WO2018070795A1 - 금속합금폼의 제조 방법 - Google Patents

금속합금폼의 제조 방법 Download PDF

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WO2018070795A1
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metal
weight
less
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alloy foam
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PCT/KR2017/011233
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김소진
유동우
이진규
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present application relates to a method for producing a metal alloy foam and a metal alloy foam.
  • Metal foam has various useful properties such as light weight, energy absorbency, heat insulation, fire resistance or eco-friendliness, and thus can be applied to various fields including lightweight structures, transportation machines, building materials, or energy absorbing devices.
  • the metal alloy foam not only has a high specific surface area, but also improves the flow of fluids or electrons such as liquids and gases, so that the substrate, catalyst, sensor, actuator, secondary battery, fuel cell, It may be usefully applied to a gas diffusion layer (GDL) or a microfluidic flow controller.
  • GDL gas diffusion layer
  • microfluidic flow controller a microfluidic flow controller
  • An object of the present application is to provide a method for producing a metal alloy foam having uniformly formed pores and having a desired porosity and excellent mechanical strength.
  • the term metal alloy foam or metal skeleton refers to a porous structure containing two or more metals as a main component.
  • the main component of the metal is that the proportion of the metal is 55% by weight, 60% by weight, 65% by weight, 70% by weight, 75% by weight, based on the total weight of the metal alloy foam or metal skeleton, It means the case of at least 80%, at least 85%, at least 90% or at least 95% by weight.
  • the upper limit of the ratio of the metal contained as the main component is not particularly limited, and may be, for example, 100% by weight.
  • the term porosity may refer to a case in which porosity is at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 75%, or at least 80%.
  • the upper limit of the porosity is not particularly limited and may be, for example, less than about 100%, about 99% or less, or about 98% or less.
  • the porosity in the above can be calculated in a known manner by calculating the density of the metal alloy foam and the like.
  • the method of manufacturing a metal alloy foam of the present application may include sintering a green structure including a metal component including at least two metals.
  • the term green structure refers to a structure before undergoing a process performed to form a metal alloy foam, such as the sintering, that is, a structure before the metal alloy foam is produced.
  • the green structure although referred to as a porous green structure does not necessarily have to be porous by itself, and may be referred to as a porous green structure for convenience as long as it can form a metal alloy foam which is finally a porous metal structure.
  • the green structure may include a metal component including a first metal and a second metal different from the first metal.
  • a metal having an appropriate relative permeability and conductivity may be used as the first metal.
  • Application of such a metal when the induction heating method described later as the sintering is applied can be smoothly performed according to the method.
  • the relative permeability ( ⁇ r ) is the ratio ( ⁇ / ⁇ 0 ) of the permeability ( ⁇ ) of the material and the permeability ( ⁇ 0 ) in the vacuum.
  • the first metal used in the present application has a relative permeability of 95 or more, 100 or more, 110 or more, 120 or more, 130 or more, 140 or more, 150 or more, 160 or more, 170 or more, 180 or more, 190 or more, 200 or more, 210 At least 220, at least 230, at least 240, at least 250, at least 260, at least 270, at least 280, at least 290, at least 300, at least 310, at least 320, at least 330, at least 340, at least 350, at least 360, at least 370, 380 or more, 390 or more, 400 or more, 410 or more, 420 or more, 430 or more, 440 or more, 450 or more, 460 or more, 470 or more, 480 or more, 490 or more, 500 or more, 510 or more, 520 or more, 530 or more, 540 or more , 550 or more, 560 or more, 570 or more, 580 or more, or 590 or more.
  • the upper limit of the relative permeability may be, for example, about 300,000 or less.
  • the first metal may be a conductive metal.
  • the term conductive metal has a conductivity at 20 ° C. of at least about 8 MS / m, at least 9 MS / m, at least 10 MS / m, at least 11 MS / m, at least 12 MS / m, at least 13 MS / m, or It may mean a metal or such an alloy of 14.5 MS / m or more.
  • the upper limit of the conductivity is not particularly limited, and may be, for example, about 30 MS / m or less, 25 MS / m or less, or 20 MS / m or less.
  • the first metal having the relative permeability and conductivity as described above may be simply referred to as a conductive magnetic metal.
  • the first metal having the relative permeability and conductivity as described above, sintering can be performed more effectively when the induction heating process described later is performed.
  • Nickel, iron, or cobalt may be exemplified as the first metal, but is not limited thereto.
  • the metal component may include a second metal different from the first metal together with the first metal, whereby a metal alloy foam may be finally formed.
  • a metal having a relative permeability and / or conductivity in the same range as the above-mentioned first metal may be used, and a metal having a relative permeability and / or conductivity outside such a range may be used.
  • 1 type may be included in a 2nd metal and 2 or more types may be included.
  • the kind of the second metal is not particularly limited as long as it is different from the first metal, and for example, copper, phosphorus, molybdenum, zinc, manganese, chromium, indium, tin, silver, platinum, gold, aluminum, magnesium, or the like
  • One or more metals different from the first metal may be applied, but the present invention is not limited thereto.
  • the proportion of the first and second metals in the metal component is not particularly limited.
  • the ratio of the first metal may be adjusted so that the first metal generates proper joule heat in the application of the induction heating method described below.
  • the metal component may include 30 wt% or more of the first metal based on the weight of the entire metal component.
  • the proportion of the first metal in the metal component may be at least about 35 wt%, at least about 40 wt%, at least about 45 wt%, at least about 50 wt%, at least about 55 wt%, at least 60 wt%, Or at least 65 weight percent, at least 70 weight percent, at least 75 weight percent, at least 80 weight percent, at least 85 weight percent, or at least 90 weight percent.
  • the upper limit of the first metal ratio is not particularly limited and may be, for example, less than about 100% by weight or less than 95% by weight.
  • the ratio is an exemplary ratio.
  • the heat generated by induction heating by the application of the electromagnetic field can be adjusted according to the strength of the applied electromagnetic field, the electrical conductivity and resistance of the metal, the ratio may be changed according to specific conditions.
  • the metal component forming the green structure may be in powder form.
  • the metals in the metal component may have an average particle diameter in the range of about 0.1 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the average particle diameter is, in another example, about 0.5 ⁇ m or more, about 1 ⁇ m or more, about 2 ⁇ m or more, about 3 ⁇ m or more, about 4 ⁇ m or more, about 5 ⁇ m or more, about 6 ⁇ m or more, about 7 ⁇ m or more, or about 8 ⁇ m. It may be abnormal.
  • the average particle diameter may be about 150 ⁇ m or less, 100 ⁇ m or less, 90 ⁇ m or less, 80 ⁇ m or less, 70 ⁇ m or less, 60 ⁇ m or less, 50 ⁇ m or less, 40 ⁇ m or less, 30 ⁇ m or less, or 20 ⁇ m or less.
  • 1st and 2nd metal what differs in average particle diameter from each other can also be applied.
  • the average particle diameter may be selected in consideration of the form of the desired metal alloy foam, for example, the thickness or porosity of the metal alloy foam, and the like is not particularly limited.
  • the green structure may be formed using a slurry including a dispersant and a binder together with a metal component including the first and second metals.
  • Alcohols include methanol, ethanol, propanol, pentanol, octanol, ethylene glycol, propylene glycol, pentanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol, glycerol, texanol Or monohydric alcohols having 1 to 20 carbon atoms such as terpineol, or dihydric alcohols having 1 to 20 carbon atoms or higher polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, hexanediol, octanediol or pentanediol, and the like. It may be, but the kind is not limited to the above.
  • the proportion of the dispersant in the slurry may be selected in consideration of dispersibility and the like, and for example, the dispersant may be included in the slurry at a ratio of about 10 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal component. May be present but is not limited thereto.
  • the ratio may in another example be at least about 15 parts by weight, at least about 20 parts by weight or at least about 25 parts by weight.
  • the ratio is, for example, about 450 parts by weight or less, about 400 parts by weight or less, about 350 parts by weight or less, about 300 parts by weight or less, about 250 parts by weight or less, about 200 parts by weight or less, about 150 parts by weight or less. About 100 parts by weight or less or about 50 parts by weight or less.
  • the slurry may further comprise a binder if necessary.
  • a binder is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the kind of the metal component, dispersant or solvent applied at the time of preparing the slurry.
  • the binder may be a polyalkylene carbonate having an alkylene unit having 1 to 8 carbon atoms, such as an alkyl cellulose having 1 to 8 carbon atoms such as methyl cellulose or ethyl cellulose, polypropylene carbonate, or polyethylene carbonate;
  • a polyvinyl alcohol-based binder such as polyvinyl alcohol or polyvinylacetate may be exemplified, but is not limited thereto.
  • the binder may be present in the slurry in a ratio of about 5 to 200 parts by weight relative to 100 parts by weight of the metal component, but is not limited thereto. That is, the ratio may be controlled in consideration of the viscosity of the desired slurry, the retention efficiency by the binder, and the like.
  • the ratio is, in another example, at least about 10 parts by weight, at least about 20 parts by weight, at least about 30 parts by weight, at least about 40 parts by weight, at least about 50 parts by weight, at least about 60 parts by weight, at least about 70 parts by weight, about 80 parts by weight. Or at least about 90 parts by weight or at least about 90 parts by weight.
  • the ratio is, for example, about 190 parts by weight or less, about 180 parts by weight or less, about 170 parts by weight or less, about 160 parts by weight or less, about 150 parts by weight or less, about 140 parts by weight or less, about 130 parts by weight or less, about It may be 120 parts by weight or less or about 110 parts by weight or less.
  • the binder may be present in the slurry at a ratio of about 3 to 500 parts by weight relative to 100 parts by weight of the dispersant, but is not limited thereto. That is, the ratio may be controlled in consideration of the desired degree of dispersion, the viscosity of the slurry, the retention efficiency by the binder, and the like.
  • the ratio is, in another example, at least about 10 parts by weight, at least about 20 parts by weight, at least about 30 parts by weight, at least about 40 parts by weight, at least about 50 parts by weight, at least about 60 parts by weight, at least about 70 parts by weight, about 80 parts by weight.
  • At least about 90 parts by weight at least about 100 parts by weight, at least about 150 parts by weight, at least about 200 parts by weight, or at least about 250 parts by weight.
  • the ratio is, for example, about 450 parts by weight or less, about 400 parts by weight or less, about 350 parts by weight or less, about 300 parts by weight or less, about 250 parts by weight or less, about 200 parts by weight or less, about 150 parts by weight or less, about It may be up to 100 parts by weight or up to about 50 parts by weight.
  • the slurry may further comprise a solvent if necessary.
  • a solvent an appropriate solvent may be used in consideration of the solubility of components of the slurry, for example, the metal component or the polymer powder.
  • the solvent one having a dielectric constant in the range of about 10 to 120 can be used.
  • the dielectric constant may be about 20 or more, about 30 or more, about 40 or more, about 50 or more, about 60 or more, or about 70 or more, about 110 or less, about 100 or less, or about 90 or less.
  • solvent examples include water, alcohols having 1 to 8 carbon atoms such as ethanol, butanol or methanol, dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethyl formamide (DMF), or N-methylpyrrolidinone (NMP), but are not limited thereto. no.
  • alcohols having 1 to 8 carbon atoms such as ethanol, butanol or methanol
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • DMF dimethyl formamide
  • NMP N-methylpyrrolidinone
  • the solvent may be present in the slurry in a ratio of about 1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal component, but is not limited thereto.
  • the slurry may also contain known additives which are additionally required in addition to the components mentioned above.
  • the manner of forming the green structure using the slurry as described above is not particularly limited. Various methods for forming the green structure are known in the manufacturing field of the metal foam, and all such methods may be applied in the present application.
  • the green structure may maintain the slurry in an appropriate template or coat the slurry in an appropriate manner to form the green structure.
  • the shape of such a green structure is not particularly limited as determined according to the desired metal alloy foam.
  • the green structure may be in the form of a film or a sheet.
  • the thickness thereof is 2,000 ⁇ m or less, 1,500 ⁇ m or less, 1,000 ⁇ m or less, 900 ⁇ m or less, 800 ⁇ m or less, 700 ⁇ m or less, 600 ⁇ m or less, 500 ⁇ m or less, 400 ⁇ m Or about 300 ⁇ m or less, 200 ⁇ m or less, 150 ⁇ m or less, about 100 ⁇ m or less, about 90 ⁇ m or less, about 80 ⁇ m or less, about 70 ⁇ m or less, about 60 ⁇ m or less, or about 55 ⁇ m or less.
  • Metal alloy foams generally have brittle characteristics due to their porous structural characteristics, and thus are difficult to manufacture in the form of a film or sheet, particularly in the form of a thin film or sheet, and have a problem of easily brittle.
  • the lower limit of the thickness of the structure is not particularly limited.
  • the film or sheet-like structure may have a thickness of about 10 ⁇ m or more, 20 ⁇ m or more, or about 30 ⁇ m or more.
  • Metal alloy foam may be manufactured by sintering the green structure formed in the above manner.
  • the method of performing sintering for producing the metal alloy foam is not particularly limited, and a known sintering method may be applied. That is, the sintering may be performed by applying an appropriate amount of heat to the green structure in an appropriate manner.
  • the sintering may be performed by an induction heating method. That is, as described above, since the metal component includes the first metal having a predetermined permeability and conductivity, an induction heating method can be applied. In this way, including the pores formed uniformly, the mechanical properties are excellent, and the porosity can also be more smoothly manufactured metal alloy foam adjusted to the desired level.
  • Induction heating is a phenomenon in which heat is generated from a specific metal when an electromagnetic field is applied.
  • an electromagnetic field is applied to a metal having appropriate conductivity and permeability
  • eddy currents are generated in the metal
  • joule heating is generated by the resistance of the metal.
  • the sintering process may be performed through such a phenomenon.
  • the sintering of the metal alloy foam can be performed in a short time by applying the above method, thereby ensuring fairness and at the same time manufacturing a metal alloy foam having a high porosity and a high mechanical strength.
  • the sintering process may include applying an electromagnetic field to the green structure. Joule heat is generated by the induction heating phenomenon in the first metal of the metal component by the application of the electromagnetic field, whereby the structure can be sintered.
  • the conditions for applying the electromagnetic field are not particularly limited as determined in accordance with the type and ratio of the first metal in the green structure.
  • the induction heating may be performed using an induction heater formed in the form of a coil or the like.
  • induction heating may be performed, for example, by applying a current of about 100A to 1,000A.
  • the magnitude of the applied current may be 900 A or less, 800 A or less, 700 A or less, 600 A or less, 500 A or less, or 400 A or less.
  • the magnitude of the current may be about 150 A or more, about 200 A or more, or about 250 A or more.
  • Induction heating can be performed, for example, at a frequency of about 100 kHz to 1,000 kHz.
  • the frequency may be 900 kHz or less, 800 kHz or less, 700 kHz or less, 600 kHz or less, 500 kHz or less, or 450 kHz or less.
  • the frequency may, in another example, be at least about 150 kHz, at least about 200 kHz, or at least about 250 kHz.
  • Application of the electromagnetic field for the induction heating may be performed, for example, within a range of about 1 minute to 10 hours.
  • the application time is, in another example, about 9 hours or less, about 8 hours or less, about 7 hours or less, about 6 hours or less, about 5 hours or less, about 4 hours or less, about 3 hours or less, about 2 hours or less, about Up to 1 hour or up to about 30 minutes.
  • the above-mentioned induction heating conditions for example, the applied current, the frequency and the applied time may be changed in consideration of the type and ratio of the conductive magnetic metal as described above.
  • the sintering of the green structure may be performed only by the above-mentioned induction heating or, if necessary, by applying appropriate heat with the induction heating, that is, the application of the electromagnetic field.
  • the present application also relates to a metal alloy foam.
  • the metal alloy foam may be prepared by the method described above.
  • the metal alloy foam may include, for example, at least the first metal described above.
  • the metal alloy foam may include at least 30 wt%, at least 35 wt%, at least 40 wt%, at least 45 wt%, or at least 50 wt% of the first metal.
  • the ratio of the first metal in the metal alloy foam is about 55% by weight, 60% by weight, 65% by weight, 70% by weight, 75% by weight, 80% by weight, 85% by weight or more. Or 90% by weight or more.
  • the upper limit of the ratio of the first metal is not particularly limited, and may be, for example, less than about 100 wt% or less than 95 wt%.
  • the metal alloy foam may have a porosity in the range of about 40% to 99%. As mentioned, according to the method of the present application, the porosity and the mechanical strength can be adjusted while including uniformly formed pores.
  • the porosity may be 50% or more, 60% or more, 70% or more, 75% or more, or 80% or more, 95% or less, or 90% or less.
  • the metal alloy foam may be present in the form of a thin film or sheet.
  • the metal alloy foam may be in the form of a film or sheet.
  • the metal alloy foam in the form of a film or sheet has a thickness of 2,000 ⁇ m or less, 1,500 ⁇ m or less, 1,000 ⁇ m or less, 900 ⁇ m or less, 800 ⁇ m or less, 700 ⁇ m or less, 600 ⁇ m or less, 500 ⁇ m or less, 400 ⁇ m or less, 300 Or less than, 200 ⁇ m or less, 150 ⁇ m or less, about 100 ⁇ m or less, about 90 ⁇ m or less, about 80 ⁇ m or less, about 70 ⁇ m or less, about 60 ⁇ m or less, or about 55 ⁇ m or less.
  • the thickness of the metal alloy foam in the form of a film or sheet is about 10 ⁇ m or more, about 20 ⁇ m or more, about 30 ⁇ m or more, about 40 ⁇ m or more, about 50 ⁇ m or more, about 100 ⁇ m or more, about 150 ⁇ m or more , At least about 200 ⁇ m, at least about 250 ⁇ m, at least about 300 ⁇ m, at least about 350 ⁇ m, at least about 400 ⁇ m, at least about 450 ⁇ m or at least about 500 ⁇ m.
  • the metal alloy foam has excellent mechanical strength, for example, the tensile strength may be 2.5 MPa or more, 3 MPa or more, 3.5 MPa or more, 4 MPa or more, 4.5 MPa or more or 5 MPa or more. In addition, the tensile strength may be about 10 MPa or more, about 9 MPa or more, about 8 MPa or more, about 7 MPa or more, or about 6 MPa or less. Such tensile strength can be measured, for example, by KS B 5521 at room temperature.
  • Such a metal alloy foam can be utilized in various applications requiring a porous metal structure.
  • the present application provides a method for producing a metal alloy foam including a uniformly formed pores, having a desired porosity and capable of forming a metal alloy foam having excellent mechanical properties and a metal alloy foam having the above characteristics. can do.
  • the present application may provide a method and a metal alloy foam that can form a metal alloy foam in the form of a thin film or sheet, the above-described physical properties are secured.
  • the first metal and the second were made by using nickel (Ni) having a conductivity of about 14.5 MS / m and a relative permeability of about 600 as the first metal, and copper (Cu) as the second metal.
  • the metals were mixed in a weight ratio (Ni: Cu) of about 99: 1 to form metal components.
  • the average particle diameter of nickel as the first metal was about 10 ⁇ m
  • the average particle diameter of copper was about 5 ⁇ m.
  • a slurry was prepared by mixing the metal component, texanol as a dispersant, and ethyl cellulose as a binder in a weight ratio of 50:15:50 (metal component: dispersant: binder).
  • the slurry was coated on a quartz plate in the form of a film to form a green structure.
  • the green structure was then dried for about 60 minutes at a temperature of about 120 ° C.
  • An electromagnetic field was then applied to the green structure with an induction heater in the form of a coil while purging with hydrogen / argon gas to create a reducing atmosphere.
  • the electromagnetic field was formed by applying a current of about 350 A at a frequency of about 380 kHz, and the electromagnetic field was applied for about 5 minutes.
  • the sintered green structure was placed in water, and sonicated to prepare a nickel-copper alloy sheet having a thickness of about 39 ⁇ m in the form of a film.
  • the porosity of the prepared nickel-copper sheet was about 80.3%, and the tensile strength was about 4.3 MPa.
  • 1 is a diagram of the alloy prepared in the embodiment of FIG. XRD data of the alloy. It can be seen from the figure that the peak of XRD is shifted from the peak of Ni alone to the alloy peak of Ni and Cu (shifting in the direction of the arrow in FIG. 1), and it can be seen that the alloy is formed through this.
  • the porosity of the prepared nickel-copper alloy sheet was about 79.9%, and the tensile strength was about 5.4 MPa.
  • the porosity of the prepared nickel-copper alloy sheet was about 80.5%, and the tensile strength was about 5.3 MPa.
  • the porosity of the prepared nickel-copper alloy sheet was about 79.5%, and the tensile strength was about 5.4 MPa.
  • the porosity of the prepared nickel-copper alloy sheet was about 79.1%, and the tensile strength was about 5.4 MPa.
  • Nickel-copper alloy sheet having a thickness of about 38 ⁇ m in the form of a film in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio (Ni: Cu) of the first and second metals in the metal component was changed to 1: 1.
  • the porosity of the prepared nickel-copper alloy sheet was about 79.5%, and the tensile strength was about 5.2 MPa.
  • a nickel-copper alloy sheet having a thickness of about 44 ⁇ m in the form of a film was prepared in the same manner as in Example 1 except that only nickel, the first metal in the metal component, was applied.
  • the porosity of the prepared nickel sheet was about 81.5%, and the tensile strength was about 4.2 MPa.

Abstract

본 출원은 금속합금폼의 제조 방법을 제공한다. 본 출원에서는, 균일하게 형성된 기공을 포함하고, 목적하는 기공도를 가지면서, 기계적 특성이 우수한 금속합금폼을 형성할 수 있는 금속합금폼의 제조 방법과 상기와 같은 특성을 가지는 금속합금폼을 제공할 수 있다. 또한, 본 출원에서는 얇은 두께의 필름 또는 시트 형태이면서도 상기 언급한 물성이 확보되는 금속합금폼을 빠른 공정 시간 내에 형성할 수 있는 방법 및 그러한 금속합금폼을 제공할 수 있다.

Description

금속합금폼의 제조 방법
본 출원은 2016년 10월 14일자 제출된 대한민국 특허출원 제10-2016-0133353호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 출원은 금속합금폼의 제조 방법 및 금속합금폼에 대한 것이다.
금속폼(metal foam)은 경량성, 에너지 흡수성, 단열성, 내화성 또는 친환경 등의 다양하고 유용한 특성을 구비함으로써, 경량 구조물, 수송 기계, 건축 자재 또는 에너지 흡수 장치 등을 포함하는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 또한, 금속합금폼은, 높은 비표면적을 가질 뿐만 아니라 액체, 기체 등의 유체 또는 전자의 흐름을 보다 향상시킬 수 있으므로, 열 교환 장치용 기판, 촉매, 센서, 액츄에이터, 2차 전지, 연료전지, 가스 확산층(GDL: gas diffusion layer) 또는 미세유체 흐름 제어기(microfluidic flow controller) 등에 적용되어 유용하게 사용될 수도 있다.
본 출원은, 균일하게 형성된 기공을 포함하고, 목적하는 기공도를 가지면서도 기계적 강도가 우수한 금속합금폼을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원에서 용어 금속합금폼 또는 금속 골격은, 2종 이상의 금속을 주성분으로 포함하는 다공성 구조체를 의미한다. 상기에서 금속을 주성분으로 한다는 것은, 금속합금폼 또는 금속 골격의 전체 중량을 기준으로 금속의 비율이 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상인 경우를 의미한다. 상기 주성분으로 포함되는 금속의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 100 중량%일 수 있다.
본 출원에서 용어 다공성은, 기공도(porosity)가 적어도 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상인 경우를 의미할 수 있다. 상기 기공도의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 100% 미만, 약 99% 이하 또는 약 98% 이하 정도일 수 있다. 상기에서 기공도는 금속합금폼 등의 밀도를 계산하여 공지의 방식으로 산출할 수 있다.
본 출원의 금속합금폼의 제조 방법은, 적어도 2종의 금속을 포함하는 금속 성분을 포함하는 그린 구조체를 소결하는 단계를 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 그린 구조체는, 상기 소결 등과 같이 금속합금폼을 형성하기 위해 수행되는 공정을 거치기 전의 구조체, 즉 금속합금폼이 생성되기 전의 구조체를 의미한다. 또한, 상기 그린 구조체는, 다공성 그린 구조체라고 호칭되더라도 반드시 그 자체로 다공성일 필요는 없으며, 최종적으로 다공성의 금속 구조체인 금속합금폼을 형성할 수 있는 것이라면, 편의상 다공성 그린 구조체라고 호칭될 수 있다.
본 출원에서 상기 그린 구조체는, 제 1 금속과 상기 제 1 금속과는 다른 제 2 금속을 포함하는 금속 성분을 포함하여 형성될 수 있다.
일 예시에서 상기 제 1 금속으로는 적정한 상대 투자율과 전도도를 가지는 금속이 적용될 수 있다. 이러한 금속의 적용은, 본 출원의 하나으 예시에 따라서 상기 소결로서 후술하는 유도 가열 방식이 적용될 경우에 해당 방식에 따른 소결이 원활하게 수행되도록 할 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1 금속으로는, 상대 투자율이 90 이상인 금속이 사용될 수 있다. 상기에서 상대 투자율(μr)은, 해당 물질의 투자율(μ)과 진공속의 투자율(μ0)의 비율(μ/μ0)이다. 본 출원에서 사용하는 상기 제 1 금속은 상대 투자율이 95 이상, 100 이상, 110 이상, 120 이상, 130 이상, 140 이상, 150 이상, 160 이상, 170 이상, 180 이상, 190 이상, 200 이상, 210 이상, 220 이상, 230 이상, 240 이상, 250 이상, 260 이상, 270 이상, 280 이상, 290 이상, 300 이상, 310 이상, 320 이상, 330 이상, 340 이상, 350 이상, 360 이상, 370 이상, 380 이상, 390 이상, 400 이상, 410 이상, 420 이상, 430 이상, 440 이상, 450 이상, 460 이상, 470 이상, 480 이상, 490 이상, 500 이상, 510 이상, 520 이상, 530 이상, 540 이상, 550 이상, 560 이상, 570 이상, 580 이상 또는 590 이상일 수 있다. 상기 상대 투자율은 그 수치가 높을 수록 후술하는 유도 가열을 위한 전자기장의 인가 시에 보다 높은 열을 발생하게 되므로 그 상한은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 상대 투자율의 상한은 예를 들면, 약 300,000 이하일 수 있다.
제 1 금속은 전도성 금속일 수 있다. 본 출원에서 용어 전도성 금속은 20℃에서의 전도도가 약 8 MS/m 이상, 9 MS/m 이상, 10 MS/m 이상, 11 MS/m 이상, 12 MS/m 이상, 13 MS/m 이상 또는 14.5 MS/m 이상인 금속 또는 그러한 합금을 의미할 수 있다. 상기 전도도의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 30 MS/m 이하, 25 MS/m 이하 또는 20 MS/m 이하일 수 있다.
본 출원에서 상기와 같은 상대 투자율과 전도도를 가지는 제 1 금속은 단순하게 전도성 자성 금속으로도 호칭될 수 있다.
상기와 같은 상대 투자율과 전도도를 가지는 제 1 금속을 적용함으로써, 후술하는 유도 가열 공정이 진행될 경우에 소결을 보다 효과적으로 진행할 수 있다. 이와 같은 제 1 금속으로는 니켈, 철 또는 코발트 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 성분은, 상기 제 1 금속과 함께 상기 제 1 금속과는 다른 제 2 금속을 포함할 수 있고, 이에 의해 최종적으로 금속합금폼이 형성될 수 있다. 상기 제 2 금속으로는 상기 언급한 제 1 금속과 같은 범위의 상대 투자율 및/또는 전도도를 가지는 금속이 사용될 수도 있고, 그러한 범위 외의 상대 투자율 및/또는 전도도를 가지는 금속이 사용될 수 있다. 또한, 제 2 금속은 1종이 포함될 수도 있고, 2종 이상이 포함될 수도 있다. 이러한 제 2 금속의 종류는 제 1 금속과 다른 종류인 한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 구리, 인, 몰리브덴, 아연, 망간, 크롬, 인듐, 주석, 은, 백금, 금, 알루미늄 또는 마그네슘 등에서 제 1 금속과 다른 금속 1종 이상이 적용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
금속 성분 내에서 상기 제 1 및 제 2 금속의 비율은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 제 1 금속이 후술하는 유도 가열 공법의 적용 시에 적절한 줄열을 발생시킬 수 있도록 제 1 금속의 비율이 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 성분은 상기 제 1 금속을 전체 금속 성분의 중량을 기준으로 30 중량% 이상 포함할 수 있다. 다른 예시에서 상기 금속 성분 내의 상기 제 1 금속의 비율은, 약 35 중량% 이상, 약 40 중량% 이상, 약 45 중량% 이상, 약 50 중량% 이상, 약 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상 또는 90 중량% 이상일 수 있다. 상기 제 1 금속 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 100 중량% 미만 또는 95 중량% 이하일 수 있다. 그러나, 상기 비율은 예시적인 비율이다. 예를 들어, 전자기장의 인가에 의한 유도 가열에 의해 발생하는 열은, 가해주는 전자기장의 세기, 금속의 전기 전도도와 저항 등에 따라 조절이 가능하기 때문에, 상기 비율은 구체적인 조건에 따라서 변경될 수 있다.
그린 구조체를 형성하는 금속 성분은 분말(powder) 형태일 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 성분 내의 금속들은, 평균 입경이 약 0.1㎛ 내지 약 200㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 0.5㎛ 이상, 약 1㎛ 이상, 약 2㎛ 이상, 약 3㎛ 이상, 약 4㎛ 이상, 약 5㎛ 이상, 약 6㎛ 이상, 약 7㎛ 이상 또는 약 8㎛ 이상일 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 150㎛ 이하, 100㎛ 이하, 90㎛ 이하, 80㎛ 이하, 70㎛ 이하, 60㎛ 이하, 50㎛ 이하, 40㎛ 이하, 30㎛ 이하 또는 20㎛ 이하일 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 금속으로는 서로 평균 입경이 상이한 것을 적용할 수도 있다. 상기 평균 입경은, 목적하는 금속합금폼의 형태, 예를 들면, 금속합금폼의 두께나 기공도 등을 고려하여 적절한 범위를 선택할 수 있고, 이는 특별히 제한되지 않는다.
상기 그린 구조체는 상기 제 1 및 제 2 금속을 포함하는 금속 성분과 함께 분산제와 바인더를 포함하는 슬러리를 사용하여 형성할 수 있다.
상기에서 분산제로 사용되는 성분은 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 알코올이 적용될 수 있다. 알코올로는, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 펜탄올, 옥타놀, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 펜탄놀, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 글리세롤, 텍사놀(texanol) 또는 테르피네올(terpineol) 등과 같은 탄소수 1 내지 20의 1가 알코올 또는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 헥산디올, 옥탄디올 또는 펜탄디올 등과 같은 탄소수 1 내지 20의 2가 알코올 또는 그 이상의 다가 알코올 등이 사용될 수 있으나, 그 종류가 상기에 제한되는 것은 아니다.
상기 분산제의 슬러리 내에서의 비율은, 분산성 등을 고려하여 선택될 수 있는 것으로 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 상기 분산제는 상기 금속 성분 100 중량부 대비 약 10 내지 500 중량부의 비율로 슬러리 내에 존재할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 15중량부 이상, 약 20 중량부 이상 또는 약 25 중량부 이상일 수 있다. 또한, 상기 비율은 예를 들면, 약 450 중량부 이하, 약 400 중량부 이하, 약 350 중량부 이하, 약 300 중량부 이하, 약 250 중량부 이하, 약 200 중량부 이하, 약 150 중량부 이하, 약 100 중량부 이하 또는 약 50 중량부 이하일 수 있다.
상기 슬러리는 필요한 경우에 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 바인더의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 슬러리의 제조 시에 적용된 금속 성분이나 분산제 또는 용매 등의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 바인더로는, 메틸 셀룰로오스 또는 에틸 셀룰로오스 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 가지는 알킬 셀룰로오스, 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬렌 단위를 가지는 폴리알킬렌 카보네이트 또는 폴리비닐알코올 또는 폴리비닐아세테이트 등의 폴리비닐알코올계 바인더 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 바인더는 상기 금속 성분 100 중량부 대비 약 5 내지 200 중량부의 비율로 슬러리 내에 존재할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉 상기 비율은 목적하는 슬러리의 점도나 바인더에 의한 유지 효율 등을 등을 고려하여 제어될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 10중량부 이상, 약 20 중량부 이상, 약 30 중량부 이상, 약 40 중량부 이상, 약 50 중량부 이상, 약 60 중량부 이상, 약 70 중량부 이상, 약 80 중량부 이상 또는 약 90 중량부 이상일 수 있다. 상기 비율은 예를 들면, 약 190 중량부 이하, 약 180 중량부 이하, 약 170 중량부 이하, 약 160 중량부 이하, 약 150 중량부 이하, 약 140 중량부 이하, 약 130 중량부 이하, 약 120 중량부 이하 또는 약 110 중량부 이하일 수 있다.
상기 바인더는 상기 분산제 100 중량부 대비 약 3 내지 500 중량부의 비율로 슬러리 내에 존재할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉 상기 비율은 목적하는 분산도, 슬러리의 점도나 바인더에 의한 유지 효율 등을 등을 고려하여 제어될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 10 중량부 이상, 약 20 중량부 이상, 약 30 중량부 이상, 약 40 중량부 이상, 약 50 중량부 이상, 약 60 중량부 이상, 약 70 중량부 이상, 약 80 중량부 이상, 약 90 중량부 이상, 약 100 중량부 이상, 약 150 중량부 이상, 약 200 중량부 이상 또는 약 250 중량부 이상일 수 있다. 상기 비율은 예를 들면, 약 450 중량부 이하, 약 400 중량부 이하, 약 350 중량부 이하, 약 300 중량부 이하, 약 250 중량부 이하, 약 200 중량부 이하, 약 150 중량부 이하, 약 100 중량부 이하 또는 약 50 중량부 이하일 수 있다.
슬러리는 필요하다면, 용매를 추가로 포함할 수 있다. 용매로는 슬러리의 성분, 예를 들면, 상기 금속 성분이나 고분자 분말 등의 용해성을 고려하여 적절한 용매가 사용될 수 있다. 예를 들면, 용매로는, 유전 상수가 약 10 내지 120의 범위 내에 있는 것을 사용할 수 있다. 상기 유전 상수는 다른 예시에서 약 20 이상, 약 30 이상, 약 40 이상, 약 50 이상, 약 60 이상 또는 약 70 이상이거나, 약 110 이하, 약 100 이하 또는 약 90 이하일 수 있다. 이러한 용매로는, 물이나 에탄올, 부탄올 또는 메탄올 등의 탄소수 1 내지 8의 알코올, DMSO(dimethyl sulfoxide), DMF(dimethyl formamide) 또는 NMP(N-methylpyrrolidinone) 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
용매는 상기 금속 성분 100 중량부 대비 약 1 내지 100 중량부의 비율로 슬러리 내에 존재할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
슬러리는 상기 언급한 성분 외에 추가적으로 필요한 공지의 첨가제를 포함할 수도 있다.
상기와 같은 슬러리를 사용하여 상기 그린 구조체를 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 금속폼의 제조 분야에서는 그린 구조체를 형성하기 위한 다양한 방식이 공지되어 있고, 본 출원에서는 이와 같은 방식이 모두 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 그린 구조체는, 적정한 틀(template)에 상기 슬러리를 유지하거나, 혹은 슬러리를 적정한 방식으로 코팅하여 상기 그린 구조체를 형성할 수 있다.
이와 같은 그린 구조체의 형태는 목적하는 금속합금폼에 따라 정해지는 것으로 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예시에서 상기 그린 구조체는, 필름 또는 시트 형태일 수 있다. 예를 들면, 상기 구조체가 필름 또는 시트 형태일 때에 그 두께는 2,000㎛ 이하, 1,500㎛ 이하, 1,000㎛ 이하, 900㎛ 이하, 800㎛ 이하, 700㎛ 이하, 600㎛ 이하, 500㎛ 이하, 400㎛ 이하, 300㎛ 이하, 200㎛ 이하, 150㎛ 이하, 약 100㎛ 이하, 약 90㎛ 이하, 약 80㎛ 이하, 약 70㎛ 이하, 약 60㎛ 이하 또는 약 55㎛ 이하일 수 있다. 금속합금폼은, 다공성인 구조적 특징상 일반적으로 브리틀한 특성을 가지고, 따라서 필름 또는 시트 형태, 특히 얇은 두께의 필름 또는 시트 형태로 제작이 어렵고, 제작하게 되어도 쉽게 부스러지는 문제가 있다. 그렇지만, 본 출원의 방식에 의해서는, 얇은 두께이면서도, 내부에 균일하게 기공이 형성되고, 기계적 특성이 우수한 금속합금폼의 형성이 가능하다. 상기에서 구조체의 두께의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 필름 또는 시트 형태의 구조체의 두께는 약 10㎛ 이상, 20㎛ 이상 또는 약 30㎛ 이상일 수 있다.
상기와 같은 방식으로 형성된 그린 구조체를 소결하여 금속합금폼을 제조할 수 있다. 이러한 경우에 상기 금속합금폼을 제조하기 위한 소결을 수행하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 소결법을 적용할 수 있다. 즉, 적절한 방식으로 상기 그린 구조체에 적정한 양의 열을 인가하는 방식으로 상기 소결을 진행할 수 있다.
상기 기존의 공지 방식과는 다른 방식으로서, 본 출원에서는 상기 소결을 유도 가열 방식으로 수행할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 금속 성분이 소정 투자율과 전도도의 제 1 금속을 포함하기 때문에, 유도 가열 방식이 적용될 수 있다. 이러한 방식에 의해서 균일하게 형성된 기공을 포함하면서, 기계적 특성이 우수하며, 기공도도 목적하는 수준으로 조절된 금속합금폼의 제조가 보다 원활하게 될 수 있다.
상기에서 유도 가열은, 전자기장이 인가되면 특정 금속에서 열이 발생하는 현상이다. 예를 들어, 적절한 전도성과 투자율을 가지는 금속에 전자기장을 인가하면, 금속에 와전류(eddy currents)가 발생하고, 금속의 저항에 의해 줄열(Joule heating)이 발생한다. 본 출원에서는 이러한 현상을 통한 소결 공정을 수행할 수 있다. 본 출원에서는 이와 같은 방식을 적용하여 금속합금폼의 소결을 단시간 내에 수행할 수 있어서 공정성을 확보하고, 동시에 기공도가 높은 박막 형태이면서도 기계적 강도가 우수한 금속합금폼을 제조할 수 있다.
따라서, 상기 소결 공정은, 상기 그린 구조체에 전자기장을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전자기장의 인가에 의해 상기 금속 성분의 제 1 금속에서 유도 가열 현상에 의해서 줄열이 발생하고, 이에 의해 구조체는 소결될 수 있다. 이 때 전자기장을 인가하는 조건은 그린 구조체 내의 제 1 금속의 종류 및 비율 등에 따라서 결정되는 것으로 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 유도 가열은, 코일 등의 형태로 형성된 유도 가열기를 사용하여 진행할 수 있다. 또한, 유도 가열은, 예를 들면, 100A 내지 1,000A 정도의 전류를 인가하여 수행할 수 있다. 상기 가해지는 전류의 크기는 다른 예시에서, 900A 이하, 800 A 이하, 700 A 이하, 600 A 이하, 500 A 이하 또는 400 A 이하일 수 있다. 상기 전류의 크기는 다른 예시에서 약 150 A 이상, 약 200 A 이상 또는 약 250 A 이상일 수 있다.
유도 가열은, 예를 들면, 약 100kHz 내지 1,000kHz의 주파수로 수행할 수 있다. 상기 주파수는, 다른 예시에서, 900 kHz 이하, 800 kHz 이하, 700 kHz 이하, 600 kHz 이하, 500 kHz 이하 또는 450 kHz 이하일 수 있다. 상기 주파수는, 다른 예시에서 약 150 kHz 이상, 약 200 kHz 이상 또는 약 250 kHz 이상일 수 있다.
상기 유도 가열을 위한 전자기장의 인가는 예를 들면, 약 1분 내지 10시간의 범위 내에서 수행할 수 있다. 상기 인가 시간은, 다른 예시에서, 약 9시간 이하, 약 8 시간 이하, 약 7 시간 이하, 약 6 시간 이하, 약 5 시간 이하, 약 4 시간 이하, 약 3 시간 이하, 약 2 시간 이하, 약 1 시간 이하 또는 약 30분 이하일 수 있다.
상기 언급한 유도 가열 조건, 예를 들면, 인가 전류, 주파수 및 인가 시간 등은 전술한 바와 같이 전도성 자성 금속의 종류 및 비율 등을 고려하여 변경될 수 있다.
상기 그린 구조체의 소결은, 상기 언급한 유도 가열에 의해서만 수행하거나, 필요한 경우에 상기 유도 가열, 즉 전자기장의 인가와 함께 적절한 열을 인가하면서 수행할 수도 있다.
본 출원은 또한, 금속합금폼에 대한 것이다. 상기 금속합금폼은 전술한 방법에 의해 제조된 것일 수 있다. 이러한 금속합금폼은, 예를 들면, 전술한 제 1 금속을 적어도 포함할 수 있다. 금속합금폼은 상기 제 1 금속을 중량을 기준으로 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 45 중량% 이상 또는 50 중량% 이상 포함할 수 있다. 다른 예시에서 상기 금속합금폼 내의 제 1 금속의 비율은, 약 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상 또는 90 중량% 이상일 수 있다. 상기 제 1 금속의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 100 중량% 미만 또는 95 중량% 이하일 수 있다.
상기 금속합금폼은, 기공도(porosity)가 약 40% 내지 99%의 범위 내일 수 있다. 언급한 바와 같이, 본 출원의 방법에 의하면, 균일하게 형성된 기공을 포함하면서, 기공도와 기계적 강도를 조절할 수 있다. 상기 기공도는, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상이거나, 95% 이하 또는 90% 이하일 수 있다.
상기 금속합금폼은 박막의 필름 또는 시트 형태로도 존재할 수 있다. 하나의 예시에서 금속합금폼은 필름 또는 시트 형태일 수 있다. 이러한 필름 또는 시트 형태의 금속합금폼은, 두께가 2,000㎛ 이하, 1,500㎛ 이하, 1,000㎛ 이하, 900㎛ 이하, 800㎛ 이하, 700㎛ 이하, 600㎛ 이하, 500㎛ 이하, 400㎛ 이하, 300㎛ 이하, 200㎛ 이하, 150㎛ 이하, 약 100㎛ 이하, 약 90㎛ 이하, 약 80㎛ 이하, 약 70㎛ 이하, 약 60㎛ 이하 또는 약 55㎛ 이하일 수 있다. 예를 들면, 상기 필름 또는 시트 형태의 금속합금폼의 두께는 약 10㎛ 이상, 약 20㎛ 이상, 약 30㎛ 이상, 약 40㎛ 이상, 약 50㎛ 이상, 약 100㎛ 이상, 약 150㎛ 이상, 약 200㎛ 이상, 약 250㎛ 이상, 약 300㎛ 이상, 약 350㎛ 이상, 약 400㎛ 이상, 약 450㎛ 이상 또는 약 500㎛ 이상일 수 있다.
상기 금속합금폼은, 우수한 기계적 강도를 가지고, 예를 들면, 인장 강도가 2.5 MPa 이상, 3 MPa 이상, 3.5 MPa 이상, 4 MPa 이상, 4.5 MPa 이상 또는 5 MPa 이상일 수 있다. 또한, 상기 인장 강도는, 약 10 MPa 이상, 약 9 MPa 이상, 약 8 MPa 이상, 약 7 MPa 이상 또는 약 6 MPa 이하일 수 있다. 이와 같은 인장 강도는 예를 들면, 상온에서 KS B 5521에 의해 측정할 수 있다.
이와 같은 금속합금폼은, 다공성의 금속 구조체가 필요한 다양한 용도에서 활용될 수 있다. 특히, 본 출원의 방식에 따르면, 전술한 바와 같이 목적하는 수준의 기공도를 가지면서도 기계적 강도가 우수한 얇은 필름 또는 시트 형태의 금속합금폼의 제조가 가능하여, 기존 대비 금속합금폼의 용도를 확대할 수 있다.
본 출원에서는, 균일하게 형성된 기공을 포함하고, 목적하는 기공도를 가지면서, 기계적 특성이 우수한 금속합금폼을 형성할 수 있는 금속합금폼의 제조 방법과 상기와 같은 특성을 가지는 금속합금폼을 제공할 수 있다. 또한, 본 출원에서는 얇은 두께의 필름 또는 시트 형태이면서도 상기 언급한 물성이 확보되는 금속합금폼을 형성할 수 있는 방법 및 그러한 금속합금폼을 제공할 수 있다.
도 1은, 실시예에서 형성된 금속 합금에 대한 XRD 분석 결과이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
제 1 금속으로서 20℃에서의 전도도가 약 14.5 MS/m이고, 상대 투자율이 약 600 정도인 니켈(Ni)을 사용하고, 제 2 금속으로서 구리(Cu)를 사용하여 상기 제 1 금속과 제 2 금속을 약 99:1의 중량 비율(Ni:Cu)로 혼합하여 금속 성분을 형성하였다. 상기에서 제 1 금속인 니켈의 평균 입경은 약 10 μm의 정도였고, 구리의 평균 입경은 약 5 μm의 정도였다. 상기 금속 성분과 분산제인 텍사놀과 바인더인 에틸셀룰로오스를 50:15:50의 중량 비율(금속성분:분산제:바인더)로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 석영 플레이트상에 필름 형태로 코팅하여 그린 구조체를 형성하였다. 이어서 상기 그린 구조체를 약 120℃의 온도에서 60분 정도 건조 처리하였다. 그 후 환원 분위기 조성을 위해 수소/아르곤 가스로 퍼징하면서 코일 형태의 유도 가열기로 전자기장을 상기 그린 구조체에 인가하였다. 전자기장은 약 350 A의 전류를 약 380 kHz의 주파수로 인가하여 형성하였으며, 전자기장은 약 5분 동안 인가하였다. 전자기장의 인가 후에 소결된 그린 구조체를 물에 넣고, 음파(sonication) 세척하여 필름 형태의 두께 약 39㎛ 수준의 니켈-구리 합금 시트를 제조하였다. 상기 제조된 니켈-구리 시트의 기공도는 약 80.3% 수준이었고, 인장 강도는 약 4.3 MPa정도였다. 도 1은 실시예에서 제조된 합금에 대한 도1. 합금의 XRD 데이터이다. 도면을 통해서 XRD의 피크가 Ni 단독의 피크에서 Ni과 Cu의 합금 피크로 시프팅되고 있음을 알 수 있고(도 1의 화살표 방향으로의 시프팅), 이를 통해 합금이 형성되었음을 알 수 있다.
실시예 2.
금속 성분에서의 제 1 및 제 2 금속의 중량 비율(Ni:Cu)을 97:3으로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 필름 형태의 두께 약 38㎛ 수준의 니켈-구리 합금 시트를 제조하였다. 상기 제조된 니켈-구리 합금 시트의 기공도는 약 79.9% 수준이었고, 인장 강도는 약 5.4 MPa정도였다.
실시예 3.
금속 성분에서의 제 1 및 제 2 금속의 중량 비율(Ni:Cu)을 95:5로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 필름 형태의 두께 약 40㎛ 수준의 니켈-구리 합금 시트를 제조하였다. 상기 제조된 니켈-구리 합금 시트의 기공도는 약 80.5% 수준이었고, 인장 강도는 약 5.3 MPa 정도였다.
실시예 4.
금속 성분에서의 제 1 및 제 2 금속의 중량 비율(Ni:Cu)을 9:1로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 필름 형태의 두께 약 45㎛ 수준의 니켈-구리 합금 시트를 제조하였다. 상기 제조된 니켈-구리 합금 시트의 기공도는 약 79.5% 수준이었고, 인장 강도는 약 5.4 MPa 정도였다.
실시예 5.
금속 성분에서의 제 1 및 제 2 금속의 중량 비율(Ni:Cu)을 8:2로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 필름 형태의 두께 약 38㎛ 수준의 니켈-구리 합금 시트를 제조하였다. 상기 제조된 니켈-구리 합금 시트의 기공도는 약 79.1% 수준이었고, 인장 강도는 약 5.4 MPa 정도였다.
실시예 6.
금속 성분에서의 제 1 및 제 2 금속의 중량 비율(Ni:Cu)을 1:1로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 필름 형태의 두께 약 38㎛ 수준의 니켈-구리 합금 시트를 제조하였다. 상기 제조된 니켈-구리 합금 시트의 기공도는 약 79.5% 수준이었고, 인장 강도는 약 5.2 MPa 정도였다.
참고예.
금속 성분에서의 제 1 금속인 니켈만을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 필름 형태의 두께 약 44㎛ 수준의 니켈-구리 합금 시트를 제조하였다. 상기 제조된 니켈 시트의 기공도는 약 81.5% 수준이었고, 인장 강도는 약 4.2 MPa 정도였다.

Claims (17)

  1. 상대 투자율이 90 이상이고, 전도도가 8 MS/m 이상인 제 1 금속 및 상기 제 1 금속과는 다른 제 2 금속을 포함하는 금속 성분을 포함하는 그린 구조체를 소결하는 단계를 포함하는 금속합금폼의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 금속은, 니켈, 철 또는 코발트인 금속합금폼의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 2 금속은 구리, 아연, 망간, 크롬, 인듐, 주석, 몰리브덴, 은, 백금, 금, 알루미늄 및 마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 금속합금폼의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 금속 성분은, 제 1 금속을 중량을 기준으로 30 중량% 이상 포함하는 금속합금폼의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 금속 성분은 평균 입경이 0.1 내지 200㎛의 범위 내에 있는 금속합금폼의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 그린 구조체는, 제 1 및 제 2 금속을 포함하는 금속 성분, 분산제 및 바인더를 포함하는 슬러리를 사용하여 형성하는 금속합금폼의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 분산제는, 알코올인 금속합금폼의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 바인더는 알킬 셀룰로오스, 폴리알킬렌 카보네이트 또는 폴리비닐알코올 화합물인 금속합금폼의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 슬러리는, 금속 성분 100 중량부 대비 10 내지 500 중량부의 분산제를 포함하는 금속합금폼의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 슬러리는, 금속 성분 100 중량부 대비 5 내지 200 중량부의 바인더를 포함하는 금속합금폼의 제조 방법.
  11. 제 6 항에 있어서, 슬러리는, 분산제 100 중량부 대비 3 내지 500 중량부의 바인더를 포함하는 금속합금폼의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 그린 구조체의 소결은 상기 구조체에 전자기장을 인가하여 수행하는 금속합금폼의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 전자기장은, 100A 내지 1,000A 범위 내의 전류를 인가하여 형성하는 금속합금폼의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 전자기장은, 100kHz 내지 1,000kHz 범위 내의 주파수로 전류를 인가하여 형성하는 금속합금폼의 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 전자기장은 1분 내지 10 시간의 범위 내의 시간 동안 인가하는 금속합금폼의 제조 방법.
  16. 상대 투자율이 90 이상이고, 전도도가 8 MS/m 이상인 제 1 금속 및 상기 제 1 금속과는 다른 제 2 금속의 합금을 포함하고, 다공도가 40% 내지 99%의 범위 내이며, 인장 강도가 2.5 MPa 이상인 금속합금폼.
  17. 제 16 항에 있어서, 두께가 2,000㎛ 이하인 필름 또는 시트 형태인 금속합금폼.
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