KR20240007239A - 다공성 금속 또는 세라믹 부품의 제조 방법 및 이 방법을 사용하여 제조된 부품 - Google Patents

다공성 금속 또는 세라믹 부품의 제조 방법 및 이 방법을 사용하여 제조된 부품 Download PDF

Info

Publication number
KR20240007239A
KR20240007239A KR1020237042701A KR20237042701A KR20240007239A KR 20240007239 A KR20240007239 A KR 20240007239A KR 1020237042701 A KR1020237042701 A KR 1020237042701A KR 20237042701 A KR20237042701 A KR 20237042701A KR 20240007239 A KR20240007239 A KR 20240007239A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
suspension
volume
metal
ceramic
volume region
Prior art date
Application number
KR1020237042701A
Other languages
English (en)
Inventor
알렉산더 퓨셀
기젤라 스텐드케
다니엘라 하세
외르크 애들러
울프 와그
Original Assignee
프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
홀로멧 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베., 홀로멧 게엠베하 filed Critical 프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
Publication of KR20240007239A publication Critical patent/KR20240007239A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/002—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
    • B22F3/1137—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers by coating porous removable preforms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0051—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof characterised by the pore size, pore shape or kind of porosity
    • C04B38/0064—Multimodal pore size distribution
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/0615—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances the burned-out substance being a monolitic element having approximately the same dimensions as the final article, e.g. a porous polyurethane sheet or a prepreg obtained by bonding together resin particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00793—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3821—Boron carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3826—Silicon carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5463—Particle size distributions
    • C04B2235/5472—Bimodal, multi-modal or multi-fraction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/606—Drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C04B2235/775—Products showing a density-gradient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C04B35/6263—Wet mixtures characterised by their solids loadings, i.e. the percentage of solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/636—Polysaccharides or derivatives thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

다공성 금속 또는 세라믹 부품의 제조 방법에 있어서, 개방형-기공 폴리머 발포체 바디의 스트럿(strut) 표면에 금속 코팅 또는 코팅이 제공된다. 상기 반제품에서, 금속 또는 세라믹 입자로 형성되고 내부에 가스 기포가 추가적으로 존재하는 현탁액을 상기 발포체 바디의 표면에 접촉시키고, 미리 정의된 모양으로 되게 한다. 상기 현탁액의 일부가 상기 발포체 바디의 개방형 기공에 침투한다. 이어서 열처리를 수행하여 액체를 배출시키고 폴리머 성분을 제거한 후, 소결과정을 수행한다. 상기 현탁액으로부터 유래한 상기 금속 또는 세라믹으로 형성되며, 더 작은 다공도를 가지는 제 1 볼륨 영역이 형성된다. 상기 제 1 볼륨 영역에 인접하며 마찬가지로 다공성인 제 2 볼륨 영역으로서, 상기 반제품의 스트럿의 코팅의 상기 금속 또는 세라믹 및 상기 현탁액의 상기 금속 또는 세라믹으로 형성되는 제 2볼륨 영역이 형성된다. 상기 제 2볼륨 영역은 상기 코팅된 발포체 바디로부터 얻어지는 제3 볼륨 영역에 접합(join)된다.

Description

다공성 금속 또는 세라믹 부품의 제조 방법 및 이 방법을 사용하여 제조된 부품
본 발명은 다공성 금속 또는 세라믹 부품을 제조하는 방법 및 이 방법을 사용하여 제조되는 부품에 관한 것이다.
다공성 부품은 광범위한 기술 분야에서 사용된다. 이들은 필터링이나 고체 또는 액체 매체 수용에 적용되며 열 교환기로도 사용된다. 종종 이들은 절연체나 댐핑 요소로도 사용된다. 많은 응용 분야에서 개방형-기공 구조가 바람직하다. 그러나 개방된 기공은 강도와 안정성 손실을 야기하므로 많은 응용 분야에서 별도의 지지 프레임 구조를 사용해야 하는데, 이러한 프레임 구조는 큰 강도를 보장하더라도 개방형-기공 발포체 바디(open-pored foam body)와 충분한 지속 강도로 조화시킬 수 없거나 매우 어렵다.
또한, 예를 들어, 전기 발열 요소나 열 교환기의 경우에 필수적인, 전기 에너지 공급을 위한 전기 접촉을 가능하게 하거나 매체, 특히 유체의 공급 및/또는 제거를 가능하게 하는 개방형-기공 바디 대한 연결 옵션(connection option)을 생성하는 것이 문제가 된다.
개방형-기공 발포체 바디를 형태 고정 방식(form-locked manner)으로 프레임이나 다른 요소에 연결하는 것이 알려져 있다. 그러나 영구 조인트의 경우 연결 부위의 스트럿(strut)이 기계적 응력으로 인해 파손될 수 있으므로 문제가 발생한다. 이러한 문제는 단일 또는 추가 일체형 조인트를 사용하는 경우에도 충분히 고려할 수 없다. 용접, 납땜 또는 본딩으로 인한 접합 지점(joining points)에서 접합 파손으로 이어질 수 있는 약한 지점이나 경계면이 발생한다.
따라서 본 발명의 목적은 개방형-기공 부품(open-pored component)의 안정성을 증가시키는 옵션을 제공 및/또는 매체 또는 에너지의 안전하고 영구적인 공급 또는 제거를 가능하게 하는 개방형-기공 구조에 대한 연결 옵션을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 이 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다. 청구항 10은 이에 따라 제조된 부품을 정의한다. 본 발명의 유리한 실시예 및 개선사항은 종속항에 제시된 특징으로 구현될 수 있다.
서로 다른 다공도를 갖는 적어도 세 개의 서로 인접한 볼륨 영역을 포함하는 해당 개방형-기공 금속 및/또는 세라믹 부품의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 우선, 널리 알려진 방식으로 반제품(semi-finished product)을 준비하는 단계가 수행되며, 반제품은 폴리머 재료로 이루어진 개방형-기공 발포체 바디의 개방형-기공 구조를 포함한다. 개방형-기공 베이스 구조가 보존되도록, 발포체 바디의 스트럿 표면에서 상기 폴리머 재료에 금속 코팅 또는 금속 또는 세라믹 입자 코팅이 제공된다. 이는 예를 들어 널리 알려진 CVD 또는 PVD 방법, 갈바닉 방식 또는 소위 슈바르츠발더 (Schwartzwalder) 공정에 따라 달성될 수 있으며, 여기서 스트럿에는 금속 또는 세라믹 입자를 포함하는 코팅이 제공된다. 슈바르츠발더 공정을 통해 얻은 반제품은 충분한 그린 강도(green strength)가 달성될 정도로 추가 가공 전에 건조되어야 한다. 이에 해당하는 널리 알려진 과정은 예를 들어 US 3,090,094 B 또는 US 3,111,396 B에 설명되어 있다.
바람직하게는, 폴리머 재료로 형성된 개방형-기공 발포체 바디로서 망상(reticulated) 개방형-셀 폴리우레탄 발포체 조각(cut-out)이 사용된다. 이 목적을 위해 사용된 셀 크기는 인치당 공극(ASTM D3576-77기준)에 따라 상업적으로 분류된 망상 발포체의 모든 범위, 8ppi에서 100ppi까지를 포괄할 수 있지만, 8ppi 내지 30ppi 범위의 더 거친 발포체를 사용하는 경우가 유리하다. ppi 값을 mm 단위의 기공 크기로 변환하는 것은 포토옵티컬 또는 컴퓨터 단층 촬영 방법을 사용하여 쉽게 달성된다.
그러나, 폴리머로 형성된 다른 개방형-기공 구조, 예를 들어 부가 공정에 의해 제조된 부직포(non-woven fabrics) 또는 격자 구조를 사용하는 것도 가능하다.
금속 또는 세라믹 입자, 액체, 및 폴리머 바인더로 구성되며, 내부에 미리 형성된 가스 기포가 추가적으로 존재하는 현탁액을 발포체 바디의 표면에 접촉시킨 후, 이에 따라 획득되는 반제품의 미리 정의된 표면 영역에서 미리 정의된 모양으로 되게 한다. 이 과정에서, 현탁액의 일부가 상기 반제품의 역할을 하는 발포체 바디의 가장자리 층 영역의 개방형 기공에 침투한다.
이어서, 열처리를 이용한 건조과정을 거치는 동안 현탁액에 함유된 제1액체가 배출되고, 그 후 또는 동시에 폴리머 성분, 특히 바인더의 폴리머 성분과 발포체의 폴리머 물질이 제거되고, 이어서 소결 공정이 수행된다.
소결 중에, 상기 현탁액으로부터 유래한 금속 또는 세라믹 재료로 형성되는 제1 볼륨 영역으로서, 전적으로 상기 현탁액에 존재하는 가스 기포로 인해 얻어지고 반제품의 다공도보다 더 작은 다공도를 가지는 제 1 볼륨 영역 및 상기 제 1 볼륨 영역에 인접하며 마찬가지로 다공성이거나 다공성 일 수 있는 제 2 볼륨 영역이 형성되고, 제2 볼륨 영역은 상기 반제품의 스트럿의 코팅으로부터의 금속 또는 세라믹 및 상기 현탁액의 금속 또는 세라믹으로 형성되고, 여기에서 이들 각각의 금속 및/또는 세라믹은 제2 볼륨 영역에서 일체로 형태 잠금 방식(form-locked manner)으로 서로 접합(join)된다. 결과적으로, 제2 볼륨 영역은 제1 볼륨 영역을 코팅된 발포체 바디로부터 얻어지고 제1 볼륨 영역보다 큰 다공도를 가지는 개방형-기공 제3 볼륨 영역의 금속 또는 세라믹 개방형-기공 구조에 접합(join)하되, 접합은 제2 볼륨 영역을 형성하는 제3 볼륨 영역의 가장자리 층 영역에서 이루어진다.
부품의 제1 및 제2 볼륨 영역을 생성하는 현탁액은 알려진 방식으로 제조될 수 있다. 이를 위해, 적어도 하나의 폴리머 바인더 및 일정 비율의 금속 또는 세라믹 분말 고체를 포함하는 적합한 액체가 사용될 수 있다. 가스 기포는 기계적 교반 또는 다른 방법, 예를 들어 DE 10 2010 039 322 A1에 공지된 절차를 사용하여 현탁액에 삽입(intercalate)될 수 있다. 공기 이외에 불활성 작용을 나타내어, 최종적으로 부품을 형성하는 특정 금속 또는 특정 세라믹에 불리한 영향이 관찰되지 않는 다른 가스 또는 가스 혼합물을 사용하는 것도 가능하다.
일반적으로, 폴리 비닐 알코올과 같이 현탁액에 이미 사용되는 바인더가 폴리머 바인더로 사용될 수 있다. 어떤 경우에도 소포제는 사용하지 않아야 한다. 바람직하게는, 액체로서 물을 사용할 수 있다. 그러나 바람직하게는 물보다 낮은 끓는점을 갖는 다른 액체도 적합하다.
바람직하게는, 적어도 0.1 mPas의 점도를 갖는 현탁액을 사용하여 제 1 및 제 2 볼륨 영역을 생성해야 한다. 현탁액은 또한 바람직하게는 뚜렷한 유동 한계(flow limit)와 함께 전단 박화 흐름(shear-thinning flow) 거동을 가져야 한다. 단독으로 또는 추가로 현탁액 전체 체적의 최소 5%에서 최대 50%의 체적 비율로 가스 기포가 현탁액에 존재해야 한다.
유리하게는, 반제품의 스트럿은 제1 및 제2 볼륨 영역을 생성하기 위한 현탁액을 형성하는 데 사용된 것과 동일한 금속 또는 동일한 세라믹으로 코팅되어야 한다. 이는 화학 원소의 순수 금속 또는 해당 합금일 수 있다. 합금을 사용하는 경우 반제품 코팅의 합금 조성은 현탁액에 사용되는 입자의 합금 조성과 다를 수 있다.
그러나 반제품의 스트럿 코팅과 제 1 및 제 2 볼륨 영역을 생성하기 위한 현탁액에 대해 서로 다른 재료를 사용하는 것도 가능하다. 이들 재료의 팽창 계수는 자리수가 유사해야 하며 소결 온도에 따른 열적 거동도 유사해야 한다. 예를 들어 스테인리스 스틸과 산화 지르코늄 세라믹을 사용하는 경우가 이에 해당한다. 이와 관련하여, “유사하다”라는 용어는 서로 10% 미만의 편차를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 서로 다른 재료의 소결 온도 및 열팽창 계수가 위의 유사함을 달성하는 경우 제 2 볼륨 영역은 금속 및 세라믹 재료의 조합으로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 볼륨 영역을 생성하기 위한 현탁액은 부품이 최종적으로 완성되는 열처리가 수행되기 전, 반제품에 형성된 적어도 하나의 오목부, 함몰부 또는 천공 및/또는 특정 반제품에 부착될 수 있는 성형 도구의 내부에 추가될 수 있다. 예를 들어, 특정 부품의 임의의 표면이나 가장자리 층 영역이 강화되거나 연결이 생성될 수 있다. 반제품에 성형 도구를 임시로 연결할 수도 있고, 반제품이 프레임 형태의 성형 도구에 삽입되어 가스 기포 함유 현탁액이 반제품 표면과 특정 성형 도구의 내부 벽 사이의 적어도 하나의 틈에 추가되도록 하여 거기에 제 1 볼륨 영역이 생성될 수 있고, 현탁액이 반제품의 열린 기공으로 침투한 결과로 제1 볼륨 영역에 바로 인접하게 제 2 볼륨 영역이 생성될 수 있다.
이를 위해 성형 도구는 반제품을 완전히 둘러쌀 수 있다. 그러나 반제품 표면의 하위 영역에 성형 도구를 고정한 다음, 반제품 표면과 성형 도구 내부 벽사이의 틈(gap)이나 공동(cavity)에 현탁액을 추가하는 것만으로도 충분할 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어 반제품을 둘러쌀 수 있는 원형 또는 각진 단면을 갖는 중공 프로파일을 성형 도구로 사용할 수 있다. 그러나 이런 프로파일의 해당 세그먼트, 예를 들어 원형 세그먼트를 성형 도구로 사용하는 것도 가능하다.
열처리가 수행되기 전에 탈형(demolding)을 수행하거나 소결이 완료된 후에만 탈형(demolding)을 수행할 수 있다.
반제품 표면으로부터 진행되는 반제품 기공 내 현탁액의 개별적인 침투 깊이는 외부에서 작용하는 힘에 의해 영향을 받을 수 있으며, 이에 따라 제 2볼륨 영역을 형성하는 가장자리 층 영역의 두께 또는 폭이 의도적으로 영향을 받을 수 있다. 두께 또는 폭은 반제품 표면에서 내부 방향으로 진행하여 3mm 이상이어야 한다. 이미 언급한 바와 같이, 이 두께 또는 폭은 더 작거나 더 크게 선택될 수도 있다. 그러나 3개의 볼륨 영역이 충분한 강도로 서로 결합될 수 있고, 제 1 볼륨 영역과 제 3 볼륨 영역 사이에 날카로운 경계면이 최대한 방지될 수 있도록 크기가 커야 한다. 이를 위해 필요한 두께 또는 폭은 반제품의 셀 너비 또는 기공 크기가 기준이 될 수 있으며 반제품의 셀 크기 또는 기공 크기의 3배 이상이어야 한다.
이를 위해, 공정 중 반제품 자체 또는 성형 도구가 부착된 반제품에 진동 인가 및/또는 이 과정 중 현탁액에 대한 가압이 이루어질 수 있다. 이러한 방식으로, 주변 압력에 비해 높은 압력을 받는 매질(기체 또는 액체)이 사용될 수 있으며, 여기서 더 높은 압력이 현탁액 표면에 작용하고 현탁액은 반제품의 열린 기공으로 밀려난다. 이러한 용도로 진동을 활용하기 위해 진동 테이블을 사용할 수 있으며, 진동 테이블 위에 현탁액을 포함한 반제품과, 가능하면 적어도 하나의 성형 도구를 배치할 수 있다. 진동의 진폭 및 지속 시간에 따라 제 2 볼륨 영역의 너비 또는 두께가 영향을 받을 수 있다. 이는 성형 도구나 반제품에 맞물리는 진동기를 통해서도 달성할 수 있다.
60% 내지 95% 범위의 다공도를 갖는 반제품이 사용되는 것 및/또는 현탁액을 이용하여 0% 내지 55% 범위의 다공도를 갖는 부품에 제1 및/또는 제2 볼륨 영역이 형성되는 것이 가능하다.
금속으로는 내식성 철 크롬 알루미늄 (FeCrAl) 합금을 사용하는 것이 유리하다. 세라믹 재료로는 산화 세라믹과 비산화 세라믹이 모두 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 부품은 현탁액으로부터 유래된 금속 또는 세라믹으로 형성된 제1 볼륨 영역을 포함한다. 제1 볼륨 영역은 반제품의 금속 또는 세라믹 스트럿의 개방형-기공 구조로 형성된 제3 볼륨 영역보다 작은 다공도를 가지며, 여기서 제1 볼륨 영역은 가스 기포가 존재하는 현탁액으로부터 얻은 금속 또는 세라믹으로만 전적으로 형성된다. 다공도는 현탁액에 존재하는 가스 기포의 수와 크기에 따라 결정된다. 마찬가지로 다공성일 수 있지만 조밀할 수도 있는 제2 볼륨 영역이 제1 볼륨 영역에 인접하여 형성된다. 제2 볼륨 영역은 반제품의 스트럿 코팅으로부터의 금속 및/또는 세라믹과 현탁액의 금속 또는 세라믹으로 형성되며, 이들 금속 및/또는 세라믹은 일체로 형태 잠금 방식(form-locked manner)로 서로 접합(join)된다. 그 결과, 제2 볼륨 영역은 코팅된 반제품으로부터 얻어지고 제1 볼륨 영역보다 더 큰 다공도를 갖는 개방형-기공 제 3 볼륨 영역의 금속 또는 세라믹 개방형-기공 구조에 접합된다.
제 3 볼륨 영역은 65% 이상의 다공도를 가져야 하며, 제 1 볼륨영역과 제 3 볼륨 영역 사이에 배치된 제 2 볼륨 영역의 다공도는 부품의 제 1 볼륨영역과 제 3 볼륨 영역의 다공도보다 작아야 한다.
부품에 여러 개의 제1 볼륨 영역과 제2 볼륨 영역이 서로 이격 배열된 채로 존재할 수 있다.
적어도, 제1 볼륨 영역을 통해, 외부에서 접근 가능한 연결로서, 전기 에너지를 위한, 또는 부품에 매체를 공급 및/또는 제거하기 위한 하나 이상의 연결이 생성될 수 있다. 이는 전기 저항 발열체의 전기적 컨택 역할을 하는 연결을 나타낼 수 있다. 전기 저항 발열체의 경우, 제1 볼륨 영역이 충분히 높은 강도를 갖는 것이 유리하다. 제1 볼륨 영역은 형태 고정 및 일체형 방식으로 제2 볼륨 영역을 통해 제3 볼륨 영역에 접합될 수 있고, 제3 볼륨 영역은 특히 비표면적(specific surface)이 크기 때문에 향상된 가열 작용을 가능하게 할 수 있다.
제 1 및 제 2 볼륨 영역을 사용하면 나사와 같은 요소를 고정하기 위한 다웰 기능(dowel function)을 수행할 수 있는 영역을 부품(component)상에 형성하는 것도 가능하다.
제1 및 제2 볼륨 영역이 제 3 볼륨 영역의 외부 가장자리 주위에 원주 방향으로 또는 적어도 부분적으로 원주 방향으로 생성될 때, 개방형-기공 구조가 형태 고정 및 일체 방식으로 고정되고 보호될 수 있는 프레임이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 경량 구조, 자동차 엔지니어링, 전기 엔지니어링 및 항공우주 분야에 사용되는 부품을 제조하는 데에도 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명한다.
실시예 1
다음과 같이, 2개의 콤팩트한 직사각형 직접 발포체 접점을 포함하는 금속 발포체 플레이트가 부품(component)으로서 제조되었다. 부품을 제조하기 위해 크기가 125mm x 75mm x 20mm인 거친(coarse) 직사각형 금속 발포체 형태의 플레이트를 반제품으로서 사용하였다. 완제품의 전체적 형태가 125mm x 125mm x 20mm 크기의 정사각형모양을 얻을 수 있도록 두 개의 제 1 볼륨 영역이 두 개의 대향 측면에 배열되었다. 반제품 역할을 하는 거친 발포체는 셀 폭이 약 4.5mm이고 밀도는 반제품의 금속 밀도의 약 10%였다. 현탁액에 의해서만 형성된 2개의 제1 볼륨 영역은 대략 50%의 소결 밀도에 도달했고, 여기서 100μm 내지 1500μm 사이의 평균 기공 크기와 50%의 다공도가 달성되었다.
해당 셀 폭을 갖는 개방형-셀 폴리머 발포체를 슈바르츠발더 공법으로 코팅하는 성형방법에 따라 거친 발포체를 반제품으로 제조하였다. 이를 위해 평균 입자 크기가 7 μm인 철 크롬 알루미늄(FeCrAl) 금속 분말을 먼저 폴리머 바인더(예: Zschim-mer&Schwarz에서 시판하는 폴리비닐 제제), 소포 및 유변학적 특성 조정을 위한 첨가제(예: 지방 알코올 제제, Zschimmer&Schwarz), 및 물과 함께 교반하여 약 86%의 금속 고형분 함량을 갖는 현탁액을 생성했다. 발포 재료를 이 현탁액으로 함침시키고, 발포체 구조의 스트럿 표면에 원하는 로딩량으로 조정될 때까지 캘린더링을 통해 발포 재료를 압착했다. 코팅 및 건조된 발포체는 반제품이 되어, 분할 가능 성형 도구의 중앙에 삽입되었다. 이때 성형 도구 내벽과 반제품 표면 사이에는 폭이 25mm인 가장자리가 양쪽에 남도록 마련되며 여기에 추가적으로 제 1 볼륨 영역이 형성되게 된다. 성형 도구와 반제품을 진동판 위에 놓았다.
제 1 및 제 2 볼륨 영역을 생성할 현탁액은 배치(batch) 공정에서 별도로 제조되었다. 기본은 금속 분말, 유기 바인더 및 유변학적 첨가제로 구성된 동일한 현탁액 조성물로 형성되지만 이번에는 소포제가 없다.
대신, 최대 5질량%의 계면활성제(예를 들어 지방 알코올 황산염 제제, Zschim-mer&Schwarz)를 발포제로서 첨가했다. 혼합물을 비이커에서 1000rpm의 회전 속도로 10분에 걸쳐 발포시켰으며, 여기서 약 50%의 부피 증가를 추구했다.
기포가 가능한 한 균일하게 현탁액에 분포된 발포 현탁액을 주걱(spatula)을 사용하여 성형 도구 내벽과 반제품 표면 사이의 자유 가장자리 영역 (free edge region)에 추가했다. 이렇게 발포된 현탁액의 유동 거동은 성형 도구가 진동판에 의해 가볍게 진동될 때 자유 유동이 되고, 외력의 작용에 의해 움직이지 않을 때 제자리에 유지되도록 조정되었다. 이러한 방식으로, 반제품을 형성하는 거친 금속 발포체의 기공으로의 가스 기포 함유 현탁액의 침투를 제어할 수 있으며, 1 내지 2셀 수준(약 4.5mm 내지 9mm)의 결합 영역을 제 2 볼륨 영역으로 조정할 수 있다. 제 2 볼륨 영역이 생성될 반제품의 가장자리 영역이 채워진 후 약 40°C에서 약 24시간 동안 건조 공정이 진행되었으며, 그 후 성형 도구를 제거할 수 있었다. 이를 위해 여러 개의 분할 가능한 개별 부분으로 구성된 성형 도구를 사용하는 것이 권장되며 일반적으로 분할 가능한 성형 도구가 선호된다. 건조과정 이후 유기성분을 제거하기 위한 탈지(debinding)단계를 수행한 후 금속을 소결하였다. 두 개의 대향 측면 각각에 바깥쪽으로 향하는 제 1 볼륨 영역을 포함하는 부품을 제조할 수 있었으며, 제1 볼륨영역의 다공도는 반제품의 다공도에 의해 미리 정의된 제3 볼륨영역의 다공도보다 작다. 제2 볼륨 영역은 제1 볼륨 영역과 제3 볼륨 영역 사이에 생성되었으며, 이에 의해 제1 볼륨 영역과 제3 볼륨 영역은 형태 고정 및 일체형 방식으로 접합되었으며, 제2 볼륨 영역은 제1 볼륨 영역보다 다공성이 없거나 더 작았다. 제 1 볼륨 영역으로 전기적 접촉을 위한 연결을 생성하는 것이 가능했다. 세 개의 볼륨 영역은 모두 동일한 금속을 사용하여 형성되었다.
실시예 2
금속으로 형성된 부품의 대안으로서, 세라믹 부품이 동일한 원리에 따라 제조되었다. 이를 위해 수성 세라믹 현탁액이 준비된다. 이 현탁액은 평균 입자 직경이 0.8μm와 3.0μm인 SiC 분말을 70:30의 비율로 혼합하여 생성된 이중 SiC 입자 크기 분포를 가지며, 추가적으로 0.6%의 붕소(탄화물)와 11%의 수용성 폴리 사카라이드 (열분해 후 탄소 4%에 해당)를 소결 첨가제로 함유한다. 현탁액을 78%의 고형분 함량으로 조정했다.
발포체 세라믹을 제조하기 위해 셀 폭이 30ppi(인치당 기공)인 폴리우레탄 발포 재료를 현탁액으로 포화시킨 후 원심분리기를 사용하여 잉여 현탁액을 제거한다. 예시로 200mm x 250mm x 10mm 크기를 가지는 판이 언급되며, 외부 가장자리에 20mm x 50mm 크기의 두 개의 직사각형 리세스가 대칭으로 배열되어 있으며, 반제품으로 사용되었다. 보다 강한 접촉 연결을 생성하기 위해, 성형 도구의 내부와 유사한 공간(cavity)를 나타내는 이러한 리세스에 발포 현탁액이 추가되었다. 이러한 리세스는 예를 들어 레이저 또는 워터젯 절단에 의해 발포체 바디에 도입될 수 있으며, 여기서 도입과정은 바람직하게는 반제품이 생성되는 폴리머 발포체의 코팅 공정 이전에 이미 수행되어야 한다.
그 외에는 실시예 1에서와 같이 적어도 대략 동일한 절차와 적어도 대략 동일한 반제품 및 현탁액의 일관성을 준수했다. 실시예 1에서 사용된 바와 같이 기포 함유 발포 현탁액의 제조와 대조적으로, DE 10 2010 039 322 A1에 기술된 바와 같은 장치를 통해 가스 기포 형태의 공기를 현탁액에 도입하였다. 폴리머 발포체의 함침에 사용된 세라믹 현탁액은 약간 수정되었으며, 계면활성제 외에 가소제(예: 폴리머 다당류, Zschim-mer&Schwarz)를 첨가되었으며 이는 제 1 및 제 2 볼륨 영역이 생성되는 현탁액의 가공 특성을 향상시킨다. 이 장치는 길이가 182mm이고 벽 두께가 2.9mm이고 외경이 70mm인 강철 중공 실린더로 구성된다. 이 실린더에는 제어 가능한 압축 공기 공급을 위한 연결구가 있다. 튜브의 끝면에는 호스 연결부 역할도 할 수 있는 동심 노즐이 있는 금속 디스크가 마련된다. 튜브의 후면도 직경 10mm의 관통 구멍이 있는 금속 디스크로 닫혀 있다. 밀봉 링으로 두 뚜껑 사이에 고정되어 있고 외부 직경이 약 25mm이고 벽 두께가 약 2mm인 다공성 중공 실린더가 강철 실린더 내에 위치한다. 스테인레스 스틸로 만들어진 튜브의 다공도는 약 43%이다. 직경이 약 20mm인 SMX 시리즈(Sulzer Chemtech AG)의 정적 혼합기(mixer)가 튜브의 중심(core)에 위치한다. 금속 분말 현탁액이 정적 혼합기를 가지는 다공성 내부 튜브를 거치면서 동시에 압축 공기를 통해 약 0.3 MPa의 압력과 약 600 ml/min의 공기 유량을 받게 된다. 결과적으로 현탁액에 균일한 기포가 생성된다.
이렇게 발포된 현탁액은 발포 장치를 켜고 끄는 방식으로 반제품의 기 생성 홈에 추가될 수 있다. 제 2 볼륨 영역을 형성하는 가장자리 영역의 두께는 소결 공정 이후에 제 2 볼륨 영역과 제 3 볼륨 영역 사이의 형태 고정 및 일체형 방식 접합을 달성하기 위해 약 4mm여야 한다.
그런 다음 건조 캐비닛에서 40°C로 최소 12시간 동안 약하게 건조한다. 건조 후, 제1 부피의 스트럿 내부에 있는 폴리머 발포체는 대기 중 불활성 가스 하에서 800°C의 온도에서 연소된다. 남아 있는 SiC 분말 지지체 (scaffold)를 아르곤 분위기 하, 2100℃ 온도의 감압 환경에서 소결하여, 본 발명에 따른 SiC로 제조된 부품을 얻는다.

Claims (14)

  1. 개방형-기공 베이스 구조가 보존되도록, 폴리머 재료로 형성되는 개방형-기공 발포체 바디의 스트럿(strut) 표면에 금속 코팅 또는 금속 또는 세라믹 입자 코팅이 제공되는 단계;
    금속 또는 세라믹 입자, 액체 및 폴리머 바인더로 형성되고 내부에 미리 형성된 가스 기포가 추가적으로 존재하는 현탁액을 반제품(semi-finished product)의 역할을 하는 상기 발포체 바디의 표면에 접촉시킨 후, 획득되는 상기 반제품의 미리 정의된 표면 영역에서 미리 정의된 모양으로 되게 하여 상기 현탁액의 일부가 상기 반제품의 역할을 하는 발포체 바디의 가장자리 층 영역의 개방형 기공에 침투하는 단계; 및
    이어서 열처리를 이용하여 상기 현탁액에 포함된 액체를 배출시키고 폴리머 성분을 제거하는 건조 과정을 수행한 후, 소결과정을 수행하는 단계로 이루어지며,
    상기 소결 중에, 상기 현탁액으로부터 유래한 상기 금속 또는 세라믹 재료로 형성되는 제1 볼륨 영역으로서, 전적으로 상기 현탁액에 존재하는 가스 기포로 인해 얻어지는 더 작은 다공도를 가지는 제 1 볼륨 영역 및 상기 제 1 볼륨 영역에 인접하며 마찬가지로 다공성인 제 2 볼륨 영역이 생성되고, 상기 제2 볼륨 영역은 상기 반제품의 스트럿의 코팅의 상기 금속 또는 세라믹 및 상기 현탁액의 상기 금속 또는 세라믹으로 형성되고, 상기 각각의 금속 및/또는 세라믹은 상기 제2 볼륨 영역 내에서 일체 및 형태 잠금 방식(form-locked manner)으로 서로 접합(join)됨으로써, 상기 코팅된 발포체 바디로부터 얻어지며 상기 제1 볼륨 영역보다 큰 다공도를 가지는 상기 개방형-기공성의 제3 볼륨 영역의 상기 금속 또는 세라믹 개방형-기공 구조에 상기 제2 볼륨 영역이 접합 (join)되는, 서로 다른 다공도를 갖는 적어도 3개의 서로 인접한 볼륨 영역을 포함하는 다공성 금속 및/또는 세라믹 부품을 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반제품의 생성을 위해 상기 폴리머 재료의 발포체 바디는 상기 스트럿이 화학 기상 증착 방법(CVD), 플라즈마 기상 증착(PVD) 방법, 갈바닉 방법에 의한 금속으로 코팅되거나, 금속 또는 세라믹 입자를 함유한 현탁액으로 코팅되며, 상기 제1 볼륨 영역 및 상기 제 2볼륨 영역의 생성을 위해 상기 반제품은 상기 코팅된 스트럿이 표면 영역에서 상기 가스 기포 함유 현탁액과 접촉 시 손상을 피하는데 충분한 강도를 가지기에 충분한 그린 강도를 달성하도록 상기 반제품에 도포 전 건조된 현탁액으로 코팅되는, 서로 다른 다공도를 갖는 적어도 3개의 서로 인접한 볼륨 영역을 포함하는 다공성 금속 및/또는 세라믹 부품을 제조하는 방법.
  3. 제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반제품의 스트럿은 상기 1 볼륨 영역 및 상기 제 2 볼륨 영역을 생성하기 위한 현탁액을 형성하는 데 사용된 것과 동일한 금속 또는 동일한 세라믹으로 코팅되는, 서로 다른 다공도를 갖는 적어도 3개의 서로 인접한 볼륨 영역을 포함하는 다공성 금속 및/또는 세라믹 부품을 제조하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1 볼륨 영역 및 상기 제 2 볼륨 영역을 생성하기 위해 사용되는 현탁액으로서, 적어도 0.1mPas의 점도로 마련 및/또는 상기 현탁액 전체 부피에 대해 최소 5%에서 최대 50%의 부피 백분율로 가스 기포가 내부에 존재하는 현탁액을 사용하는, 서로 다른 다공도를 갖는 적어도 3개의 서로 인접한 볼륨 영역을 포함하는 다공성 금속 및/또는 세라믹 부품을 제조하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 볼륨 영역의 생성을 위해 상기 현탁액은 상기 반제품에 형성된 적어도 하나의 오목부, 함몰부 또는 천공 및/또는 상기 특정 반제품에 부착될 수 있는 성형 도구의 내부에 추가되는, 서로 다른 다공도를 갖는 적어도 3개의 서로 인접한 볼륨 영역을 포함하는 다공성 금속 및/또는 세라믹 부품을 제조하는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반제품 표면에서부터 진행하는, 기공 내부의 상기 현탁액의 침투 깊이는 외부에서 작용하는 힘에 의해 영향을 받는, 서로 다른 다공도를 갖는 적어도 3개의 서로 인접한 볼륨 영역을 포함하는 다공성 금속 및/또는 세라믹 부품을 제조하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 반제품 자체, 또는 성형 도구가 부착된 반제품에 대한 진동 인가 및/또는 상기 과정에서 상기 현탁액에 압력 인가가 이루어지는, 서로 다른 다공도를 갖는 적어도 3개의 서로 인접한 볼륨 영역을 포함하는 다공성 금속 및/또는 세라믹 부품을 제조하는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    60% 내지 95% 범위의 다공도를 가지는 반제품의 사용 및/또는 0% 내지 55% 범위의 다공도를 가지는 상기 부품에 상기 현탁액을 통한 제 1 볼륨 영역 및/또는 제 2볼륨 영역의 생성이 가능한, 서로 다른 다공도를 갖는 적어도 3개의 서로 인접한 볼륨 영역을 포함하는 다공성 금속 및/또는 세라믹 부품을 제조하는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사용되는 금속은 철 크롬 알루미늄 (FeCrAl) 합금인, 서로 다른 다공도를 갖는 적어도 3개의 서로 인접한 볼륨 영역을 포함하는 다공성 금속 및/또는 세라믹 부품을 제조하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 제조된 부품에 있어서,
    상기 현탁액으로부터 유래한 상기 금속 또는 세라믹 재료로 형성되는 제1 볼륨 영역으로서, 전적으로 상기 현탁액에 존재하는 가스 기포로 인해 얻어지는 더 작은 다공도를 가지는 제 1 볼륨 영역이 형성되고, 상기 제 1 볼륨 영역에 인접하며 마찬가지로 다공성이거나 조밀한 제 2 볼륨 영역이 형성되고, 상기 제2 볼륨 영역은 상기 반제품의 스트럿의 코팅의 상기 금속 및/또는 세라믹, 및 상기 현탁액의 상기 금속 및/또는 세라믹으로 형성되고, 상기 각각의 금속 및/또는 세라믹은 일체로 형태 잠금 방식(form-locked manner)으로 서로 접합(join)됨으로써 상기 제2 볼륨 영역이 상기 제1 볼륨 영역보다 큰 다공도를 가지는 상기 반제품의 상기 금속 또는 세라믹 개방형-기공 구조에 접합(join)되는, 부품.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제3 볼륨 영역은 적어도 65%의 다공도를 갖고, 상기 제1 볼륨 영역과 제3 볼륨 영역 사이에 배치된 상기 제2 볼륨 영역의 다공도는 상기 부품의 제1 볼륨 영역과 제3 볼륨 영역의 다공도보다 작은, 부품.
  12. 제 10 항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 제1 볼륨 영역을 통해, 전기 에너지를 위한, 또는 상기 부품에 매체를 공급 및/또는 제거하기 위한 적어도 하나의 연결로서, 외부에서 접근 가능한 연결이 생성되는, 부품.
  13. 제 10 항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 이격되어 배열된 각각의 복수의 제1 및 제2 볼륨 영역이 부품에 존재하는, 부품.
  14. 제 10 항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 볼륨 영역은 80% 내지 93% 범위의 다공도를 갖는, 부품.
KR1020237042701A 2021-05-11 2022-05-10 다공성 금속 또는 세라믹 부품의 제조 방법 및 이 방법을 사용하여 제조된 부품 KR20240007239A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021204741.6 2021-05-11
DE102021204741.6A DE102021204741A1 (de) 2021-05-11 2021-05-11 Verfahren zur Herstellung eines porösen metallischen oder keramischen Bauteils sowie ein mit dem Verfahren hergestelltes Bauteil
PCT/EP2022/062633 WO2022238399A1 (de) 2021-05-11 2022-05-10 Verfahren zur herstellung eines porösen metallischen oder keramischen bauteils sowie ein mit dem verfahren hergestelltes bauteil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240007239A true KR20240007239A (ko) 2024-01-16

Family

ID=82019968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237042701A KR20240007239A (ko) 2021-05-11 2022-05-10 다공성 금속 또는 세라믹 부품의 제조 방법 및 이 방법을 사용하여 제조된 부품

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP4337405A1 (ko)
JP (1) JP2024518981A (ko)
KR (1) KR20240007239A (ko)
CN (1) CN117295571A (ko)
CA (1) CA3217583A1 (ko)
DE (1) DE102021204741A1 (ko)
WO (1) WO2022238399A1 (ko)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3111396A (en) 1960-12-14 1963-11-19 Gen Electric Method of making a porous material
US3090094A (en) 1961-02-21 1963-05-21 Gen Motors Corp Method of making porous ceramic articles
EP2123618A1 (en) * 2008-05-13 2009-11-25 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Ceramic foam with gradient of porosity in heterogeneous catalysis
DE102008054596B4 (de) * 2008-12-12 2011-04-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Offenzellige Keramik- und/oder Metallschaumkörper mit rauer umhüllender Oberfläche und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102010039322B4 (de) 2010-08-13 2016-10-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung von Schäumen
KR101780899B1 (ko) * 2016-03-11 2017-09-21 고려대학교 산학협력단 다공성 구조체 및 다공성 구조체의 제조 방법
CN108096639A (zh) * 2016-11-24 2018-06-01 重庆润泽医药有限公司 一种梯度多孔材料
CN111233478B (zh) * 2020-01-20 2021-04-06 北京交通大学 一种碳化钛梯度多孔陶瓷的分层挂浆制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024518981A (ja) 2024-05-08
DE102021204741A1 (de) 2022-11-17
WO2022238399A1 (de) 2022-11-17
CA3217583A1 (en) 2022-11-17
EP4337405A1 (de) 2024-03-20
CN117295571A (zh) 2023-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3408180A (en) Method of producing an inorganic foam and product
JP2016540887A (ja) ３次元印刷された熱間静水圧加圧成形用容器及びその製造方法
JP2010228932A (ja) 多孔質焼結体の製造方法
Zygmuntowicz et al. Alumina matrix ceramic-nickel composites formed by centrifugal slip casting
KR20240014043A (ko) 경사 기능 물품의 압출 기반 3d 인쇄용 슬러리 공급원료, 상온 및 저압에서의 금속/세라믹 물품 캐스팅, 방법 및 이를 위한 시스템
KR101401084B1 (ko) 콜로이드 입자 안정화 세라믹 폼을 코팅한 세라믹 소재 및 이의 제조방법
US8728261B2 (en) Method for producing ceramic joined body
Sutygina et al. Manufacturing of open-cell metal foams by the sponge replication technique
KR20240007239A (ko) 다공성 금속 또는 세라믹 부품의 제조 방법 및 이 방법을 사용하여 제조된 부품
JP4213612B2 (ja) 多孔質構造体の製造方法
KR100395036B1 (ko) 개포형 금속포움 제조방법
Liu et al. Production of micro components by micro powder injection molding
Vijayan et al. Fabrication of large alumina foams by pyrolysis of thermo-foamed alumina–sucrose
CN105669206B (zh) 多孔碳化硅陶瓷及其制备方法
RU2414329C1 (ru) Способ изготовления спеченных пористых изделий из псевдосплава на основе вольфрама
CN114618316B (zh) 一种多孔金属-陶瓷复合膜材料及其制备方法
EP1834684A1 (en) Improved fine pore media and method of making same
JPH10277951A (ja) 超砥粒セラミックスボンド砥石の製造方法
Amin et al. Preparation and properties of porous clay/CuZn composite produced by extrusion process
Mohammed et al. Investigation Effect of Different Feldspar Ratio on the Mechanical Properties of Porcelain Ceramic Foam Prepared by Polymeric Sponge Method
Jiang et al. Experimental study on sintering and infiltration process of metal part fabricated by mold decomposed injection sculpturing
JP2566886B2 (ja) 連通気孔を有する多孔質焼結体の製造方法
JPH0987706A (ja) 多孔質金属体の接合方法
JPH10277950A (ja) 超砥粒セラミックスボンド砥石の製造方法
Fayyaz et al. Investigation on Feedstock Preparation for Micro-Cemented Carbide Injection Molding