KR850000693B1

KR850000693B1 - 금속의 다공질 소결 판상체

Info

Publication number: KR850000693B1
Application number: KR1019800001468A
Authority: KR
Inventors: 마사토시 츠다; 타케시 고바야시; 가츠미 가이타니
Original assignee: 가츠라기 산교오 가부시키 가이샤; 오쿠야마 요시히로
Priority date: 1980-04-09
Filing date: 1980-04-09
Publication date: 1985-05-15
Also published as: KR830002895A

Abstract

내용 없음.

Description

금속의 다공질 소결 판상체

제1도는 본 발명의 다공질 소결 판상체의 일예의 단면도.

제2도는 본 발명의 다공질 소결 판상체의 다른 예의 단면도.

제3도는 본 발명의 다공질 소결 판상체를 제조하기 위한 장치의 일예를 나타내는 단면도.

제4도는 제3도에 도시된 장치의 평면도.

제5도는 본 발명의 다공질 소결 판상체의 흡음(吸音) 특성을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 금속 입자의 다공질 소결 판상체(板狀體)에 관한 것이다.

보다 상세하게는 본 발명은 소결에 의해 일체적으로 그리고 직접 서로 결합된 금속입자로 되고 다공성을 가지며 두께방향으로 밀도 구배를 가진 다공질 소결 판상체에 관한 것이다.

종래 금속 업자를 접합제(바인더)와 함께 가열 가압하여 다공질 금속 판상체를 제조하는 것이 제안되였었다. 그러한 공지의 방법에서 접합제를 이용하는 것이 필수적이기 때문에 금속입자들이 직접 서로 접합되지 않아서 구조체 자체의 강도가 나쁘게 되고, 또한 접합제의 존재 때문에 판상 구조체의 전체 공간용적이 작아서 통기성 및 다공성이 나쁘게 된다. 특히 판상체 전체를 통하여 다공성이 거의 동일하기(즉, 밀도구배가 없기) 때문에 흡음 특성도 나쁘다.

본 발명의 주목적은 강도와 강직도가 높은 다공질 소결 금속 판상체를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 우수한 흡음 및 흡진(吸振) 특성을 갖는 다공질 소결 금속 판상체를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적들은 하기 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

본 발명의 다공질 소결 금속 판상체는 소결에 의해 일체적으로 직접 서로 결합된 금속입자로 되고, 다공성을 가지며 두께방향으로 밀도구배(gradient)를 가진 것을 특징으로 한다.

그러한 다공질 금속 판상체는 여러가지 방법에 의해 제조될 수 있다. 본 발명의 일예에 따라 금속 입자는 한 쌍의 내화성 측벽, 내화성 저벽 및 전극들로 구성된 형틀(mold)내에 장입된다. 형틀의 금속 재료는 소정의 초기 전기 저항치로 될 때까지 내화성 프레스에 의해 가압된다. 다음, 그 재료를 균일하게 가열하도록 전류를 제어하면서 전극에 통전(通電)시킨다. 그 후 금속재료 전체를 그의 소결온도까지 가열하여 소결을 행한다. 얻어진 다공질 소결 금속 판상체의 두께방향으로 밀도(다공성)구배를 얻기 위해, 금속입자 크기가 다른 다수의 층으로 형틀내에 금속입자를 장입한다. 여기서 덧붙혀서 또는 다른 방식으로, 형틀의 금속재료의 두께방향에서 층상으로 온도차가 형성된다.

본 발명의 다공질 소결 금속 판상체는 종래의 것과 비교하여 (1) 접합제가 사용되지 않는다는 것, (2) 금속입자 자체가 서로 강하게 소결 결합하여 있다는 것, (3) 판상체의 두께방향에서 소(疎)-밀(密)-소, 밀-소-밀, 소-밀과 같이 층상으로 밀도변화를 가지고 있는 것, 등에서 전혀 다른 구성을 가지고 있고, 이러한 새로운 구조적 특징에 기인하여 본 발명의 다공질 소결 판상체는 후술되는 바와 같은 각종 잊점을 가지고 있다.

본 발명에 있어서 금속 재료로서는 가압 소결에 의해 직접 결합될 수 있는 것이면 어떤 것이나 사용될 수 있다. 그 예로서 철계 금속재료, 알루미늄계 금속재료, 티탄계 금속재료 등이 있는데 특히 주물, 알루미늄합금 등의 금속 가공시에 발생하는 절삭설(切削屑)을 이용하는 것이 자원절약의 관점에서 바람직하다. 이러한 금속재료의 입자의 입도는 예를 들면 30-6메시(mesh) 또는 그 이상과 같은 광범위한 것을 사용할 수 있다.

본 발명에 따라, 그 금속 입자들은 형틀에서 접합제 없이 가압 소결에 의해 판상체로 성형되어, 두께방향에서 층상으로 밀도변화를 갖게 된다. 또 판상체의 두께는 예를 들면 5-30mm와 같이 특정 용도에 따라 광범위하게 변화될 수 있으나, 일반적으로 10-20mm로 하는 것이 표준이다. 또한, 기공율(氣孔率)도 광범위하게 변화시킬 수 있으나 일반적으로는 전체로서 약 40-60%, 바람직하게는 약 50%의 기공율로 하는 것이 좋다.

이와 같이 본 발명의 판상체는 금속입자 자체가 접합제를 사용함이 없이 직접 압접되어 소결 결합하기 때문에 강도가 높고 통기성(다공성)이 큼과 동시에, 두께방향에서 층상으로 밀도변화가 있어서 우수한 흡음 및 흡진특성을 갖는다. 특히 우수한 흡음특성은 본 발명의 다공질 소결 판상체의 가장 중요한 특징이다. 즉 본 발명의 판상체는 전체가 다공성이기 때문에 종래의 단층 다공성 판상체와 같은 소위 다공질형 흡음기구(고음대역의 흡음은 좋으나 저음대역에서의 흡음, 흡진은 거의 불가능하다)에 의한 특성을 가지고 있고, 더 중요하게는 본 발명의 판상체는 밀도변화를 가진 다층상 구조로 되어 있기 때문에 소위 단일 공명기 흡음기구(저음대역의 흡음이 좋음)에 의한 특성도 구비하고 있어서 비교적 얇은 1매의 판상체로도 우수한 흡음 및 소음제로 될 수 있다.

이하 본 발명을 첨부도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.

제1도에 도시된 본 발명의 일예의 다공질 소결 금속 판상체는 서로 직접 소결 결합된 금속입자(1)로 되어 있고, 입자들 사이에 공간이 존재하여 전체가 다공성(통기성) 구조로 되어 있다. 그리하여 이 판상체는 비교적 성긴 소(疎) 구조의 외부층(3, 3)의 사이에 조밀한 밀(密) 구조의 중간층(2)가 존재하는 소-밀-소의 3층 구조를 갖는다. 또 이 구조는 용도에 따라 밀-소-밀, 소-밀-소-밀, 소-밀, 등 다양하게 변화시킬 수 있다. 제2도는 본 발명의 소견 판상체의 다른 예의 단면도로서, 그 판상체는 성긴 층(4)와 조밀한층(5)의 2층 구조를 갖는다. 어떤 경우에도 판상체 자체는 전체가 다공질이고 일체(一體)의 강체(剛體) 구조로 되어 있으며, 별개의 성긴 층과 조밀한 층을 단지 접합제에 의해 서로 접합한 것과는 전혀 다른것이다

본 발명의 소결 판상체를 제조하는 데 있어서, 내화재로 소정 크기를 형성한 한쌍의 측벽, 저벽 및 대향전극을 가진 형틀내에 소정량의 금속재료 입자를 장입하고, 내화재 프레스를 사용하여 가압하면서, 또는 가압-가압정지를 반복하면서 형틀내의 양단에 배치된 전극에 의해 통전하여 금속입자가 서로 소결 결합할 때까지 저항 가열을 가한다. 이 때, 장입물 전체가 거의 균일하게 가열되도록 배려하는 것이 중요하다. 일반적으로 먼저 형틀내의 장입 금속재료를 프레스 가압하고, 그 압력을 가감하면서(예를 들어 1-15kg/cm²) 전체의 초기 전기 저항치가 거의 일정한 범위(예를 들면, 2×10^-2Ω -1×10^-1Ω)내에 들어가도록 한다. 다음, 금속재료의 전체가 변태(變態)온도 가까이에 달할 때까지 전류를 조절하면서 승온하고, 그 후에 소결온도(금속입자가 용융하지 않을 정도의 고온)까지 온도를 상승시키고 나서 전류를 끊어 소결을 완료한다. 또 압력을 가하면서 가열하여도 좋고, 또는 소결온도에 도달하고 나서 압력을 가하도록 하여도 좋다.

그 변태온도 및 소결온도가 금속재료의 종류에 의해 다르다는 것은 물론이다. 예를 들어 주철(FC-25)의 경우 변태온도는 730℃ 전후, 소결온도는 1,000℃ 전후이고, 또한 알루미늄합금(Si 27% 함유)의 경우 변태온도는 560℃ 전후, 소결온도는 600℃ 전후이다. 소결온도에 도달하기 전 또는 직후에 프레스 가압 또는 가압해방을 적당히 행하면서 다공질 소결체의 두께를 조정한다.

상술한 공정에서 중요한 것은, 원료 전체를 거의 일정한 온도로 균일하게 승온 가열하는 것인데, 이것을 위해서는 예를 들어 형틀의 양단에 설치된 대향 전극을 다수의 쌍으로 독립 분할하고, 각 쌍의 전극 사이의 재료의 전기저항치의 차이에 따라 전류량을 조절하고, 전체를 균일하게 승온, 가열이 행해지도록 한다.

그러한 장치의 일예가 제3도 및 제4도에 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 형틀은 내화재(부도체) 블록 측벽(6, 7), 내화성 블록저벽(8) 및 전극(9)로 소정의 형상으로 구성되어 있다. 이 형틀내에는 소정량의 금속재료입자(1)이 장입된다. P는 형틀내의 금속재료를 가압하기 위해 형틀내에 설치된 내화재 프레스이다. 전극(9)는 다수쌍의 대향 전극 A-A', B-B', C-C' 등으로 되어 있고 인접하는 개개의 전극 사이에는 내화재(부도체)(10)이 설치되어 있다. 이것이 제4도에 도시되어 있다. 프레스 P 및/또는 형틀의 저벽(8)에는 열전대(thermocouple)(온도계)(11)이 매설되어 있고, 그것에 의해 각 대향전극 사이의 금속재료의 온도를 측정하고, 그 측정치에 따라 개개의 대향 전극 사이의 전압-전류를 제어하여 전체에 걸쳐서 거의 균일한 가열이 행해지도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 다공성 판상 소결체의 중요한 특징중의 하나는 전체로서는 일체적인 소결체 구조를 가지면서 두께방향에서는 층상으로 밀도 구배를 갖는 다는 것이다. 이것은 가압 소결시에 (1) 표층부 및 또는 저층부의 온도를 다른 부분보다 높게(또는 낮게) 하는 것, (2) 금속입자 재료를 형틀내에 장입할 때 층상으로 금속입자의 입도를 변하게 하는 것 등에 의해 달성될 수 있다. 상기 (1)을 실시하는데 있어서는 예를 들면 제3도의 장치에서 프레스 P 및 저벽(8)에 가열스단이 설치되어 있지 않기 때문에, 재료의 가열시에는 표층부 및 저층부는 각각 프레스 및 저벽의 접촉면으로부터 흡열되어 온도 저하가 생기고 금속입자 자체의 연화(軟化) 변형의 정도가 적어서 비교적 성긴 구조로 되지만, 내부층은 그러한 온도 저하가 없어서 금속입자의 연화변형은 크고 그 때문에 비교적 조밀한 구조로 된다. 즉, 소-밀-소의 3층의 판상체가 형성될 수 있다. 이 효과는 프레스 또는 저벽에 냉각장치(도시 안됨)을 설치하면 한층 크게 된다. 또는 역으로 저벽(8)에 가열수단을 설치하여 보온을 행하여 저부층도 내부층과 같은 온도로 가열시키도록 하면, 표면층만이 성글게 되고 전체가 소-밀의 2층 구조로 된다. 또한 프레스 P 및 저벽(8)의 양방에 가열장치를 설치하여 표층부 및 저층부가 내부층보다 높은 온도로 가열되도록 하면 소결 판상체는 밀-소-밀의 구조의 것이 얻어진다. 또 상기 (2)의 경우는, 예를 들어 형틀내에 원료를 장입하는 경우, 먼저 조대입자(예를 들면, 10-6메시)의 금속재료를 층상으로 장입하고, 그 위에 세소입자(예를 들면, 20-30메시)의 금속입자를 층상으로 장입하고, 최후로 다시 조대입자(예를 들면, 10-6메시)의 금속재료를 층상으로 장입하고 전체를 균일하게 가열 소결하는 조작과 가열조작을 실시하면 소-밀-소의 층상구조를 갖는 다공질 소결 금속판상체가 얻어진다. 필요하다면 상기 (1)의 수단과 (2)의 수단을 적당히 조합하여 채용할 수도 있다. 단 어떤 경우에도 온도 및 가압의 정도는 다공성이 유지되고 금속입자의 용융이 실질적으로 생기지 않고 전체로서 일체화, 강체화된 다공성 소결체가 형성되도록 배려할 필요가 있다. 이들 개개의 구체적인 조건은 사용하는 금속재료의 종류, 입자 크기, 판상체의 소망의 두께(보통 5-30mm, 바람직하게는 10-20mm), 다공성의 정도 등에 의해 변화하지만, 그것은 당업자이면 간단히 예비실험에 의해 용이하게 결정할 수가 있다.

또 본 발명의 판상체는 형틀 및 프레스의 형상을 적당히 변경함에 의해 각종 형상(예를 들면, 파형)으로 할 수도 있다.

본 발명의 소결 다공질 판상체는 열교환기, 필터 등에 사용될 수 있으나, 특허 우수한 흡음, 흡진특성을 가지고 있기 때문에 이런 특성이 요구되는 용도(예를 들면, 흡음제)에 특히 바람직한 재료로 된다.

이하, 본 발명을 몇몇 실시예로서 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 특정예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

제3도 및 제4도에 도시된 바와 같은 형식의 장치를 사용하였다. 형틀의 내부면적은 4×20cm로 하고, 깊이는 5cm로 하였다. 이 형틀내에 합계 탄소 약 3.5%, 실리콘 약 2.5%, 망간 약 0.5%을 함유하는 주철(FC-25)의 절삭설 입자(6-10메시)를 3kg 장입하고, 장입 원료의 초기 저항이 2×10^-2-1×10^-1Ω의 범위로 되도록 가압(10kg/cm²)하였다. 다음 연강제(軟鋼製)의 전극(9)(이 경우 대향전극은 9쌍으로 하였다)를 사용하고, 열전대(11)로 온도 측정을 하면서 개개의 전극에 3분간에 걸쳐 1-32-A까지 전류를 서서히 올려 전체가 변태온도 약 727℃ 의 일정한 수준에 달할 때까지 가열하였다. 이어서, 가압을 정지한 체 4분간에 1,050℃ 로 승온되도록 한 후 전류를 끊은 직후에 30kg/cm²으로 가압하고, 소결 가압을 완료하였다. 또 프레스 P 및 저부 블록벽(8)에는 가열 또는 냉각장치를 설치하지 않는다. 그렇게 하여 얻어진 다공질 소결체(200×400×10mm)는 제1도에 도시된 바와 같이 소-밀-소의 구조를 가지고, 그 항절력(抗折力)은 0.45kg/mm²이고, 흡음특성은 제5도에 나타낸 바와 같았다. 또 이 경우 성긴 층의 두께는 약 3mm 기공율은 약 50%이었고 조밀한 층의 두께는 약 4mm, 기공율은 약 40%이었다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일한 조작을 반복하였다. 단 프레스 P 및 저부블록(8)의 금속재료에 접촉하는 부분 내부에 전기적 가열소자(도시안함)를 매설하고, 소결시에 원료 접촉면의 온도가 1,100℃ 로 되도록 하였다. 그렇게 하여 얻어진 다공질 소결체(200×400×10mm)는 밀-소-밀의 3층 구조를 가지며 그의 항절력은 7.88kg/㎟이었다.

[실시예 3]

실시예 1과 동일한 장치를 사용하고, 알루미늄 합금(Si 함유율 27%)의 절삭설 입자(6-10메시)를 1.5 장입하고 그 장입원료의 초기 저항이 2×10^-2Ω-1×10^-1Ω의 범위로 되도록 가압감압(1-15kg/cm²)하였다. 이어서, 2분간 통전하고(1-13200A), 전체가 변태온도 약 564℃ 의 일정한 수준에 도담할 때까지 가열하였다. 다음, 전체의 두께가 10mm로 되도록 가압감압(1-15kg/cm²)하면서 3분간을 요하여 600℃ 로 승온시켜 전류를 단절하였다. 또 프레스 P 및 저부블록(8)에는 가열 또는 냉각장치를 설치하지 않았다. 그렇게 하여 얻어진 다공질 소결 판상체(200×400×10mm)는 소-밀-소의 3층 구조를 갖는 일체적 강체이었다.

[실시예 4]

실시예 1과 동일한 장치를 사용하여 동일조작을 반복하였다. 단, 주철설을 장입하는 데 있어서 먼저 6-10메시의 것과, 다음 10-20메시의 것, 최후의 6-10메시의 것 각 1kg을 각각 층상으로 하여 장입하였다. 그렇게 하여 소-멸-소의 3층 구조를 가진 다공질 소결 판상체(200×400×10mm)가 얻어졌다.

여기서 사용된 용어 "소결"은 금속재료 입자가 완전히 용융되지는 않았으나 부분적으로(특히 금속성분)용융되고 부분적으로는(특히, 탄화물과 같은 비금속 무기 화합물 성분) 용융금속상(相)에 분산된 고체상이 유지되는 그러한 고온까지 금속 재료입자를 가열하는 것을 의미한다.

Claims

접합제의 사용 없이 가압 및 소결에 의해 일체적으로 서로 직접 결합된금속입자(1)로 되고, 다공성 구조로 되어 있으며, 두께방향에서 연속적인 밀도구배를 가지고, 두 개의 성긴층(3, 3) 사이에 하나의 조밀한 중간층(2)이 있는 층상구조인 것을 특징으로 하는 흡음 또는 흡진 특성을 갖는 금속의 다공질 소결 판상체.