 개시된 원리 및 신규한 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합되어야 한다.

Claims (20)

  1. 구리 공급원료를 제공하는 단계;
    구리 공급원료를 용융시키고, 용융된 구리 공급원료를 휘발성 물질과 혼합함으로써 구리 공급원료 내에 휘발성 물질을 분산시키는 단계;
    구리 공급원료를 기계-가공하여 마이크로파 플라즈마 공정에서 공급원료로 사용하기에 적합하도록 사전-결정된 입자 부피 범위 내로 금속 입자를 생성하는 단계; 및
    휘발성 물질이 증발되고 구리 구상화 분말이 형성되도록, 금속 입자에 마이크로파 플라즈마 공정을 적용하는 단계
    를 포함하는, 구리 구상화 분말을 제조하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    구리 공급원료를 기계-가공하기 전에 용융된 구리 공급원료를 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    마이크로파 플라즈마 공정을 적용하기 전에 사전-결정된 형상으로 구리 공급원료를 주조하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    입자 부피의 결정된 범위가 15 내지 63 미크론인, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    금속 입자에 마이크로파 플라즈마 공정을 적용하는 단계가 금속 입자를 마이크로파 플라즈마 토치의 배기(exhaust) 또는 마이크로파 플라즈마 토치의 플룸(plume)에 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    구리 공급원료가 구리 공급원료를 취화시키지 않고 구리 공급원료를 밀링 또는 파쇄함으로써 기계-가공되는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    분산된 휘발성 물질이 구리 공급원료의 물리적 특성을 변경하여 구리 공급원료의 기계-가공을 용이하게 하는, 방법.
  8. 구리; 및 구리 내에 분산된 휘발성 물질을 포함하는, 기계-가공에 의해 얻어진 금속 입자를 마이크로파 플라즈마 토치 내로 도입하는 단계; 및
    마이크로파 플라즈마 토치 내에서 금속 입자를 용융 및 구상화하여 휘발성 물질을 증발시키고 구리 구상화 분말을 형성하는 단계
    를 포함하는, 구리 구상화 분말을 제조하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    구리를 용융시키고 휘발성 물질을 용융된 구리와 혼합하여 금속 입자를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    금속 입자를 기계-가공하기 전에 금속 입자를 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    마이크로파 플라즈마 토치 내로 금속 입자를 도입하기 전에 사전 결정된 형상으로 금속 입자를 주조하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    금속 입자가 금속 입자를 취화시키지 않고 금속 입자를 밀링 또는 파쇄를 포함하는 기계-가공함으로써 얻어지는, 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    금속 입자가 마이크로파 플라즈마 토치에 의해 부분적으로만 표면이 용융되는, 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    분산된 휘발성 물질이 금속 입자의 물리적 특성을 변경하여 금속 입자의 기계-가공을 용이하게 하는, 방법.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    구리 구상화 분말이 적어도 0.75의 구형도 중앙값(median sphericity)을 갖는 입자를 포함하는, 방법.
  16. 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    구리 구상화 분말이 적어도 0.90의 구형도 중앙값을 갖는 입자를 포함하는, 방법.
  17. 제8항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    구상화된 금속 또는 금속 합금 분말이 입자 크기 분포 범위의 저점(low end)에서 5 내지 45 미크론의 입자 크기 분포 및 입자 크기 분포 범위의 고점(high end)에서 15 내지 105 미크론의 입자 크기 분포를 갖는, 방법.
  18. 구리; 및 구리 내에 분산된 휘발성 물질을 포함하는, 기계-가공에 의해 얻어진 금속 입자를 마이크로파 플라즈마 토치 내로 도입하는 단계; 및
    마이크로파 플라즈마 토치 내에서 금속 입자를 용융 및 구상화하여 휘발성 물질을 증발시키고 구리 구상화 분말을 형성하는 단계
    를 포함하는 방법에 따라 제조된 구상화 분말.
  19. 제18항에 있어서,
    적어도 0.75의 구형도 중앙값을 갖는 입자를 포함하는, 구상화 분말.
  20. 제18항에 있어서,
    적어도 0.90의 구형도 중앙값을 갖는 입자를 포함하는, 구상화 분말.
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