KR950008611B1 - Method and apparatus for ceramic materials - Google Patents

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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products

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Abstract

The ceramic material is produced by (a) mixing some element powders of carbides selected from silicon carbide (beta-SiC), boron carbide (B4C), chromium carbide (Cr3C2), hafnium carbide (HfC), molybdenum carbide (MO2C) or tungsten carbide (WC), and pressing the mixt. to make a molded reactant, (b) filling the reactant in the mixed powder of a titanium (Ti) and a carbon (C), and (c) igniting and burning the mixed powder with a carbon dioxide (CO2) laser beam, and sintering the reactant at 2700-3200 K within one min.

Description

화학로를 이용한 세라믹 소재의 제조방법 및 장치Manufacturing method and apparatus of ceramic material using chemical furnace

제1도는 본 발명에 따른 SHS 반응용기의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an SHS reaction vessel according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 반응용기 12 : 화학로10 Reaction vessel 12 Chemical furnace

14 : 가스통로 16 : 수냉자켓14 gas passage 16: water cooling jacket

18, 20 : 윈도우 22 : 레이져원18, 20: Windows 22: Laser One

24 : 혼합분말 26 : 반응물24: mixed powder 26: reactant

28 : 진공펌프 30 : 냉각수유입구28: vacuum pump 30: cooling water inlet

32 : 가스유입구 34 : 가스배출구32: gas inlet 34: gas outlet

36 : 냉각수배출구 38 : 개폐기36: cooling water discharge port 38: switchgear

40 : 점화펠렛트40: ignition pellet

본 발명은 화학로를 이용한 세라믹소재의 제조방법 및 이에 사용된 장치에 관한 것이다. 특히, 반응생성율이 높은 탄화티나(TiC)의 생성시에 다른 세라믹스 분말인 탄화규소(β-SiC), 탄화붕소(B4C), 탄화크롬(Cr3C2), 타화하프늄(HfC), 탄화몰리브덴(Mo2C), 탄화텅스텐(WC) 등의 탄화물과 붕소화몰리브덴(MoB), 붕소화텅스텐(WB) 등의 붕소화물을 기계적 성질이 우수하고 고순도로 제조하는 방법 및 이에 사용된 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic material using a chemical furnace and an apparatus used therein. In particular, when producing titanium carbide (TiC) having a high reaction rate, other ceramic powders such as silicon carbide (β-SiC), boron carbide (B 4 C), chromium carbide (Cr 3 C 2 ), hafnium carbide (HfC), Method for producing carbides such as molybdenum carbide (Mo 2 C) and tungsten carbide (WC) and borides such as molybdenum boride (MoB) and tungsten boride (WB) with excellent mechanical properties and high purity It is about.

종래에 이러한, 탄화물과 붕소화물의 세라믹스 소재를 제조하는 방법은 전기로나 가마 등에서 장시간 가열하여 소결제조하기 때문에, 생상설비와 가열에 따른 연로비 등 생산비가 상당히 많이 소요되고, 산화물등의 생성으로 인하여 고순도의 생성물을 얻기가 어려워 산업적인 유용성이 크게 떨어지는 문제가 있었다.Conventionally, since the method of manufacturing a ceramic material of carbide and boride is sintered by heating for a long time in an electric furnace or a kiln, production costs such as fuel costs due to production facilities and heating are considerably high, and due to the generation of oxides, etc. It is difficult to obtain a high-purity product, there was a problem that the industrial usefulness is greatly reduced.

이에 본 발명자들은 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 새로운 화학로를 통해서 탄화티탄(TiC)을 생성시킬 때 발생되는 반응열을 이용하여 종래 소결법으로 제조하기 어려운 탄화물과 붕소화물의 반응물을 반응시키면, 보다 간단하게 기계적성질이 우수한 세라믹스 소재를 고순도로 제조할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have intensively researched to solve such a conventional problem. As a result, the present inventors have found that carbides and borides that are difficult to be manufactured by the conventional sintering method using reaction heat generated when titanium carbide (TiC) is produced through a new chemical furnace. By reacting the reactants, it was found that the ceramic material having excellent mechanical properties can be produced more simply with high purity, thereby completing the present invention.

즉, 본 발명의 목적은 표면에 산화물 및 질화물의 생성으로 인한 오염이 없는 세라믹스 소재를 고순도로 제조하기 위한 방법을 제공하는데 있다.That is, an object of the present invention is to provide a method for producing a ceramic material with high purity without contamination due to the production of oxides and nitrides on the surface.

본 발명의 다른 목적은 보다 간단한 공정으로 짧은 시간내에 기계적인 성질이 우수한 세라믹스 소재를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a ceramic material having excellent mechanical properties in a short time by a simpler process.

본 발명의 또 다른 목적은 설비 및 생산비를 절감할 수 있고, 발열반응열을 직접 소결에 이용할 수 있도록 된 세라믹스 소재의 제조장치를 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a ceramic material, which can reduce equipment and production costs, and can use exothermic reaction heat for direct sintering.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 제조하고자 하는 탄화규소(β-SiC), 탄화붕소(B4C), 탄화크롬(Cr3C2), 탄화하프늄(HfC), 탄화몰리브덴(Mo2C), 탄화텅스텐(WC), 붕소화몰리브덴(MoB) 붕소화텅스텐(WB) 중에서 선택된 탄화물 또는 붕소화몰리브덴(MoB)이나 붕소화텅스텐(WB)중에서 선택된 붕소화물의 원소분말을 혼합하고 압력을 가해서 성형된 반응물을 준비하는 단계와, 상기 반응물을 티탄(Ti)과 탄소(C)의 혼합분말 속에다 매립하는 단계와, 상기 티탄(Ti)와 탄소(C)의 혼합분말을 CO2레이져 광선으로 점화 및 연소시켜서 약 2700K 내지 3200K(2426.84℃ 내지 2926.84℃)의 발열온도로 상기 반응물을 소결시켜서 제조함을 특징으로 하는 화학로를 이용한 세라믹스 소재의 제조방법인 것이다.The present invention is to be produced silicon carbide (β-SiC), boron carbide (B 4 C), chromium carbide (Cr 3 C 2 ), hafnium carbide (HfC), molybdenum carbide (Mo 2 C), tungsten carbide (WC) Preparing a molded reactant by mixing and applying an element powder of a carbide selected from molybdenum boron (MoB) tungsten boron (WB) or a boride selected from molybdenum boron (MoB) or tungsten boron (WB) And embedding the reactant in a mixed powder of titanium (Ti) and carbon (C), and igniting and burning the mixed powder of titanium (Ti) and carbon (C) with a CO 2 laser beam. It is a method for producing a ceramic material using a chemical furnace, characterized in that by sintering the reactant at an exothermic temperature of 3200K (2426.84 ℃ to 2926.84 ℃).

또한, 본 발명은 한 외측면에 레이져 광선이 통과하는 NaCl 윈도우가 설치되어 있고, 그 내부에 100메쉬 크기의 티탄(Ti)와 탄소(C)의 원자혼합분말과 제조하고자 하는 탄화규소(β-SiC), 탄화붕소(B4C), 탄화크롬(Cr3C2), 탄화하프늄(HfC), 탄화몰리브덴(Mo2C)또는 탄화텅스텐(WC)중에서 선택된 탄화물 또는 붕소화몰리브덴(MoB)이나 붕소화텅스텐(WB) 중에서 선택된 붕소화물의 원소혼합분말 반응물이 함께 수용되는 그라파이트 화학로가 설치되어 있되 상기 레이져 광선의 조사에 의해 상기 원자혼합분말을 연소시켜서 발생된 생성열로 상기 반응물을 소결시키도록 된 세라믹 소재의 제조장치인 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is provided with a NaCl window through which the laser beam passes on one outer surface, inside the 100-mesh atomic mixture powder of titanium (Ti) and carbon (C) and silicon carbide (β- to be prepared) Carbide or molybdenum boron (MoB) or SiC, boron carbide (B 4 C), chromium carbide (Cr 3 C 2 ), hafnium carbide (HfC), molybdenum carbide (Mo 2 C) or tungsten carbide (WC) Graphite chemistry is installed in which tungsten boride (WB) element mixed powder reactants of borides are contained together, but the sintered reactants are produced by the heat generated by burning the atomic mixture powder by irradiation with the laser beam. It is characterized in that the manufacturing apparatus of the ceramic material.

이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail based on the accompanying drawings of the present invention as follows.

본 발명은 반응생성열이 큰 탄화티탄(TiC) 과 규소화티탄(Ti5Si3)을 생성할 때, 종래 소결법으로 제조하기 어려운 입방정계의 β형 탄화규소(β-SiC), 탄화붕소(B4C), 탄화크롬(Cr3C2), 탄화하프늄(HfC), 탄화몰리브덴(Mo2C), 탄화텅스텐(WC)의 탄화물 또는 붕소화몰리브덴(MoB), 붕소화텅스텐(WB)의 붕소화물의 세라믹스 소재를 상기 반응생성열을 이용하여 간단하게 또는 고순도로 제조하는 방법과 이에 사용되는 장치에 대한 것이다.In the present invention, when generating titanium carbide (TiC) and titanium silicide (Ti 5 Si 3 ) having a large reaction heat, cubic-type silicon carbide (β-SiC) and boron carbide (B) which are difficult to manufacture by conventional sintering methods 4 C), chromium carbide (Cr 3 C 2 ), hafnium carbide (HfC), molybdenum carbide (Mo 2 C), carbides of tungsten carbide (WC) or boron of molybdenum boron (MoB), tungsten boride (WB) The present invention relates to a method for producing a ceramic material of a cargo simply or with high purity using the heat of reaction generation and to an apparatus used therein.

본 발명에서 탄화티탄(TiC)과 규소화티탄()의 반응생성열을 이용하여 제조하고자 하는 세라믹스 소재들은 탄화물과 붕소화물이며, 탄화물로는 예를들면, 탄화규소(β-SiC), 탄화붕소(B4C), 탄화크롬(Cr3C2), 탄화하프늄(HfC), 탄화몰리브덴(Mo2C),또는 탄화텅스텐(WC)이며, 붕소화물로는 예를들면, 붕소화 몰리브덴(MoB) 또는 붕소화텅스텐(WB)이다.In the present invention, the ceramic materials to be produced using the heat of reaction generation of titanium carbide (TiC) and titanium silicide () are carbides and borides, and examples of the carbides include silicon carbide (β-SiC) and boron carbide ( B 4 C), chromium carbide (Cr 3 C 2 ), hafnium carbide (HfC), molybdenum carbide (Mo 2 C), or tungsten carbide (WC), and as the boride, for example, molybdenum boride (MoB) Or tungsten boron (WB).

이고 붕소화물로는 예로들면, 붕소화몰리브덴(MoB) 또는 붕소화텅스텐(WB)이다.And borides are, for example, molybdenum boron (MoB) or tungsten boron (WB).

본 발명에 따라 제조하고자 하는 세라믹스 소재들의 반응물로는 탄화물 또는 붕소화물의 각각의 원소들은 분말상태로 정화한 몰비로 혼합하고 물리적으로 약 0.1톤의 압력을 가해서 성형한 것을 사용한다.As the reactants of the ceramic materials to be prepared according to the present invention, the elements of carbide or boride are mixed in a molar ratio purified in a powder state and molded by applying a pressure of about 0.1 ton physically.

예를들면, 탄화규소(β-SiC)를 제조할 경우에는, 반응물로서 규소(Si)원자와 탄소(C)원자분말을 1 : 1의 몰비로 혼합하고 성형한 것을 사용한다.For example, when producing silicon carbide (β-SiC), a mixture of a silicon (Si) atom and a carbon (C) atom powder in a molar ratio of 1: 1 is used as a reactant and molded.

탄화붕소(B4C)의 경우는 붕소(4B)과 탄소(C)의 혼합/성형물, 탄화크롬(Cr3C2)의 경우는 크롬(3Cr)과 탄소(2C)의 혼합/성형물, 탄화하프늄(HfC)의 경우는 하프늄(Hf)과 탄소(C)의 혼합/성형물, 탄화몰리브덴(Mo2C)의 경우는 몰리브덴(2Mo)와 탄소(C)의 혼합/성형물, 탄화텅스텐(WC)의 경우는 텅스텐(W)와 탄소(C)의 혼합/성형물, 붕소화몰리브덴(MoB)의 경우는 몰리브덴(Mo)와 붕소(B)의 혼합/성형물 그리고 붕소화텅스텐(WB)의 경우는 텅스텐(W)와 붕소(B)의 혼합/성형물을 반응물로서 사용한다.In the case of boron carbide (B 4 C), the mixture / molding of boron (4B) and carbon (C), in the case of chromium carbide (Cr 3 C 2 ), the mixture / molding of chromium (3Cr) and carbon (2C), carbonization In the case of hafnium (HfC), the mixture / molding of hafnium (Hf) and carbon (C), in the case of molybdenum carbide (Mo 2 C), the mixture / molding of molybdenum (2Mo) and carbon (C), tungsten carbide (WC) In the case of tungsten (W) and carbon (C) mixture / molding, in the case of molybdenum boron (MoB), the mixture / molding of molybdenum (Mo) and boron (B) and tungsten in case of tungsten boron (WB) A mixture / molded product of (W) and boron (B) is used as reactant.

본 발명에서 상기의 혼합물을 약 0.1톤의 압력으로 성형하는 것은 반응물의 주위에 적층되는 티탄(Ti)과 탄소(C)분말로부터 최종생성물의 분리가 용이하도록 하기 위해서이다. 특히, 상기 압력을 0.1톤 이하로 할 경우에는 일종에 연로로 사용되는 티탄(Ti)과 탄소(C)분말과 최종생성물 상호간의 확산에 의해 반응후 분리가 어려워지게 될 뿐 아니라 반응물이 오염될 가능성이 매우 높아지게 된다.In the present invention, the mixture is molded at a pressure of about 0.1 ton in order to facilitate separation of the final product from the titanium (Ti) and carbon (C) powder deposited around the reactants. In particular, when the pressure is less than 0.1 ton, the separation of titanium (Ti) and carbon (C) powder and the final product, which is used as a kind of fuel, and the final product are not only difficult to separate after the reaction, but also contaminants may be contaminated. Will be very high.

한편, 첨부도면 제1도는 본 발명에 따라 세라믹스 소재를 제조하는데 사용되는 장치인 SHS(self propagation high temperaturesynthesis) 반응용기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.On the other hand, Figure 1 is a schematic view showing the configuration of a self propagation high temperature synthesis (SHS) reaction vessel which is a device used to manufacture a ceramic material according to the present invention.

제1도에 의하면, 본 발명에 따른 세라믹스 소재의 제조장치인 SHS 반응용기(10)는 티탄(Ti)분말, 탄소(C)분말 및 상기 반응물이 채워지는 그라파이트 화학로 (12)를 적재하고 있다. 상기 반응용기(10)의 내외벽사이에는 N2가스가 통과하는 가스통로(14), 냉각수가 통과하는 수냉자켓(16)이 위치하고 있고, 상기반응용기(12)의 외측면에는 NaCl 윈도우(18)와 석영 윈도우(20)가 설치되어 있다.1, the SHS reaction vessel 10, which is a ceramic material manufacturing apparatus according to the present invention, is loaded with a titanium (Ti) powder, a carbon (C) powder, and a graphite chemical furnace 12 filled with the reactants. . Between the inner and outer walls of the reaction vessel 10, a gas passage 14 through which N 2 gas passes, and a water cooling jacket 16 through which cooling water passes, and a NaCl window 18 on the outer surface of the reaction vessel 12. ) And a quartz window 20 are provided.

그리고, 부호 22는 레이져원이며, 점선으로 표시한 화살표(→)는 레이져 광선이다.Reference numeral 22 is a laser source, and an arrow (→) indicated by a dotted line is a laser beam.

본 발명에 따른 SHS 반응용기(10)의 내외벽은 분위기의 조절이 가능하도록 스테인레스제로 되어 있으며, 내외벽 사이에는 가스통과 및 진공을 위한 가스통로(14)와 반응시 발생되는 열을 냉각시키게 되는 수냉자켓(16)이 설치되어 있다.The inner and outer walls of the SHS reaction vessel 10 according to the present invention are made of stainless steel to control the atmosphere, and the inner and outer walls cool the heat generated during the reaction with the gas passage and the gas passage 14 for vacuum. The water cooling jacket 16 is provided.

상기의 반응용기(10)의 내부에 설치된 그라파이트 화학로(12)는 SHS 반응에 의해 발생되는 열을 견딜수 있도록 되어 있으며, 발생되는 열을 1차로 차단시키게 된다.The graphite chemical furnace 12 installed inside the reaction vessel 10 is capable of withstanding the heat generated by the SHS reaction, and blocks the heat generated first.

상기의 그라파이트 화학로(12)의 내부에는 상기의 티탄(Ti)과 탄소(C)의 혼합분말(24)과 상기의 반응물(26)이 적어도 하나 이상이 채워지게 된다.At least one or more of the mixed powder 24 of the titanium (Ti) and carbon (C) and the reactant 26 are filled in the graphite chemical furnace 12.

본 발명에 따른 반응용기(10)의 한 측면에는 NaCl 윈도우(18)가 설치되어 있으며, 다른 측면에는 적어도 하나의 석영 윈도우(20)가 설치되어 있다. 이 석영 윈도우(20)는 필요에 따라 설치할 수 있다.One side of the reaction vessel 10 according to the present invention is provided with a NaCl window 18, the other side is provided with at least one quartz window 20. This quartz window 20 can be installed as needed.

상기의 NaCl 윈도우(18)는 CO2레이져원(22)에서 화살표(→)방향으로 방사되는 레이져 광선을 통과시켜서 반응용기(10)의 그라파이트 화락로 (12) 내부로 보내는 역할을 한다.The NaCl window 18 serves to pass the laser beam radiated in the direction of arrow (→) from the CO 2 laser source 22 and to send it into the graphite furnace 12 of the reaction vessel 10.

그리고, 석영 윈도우(20)는 밖에서 반응물이 반응되는 현상을 보기 위하여 설치한 것이다.In addition, the quartz window 20 is installed to see a phenomenon in which the reactants are reacted from the outside.

한편, 미설명 부호 28은 진공펌프이고, 부호 30은 냉각수 유입구이고, 부호 32는 N2가스 유입구이고, 부호 34는 N2가스 배출구이며, 부호 36은 냉각수 배출구이고, 부호 38은 개폐기이며, 부호 40은 점화 펠렛트이다.Meanwhile, reference numeral 28 is a vacuum pump, 30 is a cooling water inlet, 32 is an N 2 gas inlet, 34 is an N 2 gas outlet, 36 is a cooling water outlet, 38 is a switch, and 40 is an ignition pellet.

이와 같은 본 발명에 따른 장치를 이용하여 세라믹스 소재를 제조하는 과정은 다음과 같다. 먼저, 상기의 반응물(24)을 그라파이트 화학로(12)에 매립하되 그라파이트 화학로(12)의 내부 밑부분에다 연료로 사용되는 100메쉬 크기의 티탄(Ti)과 탄소(C)의 혼합분말(24)을 약 20mm 두께로 깔고, 그 위에다 치밀성이 높게 성형된 적어도 하나의 반응물(26 : green compact)을 넣은 후에 그 주위에다 다시 상기 연료분말을 채워서 상기 반응물(26)이 상기 혼합분말(24)에 완전히 매립되게 한다.The process of manufacturing the ceramic material using the apparatus according to the present invention is as follows. First, the reactant 24 is embedded in the graphite chemical furnace 12, but a mixed powder of titanium (Ti) and carbon (C) having a size of 100 mesh used as a fuel in the inner bottom part of the graphite chemical furnace 12 ( 24) is about 20 mm thick, and at least one highly compact compacted material (26: green compact) is placed thereon, and then the fuel powder is filled around the reactant (26) to the mixed powder (24). Allow it to be completely reclaimed.

이때, 상기의 혼합분말(24)과 반응물(26)의 비율(질량비)은 다음 표1에 나타낸 바와 같이 하는 것이 바람직하다.At this time, the ratio (mass ratio) of the mixed powder 24 and the reactant 26 is preferably as shown in Table 1 below.

표1Table 1

만일, 상기 표1에 나타낸 바와 같은 비율 이상이나 미만으로 연료와 반응물을 채울 경우에는, 반응물이 반응을 하지 않게 되며, 특히, 탄화규소(SiC)의 경우에는 최종 생성물에 α-형과 β-형이 공존하게 되는 등 본 발명에서 원하는 생성물을 얻을 수 없게 된다.If the fuel and the reactant are filled at or above the ratio as shown in Table 1, the reactant will not react, especially in the case of silicon carbide (SiC), the α- and β-forms in the final product. This coexists, and the desired product cannot be obtained in the present invention.

상기와 같은 반응물(26)을 혼합분말(12)의 연료속에 매립한 후에, 레이져원(22)에서 CO2레이져 광선을 NaCl 윈도우(18)를 통해서 325메쉬 크기의 티탄(Ti)분말과 탄소(C)분말로 이루어진 점화펠렛트(40)에 조사하여 점화시킨다.After embedding the reactant 26 as described above in the fuel of the mixed powder 12, the CO 2 laser beam from the laser source 22 is passed through a NaCl window 18 to a 325 mesh-sized titanium (Ti) powder and carbon ( C) The ignition pellet 40 made of powder is irradiated and ignited.

점화 펠렛트(40)가 점화된 후에는 연소파의 전파에 의해서 그라파이트 화학로(12)내에서 연료기능을 하는 티탄(Ti)와 탄소(C)의 혼합분말(24)의 연소가 이루어진다.After the ignition pellet 40 is ignited, combustion of the mixed powder 24 of titanium (Ti) and carbon (C) serving as a fuel in the graphite chemical furnace 12 is caused by propagation of combustion waves.

본 발명에서 사용하는 CO2레이져 광선의 출력은 약 10W이며, 조사시간은 반응시작이 이루어질 때까지 수초의 순간적인 조사에 의해 점화가 가능하며, 점화 후 레이져 광선의 조사를 중지하면, 반응진행은 자체 연소파에 의해 자발적으로 진행되게 된다.The output of the CO 2 laser light used in the present invention is about 10W, the irradiation time can be ignited by a few seconds of instantaneous irradiation until the reaction starts, and if the irradiation of the laser light is stopped after ignition, the reaction proceeds It is spontaneously progressed by its own combustion wave.

상기와 같이 혼합분말(24)이 연소를 하면, 그 연소 생성열에 의해 반응물(26)이 반응을 하여 본 발명에서 원하는 탄화규소(β-SiC), 탄화붕소(B4C), 탄화크롬(Cr3C2), 탄화하프늄(HfC), 탄화몰리브덴(Mo2C), 탄화텅스텐(WC)의 탄화물 또는 붕소화몰리브덴(MoB), 붕소화텅스텐(WB)의 붕소화물의 세라믹스 소재를 얻을 수 있게된다.As described above, when the mixed powder 24 is burned, the reactant 26 is reacted by the heat of combustion and the silicon carbide (β-SiC), boron carbide (B 4 C), and chromium carbide (Cr) desired in the present invention. 3 C 2 ), hafnium carbide (HfC), molybdenum carbide (Mo2C), tungsten carbide (WC) carbides or molybdenum boron (MoB), tungsten boride (WB) of the ceramic material can be obtained.

이때, 상기 반응물(26)의 반응은 약 1분 이내에 이루어지게 되며, 티탄(Ti)와 탄소(C)의 연소에 의해 약 2700K내지 3200K(2426.84℃ 내지 2926.84℃)의 발열온도가 방출되어 순간적으로 반응이 완결되게 된다.At this time, the reaction of the reactant 26 is made within about 1 minute, and the exothermic temperature of about 2700K to 3200K (2426.84 ℃ to 2926.84 ℃) is released by the combustion of titanium (Ti) and carbon (C) instantaneously The reaction is complete.

이와 같은 본 발명에 따른 방법과 장치에 따라 제조된 탄화물 또는 붕소화물의 세라믹 소재는 단일 구조로서 티탄과 탄소 혼합분말로부터의 오염 및 불완전하 반응이 없는 고순도를 나타낸다.The ceramic material of carbide or boride prepared according to the method and apparatus according to the present invention exhibits high purity without contamination and incomplete reaction from titanium and carbon mixed powder as a single structure.

본 발명의 장점은 다음과 같다.Advantages of the present invention are as follows.

첫째, 공정의 단순화에 따른 생산설비 및 생산비 투자를 절감할 수 있다.First, investment in production equipment and production costs can be reduced by simplifying the process.

둘째, 반응시 발생하는 발열 반응열을 직접 소결에 이용하므로 에너지를 절감할 수 있다.Second, since the exothermic heat generated during the reaction is used for direct sintering, energy can be saved.

세째, 종래 방법과는 달리 반응성이 약하여 제조에 어려움이 많은 세라믹스 소재의 제조가 용이하다.Third, unlike the conventional method, the reactivity is weak, and thus, it is easy to manufacture a ceramic material, which is difficult to manufacture.

네째, 초고온에서 반응생성이 짧은 시간에 일어나므로 몇가지 또는 몇일 단위 고온에서 장기 소결하는 불편이 없다.Fourth, since reaction generation occurs at a very high temperature in a short time, there is no inconvenience of long-term sintering at a high temperature for several or several days.

다섯째, 종래 방법과는 달리 대기와의 접촉이 없으므로 산화물 및 질화물 생성 등의 오염이 없는 고순도의 세라믹스 소재의 제조가 가능하다.Fifth, unlike the conventional method, since there is no contact with the atmosphere, it is possible to manufacture a high-purity ceramic material without contamination such as oxide and nitride formation.

Claims (8)

제조하고자 하는 탄화규소(β-SiC), 탄화붕소(B4C), 탄화크롬(Cr3C2), 탄화하프늄(HfC), 탄화몰리브덴(Mo2C) 또는 탄화텅스텐(WC) 중에서 선택된 탄화물의 원소분말을 혼합하고 압력을 가해서 성형된 반응물을 준비하는 단계와, 상기 반응물의 적어도 하나를 티탄(Ti)과 탄소(C)의 혼합분말 속에다 매립하는 단계와, 상기 티탄(Ti)과 탄소(C)의 혼합분말을 CO2레이져 광선으로 점화 및 연소시켜서 약 2700 내지 3200K(2426.84 내지 2926.84℃)의 발열온도로 상기 반응물을 1분 이내에 소결시켜서 제조함을 특징으로 하는 화학로를 이용한 세라믹스 소재의 제조방법.Carbide selected from silicon carbide (β-SiC), boron carbide (B 4 C), chromium carbide (Cr 3 C 2 ), hafnium carbide (HfC), molybdenum carbide (Mo 2 C), or tungsten carbide (WC) Preparing a shaped reactant by mixing and powdering elemental powders; embedding at least one of the reactants in a mixed powder of titanium (Ti) and carbon (C); and Ceramic powder using a chemical furnace characterized in that the mixed powder of (C) is ignited and burned with a CO 2 laser beam to sinter the reactant within 1 minute at an exothermic temperature of about 2700 to 3200K (2426.84 to 2926.84 ℃). Manufacturing method. 제1항에 있어서, 상기 반응물의 혼합은 제조하고자 하는 각각의 탄화물의 분자 몰비에 따라 혼합시켜서 됨을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the reactant is mixed according to the molecular molar ratio of each carbide to be prepared. 제1항에 있어서, 상기 티탄과 탄소의 혼합분말과 반응물은 β-SiC의 경우는 2:1, B4C의 경우는 1:1, Cr3C2의경우는 1:1, HfC의 경우 1:1, MoC21의 경우는 6:1, WC의 경우는 1:1로 하여서 되는 방법.The method of claim 1, wherein the mixed powder and the reactant of titanium and carbon are 2: 1 for β-SiC, 1: 1 for B 4 C, 1: 1 for Cr 3 C 2 , and 1 for HfC. : 1, 6: 1 for MoC2 1, 1 : 1 for WC. 한 외측면에 레이져 광선이 통과하는 NaCl 윈도우(18)가 설치되어 있는 스테인레스제의 SHS반응용기(10)와 그 내부에 100메쉬 크기의 티탄(Ti)과 탄소(C)의 원자혼합분말(24)과 제조하고자 한는 탄화규소(β-SiC), 탄화붕소(B4C), 탄화크롬(Cr3C2), 탄화하프늄(HfC), 탄화몰리브덴(Mo2C), 탄화텅스텐(WC)중에서 선택된 탄화물 또는 붕소화몰리브덴(MoB)이나 붕소화텅스텐(WB)중에서 선택된 붕소화물의 원소 혼합분말의 반응물(26)이 함께 수용되는 그라파이트 화학로(12)가 설치되어 있되 상기 레이져 광선의 조사에 의해 상기 반응물(24)을 연소시켜서 발생된 생성열로 상기 성형체(26)를 소결시키도록 된 세라믹 소재의 제조장치.A stainless steel SHS reaction vessel 10 having a NaCl window 18 through which a laser beam passes on one outer side thereof, and an atomic mixture powder of titanium (Ti) and carbon (C) having a size of 100 mesh inside thereof (24). ) And silicon carbide (β-SiC), boron carbide (B 4 C), chromium carbide (Cr 3 C 2 ), hafnium carbide (HfC), molybdenum carbide (Mo 2 C), and tungsten carbide (WC) A graphite chemical furnace 12 is provided in which a reactant 26 of an element mixed powder of boride selected from selected carbides or molybdenum boron (MoB) or tungsten boride (WB) is housed together. Apparatus for producing a ceramic material to sinter the molded body (26) with the generated heat generated by burning the reactant (24). 제4항에 있어서, 상기의 반응용기(10)의 내외벽 사이에는 냉각수가 통과하는 수냉자켓(16)과 가스분위기 및 진공을 위한 가스통로(14)가 설치된 것을 특징으로 하는 장치.5. The apparatus according to claim 4, wherein a water cooling jacket (16) through which cooling water passes, and a gas passage (14) for vacuum and a vacuum are installed between the inner and outer walls of the reaction vessel (10). 제조하고자 하는 붕소화몰리브덴(MoB)이나 붕소화텅스텐(WB) 중에서 선택된 붕소화물의 원소분말을 혼합하고 압력을 가해서 성형된 반응물을 준비하는 단계와, 상기 반응물의 적어도 하나를 티탄(Ti)과 탄소(C)의 혼합분말 속에다 매립하는 단계와, 상기 티탄(Ti)과 탄소(C)의 혼합분말을 CO2레이져 광선으로 점화 및 연소시켜서 약 2700 내지 3200K(2426.84 내지 2926.84℃)의 발열온도로 상기 반응물을 1분 이내에 소결시켜서 제조함을 특징으로 하는 화학로를 이용한 세라믹스 소재의 제조방법.Mixing an element powder of a boride selected from molybdenum boron (MoB) or tungsten boron (WB) to be prepared and applying a pressure to prepare a molded reactant, and at least one of the reactants is made of titanium (Ti) and carbon (C) filling the mixed powder of (C) and igniting and burning the mixed powder of titanium (Ti) and carbon (C) with a CO 2 laser beam to an exothermic temperature of about 2700 to 3200K (2426.84 to 2926.84 ° C). Method for producing a ceramic material using a chemical furnace characterized in that the reaction is prepared by sintering within 1 minute. 제6항에 있어서, 상기 반응물의 혼합은 제조하고자 하는 각각의 붕소화물의 분자 몰비에 따라 혼합시켜서 됨을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein the reactants are mixed according to the molecular molar ratio of each boride to be prepared. 제6항에 있어서, 상기 티탄과 탄소의 혼합분말과 반응물은 MoB의 경우는 1:1, WB의 경우는 1:1로 하여서 되는 방법.The method of claim 6, wherein the mixed powder and reactant of titanium and carbon are 1: 1 for MoB and 1: 1 for WB.
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