WO2015099322A1 - 혼합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 및 방법 - Google Patents

혼합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 및 방법 Download PDF

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양상선
이동근
이광승
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Definitions

  • the present invention relates to a raw material powder production apparatus and method using a mixed gas injection. More specifically, the present invention relates to a raw material powder production apparatus and method using a mixed gas injection in which a mixed gas in which a gas and a solid powder are mixed is injected into a raw material solution in which a raw material is melted to form fine powder.
  • Fine powder is a fine powder made of metal, and is used in various fields such as paints, painting tools, gold and silver printing inks, catalysts for chemical industry, raw materials for sparks, and metal reducing agents. Recently, fine powder is mainly used for soldering electronic components, such as solder powder or solder paste, and the demand is gradually increasing. With the trend toward miniaturization, multiband, and high frequency of mobile communication devices, high integration and miniaturization of component fields are required. In chip manufacturing, chip miniaturization and integration are in progress. Accordingly, the demand for fine powders such as solder paste and solder powder is also increasing in the future. There are various types of fine powder production methods, and the fine powder should have finer size and the productivity or production yield should be high.
  • a grinding method of grinding a solid metal and a wet method using a chemical method such as precipitation, and a spraying method of melting a metal material and spraying using a spray nozzle are used.
  • the spraying method may be divided into a water atomizer using a liquid such as water and a gas atomizer using a gas according to the cooling medium used.
  • the water spray atomizer device may be divided into a method of spraying only a liquid such as water, or a mixture of water and gas.
  • the water spray atomizer method is similar to the operating method and the pulverization model of the droplets compared to the gas atomizer method, but the difference is that the kinetic energy transfer for pulverizing the droplets uses a liquid instead of a gas.
  • the water atomizer atomizer has the advantage of generating relatively large kinetic energy and generating l / m-sized metal powder because it sprays dense water instead of gas, but uses water instead of inert gas.
  • it has the limitations of metal powder, oxidation (Oxidi zat ion) and post-treatment problems.
  • the conventional gas atomizer device to produce a metal powder by injecting an inert gas such as argon or nitrogen at room temperature while flowing the molten metal through the injection nozzle, the particle size of the prepared metal powder is formed on average 100 / / m do.
  • 1 is a view showing a general gas atomizer device. Referring to FIG.
  • the general gas atomizer device 10 has a metal liquid in the cylindrical chamber 1 being pulled downward by gravity through the supply tube 2, and the inert gas is fast through the nozzle 3. It is sprayed in the direction of the metal liquid flowing down at a speed (more than 500m / s).
  • the high velocity inert gas has a large kinetic energy and strikes the metal droplets, crushing and atomizing the metal droplets.
  • the production of metal powder using such a gas atomizer device requires an increase in gas kinetic energy in order to crush metal droplets having a large surface tension, thereby greatly increasing the gas injection rate.
  • the gas sand velocity of more than 900 m / s has a practical limitation in commercial gas atomizer device, there is a theoretical difficulty in producing a metal powder of less than 10 ⁇ . Therefore, while preventing the oxidation of the metal powder, a technique for obtaining a smaller fine powder is required, and thus the present invention seeks to produce a smaller fine powder than the conventional technology.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0049487
  • Patent sentence 2 Republic of Korea Patent No. 10-1143887
  • the apparatus for producing fine powder using the mixed gas injection includes a melting chamber for supplying a raw material solution formed by melting a raw material, and the raw material and solution supplied from the melting chamber. It may include a mixed gas injector for spraying the mixed gas powder is mixed to form a raw material powder, formed in the lower of the melting chamber to receive the raw material powder, is formed in the lower receiving chamber,
  • the screen may further include a screen having a body having a predetermined size in order to filter out the raw material powder having a size larger than the predetermined size among the raw material powders, and a collection chamber configured to collect the completed fine raw material powder formed through the screen. .
  • the mixed gas injector may include a mixed gas injecting chamber which generates a mixed gas in which the gas and solid powder are mixed and sprays the raw material solution, a gas heating chamber which supplies heated gas to the mixed gas injecting chamber, and the mixing It may include a solid powder heating chamber for supplying the heated solid powder to the gas injection chamber, the mixed gas injection device is a gas reservoir for storing the gas to be supplied to the gas heating chamber and the solid to be supplied to the metal powder heating chamber It may further comprise a solid powder reservoir for storing the powder.
  • the fine powder manufacturing method using a mixed gas injection the step of supplying a raw material solution formed by melting the raw material, the raw material liquid by injecting a mixed gas mixed with gas and solid powder to the supplied raw material solution
  • the method may further include forming an enemy and cooling the raw material droplets to form a raw material powder.
  • the method may further include filtering raw material powders having a size larger than a predetermined size from the formed raw material powder, and further diluting the raw material powders. Can be.
  • a raw material powder composed of at least one of a metal, an alloy of a metal and a metal / ceramic composite material.
  • 10 or less raw material powders can be manufactured.
  • the raw material solution may be discharged, and the raw material powder may be prepared by directly injecting the mixed gas in which the gas and the solid powder are mixed into the melted raw material that has flowed out.
  • a raw material powder of 10 ⁇ or less can be produced.
  • the raw material powder is manufactured using a mixed gas in which the gas and the solid powder are mixed, it is possible to prevent the final raw material powder from being oxidized and to omit an additional reduction process.
  • 1 is a view showing a general gas atomizer device.
  • FIG. 2 is a view showing a fine powder production apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the apparatus for producing fine powder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the form of the injection nozzle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing fine powder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a fine powder production apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the fine powder manufacturing apparatus 100 may include a melting chamber 110, a gas injection device 120, a receiving chamber 130, a screen 140, and a collection chamber 150.
  • the melting chamber 110 may melt the raw material to prepare the raw material solution 111.
  • the melting chamber 110 may supply the raw material solution 111 in which the raw material is melted.
  • the raw material may include at least one of a metal, an alloy of a metal, and a metal / ceramic composite material.
  • the raw material may be formed of a heterogeneous material. That is, the raw material may be a material formed by mixing two or more materials.
  • a fine powder may be prepared in which the melting point is sprayed onto the raw material solution to produce metal powder and composite powder having a size of 1 to 200 ⁇ .
  • Mixed gas injection device 120 is provided from melting chamber 110.
  • the raw material powder 131 may be formed by injecting a mixed gas in which gas and a solid powder are mixed into the supplied raw material solution 111. More specifically, the mixed gas injector 120 may directly inject the mixed gas in which the gas and the metal powder are mixed into the raw material solution 111.
  • Temperature and pressure of the gas is 5 to heunhap lOObar, injection gas may be from 25 to 750 o C. When the injection gas pressure is less than 5bar, it is difficult to manufacture fine powder of 20 or less size, and when it exceeds 100 bar, it is difficult to manufacture equipment.
  • the temperature of the injection gas is less than 5bar, it is difficult to manufacture fine powder of 20 or less size, and when it exceeds 100 bar, it is difficult to manufacture equipment. The temperature of the injection gas
  • the pressure of the mixed gas is 5 to 100 bar
  • the temperature of the injection gas is preferably 25 to 750 ° C.
  • the mixed gas injector 120 supplies a mixed gas using an injection nozzle, and the injection nozzle is spaced apart from the raw material solution outlet 112 to which the raw material solution 111 is supplied by a predetermined distance to surround the raw material solution outlet 112. It can be formed to be.
  • the spray nozzle may be of a hole type or an open slit type. Hole type and open sullet type will be described with reference to FIG. 4.
  • the mixed gas injector 120 may include a mixed gas injector 121, a gas heating chamber 122, a gas reservoir 123, a solid powder heating chamber 124, and a solid powder reservoir 125.
  • the mixed gas injection chamber 121 supplies a mixed gas in which gas and solid powder are mixed. Can be generated.
  • the mixed gas injection chamber 121 can directly inject the generated mixed gas directly into the raw material solution.
  • the gas heating chamber 122 supplies the heated gas to the mixed gas injection chamber 121, and the gas reservoir 123 may store the gas supplied to the gas heating chamber 122.
  • the gas reservoir 123 may be connected to the gas heating chamber 122, and the gas heating chamber 122 may be connected to the mixed gas injection chamber 121.
  • the gas stored in the gas reservoir 123 may be heated in the gas heating chamber 122 to supply the gas to the mixed gas injection chamber 121.
  • the heating of gas in the gas heating chamber 122 is a mixture which is injected from the mixing gas injection chamber 121. Increases the relative velocity of the gas, the relative velocity being the relative velocity of the metal powder and the metal droplets.
  • the gas may be an inert gas.
  • the gas may include at least one of air, nitrogen (N 2), argon (Ar), and helium (He).
  • the gas may be mixed in the mixed gas injection chamber 121 together with the solid powder supplied from the solid powder heating chamber 124, and the mixed gas is injected into the raw material solution 111 through the spray nozzle.
  • the solid powder heating chamber 124 may supply heated solid powder to the mixed gas injection chamber 121, and the solid powder reservoir 125 may store solid powder supplied to the solid powder heating chamber 124.
  • the solid powder reservoir 125 may be connected with the solid powder heating chamber 124, and the solid powder heating chamber 124 may be connected with the mixed gas injection chamber 121. Through this, the stored solid powder of the solid powder reservoir 125 may be heated in the solid powder heating chamber 124 to supply the solid powder to the mixed gas injection chamber 121.
  • Solid powder heating in the solid powder heating chamber 124 increases the relative speed of the mixed gas injected in the mixed gas injection chamber 121.
  • the relative velocity is the relative velocity of the solid powder and the metal droplets.
  • the solid powder may be mixed in the mixed gas injection chamber 121 with the heated gas supplied from the gas heating chamber 122, and the mixed gas is injected into the raw material solution 111 through the spray nozzle.
  • the type of the metal powder may be at least one of metal, alloy and ceramic powder.
  • the size of the metal powder may be 0.01 to 500. If the size of the metal powder is less than 0.01 / ⁇ , it is difficult to produce fine powder due to the weak striking force. Therefore, the size of the metal powder is preferably 0.01 to 500.
  • the mixed gas injection chamber 121 may generate a mixed gas by mixing the heated gas and the metal powder supplied from the gas heating chamber 122 and the solid powder heating chamber 122.
  • the mixed gas injection chamber 121 is connected to the injection nozzle such that the generated mixed gas is injected into the raw material solution, and the mixed gas may be supplied through the injection nozzle.
  • the gas of heunhap gas exerts a pressure to the solid powders reach rapidly the raw material solution (111), a solid powder of heunhap gas is ultimately generates the raw material solution (111) to a fine material powder 131 Do it.
  • gas and solid In the case of spraying the mixed gas in which the powder is mixed, a finer raw material powder 131 can be produced than in the case of separately injecting the gas or the solid powder.
  • the present invention uses heated gas to speed up the injection gas.
  • a solid powder of 7.8 times higher than water and about 7,000 times higher than an inert gas is used as the spraying material: that is, water spray using conventional water or solid powder than that of gas. Since the density is high, a finer raw material powder 131 can be produced. At this time, if the relative speed between the solid powder and the metal droplet is 10 m / s or more, the raw material powder 131 having a size of ⁇ can be produced. In addition, when the relative speed is 25 m / s or more, the raw material powder 131 of size can be produced.
  • the accommodation chamber 130 may be formed under the melting chamber 110 to receive the raw powder 131.
  • the raw material powder 131 is a powder formed by injecting a mixed gas into the raw material solution in the melting chamber 110 ⁇ screen 140 is formed below the receiving chamber 130, the raw material powder received in the receiving chamber 130 ( The raw material powder 131 having a size larger than the predetermined size among the 131 can be filtered out.
  • the screen 140 may have a body of a predetermined size to obtain a desired size.
  • the collection chamber 150 may collect the completed fine raw material powder 151 formed under the screen and passed through the screen 140.
  • 3 is a cross-sectional view of the apparatus for producing fine powder according to an embodiment of the present invention.
  • the raw material solution 111 in which the raw material is melted may fall to the raw material solution outlet 112 and may stratify with the mixed gas 113 injected from the mixed gas injector 120 during the drop.
  • the mixed gas 113 injected from the mixed gas injector 120 may be injected into the raw material solution 111 through the injection port 115 of the injection nozzle 114 and may collide with the raw material solution 111.
  • the mixed gas and the layered raw material solution 111 is made of fine powder. Since the size of the fine powder thus prepared is not constant, the finished fine raw material powder 151 having a predetermined size can be obtained using the screen 140.
  • 4 is a view showing the form of the injection nozzle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 a form in which the injection nozzle 114, the injection port 115, and the raw material solution outlet 112 are viewed from the bottom to the top is illustrated.
  • 4 (a) shows the hole-type spray nozzle 114.
  • the hole-type injection The nozzle 114 has a plurality of injection holes 112 are arranged at regular intervals to form an annulus around the raw material solution outlet 112, it is possible to inject a mixed gas through the plurality of injection holes (115).
  • the open slit-type spray nozzle 114 may inject a mixed gas through the ring-shaped injection port 115, and form a raw material solution outlet 112 into the annular injection port 115.
  • the fine powder production apparatus 100 according to the present invention configured as described above operates in the following manner.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing fine powder according to an embodiment of the present invention.
  • the melting chamber 110 supplies a raw material solution formed by melting the raw material (S110).
  • the raw material may include at least one of a metal, an alloy of a metal, and a metal / ceramic composite material.
  • the mixed gas injector 120 supplies the mixed gas in which the gas and the solid powder are mixed to the raw material solution to form the raw material droplets (S120).
  • the mixed gas may be prepared by heating the stored solid powder and gas, and then mixing the heated solid powder and gas.
  • the pressure of the mixed gas is 5 to 100 bar
  • the temperature of the injection gas may be 25 to 750 ° C.
  • the solid powder may include at least one of a metal powder, an alloy powder, and a metal / ceramic composite powder, and the size of the solid powder may be 0.001 to 500 ⁇ .
  • the gas may include at least one of air, nitrogen, argon, and helium.
  • the mixed gas injection device 120 cools the raw material droplets formed by supplying the mixed gas to form the raw material powder 131 (S130).
  • the screen 140 filters the raw material powder 131 having a size larger than a predetermined size from the raw material half and collects the completed fine raw material powder 151 (S140).
  • the raw material powder 131 is filtered by using the screen 140 having a body of a constant size, thereby producing a fine raw material powder 151 of the same size and completed.
  • the cyclone 160 may recover the coarse powder from the collection chamber 150 and recover the fine powder 161 through the cyclone 160 when the screen is not used or when the screen is large.
  • a raw material powder composed of at least one of a metal, an alloy of a metal, and a metal / ceramic composite material may be manufactured into fine powder of 10 or less.

Landscapes

  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

혼합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 및 방법이 개시된다. 용융 챔버는 원료 물질을 용융시켜 형성된 원료 용액을 공급하며, 혼합 가스 분사 장치는 상기 용융 챔버로부터 공급되는 상기 원료 용액에 가스 및 고체 분말이 혼합된 혼합 가스를 분사하며, 이를 통해 원료 분말을 형성한다. 수용 챔버는 상기 용융 챔버 하부에 형성되어 상기 원료 분말을 수용하고, 스크린은 상기 수용 챔버 하부에 형성되어 상기 원료 분말 중 정해진 크기 보다 큰 크기를 가지는 원료 분말을 걸러내며, 수거 챔버는 상기 스크린 하부에 형성되어 스크린을 통과한 완성된 미세 원료 분말을 수거한다. 또는 용융챔버 하부의 수거챔버와 싸이클론을 통해 미세 원료분말을 수거한다. 또한, 혼합 가스 분사 장치에 있어서, 혼합 가스 분사실은 상기 가스 및 고체 분말이 혼합된 혼합 가스를 생성하여 상기 원료 용액에 분사한다. 또한, 가스 가열실은 상기 혼합 가스 분사실에 가열된 가스를 공급하며, 고체 분말 가열실은 상기 혼합 가스 분사실에 가열된 고체 분말을 공급한다. 또한, 가스 저장소는 상기 가스 가열실로 공급되기 위한 가스를 저장하며, 고체 분말 저장소는 상기 금속 분말 가열실로 공급하기 위한 고체 분말을 저장한다.

Description

【명세서】
[발명의 명칭】
흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 및 방법
【기술분야]
본 발명은 흔합 가스 분사를 이용한 원료 분말 제조 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합 가스를 원료 물질이 용융된 원료 용액에 분사하여 미세 분말을 형성하는 흔합 가스 분사를 이용한 원료 분말 제조 장치 및 방법에 관한 것이다. 【배경기술】
미세 분말은 금속을 미세한 가루로 만든 것으로， 도료, 회화구， 금 .은색 인쇄 잉크， 화학공업용촉매나 불꽃의 원료 및 금속환원제 등과 같이 다양한 분야에 이용된다. 최근에는 미세 분말은 솔더용 파우더 또는 솔더용 페이스트 등과 같이 전자부품의 솔더링에 주로 이용되고 있으며， 그 수요가 점차 증대되고 있는 실정이다. 이동 통신기기의 소형화， 다중밴드화， 고주파화 추세에 따라 부품분야의 고집적화 및 소형화가 요구되고 있으며, 칩 제조분야에서는 칩 자체의 미세화, 집적화가 진행되고 있다. 이에 따라， 이에 향후 솔더페이스트， 솔더파우더 등과 같은 미세 분말의 수요또한 증가 하고 있다. 미세 분말의 제조방식에는 다양한 종류가 있으며， 미세분말은 보다 미세한 사아즈를 가져야 하고, 또한 그 생산성 내지 생산수율이 높아야 한다. 일반적으로 미세 분말을 제조하는 방법으로는 고체 금속을 분쇄하는 분쇄법과 석출과 같은 화학적 방법을 통한 습식법, 그리고 금속소재를 용융시킨 뒤 분사노즐을 이용하여 분무하는 분무법 등이 사용된다. 상기 방법 중， 상기 분무법은 사용하는 냉각매체에 따라 물과 같은 액체를 사용하는 수분사 아토마이저와 가스를 사용하는 가스 아토마이저로 구분할 수 있다. 이때， 수분사 아토마이저 장치는 물과 같은 액체만 분사하거나， 물과 가스를 흔합하여 분사하는 방식으로 구분할 수 있다. 수분사 아토마이저 방식은 가스 아토마이저 방식과 비교하여 작동 방식 및 액적의 분쇄 모델이 유사하지만， 액적을 분쇄하기 위한 운동 에너지 전달을 가스인 기체 대신에 액체를 사용하다는 차이점이 있다.
따라서， 수분사 아토마이저 장치는 가스 대신 밀도가 큰 물을 분사하기 때문에， 상대적으로 큰 운동에너지를 발생하여 l/ m 크기의 금속 분말까지 생성할 수 있는 장점을 가지지만， 비활성 기체 대신 물을 사용하면서 생성물인 금속 분말와 산화 (Oxidi zat ion)와 후처리 문제의 한계점을 가지고 있다. 또한， 종래 가스 아토마이저 장치는 용융 금속을 분사노즐을 통하여 흘려주면서 상온의 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 가스를 분사하여 금속 분말을 제조하며， 제조된 금속분말의 입자크기가 평균 100//m 정도로 형성된다. 도 1은 일반적인 가스 아토마이저 장치가 도시된 도면이다. 도 1를 참조하면, 일반적인 가스 아토마이저 장치 (10)는 원통형 챔버 (1)의 금속 액체가 공급 튜브 (2)를 통해 중력에 의해 아래 방향으로 홀러 내리고, 비활성 기체가 노즐 (3)을 통해 빠른 속도 (500m/s이상)로 흘러 내리는 금속 액체 방향으로 분사된다. 빠른 속도의 비활성 기체는 큰 운동 에너지를 가지고 금속 액적에 타격되면서 금속 액적들이 분쇄되고 -무화 (atomi zat ion)된다. 그러나, 이와 같은 가스 아토마이저 장치를 이용한 금속 분말의 제조는 큰 표면장력을 가지는 금속 액적을 분쇄하기 위해 가스 운동 에너지의 증가가 필요하여 가스 분사 속도를 크게 증가시킬 필요성이 있다. 그러나， 900m/s 이상의 가스 사 속도는 상용 가스 아토마이저 장치에서 현실적 한계점을 가지기 때문에 10^ 이하의 금속 분말을생산하는데 이론적 어려움이 있다. 따라서， 금속 분말의 산화를 막으면서도， 더욱 작은 미세 분말을 얻기 위한 기술이 요구되어지며, 이에 본 발명은 기존 기술^다 작은 미세 분말을 제조하고자 한다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허 제 10-2011-0049487호
(특허문현 2) 대한민국 등록특허 제 10-1143887호
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 금속, 금속의 합금 및 금속 /세라믹 복합물질 중 적어도 하나로 이루어진 미세 원료 분말을 제조하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 및 방법 을 제공하는데 있다. 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합가스를 원료 용액에 직접적으로 분사하는 방법으로 미세 원료 분말을 제조하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
【기술적 해결방법】
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치는， 원료 물질을 용융시켜 형성된 원료 용액을 공급하는 용융 챔버 및 상기 용융 챔버로부터 공급되는 상기 원료.용액에 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합 가스를 분사하여 원료 분말을 형성하도록 하는 혼합 가스 분사 장치를 포함할 수 있으며， 상기 용융 챔버 하부에 형성되어 상기 원료 분말을 수용하는 수용 챔버， 상기 수용 챔버 하부에 형성되며， 상기 원료 분말 중 정해진 크기 보다 큰 크기를 가지는 원료 분말을 걸러 내기 위해 정해진 크기의 체눈을 가지는 스크린， 상기 스크린 하부에 형성되어 스크린을 통과한 완성된 미세 원료 분말을 수거하는 수거 챔버를 더 포함할 수 있다. 또는 용융챔버 하부의 수거챔버와 싸이클론을 통해 미세 원료분말을 수거한다. 또한， 상기 흔합 가스 분사 장치는 상기 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합 가스를 생성하여 상기 원료 용액에 분사하는 흔합 가스 분사실, 상기 흔합 가스 분사실에 가열된 가스를 공급하는 가스 가열실 및 상기 흔합 가스 분사실에 가열된 고체 분말을 공급하는 고체 분말 가열실을 포함할 수 있으며, 상기 흔합 가스 분사 장치는 상기 가스 가열실로 공급되기 위한 가스를 저장하는 가스 저장소 및 상기 금속 분말 가열실로 공급되기 위한 고체 분말을 저장하는 고체 분말 저장소를 더 포함할 수 있다. 또한， 본 발명에 따른 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 방법은， 원료 물질을 용융시켜 형성된 원료 용액을 공급하는 단계， 상기 공급된 원료 용액에 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합 가스를 분사하여 원료 액적을 형성하는 단계 및 상기 원료 액적을 냉각시켜 원료 분말을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며， 상기 형성된 원료 분말에서 정해진 크기보다 븐 크기를 가지는 원료 분말을 걸러내어 원료 분말을 희수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
【유리한 효과]
본 발명의 실시형태에 따른 미세분말쎄조장치 및 방법에 의하면， 금속, 금속의 합금 및 금속 /세라믹 복합물질 중 적어도 하나로 이루어진 원료 분말을 제조할 수 있다. 예를 들면， 10 이하의 원료 분말을 제조할 수 있다. 또한， 원료 용액을 유출시키고， 유출된 용융원료에 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합 가스를 직접적으로 분사하여 원료 분말을 제조할 수 있다. 예를 들면， 10 ΛΠ이하의 원료 분말을 제조할 수 있다. 또한, 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합 가스를 이용하여 원료 분말을 제조하므로， 최종적으로 생성되는 원료 분말이 산화되는 것을 방지 할 수 있으며， 추가적인 환원 공정을 생략할 수 있다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 일반적인 가스 아토마이저 장치가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 분말 제조 장치가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 분말의 제조 장치의 단면이 도시된 도면이다,
도 4는 본 발명의 일 실사예에 따른 분사 노즐의 형태가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 분말 제조 방법이 도시된 순서도이다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태】
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명할 수 있다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서， 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 할 수 있다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 분말 제조 장치가 도시된 도면이다.
. 도 2를 참조하면, 미세 분말 제조 장치 (100)는 용융 챔버 (110) , 가스 분사 장치 (120)， 수용 챔버 (130)， 스크린 (140) 및 수거 챔버 (150)를 포함할 수 있다. 용융 챔버 (110)는 원료 물질을 용융시켜 원료 용액 (111)을 제조할 수 있다. 또한 용융 챔버 (110)는 원료 물질이 용융된 원료 용액 (111)를 공급할 수 있다. 이때， 원료물질은 금속， 금속의 합금 및 금속 /세라믹 복합물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한， 원료 물질은 이종 물질로형성 수 있다. 즉， 원료 물질은 두 가지 이상의 물질을 흔합하여 형성된 물질일 수 있다.
또한, 원료 용액에 융점이 다론 금속 및 세라믹 분말을 분사하여 1 내지 200 μη크기의 금속 분말 및 복합 분말을 제조하는 미세분말 제조될 수 있다。 흔합 가스 분사 장치 (120)는 용융 챔버 (110)로부터 공급되는 원료 용액 (111)에 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합 가스를 분사하여 원료 분말 (131)을 형성할 수 있다. 보다 상세하게， 흔합 가스 분사 장치 (120)는 가스 및 금속 분말이 흔합된 흔합 가스를 원료 용액 (111)에 직접적으로 분사할 수 있다. 흔합가스의 압력은 5 내지 lOObar이고, 분사가스의 온도는 25 내지 750oC일 수 있다. 분사가스 압력은 5bar미만인 경우는 20 이하 크기의 미분 제조가 어려우며， lOObar초과인 경우는 장비 제작에 어려움이 있다. 분사가스의 온도는
250C미만인 경우는 비용이 소모되며， 750oC초과일 경우 장비 제작이 어렵다. 따라서 흔합 가스의 압력은 5 내지 lOObar이고, 분사가스의 온도는 25 내지 750oC인 것이 바람직하다. 흔합 가스 분사 장치 (120)는 분사 노즐을 이용하여 흔합 가스를 공급하며, 분사 노즐은 원료용액 (111)이 공급되는 원료 용액 출구 (112)와 소정거리 이격되어 상기 원료 용액 출구 (112)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 또한, 분사 노즐은 홀형 (hole type) 또는 오픈 슬릿형 (open sl i t type)일 수 있다. 홀형 및 오픈 술릿형에 대해서는 도 4를 참조하여 설명한다. 또한， 흔합 가스 분사 장치 (120)는 흔합 가스 분사실 (121) , 가스 가열실 (122)， 가스 저장소 (123) , 고체 분말 가열실 (124) 및 고체 분말 저장소 (125)를 포함할 수 있다. 흔합 가스 분사실 (121)는 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합 가스를 생성할 수 있다. 또한, 흔합 가스 분사실 (121)은 생성된 흔합가스를 원료 용액에 직접적으로 분사할수 있다. 가스 가열실 (122)은 흔합 가스 분사실 (121)에 가열된 가스를 공급하며， 가스 저장소 (123)은 가스 가열실 (122)로 공급되는 가스를 저장할수 있다.
보다 상세하게, 가스 저장소 (123)은 가스 가열실 (122)와 연결되며, 가스 가열실 (122)는 흔합 가스 분사실 (121)과 연결될 수 있다. 이를 통해， 가스 저장소 (123)의 저장된 가스를 가스 가열실 (122)에서 가열하여 흔합 가스 분사실 (121)로 가스를 공급할 수 있다. 가스 가열실 (122)에서 가스의 가열은 흔합 가스 분사실 (121)에서 분사되는 흔합. 가스의 상대 속도를 증가시킨다, 상기 상대 속도는 금속 분말과 금속 액적의 상대 속도이다. 상기 가스는 비활성 기체일 수 있다. 예를 들어 , 가스는 공기 (air) , 질소 (N2) , 아르곤 (Ar) , 헬륨 (He)중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 가스는 고체 분말 가열실 (124)로부터 공급된 고체 분말과 함께 흔합 가스 분사실 (121)에서 흔합될 수 있으며 , 흔합된 흔합가스는분사노즐을 통해 원료 용액 (111)에 분사된다. 고체 분말 가열실 (124)은 흔합 가스 분사실 (121)에 가열된 고체 분말을 공급할 수 있으며, 고체 분말 저장소 (125)는 고체 분말 가열실 (124)로 공급되는 고체 분말을 저장할수 있다. 보다 상세하게， 고체 분말 저장소 (125)는 고체 분말 가열실 (124)과 연결되며, 고체 분말 가열실 (124)는 혼합 가스 분사실 (121)과 연결될 수 있다. 이를 통해, 고체 분말 저장소 (125)의 저장된 고체 분말을 고체 분말 가열실 (124)에서 가열하여 흔합 가스 분사실 (121)로 고체 분말를 공급할 수 있다. 고체 분말 가열실 (124)에서 고체 분말 가열은 흔합 가스 분사실 (121)에서 분사되는 흔합 가스의 상대 속도를 증가시킨다. 상기 상대 속도는 고체 분말과 금속 액적의 상대 속도이다. 또한, 상기 고체 분말은 가스 가열실 (122)로부터 공급된 가열된 가스와 함께 흔합 가스 분사실 (121)에서 흔합될 수 있으며， 흔합된 혼합가스는분사노즐을통해 원료 용액 (111)에 분사된다. 또한, 금속 분말의 종류는 금속, 합금 및 세라믹 분말 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 금속 분말의 크기는 0.01~500 일 수 있다. 금속 분말의 크기가 0.01/皿미만은 층격력이 약해 미세분말 제조가 어렵고， 500ίπι초과는 출구가 막혀 분사되기 어렵다. 따라서 금속 분말의 크기는 0.01~500 인 것이 바람직하다. 즉， 흔합 가스 분사실 ( 121)는 가스 가열실 (122) 및 고체 분말 가열실 (122)로부터 공급된 가열된 가스 및 금속 분말을 흔합하여 흔합 가스를 생성할 수 있다. 흔합 가스 분사실 (121)는 생성된 흔합 가스가 원료 용액에 분사되도록 분사 노즐과 연결되며， 분사 노즐을 통해 흔합 가스를 공급할 수 있다.
이 때， 흔합 가스의 가스는 고체 분말이 원료 용액 (111)에 빠른 속도로 도달할 수 있도록' 압력을 가하며， 흔합 가스의 고체 분말은 원료 용액 (111)을 미세한 원료 분말 (131)로 만드는 역할을 한다. 이러한 이유로, 가스와 고체 분말이 흔합된 흔합 가스를 분사하는 경우， 가스나 고체 분말을 따로 분사하는 경우보다 더욱 미세한 원료 분말 (131)을 제조할 수 있다. 보다 자세하게 설명하면， 미세한 원료 분말 (131)을 제조하기 위해서는 분사 가스의 속도를 증가 시키거나, 분사 물질의 밀도를 높여야 한다. 본 발명은 분사 가스의 속도를 높이기 위하여 가열된 가스를 이용한다. 또한， 분사 물질의 밀도를 높이기 위하여 물에 비해 7.8배， 비활성 기체에 비해 약 7,000배 정도 높은 고체 분말을 분사 물질로 이용한다: 즉， 종래의 물을 이용한 수분사나， 가스를 이용한 경우보다 고체 분말의 밀도가 높아 더욱 미세한 원료 분말 (131)을 제조할 수 있다. 이 때, 0.1-500 크기이고, 고체 분말과 금속 액적의 상대 속도가 10m/s이상이면， ΙΟ ιη크기의 원료 분말 ( 131)을 제조할 수 있다. 또한， 상대 속도가 25m/s이상이면， 크기의 원료 분말 (131)을 제조할 수 있다. 수용 챔버 (130)는 용융 챔버 (110) 하부에 형성되어 원료 분말 (131)을 수용할 수 있다. 상기 원료 분말 (131)은 용융 챔버 (110)에서 원료 용액에 흔합 가스를 분사하여 형성된 분말이다ᅳ 스크린 (140)은 수용 챔버 (130) 하부에 형성되며, 수용 챔버 (130)에 수용된 원료 분말 (131) 중 정해진 크기 보다 큰 크기를 가지는 원료 분말 (131)을 걸러낼 수 있다. 따라서, 스크린 (140)은 원하는 크기를 얻기 위해 정해진 크기의 체눈을 가질 수 있다. 수거 챔버 (150)는 스크린 하부에 형성되어 스크린 (140)을 통과한 완성된 미세 원료 분말 (151)을 수거할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 분말의 제조 장치의 단면이 도시된 도면이다.
도 3을 참조하면, 원료 물질을 미세 분말로 제조하는 과정을 설명할 수 있다. 원료 물질이 용융된 원료 용액 (111)은 원료 용액 출구 (112)로 낙하되며， 낙하 중에 혼합 가스 분사 장치 (120)로부터 분사되는 흔합 가스 (113)와 층돌할 수 있다. 또한 흔합 가스 분사 장치 (120)로부터 분사되는 흔합 가스 (113)는 분사 노즐 (114)의 분사구 (115)를 통해 원료 용액 (111)에 분사될 수 있으며 원료 용액 (111)과 충돌할 수 있다. 이처럼 흔합가스와 층돌된 원료 용액 (111)은 미세 분말로 제조된다. 이와 같이 제조된 미세 분말의 크기는 일정하지 않으므로, 스크린 (140)을 이용하여 일정크기를 가지는 완성된 미세 원료 분말 (151)을 얻을 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 노즐의 형태가 도시된 도면이다.
도 4를 참조하면, 분사 노즐 (114)， 분사구 (115) 및 원료 용액 출구 (112)를 아래쪽에서 위쪽으로 을려다 본 형태가 도시된 도면이다. 도 4(a)는 홀형 분사 노즐 (114)을 보여주고 있다. 상기 홀형 분사 노즐 (114)은 복수의 분사구 (112)가 일정한 간격으로 배열되어 원료 용액 출구 (112)을 중심으로 환형을 형성하며， 복수의 분사구 (115)을 통해 흔합가스를 분사할 수 있다.
도 4(b)는 오픈 슬릿형 분사 노즐 (114)을 보여주고 있다. 상기 오픈 슬릿형 분사 노즐 (114)은 고라형 분사구 (115)을 통해 흔합가스를 분사할 수 있으며, 고리형 분사구 (115) 안쪽으로 원료 용액 출구 (112)를 형성할 수 있다. 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 미세 분말 제조 장치 (100)는 다음과 같은 방법으로 동작한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 분말 제조 방법이 도시된 순서도이다.
도 5를 참조하면， 미세분말 제조 방법에 있어서, 용융 챔버 (110)는 원료 물질을 용융시켜 형성된 원료 용액을 공급한다 (S110) . 이때, 원료 물질은 금속, 금속의 합금 및 금속 /세라믹 복합 물질 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 흔합 가스 분사 장치 (120)는 원료 용액에 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합가스를 공급하여 원료 액적을 형성한다 (S120) . 이때, 흔합가스는 저장된 고체 분말 및 가스를 가열한 후， 가열된 고체 분말 및 가스를 흔합하여 제조할 수 있다. 또한， 흔합 가스의 압력은 5 내지 lOObar이고， 분사가스의 온도는 25 내지 750oC일 수 있다.
상기 고체 분말은 금속 분말, 합금 분말， 금속 /세라믹 복합 분말 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며， 고체 분말의 크기는 0.001~500μιη일 수 있다.
상기 가스는 공기 (air) , 질소， 아르곤， 헬륨 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. , 흔합 가스 분사 장치 (120)가 흔합 가스를 공급하여 형성한 원료 액적을 냉각시켜 원료 분말 (131)을 형성한다 (S130) . 스크린 (140)은 원료 반말에서 정해진 크기보다 큰 크기를 갖는 원료 분말 (131)을 걸러내어 완성된 미세 원료분말 (151)을 수거한다 (S140) . 상기 원료 분말 (131)은 일정한 크기의 체눈을 가지는 스크린 (140)을 이용하여 걸러냄으로써， 동일한 크기와완성된 미세 원료 분말 (151)을 제조할 수 있다. 싸이클론 (160)은 스크린을 쓰지 않을 경우나 스크린의 체눈이 클 경우 수거챔버 (150)에서 조대분말을 회수하고 싸이클론 (160)을 거쳐 미세분말 (161)을 회수할 수 있다. 이러한 상기 제조 방법을 이용하여 금속， 금속의 합금 및 금속 /세라믹 복합물질 중 적어도 하나로 이루어진 원료 분말을 10 이하의 미세 분말로 제조할 수 있다. 이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나， 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
[부호의 설명]
110 ： 용융 챔버
111 ： 원료 용액
112 ： 원료 용액 출구
113 • 흔합가스
114 분사 노즐
115 분사구
120 흔합 가스 분사 ¾
121 흔합 가스 분사실
122 가스 가열실
123 가스 저장소
124 고체 분말가열실
125 고체 분말 저장소
130 수용 챔버
131 원료 분말
140： 스크린
150： 수거 챔버
151 : 미세 원료 분말
160： 싸이클론
161： 미세 원료 분말

Claims

[청구의 범위】
【청구항 1】
원료 물질을 용융시켜 형성된 원료 용액을 공급하는 용융 챔버; 및 상기 용융 챔버로부터 공급되는 상기 원료 용액에 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합 가스를 분사하여 원료 분말을 형성하도록 하는 흔합 가스 분사 장치 를 포함하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 .
【청구항 2】
제 1항에 있어서,
상기 용융 챔버 하부에 형성되어 상기 원료 분말을 수용하는 수용 챔버;
상기 수용 챔버 하부에 형성되며， 상기 원료 분말 중 기설정된 크기 보다 큰 원료 분말을 걸러 내기 위해 기설정된 크기 이하의 체눈을 가지는 스크린; 상기 스크린 하부에 형성되며, 스크린을 통과하여 완성된 미세 원료 분말을 수거하는 수거 챔버
를 더 포함하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 .
【청구항 3】
제 1항에 있어서,
상기 흔합 가스 분사 장치는，
상기 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합 가스를 생성하여 상기 원료 용액에 상기 혼합 가스를 분사하는 흔합 가스 분사실 ;
상기 흔합 가스분사실에 가열된 가스를 공급하는 가스 가열실; 및
상기 흔합 가스분사실에 가열된 고체 분말을 공급하는 고체 분말 가열실 을 포함하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치,
【청구항 4】
제 3항에 있어서，
상기 흔합 가스 분사 장치는
상기 가스 가열실로 공급되가 위한 가스를 저장하는 가스 저장소; 및
상기 금속 분말 가열실로 공급되기 위한 고체 분말을 저장하는 고체 분말 저장소;
를 더 포함하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 .
【청구항 5】
제 1항에 있어서，
상기 원료 물질은 금속， 금속의 합금 및 금속 /세라믹 복합물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치.
【청구항 6】
제 1항에 있어서, '
상기 원료 용액에 융점이 다른 금속 및 세라믹 분말을 분사하여 1 내지 200 Mm 크기의 금속 분말 및 복합 분말올 제조하는 미세분말 제조장치.
【청구항 7】
제 1항에 있어서，.
상기 고체 분말은 금속 분말， 합금 분말， 금속 /세라믹 복합 분말 중 적어도 어느 하나를 포함하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 .
【청구항 8】
제 1항에 있어서，
상기 고체 분말의 크기는 0.001 내지 500//m인 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 .
【청구항 9】
제 1항에 있어서，
상기 가스는 공기, 질소， 아르곤, 헬륨 중 적어도 어느 하나를 포함하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 .
【청구항 10】
제 1항에 있어서'
상기 원료 분말은 10 이하인 흔합가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치 .
【청구항 11】
제 1항에 있어서'
상기 흔합 가스의 압력은 5 내지 lOObar이고， 온도는 25 내지 750oC인 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치. :
【청구항 12】
제 3항에 있어서，
상기 흔합 가스 분사 장치는 분사 노즐과 연결되어 상기 분사 노즐을 이용하여 상기 흔합 가스를 분사하며， 상기 분사 노즐은 홀형 (hole type) 또는 오픈 슬릿형 (open s l i t type)인 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치.
【청구항 13】
제 12항에 있어서，
상기 분사 노즐은,
상기 용융 챔버로부터 공급되는 상기 원료 용액을 중심으로 상기 원료 용액의 둘레에 형성되는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 장치.
【청구항 14】
원료 물질을 용융시켜 형성된 원료 용액을 공급하는 단계;
상기 공급된 원료 용액에 가스 및 고체 분말이 흔합된 흔합 가스를 분사하여 원료 액적을 형성하는 단계; 및
상기 원료 액적을 냉각시켜 원료 분말올 형성하는 단계
를 포함하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 방법.
【청구항 15】
제 14항에 있어서，
상기 형성된 원료 분말에서 기설정된 크기보다 큰 원료 분말을 걸러내어 기설정된 크기 이하의 미세 원료 분말을 회수하는 단계를 더 포함하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 방법 .
【청구항 16】
제 14항에 있어서,
상기 흔합 가스는 저장된 고체 분말 및 가스를 가열한 후, 가열된 고체 분말 및 가스가 흔합된 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 방법 .
【청구항 17】
제 14항에 있어서,
상기 원료 물질은 금속, 금속의 합금 및 금속 /세라믹 복합물질 중 적어도어느 하나를 포함하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 방법 .
【청구항 18】
제 14항에 있어서，
상기 원료 용액에 융점이 다른 금속 및 세라믹 분말을 분사하여 1 내지 200 μπι 크기의 금속 분말 및 복합 분말을 제조하는 미세분말 제조 방법.
【청구항 19】
제 14항에 있어서，
상기 고체 분말은 금속 분말, 합금 분말, 금속 /세라믹 복합 분말 중 적어도 어느 하나를 포함하는혼합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 방법ᅳ
[청구항 20】
제 14항에 있어서,
상기 고체 분말의 크기는 0.001~500 인 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 방법 .
【청구항 21】
제 14항에 있어서,
상기 가스는 공기 (ai r) , 질소， 아르곤， 헬륨 중 적어 £ 어느 하나를 포함하는 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 방법 .
【청구항 22】
제 14항에 있어서，
상기 흔합 가스의 압력은 5 내지 lOObar이고， 은도는 25 내지 750oC인 흔합 가스 분사를 이용한 미세 분말 제조 방법.
【청구항 23】
금속， 금속의 합금 및 금속 /세라믹 복합물질 중 적어도 하나로 이루어진 한 항의 제조 방법을 이용하여 제조되며, 크기가
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