WO2020004857A1 - 플레이크 형상의 분말 코팅층을 포함하는 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

플레이크 형상의 분말 코팅층을 포함하는 필터 및 이의 제조방법 Download PDF

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WO2020004857A1
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박만호
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ASFLOW Co Ltd
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    • B01D2239/1258—Permeability

Definitions

  • the present invention relates to a filter comprising a flake shaped powder coating layer and a method of manufacturing the same.
  • Such a filter can be said to be a highly efficient filter when both the filtration rate, which is the ability to filter the filtration object, and the permeability, which is the degree through which the fluid including the filtration object permeates the filter, are excellent.
  • the filtration rate which is the ability to filter the filtration object
  • the permeability which is the degree through which the fluid including the filtration object permeates the filter
  • Korean Patent Publication No. 10-2011-0127225 discloses a filter for filtering particulate matter from exhaust gas discharged from a compression ignition engine, and specifically, particulate matter from exhaust gas discharged from a compression ignition engine.
  • a filter for filtering (PM) the filter comprising a porous substrate having an inlet surface and an outlet surface, the inlet surface being separated from the outlet surface by a porous structure containing pores of a first average pore size, and being porous
  • the substrate is coated with a washcoat comprising a plurality of solid particles comprising molecular sieves promoted with at least one transition metal, wherein the porous structure of the washcoated porous substrate contains pores of a second average pore size, and
  • a filter is disclosed wherein the average pore size is less than the first average pore size.
  • the above technique has a problem in that the flow path through which the particulate matter flows is not sufficiently complicated, so that the filtration rate may drop, and also, the permeability of the particulate matter may also decrease depending on
  • Korean Patent No. 10-1064959 discloses a deep filtration air filter media for purifying gas turbines and compressor inlet air, and a deep filtration air filter cartridge using the same, specifically, an electrostatic short fiber nonwoven fabric having a fineness of 0.5denier to 6denier.
  • the inventors of the present invention have completed the present invention by studying a filter that can simultaneously improve the filtration rate and the transmittance of the filter.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0127225
  • Patent Document 2 Republic of Korea Patent No. 10-1064959
  • An object of the present invention is to provide a filter having excellent filtration rate and excellent permeability and a method for producing the same.
  • the present invention is a porous metal support having a first pore size; And a metal coating layer formed on the support and having a second pore size smaller than the first pore size, wherein the coating layer has a three-dimensional pore structure by joining flake shaped metal powders. to provide.
  • the present invention comprises the steps of forming a porous metal support having a first pore size; Spraying a metal powder in a flake shape by a wet powder spray process on the formed support to form a coating layer; And sintering the coating layer; provides a method for producing a filter comprising a.
  • the flake-shaped second powder forms a coating layer
  • the thickness of the coating layer for obtaining the same transmittance and filtration rate is relatively small, there is an advantage that can reduce the amount of the coating material required.
  • the flow path becomes very complicated by the flake-shaped powder forming the coating layer, there is an advantage that it is not necessary to introduce an additional layer for fine particle filtration.
  • Figure 2 is a side SEM photograph of the filter prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the pore size distribution of the filters prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • the present invention relates to a filter, in particular, for example, a filter for semiconductor equipment or a filter for a gas filter, and a filter and a method for producing the same, which have excellent filtration rate for a filtration object and also have excellent air permeability.
  • the present invention provides a porous metal support having a first pore size
  • the coating layer provides a filter, characterized in that the flake-shaped metal powder is bonded to have a three-dimensional pore structure.
  • 'filtration degree' or 'filtration rate' means the degree to which the material to be filtered is filtered
  • 'permeability' or 'permeability' or 'breathability' or 'permeability' means the degree to which the material to be filtered passes through the filter. do.
  • the filter of the present invention comprises a porous metal support having a first pore size.
  • the support in the filter has a coarse pore size through which the filtration object can be permeated, through which the filtration object is permeated and moved to the coating layer thereon, and some of the filtration object is filtered by the support.
  • the first pore size of the porous support is preferably 5 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the pore size is less than 5 ⁇ m, the permeability (breathability) of the filtration target is poor, and the filtration efficiency is severely deteriorated, and a load is heavily applied to the filtration device.
  • the pore size exceeds 100 ⁇ m, the mechanical properties of the support are There is a problem that it is difficult to form a coating layer made of the flake-shaped metal powder is lowered.
  • the filter of the present invention is formed on the support, and comprises a metal coating layer having a second pore size smaller than the first pore size, wherein the coating layer is characterized in that the flake-shaped metal powder is bonded to have a three-dimensional pore structure It is done.
  • Filtration is carried out while passing through the support layer through the three-dimensional pore structure formed in the coating layer. That is, the three-dimensional pore structure of the coating layer is a flow path to be filtered.
  • the second pore size of the coating layer of the present invention is smaller than the first pore size of the support.
  • the filtration object reaching the coating layer through the support is filtered while flowing in the three-dimensional pore structure in the coating layer having a second pore size smaller than the first pore size of the support, and the second pore size of the coating layer is larger than the first pore size of the support. Because of the small size, it is more likely that particles of small size among the materials included in the filtration object having passed through the support are filtered in the coating layer.
  • the coating layer according to the present invention is not spherical metal powder, it is characterized in that the flake-shaped metal powder is bonded to have a three-dimensional pore structure.
  • the flake shape has a predetermined thickness, and means a structure having a substantially flat top and bottom surfaces, wherein the top and bottom surfaces may be circular, elliptical, or the like.
  • the flake metal powder size is defined as follows.
  • the following aspect ratios are defined as follows.
  • Flakes Metal Powder Size ⁇ ⁇ (Equivalent Diameter / 2) 2
  • the flake shaped metal powder size of the coating layer of the present invention preferably has an equivalent diameter of 5 ⁇ m to 100 ⁇ m. If the equivalent diameter is less than 5 ⁇ m there is a problem in that the size of the powder is fine and the pressure loss is large, if the equivalent diameter exceeds 100 ⁇ m the particles are larger than one pore size of the support to block the pores to prevent the pressure loss There is a growing problem.
  • the aspect ratio of the flake shaped metal powder of the coating layer of this invention is 5-100.
  • the aspect ratio of the flake-shaped metal powder is less than 5, the flake becomes a spherical shape, the complexity of the flow path formed by the three-dimensional pore structure of the coating layer has a problem that the filtration rate for the filtration target is lowered, the aspect ratio is 100 In the case of exceeding the flaky shape during the sintering process, there is a problem that the pore size and porosity of the coating layer is lowered.
  • the porosity of the coating layer of the present invention is preferably in the range of 35% to 55%. If the porosity is less than 35%, there is a problem that the permeability of the filtration object is significantly lowered, and an excessive load may be applied to the filtration device. If the porosity is more than 55%, the filtration rate for the filtration object is lowered to function as a filter. There is a problem of this deterioration.
  • the second pore size of the coating layer of the present invention is smaller than the first pore size of the support, it is preferable that the range of 0.1 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • the second pore size is less than 0.1 ⁇ m, the permeability of the filtration object is remarkably decreased, so that the filtration efficiency is lowered, and an excessive load may be applied to the filtration device.
  • the second pore size exceeds 1 ⁇ m, There exists a problem that the filtration rate with respect to a filtration object falls, and the function as a filter falls.
  • the coating layer of the present invention is bonded to the flake-shaped metal powder to form a three-dimensional pore structure, the three-dimensional pore structure is a flow path for the filtration object is moved.
  • Conventional filters have a problem in that the filtration rate and the transmittance are lowered as the coating layer is formed using a spherical powder.
  • the coating layer of the present invention uses flake-shaped metal powders, the three-dimensional pore structure in which they are formed becomes very complicated, and the flow path until the object to be filtered passes through the filter becomes very complicated and long, and the filtration rate is improved.
  • the flake-shaped metal powders used in the present invention are stacked in various orientations and prevented from forming waste holes, thereby increasing the porosity and thus improving the permeability of the filtration object.
  • the filter of the present invention includes a coating layer having a three-dimensional pore structure in which flake-shaped metal powders are bonded, so that a thicker coating layer can be formed when using the same amount of raw material as compared to using a spherical powder. And nevertheless, the transmittance can be further improved than when using spherical powder. As the coating layer becomes thicker, the filtration rate can thus be further improved. In addition, when forming the coating layer of the same thickness, the coating layer according to the invention will use a smaller amount of raw material than when using a spherical powder, nevertheless, the transmittance can be further improved. Therefore, the filter of the present invention can be used as a filter for a semiconductor device or a filter for a gas filter to avoid the load on the device while a high filtration rate is required, and can be applied to various other applications.
  • the support and the coating layer of the present invention may be a stainless steel-based, Ni-based, or Ti-based support and coating layer, the material forming the support and the coating layer may be the same or different from each other.
  • the filter according to the present invention has an advantage that both the filtration rate and the permeability for the filtration object are improved as compared with the case of using the existing spherical powder.
  • It provides a method for producing a filter comprising a; sintering the coating layer.
  • the manufacturing method of the present invention includes forming a porous metal support having a first pore size.
  • the support in the filter has a coarse pore size through which the filtration object can be permeated, through which the filtration object is permeated and moved to the coating layer thereon, and some of the filtration object is filtered by the support.
  • the forming of the support may be performed by, for example, charging a metal powder into a mold and then molding and sintering the metal powder, but is not necessarily limited thereto.
  • the first pore size of the porous support is preferably 5 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the pore size is less than 5 ⁇ m, the permeability (breathability) of the filtration target is poor, and the filtration efficiency is severely deteriorated, and a load is heavily applied to the filtration device.
  • the pore size exceeds 100 ⁇ m, the mechanical properties of the support are There is a problem that it is difficult to form a second layer made of flake-shaped metal powder which is degraded.
  • the manufacturing method according to the present invention includes the step of forming a coating layer by spraying the metal powder of the flake shape by the wet powder spraying process on the formed support.
  • wet powder spraying is a method of spraying a liquid mixture to form a coating layer, where the liquid mixture generally comprises a powder, a binder and a carrier.
  • the carrier is first evaporated to remove, and the binder is formed by maintaining the adhesion between the powders and between the powders and the substrate.
  • the binder is removed through heat treatment such as sintering, and adhesion between the powders and the interdiffusion between the powder and the substrate is formed. Since wet powder spray uses a relatively small amount of binder, the process of removing it is very short and has the advantage that it can be carried out in a continuous process in a single furnace.
  • the manufacturing method of the present invention has a complex flow path on a support of various shapes such as plate, tube, circle, and irregularities by forming a coating layer by spraying flake-shaped metal powder on the support by using the wet powder spraying process as described above. While it has the advantage of forming a coating layer having a uniform thickness.
  • the aspect ratio of the flake shaped metal powder of the coating layer of this invention is 5-100.
  • the aspect ratio of the flake-shaped metal powder is less than 5, the flake becomes a spherical shape, the complexity of the flow path formed by the three-dimensional pore structure of the coating layer has a problem that the filtration rate for the filtration target is lowered, the aspect ratio is 100 In the case of exceeding the flaky shape during the sintering process, there is a problem that the pore size and porosity of the coating layer is lowered.
  • the manufacturing method of the present invention includes the step of sintering the formed coating layer.
  • the sintering removes the binder used in the wet powder spraying process, and the flake-shaped metal powders are bonded to each other to form a three-dimensional pore structure.
  • the step of sintering the coating layer is preferably carried out for 30 to 120 minutes at a temperature of 600 o C to 1300 o C. If the sintering temperature is less than 600 o C, the binder is not sufficiently removed, there is a problem that the adhesion between the powder and the powder and the support is not sufficiently secured, if the sintering temperature exceeds 1300 o C in the sintering process There is a problem that the flake shape is collapsed, the pore size of the coating layer is reduced or the porosity is lowered, and the filtration rate and the transmittance of the filtration object are lowered.
  • the binder is not sufficiently removed, and there is a problem in that the adhesion between the powders and the powder and the support is not sufficiently secured, and when the sintering time is more than 120 minutes, the flake shape collapses during the sintering process and the coating layer There is a problem in that the pore size is reduced or the porosity is lowered, so that the filtration rate and permeability for the filtration object are lowered.
  • the porosity of the coating layer of the present invention is preferably in the range of 35% to 55%. If the porosity is less than 35%, there is a problem that the permeability of the filtration object is significantly lowered, and an excessive load may be applied to the filtration device. If the porosity is more than 55%, the filtration rate for the filtration object is lowered to function as a filter. There is a problem of this degradation.
  • the second pore size of the coating layer of the present invention is smaller than the first pore size of the support, it is preferable that the range of 0.1 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • the second pore size is less than 0.1 ⁇ m, the permeability of the filtration object is remarkably decreased, so that the filtration efficiency is lowered, and an excessive load may be applied to the filtration device.
  • the second pore size exceeds 1 ⁇ m, There exists a problem that the filtration rate with respect to a filtration object falls, and the function as a filter falls.
  • the support and the coating layer of the present invention may be a stainless steel-based, Ni-based, or Ti-based support and coating layer, the material forming the support and the coating layer may be the same or different from each other.
  • SUS316L powder having an average size of 30 ⁇ m was charged into a disc mold, and uniaxially press-molded to prepare a molded body.
  • the molded body was sintered at 850 ° C. for 1 hour to prepare a porous support having coarse pores of a disk shape having a thickness of 5 mm and a diameter of 20 mm.
  • a wet powder spraying process was prepared on the prepared porous support by mixing ethanol together with 0.146 g polyvinyl alcohol binder having a flake shape of SUS316L powder having an equivalent diameter of 30 ⁇ m and a thickness of 1 ⁇ m, and then spraying it to form a coating layer. It was.
  • the diameter of the spray nozzle was 0.8 mm, and the distance between the spray nozzle and the porous support phase was fixed at 200 mm.
  • the filter was prepared by sintering at 950 ° C. for 30 minutes. The thickness of the coating layer after sintering was 139 ⁇ m.
  • a filter was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.288 g of flaky SUS316L powder was sprayed to form a coating layer.
  • a filter was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.065 g of flaky SUS316L powder was sprayed to form a coating layer.
  • a filter was prepared in the same manner as in Example 1, except that the coating layer was formed using 0.129 g of spherical powder having a diameter of 7 ⁇ m, and a filter was prepared in the same manner as in Example 1.
  • the thickness of the coating layer after sintering was 70 ⁇ m.
  • a filter was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the coating layer was formed using 0.341 g of spherical powder.
  • a filter was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the coating layer was formed using 0.527 g of spherical powder.
  • SUS316L powder having an average size of 30 ⁇ m was charged into a disc mold, and uniaxially press-molded to prepare a molded body.
  • the molded body was sintered at 850 ° C. for 1 hour to prepare a porous support having coarse pores of a disk shape having a thickness of 5 mm and a diameter of 20 mm.
  • the coating layer of the filter manufactured according to Example 1 of the present invention is formed by bonding flake powders.
  • the filter of the present invention has a high porosity of the coating layer, so that the permeability of the filtration target is greatly improved.
  • the filtration rate of the filtration object is also greatly improved by a very complicated three-dimensional pore structure formed by the flake powder.
  • the flake-shaped powders are laminated in the form of a plate, and it can be seen that a very complicated and high porosity flow path is formed.
  • the coating layer of the filter manufactured by Comparative Example 1 as the spherical powders of different sizes are stacked, it can be seen that the voids are filled, the porosity is lowered, and the pore size is smaller.
  • the filter of the present invention has an advantage that can easily maintain the porosity of the coating layer more than a certain level, it can be seen that the effect of improving the filtration rate for the filtration object through a complex flow path.
  • Example 1 used 0.146 g of powder in the form of flakes
  • Comparative Example 1 used about the same amount of raw powder using 0.129 g of a spherical powder.
  • the coating layer thickness of Example 1 was 139 ⁇ m
  • the coating layer thickness of Comparative Example 1 was only 70 ⁇ m, and only half of the coating layer of Example 1 was confirmed.
  • the method of the present invention has the advantage of producing a filter that can obtain a better filtration rate when using the same amount of raw material.
  • the thickness of the coating layer was the same, the following experiment was performed to confirm the air permeability of each filter.
  • the air permeability was measured by measuring the amount of air permeated as the pressure of the compressed air increases, and the results are shown in FIG. 4.
  • the coating layer thickness of the filter of Example 1 was 139 ⁇ m, and the coating layer thickness of the filter of Comparative Example 2 was 165 ⁇ m, and the coating layer thicknesses of both filters were similar.
  • the embodiment of the coating with the flake-shaped powder can be seen that the average pore size is similar but the distribution of the pore size is wider. Due to this effect, when coating with flake-shaped powder, there is an advantage that the filtration of particles in the size distribution more than the case of coating with a spherical powder.

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Abstract

본 발명의 목적은 여과율이 우수하면서도 동시에 투과율이 우수한 필터 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다. 이를 위하여 본 발명은 제1 기공크기를 갖는 다공성의 금속 지지체; 및 상기 지지체 상에 형성되고, 상기 제1 기공크기보다 작은 제2 기공크기를 갖는 금속 코팅층을 포함하되, 상기 코팅층은 플레이크 형상의 금속 분말들이 접합되어 3차원 기공구조를 갖는 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 필터의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 플레이크 형상의 제2 분말이 코팅층을 형성함에 따라 기공율이 증가하여 투과율이 증가할 뿐만 아니라, 유로가 더욱 복잡해짐에 따라 여과율도 동시에 증가하는 장점이 있다. 또한, 구형 분말을 이용하는 경우와 비교하여 동일 투과율 및 여과율을 얻기 위한 코팅층의 두께가 상대적으로 작아, 요구되는 코팅층 원료의 양을 줄일 수 있는 장점이 있다. 나아가, 코팅층을 형성하고 있는 플레이크 형상의 분말에 의하여 유로가 매우 복잡해지기 때문에 미세 입자 여과를 위한 추가적인 층을 도입할 필요가 없는 장점이 있다.

Description

플레이크 형상의 분말 코팅층을 포함하는 필터 및 이의 제조방법
본 발명은 플레이크 형상의 분말 코팅층을 포함하는 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
산업이 발전함에 따라 반도체 장비용 필터, 가스 여과기용 필터 등에서 고효율의 필터를 요구하고 있다.
예를 들어, 반도체 산업에 있어서는 제조 공정에 사용되는 많은 공정가스에 함유되어 있는 극미량의 불순물 농도가 10억분의 몇 ppm 수준 또는 그 보다 낮은 경우에도 제품의 성능저하 및 제조 수율의 감소가 야기되어지는바, 공정가스 내의 불순물 입자를 제거하기 위하여 공정가스의 공급라인에 직렬로 연결되는 인라인(Inline) 가스 필터가 널리 이용되고 있다. 또한, 분진 방출에 대한 환경적 기준이 엄격해지면서 가스 여과기용 필터의 사용이 증가하고 있는 실정이다.
이와 같은 필터는 여과대상을 걸러내는 능력인 여과율과 여과대상을 포함하는 유체가 필터를 투과하는 정도인 투과율이 모두 우수해야 고효율의 필터라고 할 수 있다. 하지만 여과율을 높이기 위해 기공의 크기를 줄이면 투과율이 감소하는 문제가 발생하고, 투과율을 높이기 위해 기공의 크기를 키우면 여과율이 낮아지는 문제점을 가지고 있다. 투과율이 낮아지는 경우 전체 여과 효율이 떨어지는 문제가 있을 뿐만 아니라, 필터가 장착되는 장치에 과도한 부하가 걸릴 수 있는 문제점이 있다.
예를 들어 대한민국 공개특허 제10-2011-0127225호에는 압축점화 엔진으로부터 배출된 배기가스로부터 미립자 물질을 여과하기 위한 필터가 개시되어 있고, 구체적으로는 압축점화 엔진으로부터 배출된 배기가스 기체로부터 미립자 물질(PM)을 여과하기 위한 필터로서, 이 필터는 입구 표면과 출구 표면을 가진 다공질 기판을 포함하고, 입구 표면은 제 1 평균 공극 크기의 공극들을 함유하는 다공질 구조에 의해 출구 표면과 분리되며, 다공질 기판은 적어도 하나의 전이금속으로 촉진된 분자 시브를 포함하는 복수의 고형체 입자들을 포함하는 워시코트로 코팅되고, 워시코팅된 다공질 기판의 다공질 구조는 제 2평균 공극 크기의 공극들을 함유하며, 제 2 평균 공극 크기는 제 1 평균 공극 크기 미만인 것을 특징으로 하는 필터가 개시되어 있다. 그러나, 상기 기술은 미립자 물질이 유동하는 유로가 충분히 복잡하지 않아 여과율이 떨어질 수 있는 문제점이 있고, 또한, 공극의 크기에 따라 미립자 물질의 투과도도 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-1064959호에는 가스터빈 및 압축기 유입공기 정화용 심층여과 에어필터 여재 및 이를 사용한 심층여과 에어필터 카트리지가 개시되어 있고, 구체적으로는 섬도가 0.5denier ~ 6denier인 정전 단섬유 부직포 여재와 스펀본드 지지층으로 이루어져 입자크기가 큰 먼지입자를 포집하는 첫 번째 층과; 섬도가 6denier ~ 20denier이고, 중량이 40g/㎡ ~ 200g/㎡의 이내로 외부 측은 일반 폴리에스테르보다 융점이 낮은 저융점 폴리에스테르 100%와 내부측은 일반 폴리에스테르 100%(Sheath / Core)로 이루어진 구조 형태 또는 외부 측과 내부측을 저융점 폴리에스테르 50%와 일반 폴리에스테르 50%(Side by Side)로 이루어진 구조 형태의 섬유로, 면속 5.3㎝/sec에서의 압력손실 0.5㎜Aq 이하의 절곡 가능한 저융점 폴리에스테르인 서멀본드 부직포 여재로 이루어져 누적 포집량을 증가시키는 중간층; 및 섬도가 0.07denier ~ 0.9denier 범위인 극세 정전 멜트브로운 여재로 이루어져 미세 먼지등 입자상물질의 응집 효과를 증대시켜 압력손실의 상승을 억제하며 누적 포집량을 배가시키며 절곡 가능한 마지막 층;으로 복합 형성되고, 그 복합 형성된 여재의 전체 중량이 100g/㎡ ~ 400g/㎡이며, 면속 5.3㎝/sec에서 NaCl 입자 효율 95%이상, 압력손실 4.5㎜Aq 이하의 절곡 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 가스터빈 및 압축기 유입공기 정화용 심층여과 에어필터 여재가 개시되어 있다. 그러나, 상기 필터는 부직포 여제를 원료로 사용함에 따라 여과 대상의 투과도가 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 발명자들은 필터의 여과율과 투과율을 동시에 향상시킬 수 있는 필터를 연구하여 본 발명을 완성하게 되었다.
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허 제10-2011-0127225호
(특허문헌 2) 대한민국 등록특허 제10-1064959호
본 발명의 목적은 여과율이 우수하면서도 동시에 투과율이 우수한 필터 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
이를 위하여 본 발명은 제1 기공크기를 갖는 다공성의 금속 지지체; 및 상기 지지체 상에 형성되고, 상기 제1 기공크기보다 작은 제2 기공크기를 갖는 금속 코팅층을 포함하되, 상기 코팅층은 플레이크 형상의 금속 분말들이 접합되어 3차원 기공구조를 갖는 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다.
또한, 본 발명은 제1 기공크기를 갖는 다공성의 금속 지지체를 형성하는 단계; 상기 형성된 지지체 상에 습식 분말 분무 공정으로 플레이크 형상으로 금속 분말을 분무하여 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 코팅층을 소결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 플레이크 형상의 제2 분말이 코팅층을 형성함에 따라 기공율이 증가하여 투과율이 증가할 뿐만 아니라, 유로가 더욱 복잡해짐에 따라 여과율도 동시에 증가하는 장점이 있다. 또한, 구형 분말을 이용하는 경우와 비교하여 동일 투과율 및 여과율을 얻기 위한 코팅층의 두께가 상대적으로 작아, 요구되는 코팅층 원료의 양을 줄일 수 있는 장점이 있다. 나아가, 코팅층을 형성하고 있는 플레이크 형상의 분말에 의하여 유로가 매우 복잡해지기 때문에 미세 입자 여과를 위한 추가적인 층을 도입할 필요가 없는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 제조된 필터 코팅층의 상면 SEM 사진이고,
도 2는 본 발명의 실시예와 비교예에서 제조된 필터의 측면 SEM 사진이고,
도 3은 본 발명의 실시예와 비교예에서 제조된 필터의 통기도를 보여주는 그래프이고,
도 4는 본 발명의 실시예와 비교예에서 제조된 필터의 통기도를 보여주는 추가적인 그래프이고, 및
도 5는 본 발명의 실시예와 비교예에서 제조된 필터의 기공 크기 분포를 보여주는 그래프이다.
본 발명은 필터, 특히 예를 들어 반도체 장비용 필터 또는 가스 여과기용 필터에 관한 것이고, 여과 대상에 대한 여과율이 우수하면서도 통기성도 우수한 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
우선 본 발명은 제1 기공크기를 갖는 다공성의 금속 지지체; 및
상기 지지체 상에 형성되고, 상기 제1 기공크기보다 작은 제2 기공크기를 갖는 금속 코팅층을 포함하되,
상기 코팅층은 플레이크 형상의 금속 분말들이 접합되어 3차원 기공구조를 갖는 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다.
본 발명에서 '여과도' 또는 '여과율'은 여과대상 물질이 여과되는 정도를 의미하고, '투과도' 또는 '투과율' 또는 '통기성' 또는 '통기도'는 여과대상 물질이 필터를 투과하는 정도를 의미한다.
이하 본 발명의 필터를 각 구성별로 상세히 설명한다.
본 발명의 필터는 제1 기공크기를 갖는 다공성의 금속 지지체를 포함한다. 일반적으로 필터에서 지지체는 여과대상이 투과될 수 있는 조대한 기공크기를 갖고, 이를 통하여 여과 대상이 투과되어 그 위의 코팅층으로 이동되고, 여과 대상 중 일부가 지지체에 의하여 여과되기도 한다.
한편, 상기 다공성 지지체의 제1 기공 크기는 5㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다. 상기 기공 크기가 5㎛ 미만인 경우에는 여과 대상의 투과율(통기성)가 떨어져 여과 효율이 떨어지는 문제점, 및 여과 장치에 부하가 심하게 걸리는 문제점이 있고, 기공 크기가 100㎛를 초과하는 경우에는 지지체의 기계적 특성이 저하되고 플레이크 형상의 금속 분말로 이뤄진 코팅층을 형성하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 필터는 상기 지지체 상에 형성되고, 제1 기공크기보다 작은 제2 기공크기를 갖는 금속 코팅층을 포함하며, 이때 상기 코팅층은 플레이크 형상의 금속 분말들이 접합되어 3차원 기공구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
지지층을 투과한 여과대상은 상기 코팅층에 형성된 3차원 기공구조를 통하여 흐르면서 여과가 수행된다. 즉, 상기 코팅층의 3차원 기공구조가 여과대상의 유로가 된다.
이때 본 발명의 코팅층의 제2 기공크기는 지지체의 제1 기공크기보다 작다. 지지체를 지나 코팅층에 도달한 여과대상은 지지체의 제1 기공크기보다 작은 제2 기공크기를 갖는 코팅층에서 3차원 기공구조 내를 흐르면서 여과되며, 코팅층의 제2 기공크기가 지지체의 제1 기공크기보다 작기 때문에, 지지체를 투과한 여과대상에 포함된 물질 중 작은 크기의 입자들이 코팅층에서 여과될 가능성이 높아지게 된다.
한편, 본 발명에 따른 코팅층은 구형 금속 분말이 아니라, 플레이크 형상의 금속 분말들이 접합되어 3차원 기공구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
플레이크 형상이란 구형과는 달리, 일정 두께를 갖고, 상면과 하면이 실질적으로 평평한 형태의 구조를 의미하며, 이때 상면과 하면은 원형, 또는 타원형 등의 형태일 수 있다.
플레이크 형상의 최장축 길이를 A, 최단축 길이를 B라고 하고, 두께를 C라고 할 때, 플레이크 형상의 금속 분말 크기는 다음과 같이 정의된다. 또한, 이하의 종횡비는 다음과 같이 정의된다.
등가직경 = (A×B)1/2
플레이크 형상의 금속 분말 크기 = Π×(등가직경/2)2
종횡비 = 등가직경/C
본 발명의 코팅층의 플레이크 형상의 금속 분말 크기는 등가직경이 5㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다. 상기 등가직경이 5㎛ 미만인 경우에는 분말의 크기가 미세하여 압력손실이 커지는 문제점이 있고, 그 등가직경이 100㎛를 초과하는 경우에는 지지체의 1기공크기 보다 입자가 커져 기공을 막음으로써 압력손실이 커지는 문제점이 있다.
본 발명의 코팅층의 플레이크 형상의 금속 분말의 종횡비는 5 내지 100인 것이 바람직하다. 본 발명에서 플레이크 형상의 금속 분말의 종횡비가 5 미만인 경우에는 플레이크가 구형 형상이 되어 코팅층의 3차원 기공구조가 이루는 유로의 복잡도가 떨어져 여과대상에 대한 여과율이 저하되는 문제점이 있고, 상기 종횡비가 100을 초과하는 경우에는 소결과정에서 플레이크 형상이 무너져 코팅층의 기공크기 및 기공율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 코팅층의 기공율은 35% 내지 55% 범위인 것이 바람직하다. 상기 기공율이 35% 미만인 경우에는 여과대상의 투과율이 현저히 떨어져, 여과장치에 지나친 부하가 걸릴 수 있는 문제점이 있고, 상기 기공율이 55%를 초과하는 경우에는 여과대상에 대한 여과율이 저하되어 필터로서의 기능이 저하되는 문제점이 있다.
이때, 본 발명의 코팅층의 제2 기공크기는 지지체의 제1 기공크기보다 작고, 0.1㎛ 내지 1㎛의 범위인 것이 바람직하다. 상기 제2 기공크기가 0.1㎛ 미만인 경우에는 여과대상의 투과율이 현저히 떨어져 여과 효율이 저하되고, 여과장치에 지나친 부하가 걸릴 수 있는 문제점이 있고, 상기 제2 기공크기가 1㎛를 초과하는 경우에는 여과대상에 대한 여과율이 저하되어 필터로서의 기능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 코팅층은 플레이크 형상의 금속 분말들이 접합되어 3차원 기공구조를 형성하며, 상기 형성된 3차원 기공구조는 여과대상이 이동하는 유로가 된다. 기존의 필터들의 경우 코팅층을 구형 분말을 이용하여 형성함에 따라 여과율 및 투과율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 코팅층은 플레이크 형상의 금속 분말들을 이용함에 따라, 이들이 형성하게 되는 3차원 기공구조가 매우 복잡해져서, 여과대상이 필터를 통과할 때까지의 유로가 매우 복잡해지고 길어져서, 여과율이 향상된다. 또한, 본 발명에서 사용되는 플레이크 형상의 금속 분말들은 기존의 구형 분말들과는 달리, 서로 다양한 배향으로 쌓이게 되고, 폐기공이 형성되는 것이 방지되어, 이에 따라 기공율이 증가하여 결국 여과대상의 투과율이 향상된다.
결국 본 발명의 필터는 플레이크 형상의 금속 분말들 접합되어 3차원 기공구조를 갖는 코팅층을 포함함으로써, 구형 분말을 사용하는 경우와 비교하여, 동일 양의 원료를 사용하는 경우 더 두꺼운 코팅층을 형성할 수 있고, 그럼에도 불구하고, 구형 분말을 사용하는 경우보다 투과율이 더 향상될 수 있다. 코팅층이 두꺼워지면, 이에 따라 여과율은 더욱 향상될 수 있다. 또한, 동일한 두께의 코팅층을 형성하는 경우, 본 발명에 따른 코팅층은 구형 분말을 사용하는 경우보다 더 적은 양의 원료물질을 사용하게 되고, 그럼에도 불구하고, 투과율은 더 향상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 필터는 고도의 여과율이 요구되면서도 장치에 부하가 걸리는 것을 회피해야 하는 반도체 장비용 필터 또는 가스 여과기용 필터로 사용될 수 있으며, 그 외 다양한 응용분야에 적용이 가능하다.
한편, 본 발명의 지지체 및 코팅층은 스테인레스스틸 계열, Ni 계열, 또는 Ti 계열 금속의 지지체 및 코팅층일 수 있고, 지지체와 코팅층을 형성하는 물질은 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다.
이처럼 본 발명에 따른 필터는 기존의 구형 분말을 사용하는 경우와 비교하여 여과대상에 대한 여과율 및 투과율이 모두 향상되는 장점이 있다.
다음으로 본 발명은
제1 기공크기를 갖는 다공성의 금속 지지체를 형성하는 단계;
상기 형성된 지지체 상에 습식 분말 분무 공정으로 플레이크 형상의 금속 분말을 분무하여 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 코팅층을 소결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명에 따른 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명의 제조방법은 제1 기공크기를 갖는 다공성의 금속 지지를 형성하는 단계를 포함한다.
일반적으로 필터에서 지지체는 여과대상이 투과될 수 있는 조대한 기공크기를 갖고, 이를 통하여 여과 대상이 투과되어 그 위의 코팅층으로 이동되고, 여과 대상 중 일부가 지지체에 의하여 여과되기도 한다. 상기 지지체를 형성하는 단계는 예를 들어, 금속 분말을 몰드에 장입한 후 성형하고, 이를 소결하는 방법으로 수행될 수 있으나, 반드시 이와 같은 방법에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 다공성 지지체의 제1 기공 크기는 5㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다. 상기 기공 크기가 5㎛ 미만인 경우에는 여과 대상의 투과율(통기성)가 떨어져 여과 효율이 떨어지는 문제점, 및 여과 장치에 부하가 심하게 걸리는 문제점이 있고, 기공 크기가 100㎛를 초과하는 경우에는 지지체의 기계적 특성이 저하되고 플레이크 형상의 금속 분말로 이뤄진 제 2 층을 형성하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명에 따른 제조방법은 상기 형성된 지지체 상에 습식 분말 분무 공정으로 플레이크 형상의 금속 분말을 분무하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
습식 분말 분무는 액상 혼합물을 분무하여 코팅층을 형성하는 방법으로, 액상 혼합물은 일반적으로 분말, 바인더 및 캐리어를 포함한다. 분무가 수행된 후, 1차적으로 캐리어가 증발되어 제거되고, 바인더는 분말들간 및 분말들과 기판사이의 접착력을 유지함으로써 그린 코팅이 형성된다. 이후 소결 등의 열처리를 통하여 바인더는 제거되고 분말간 및 분말과 기판간의 상호 확산에 의한 접착이 형성된다. 습식 분말 분무에서는 상대적으로 적은 양의 바인더가 사용되기 때문에, 이를 제거하는 공정이 매우 짧고 단일 로 내에서 연속 공정으로 수행될 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 제조방법은 상기와 같은 습식 분말 분무 공정을 이용하여 지지체 상에 플레이크 형상의 금속 분말을 분무하여 코팅층을 형성함으로써 판형, 튜브형, 원형, 요철형 등 다양한 형상의 지지체상에 복잡한 유로를 가지면서 균일한 두께를 갖는 코팅층을 형성할 수 있는 장점을 갖게 된다.
본 발명의 코팅층의 플레이크 형상의 금속 분말의 종횡비는 5 내지 100인 것이 바람직하다. 본 발명에서 플레이크 형상의 금속 분말의 종횡비가 5 미만인 경우에는 플레이크가 구형 형상이 되어 코팅층의 3차원 기공구조가 이루는 유로의 복잡도가 떨어져 여과대상에 대한 여과율이 저하되는 문제점이 있고, 상기 종횡비가 100을 초과하는 경우에는 소결과정에서 플레이크 형상이 무너져 코팅층의 기공크기 및 기공율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 제조방법은 상기 형성된 코팅층을 소결하는 단계를 포함한다. 이와 같은 소결을 통하여 습식 분말 분무 공정에서 사용된 바인더를 제거하고, 플레이크 형상의 금속 분말들이 서로 접합하여 3차원 기공구조를 형성하게 된다.
이때 상기 코팅층을 소결하는 단계는 600 oC 내지 1300 oC의 온도에서 30 분 내지 120 분동안 수행되는 것이 바람직하다. 만약 상기 소결 온도가 600 oC 미만인 경우 바인더가 충분히 제거되지 않고, 분말간 및 분말과 지지체 사이의 접착력이 충분히 담보되지 않는 문제점이 있고, 상기 소결 온도가 1300 oC 를 초과하는 경우에는 소결 과정에서 플레이크 형상이 무너져 코팅층의 기공 크기가 작아지거나 또는 기공율이 떨어져, 여과대상에 대한 여과율 및 투과율이 저하되는 문제점이 있다. 상기 소결 시간이 30 분 미만인경우에도 마찬가지로 바인더가 충분히 제거되지 않고, 분말간 및 분말과 지지체 사이의 접착력이 충분히 담보되지 않는 문제점이 있고, 120 분을 초과하는 경우에는 소결 과정에서 플레이크 형상이 무너져 코팅층의 기공 크기가 작아지거나 또는 기공율이 떨어져, 여과대상에 대한 여과율 및 투과율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 코팅층의 기공율은 35% 내지 55% 범위인 것이 바람직하다. 상기 기공율이 35% 미만인 경우에는 여과대상의 투과율이 현저히 떨어져, 여과장치에 지나친 부하가 걸릴 수 있는 문제점이 있고, 상기 기공율이 55%를 초과하는 경우에는 여과대상에 대한 여과율이 저하되어 필터로서의 기능이 저하되는 문제점이 있다.
이때, 본 발명의 코팅층의 제2 기공크기는 지지체의 제1 기공크기보다 작고, 0.1㎛ 내지 1㎛의 범위인 것이 바람직하다. 상기 제2 기공크기가 0.1㎛ 미만인 경우에는 여과대상의 투과율이 현저히 떨어져 여과 효율이 저하되고, 여과장치에 지나친 부하가 걸릴 수 있는 문제점이 있고, 상기 제2 기공크기가 1㎛를 초과하는 경우에는 여과대상에 대한 여과율이 저하되어 필터로서의 기능이 저하되는 문제점이 있다.
한편, 본 발명의 지지체 및 코팅층은 스테인레스스틸 계열, Ni 계열, 또는 Ti 계열 금속의 지지체 및 코팅층일 수 있고, 지지체와 코팅층을 형성하는 물질은 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 보다 더 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예, 비교예 및 실험예는 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐, 이하의 기재 내용에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
평균 30 μm 크기의 SUS316L 분말을 디스크형 몰드에 장입하여 일축가압 성형하여 성형체를 제조하였다. 성형체를 850 ℃에서 1 시간동안 소결하여, 두께 5 mm, 직경 20 mm의 디스크형상의 조대 기공의 다공성 지지체를 제조하였다.
상기 제조된 다공성 지지체 상에 습식 분말 분무 공정으로 등가직경 30 μm, 두께 1 μm의 플레이크 형상의 SUS316L 분말 0.146 g 폴리비닐알코올 바인더와 함께 에탄올에 혼합하여 혼합액을 제조한 후, 이를 분무하여 코팅층을 형성하였다. 상기 습식 분말 분무 공정시 분무노즐의 직경은 0.8mm, 분무노즐과 다공성 지지체 상 사이의 거리는 200mm로 고정하였다. 코팅층 형성 후 950oC 에서 30 분 동안 소결하여 필터를 제조하였다. 소결 후 코팅층의 두께는 139 μm였다.
<실시예 2>
플레이크 형상의 SUS316L 분말 0.288 g을 분무하여 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필터를 제조하였다.
<실시예 3>
플레이크 형상의 SUS316L 분말 0.065 g을 분무하여 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필터를 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 필터를 제조하되, 직경 7 μm의 구형 분말 0.129 g을 사용하여 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필터를 제조하였다. 소결 후 코팅층의 두께는 70 μm였다.
<비교예 2>
구형 분말 0.341 g을 사용하여 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 필터를 제조하였다.
*<비교예 3>
구형 분말 0.527 g을 사용하여 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 필터를 제조하였다.
<비교예 4>
평균 30 μm 크기의 SUS316L 분말을 디스크형 몰드에 장입하여 일축가압 성형하여 성형체를 제조하였다. 성형체를 850 ℃에서 1 시간동안 소결하여, 두께 5 mm, 직경 20 mm의 디스크형상의 조대 기공의 다공성 지지체를 제조하였다.
<실험예 1>
제조된 필터의 기공 구조를 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다. 상기 실시예 1에 의하여 제조된 필터의 코팅층 상면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1에 따르면, 실제 본 발명의 실시예 1에 의하여 제조된 필터의 코팅층은 플레이크 형상의 분말들이 접합되어 형성되고 있다는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 2>
제조된 필터의 기공율을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다. 상기 실시예 1 및 비교예 1에 의하여 제조된 필터의 측면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 또한, 주사전자현미경 관찰 결과로부터 화상 분석기를 이용하여 각 필터 코팅층의 기공율을 측정하였다. 실시예 1의 경우 기공율이 48 %이고, 비교예 1의 경우 기공율이 35 %임을 확인하였다. 즉, 실시예 1에 의하여 제조된 코팅층은 비교예 1의 코팅층과 비교하여 기공율이 약 37 % 이상 높아진다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 본 발명의 필터는 코팅층의 기공율이 높아 여과대상의 투과율이 크게 개선되는 장점이 있다. 또한, 플레이크 형상의 분말이 이루는 매우 복잡한 3차원 기공구조에 의하여 여과대상의 여과율 또한 크게 개선되는 장점이 있다.
도 2를 보면, 실시예 1에 의하여 제조된 필터의 코팅층의 경우 플레이크 형상의 분말들이 판상 형태로 적층되어, 매우 복잡하고 기공율이 높은 유로를 형성하고 있다는 것을 알 수 있다. 반면, 비교예 1에 의하여 제조된 필터의 코팅층의 경우 서로 다른 크기의 구형 분말들이 적층되면서, 빈 공간을 채워, 기공율도 낮아지고, 기공의 크기도 작아진다는 것을 확인할 수 있다. 이를 통하여, 본 발명의 필터는 코팅층의 기공율을 일정 수준 이상으로 용이하게 유지할 수 있는 장점이 있다는 것을 알 수 있고, 복잡한 유로를 통하여 여과대상에 대한 여과율이 개선되는 효과가 있다는 것을 알 수 있다.
<실험예 3>
코팅층을 위한 원료 물질을 동일한 양으로 사용한 경우의 코팅층 차이를 확인하기 위하여 이하와 같은 실험을 수행하였다. 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 필터의 코팅층 두께를 측정하였다. 실시예 1은 플레이크 형태의 분말을 0.146 g 사용하였고, 비교예 1은 구형 분말을 0.129 g 사용하여 거의 유사한 양의 원료 분말을 사용하였다. 측정 결과 실시예 1의 코팅층 두께는 139 μm인 반면, 비교예 1의 코팅층 두께는 70 μm에 불과하여, 실시예 1의 코팅층의 절반에 불과한 것을 확인하였다. 이를 통하여, 동일한 양의 원료물질을 사용하는 경우, 본 발명의 방법을 통하여 더 두꺼운 코팅층을 형성할 수 있다는 것을 알 수 있다. 코팅층이 두꺼워지면 그만큼 여과대상이 유동하는 유로가 길어지게 되고, 이에 따라 여과대상에 대한 여과율이 향상되는 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 동일한 양의 원료물질을 사용하는 경우 더 우수한 여과율을 얻을 수 있는 필터를 제조할 수 있는 장점이 있다는 것을 알 수 있다.
<실험예 4>
코팅층을 위한 원료 물질을 동일한 양으로 사용한 경우의 통기도를 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다. 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 4의 필터에 대하여 Capillary Flow Porometer를 이용하여 필터의 한쪽 면에서 압축공기의 압력을 증가시키면서 필터를 투과시켜 반대쪽 면으로 투과되어 나오는 공기의 양을 측정하여, 압축공기의 압력 증가에 따른 투과되어 나오는 공기의 양을 측정하는 방법으로 통기도를 측정하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에 따르면, 코팅층을 위한 원료물질의 양을 유사하게 하였을 때, 실시예 1의 코팅층이 비교예 1의 코팅층보다 두께가 더 두꺼움에도 불구하고, 통기도가 더 높다는 것을 확인할 수 있다. 이를 통하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 필터는 비교예 1의 필터와 비교하여 여과대상에 대하여 여과도도 더 우수하고(두께가 더 두껍기 때문에), 나아가 통기도(투과도)도 더 우수하다는 것을 알 수 있고, 이는 필터의 효율이 우수할 뿐만 아니라, 필터가 장착되는 장치에 걸리는 부하량도 줄어들게 할 수 있는 효과가 있다는 것을 의미한다.
<실험예 5>
코팅층의 두께를 동일하게 했을 때 각 필터의 통기도를 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다. 실시예 1, 비교예 2 및 비교예 4의 필터에 대하여 Capillary Flow Porometer를 이용하여 필터의 한쪽 면에서 압축공기의 압력을 증가시키면서 필터를 투과시켜 반대쪽 면으로 투과되어 나오는 공기의 양을 측정하여, 압축공기의 압력 증가에 따른 투과되어 나오는 공기의 양을 측정하는 방법으로 통기도를 측정하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 실시예 1 필터의 코팅층 두께는 139 μm이고, 비교예 2 필터의 코팅층 두께는 165 μm로, 양 필터의 코팅층 두께는 유사하다.
도 4에 따르면, 유사한 두께의 코팅층의 경우 본 발명의 실시예 1에서 제조된 필터의 통기도가 비교예 2에서 제조된 필터의 통기도보다 우수하다는 것을 알 수 있다. 이를 통하여 본 발명에 따른 필터가 여과 효율이 우수하고, 장착되는 장치에 가하여 지는 부하량을 줄일 수 있다는 것을 알 수 있다.
<실험예 6>
서로 다른 형태의 분말을 이용하여 코팅층을 형성함에 있어, 코팅의 양을 증가시킴에 따른 필터의 기공크기 분포를 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다. 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 필터에 대하여 Capillary Flow Porometer를 이용하여, 낮은 표면장력과 낮은 증기압을 갖는 유체를 사용하여 필터를 완전히 함침시켜서 필터에 있는 모든 기공에 유체가 채워지도록 한 후 압축공기를 이용하여 서서히 압력을 증가시키는데, 압축공기압이 증가됨에 따라 시편내부를 관통해서 나오는 압축공기의 양과 압력을 측정하고, 유체가 제거된 상태에서 다시 한번 압축공기압을 증가시켜 투과되어 나오는 압축공기양과 압력을 측정하는 방법으로 기공크기를 측정하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 따르면, 실시예의 경우 및 비교예의 경우 모두 코팅의 양이 증가할수록 기공의 크기가 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 기공의 크기가 줄어들수록 보다 작은 입자를 필터를 통해 여과할 수 있다. 또한, 구형 분말로 코팅한 비교예와 비교하여, 플레이크 형상의 분말로 코팅한 실시예의 경우 평균 기공의 크기는 유사하지만 기공 크기의 분포가 더 넓다는 것을 확인할 수 있다. 이러한 영향으로 인해 플레이크 형상의 분말로 코팅을 실시할 경우, 구형 분말로 코팅한 경우에 비해서 더 넣은 크기 분포의 입자의 여과가 가능한 장점이 있다.

Claims (13)

  1. 금속 분말들의 성형에 의하여 형성되고, 제1 기공크기를 갖는 다공성의 금속 지지체; 및
    상기 지지체 상에 형성되고, 상기 금속 지지체와 확산 접합되며, 상기 제1 기공크기보다 작은 제2 기공크기를 갖는 금속 코팅층을 포함하되, 상기 코팅층은 플레이크 형상의 금속 분말들이 상호 확산 접합되어 3차원 기공구조를 갖는 것을 특징으로 하는 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 기공크기는 5㎛ 내지 100㎛ 인 것을 특징으로 하는 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 플레이크 형상의 금속 분말의 등가직경은 5㎛ 내지 100㎛ 인 것을 특징으로 하는 필터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플레이크 형상의 금속 분말의 종횡비는 5 내지 100 인 것을 특징으로 하는 필터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 코팅층의 기공율은 35 % 내지 55 %인 것을 특징으로 하는 필터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 코팅층의 제2 기공 크기는 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 필터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 필터는 반도체 장비용 필터 또는 가스 여과기용 필터인 것을 특징으로 하는 필터.
  8. 금속 분말들을 성형하여 제1 기공크기를 갖는 다공성의 금속 지지체를 형성하는 단계;
    상기 형성된 지지체 상에 습식 분말 분무 공정으로 플레이크 형상의 금속 분말을 분무하여 코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 코팅층을 소결하여, 상기 플레이크 형상의 금속 분말들을 상호 확산 접합시키고, 상기 코팅층과 상기 금속 지지체를 확산 접합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 기공 크기는 5 ㎛ 내지 100 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 필터의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 코팅층의 금속 분말 종횡비는 5 내지 100 으로 형성되는 것을 특징으로 하는 필터의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 코팅층을 소결하는 단계는 600 oC 내지 1300 oC의 온도에서 30 분 내지 120 분동안 수행되는 것을 특징으로 하는 필터의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 소결 후 코팅층의 기공율은 35 % 내지 55 %인 것을 특징으로 하는 필터의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 소결 후 코팅층의 기공 크기는 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 필터의 제조방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112403105A (zh) * 2020-10-30 2021-02-26 西北有色金属研究院 一种低粗糙度小孔径不锈钢多孔片及其制备方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101971645B1 (ko) * 2018-06-29 2019-04-23 한국기계연구원 플레이크 형상의 분말 코팅층을 포함하는 필터 및 이의 제조방법
KR102295225B1 (ko) * 2019-08-30 2021-08-30 주식회사 아스플로 Igs 모듈용 필터 및 그 제조방법
DE102020124689A1 (de) * 2020-09-22 2022-03-24 Herding Gmbh Filtertechnik Eigenstabiles durchströmungsporöses Filterelement und Verfahren zur Herstellung eines solchen Filterelements

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3453104A (en) * 1967-11-28 1969-07-01 Lockheed Aircraft Corp Process for making porous materials
US20080107806A1 (en) * 2004-08-21 2008-05-08 Umicore Ag & Co.Kg Method for Coating a Wall Flow Filter With a Coating Composition
US20090238646A1 (en) * 2000-11-16 2009-09-24 Sansalone John J Porous Pavement for Water Quality and Quantity Management
KR101064959B1 (ko) * 2010-03-12 2011-09-16 한국에너지기술연구원 가스터빈 및 압축기 유입공기 정화용 심층여과 에어필터 여재 및 이를 사용한 심층여과 에어필터 카트리지
KR20110127225A (ko) * 2009-02-26 2011-11-24 존슨 맛쎄이 퍼블릭 리미티드 컴파니 압축점화 엔진으로부터 배출된 배기가스로부터 미립자 물질을 여과하기 위한 필터
KR101971645B1 (ko) * 2018-06-29 2019-04-23 한국기계연구원 플레이크 형상의 분말 코팅층을 포함하는 필터 및 이의 제조방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4562039A (en) * 1984-06-27 1985-12-31 Pall Corporation Porous metal article and method of making
US5620669A (en) * 1995-08-15 1997-04-15 W. L. Gore & Associates, Inc. Catalytic filter material and method of making same
US6652804B1 (en) 1998-04-17 2003-11-25 Gkn Sinter Metals Gmbh Method for producing an openly porous sintered metal film
US20110039690A1 (en) * 2004-02-02 2011-02-17 Nanosys, Inc. Porous substrates, articles, systems and compositions comprising nanofibers and methods of their use and production
JP4522939B2 (ja) * 2005-10-31 2010-08-11 アルプス電気株式会社 基板と部品間の接合構造及びその製造方法
KR100679332B1 (ko) 2005-11-23 2007-02-06 학교법인 포항공과대학교 다공성 금속파우더 코팅층을 가진 연료 전지의 연료개질기용 열교환기 튜브
US20150225302A1 (en) * 2012-10-08 2015-08-13 Dow Global Technologies Llc Improved porous bodies comprised of mullite and methods of forming them
US10101258B2 (en) * 2014-08-28 2018-10-16 Tsi, Incorporated Detection system for determining filtering effectiveness of airborne molecular contamination

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3453104A (en) * 1967-11-28 1969-07-01 Lockheed Aircraft Corp Process for making porous materials
US20090238646A1 (en) * 2000-11-16 2009-09-24 Sansalone John J Porous Pavement for Water Quality and Quantity Management
US20080107806A1 (en) * 2004-08-21 2008-05-08 Umicore Ag & Co.Kg Method for Coating a Wall Flow Filter With a Coating Composition
KR20110127225A (ko) * 2009-02-26 2011-11-24 존슨 맛쎄이 퍼블릭 리미티드 컴파니 압축점화 엔진으로부터 배출된 배기가스로부터 미립자 물질을 여과하기 위한 필터
KR101064959B1 (ko) * 2010-03-12 2011-09-16 한국에너지기술연구원 가스터빈 및 압축기 유입공기 정화용 심층여과 에어필터 여재 및 이를 사용한 심층여과 에어필터 카트리지
KR101971645B1 (ko) * 2018-06-29 2019-04-23 한국기계연구원 플레이크 형상의 분말 코팅층을 포함하는 필터 및 이의 제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112403105A (zh) * 2020-10-30 2021-02-26 西北有色金属研究院 一种低粗糙度小孔径不锈钢多孔片及其制备方法
CN112403105B (zh) * 2020-10-30 2022-04-29 西北有色金属研究院 一种低粗糙度小孔径不锈钢多孔片及其制备方法

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