WO2017082597A1 - 분말성형용 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물 및 이를 이용한 피드스탁 조성물 - Google Patents
분말성형용 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물 및 이를 이용한 피드스탁 조성물 Download PDFInfo
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- C09J191/00—Adhesives based on oils, fats or waxes; Adhesives based on derivatives thereof
- C09J191/06—Waxes
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- B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
- B22F1/103—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material containing an organic binding agent comprising a mixture of, or obtained by reaction of, two or more components other than a solvent or a lubricating agent
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- B22F3/20—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding
- B22F2003/208—Warm or hot extruding
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- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
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- B22F3/10—Sintering only
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- B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
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- B22F3/12—Both compacting and sintering
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/0408—Light metal alloys
- C22C1/0416—Aluminium-based alloys
Definitions
- the present invention belongs to the field of parts manufacturing industry, which precisely manufactures a product having a complex shape by low pressure powder molding, such as slurry casting, powder injection molding, micro powder injection molding, etc., using a powder material such as metal or ceramic.
- the present invention relates to an environmentally friendly and economical new organic binder composition which is kneaded together with a powder material to impart fluidity of the powder mixture as one raw material component for powder molding.
- Feedstock a mixture made by kneading metal powder, ceramic powder or mixed powder thereof with an organic binder, is used for molding powder products of precise and complex shape by precise powder molding techniques such as casting, powder injection molding and micro injection molding. It has been widely used.
- Slurry casting is a method of forming a shape by pouring a mixture of solid powder and organic binder mixed in a slurry state into a mold having a desired product shape by magnetic load without help from external pressure.
- Low-pressure powder injection molding may be applied to apply an injection pressure of about 5 MPa or less. When the viscosity of the feedstock is increased, powder injection molding may be performed at a higher injection pressure.
- the organic binder plays an important role in forming a high flowable feedstock capable of being kneaded with a solid powder such as a metal or a ceramic in a molten state and capable of casting or injection even under low pressure.
- Water-soluble organic binders are mainly used for slurry casting, and non-aqueous thermoplastic organic binder compositions useful for low pressure injection molding are used as they are or are known as powder injection molding organic binders, rather than being developed separately.
- wax-based thermoplastic organic binder compositions useful for powder injection molding are known.
- the water-insoluble wax-based organic binder is largely, firstly, a wax component that enables molding, and secondly, a backbone polymer component that maintains the shape of the injection molding until degreasing and sintering are started by exhibiting heat resistance at a high temperature.
- process control components such as surfactants or lubricants that bind to the backbone polymer and impart adhesion to the metal or ceramic powder, and other additives are used to improve fluidity or strength as needed.
- Paraffin wax has about 20 to 40 carbon atoms, has a chemical formula of C n H 2n + 2 , and wax is widely used as a basic component of the thermoplastic organic binder. It has a low melting point of about 46 ° C. to 60 ° C. and high fluidity in the molten state. . However, since 80-90% by weight of the component is normal paraffin and is crystallized into large grains, it tends to crumble at room temperature. Since it is a nonpolar compound, the adhesion to a solid powder surface such as metal or ceramic is poor. Therefore, paraffin wax has a high tendency to be separated from the solid powder because it is inferior in dispersibility or fluidity when mixed with the solid powder. To improve this, other kinds of branched waxes, surfactants having hydroxyl groups, carboxyl groups or amide groups, or low molecular weight organic compounds having functional groups such as palm oil or fatty oil can be added.
- microcrystalline wax has the effect of enhancing the coatability (adhesiveness) and strength of the wax mixture as a coating material (US Pat. Nos. 2,885,340, 3023156), and carnauba wax in vegetable or animal fats. It is proposed to use it as a lubricant in admixture with at least one (US Patent Publication No. 2012/0031233).
- the waxes, surfactants or lubricants described above have been widely used as lubricants to reduce the friction or bonding that occur during molding by mixing or using metal powders or by applying them to mold walls in conventional powder metallurgy methods.
- polyethylene wax can be effectively used together with synthetic amide wax in aluminum or its alloys which have a high tendency to adhere to a mold or a punch during powder molding (US Pat. No. 5,951,737).
- the molded body of the metal and the ceramic powder mixed with the organic material is inferior in strength, and in particular, it is difficult to maintain the shape in the degreasing process, which is the removal process of the organic binder formed after molding. Therefore, in order to maintain the shape degreased during the heating process, it is necessary to add a polymer having a higher molecular weight, a higher melting point, and a higher strength than the wax as a backbone polymer.
- An object of the present invention is useful for low pressure powder molding, such as slurry casting, powder injection molding, micro powder injection molding, etc., which have high fluidity in the molten state and excellent adhesion to metal and ceramic powder surfaces, and are formed under no pressure or low pressure. It is to provide an environmentally friendly wax-based thermoplastic organic binder composition that can be suitably used for the production of high-flow feedstock.
- Another object of the present invention is to provide a high flow feedstock useful for low pressure powder molding technology using the wax-based thermoplastic organic binder composition.
- the present invention is a wax mixture containing paraffin wax and microcrystalline wax 50 to 94% by weight, 3 to 35% by weight polyolefin copolymer having a carbonyl group as a backbone polymer and 3 to 15% by weight of the process control agent It provides a wax-based thermoplastic organic binder composition comprising a%.
- the wax mixture may consist of 30 to 90% by weight of paraffin wax and 10 to 70% by weight of microcrystalline wax.
- the backbone polymer may be a polyolefin copolymer copolymerized with maleic anhydride containing 0.1 to 50% by weight of maleic anhydride with respect to 100% by weight of polyolefin, and the backbone polymer has a normal temperature density of 0.9g / cm 3 to 1.10g / cm 3 , Vicat softening temperature may be 70 to 125 °C, melt flow index (190 °C, load 2.15kg f ) may be 5 to 20.
- the polyolefin may be selected from the group consisting of ethylene vinyl acetate, low density polyethylene, high density polyethylene, and polypropylene copolymers.
- the process control agent may be selected from the group consisting of stearic acid, synthetic amide waxes, fatty oils and polyolefin waxes.
- the organic binder composition according to the present invention may further include a polymer selected from the group consisting of low density polyethylene, high density polyethylene, and polypropylene copolymer in addition to the polyolefin polymer having a carbonyl group as the backbone polymer.
- the present invention is pure iron, austenitic stainless steel, precipitation hardening stainless steel, martensitic stainless steel, maraging steel, heat-resistant steel, high-speed steel, Fe-Si silicon steel, Fe-Si-Al sendust, Fe-Ni Invar , Cobalt-based alloys, Nickel-based alloys, Mo-Cu, W-Cu, W-Ni-Cu, W-Ni-Fe, WC-Co cemented carbide, pure copper, Cu-Be beryllium copper, Cu-Al alloys, Cu-Ni 10 to 50% by volume of the wax-based thermoplastic organic binder composition is added to 100% by volume of the powder selected from the group consisting of -Sn alloy, aluminum, aluminum alloy, magnesium alloy, titanium and titanium alloy.
- a feedstock composition which is prepared by kneading at a temperature.
- the feedstock composition according to the present invention is an inorganic powder selected from Al 2 O 3 , SiC, AlN, B 4 C, Si 3 N 4 , h-BN, c-BN, MoS 2 , TiC, TiN or TiB 2 , short fibers It may further comprise a reinforcing material selected from the group consisting of short carbon fibers, graphite flakes, carbon nanotubes, diamonds and graphene to provide a composite feedstock composition.
- the present invention is 30 to 50% by volume of the wax-based thermoplastic organic binder composition; And inorganic powders selected from Al 2 O 3 , SiC, AlN, B 4 C, SiO 2 , Si 3 N 4 , h-BN, c-BN, TiC, TiN or TiB 2 , polycarbon, graphite flakes, carbon nanotubes ,
- a feedstock composition comprising 70 to 50% by volume of a composite powder composed of aluminum powder and at least one selected from the group consisting of a powder selected from graphene or diamond, and an inorganic material in the form of short fibers or nanotubes. to provide.
- the aluminum powder may be included in 5 to 40% by weight based on 100% by weight of the composite powder, the average diameter of the aluminum powder may be 0.1 to 20 ⁇ m.
- the wax-based thermoplastic organic binder composition according to the present invention uses a polyolefin copolymer having a carbonyl group as a backbone polymer as a backbone polymer in consideration of solid powders such as metals and ceramics, and has excellent fluidity, such as slurry casting, powder injection molding, It can be usefully used in the field of low pressure powder molding such as micro injection molding.
- the wax-based thermoplastic organic binder composition is kneaded with a metal or alloy having a spherical or near spherical shape having a particle size of 60 ⁇ m or less, more preferably 20 ⁇ m or less, and may be used as a feedstock useful for low pressure powder molding technology.
- the reinforcing material may be included in the metal or alloy to make a composite feedstock useful for low pressure powder molding technology.
- wax-based thermoplastic organic binder composition when the wax-based thermoplastic organic binder composition is appropriately modified to increase the viscosity or to adjust the content of the solid powder, a powder injection molding technique that applies an injection pressure of 30 MPa or more to a lightweight metal having a low density is used. It can also be useful for manufacturing precise parts with complex shapes.
- the organic binder composition according to the present invention is kneaded at 10 to 30% by volume with respect to the metal or alloy having a particle size of 60 ⁇ m or less, by warm compression or warm extrusion molding under a significantly lower pressure than the conventional method. It can be suitably used to manufacture precision products made of metal, alloy or ceramic reinforced composites, and especially can be used to make porous precision shaped parts of hard materials.
- Figure 1 shows a schematic view of the ring mold developed in the present invention to investigate the tendency to crack during the solidification and cooling process of the organic binder.
- FIG. 2 is a photograph showing representative results of a ring mold test that investigates the sensitivity of crack generation due to solidification and cooling of an organic binder [(a) Example 1, (b) Example 2, (c) Example 3, ( d) Comparative Example 6, (e) Comparative Example 7, (f) Comparative Example 8].
- Figure 3 is a photograph showing a metal powder molded body prepared using the organic binder according to the present invention: (a) copper powder bar molded body prepared by slurry casting, (b) low-pressure aluminum powder disk molded body, (c) slurry 316L stainless powder compact produced by casting.
- Figure 4 is a photograph showing the (a) ASTM subsize tensile test piece and (b) dogbone type tensile test piece injection molded aluminum powder using the organic binder according to the present invention.
- Figure 5 shows the microstructure photograph after sintering of low-pressure molded 316L stainless steel powder compact using the organic binder according to the present invention.
- FIG. 6 shows a scanning electron microscope image observed for a specimen sintered body having an addition ratio of aluminum powder and silicon carbide powder of 2: 8.
- a wax mixture comprising paraffin wax and microcrystalline wax, 3 to 35% by weight of a polyolefin copolymer having a carbonyl group as a backbone polymer, and 3 to 15% by weight of a process control agent. It provides a wax-based thermoplastic organic binder composition.
- Thermoplastic organic binders that can be used for low pressure powder molding such as slurry casting, powder injection molding, and micro injection molding, are required to be composed of solid powders such as metals and ceramics and organic binders. It should be well formed, not only good fluidity in the slurry state, but also when forming at low pressure, the solid powder and the organic binder should be able to fill the mold in a homogeneous flow without separation from each other. It is very important that the solid powder is uniformly distributed in the resultant molded body to show different densification for each part in the subsequent sintering process so that shape deformation does not occur.
- the low pressure powder molding should be used to be excellent in the fluidity of the organic binder to be used, and the bonding properties between the solid powder and the organic binder, such as metal or ceramic powder.
- the content of the wax should be high among the organic binder components, and it is advantageous to lower the content of the backbone polymer having a relatively high melting point and a large molecular weight.
- non-polar polyolefin-based polymers have been widely used as the backbone polymer, and in order to improve the bonding property on the surface of metals or ceramics, a surfactant having a hydroxyl group or a carboxyl group or a synthetic amide-based surfactant has been added.
- the present invention is characterized in that a polyolefin copolymer having a carbonyl group is used as a backbone polymer in order to impart bonding property to the polymer, and an organic binder composition which improves the bonding property between the organic binder and the metal and the ceramic while maintaining fluidity is provided. It was developed.
- the polyolefin copolymer having a carbonyl group is used as the main component of the backbone polymer as in the present invention
- the molded body is excessively bonded to the mold wall.
- the adhesion tends to increase, and thus, it may be difficult to separate and release the molded body from the mold or the mold after molding, and in severe cases, cracking may occur during the cooling process.
- a low molecular weight surfactant or lubricant as a process control agent.
- a process control agent for example, stearic acid having a carboxyl group or synthetic amide wax ethylene bis-stearicamide wax (Accrawax ® C, registered trademark of Lonza USA; or Ricowax ® , Swiss Clariant) (Trademark), and the like, and polyethylene wax (US Pat. No. 5,951,737) or carnauba wax (US Patent Publication No. 2012/0031233) wax composition mixed with vegetable or animal fatty oils may also be used.
- the paraffin wax having a large coagulation shrinkage and heat shrinkage is added to the organic binder of the present invention having excellent flowability as a major component, more than 50% is added, although it is excellent in fluidity in the molten state, it is formed into a shaped body of a specific shape and solidification and heat shrinkage during cooling. There is a high tendency for cracks to occur.
- a ring mold test method has been devised to determine the sensitivity to crack initiation in the highly fluid organic binder according to the present invention.
- This method uses a ring-shaped metal mold with a constant width, and pours the molten organic binder to solidify during the fast cooling process and investigate whether or not the tendency of cracks may occur during the cooling process. to be.
- Figure 1 shows a schematic view of the ring mold devised and used in the present invention.
- feedstock is prepared using commercial metal powder and powder for commercial metal powder injection molding, and are used for pressureless slurry casting, powder injection molding, and low pressure compression molding in warm. It is possible to produce a high-density sintered body by degreasing and sintering the molded body produced by manufacturing the molded body.
- Paraffin wax has the advantages of low melting point, very low viscosity, and excellent fluidity in the molten state, but weak adhesion to solid powders such as metals and ceramics, and volume shrinkage during solidification and cooling process from the molten state. Because of the large crystal grains and the like, there is a disadvantage in brittleness at room temperature, so modification is required.
- paraffin wax which is the main component of the organic binder forming the molded body
- microcrystalline wax in order to compensate the brittleness of the paraffin wax, which is the main component of the organic binder forming the molded body, it is preferable to add microcrystalline wax. More specifically, paraffin wax and microcrystalline wax are mixed at 30 to 90% by weight and 10 to 70% by weight, particularly preferably at 50 to 80% and 20 to 50% by weight.
- the wax-based thermoplastic organic binder composition according to the present invention includes a polyolefin polymer having a carbonyl group as a backbone polymer, and the polyolefin copolymer having a carbonyl group improves the mechanical properties of the powder compact and has moldability in a homogeneous flow when molding. It serves to maintain the shape of the molded body during the degreasing process, it may be included in the range of 3 to 35% by weight relative to the total 100% by weight of the organic binder composition.
- the backbone polymer is a copolymer of maleic anhydride having a density of 0.90 to 0.98 g / cm 3 at room temperature, a Vicat softening temperature of 70 to 125 ° C., and a melt flow index (190 ° C., load of 2.15 kg f ) of 5 to 20. It may be a polyolefin copolymer, the polyolefin copolymer copolymerized with maleic anhydride may be hydrolyzed and modified with a carboxyl group as in Scheme 1.
- the content of maleic anhydride present in the polyolefin copolymer copolymerized with maleic anhydride is preferably 0.1 to 50% by weight based on 100% by weight of the copolymer.
- the wax-based thermoplastic organic binder composition according to the present invention is a surfactant or lubricant as a process control agent to control the excessive adhesion of metal and ceramic particles by the polyolefin copolymer having a carbonyl group to 100% by weight of the organic binder composition. It may further comprise 0.01 to 20% by weight.
- the process control agent may use one or more compounds selected from the group consisting of stearic acid, synthetic amide waxes, fatty oils and polyolefin waxes.
- the wax-based thermoplastic organic binder composition according to the present invention is a low density polyethylene, a high density polyethylene, and a polypropylene copolymer in addition to the polyolefin copolymer having a carbonyl group as the backbone polymer in order to control the viscosity of the high flowability organic binder high.
- One polymer selected from the group consisting of can be mixed up to 20% by weight.
- the present invention is pure iron, austenitic stainless steel, precipitation hardening stainless steel, martensitic stainless steel, maraging steel, heat-resistant steel, high-speed steel, Fe-Si silicon steel, Fe-Si-Al sendust, Fe-Ni Invar , Cobalt-based alloys, Nickel-based alloys, Mo-Cu, W-Cu, W-Ni-Cu, W-Ni-Fe, WC-Co cemented carbide, pure copper, Cu-Be beryllium copper, Cu-Al alloys, Cu-Ni 10 wt% to 50 wt% of the wax-based thermoplastic organic binder composition is added to 100 wt% of the powder selected from the group consisting of Sn alloy, aluminum, aluminum alloy, magnesium alloy, titanium and titanium alloy, Provided is a feedstock composition, which is prepared by kneading at a temperature.
- the feedstock composition according to the present invention is an inorganic powder selected from Al 2 O 3 , SiC, AlN, B 4 C, Si 3 N 4 , h-BN, c-BN, MoS 2 , TiC, TiN or TiB 2 , or Fiber, short carbon fibers, graphite flakes, carbon nanotubes, diamond and graphene may further be provided as a composite feedstock composition further comprising a reinforcement.
- the feedstock composition according to the present invention is a wax-based thermoplastic organic binder composition 30 to 50% by volume; And inorganic powders selected from Al 2 O 3 , SiC, AlN, B 4 C, SiO 2 , Si 3 N 4 , h-BN, c-BN, TiC, TiN or TiB 2 , polycarbon, graphite flakes, carbon nanotubes It can be provided as a composite feedstock composition consisting of 70 to 50% by volume of the composite powder consisting of aluminum powder and one or more selected from the group consisting of powders selected from graphene or diamond, and inorganic materials in the form of short fibers or nanotubes. have.
- the aluminum powder is contained in 5 to 40% by weight based on 100% by weight of the composite powder, the average size of the aluminum powder may be 0.1 to 20 ⁇ m.
- the wax-based thermoplastic organic binder composition according to the present invention is simple and eco-friendly in composition, but contains a large amount of paraffin wax, the organic binder composition is subjected to excessive shrinkage during the molding process tends to crack. .
- the present invention proposes a ring mold casting test having a constrained geometry so that the above trend can be simply tested.
- 1 shows a schematic of the ring mold.
- the ring mold is made of AISI 304 austenitic steel and has a groove having an outer diameter of 57 mm, an inner diameter of 37 mm, and a height of 4.85 mm, and a wide aluminum plate having a thickness of 4 mm is installed at the bottom of the ring mold to remove heat from the ring mold. Inverted to allow rapid cooling of 50 ° C./min at the beginning of solidification.
- shrinkage occurs along the shrinkage, circumferential and radial directions generated during the solidification and cooling of the organic binder after dissolving the organic binder.
- Table 1 summarizes the results of experiments conducted on the organic binder compositions synthesized in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 10.
- the composition of this example was very excellent in fluidity in the molten state, and did not generate thermal cracking even during rapid solidification (FIG. 2A).
- the organic binder was dissolved and poured into a mold to prepare a plate-shaped specimen of about 33 mm (length) x 13 mm (width) x 3.5 mm (height), and the bending strength measured by the three-point bending test was about 9.4 MPa.
- an organic binder composition was prepared by dissolving 24.8 g of paraffin wax, 8.8 g of microcrystalline wax, 2.4 g of polyethylene wax, 3.2 g of maleic anhydride graft-polyethylene, and 0.8 g of low density polyethylene at 145 ° C. .
- the organic binder thus prepared was excellent in fluidity in the molten state, and thermal cracking was not observed as a result of the ring mold test proposed by the present invention (FIG. 2B).
- the specimen was prepared in the same manner as in Example 1 and measured by a three-point bending test, the bending strength was shown to be about 11.1 MPa.
- Examples 1 and 2 and that the polyethylene wax in Accra similar composition replaced with Wax ® C (ACRAWAX C ®, Lonza, Inc., Switzerland R), 25.6g of paraffin wax, microcrystalline wax of 8.8g, 3.2g 40 g of organic binder composition was prepared by dissolving 2.4 g of maleic anhydride graft polyethylene and 2.4 g of Accrawax ® C at 145 ° C.
- the organic binder thus prepared showed excellent fluidity in the molten state and no occurrence of thermal cracking was observed by the ring mold test method.
- the flexural strength was about 9.8 MPa as measured in the three-point bending test as in Example 1.
- an organic binder composition was prepared by dissolving 24.8 g of paraffin wax, 10.4 g of microcrystalline wax, 2.4 g of polyethylene wax, 2.4 g of polyethylene grafted with maleic anhydride, and 0.8 g of low density polyethylene at 145 ° C. .
- the organic binder thus prepared was excellent in fluidity in the molten state, and cracking was not observed as a result of the test by the ring mold test method proposed by the present invention.
- Example 2 In addition, the specimen was prepared in the same manner as in Example 1 and measured by a three-point bending test, the bending strength was shown to be about 11.3 MPa.
- Example 7 45% by weight of paraffin wax, 45% by weight of micro crystalline wax, 5% by weight of polyethylene wax, 5% by weight of maleic anhydride graft polyethylene (Example 7), 72% by weight of paraffin wax, microcrystalline 20 wt% wax, 8 wt% maleic anhydride graft polyethylene (Example 8), 65 wt% paraffin wax, 28 wt% microcrystalline wax, 4 wt% polyethylene wax, 3 wt% maleic anhydride graft polyethylene (Example In the case of 9), the mixture was uniformly mixed in the molten state as before, and the flowability was very high.
- Table 1 The composition of the components shown in Table 1, namely 56 wt% paraffin wax, 24 wt% microcrystalline wax, 10 wt% polyethylene wax, 10 wt% maleic anhydride graft polyethylene (Example 10), 60 wt% paraffin wax, micro 20% by weight crystalline wax, 6%
- paraffin wax 10 wt% polyethylene wax (Comparative Example 4), paraffin wax 63 wt%, microcrystalline wax 5 wt%, polyethylene wax 5%, maleic anhydride graft polyethylene 9 wt% in the components shown in Table 1.
- Feedstock having a solid phase rate of 62% by kneading the organic binder of Example 4 with 138.88 g of a spherical copper powder having a particle size of 1 to 5 ⁇ m and a purity of 99.9% (CU 110, Atlantic Equipment, Inc., USA) at 145 ° C. was prepared.
- the prepared feedstock was heated to 160 ° C. to form a slurry having high fluidity, and then poured into a mold preheated at 150 ° C. to 90 ° C., thereby solidifying a 14 mm x 34 mm x 6 mm sound molded body (FIG. 3A). No cracking was observed on the molded body surface.
- a spherical aluminum powder having a purity of 99.8% (British Aluminum Products Company) and an organic binder of Example 5 were kneaded at 140 ° C. to prepare a feedstock having a solid phase rate of 65%. .
- AISI 316L powder manufactured by Carpenters, Inc.
- AISI 316L powder having a particle size of -22 ⁇ m was kneaded at 140 ° C. with an organic binder having the composition of Example 3 to prepare a feedstock having a solid phase rate of 60%.
- the prepared feedstock is heated to 150 ° C. to form a highly fluid slurry, and then, the slurry is poured into a mold of a tensile test piece having a predetermined length of 22 mm, a parallel part of 5 mm, and a total length of 54 mm, which is preheated to 70 ° C. Cooled.
- a tensile test piece molded body of any size having a thickness of about 6 mm without a surface defect was produced (FIG. 3C).
- Aluminum powder (MEP 105, Eka Granule, Germany) having a purity of 99.5% having an average particle size of about 6 ⁇ m and the organic binder of Example 4 were kneaded at 140 ° C. to prepare a feedstock having a solid phase rate of 62%. It was granulated to a size of about 5 mm and inserted into an injection machine (Austria Engel, model name VC330 / 80 Tech Pro) having a clamping force of 80 ton, followed by injection molding to ASTM subsize plate tensile test piece (ASTM E8) (FIG. 4A) and powder metallurgy. Tensile test specimens of the dog-bone form (MPIF Standard 50, American Powder Association Standard) were prepared (FIG. 4b).
- the molded article was placed in an alumina tray, charged in a tubular furnace, and degreased and sintered in a single process by a heating schedule as follows while flowing hydrogen gas at a flow rate of 0.5 L / min: RT to 100 ° C. and 1.5.
- Example 3 40 vol% of organic binder of Example 3 developed by the present invention and silicon carbide (SiC) powder having an average size of about 48 ⁇ m (manufactured by Showa Denko KK Co., Ltd.) and aluminum powder having an average size of about 5 ⁇ m (MEP 105 , About 50 g of feedstock consisting of 60% by volume of solid powder mixed with a weight ratio of 4: 1 to 9: 1 in Germany, for 2 hours at 140 ° C. in a small kneader (Leochord 900, Hockey, Germany). Kneaded. Subsequently, the feedstock for low-pressure molding was granulated by crushing into granules of about 2 mm or less. The feedstock thus prepared can be used as a useful material for making silicon carbide porous sieves.
- SiC silicon carbide
- 3 g of the feedstock was charged into a mold preheated to 120 ° C., and a low pressure of about 10 MPa was applied to form a disk shaped body having a diameter of 20 mm x 4 mm in height.
- the formed article was charged into a tubular resistance furnace and heated by the following heating schedule while flowing nitrogen gas at a flow rate of 0.3 L / min: normal temperature to 100 DEG C, 3 DEG C / min; 0.5h hold; 100 to 360 ° C, 2.5 ° C / min; 2h hold; 360 to 520 ° C, 0.8 ° C / min; 3h hold; 520-650 ° C., 2.5 ° C./min; Cooling after 3h maintenance.
- FIG. 6 shows an example of a scanning electron microscope observed for a specimen sintered body in which an addition ratio of aluminum powder and silicon carbide powder is 2: 8.
- the silicon carbide porous sintered body bonded by aluminum nitride was produced using the feedstock composition of this invention.
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Abstract
본 발명은 분말성형용 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물 및 이를 이용한 피드스탁 조성물에 관한 것으로, 상기 유기결합제는 카르보닐기를 갖는 폴리올레핀 공중합체를 포함하는 백본 고분자를 함유함으로써 유동성이 우수하여 금속, 세라믹을 비롯한 다양한 고상분말과의 접합성이 우수하여 슬러리 주조, 분말사출성형, 마이크로분말사출성형 등 저압분말성형에 유용한 고유도성 피드스탁 제조에 적합하게 사용될 수 있는 환경친화적인 소재이며 상기 피드스탁 조성물은 금속소결체, 복합재료 소결체, 세라믹 다공질체를 제조하는 데 유용한 금속분말, 분말 혹은 단섬유 혹은 나노튜브 형태의 무기재료를 포함한다.
Description
본 발명은 금속 또는 세라믹과 같은 분말재료를 사용하여 슬러리주조, 분말사출성형, 마이크로 분말사출성형 등 저압 분말성형에 의해 복잡한 형상을 갖는 제품을 정밀하게 제조하는 부품제조 산업기술 분야에 속하며, 보다 구체적으로 분말재료와 함께 혼련되어 분말성형을 위한 하나의 원료 성분으로서 분말혼합체의 유동성을 부여하는 친환경적이면서 경제적인 새로운 유기결합제 조성물에 관한 것이다.
금속분말이나 세라믹 분말 혹은 이들의 혼합분말을 유기결합제와 혼련하여 만들어지는 혼합물인 피드스탁은 주조, 분말사출성형법 및 마이크로 사출성형법 등 정밀한 분말성형 기술에 의해 정밀하고 복잡한 형상의 분말제품을 성형하는 데 널리 사용되어 오고 있다.
슬러리 주조는 슬러리 상태로 혼합된 고상분말과 유기결합제의 혼합체를 외부로부터의 압력 도움 없이 자기 하중에 의해 원하는 제품의 형상을 갖는 주형에 부어 굳힘으로써 형상을 만드는 방법이며, 분말사출이나 마이크로사출성형법 중에서 약 5 MPa 이하의 사출압을 가하는 저압 분말사출성형을 적용할 수도 있으며 상기 피드스탁의 점도를 높게 하면 이 보다 높은 사출압으로 분말사출성형을 실시할 수 있다.
따라서 상기 저압 분말성형법을 적용함에 있어 유기결합제는 용융상태에서 금속, 세라믹 등 고체분말과 혼련되어 주조가 가능하거나 낮은 압력 하에서도 사출이 가능한 유동성이 높은 피드스탁을 조성하는데 중요한 역할을 한다.
슬러리 주조에는 주로 수용성 유기결합제가 많이 사용되고 있으며, 저압사출성형 등에 유용한 비수용성 열가소성 유기결합제 조성물은 별도로 개발된 것 보다는 기존에 분말사출성형용 유기결합제로 알려진 것이 그대로 혹은 개질되어 사용되고 있다. 또한, 분말사출성형에 유용한 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물이 알려져 있다.
일반적으로 비수용성의 왁스계 유기결합제는 크게 첫째, 성형을 가능하게 하는 왁스 성분, 둘째, 고온에서 내열성을 나타내어 탈지과정과 소결이 개시될 때까지 사출체의 형상을 유지하는 역할을 하는 백본 고분자 성분, 셋째, 백본 고분자와 결합을 하며 금속이나 세라믹 분말에 접합성을 부여하는 계면활성제 또는 윤활제과 같은 공정제어성분, 그리고 필요에 따라 유동성의 개선이나 강도를 개선하기 위해 기타 첨가물 등이 사용된다.
파라핀 왁스는 탄소 수가 약 20 내지 40여개이고 CnH2n
+
2 의 화학식을 가지며 왁스는 열가소성 유기결합제의 기본 성분으로 널리 쓰이며, 융점이 대략 46℃ 내지 60℃으로 낮고 용융상태에서 유동성이 매우 높다. 그러나 구성성분의 80-90 중량%가 노르말 파라핀이고 큰 결정립으로 결정화되어 있어서 상온에서 부스러지는 경향이 있으며, 비극성 화합물이므로 금속이나 세라믹과 같은 고상분말 표면에의 접합성이 좋지 못하다. 따라서 파라핀 왁스는 고상분말과 혼합된 상태에서 분산성이나 유동성이 떨어지므로 고상분말과 분리되는 경향이 높다. 이를 개선하기 위해 분지가 많은 다른 종류의 왁스나 하이드록실기, 카르복실기 또는 아미드기를 갖는 계면활성제나 팜오일 또는 지방유와 같은 기능기를 갖는 저분자량의 유기화합물 등이 첨가될 수 있다.
마이크로크리스탈린 왁스를 첨가하면 코팅재로서 왁스 혼합물의 코팅성(접합성)과 강도를 높이는 효과가 있음이 알려져 있다(미국특허 제 2,885,340호, 제 3023156호), 또한 카르나우바 왁스를 식물성 또는 동물성 지방 중 적어도 한가지와 혼합하여 윤활제로 사용하는 것이 제안되어 있다(미국특허 공개번호 제 2012/0031233 호).
앞서 기술한 왁스 성분이나 계면윤활제 혹은 윤활제 성분들은 전통적인 분말야금 방법에서 금속 분말에 혼합하거나 사용되거나 금형 벽에 도포하여 성형시 발생하는 마찰이나 접합현상을 줄이기 위한 윤활제로서 널리 사용되어 오고 있는 것들이다. 특히 분말성형시 금형이나 펀치에 달라붙어 접합되는 경향이 높은 알루미늄 또는 그 합금 등에는 합성 아미드 왁스와 함께 폴리에틸렌 왁스가 효과적으로 사용될 수 있다고 발표되어 있다(미국특허 제 5,951,737호).
그러나 상기 조성물 성분으로는 높은 유동성이 얻어지지만 유기물과 혼합되어 성형되는 금속 및 세라믹 분말의 성형체는 강도가 떨어지며 특히, 성형 이후에 이루어지는 유기결합제의 제거과정인 탈지과정에서 형상을 유지하기가 어렵다. 따라서 가열과정에서 탈지된 성형체가 형상을 유지하도록 하기 위해서는 왁스보다 분자량이 크고 융점이 높고 강도가 큰 고분자를 백본 고분자로서 첨가할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 용융상태에서 높은 유동성을 가지며 금속 및 세라믹 분말 표면에 대한 접합성이 우수하여 무가압 또는 낮은 압력 하에서 성형이 이루어지는 슬러리 주조, 분말사출성형, 마이크로 분말사출성형 등의 저압분말성형에 유용한 고유동성의 피드스탁 제조에 적합하게 사용될 수 있는 친환경적인 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물을 이용하여 저압 분말성형기술에 유용한 고유동성의 피드스탁을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 파라핀 왁스와 마이크로크리스탈린 왁스를 포함하는 왁스 혼합물 50 내지 94 중량%, 백본 고분자로서 카르보닐기를 갖는 폴리올레핀 공중합체 3 내지 35 중량% 및 공정제어제 3 내지 15 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물을 제공한다.
상기 왁스 혼합물은 파라핀 왁스 30 내지 90 중량% 및 마이크로크리스탈린 왁스 10 내지 70 중량%로 이루어질 수 있다.
상기 백본 고분자는 폴리올레핀 100 중량%에 대하여 무수말레인산을 0.1 내지 50 중량%로 함유한 무수 말레인산이 공중합된 폴리올레핀 공중합체일 수 있으며, 상기 백본 고분자는 상온 밀도가 0.9g/cm3 내지 1.10g/cm3, 바이캣 (Vicat) 연화온도가 70℃ 내지 125℃, 용융흐름지수 (190℃, 하중 2.15kgf)가 5 내지 20일 수 있다. 상기 폴리올레핀은 에틸렌 비닐아세테이트, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 공정제어제는 스테아린 산, 합성 아미드 왁스, 지방유 및 폴리올레핀 왁스로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 유기결합제 조성물은 상기 백본 고분자로서 카르보닐기를 갖는 폴리올레핀 고분자 외에 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 고분자를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 순철, 오스테나이트계 스테인레스강, 석출경화형 스테인레스강, 마르텐사이트계 스테인레스강, 마르에이징강, 내열강, 고속도강, Fe-Si 규소강, Fe-Si-Al 센더스트, Fe-Ni 인바, 코발트기 합금, 니켈기 합금, Mo-Cu, W-Cu, W-Ni-Cu, W-Ni-Fe, WC-Co 초경합금, 순동, Cu-Be 베릴륨동, Cu-Al 합금, Cu-Ni-Sn 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티타늄 및 티타늄 합금으로 이루어진 군에서 선택된 분말 100 부피%에 대하여 상기 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물을 10 내지 50 부피%로 첨가하고, 100℃ 내지 180℃의 온도에서 혼련시켜 제조한 것을 특징으로 하는 피드스탁 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 피드스탁 조성물은 Al2O3, SiC, AlN, B4C, Si3N4, h-BN, c-BN, MoS2, TiC, TiN 또는 TiB2에서 선택된 무기물 분말, 단섬유, 탄소 단섬유, 흑연 플레이크, 탄소나노튜브, 다이어몬드 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 보강재를 더 포함하여 복합재 피드스탁 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물 30 내지 50 부피%; 및 Al2O3, SiC, AlN, B4C, SiO2, Si3N4, h-BN, c-BN, TiC, TiN 또는 TiB2에서 선택된 무기물 분말, 폴리카본, 흑연 플레이크, 탄소나노튜브, 그래핀 또는 다이어몬드에서 선택된 분말, 및 단섬유 또는 나노튜브 형태의 무기재료로 이루어진 군에서 선택된 한 가지 이상과 알루미늄 분말로 구성된 복합분말 70 내지 50부피% 로 이루어진 것을 특징으로 하는 피드스탁 조성물을 제공한다.
상기 알루미늄 분말은 복합분말 100 중량%에 대하여 5 내지 40 중량%로 포함될 수 있으며, 알루미늄 분말의 평균직경은 0.1 내지 20μm일 수 있다.
본 발명에 따른 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물은 금속이나 세라믹 등의 고체분말과 접합성을 고려하여 백본 고분자로서 카르보닐기를 갖는 폴리올레핀 공중합체를 백본 폴리머로 사용하고 있으며 유동성이 우수하여 슬러리 주조, 분말사출성형, 마이크로사출성형 등 저압 분말성형 분야에서 유용하게 활용할 수 있다.
또한, 상기 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물은 입자 크기가 60μm 이하 보다 바람직하게는 20μm 이하인 구형 또는 구형에 가까운 형상을 갖는 금속이나 합금과 혼련되어 저압 분말성형기술에 유용한 피드스탁으로 만들어 사용할 수 있으며, 더 나아가 상기 금속이나 합금에 보강재를 포함시켜 저압 분말성형기술에 유용한 복합재 피드스탁으로 만들어 사용할 수 있다.
또한, 상기 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물은 적합하게 개질하여 점도를 높이거나 고체 분말의 함유량을 높게 조절할 경우에는, 밀도가 낮은 경량 금속을 대상으로 30MPa 혹은 그 이상의 사출압을 적용하는 분말사출성형기술을 적용하여 복잡한 형상의 정밀한 부품을 제조하는 데에도 유용하게 사용할 수 있다.
더 나아가 본 발명에 따른 유기결합제 조성물은 입자 크기가 60μm 이하인 상기 금속 또는 합금을 대상으로 하여 10 내지 30 부피%로 혼련할 경우에는 기존의 방법에 비하여 현저히 낮은 압력 하에서 온간 압축이나 온간 압출성형에 의해 금속 혹은 합금 혹은 세라믹이 보강된 복합재로 만들어지는 정밀한 제품을 제조하는 데 적합하게 사용될 수 있으며, 특히 경질재료의 다공질체 정밀형상 부품을 제작하는 데에도 효과적으로 이용될 수 있다.
도 1은 유기결합제의 응고 및 냉각 과정에서 균열을 발생시키는 경향을 조사하기 위해 본 발명에서 개발된 링 몰드의 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는 유기결합제의 응고와 냉각에 따른 크랙 발생의 예민도를 조사한 링 몰드 시험의 대표적인 결과를 나타내는 사진이다[(a) 실시 예 1, (b) 실시 예 2, (c) 실시 예 3, (d) 비교 예 6, (e) 비교 예 7, (f) 비교 예 8].
도 3는 본 발명에 따른 유기결합제를 사용해서 제조한 금속분말 성형체를 나타낸 사진이다: (a) 슬러리 주조로 제조한 동분말 바 성형체, (b) 저압성형한 알루미늄 분말 디스크 성형체, (c) 슬러리 주조로 제조한 316L 스테인레스 분말 성형체.
도 4는 본 발명에 따른 유기결합제를 사용해서 알루미늄 분말을 사출성형한 (a) ASTM 서브사이즈 인장시험편과 (b) 도그본 형태 인장시험편을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 유기결합제를 사용해서 저압 성형한 316L 스테인레스 강 분말성형체의 소결후 미세조직 사진를 나타낸 것이다.
도 6은 알루미늄 분말과 탄화규소분말의 첨가비율이 2:8인 시편 소결체에 대해 관찰된 주사전자현미경 이미지를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 파라핀 왁스와 마이크로크리스탈린 왁스를 포함하는 왁스 혼합물 50 내지 94 중량%, 백본 고분자로서 카르보닐기를 갖는 폴리올레핀 공중합체 3 내지 35 중량% 및 공정제어제 3 내지 15 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물을 제공한다.
슬러리 주조, 분말사출성형법, 마이크로 사출성형법 등 저압 분말성형에 적합하게 사용될 수 있는 열가소성 유기결합제로서 갖추어야 할 속성은 금속 및 세라믹 등의 고체분말과 유기결합제로 만들어 유기결합제와 젖음성이 좋아 분산과 혼합이 잘 이루어져야 하며, 슬러리 상태에서 유동성이 좋아야 할 뿐만 아니라 저압에서 성형작업을 할 때 고체분말과 유기결합제가 서로 분리되지 않고 균질한 흐름을 이루어 금형을 채울 수 있어야 한다. 그 결과로서 만들어진 성형체 내부에서 고체분말이 균일하게 분포하여 이후의 소결과정에서 부위별로 상이한 치밀화를 나타내어 형상변형이 일어나지 않도록 하는 것이 매우 중요하다.
이러한 이유에서, 상기 저압 분말성형을 위해서는 사용하는 채택하여 유기결합제의 유동성이 우수하며 또한 금속이나 세라믹 분말 등 고체 분말과 유기결합제 간의 접합특성이 좋아야 한다.
유기결합제의 유동성을 확보하기 위해서는 유기결합제 성분 중에서 왁스의 함량이 높아야 하며, 상대적으로 융점이 높고 분자량이 큰 백본 고분자의 함량을 낮추는 것이 유리하다.
종래에는 백본 고분자로서 비극성인 폴리올레핀계의 고분자를 널리 사용하여 왔으며, 금속이나 세라믹의 표면에 접합성을 개선하기 위해서 하이드록실기나 카르복실기를 갖는 것이거나 합성 아미드 계의 계면활성제를 첨가하였다. 이에 비하여, 본 발명에서는 고분자에 접합성을 부여하기 위해 카르보닐기를 갖는 폴리올레핀 공중합체를 백본 고분자로 사용하는 것을 특징으로 하며, 유동성을 유지하면서 유기결합제와 금속 및 세라믹 등과의 접합성을 개선시킨 유기결합제 조성물을 개발한 것이다.
그러나 본 발명과 같이 카르보닐기를 갖는 폴리올레핀 공중합체를 백본 고분자의 주성분으로 사용할 경우에는 슬러리 주조나 사출성형에 의해 저압 분말성형을 할 때 성형체가 주형 벽에 과도하게 접합되어서 성형시 성형체가 금형의 내벽에 접착되는 경향이 커지며 따라서 성형 이후에 주형이나 금형으로부터 성형체를 분리하여 방출하는 데 어려움이 따를 수 있으며 심한 경우에는 냉각과정에서 균열이 발생하는 요인이 될 수 있다.
이러한 문제점을 완화하고 조정하는 목적으로, 본 발명에서는 추가적으로 저분자량의 계면활성제 또는 윤활제 중 1종 이상을 공정제어제로서 선택하여 첨가하는 것이 바람직하다. 공정제어제로서는 예컨대, 전통적인 분말야금 분야에서 사용되어 오고 있는 카르복실기를 갖는 스테아린 산이나 합성 아미드 왁스인 에틸렌 비스-스테아르아미드 왁스 (아크라왁스® C, 미국 론자 사 등록상표; 또는 리코왁스®, 스위스 클라리언트 사 등록상표) 등이 적합하게 사용될 수 있으며 폴리에틸렌 왁스 (미국특허 제 5,951,737호) 또는 식물성 혹은 동물성 지방유오 혼합된 카르나우바 왁스 (미국특허공개 제 2012/0031233 호) 왁스 조성물도 사용될 수 있다.
또한, 우수한 유동성을 갖는 본 발명의 유기결합제에는 응고수축과 열수축이 큰 파라핀 왁스가 주된 성분으로 50% 이상 첨가되므로 비록 용융상태에서는 유동성이 탁월하더라도 특정한 형상의 성형체로 만들어져 냉각하는 과정에서 응고와 열수축에 의해 균열이 발생하는 경향이 높다.
본 발명에서는 이러한 경향을 손쉽게 시험하기 위해 본 발명에 따른 유동성이 높은 유기결합제를 대상으로 균열 발생에 대한 예민도를 가름할 수 있는 링 몰드 시험법이 고안되었다. 이 방법은 일정한 폭을 갖는 링 형태의 금속제 몰드를 이용하는 것으로, 용융 상태의 유기결합제를 부어 유기결합제가 빠른 냉각과정 중에 응고되고 냉각하는 과정 중에 일으킬 수 있는 균열의 발생 여부 혹은 발생 경향을 조사하는 방법이다. 도 1에는 본 발명에서 고안하여 사용한 링 몰드의 개략도를 나타내었다.
또한 본 발명에 따른 유동성이 높은 새로운 결합제의 효용성을 검증하기 위해 상용 금속분말 및 상용 금속분말사출성형용 분말을 사용해서 피드스탁을 제조하고 무가압 슬러리 주조, 분말사출성형, 온간에서 저압 압축성형에 의해 성형체를 제작하며 만들어진 성형체에 대해 탈지와 소결공정을 거쳐 고밀도 소결체를 제작할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이 금속이나 세라믹 분말과 혼련되어 피드스탁을 구성하는 주된 성분으로서. 파라핀 왁스는 융점이 낮고 점성이 매우 낮으며 용융상태에서 유동성이 매우 우수하다는 장점이 있지만, 금속이나 세라믹과 같은 고체분말에 대한 접착력이 약하며, 용융상태로부터 응고되는 과정과 냉각과정에서 발생하는 부피수축, 큰 결정립 등으로 인해 상온에서 취성이 있는 단점이 있으므로 이에 대한 개질이 요구된다.
본 발명에서는 성형체를 이루는 유기결합제의 주성분인 파라핀 왁스의 취성을 보완하기 위해 마이크로크리스탈린 왁스를 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 파라핀 왁스와 마이크로크리스탈린 왁스를 30 내지 90 중량% 및 10 내지 70 중량%로 혼합하며, 특히 50 내지 80 중량% 및 20 내지 50 중량%로 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물은 백본 고분자로서 카르보닐기를 갖는 폴리올레핀 고분자를 포함하며, 상기 카르보닐기를 갖는 폴리올레핀 공중합체는 분말 성형체의 기계적 특성을 개선하고 성형을 할 때 균질한 흐름으로 성형성이 이루어지도록 하며, 이후 탈지과정에서 성형체의 형상을 유지하는 역할을 수행하며, 유기결합제 조성물 총 100 중량%에 대하여 3 내지 35 중량% 범위로 포함될 수 있다.
상기 백본 고분자는 상온 밀도가 0.90 내지 0.98 g/cm3, 바이캣 (Vicat) 연화온도가 70 내지 125℃, 용융흐름지수 (190℃, 하중 2.15kgf)에서 5 내지 20 인 무수말레인산이 공중합된 폴리올레핀 공중합체일 수 있으며, 상기 무수 말레인산이 공중합된 폴리올레핀 공중합체는 반응식 1과 같이 가수분해되어 카르복실기로 변성된 것일 수 있다.
[반응식 1]
상기 무수 말레인산이 공중합된 폴리올레핀 공중합체 중에 존재하는 무수 말레인산의 함량은 공중합체 총 100 중량%에 대하여 0.1 내지 50 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물은 카르보닐기를 갖는 폴리올레핀 공중합체에 의한 금속 및 세라믹 입자와의 과도한 접착을 제어할 수 있도록 공정제어제로서 계면활성제 또는 윤활제를 유기결합제 조성물 총 100 중량%에 대하여 0.01 내지 20 중량%로 더 포함할 수 있다. 상기 공정제어제는 스테아린 산, 합성 아미드 왁스, 지방유 및 폴리올레핀 왁스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물은 높은 유동성의 유기결합제의 점성을 높게 조절하기 위하여, 상기 백본 고분자로서 카르보닐기를 갖는 폴리올레핀 공중합체에 추가해서 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자를 최대 20 중량%까지 혼합할 수 있다.
또한, 본 발명은 순철, 오스테나이트계 스테인레스강, 석출경화형 스테인레스강, 마르텐사이트계 스테인레스강, 마르에이징강, 내열강, 고속도강, Fe-Si 규소강, Fe-Si-Al 센더스트, Fe-Ni 인바, 코발트기 합금, 니켈기 합금, Mo-Cu, W-Cu, W-Ni-Cu, W-Ni-Fe, WC-Co 초경합금, 순동, Cu-Be 베릴륨동, Cu-Al 합금, Cu-Ni-Sn 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티타늄 및 티타늄 합금로 이루어진 군에서 선택된 분말 100 부피%에 대하여 상기 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물을 10 내지 50 부피%로 첨가하고, 100℃ 내지 180℃의 온도에서 혼련시켜 제조한 것을 특징으로 하는 피드스탁 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 피드스탁 조성물은 Al2O3, SiC, AlN, B4C, Si3N4, h-BN, c-BN, MoS2, TiC, TiN 또는 TiB2에서 선택된 무기물 분말, 또는 단섬유, 탄소 단섬유, 흑연 플레이크, 탄소나노튜브, 다이어몬드 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 보강재를 더 포함하여 복합재 피드스탁 조성물로서 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 피드스탁 조성물은 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물 30 내지 50 부피%; 및 Al2O3, SiC, AlN, B4C, SiO2, Si3N4, h-BN, c-BN, TiC, TiN 또는 TiB2에서 선택된 무기물 분말, 폴리카본, 흑연 플레이크, 탄소나노튜브, 그래핀 또는 다이어몬드에서 선택된 분말, 및 단섬유 또는 나노튜브 형태의 무기재료로 이루어진 군에서 선택된 한 가지 이상과 알루미늄 분말으로 구성된 복합분말 70 내지 50부피% 로 이루어진 복합재 피드스탁 조성물로서 제공될 수 있다.
상기 알루미늄 분말은 복합분말 100 중량%에 대하여 5 내지 40 중량%로 포함되며, 알루미늄 분말의 평균크기가 0.1 내지 20μm 일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물은 그 성분구성이 단순하고 친환경적이지만, 다량의 파라핀 왁스를 함유하고 있어 조성된 유기결합제는 성형과정에서 과도한 수축을 겪을 수 있어 균열이 발생 경향이 있다.
따라서 본 발명에서는 상기 경향을 간단하게 시험할 수 있도록 구속된 기하를 갖는 링 몰드 주조시험을 제안한다. 도 1은 상기 링 몰드의 개략을 보여준다. 상기 링 몰드는 AISI 304 오스테나이트 강 재질로 외경이 57mm, 내경이 37mm, 높이가 4.85mm인 홈을 갖도록 제작된 것이며, 링 몰드의 바닥에는 두께 4mm의 넓은 알루미늄 판을 설치하여 링 몰드로부터 열이 전도되어 응고초기에 50 ℃/min 의 빠른 냉각이 얻어지도록 하였다.
본 발명에서 제안하는 구속된 기하인 상기 링 형태의 몰드 시험에 의하면, 상기 유기결합제를 용해시킨 후에 링 몰드에 주입하여 응고, 냉각시키는 과정에서 발생하는 수축률, 원주방향 및 방사방향을 따라 발생하는 수축의 불균일성과 유기결합제내의 결정화도 등 재질의 인성 특성에 따른 균열발생 여부를 간단하지만 효과적으로 알아볼 수 있는 장점이 있다.
<실시 예>
본 발명에 의하여 제안된 상기와 같은 링몰드 실험기구를 사용하여 성분 혹은 성분비율이 상이한 여러 종류의 조성물 대상으로 하여 시험을 한 일련의 실험을 실시하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에는 실시 예 1∼ 실시 예 13, 그리고 비교 예 1 ∼ 비교 예 10에서 합성한 유기결합제 조성물에 대해 실험한 결과를 간략히 정리한 것이다.
[표 1]
이하 표 1의 링 몰드 시험결과를 참조해서 실시 예와 비교 예를 구체적으로 기술한다.
실시 예 1
28g 의 파라핀 왁스 (일본 니폰 세이로사), 6.4g 의 마이크로크리스탈린 왁스 (일본 니폰 세이로 사), 3.2g의 폴리에틸렌 왁스 (미국 하니웰 코포레이션 사), 2.4g의 무수 말레인산 그라프트 폴리에틸렌 (한국 현대EP (주))을 140℃에서 녹여 40g 의 유기결합제 조성물을 제조하고 용융상태를 확인 한 후에, 그리하여 빠른 응고 및 냉각과정 중에 링형태의 몰드에서 성형된 유기혼합물 내에서 균열의 발생여부를 조사하였다.
본 실시예의 조성물은 용융상태에서 유동성이 매우 탁월하고, 급속한 응고과정에서도 열 크래킹을 발생시키지 않았다(도 2a). 이 유기결합제를 용해 후에 금형에 부어 약 33mm (길이) x 13mm (폭) x 3.5mm (높이) 크기의 판형 시편을 제조하여 3점 굽힘 시험으로 측정한 굴곡강도는 약 9.4 MPa 이었다.
실시 예 2
24.8g 의 파라핀 왁스, 8.8g 의 마이크로크리스탈린 왁스, 2.4g 의 폴리에틸렌 왁스, 3.2g 의 무수 말레인산 그라프트 -폴리에틸렌, 0.8g의 저밀도 폴리에틸렌을 145℃에서 녹이고 혼합하여 40g 의 유기결합제 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 유기결합제는 용융상태에서 유동성이 탁월하였으며 본 발명에 의해 제안된 링몰드 시험법에 의한 시험 결과 열균열 발생이 관찰되지 않았다(도 2b). 또한 실시 예 1과 동일한 방법으로 시편을 준비하여 3점 굽힘 시험으로 측정한 결과, 굴곡강도는 약 11.1 MPa 로 나타내었다.
실시 예 3
24g 의 파라핀 왁스, 10g 의 마이크로크리스탈린 왁스, 3.2g 의 무수 말레인산 그라프트 폴리에틸렌, 2.8g 스테아린 산 (순도 99.9%, 일본 야쿠리 퓨어 케미칼즈 사 제품) 을 145℃에서 녹이고 혼합하여 40g 의 유기결합제 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 유기결합제는 용융상태에서 유동성이 탁월하였으며, 본 발명에 의해 제안된 링몰드 시험법으로 균열발생 예민성을 시험한 결과 균열 발생은 관찰되지 않았다(도 2c). 실시 예 1에서와 같은 방법으로 시편을 준비하고 3점 굽힘 시험에 의해 측정한 결과, 굴곡강도는 약 10.7 MPa 이었다.
실시 예 4
24g 의 파라핀 왁스, 10.4g 의 마이크로크리스탈린 왁스, 2.4g의 폴리에틸렌 왁스, 3.2g 의 무수 말레인산 그라프트 폴리에틸렌을 145℃에서 녹이고 혼합하여 40g 의 유기결합제 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 유기결합제는 용융상태에서 유동성이 탁월하였으며, 링몰드 시험을 통해서도 열균열의 발생이 관찰되지 않았다. 실시 예 1과 같은 방법으로 시편을 준비하고 3점 굽힘 시험을 실시하여 측정한 결과, 굴곡강도는 약 10.3 MPa 이었다.
실시 예 5
실시 예 1 및 실시 예 2와 유사한 조성에서 폴리에틸렌 왁스를 아크라왁스® C (ACRAWAX® C, 스위스 론자 사의 등록 상표)로 대체한 것으로, 25.6g의 파라핀 왁스, 8.8g의 마이크로크리스탈린 왁스, 3.2g의 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌, 2.4g의 아크라왁스® C를 145℃에서 녹이고 혼합하여 40g의 유기결합제 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 유기결합제는 용융상태에서 탁월한 유동성을 나타냈으며 링 몰드 시험법에 의해서 열균열의 발생이 관찰되지 않았다. 실시 예 1에서와 마찬가지로 하여 3점 굽힘 시험으로 측정한 결과, 굴곡강도는 약 9.8 MPa 이었다.
실시 예 6
24.8g의 파라핀 왁스, 10.4g의 마이크로크리스탈린 왁스, 2.4g 의 폴리에틸렌 왁스, 2.4g의 무수 말레인산이 접목된 폴리에틸렌, 0.8g의 저밀도 폴리에틸렌을 145℃에서 녹이고 혼합하여 40g 의 유기결합제 조성물을 제조하였다. 이렇게 제조된 유기결합제는 용융상태에서 유동성이 탁월하였으며 본 발명에 의해 제안된 링 몰드 시험법에 의한 시험 결과 균열 발생은 관찰되지 않았다.
또한 실시 예 1과 동일한 방법으로 시편을 준비하여 3점 굽힘 시험으로 측정한 결과, 굴곡강도는 약 11.3 MPa 로 나타내었다.
실시 예 7 ∼ 실시 예 9
표 1에 제시된 성분, 즉 파라핀 왁스 45 중량%, 마이크로 크리스탈린 왁스 45 중량%, 폴리에틸렌 왁스 5 중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 5 중량% (실시 예 7), 파라핀 왁스 72 중량%, 마이크로크리스탈린 왁스 20 중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 8 중량% (실시 예 8), 파라핀 왁스 65 중량%, 마이크로크리스탈린 왁스 28 중량%, 폴리에틸렌 왁스 4 중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 3 중량% (실시 예 9)의 조성물의 경우, 앞서와 마찬가지로 용융 상태에서 균일하게 혼합되었으며 유동성이 매우 높았다. 또한 용융된 조성물을 링 몰드에 부어 빠르게 굳혀 냉각시키는 열균열 예민성 시험에서 외견상 균열의 발생은 관찰되지 않았다. 비록 앞서의 실시 예 1∼실시 예 6의 경우에 비해 결합도가 다소 떨어지지만 경량 금속인 알루미늄이나 마그네슘 등의 합금 분말을 성형하는 유기결합제로서는 양호한 특성을 가졌다.
실시 예 10 ∼ 실시 예 13
표 1에 나타낸 성분의 조성물 즉, 파라핀 왁스 56 중량%, 마이크로크리스탈린 왁스 24 중량%, 폴리에틸렌 왁스 10 중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 10 중량% (실시 예 10), 파라핀 왁스 60 중량%, 마이크로크리스탈린 왁스 20중량%, 폴리에틸렌 왁스 6 중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 14 중량% (실시 예 11), 파라핀 왁스 74 중량%, 폴리에텔렌 왁스 10 중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 16 중량% (실시 예 12), 파라핀 왁스 58%, 마이크로크리스탈린 왁스 16 중량%, 폴리에틸렌 왁스 6 중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 20 중량% (실시 예 13) 조성물의 경우, 용융상태에서는 모두 투명한 액체로 존재하였으며 용융된 조성물을 링몰드에 부어 빠르게 냉각시키는 열균열 시험에서도 균열의 발생은 관찰되지 않았다. 무수 말레인산 그라프트 폴리에틸렌 양이 높기 때문에 앞서의 실시 예 1∼실시 예 6의 경우에 비해 유동성이 약간 뒤지는 것으로 관찰되었지만 경량 분말합금의 사출성형이나 온간에서의 분말압축성형이나 분말압출성형용 결합성이 있는 윤활제로서 사용 가능한 특성을 나타내었다.
비교 예 1 ∼ 비교 예 3
표 1에 제시된 성분 즉, 파라핀 왁스 68 중량%, 마이크로크리스탈린 왁스 12 중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에텔렌 20 중량% (비교 예 1) 의 조성물과, 파라핀 왁스 92 중량%, 폴리에틸렌 왁스 5중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 3중량% (비교 예 2) 와 파라핀 왁스 48 중량%, 마이크로크리스탈린 왁스 48중량%, 폴리에틸렌 왁스 2 중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 2 중량%의 조성물(비교 예 3) 의 조성물의 경우에도, 앞서와 마찬가지로 용융 상태에서는 모두 투명한 액체로 존재하였으며 용융된 조성물을 링몰드에 부어 빠르게 냉각시키는 링몰드 시험에서도 크랙의 발생은 관찰되지 않았다. 그러나, 비교 예 1의 조성물은 접합성이 높은 대신 유동성이 낮고, 비교 예 2와 비교 예 3 조성물의 경우에는 유동성은 우수하나 접합성이 떨어지는 것으로 나타났으며 슬러리 주조나 저압 사출성형용 유기결합제로서는 적합하지 않은 것으로 판단되었다.
비교 예 4 ∼ 비교 예 11
표 1에 제시된 성분 중에서 파라핀 왁스 90 중량%, 폴리에틸렌 왁스 10 중량% (비교 예 4), 파라핀 왁스 63 중량%, 마이크로크리스탈린 왁스 5 중량%, 폴리에틸렌 왁스 5%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 9 중량%, 저밀도 폴리에틸렌 (LUTENE MB9500, 한국 LG 화학 제품) 18 중량% (비교 예 5), 파라핀 왁스 62 중량%, 마이크로크리스탈린 왁스 20 중량%, 폴리에틸렌 왁스 6 중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 7 중량%, 고밀도 폴리에틸렌 (LUTENE MB9180, 한국 LG 화학 제품) 5 중량% (비교 예 6), 파라핀 왁스 60 중량%, 마이크로크리스탈린 왁스 19 중량%, 폴리에틸렌 왁스 6 중량%, 저밀도 폴리에틸렌 9 중량%, 고밀도 폴리에틸렌 6 중량% (비교 예 7), 파라핀 왁스 60 중량%, 마이크로크리스탈린 왁스 14 중량%, 폴리에틸렌 왁스 6 중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 10 중량%, 고밀도 폴리에틸렌 10 중량% (비교 예 8), 파라핀 왁스 60 중량%, 마이크로크리스탈린 왁스 20 중량%, 폴리에틸렌 왁스 6 중량%, 무수말레인산 그라프트 폴리에틸렌 8 중량%, 저밀도 폴리에틸렌 6 중량% (비교 예 9), 파라핀 왁스 70 중량%, 마이크로크리스탈린 왁스 20 중량%, 에틸렌비닐아세테이트 10 중량% (비교 예 10) 의 경우에는 용융상태에서는 유동성이 매우 높게 나타났으나 본 발명에 의한 링몰드 시험에서 모두 균열발생이 관찰되었다.(도 2d: 비교 예 6: 도 2e: 비교 예 7, 도 2f: 비교 예 8)
본 발명의 효용성을 검증하기 위하여 이상의 실시 예와 비교 예를 통해서 링 몰드 시험에서 균열발생이 관찰되지 않은 유기결합제 조성물을 사용해서 슬러리 주조, 저압 압축성형, 분말사출성형 등에 의해 성형체를 제조하는 예를 기술하며, 이렇게 해서 만들어진 성형체를 가열 탈지와 소결에 의해 고밀도의 소결체를 제조하는 적용 예를 기술한다.
실시 예 14
실시 예 4의 유기결합제와 입자 크기가 1 내지 5μm이고 순도가 99.9%인 구형의 동분말 (CU 110, 미국의 아틀란틱 이큅먼트 사) 138.88g을 145℃에서 혼련하여 고상율이 62%인 피드스탁을 제조하였다. 제조한 피드스탁을 160℃로 가열하여 유동성이 높은 슬러리 상태로 만든 후에 150℃에서 90℃로 예열된 금형 내에 부어 응고시켜서 14mm x 34mm x 6mm 크기의 건전한 성형체가 제조되었다(도 3a). 성형체 표면에서 균열의 발생은 관찰되지 않았다.
실시 예 15
평균입도가 약 6μm인 가스분무로 제조한 순도 99.8%의 구형의 알루미늄 분말 (영국 알루미늄 프로덕트 컴퍼니 사) 과 실시예 5의 유기결합제를 140℃에서 혼련하여 고상율이 65%인 피드스탁을 제조하였다. 이것을 약 2mm 이하의 과립으로 분쇄한 후 120℃로 예열된 내경이 25.4mm인 금형에 장입하고 약 1MPa의 압력을 가하여 성형을 하여 두께가 약 6mm인 디스크 형태의 건전한 성형체를 제조하였다(도 3b). 성형체 표면에서 균열의 발생은 관찰되지 않았다.
실시 예 16
입자 크기가 -22μm인 AISI 316L 분말 (미국 카펜터스사 제품)을 실시 예 3의 조성을 갖는 유기결합제와 140℃에서 혼련하여 고상율이 60%인 피드스탁을 제조하였다. 만들어진 피드스탁을 150℃로 가열하여 유동성이 높은 슬러리상태로 만든 후 70℃로 예열되고 있는 평행부 길이 22mm, 평행부 폭 5mm, 총 길이가 54mm인 임의 규격의 인장시험편 금형에 부어 슬러리를 주조하고 냉각시켰다. 그리하여 표면 결함이 없는 두께가 약 6mm인 임의 규격의 인장시험편 성형체가 제조되었다(도 3c).
실시 예 17
평균입도가 약 6μm인 순도 99.5%의 알루미늄 분말 (MEP 105, 독일 에카 그래뉼 사) 과 실시 예 4의 유기결합제를 140℃에서 혼련하여 고상율이 62%인 피드스탁을 제조하였다. 이것을 약 5mm 크기로 과립화하고 형체력이 80 ton인 사출기(오스트리아 엔겔 사, 모델명 VC330/80 Tech Pro) 에 장입하여 사출을 실시하여 ASTM 서브사이즈 판형 인장시험편 (ASTM E8) (도 4a)과 분말야금용 도그-본 형태의 인장시험편 (미국 분말협회 표준, MPIF Standard 50)을 제작하였다(도 4b).
실시 예 18
입자크기가 -22μm인 가스분무로 제조한 구형의 316L 스테인레스 분말(미국 카펜터즈 사) 에 순도 99.8% 이상인 MoS2
(미국 아틀란틱 이큅먼트 엔지니어즈 사) 3%를 첨가한 혼합분말을 실시 예 1의 유기결합제와 140℃에서 혼련하여 고상율이 65%인 피드스탁을 제조하였다. 제조된 피드스탁을 약 3mm 크기의 과립으로 분쇄한 후 금형에 장입하고 120℃에서 3MPa의 압력 하에서 압축성형하여 직경이 20mm, 높이가 4mm인 디스크 형태의 성형체를 제작하였다. 제조된 성형체를 알루미나 트레이에 넣어 관상로에 장입한 후에 0.5 L/min 의 유량으로 수소가스를 흘리면서 다음과 같은 하나의 가열 스케쥴에 의해 탈지와 소결을 단일 공정으로 실시하였다: R.T.~100 ℃, 1.5 ℃/min; 1h 유지; 100~280 ℃, 1.5 ℃/min; 2.5h 유지; 280~420 ℃, 0.7 ℃/min; 3.5h 유지; 420~650 ℃, 1.3 ℃/min; 1h 유지; 650~1050 ℃, 6.7 ℃/min; 1h 유지; 1050~1340 ℃, 2.5 ℃/min; 1.5h 유지; 1340~1100 ℃, 4 ℃/min; 1100℃~R.T., 로냉.
소결결과, 유기결합제의 분해로 인한 잔사 발생은 관찰되지 않았으며, 소결체에 어떠한 악영향을 끼치지 않았다. 성형체에 대한 소결 전후의 치수를 측정한 결과 선수축율이 약 13.4% 이었으며 아르키메데우스의 원리에 밀도 측정결과 상대밀도가 약 95.5%로 나타났다. 도 5는 제조된 소결체의 미세조직을 광학현미경하에서 관찰한 사진이다.
실시 예 19
본 발명에 의해 개발된 실시 예 3의 유기결합제 40부피%와 평균크기가 약 48μm인 탄화규소(SiC) 분말(일본 쇼와 덴코 케이케이 사 제품)과 평균크기가 약 5μm인 알루미늄 분말 (MEP 105, 독일 에카 그래뉼사 제품)을 4:1 내지 9:1 의 중량비율로 혼합된 고체분말 60부피%로 이루어진 피드스탁 약 50g을 소형 니더 (독일 하키 사 레오코드 900)에서 140℃에서 2시간 동안 혼련하였다. 이어서 약 2mm 크기 이하의 알갱이로 파쇄하여 저압성형용 피드스탁을 알갱이 형태로 만들었다. 이렇게 준비된 피드스탁은 탄화규소 다공질 체를 만드는 데 유용한 원료로 사용될 수 있다.
상기 피드스탁을 3g을 120℃ 로 예열된 금형에 장입하고 약 10MPa 의 낮은 압력을 가하여 직경 20mm x 높이 4mm 되는 디스크 형태의 성형체를 제작하였다. 만들어진 성형체를 관상 저항로에 장입하고 질소가스를 0.3L/min 의 유량으로 흘리면서 다음과 같은 가열 스케쥴에 의해 가열하였다: 상온~100℃, 3℃/min; 0.5h 유지; 100~360℃, 2.5℃/min; 2h 유지; 360~520℃, 0.8℃/min; 3h 유지; 520~650℃, 2.5℃/min; 3h 유지 후 냉각. 소결온도에서 약 2시간 경과하였을 때 급속한 로내 온도상승을 수반하는 발열반응이 일어나는 것이 관찰되었으며 x-선 회절분석에 의해 첨가된 알루미늄이 모두 2H 구조의 질화알루미늄 (AlN) 으로 변환되었음을 확인하였다. 이렇게 제작된 소결체의 파단면을 주사전자현미경으로 관찰하여 기공이 균일하게 분산된 질화알루미늄에 의해 결합된 탄화규소 다공질체가 만들어졌다. 도 6은 알루미늄 분말과 탄화규소분말의 첨가비율이 2:8인 시편 소결체에 대해 관찰된 주사전자현미경의 한 예를 나타낸 것이다.
이와 같이 본 발명의 피드스탁 조성물을 이용하여 질화알루미늄에 의해 결합되어진 탄화규소 다공질 소결체가 제작되었다.
또한 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
Claims (12)
- 파라핀 왁스와 마이크로크리스탈린 왁스를 포함하는 왁스 혼합물 50 내지 94 중량%, 백본 고분자로서 카르보닐기를 갖는 폴리올레핀 공중합체 3 내지 35 중량% 및 공정제어제 3 내지 15 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 왁스 혼합물은 파라핀 왁스 30 내지 90 중량% 및 마이크로크리스탈린 왁스 10 내지 70 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 백본 고분자는 폴리올레핀 100 중량%에 대하여 무수말레인산을 0.1 내지 50 중량%로 함유한 무수 말레인산 그라프트 폴리올레핀 공중합체인 것을 특징으로 하는 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물.
- 청구항 3에 있어서, 상기 백본 고분자는 상온 밀도가 0.9g/cm3 내지 1.10g/cm3, 바이캣 (Vicat) 연화온도가 70℃ 내지 125℃, 용융흐름지수 (190℃, 하중 2.15kgf)가 5 내지 20인 것을 특징으로 하는 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물.
- 청구항 4에 있어서, 상기 폴리올레핀은 에틸렌 비닐아세테이트, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 공정제어제는 스테아린 산, 합성 아미드 왁스, 지방유 및 폴리올레핀 왁스로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물.
- 순철, 오스테나이트계 스테인레스강, 석출경화형 스테인레스강, 마르텐사이트계 스테인레스강, 마르에이징강, 내열강, 고속도강, Fe-Si 규소강, Fe-Si-Al 센더스트, Fe-Ni 인바, 코발트기 합금, 니켈기 합금, Mo-Cu, W-Cu, W-Ni-Cu, W-Ni-Fe, WC-Co 초경합금, 순동, Cu-Be 베릴륨동, Cu-Al 합금, Cu-Ni-Sn 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티타늄 및 티타늄 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속 또는 합금 분말 100 부피%에 대하여 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물을 10 내지 50 부피%로 포함되고, 100℃ 내지 180℃의 온도에서 혼련시켜 제조한 것을 특징으로 하는 피드스탁 조성물.
- 청구항 7에 있어서, 상기 금속 또는 합금 분말의 평균직경은 0.05 내지 60μm 인 것을 특징으로 하는 피드스탁 조성물.
- 청구항 7에 있어서, 상기 피드스탁 조성물은 Al2O3, SiC, AlN, B4C, Si3N4, h-BN, c-BN, MoS2, TiC, TiN 또는 TiB2에서 선택된 무기물 분말, 단섬유, 탄소 단섬유, 흑연 플레이크, 탄소나노튜브, 다이어몬드 및 그래핀으로 이루어진 군에서 선택된 보강재를 더 포함하는 금속기 복합분말인 것을 특징으로 하는 피드스탁 조성물.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 왁스계 열가소성 유기결합제 조성물 30 내지 50 부피%; 및 Al2O3, SiC, AlN, B4C, SiO2, Si3N4, h-BN, c-BN, TiC, TiN 또는 TiB2에서 선택된 무기물 분말, 폴리카본, 흑연 플레이크, 탄소나노튜브, 그래핀 또는 다이어몬드에서 선택된 분말, 및 단섬유 또는 나노튜브 형태의 무기재료로 이루어진 군에서 선택된 한 가지 이상과 알루미늄 분말로 구성된 복합분말 70 내지 50부피% 로 이루어진 것을 특징으로 하는 피드스탁 조성물.
- 청구항 10에 있어서, 상기 알루미늄 분말은 복합분말 100 중량%에 대하여 5 내지 40 중량%로 포함된 것을 특징으로 하는 피드스탁 조성물.
- 청구항 10에 있어서, 상기 알루미늄 분말의 평균직경은 0.1 내지 20μm 인 것을 특징으로 하는 피드스탁 조성물.
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