KR890003858B1 - 복합체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

복합체 및 그 제조방법
제1도에서 제3도는 본 발명과 관련되는 복합체의 기본적인 조립을 나타낸 설명도.
제4도에서 제13도는 본 발명의 제조방법을 나타낸 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 11, 21, 31, 41 : 세라믹 소결체 2, 12, 22, 32, 42 : 금속 소결체
3, 33 : 모재(母材)금속체
본 발명은 금속 소결체와 세라믹 소결체를 결합하여 이루어진 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 기계부품등의 각 분야에서는, 내 마모성 등이 뛰어난세라믹 소결체와, 금속체를 결합시킨 복합체의 실용화가 검토 되어지고 있다.
그리고 이 복합체에 있어서는 세라믹 소결체와 금속체를 견고하게 결합시키는 것이 중요하다.
종래에 있어서는 세라믹 소결체와 금속체를 결합시키기 위해서 수축법(shrink fit),확산 접합법 또는 납땜법등으로 이루어지고 있다.
그러나, 이와같은 방법들로는 세라믹 소결체와 금속체의 결합강도가 약해서 결합 신뢰성이 떨어지며, 또한 양자를 결합시키기 위한 공정이 복잡하여 생산원가가 비싸진다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와같은 사정에 의하여 이루어진 것으로, 세라믹 소결체와 금속체를 견고하게 결합시켜서 결합 신뢰성을 높인 수 있으며 더구나 높은 생산성으로 제조할 수 있는 복합체 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 금속체인 금속 소결체와 세라믹 소결체를 견고하게 결합시킨 복합체를 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 있어서, 세라믹 소결체와 금속 소결체를 결합시키는 기본적인 형태로서는, 제1도에 나타낸 바와같이 상대적으로 열팽창율이 큰 세라믹 소결체(1)의 바깥쪽에 열 팽창율이 작은 금속 소결체(2)를 결합 시킨것이 있다.
이 경우에, 세라믹 소결체는 예를들면 Al2O3, Si3N4, SiC, ZrO2등으로 형성하고, 금속 소결체는 예를들면 인바(invar)(36중량% Ni-Fe 합금)등으로 형성한다.
또한 제2도에 나타낸 바와같이 상대적으로 열팰창율이 큰 금속소결체(2)의 바깥쪽에 열 팽창율이 작은 세라믹 소결체(1)를 결합시키는 것이 있다.
이와같은 경우 세라믹 소결체는 예를들면 Al2O3, Si3N4, SiC, ZrO2등으로 형성하고, 금속 소결체는 Fe계, SUS계, CU계 등으로 형성한다.
이들의 양쪽의 결합 형태에 의하면 복합체를 열적 영향을 받는 용도에 사용한 경우에, 양 소결체의 열팽창의 결합에 의해 양 소결체를 결합시킬 수 있다.
또한, 제3도에 나타낸 바와같이 제1도에서 나타낸 복합체의 금속 소결체(2)바깥쪽에 예를들면 용해재로 이루어진 모재 금속체(3)를 결합시켜 제조하기도 한다.
이와같은 경우에는 각 부재의 열 팽창율이 세라믹 소결체(1)<모재금속체(3)<금속소결체(2)가 되도록 재료를 선택하여 결합시킨다.
이와같은 결합에서는, 복합체를 열적 영향을 받는 용도에 이용한 경우, 모재 금속체(3)가 금속소결체(2)의 열팽창을 규제하므로 금속소결체(2)의 열팽창력의 반작용으로 세라믹 소결체(1)를 결합시켜 전체적으로 각 부재를 결합시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 금속 소결체와 세라믹 소결체를 편성하여 결합시키는 기본적인 방법은 다음에 설명하는 바와같은것이 있다.
첫번째로는,결합부가 있는 세라믹 소결체와 결합시켜서 금속 분말 성형체를 성형하여 양자를 서로 거는 방법이다.
여기서 예를들면, 제4도에 나타낸 세라믹 소결체(11)와 금속 소결체(12)로 이루어진 복합체를 제조할 경우에 대하여 설명하겠다.
세라믹 소결체(11)는 예를들면 판 형상부의 중앙에 막대 형상부(11a)가 있으며, 이 막대 형상부(11a)의 바깥주위에 홈(11b)을 형성시킨다.
이 막대 형상부(11a)와 홈(11b)이 결합부가 된다.
금속 소결체(12)는 세라믹 소결체(11)의 막대 형상부(11a)와 끼워 맞추는 구멍(12a)을 지니고 있으며, 이 구멍(12a)의 안둘레에 세라믹 소결체(11)의 홈(11b)과 걸어맞추는 튀어나온곳(12b)을 형성시킨 것이다.
전술한 제1방법에 의해 이 복합체를 성형할 경우에는, 제5도에 나타낸 바와같이 금속 분말 성형체를 성형할때 다이스(dies)(13)내부에 세라믹 소결체(11)를 설치하여 금속 분말을 충전하고, 윗 펀치(punch)(14) 및 아래 펀치(15)에 의해 금속분말에 압력을 가하여 금속분말 성형체(12')를 성형한다.
이와같은 경우, 금속분말이 유동하여 세라믹 소결체(11)의 홈(11b)내부로 들어가므로 금속분말 성형체(12')가 세라믹 소결체(11)와 밀착하게 된다.
이와같은 상태로 금속분말 성형체(12')를 소결하므로써 제4도에 나타낸 복합체를 성형한다.
두번째는, 세라믹 소결체와는 별도로 성형시킨 금속분말 성형체를 가소(假燒) 또는 소결하여 결합부가 있는 세라믹 소결체와 편성시키고, 이 분말 금속체에 압력을 가하여 변형시켜서 세라믹 소결체에 거는 방법인다.
이 방법에 의하여 제4도에 나타낸 복합체를 성형할 경우에는, 제6도에 나타낸 바와같이 구멍이 있는 금속 분말성형체(12')를 성형하고 이 금속분말 성형체(12')를 가소시켜 세라믹 소결체(11)에 편성시킨다.
그리고, 금속분말 성형체의 가소체(12')에 압력을 가하므로써 그 일부를 변형시켜서 세라믹 소결체(11)의 홈(11b)에 압력을 가하여 금속분말 성형체(12')와 세라믹 소결체(11)를 건다.
그후 소결을 하여 복합체를 얻는다.
이 방법에 의하면 변형시키기 어려운 금속 재료일지라도 안에 있는 비어있는 구멍으로 압력을 가하여 변형시킬 수 있게된다.
제1 과 제2방법에 있어서, 세라믹 소결체와 금속 소결체의 결합은 기계적 구조에 의할뿐 아니라, 소결시에 금속 분말 성형체에 동등의 용침재(溶浸材)를 이용하여 용침 처리를 하면 더욱더 견고하게 결합시킬 수 있다.
즉, 금속 분말 성형체의 강도가 높아지는 동시에 용침재가 세라믹 소결체와 화학반응을 일으켜서 화학적으로 결합된다.
세번째, 결합부가 있는 세라믹 소결체와 금속 분말 성형체를 편성시켜 소결할때 금속분말 성형체에 용침처리를 하여 용침재의 일부를 세라믹 소결체의 결합부에 충전시켜서 양 소결체를 거는 방법이다.
예를들면, 제6도에 나타낸 바와같이 세라믹 소결체(11)와 금속 분말 성형체(12')를 편성시켜 소결시 동등의 용침재를 이용하여 용침처리를 하면 제7도에 나타낸 바와같이 용침재(16)의 일부가 세라믹 소결체(11)의 홈(11b)에 충전되므로 세라믹 소결체(11)와 금속 소결체(12)를 결합시킬 수 있다.
이러한 방법에 있어서, 세라믹 소결체와 금속 소결체를 결합시키는 결합부의 구조는, 제4도에 나타낸 방법에 한하지 않고 복합체에 가하는 힘등을 고려하여 여러가지를 선택할 수 있다.
예를들면 제11도 내지 제13도에서 나타낸 바와같이 세라믹 소결체(41)와 금속소결체(42)의 결합이 있다.
그리고, 전술한 각 방법은 복합체의 구성이나 용도등의 조건을 고려하여 선택한다.
또한, 전술한 각 방법의 설명에서는, 세라믹 소결체의 바깥쪽에 금속 소결체를 결합시키는 복합체를 대상으로 하고 있는데, 금속소결체의 바깥쪽에 세라믹 소결체를 결합시키는 복합체에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.
또한, 본 발명에서는, 세라믹 소결체의 바깥쪽에 금속 소결체를 결합시킨 복합체를 형성할 경우, 복합체를 모재 금속체와 편성하여 결합시킬 수도 있다.
그리고, 복합체와 모재 금속체를 결합시키기 위한 방법으로서는 전술한 복합체를 형성하는 방법을 적용할 수 있다.
제8도는 모재 금속체(23)의 구멍에 세라믹 소결체(21)를 설치하고, 점선으로 나타낸 단면 형상을 이루는 금속분말 성형체(22)를 모재 금속체(23)와 세라믹 소결체(21)사이에 설치하고 압력을 가하여 변형시키므로서 금속 분말 가소체(22)를 모재 금속체(23)와 세라믹 소결체(21)의 각 결합부(23a)(21a)에 동시에 걸러서 결합시키는 방법을 나타내고 있다.
제9도도 마찬가지로 금속 분말 성형체에 압력을 가하여 변형시켜서 결합하는 방법을 나타내고 있다.
즉, 세라믹 소결체(31)와 점선으로 나타낸 형상의 외형인 금속분말 가소체(32)를 편성시켜서 모재 금속체(33)의 들어간곳에 설치하여 금속 분말 가소체(32)에 압력을 가하여 변형시켜서 소결시 혹은 소결후에 금속 분말 성형체 또는 소결체(32)에 용침 처리를 하여 용침재(34)의 일부를 모재 금속체(33)의 결합부(33a)에 충전시켜 결합하는 방법을 나타내고 있다.
또한, 이들 각 방법으로는 복합체를 모재 금속체(33)의 들어간 결합부(33a)에 걸리게 한다.
제10도는, 제9도와 같은 형상의 세라믹 소결체(31)와 금속 성형체 혹은 금속 소결체(32)를 편성시켜 모재 금속체(33)의 들어간 곳에 설치하고, 모재금속체와 결합시킨 상태에서 소결한다.
또한 금속 분말 성형체에 압력을 가하여 변형시켜 결합하는 경우에는, 소결할때 금속분말 성형체에 용침처리를 하면, 용침재를 용소(溶燒)시킨 금속 소결체와 모재 금속체가 녹아서 접착되어 한층 견고하게 결합시킬 수 있다.
본 발명의 구체적인 예로서 제4도에 나타낸 복합체를 성형했다.
Si3N4분말과 소결조제를 혼합하고 압력을 가하여 온도 1500-1600℃로 소결하여 세라믹 소결체(11)를 성형했다.
이어서, 성형형 내부에 세라믹 소결체(11)를 설치하여 철게통의 금속 분말을 충전하고 성형압(壓) 4-6톤/㎤로 금속분말에 압력을 가하여 금속분말 성형체(12')를 세라믹 소결체(11)와 결합시킨 상태로 성형했다.
다음므로 N2가스를 베이스로 하는 비산화분위기, 온도 약 1100℃에서 약 30분간의 조건으로 소결했다.
이 결과 얻어진 성형체는 세라믹 소결체(11)와 금속 소결체(12)가 견고하게 결합된 것이었다.
지금까지설명한 바와같이 본 발명의 복합체 및 그 제조방법에 의하면, 세라믹소결체와 금속소결체가 견고하게 접합되어 신뢰성이 높은 복합체를 용이하게 성형할 수 있다.

Claims (13)

  1. 금속체와 세라믹 소결체를 일체화시킨 복합체의 제조방법에 있어서, 세라믹 소결체에 분말 금속체를 편성시켜 결합하여 복합체로 성형하는 것을 특징으로 하는 복합체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 분말 금속체를 결합부가 있는 세라믹 소결체와 편성시켜서 성형하여 양자가, 서로 걸리게 하는 복합체의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분말 금속체인 금속 분말 성형체와 세라믹 소결체를 편성시켜서 소결하는 복합체의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가소체 또는 소결체중의 어느 하나인 분말 금속체와 결합부가 있는 세라믹 소결체를 편성시켜, 분말 금속체에 압력을 가하여 변형시켜서 세라믹소결체와 걸리게하는복합체의 제조방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분말 성형체, 가소체 또는 소결체 중의 어느 하나인 분말 금속체와 세라믹 소결체를 편성시켜, 분말 금속체에 용침처리를 하는 복합체의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 분말성형체, 가소체 또는 소결체 중의 어느 하나인 분말 금속체와 결합부가 있는 세라믹 소결체를 편성시켜 분말 금속체에 용침처리를 하여 용침재를 세라믹 소결체의 결합부에 충전시켜 거는 복합체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 세라믹 소결체의 바깥쪽에 분말금속체를 편성시킨 복합체의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 분말 금속체의 바깥쪽에 세라믹 소결체를 편성시킨 복합체의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 세라믹 소결체의 바깥쪽에 분말 금속체를 편성시키고, 분말 금속체의 바깥쪽에 모재 금속체를 편성시켜서 소결하는 복합체의 제조방법.
  10. 금속체와 소결체의 편성으로 이루어진 복합체에 있어서, 전술한 세라믹 소결체는 결합부가 있으며, 전술한 금속체가 분말 금속 소결체로 형성되어 이 결합부를 통해서 일체화 되어서 이루어진 복합체.
  11. 제10항에 있어서, 금속 소결체와 세라믹 소결체는 단단하게 끼워서 결합하여 이루어진 복합체.
  12. 제10항에 있어서, 금속 소결체와 세라믹 소결체는 금속 소결체의 변형에 의 결합되어 이루어진 복합체.
  13. 제10항에 있어서, 금속 소결체와 세라믹 소결체는 양자의 사이에 용침재를 통해서 결합되어 이루어진 복합체.
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