KR900002123B1 - 자동밀봉 유체 다이 - Google Patents

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제이 리즌비 케빈
제임스 버나드 엘
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다우케비컬 컴퍼니
리챠드 고든 워터맨
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Abstract

내용 없음.

Description

자동밀봉 유체 다이
제 1 도는 본 발명에 따른 조립체의 구조를 나타낸 종단면도이다.
제 2 도는 본 발명에 따른 제 1 도에서와 같은 조립체의 종단면도로서, 조밀상태 하에서의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 조립체 12 : 성형체
12' : 압분체(compact) 14 : 램(ram)
16 : 폿트형 다이 18,26 : 빈공간부
20 : 외부용기부 20' : 복합물
22 : 내부중간체 23 : 골격구조물
23 ' : 골격구조물 조각 25 : 유동화제
27 : 컵부 28 : 덮개부
본 발명은 설정된 밀도로 조밀화된 압분체(compact)를 형성시키기 위해 금속과 비금속 및 그 결합물로 된 성형체를 경화시키는데 사용되는 것이다.
종래에는 조밀한 분말로 된 진공소결 성형체가 알려져 있었다. 그러나 아무리 온도를 높이고 소결시간(sintering times)을 연장시켜도 충분한 이론적 밀도를 달성시키기 어려웠다. 더구나 필요한 성능을 실질적으로 감소시킬 정도로 입자 및 미소구성성분 크기가 컸었다.
또한 조밀한 분말로 된 성형체를 소결 및 등정적압으로 가열시키는 방법도 알려져 있는바, 이 경우는 상기의 공정외에 온도를 높이고 주기시간을 길게 하여도 큰 입자 및 큰 미세구성성분이 생기는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결한 것으로서는 1984년 1월31일 Rozmus에 의해 발표된 미국특허 제4,428,906호가 있는바, 이에 따르면 성형체는 압력전달매체로 이루어진 몰드(mold) 내에 위치되거나 넣어질수 있고, 그 매체는 유체성 유리를 캡슐화한 단단하게 상호결합된 세라믹 골격구조물로 이루어져 있다. 여기서 유리는 조밀화하는데 필요한 온도에서 유동성이고 소성흐름(plastic flow)을 갖게되는 반면, 세라믹 골격구조물은 자체형상을 유지하며 유동성 유리를 운반하는 역할을 한다. 폿트형 다이와 램(ram) 사이의 상호작용에 의한 외압이 작용됨에 따라 세라믹 골격구조물은 용기내에서 조밀화된 복합물로서 유동화된 유리내에 분산되어 있는 세라믹 골격구조물 조각의 복합물이 생성되도록 부서지게 된다. 이 복합물은 용기내에서 조밀화된 물질의 설정밀도에서 본질적으로 완전히 농축되어 있고, 비압축성이며, 유동적으로 되어져 소성흐름을 가능하게 한다. 이때 유동화된 유리는 압축될 성형체의 미리 설정한 조밀의 효과를 얻기 위해 전방향(全方向)으로 압력을 전달하는 역할을 한다. 이러한 기술에 따르면, 단조 압축기의 최고압(120,000psi이상으로서)을 가하게 될 경우 더 저온에서 그리고 만족할 만큼 더 짧은 시간에 충분하게 이론적인 밀도 경화효과를 가져올수 있으며, 이러한 경우에는 매우 좋은 입자 및 금속간극의 크기를 갖는 우수한 생성물을 제조할수 있게 되는 것이다.
그러나, 이러한 경우에 있어서도 할수 있는 가장 좋은 형태로 제조하기 위해서는 비용이 많이 소요되고 공정이 어려웠기 때문에 성형체가 좋지 않은 표면, 불량한 미세구조 및 물리적 성질을 갖게 되었으며, 압력 전달매체의 반응가스 및 노(爐) 주위가스에 의한 예열시 오염되게 되는 폐단이 있었다.
따라서, 본 발명은 미리 설정된 밀도로 조밀화된 압분체를 형성하기 위해 금속 및 비금속성 조성물의 분말과 그 결합물로 된 성형체를 경화시키는 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다. 이때 조립체는 설정된 힘과 온도에 대해 그 설정된 온도와 힘보다 더 낮은 온도와 힘에서 가스를 통과시키는 통기공이 있어서 유동성이 있도록 되어진 외부용기부와, 그곳을 통과하는 기체흐름에 대해 액체장벽을 형성시키기 위해서 더 낮은 온도와 힘에서 녹으면서 용기부 내부에 있는 성형체를 캡슐화 시키는 내부중간체를 포함하고 있다.
본 발명은 또한, 설정된 밀도로 조밀화된 압분체로 형성하도록 금속 및 비금속성 조성물의 분말과 그 결합물로 된 성형체를 경화시키는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 이 방법은 설정된 힘과 온도에 대해서 그 설정된 온도와 힘보다 더 낮은 온도와 힘에서 그곳을 통과하는 기체의 흐름에 대한 통기공이 있어서 유동성이 있도록 되어진 용기부로 성형체를 둘러싸는 단계와, 상기 용기부 내의 내부중간체(22) 내부에다 성형체를 캡슐화 시키되 그곳을 통과하는 기체의 흐름에 대한 액체 장벽을 형성하기 위해 상기의 더 낮은 온도에서 내부중간체가 녹아서 캡슐화 시키는 단계를 포함한다.
이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 성형체(12)를 경화시키는 조립체는 일반적으로 도면에서 10으로 나타내었는바, 이 조립체(10)는 설정된 밀도로 조밀화된 압분체(12')를 형성시키기 위해 금속 및 비금속성 조성물의 분말로된 물질과 조밀한 부분을 포함한 그 결합물로된 성형체(12)를 경화시키기 위한 것이다. 이때의 성형체(12)는 제 1 도에서와 같이 예컨대 하나의 예정된 형태로 자동지지 되어진 형태로 둘러싸여지기 전에 저밀도로 단단히 압축되어진 불완전한 부분으로 알려져 있다.
또한 조립체(10)는 일종의 압축기로서 램(14)과 폿트형 다이(16)를 포함하고 있는데, 하부에 위치하는 폿트형 다이(16)는 조립체(10)를 강한 힘으로 제한하도록 그 빈공간부(18)로서 조립체(10)의 일부를 이루고 있다. 이러한 조립체(10)는 설정된 힘과 온도보다 더 낮은 온도와 힘에서 가스를 통과시키는 통기공이 있어서 그 설정된 힘과 온도에 대해 유동성이 있도록 되어진 외부용기부(20)를 포함하고 있으며, 그 용기부(20) 내에는 그곳을 통과하는 기체의 흐름에 대해 액체 장벽을 형성시킬수 있도록 더 저온에서 녹아서 상기의 성형체(12)를 캡슐화 시키게 되는 내부 중간체(22)를 포함하고 있음을 특징으로 한다.
이를 더욱 상세하게 설명하면, 외부용기부(20)는 Rozmus에 의해 1984년 1월31일자로 발표되고, 본 발명의 양수인에게 양도된 미국특허 제4,428,906호에 개시된 단단하게 상호결합된 골격구조물을 포함할수 있다. 이 외부용기부(20)는 설정된 힘 또는 압력에 의해서 부서져 버릴수 있는 상호결합된 단단한 골격구조물(23)을 포함하는 압력-전달 중간체로서 유동성 있는 유동화제(25)를 포함하는데, 이러한 용기부(20)에서는 설정된 힘에서 골격구조물(23)이 부서지게 되면 유동화제(25)에 분산되는 골격구조물 조각(23')의 복합물(20')을 형성하도록 되어 있어서, 압분체(12')의 설정된 밀도로 실질적으로 충분하게 조밀하고 비압축적이며 유동성 흐름이 가능한 복합물(20')로 되어지도록 형성된 골격구조물(23)로서 유지되고 지지되는 것이다. 내부중간체(22)는 조밀화 온도보다 더 낮은 온도에서 녹는 다양한 물질로 만들어질수 있다. 오히려 외부용기부(20)보다 설정된 온도에서 더 낮은 점도의 내부중간체(20)도 상기 물질로 구성되어 진다. 바람직한 중간체(22)는 외부용기부(20)의 유동화제(25)인 유리보다는 더욱 낮은 온도에서 녹을수 있는 유리이다. 외부용기부(20)는 그 안에 내부중간체(22)를 받는 빈공간부(26)로 한정되는 컵부(27)를 포함한다.
한편, 본 발명은 설정된 밀도로 조밀화된 압분체(12')를 형성시키기 위해 금속 및 비금속성 조성물의 분말과 그 결합물로 된 성형체를 경화시키는 방법에 관한 것이기도 한바, 그 방법은 설정된 힘과 온도에 대해 그 설정된 힘과 온도보다 더 낮은 온도와 힘에서 그곳을 통과하는 기체의 흐름에 대한 통기공이 있어서 설정된 힘과 온도에 대하여 유동성이 있도록 되어진 용기부(20)로 성형체(12)를 둘러싸는 단계와, 상기의 용기부(20)내의 내부중간체(22) 내부에다 성형체(12)를 캡슐화시키되 그전의 예열단계에서 그곳을 통과하는 기체의 흐름에 대한 액체 장벽을 형성하기 위해 그보다 더 저온에서 내부중간체(22)를 녹이는 캡슐화 단계로 이루어져 있다. 이때 캡슐화 단계에서는 외부용기부(20)의 노(爐)주위가스 및 반응가스에 의해 성형체(12)가 오염되는 것을 막는다. 외부압력은, 적어도 압분체(12')가 설정된 조밀화에 이르기 전에 성형체(12)의 설정된 조밀화를 압분체(12')로 변환시킬수 있도록 하기 위해, 충분하게 조밀하고 비압축성이며 유체성 흐름이 가능한 용기부(20)와 중간체(22)에 의해 제공되는 정수압으로 용기부(20)의 외부 전체에 가해진다. 이렇게 하면 용기부(20)는 설정된 힘에 의해 부서질수 있는 단단한 내부 골격구조물과 유동성있는 유동화제(25)로 되어 있어서, 설정된 힘에서 골격구조물(23)이 부서지게 되면 상기 유동화제(25)로 분산되어서 골격구조물 조각(23')의 복합물(20')을 형성하게 된다. 결국 압분체(12')의 설정된 밀도로 실질적으로 충분하게 조밀하고 비압축성이며 유동성 흐름이 가능한 복합물(20')이 되게 하기 위한 골격구조물(23)로서 유지되고 지지되는 것이다. 이때 바람직하게도 내부중간체(22)는 유동화제로서 유리로 되어 있고 이 두가지 재질은 동종의 유리원료일수 있다. 또한 이러한 용기부(20)는 내부중간체(22) 및 용기부(20)와 빈공간부(18)를 덮기 위한 덮개부(28)를 받는 빈공간부(18)로 된 컵부(27)로 형성된다. 결국 이 용기부(20)는 폿트형 다이(16) 내에 위치하고 그 내부에는 내부중간체(22)와 성형체(12)가 위치하게 되는 것이다. 이때 램(14)은 폿트형 다이(16) 내부로 삽입되어 지게되므로서 이러한 램(14)이 폿트형 다이(16)로 지지되면서 용기부(20)에 설정된 힘을 가하여 압력을 주게 되는 것이다. 이때 성형체(12)와 내부중간체(22)는, 폿트형 다이(16)에 삽입되기 전에 바람직하게는 로(爐)에서 가열된다.
용기부의 2부분(27,28)은 주조물이며 세라믹-유리조성물의 다이로 형성된 것이다. 성형체(12)는 예열되고 굳어져 경화되는 동안 그것이 빈공간부(26)의 바닥에 위치되지 않도록 가느다란 철사의 지지대에 위치될수 있는데, 바람직한 방법으로는 성형체(12)의 필요한 높이만큼 위치의 빈공간부(26) 바닥에다 유리가루(적당한 용융밀폐 중간체)와 실리카의 혼합물로 층을 형성시킨다. 즉, 실리카-유리 혼합물이 상기 빈공간부(26) 바닥의 모든 부위로부터 성형체(12)를 가로막도록 한 다음에 실리카-유리층 위에다 성형체(12)를 위치시키고, 유리가루를 충전시켜 빈공간부의 밸런스를 맞추어서 내부중간체(22)가 형성되어지도록 한 후 제 1 도에 나타낸 바와같이 압력-전달 덮개부(28)를 맨 꼭대기에 위치시킨다. 이렇게 한다음 경화시킬수 있는 온도로 조절되는 대기조절형 로에 조립체를 위치시킨 다음, 수분내에 저용융 중간체(22)가 가스오염으로부터 성형체(12)를 보호하기 위한 보호벽을 만든다. 이때 경화온도보다 더 고온에서는 용융밀폐가 더 빨리 일어나며 또한 예열주기도 짧아지는데, 주기는 온도가 상기 경화온도일 경우 성형체(12)가 경화온도에 도달할때 용기(20)를 옮기는 시간이다. 용기부(20)는 폿트형 다이(16) 내에 위치하여 램(14)에 의해 압력을 받게 되고, 용기(20')는 이동되어 냉각되고 기계적으로 분리 이탈되어지는 것이다. 적당한 용융밀폐 중간체는 유리가 좋기는 하지만 공정온도에 따라서 금속이나 염 또는 중합체도 가능하다. 또한 복합물(20')은 유리냉각으로 고형화되며, 예컨대 분쇄시켜서 재사용할수 있다.
만일 용융밀폐용 중간체(22)가 성형체(12)와 반응하거나 압력이 가해질때 성형체(12) 표면에 형성된 구멍으로 관통될 정도로 점도가 낮은 경우에는 그 성형체(12)를 Delta Glaze과 같은 비반응성(비교적 불침투성)의 고온코팅으로 예비 코팅할수 있는데, 이러한 코팅은 용융된 중간체에 대해 성형체(12)가 불침투성이 되도록 하는 역할을 하게 된다.
조작상으로 볼때, 성형체(12)는 내부중간체(22)에 캡슐화되고 압력전달용 용기부(20) 내에 보호 지지되어 예열되고 그 다음으로 폿트형 다이(16)에 위치된다. 본 발명에서 가해지는 힘은 성형체(12)를 설정된 밀도의 압분체(12')로 조밀화시키기 위하여 폿트형 다이(16) 내에서 램(14)으로부터 압력을 받아서 용기부(20)의 전체외부표면에 적용되게 된다. 내부중간체(22)가 비교적 낮은 온도에서 빠르게 용융하게 되면 예열하는 동안 기체확산 보호벽, 다시말해 그곳을 통과하는 기체의 이동을 막는 액체 보호벽을 형성하게 된다. 즉, 예열 초기단계에서 압력-전달 용기부(20)로부터 발생되는 로 주위가스 및 반응가스를 충분하게 막아줄수 있도록 용융밀폐용 중간체가 녹게 되므로서 성형체(12)가 오염으로부터 방지되는 것이다. 외부압력은 폿트형 다이(16)와 램(14) 사이에 상호작용됨으로서, 압력-전달 용기부(20)의 세라믹 골격구조물이 부서져서, 용기내에 조밀되어 있는 압분체(12')의 설정된 조밀화 정도에서 실질적으로 충분히 조밀하고 비압축성이며 소성 흐름이 가능하도록 유체화된 조성물로 되게 하여서, 유체화 유리(25')에 분산된 세라믹 골격구조물 조각(23')의 복합물(20')을 생성시킨다. 또한 용융밀폐용 내부중간체(22)는 실질적으로 용해되고 압력을 받아서 충분히 조밀하게 되어서 소성흐름의 압력전달을 방해하지 않는다. 따라서 세라믹 골격구조물은, 램(16)의 힘을 받아서 골격구조물이 부서질 때까지 구조물의 단단함과 캡슐화 및 유동성 유리를 유지하는데 있어서 영향력이 크며, 압분체(12')가 설정된 조밀화 효과를 갖도록 하기 위해 전방위 압력전달을 제공할수 있는 효과를 갖게 되는 것이다.
이와같은 본 발명은 본 발명에 기재된 내용의 범위내에서 기술적으로 변형될수도 있다.

Claims (15)

  1. 설정된 밀도로 조밀화된 압분체(12')를 형성시키기 위해 금속 및 비금속성 조성물의 분말물질과 그 결합물로 된 성형체(12)를 경화시키는 조립체(10)로서, 그 조립체(10)는 설정된 힘과 온도에 대해 그 설정된 힘과 온도보다 더 낮은 온도와 힘에서, 그곳을 통과하는 기체의 흐름에 대한 통기공에 의해 유동성이 있도록 되어진 외부용기부(20)와, 상기의 용기부(20) 내에서 그곳을 통과하는 기체흐름에 대한 액체 보호벽을 형성시키기 위해 상기의 더 낮은 온도에서 녹음으로써 성형체(12)를 캡슐화시키는 내부중간체(22)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동밀봉 유체 다이.
  2. 제 1 항에 있어서, 외부 용기부(20)는 설정된 힘 또는 압력에 의해 부서질수 있는 단단한 내부 골격구조물과 유동성있는 유동화제를 포함하며, 설정된 힘에서 골격구조물이 부서지게 되면 유동화제에 분산되어 있는 골격구조물 조각의 복합물(20')을 형성하도록 되어, 상기 압분체(12')의 설정된 밀도로 실질적으로 충분하게 조밀하고 비압축성이며 유동성 흐름이 가능한 복합물(20')로 되어지도록 형성되어진 골격구조물로 지지되고 유지되어지는 것임을 특징으로 하는 자동밀봉 유체 다이.
  3. 제 1 항에 있어서, 내부중간체(22)는 유리로 되어진 것을 특징으로 하는 자동밀봉 유체 다이.
  4. 제 2 항에 있어서, 유동화제는 유리로 되어진 것을 특징으로 하는 자동밀봉 유체 다이.
  5. 제 1 항에 있어서, 내부중간체(22)는 상기의 외부용기부(20)보다 상기의 설정된 힘과 온도에서 더 낮은 점도를 가진 것임을 특징으로 하는 자동밀봉 유체 다이.
  6. 제 1 항에 있어서, 외부용기부(20)는 상기 내부중간체(22)를 포함하도록 빈공간부(18)를 가진 컵부(27)와, 상기 빈공간부(18)을 덮도록 되어진 덮개부(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동밀봉 유체 다이.
  7. 제 1 항에 있어서, 폿트형 다이(16)는 외부용기부(20)와 램(14)을 포함하며, 상기 폿트형 다이(16) 내에 보호 지지되면서 상기 용기부(20)에 상기 설정된 힘을 가하도록 되어진 것을 특징으로 하는 자동밀봉 유체 다이.
  8. 설정된 밀도로 조밀화된 압분체(12')를 형성시키기 위해 금속 및 비금속성 조성물의 분말물질과 그 결합물로 된 성형체(12)를 경화시키는 방법에 있어서, 설정된 힘과 온도에 대해 그 설정된 힘과 온도보다 더 낮은 온도와 힘에서 그곳을 통과하는 기체의 흐름에 대한 통기공에 의해 유동성이 있도록 되어진 용기부(20)로 성형체(12)를 둘러싸는 단계와, 상기의 용기부(20) 내의 내부중간체(22) 내부에다 성형체(12)를 캡슐화 시키되 그곳을 통과하는 기체의 흐름에 대한 액체 보호벽을 형성하기 위해 상기의 더 낮은 온도에서 내부중간체(22)를 녹혀서 캡슐화 시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형체의 경화방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 용기부(20)에는 외부압력이 가해지되 적어도 압분체(12')의 설정된 조밀화 되기전에 성형체(12)의 설정된 조밀화를 압분체(12')로 변환시킬수 있도록 하기위해, 충분하게 조밀하고 비압축성이며 유체성 흐름이 가능한 용기부(20)와 중간체(22)에 의해 제공되는 정수압으로 용기부(20)의 용기 전체에 걸쳐서 가해지는 것을 특징으로 하는 성형체의 경화방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 용기부(20)는 상기의 설정된 힘에 의해 부서져 버릴수 있는 단단한 내부 골격구조물과 유동성 있는 유동화제로 되어 있어서, 설정된 힘에 의해서 골격구조물이 부서지게 되면, 상기 유동화제로 분산되어져서 골격구조물 조각의 복합물(20')을 형성하도록 하며, 압분체(12')의 설정된 밀도로 실질적으로 충분히 조밀하고 비압축성이며, 유동성 흐름이 가능한 복합물(20')로 되게 하기 위한 골격구조물로 지지되고 유지되어지는 것을 특징으로 하는 성형체의 경화방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 내부중간체(22)는 유리인 것을 특징으로 하는 성형체의 경화방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 유동화제는 유리인 것을 특징으로 하는 성형체의 경화방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 용기부(20)는 내부중간체(22)를 받도록 빈공간부(18)를 가진 컵부(27)와, 상기 빈공간부(18)를 덮도록 되어진 덮개부(28)로 되어진 것을 특징으로 하는 성형체의 경화방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 용기부(20)는 내부중간체(22) 및 성형체(12)와 더불어 폿트형 다이(16) 내부에 위치하여 그 내부에서 보호 지지되며, 설정된 힘이 가해지게 되면 상기 폿트형 다이(16) 내부로 램(14)이 삽입되어지면서 용기부(20)가 압력을 받게 되어지도록 되는 것을 특징으로 하는 성형체의 경화방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 성형체(12)와 내부중간체는 폿트형 다이(16) 내부에 위치되기 전에 가열되는 것을 특징으로 하는 성형체의 경화방법.
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