WO2021145629A1 - 비정질 금속다공체 및 그 제조방법 - Google Patents
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- B22F2003/1051—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding by electric discharge
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
- B22F2301/35—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2304/00—Physical aspects of the powder
- B22F2304/10—Micron size particles, i.e. above 1 micrometer up to 500 micrometer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/11—Making porous workpieces or articles
- B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
- B22F3/1134—Inorganic fillers
Definitions
- One aspect of the present invention relates to an amorphous porous metal body and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a porous metal body including an amorphous alloy and a method for manufacturing the same.
- Porous metal refers to a metal having many pores inside, and is used in many fields such as aviation and electrochemistry due to its unique structure with high specific surface area and ultra-light weight and excellent mechanical properties.
- the relative density of polymer materials used as cushions, packaging materials, insulation materials, etc. is usually about 0.05 to 0.2, and in the case of metal, if the relative density is less than about 0.3, the pores have a cellular structure, so metallic foam Also called
- a metal having a porosity of 70% or less can be defined as a porous metal, but it is generally referred to as a porous metal including a metal having a cellular structure with a high porosity. .
- Porous metals were first manufactured by Sosnik in 1948 by adding mercury to molten aluminum to generate bubbles.
- various methods are being used in response to the use of porous metals. Representative manufacturing methods include melt gas injection, melt foaming, investment casting, metal deposition, unidirectional solidification, hollow metal sphere sintering, combustion synthesis, pressure sintering, etc. this is being reported
- pores in porous metals There are two types of pores in porous metals: open pores in which pores are connected to each other, closed pores in which each pores are isolated, and lotus-type pores in which pores are stretched in one direction. .
- the shape, pore size, and relative density of pores, which are characteristic factors of the porous metal, may vary depending on the manufacturing method, and an appropriate manufacturing method is selected and used according to the intended use.
- porous metal has a high porosity, various properties including physical, mechanical, and thermal properties are remarkably different from those of non-porous materials. It exhibits functions such as thermal insulation by internal pores, heat transfer ability by penetrating pores, and reaction promotion by large surface area.
- porous amorphous metal has high mechanical strength compared to low density due to the excellent physical and chemical properties of the amorphous alloy powder itself, and because it has a unique porous particle structure, it can be used as a functional material such as an energy absorber or fuel cell. , it can be used as a gas and liquid filtration filter when manufactured as an open-pore porous body.
- the casting method which is manufactured by casting together with the porous foam, and the powder metallurgy method, which is made by sintering powder or metal fibers, are mainly used.
- porous amorphous metal Utilizing these characteristics of porous amorphous metal, ultra-light materials, shock-absorbing materials, vibration-absorbing materials, soundproofing materials, heat insulating materials, filter materials, heat exchange materials, and biomedical materials are being developed.
- active research has been conducted until recently, such as the appearance of applied products in a wide range of fields such as the electronics industry, environmental industry, and energy industry, it is difficult to control the size and distribution of pores according to the manufacturing method, and it is difficult to produce products with uniform properties.
- One aspect of the present invention has been devised to solve the limitations of the conventional porous metal body and the problems in manufacturing the metal porous body using an amorphous alloy, and the uniformity and distribution of pores are constant so that the physical properties of the product as a whole are uniform. It aims to provide a metal porous body with improved quality by reducing the deviation.
- an aspect of the present invention has an object to provide a metal porous body composed of an amorphous phase by inducing diffusion and melting of a portion of the surface of the amorphous alloy powder using the amorphous alloy powder.
- Another object of the present invention is to provide a porous metal body made of an alloy including an amorphous phase and having excellent physical and chemical properties such as excellent hardness and corrosion resistance.
- An aspect of the present invention is a metal porous body including pores
- a powder connecting body in which at least a portion of adjacent amorphous alloy powders are connected to form a network structure
- the powder connection body includes a junction part (neck) in which a part of the surface of the adjacent amorphous alloy powder is melted and joined to each other,
- the amorphous metal porous body preferably has a corrosion loss rate of 10.0% or less under 50% HF condition
- the amorphous alloy powder may be connected to adjacent alloy powders by at least two or more junctions to form the network structure.
- the hardness of the amorphous metal porous body is 700 to 1300 Hv, and the density is preferably 1.5 to 7.0 g/cm 2 ,
- the uniformity of the pores is preferably 1 to 30.
- the amorphous alloy powder is composed of Cr, Mo, Mn, Co, Cu, Al, Ti, V, S, Si, Ni, P, Zn, Zr, Nb, Ag, Ta, W, Y, B and C. It is good to include an iron-based alloy having at least one element selected from the group and Fe,
- the amorphous alloy powder may include a first amorphous alloy powder and a second amorphous alloy powder having different average particle diameters.
- Another aspect of the present invention is a powder preparation step of preparing an amorphous alloy powder containing an amorphous phase
- the input energy is preferably electrical energy
- the powder connection body is adjacent to each other and includes amorphous alloy powders having a portion of the surface connected to each other on the outer surface,
- the distance (d) between the centers of the amorphous alloy powder preferably satisfies Equation 1 below.
- D A and D B are the particle diameters of each adjacent amorphous alloy powder
- the amorphous alloy powder may include a first amorphous alloy powder and a second amorphous alloy powder having different average particle diameters
- the input energy is preferably 0.1 to 0.5 kJ.
- a method for manufacturing an amorphous metal porous body comprising; a sintering step of applying temperature and pressure to the amorphous alloy powder to form a powder connection body in which the amorphous alloy powder adjacent to each other is connected in a network structure,
- the powder connection body is adjacent to each other and includes amorphous alloy powders having a portion of the surface connected to each other on the outer surface,
- the distance (d) between the centers of the amorphous alloy powder preferably satisfies Equation 1 below.
- D A and D B are the particle diameters of each adjacent amorphous alloy powder
- the amorphous alloy powder preferably includes a first amorphous alloy powder and a second amorphous alloy powder having different average particle diameters
- the sintering is performed at a temperature of 400 °C or more and 1200 °C or less, and a pressure of 10 MPa or more and 100 MPa or less,
- the powder preparation step is
- Polyethylene polypropylene, polystyrene (PS), ethylene vinyl acetate, polyoxymethylene, carbohydrate, ammonium carbonate, carbamide, metal and inorganic salts of metals It is preferable to include one or two or more substances selected from the group.
- the porous metal body according to one aspect of the present invention has a structure in which amorphous alloy powders are connected to each other by a junction part (neck) on the surface, and has physical properties such as excellent corrosion resistance and hardness characteristics of an amorphous alloy, and has a specific strength compared to a crystalline metal porous body It has excellent advantages.
- a powder porous body by melting a portion of the surface without completely melting the amorphous alloy powder, so that the problem of crystalline phase formation due to insufficient cooling rate during cooling of the amorphous alloy can be solved.
- a porous metal body having chemical properties can be manufactured.
- the pores formed between the powders can be formed in a uniform size and distribution over the entire volume, so that a plurality of pores are uniformly distributed when the powder connection body is formed. of the pores can be formed, and the uniformity of the plurality of pores provided in the entire amorphous metal porous body is high, so that the dispersion is excellent and the physical properties are uniform.
- the amorphous metal porous body can be manufactured as an open pore type porous body by controlling the porosity, so it can be applied as a gas filtration filter. Based on the excellent corrosion resistance properties of the amorphous metal, it can be used as an acid gas filtration filter. Applicable.
- the mechanical strength is set to a level similar to that of human bones, so that it can be used as a biocompatible material that can be used as a dental or orthopedic implant or graft material.
- FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of an amorphous metal porous body according to an aspect of the present invention.
- FIG. 2 is a view showing a hexagonal most dense structure, a face-centered cubic structure, and a body-centered cubic structure, which are structures in which particles can be arranged in space.
- 3 is a three-dimensional view showing the arrangement between particles in a tetrahedral site when particles of different sizes are mixed and filled.
- FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the relationship between the arrangement and radius between particles on a plane when particles of different sizes are mixed and filled.
- One aspect of the present invention is an amorphous metal porous body 100 made of an amorphous alloy, and the amorphous metal porous body 100 includes a plurality of pores 10 provided on the surface and inside.
- An amorphous alloy in the present specification is an alloy to which alloying elements that improve amorphous formation ability are added, and is composed of a short range ordered structure and a long range ordered structure depending on the cooling rate, so that chemical and It means a material having superior mechanical properties than a general crystalline alloy due to excellent mechanical properties, and in the present specification, it is understood in a broad sense to mean an alloy including an amorphous phase in at least one region according to a manufacturing method and a post-treatment method.
- the amorphous metal porous body according to this aspect is composed of an amorphous powder having a very high amorphous forming ability or a semi-amorphous powder having a slightly lower amorphous forming ability than an amorphous powder, and is a metal porous body including a plurality of pores 10 provided between the powders.
- the metal or alloy containing the amorphous phase in the porous metal body is not limited, but preferably includes an iron (Fe)-based amorphous alloy, and substituting other elements included in the amorphous alloy from the embodiment of the present invention , it is also possible to use an alloy having a composition in which the content ratio is changed or included.
- the alloy composition of the amorphous alloy powder (1) is Cr, Mo, Co, Cu, Al, Ti, V, Si, Ni, P, Zn, Zr, Nb, Ag, Ta, Mg, It may be an iron-based alloy containing at least one element selected from the group consisting of Sn, W, Y, B and C and the remainder Fe, and among them, an alloy having a high amorphous forming ability is preferably used.
- it contains at least any one of Cr and Mo in an amount of 30 to 50 wt%, and contains at least any one or more selected from the group consisting of Si, B and C in an amount of 0.5 to 10 wt%, and additionally Co, Cu , Al, Ti, V, Si, Ni, P, Zn, Zr, Nb, Ag, Ta, Mg, Sn, and an alloy having a composition in which at least one selected from the group consisting of Sn and W is included within 40 wt% may be used. there is.
- the alloy 20 to 35 wt% of Mo, 10 to 20 wt% of Cr is included, and at least one or more of Si, B and C is included within 1 to 7 wt%, and the balance consists of Fe. It is good to use this.
- An alloy having a composition including at least one selected from the group consisting of Si, Ni, P, Zn, Zr, Nb, Ag, Ta, Mg, Sn and W in an amount of 0.5 to 35 wt% may be used.
- Ti-based amorphous alloy Ti-Si, Ti-Zr, or Ti-Nb alloy, etc.
- Mg-based amorphous alloy Mg-Zn-based, Mg -Cu
- Ni-based amorphous alloys Ni-W-based, Ni-Nb-based, Ni-Cr-based, Ni-Cu-based, etc.
- the Fe-based amorphous alloy does not satisfy the alloy composition, the fraction of the amorphous phase contained in the alloy is lowered, and the effects such as physical properties of the amorphous alloy are not high, so the physical and chemical properties (hardness, strength, corrosion resistance, etc.) of the porous metal body are deteriorated (degradation) may occur.
- the size or thickness of the metal foam must be below a certain level, but when an amorphous alloy is used in a non-melting condition to produce an amorphous metal foam, the amorphous phase
- the amorphous alloy powder (1) containing the amorphous alloy powder (1) is not completely melted to form the powder connection body (4) to maintain a high ratio of the amorphous phase and to obtain an amorphous metal porous body (100) having uniform pores (10) therein
- the amorphous metal porous body 100 includes a plurality of amorphous alloy powders 1 having the above-described composition that are three-dimensionally connected to each other to form a network structure, and a plurality of powder connectors provided between the powder connector 4 It is made, including the pores (10).
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a partial structure of an amorphous metal porous body 100 according to an embodiment of the present invention, wherein the pores 10 provided between the powder connecting body 4 and the powder connecting body 4 are shown. shown.
- Powder connector (4) (Sintering neck) refers to a structure in which the amorphous alloy powder (1) is connected to at least two different amorphous alloy powders (1) adjacent to each other on the outer surface through a joint.
- the powder connection body 4 has a structure in which the amorphous alloy powder 1 is melted or softened at least in part on the surface to form a junction with the adjacent amorphous alloy powder 1, but only a part of the amorphous alloy powder 1 Due to melting, it may include at least a part of the form of the amorphous alloy powder (1).
- One amorphous alloy powder (1) forms a junction with at least one amorphous alloy powder (1) adjacent to the periphery, and preferably forms a junction with at least two or more amorphous alloy powders (1) to form a three-dimensional network It is good to form a network structure.
- the amorphous metal porous body 100 may be manufactured without completely melting the powder by using the amorphous alloy powder (1) or a composite powder mixed material including the amorphous alloy powder (1).
- the adjacent amorphous alloy powder 1 may be a powder having a single particle size distribution, or may be a mixed powder having different average particle size distributions.
- the particle size is formed the D A of the amorphous alloy powder 1 and the particle size D B of the other amorphous alloy powders (1) to each other joints in a state where the contact with each other constitutes the contact point or the contact surface and connecting to form a powder connection body 4 can do.
- D A and D B may be the same particle size or particle size of any two powders obtained from powders having a single particle size distribution, and may be particle sizes of powders included in the mixed powder of powders having different average particle sizes. .
- the amorphous alloy powder (1) after sintering constitutes the powder connection body (4), forms a junction at the contact surface, and when the distance between the centers of the amorphous alloy powder (1) is d, d is the powder connection body (4) It is good to satisfy 0.5 to 1.1 times the center-to-center distance of the amorphous alloy powder (1) before forming, preferably 0.5 to 0.8 times, and can be expressed as the following Equation 1.
- D A and D B are the particle diameters of each adjacent amorphous alloy powder
- the range of d When the range of d is smaller than the corresponding range, the shape deformation of the amorphous alloy powder 1 becomes too large when the powder connection body 4 is formed, so that the thickness of the amorphous junction increases and the particle size of the pores 10 becomes small, so that the ratio of closed pores If the range of d is larger than the corresponding range, the thickness of the amorphous junction becomes too thin, so that adjacent pores 10 are connected to each other or the uniformity of the pores 10 is lowered, and a decrease in mechanical strength occurs.
- the amorphous alloy powder (1) be a spherical or a powder having a spherical shape. At this time, when the spherical powder is stacked, the voids between the powders, which inevitably occur, are uniformly distributed over the entire volume, and the size of the voids is amorphous. Although it is affected by the particle size and particle size distribution of the alloy powder (1), it can be obtained with high uniformity.
- the pores formed when the powder is laminated may be formed as the pores 10 provided between the powder connecting bodies 4, so that the amorphous metal porous body 100 is formed.
- the plurality of pores 10 provided are uniform and the size is also uniform, so there is an advantage of having a high pore uniformity.
- FIG. 2 is a view showing various three-dimensional arrangements that a powder may have in space.
- FIG. 2 show an ideal packing method or filling structure assuming spherical particles having the same diameter.
- the position of each point shown means the position of the center of the amorphous alloy powder (1) when the amorphous alloy powder (1) is charged, and the amorphous Although the surface and appearance of the alloy powder 1 are not shown, they have a structure in contact with each other on the surface.
- HCP hexagonal closed packing
- FCC face centered cubic
- BCC body-centered cubic
- the filling rate of the space can be maximized, and in one amorphous alloy powder (1)
- the coordination number which is the number of adjacent amorphous alloy powders 1 in contact, can be obtained as 12 pieces.
- one amorphous alloy powder (1) located inside the metal porous body is about It is possible to form a joint with 12 powders.
- the size and density of the plurality of pores 10 included in the amorphous metal porous body 100 may be controlled, and physical properties such as hardness and elastic modulus may change, or the use and application fields of the metal porous body may vary accordingly. there is.
- the pores 10 included in the amorphous metal porous body 100 have a great influence on the characteristics of the amorphous metal porous body 100 .
- the plurality of pores 10 included in the amorphous metal porous body 100 are divided into open pores formed in a structure connected to the outside according to the structure and closed pores formed in a structure not connected to the outside.
- the structure of the pores included in the amorphous metal porous body 100 according to an aspect of the present invention is not limited, and the structure of the pores may vary depending on the size and number of the total pores, and open pores and closed pores It is also possible to utilize the amorphous metal porous body 100 including all of the.
- the pores 10 may have various shapes, for example, from a shape close to a spherical shape to a shape close to a rectangular parallelepiped.
- the particle size of the pores 10 greatly affects the overall physical properties in the amorphous metal porous body 100, but if the particle size of the pores 10 is too large, a problem of decreasing the mechanical strength and the elastic modulus of the metal foam body may occur.
- the particle size of the pores means the size of the pores observed in the cross-section of the metal porous body.
- the particle size of the pores means the size of the pores observed in the cross-section of the metal porous body.
- the diameter of the pores in the cross-section, and if the shape of the pores in the cross-section is out of the spherical shape, the average value of the major and minor diameters is used as the particle diameter define. That is, when the term "pore size" is used below, it is used in a meaning including the diameter of the spherical pores observed in the cross section of the amorphous metal porous body 100, and the average value of the major and minor diameters of the non-spherical pores. .
- the average particle diameter and porosity of the pores 10 of the amorphous metal porous body 100 vary depending on the application part, and the amorphous metal porous body 100 is used. However, it can be controlled in various ways according to the properties and performance required for the part.
- the particle diameter of the pores is 30 to 300 ⁇ m, preferably 30 to 200 ⁇ m, more preferably is preferably 30 to 150 ⁇ m, and in parts requiring mechanical strength, 10 to 300 ⁇ m, preferably 10 to 200 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m.
- the amorphous metal porous body 100 When the amorphous metal porous body 100 is used as a filter material, if the average particle diameter of the pores is smaller than the corresponding range, there may be a problem in that the pores are clogged or the fluidity of the fluid is lowered, thereby reducing the processing efficiency of the filter, If the average particle diameter is larger than the corresponding range, there may be a problem in that the filtering efficiency is lowered.
- the amorphous metal porous body 100 When the amorphous metal porous body 100 is used for parts or graft materials requiring mechanical strength, if the average particle diameter of the pores is smaller than 10 ⁇ m, there may be a problem in that the density increases and the specific strength decreases, and the average particle diameter of the pores is If it is larger than the corresponding range, there may be a problem in that properties such as hardness, yield strength, or breaking strength are deteriorated.
- the amorphous metal porous body 100 preferably has a uniformity of pores of 1 to 30.
- the pore uniformity is 5 to 30, preferably 10 to 20, more preferably 10 to 15, and when mechanical strength is required, 1 to 30, preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10.
- the volume fraction occupied by the pores may vary depending on the size of the pores described above, and the metal porous body It can be controlled differently depending on the purpose and use of the
- the volume fraction or porosity occupied by the entire pores 10 in the entire porous body is 5 to 30%, preferably 5 to 20%, more preferably 5 to 10 %, and in the case of a filter material (open-pore porous body), 50 to 90%, preferably 50 to 80%, more preferably 50 to 70%.
- the efficiency or utilization of the filter may decrease due to the formation of closed pores and a decrease in mechanical strength, and the performance of parts may be reduced. , or economic problems may occur.
- junction portion is provided in which the amorphous alloy powder 1 is connected to each other.
- the junction part maintains the mechanical strength of the amorphous metal porous body 100 between the adjacent pores 10, or can serve as a support region of the porous body and bonding with parts, and a filter that removes gas and liquid solid foreign substances enable it to perform its role.
- the thickness or width of the junction has the same meaning as the average distance between the pores 10 dispersed in the matrix, and the average distance between the pores 10 dispersed in the amorphous metal porous body 100 is 10 to 100 ⁇ m, preferably Preferably, it is 30 to 90 ⁇ m.
- the amorphous metal porous body 100 may have unique properties different from those of a general metal molded body, for example, it may have excellent characteristics such as density versus hardness, compressive strength, and the like, and chemical properties of the amorphous alloy powder. Also excellent.
- the amorphous metal porous body 100 of an embodiment of the present invention may have various densities depending on the porosity, but when used as a structural material, the density is 4.0 to 7.0, preferably 5.0 to 7.0 (g/cm 3 )
- the density is out of the range, a decrease in strength may occur due to an increase in porosity, or a problem in economic efficiency may occur due to heavy weight, and durability may decrease due to a decrease in mechanical strength.
- the density is preferably 1.5 to 3.5, preferably 2.5 to 3.5 (g/cm 3 ). Fluidity is lowered or the filter function is lost.
- the iron-based amorphous metal porous body 100 can utilize the excellent physical and chemical properties of the iron-based amorphous alloy powder 1, for example, hardness, yield strength, and corrosion resistance. has
- Corrosion characteristics in an acidic atmosphere can be confirmed through the loss rate due to corrosion, and the loss rate is calculated as the ratio of the weight after the corrosion test to the weight before the corrosion test.
- the corrosion rate may vary depending on the type of acid used, for example, an acid such as hydrofluoric acid, hydrochloric acid, and sulfuric acid may be used.
- the amorphous metal porous body 100 has a corrosion loss rate (weight after corrosion test / weight before corrosion test * 100) in a hydrofluoric acid (HF) atmosphere of 1 to 15%, preferably 1 to 10%, more preferably 1 to 5%, more preferably 1 to 3%.
- HF hydrofluoric acid
- the corrosion loss rate in a hydrochloric acid (HCl) atmosphere is preferably 0.0 to 10.0%, preferably 0.0 to 5.0%, more preferably 0.0 to 2.0%.
- the corrosion loss rate in a sulfuric acid (H 2 SO 4 ) atmosphere is preferably 0.01 to 1.0%, preferably 0.01 to 0.4%, more preferably 0.01 to 0.2%.
- the corrosion loss rate of the amorphous metal porous body 100 When the corrosion loss rate of the amorphous metal porous body 100 is out of the corresponding range, the purity of the gas and liquid to be filtered may be lowered, and it is difficult to apply it to an ultra-high-purity filtration filter. Since it is difficult to support the porous structure, the economical efficiency may be deteriorated due to damage to parts.
- the hardness of the amorphous metal porous body 100 is similar to the hardness of the amorphous alloy powder (1), which is ideal, 700 to 1300 Hv, preferably 800 to 1300 Hv, more preferably 900 to 1300 Hv it's good to be
- the hardness of the amorphous metal porous body 100 does not satisfy the corresponding range, it may be damaged when parts are fastened, or cracks may be formed due to wear during use, which may cause a decrease in productivity due to replacement of parts.
- the porous metal body which is an aspect of the present invention, is an amorphous metal porous body 100 that simultaneously satisfies the above-described characteristics, and specifically, it is preferable to include pores having a pore diameter or porosity within a specific range in order to have a density within the above-mentioned range. , at this time, the corrosion loss rate in the above range can be obtained for the metal porous body having a density in the range.
- the physical properties of the porous metal body are elements that are organically connected to each other, and when any one or more of the above-mentioned elements is out of the range described, other properties of the porous metal body are deteriorated or the original function is lost, and the object of the present invention is achieved. Unachievable problems may arise.
- the amorphous metal porous body 100 since the amorphous metal porous body 100 according to an aspect of the present invention has physical properties within the above-described range, it can be utilized in various fields.
- the field of application is not limited, but it can be applied to automobile interior materials, shock-absorbing materials, sound-absorbing materials, gas and liquid filter materials, catalysts or implants, and graft materials such as artificial bones and artificial joints utilizing lightweight and high-strength properties.
- the metal foam according to an aspect of the present invention when used as a medical material, it can be used to replace the conventionally used cobalt-chromium alloy, tantalum-based, or zirconium-based alloy, and the particle size of the pores described above during in vivo transplant It has a modulus of elasticity similar to that of bone and bone, thus promoting tissue growth and improving biocompatibility and stability.
- Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing the porous amorphous metal body 100 , and hereinafter, a method for manufacturing the porous amorphous metal body 100 including the above-described structure will be described.
- An example of this aspect is a method of manufacturing the amorphous metal porous body 100 by sintering an amorphous alloy powder by an electric discharge sintering method.
- the same contents as those described above in the specification may be included, and some repeated contents are omitted and described.
- the method of manufacturing the amorphous metal porous body 100 by the above electric discharge sintering is made including the amorphous alloy powder preparation step (S11) and the sintering step (S12).
- the amorphous alloy powder preparation step is a step of preparing the amorphous alloy powder 1 used for the amorphous metal porous body 100, and the metal porous body is prepared from the amorphous alloy powder 1, and the same as the above-described porous amorphous metal body 100. It is preferable to use an amorphous alloy having a composition, specifically, an Fe-based amorphous alloy, and in this case, the Fe-based amorphous alloy is preferably prepared in powder form.
- the prepared amorphous alloy powder 1 includes inter-powder voids provided between the spherical powders when filling in a predetermined space or volume.
- the amorphous alloy powder 1 may be a group of powders having a uniform particle size or a unimodal particle size distribution, and may include a first amorphous alloy powder and a second amorphous alloy powder having different particle sizes.
- the average particle diameter of the amorphous alloy powder 1 used is 30 to 160 ⁇ m, preferably 30 to 130 ⁇ m, and more preferably 30 to 100 ⁇ m.
- the average particle diameter D1 of the first amorphous alloy powder is 30 to 160 ⁇ m, preferably 30 to 130 ⁇ m, more preferably Preferably, it is preferably 30 to 100 ⁇ m, and the second amorphous alloy powder has an average particle diameter D2 smaller than that of the first amorphous alloy powder, and specifically D2 is 30 to 60 ⁇ m, preferably 30 to 50 ⁇ m.
- the pores between the powders provided in the entire volume are closed to form closed pores, or the shape, size and distribution of pores after sintering are non-uniform because it is difficult to disperse the pores in various ways. There are problems that can be obtained.
- the sintered body When sintering is performed by the electric discharge sintering method in the sintering step, the sintered body may be manufactured in a vacuum atmosphere after the molded body is manufactured. At this time, the degree of vacuum is 1 to 5 Torr, preferably 3 to 5 Torr, more preferably 4 to 5 Torr is good.
- the input energy at this time is preferably set to 0.1 to 0.5 kJ, preferably 0.1 to 0.4 kJ, more preferably 0.1 to 0.3 kJ.
- the value is lower than the corresponding value, sintering does not occur and the formation of the joint between the alloy powders is not preferably made, so the powder connection body 4 is not formed, or the amorphous metal porous body 100 is easily damaged when combined with other parts. can be caused
- the powder can be combined and sintered by applying high voltage and current within a short time of microseconds and discharging, and the intrinsic microstructure, mechanical properties and ratio of the amorphous phase generated in the conventional high-temperature sintering method are changed.
- the amorphous alloy powder (1) When performing electric discharge sintering, high electric energy is applied to the powder for a very short time, and the amorphous alloy powder (1) can be sintered by forming a joint in the surface area of the adjacent powder with a part of the surface melting quickly, and the process is The proceeding temperature proceeds near the glass transition temperature (T g ), so that it is possible to obtain an amorphous phase at a high rate.
- Another aspect of the present invention is another method of manufacturing the amorphous metal porous body 100, a method for producing a metal porous body by pressure sintering an amorphous alloy powder, the amorphous alloy powder preparation step (S21) and the pressure sintering step (S22) is made including
- the same content as the method for manufacturing the porous metal body and the content of the porous metal body described above in the specification may be included, and some repeated contents will be omitted.
- the amorphous alloy powder preparation step (S21) is a step of preparing or preparing an amorphous alloy powder of a desired composition, and according to an embodiment of the invention, the amorphous alloy powder is Cr, Mo, Co, Cu, Al, Ti, V, Si, It may be an iron-based alloy containing at least one element selected from the group consisting of Ni, P, Zn, Zr, Nb, Ag, Ta, Mg, Sn, W, Y, B and C and the remainder Fe, Among them, it is preferable to use an alloy having a high amorphous formation ability.
- the pressure sintering step (S22) is a step of charging the prepared powder into a mold of a desired shape and sintering under pressure at a high temperature to form a bond between particles of the amorphous metal powder and form a porous body.
- the pressing pressure may be controlled differently depending on the particle size and hardness of the amorphous powder, but a pressure of 10 to 100 MPa, preferably 30 to 80 MPa can be given
- the temperature during pressure sintering is not limited, and may be derived based on characteristics such as the composition, microhistological structure, and hardness of the amorphous powder, and after sintering, compression test of the metal porous body, observation of the shape of the joint, and the It can be selected according to the distribution. Illustratively, it may be 500 to 1200 °C, preferably 500 to 1000 °C, and preferably 500 to 800 °C.
- the sintering temperature is too high, an excessively formed neck between the powders may reduce the porosity and size of the pores of the metal porous body, segregation of some elements of the additive element may occur, and a coarse crystal phase may be formed. there is.
- the sintering temperature is too low, sufficient sintering may not be performed and the physical properties of the porous metal body may be weakened.
- the pressure pressure during pressure sintering may be controlled within various ranges depending on the sintering temperature, and may be selected according to the shape observation of the junction of the metal porous body after sintering, and the distribution and size of the pores 10 . Illustratively, it may be 10 to 100 MPa, preferably 10 to 80 MPa, and preferably 10 to 50 MPa.
- the direction of the pressing pressure methods such as one-way compression, two-way compression, and injection molding may be used, but the present invention is not limited thereto. It may be selectively used according to the tissue (porosity, pore size, shape and thickness of the neck).
- the amorphous metal porous body may be prepared by mixing the amorphous alloy powder 1 with the binder 11 and a space holder and then sintering it to prepare a porous metal body.
- the amorphous alloy powder preparation step S21 may further include mixing the amorphous alloy powder 1 and the space holder.
- the step of manufacturing the intermediate molded body 3 using the amorphous alloy powder 1 and the space holder 2 may be included, and the space holder removal step is performed simultaneously with the pressure sintering step. Or it is also possible to be included before and after the pressure sintering step.
- the space holder is a particle having a certain volume mixed with the amorphous alloy powder, and forms a green body with the amorphous alloy powder, and is removed in a later step to be provided in the amorphous metal porous body 100
- pores 10 may be formed in the space occupied by the space holder.
- the space holder 2 materials of various compositions can be used, and chemical stability is required because it must not chemically react with the amorphous alloy powder, and it is removed later so that the step of forming pores can proceed easily. It is preferable to have a property of easy removal, and to have ductility at room temperature so that the intermediate molded body 3 is not destroyed during manufacture and occupies a certain volume to preserve the position of the pores.
- the compound that can be used is not limited as long as the above conditions are met, and polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), Polymers such as ethylene vinyl acetate, polyoxymethylene, carbohydrates, and saccharides may be used, and materials such as ammonium carbonate or carbamide may be used, and metals such as Mg or NaCl may be used. Various salts including inorganic salts of metals can be used.
- the space holder 2 is then removed using a heat treatment or liquid leaching method to form pores 10 in the place where the space holder 2 was, and the intermediate sintered body from which the space holder 2 is removed is then subjected to a heat treatment process or pressure sintering process. It can be prepared as an amorphous porous body through
- the method for manufacturing a porous metal body according to this aspect of the present invention and the porous metal body manufactured thereby have excellent physical properties, elasticity and corrosion resistance and can be lightweight, so that it can be used in various material fields, automobiles, aviation, ships, interior materials, gas and fluid filter materials. It can be used in fields such as, and can be used as a carrier, carrier, support material, etc. due to its excellent surface area.
- the metal porous body can be used as a membrane filter for separation, concentration, fractionation, isolation, fixation, and adsorption, hydrogen storage alloy, catalyst carrier, and the like.
- Fe is the basic composition
- Cr is 30.9 wt%
- Mo is 4.0 wt%
- Ni is 18.0 wt%
- Co is 10.0 wt%
- Cu is 2.5 wt%
- B is 4.0 wt%
- Si is 1.4 wt%
- Fe After preparing an amorphous alloy powder having a particle size distribution of 15 to 64 ⁇ m from the amorphous alloy added as the remaining amount, sintering is carried out by applying a pressure of 10 MPa at 1000 ° C. using a pressure sintering method, and the remaining conditions are Examples A porous metal body was prepared in the same manner as in 1.
- a porous metal body was prepared in the same manner as in Example 1, except that an amorphous alloy powder having a particle size distribution of 50 to 100 ⁇ m in Example 1 was used.
- Example 1 using an amorphous alloy powder having a particle size distribution of 50 to 100 ⁇ m of the amorphous powder, sintering was performed under a vacuum degree of 5 Torr and an input energy of 0.3 kJ by using an electric discharge sintering method.
- An amorphous alloy having a particle size distribution of 80-100 ⁇ m from an amorphous alloy containing Fe as a basic composition Mo is 27.1 wt%, Cr is 15.8 wt%, B is 1.2 wt%, C is 3.7 wt%, and Fe is added as the remaining amount.
- sintering was performed by applying a pressure of 10 MPa at a temperature of 500° C. using a pressure sintering method to prepare a porous metal body.
- Example 4 Using the amorphous alloy powder in Example 4, sintering was carried out at a vacuum degree of 5 Torr and an input energy of 0.3 kJ using an electric discharge sintering method.
- Example 1 a first amorphous alloy powder having a particle size of 50 to 100 ⁇ m and a second amorphous alloy powder having a particle size of 15 to 50 ⁇ m were mixed in a weight ratio of 7:3 to prepare a mixed powder, and then pressurized A porous metal body was prepared by applying a pressure of 10 MPa at a temperature of 1000°C using a sintering method.
- Example 4 the first amorphous alloy powder having a particle size of 50 to 100 ⁇ m and the second amorphous alloy powder having a particle size of 15 to 50 ⁇ m were mixed in a weight ratio of 7:3 to prepare a mixed powder, and then A porous metal body was manufactured by sintering at a vacuum degree of 5 Torr and an input energy of 0.3 kJ using the electric discharge sintering method.
- a porous metal body was manufactured in the same manner as in Example 2, except that crystalline Fe-based powder (316L) was used instead of the amorphous alloy powder.
- a porous metal body was prepared in the same manner as in Example 2, except that crystalline Ni-based powder (Hastelloy) was used instead of the amorphous alloy powder.
- the particle diameter of the pores 10 included in the amorphous metal porous body prepared in Example 2 was observed with FE-SEM (Tescan, MIRA 3), and the junction and microstructure were observed, and the measured image was analyzed using an image analyzer. 10) was analyzed for size and porosity. Density was measured using the archimedes method. Using the Vickers hardness test, 10 g of load and 10 sec of pressure and decompression time were measured, and the results are shown in Table 1.
- Example 1 semi-amorphous 15 ⁇ 64 - 21.3 42.1 4.1 1023
- Example 2 semi-amorphous 50 to 100 - 42.5 51.2 3.4 1120
- Example 3 semi-amorphous 50 to 100 - 53.6 55.6 3.1 1137
- Example 4 amorphous 80 to 100 - 41.2 50.3 3.6 1240
- Example 5 amorphous 80 to 100 - 59.3 58.9 3.0 1260
- Example 6 semi-amorphous 50 to 100 15-50 13.2 39.6 4.2 1115
- Example 7 amorphous 50 to 100 15-50 14.1 38.5 4.4 1217 Comparative Example 1 Crystalline (316L) 50 to 100 - 42.5 52.3 3.8 138 Comparative Example 2 Crystalline (Hastelloy) 50 to 100 - 44.6 53.6 4.1 323
- Example 2 the corrosion loss rate was very low under the acid conditions of hydrofluoric acid, sulfuric acid and hydrochloric acid, and the corrosion rate in sulfuric acid and hydrochloric acid was very low, confirming that it can be used in a corrosive environment under acid conditions.
- Example 2 In the case of , 4, the corrosion loss rate was very low under the acid conditions of hydrofluoric acid, sulfuric acid and hydrochloric acid. In particular, it was possible to obtain a highly corrosion-resistant amorphous metal porous body with a corrosion loss rate of less than 2.0% at 50% HF.
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Abstract
본 발명의 일 측면은 기공을 포함하는 금속다공체로서, 서로 인접한 비정질 합금분말의 적어도 일부가 연결되어 네트워크 구조를 이루는 분말연결체와; 상기 분말연결체들 사이에 구비되는 복수의 기공;을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 다공체이다.
Description
본 발명의 일 측면은 비정질 금속다공체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 비정질합금을 포함하는 금속다공체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
다공성 금속이란 내부에 많은 기공(pore)을 갖는 금속을 말하며, 높은 비표면적을 가지는 독특한 구조로 인해 초경량, 뛰어난 기계적 특성으로 항공, 전기화학 등 많은 분야에서 이용된다.
다공성 금속은 기공도에 따라 가지는 성질이 달라질 수 있으며, 기공도를 표시하는 데에는 기공의 체적 비율을 나타내는 기공률 또는 기공이 많은 재료의 밀도(ρ2)를 기공이 없는 치밀한 재료의 밀도(ρ1)로 나눈 상대 밀도(ρ~=ρ2/ρ1)가 이용된다.
쿠션, 포장재, 단열재 등으로 이용되는 고분자 재료의 상대밀도는 보통 0.05~0.2정도이고, 금속의 경우 상대밀도가 약 0.3이하이면 기공이 세포형 구조(cellular structure)를 가지므로 메탈릭폼(metallic foam)이라 부르기도 한다.
상대밀도가 0.3이상이면 다공성 구조(porous structure)로 이행하므로 엄밀히 말하면 기공률이 70 % 이하인 금속을 다공성 금속으로 정의할 수 있으나 기공률이 높은 세포형 구조의 금속을 포함하여 다공성 금속으로 지칭하는 것이 일반적이다.
다공성 금속은 1948년 Sosnik가 용융 알루미늄에 수은을 넣어 기포를 발생시키는 방법으로 제조한 것이 시 초로서 현재는 다공질 금속의 용도에 대응하여 여러 가지 방법이 실용되고 있다. 대표적인 제조법으로는 용탕 가스주입법(Melt gas injection), 용탕발포법(Melt foaming), 소실주형법 (Investment casting), 금속증착법(Metal deposition), 일방향 응고법, 중공금속구 소결법, 연소합성법, 가압 소결법 등이 보고되고 있다.
다공질 금속의 기공의 형태에는 기공이 서로 연결된 개방형 기공(open pore), 각각의 기공이 격리된 폐쇄형 기공(closed pore), 기공이 한 방향으로 연신된 로터스형 기공(lotus-type pore)이 있다. 다공질 금속의 특성요인이 되는 기공의 형태, 기공크기, 상대밀도는 제조법에 따라 달라질 수 있으며, 목적하는 용도에 대응하여 적절한 제조방법이 선택되어 사용된다.
다공질 금속은 높은 기공률을 갖기 때문에 물리적, 기계적, 열적 특성을 위시한 제반 특성이 비다공성 소재와는 현저하게 다르므로 통상의 금속에서는 기대할 수 없는 우수한 경량성과 높은 비강도, 에너지 흡수능에 의한 흡음성과 방진성, 내부기공에 의한 단열성, 관통기공에 의한 열전달 능력, 큰 표면적에 의한 반응촉진 등의 기능성을 발휘한다.
특히, 다공질의 비정질 금속은 비정질 합금 분말 자체의 우수한 물리·화학적 특성에 기인하여 낮은 밀도 대비 높은 기계적 강도를 가지며, 독특한 다공성 입자 구조를 가지기 때문에 에너지 흡수제나 연료전지 같은 기능성 재료로도 활용될 수 있으며, 개기공 다공체로 제조시 가스 및 액체의 여과필터로까지 사용될 수 있다. 주로 다공체 폼과 함께 주조하여 제조하는 주조법과 분말이나 금속섬유를 소결하여 만드는 분말야금법이 사용된다.
이와 같은 다공성 비정질 금속의 특성을 활용하여 초경량재료, 충격흡수재료, 진동흡수재료, 방음재료, 단열재료, 필터재료, 열교환재료, 생체의료재료 등이 개발 되고 있으며, 건설산업, 자동차 산업, 기계산업, 전자산업, 환경산업, 에너지산업 등 광범위한 분야에서 응용제품이 출현하는 등 최근까지 활발한 연구가 진행되고 있으나, 제조방법에 따른 기공의 크기와 분포 조절이 어렵고, 균일한 물성을 가지는 제품을 생산하기 어려운 한계가 있으며, 활용가능한 금속 또한 대부분 알루미늄 또는 지르코늄 및 그 합금 정도로 한정되어 다양한 조성의 금속 또는 합금에 적용하여 활용가능한 분야의 개발이 더욱 필요한 실정이다.
본 발명의 일 측면은, 종래의 금속다공체가 가지는 금속다공체의 한계점과 비정질합금을 활용한 금속다공체 제조시의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기공의 균일도와 분포가 일정하여 전체적인 제품의 물성의 편차를 감소시킴으로써 품질이 향상된 금속 다공체를 제공하는 것을 목표로 한다.
또한, 본 발명의 일 측면은 비정질 합금분말을 이용하여 비정질 합금 분말의 표면 일부의 확산 및 용융을 유도하여 비정질 상으로 구성된 금속 다공체를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 비정질 상을 포함하는 합금으로 이루어져 우수한 경도 및 내식성 등의 물리적, 화학적 특성이 우수한 금속 다공체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 측면은 기공을 포함하는 금속다공체로서,
서로 인접한 비정질 합금분말의 적어도 일부가 연결되어 네트워크 구조를 이루는 분말연결체와;
상기 분말연결체들 사이에 구비되는 복수의 기공;을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속다공체이다.
여기에서, 상기 분말연결체는 인접하는 상기 비정질 합금분말들의 표면의 일부가 서로용융되며 접합되는 접합부(neck)를 포함하는 것이 좋고,
상기 비정질 금속다공체는 50% HF 조건에서 부식 손실률이 10.0% 이하인 것이 좋으며,
상기 비정질 합금분말은 인접한 합금분말들과 적어도 2개 이상의 상기 접합부로 연결되어 상기 네트워크 구조를 이루는 것이 좋다.
또, 상기 비정질 금속다공체의 경도는 700 내지 1300 Hv이고, 밀도는 1.5 내지 7.0 g/cm2인 것이 좋고,
상기 기공의 균일도는 1 내지 30 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 비정질 합금분말은 Cr, Mo, Mn, Co, Cu, Al, Ti, V, S, Si, Ni, P, Zn, Zr, Nb, Ag, Ta, W, Y, B 및 C로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 원소와 Fe를 가지는 철계 합금을 포함하는 것이 좋으며,
상기 비정질 합금분말은 평균입경이 서로 다른 제1 비정질 합금분말 및 제2 비정질 합금분말을 포함하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 측면은 비정질상을 포함하는 비정질 합금분말을 준비하는 분말준비단계; 및
상기 비정질 합금분말에 입력에너지를 공급해 서로 인접하는 상기 비정질 합금분말들이 네트워크 구조로 연결되는 분말연결체를 형성하는 소결단계;를 포함하는 비정질 금속다공체 제조방법이다.
여기에서, 상기 입력에너지는 전기에너지인 것이 좋고,
상기 분말연결체는 서로 인접하며 외면에서 표면의 일부가 서로 연결되는 비정질 합금분말들을 포함하고,
상기 비정질 합금분말들의 중심간 거리(d)는 하기 식 1을 만족하는 것이 좋다.
(식 1)
0.5 × (DA+ DB)/2 ≤ d ≤ 1.1 × (DA + DB)/2
(여기에서, DA 및 DB는 인접하는 각 비정질 합금분말의 입경)
또, 상기 비정질 합금분말은 평균입경이 서로 다른 제1 비정질 합금분말 및 제2 비정질 합금분말을 포함하는 것이 좋고,
상기 입력에너지는 0.1 내지 0.5kJ인 것이 좋다.
또 다른 측면으로는, 비정질상을 포함하는 비정질 합금분말을 준비하는 분말준비단계; 및
상기 비정질 합금 분말에 온도와 압력을 부여하여 서로 인접하는 상기 비정질 합금분말들이 네트워크 구조로 연결되는 분말연결체를 형성하는 소결단계;를 포함하는 비정질 금속다공체 제조방법이 있으며,
상기 분말연결체는 서로 인접하며 외면에서 표면의 일부가 서로 연결되는 비정질 합금분말들을 포함하고,
상기 비정질 합금분말들의 중심간 거리(d)는 하기 식 1을 만족하는 것이 좋다.
(식 1)
0.5 × (DA+ DB)/2 ≤ d ≤ 1.1 × (DA + DB)/2
(여기에서, DA 및 DB는 인접하는 각 비정질 합금분말의 입경)
또한,
상기 비정질 합금분말은 평균입경이 서로 다른 제1 비정질 합금분말 및 제2 비정질 합금분말을 포함하는 것이 좋고,
상기 온도는 400℃이상 1200℃이하, 압력은 10 MPa 이상 100 MPa 이하에서 소결되는 것이 좋으며,
상기 분말준비단계는,
상기 비정질 합금분말과 다른 조성의 스페이스 홀더(space holder)를 상기 비정질 합금분말과 혼합하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하고,
상기 스페이스 홀더는,
폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene), 탄수화물, 탄산암모늄, 카바마이드, 금속 및 금속의 무기염으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일측면에 따른 금속다공체는, 비정질 합금분말들이 서로 표면에서 접합부(neck)로 연결되는 구조를 가지고 있으며 비정질 합금이 가지는 우수한 내식성 및 경도 특성 등의 물성을 가지고 결정질 금속 다공체 대비 비강도가 우수한 장점이 있다.
또한, 비정질 합금분말을 완전히 용융시키지 않고 표면의 일부 영역을 용융시켜 분말 다공체를 제조할 수 있어 비정질 합금의 냉각시 냉각속도가 충분하지 못해 결정상이 형성되는 문제를 해소할 수 있으므로 비정질 합금의 우수한 물리적, 화학적 특성을 가지는 금속다공체가 제조될 수 있다.
또한, 비정질 합금 분말이 서로 접촉되며 쌓이는 경우, 분말들의 사이에 형성되는 공극이 전체 부피에 균일한 크기와 분포로 형성될 수 있으므로, 분말연결체의 형성시에 균일하게 분포된 공극들에 의해 복수의 기공이 형성될 수 있고, 전체 비정질 금속 다공체에 구비되는 복수의 기공의 균일도가 높아 분산이 우수하여 물성이 균일한 장점이 있다.
또한, 비정질 금속다공체는 기공율의 제어를 통해 개기공(open pore) 타입의 다공체로 제조될 수 있어 가스 여과 필터로 적용이 가능하며, 비정질이 가지는 우수한 내부식 특성을 바탕으로 산성 가스의 여과필터로 적용이 가능하다.
또, 비정질 금속다공체의 기공 크기, 기공율 제어를 통해 기계적 강도를 인체의 뼈와 유사한 수준으로 하여 치과나 정형외과용 임플란트 또는 이식재로 활용가능한 생체적합성소재로 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 비정질 금속다공체의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 공간에서 입자가 배열될 수 있는 구조인 육방최조밀구조, 면심입방구조 및 체심입방구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 서로 다른 크기의 입자가 혼합되어 충전되는 경우, 정사면체자리에서의 입자간 배열을 입체적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 서로 다른 크기의 입자가 혼합되어 충전되는 경우, 평면상에서 입자간 배열 및 반지름의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.
본 발명의 일 측면은 비정질 합금을 포함하여 이루어지는 비정질 금속다공체(100)로서, 비정질 금속다공체(100)는 표면 및 내부에 구비되는 복수의 기공(10)을 포함하여 이루어진다.
본 명세서에서의 비정질 합금이란, 비정질 형성능을 향상시키는 합금 원소들이 첨가된 합금으로, 냉각 속도에 따라 단거리규칙구조(short range ordered structure) 및 장거리규칙구조(long range ordered structure)로 구성되어 있어 화학적 및 기계적 성질이 우수하여 일반 결정질 합금 보다 우수한 물성을 가지는 소재를 의미하며, 본 명세서에서는 제조 방법 및 후처리 방법에 따라 비정질 상을 적어도 일 영역에서 포함하는 합금을 의미하는 넓은 의미로 이해된다.
본 측면에 따른 비정질 금속 다공체는 비정질 형성능이 매우 높은 비정질 분말 또는 비정질 형성능이 비정질 분말보다 다소 낮은 반비정질 분말로 이루어져 있으며, 분말사이에 구비되는 복수의 기공(10)을 포함하는 금속다공체이다.
금속다공체에서 비정질 상을 포함하는 금속 또는 합금은 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 철(Fe)계 비정질 합금을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하고, 본 발명의 실시예로부터 비정질 합금에 포함되는 다른 원소를 치환, 포함시키거나 일부 함량비를 변화시킨 조성의 합금이 사용되는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 비정질 합금분말(1)의 합금조성은 Cr, Mo, Co, Cu, Al, Ti, V, Si, Ni, P, Zn, Zr, Nb, Ag, Ta, Mg, Sn, W, Y, B 및 C로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 원소와 잔부의 Fe를 포함하는 철계 합금일 수 있으며, 이 중에서도 비정질 형성능이 높은 조성의 합금이 사용되는 것이 좋다.
구체적으로는 Cr 및 Mo 중 적어도 어느 하나 이상을 30 내지 50 wt%로 포함하고, Si, B 및 C 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 0.5 내지 10 wt%로 포함하며, 추가적으로 Co, Cu, Al, Ti, V, Si, Ni, P, Zn, Zr, Nb, Ag, Ta, Mg, Sn 및 W 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이 40 wt% 이내로 포함되는 조성의 합금이 사용될 수 있다.
합금의 일 예시로서는 Mo이 20~35 wt%, Cr이 10~20 wt%로 포함되고, Si, B 및 C 중 적어도 어느 하나이상이 1 ~ 7 wt% 이내로 포함되며, 잔부의 Fe 로 이루어지는 합금이 사용되는 것이 좋다.
다른 예시로는 Cr이 20~40 wt%, Mo이 3~10 wt%, Si, B 및 C 중 적어도 어느 하나이상이 1 ~ 7 wt%로 포함되며, Co, Cu, Al, Ti, V, Si, Ni, P, Zn, Zr, Nb, Ag, Ta, Mg, Sn 및 W 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 0.5 내지 35 wt% 로 포함하는 조성의 합금이 사용될 수 있다.
또 다른 예시로는 생체적합성이 우수한 Co-Cr 계 비정질 합금, Ti 계 비정질 합금(Ti-Si계, Ti-Zr계 또는 Ti-Nb계 합금 등) 또는 Mg계 비정질 합금(Mg-Zn계, Mg-Cu)이 사용될 수 있으며, 또 다른 예시로는, 고온 기계적 특성 및 내부식 특성이 우수한 Ni계 비정질 합금(Ni-W계, Ni-Nb계, Ni-Cr계, Ni-Cu계 등)도 사용될 수 있다.
Fe계 비정질 합금이 해당 합금조성을 만족하지 않는 경우, 합금에 포함되는 비정질상의 분율이 낮아져 비정질 합금이 가지는 물성 등의 효과가 높지 않아 금속다공체의 물리·화학적 특성(경도, 강도, 내식성 등)의 열화(degradation)이 일어날 수 있다.
비정질 합금을 사용하여 금속다공체를 제조하는 경우, 합금을 완전히 액화시킨 후 다시 냉각시키며 기공(10)을 형성하는 것도 가능한데, 비정질상을 가지게 하기 위하여 금속다공체를 냉각시키는 냉각속도가 매우 높을 것이 요구된다. 이러한 냉각속도 조건을 만족시키며 금속 발포체를 제조하기 위해서는 금속 발포체의 크기나 두께 등을 일정 수준 이하로 하여야 하는 한계점이 있으나, 비정질 합금을 비용융조건에서 활용하여 비정질 금속발포체로 제조하는 경우, 비정질상을 포함하는 비정질 합금분말(1)이 완전히 용융되지 않고도 분말연결체(4)를 형성하여 비정질 상의 비율을 높게 유지하며 내부에 균일한 기공(10)이 구비되는 비정질 금속다공체(100)를 얻을 수 있는 장점이 있다.
비정질 금속다공체(100)는 전술한 조성을 포함하는 비정질 합금분말(1)들이 서로 삼차원 적으로 연결되어 네트워크 구조를 이루는 분말연결체(4)와, 분말연결체(4)의 사이에 구비되는 복수의 기공(10)을 포함하여 이루어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 금속다공체(100)의 일부 구조를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 분말연결체(4)와 분말연결체(4)의 사이에 구비되는 기공(10)을 도시하였다.
분말연결체(4)(Sintering neck)는 비정질 합금분말(1)이 외면에서 인접하는 서로 다른 적어도 2이상의 다른 비정질 합금분말(1)들과 접합부를 통해 연결되는 구조를 의미한다. 분말연결체(4)는 비정질 합금분말(1)이 표면에서 적어도 일부만 용융되거나 연화되어, 인접하는 비정질 합금분말(1)과 접합부를 형성하여 이루어지는 구조를 가지는데, 비정질 합금분말(1)의 일부만 용융됨으로 인하여 비정질 합금분말(1)의 형태를 적어도 일부 포함할 수 있다.
하나의 비정질 합금분말(1)은 주변에서 인접하는 적어도 1이상의 비정질 합금분말(1)과 접합부를 형성하며, 바람직하게는 적어도 2이상의 비정질 합금분말(1)들과 접합부를 형성하여 삼차원적인 망상의 네트워크 구조를 형성하는 것이 좋다.
비정질 금속다공체(100)는 비정질 합금분말(1) 또는 비정질 합금분말(1)을 포함하는 복합분말 혼합소재를 활용하여 분말을 완전히 용융시키지 않고 제조될 수 있다. 이때, 인접한 비정질 합금분말(1)은 단일한 입도분포를 가지는 분말일 수도 있고, 서로 다른 평균입도분포를 가지는 혼합 분말일 수 있다.
입경이 DA인 비정질 합금분말(1)과 입경이 DB인 다른 비정질 합금분말(1)이 서로 접점 또는 접촉면을 이루며 서로 접하는 상태에서 서로 접합부를 형성하며 연결되어 분말연결체(4)를 형성할 수 있다. 여기에서 DA 및 DB는 서로 같은 입경이거나 단일한 입도분포를 가지는 분말에서 얻어진 임의의 2분말의 입경일 수 있고, 서로 다른 평균입경을 가지는 분말의 혼합분말에 포함되는 분말들의 입경일 수 있다.
이때, 인접하는 두 비정질 합금분말(1) 사이의 거리에 대하여 분말의 중심 사이의 거리(d)를 정의할 때 소결 전의 분말 중심 거리 d=(DA + DB)/2 로 표현된다.
소결 후의 비정질 합금분말(1)은 분말연결체(4)를 구성하며, 접촉면에서 접합부를 형성하고, 비정질 합금분말(1)의 중심간 거리를 d라고 할 때, d는 분말연결체(4)를 형성하기 이전의 비정질 합금분말(1)의 중심간 거리의 0.5 내지 1.1 배를 만족하는 것이 좋고, 바람직하게는 0.5 내지 0.8 배 인 것이 좋으며, 다음 식 1과 같이 표현될 수 있다.
(식 1)
0.5 × (DA+ DB)/2 ≤ d ≤ 1.1 × (DA + DB)/2
(여기에서, DA 및 DB는 인접하는 각 비정질 합금분말의 입경)
d의 범위가 해당 범위보다 작은 경우, 분말연결체(4) 형성시 비정질 합금분말(1)의 형태 변형이 너무 커져 비정질 접합부의 두께가 증가하고 기공(10)의 입경이 작아져 폐기공의 비율이 높아지는 문제가 있을 수 있으며, d의 범위가 해당 범위보다 큰 경우 비정질 접합부의 두께가 너무 얇아져 인접한 기공(10)들이 서로 연결되거나 기공(10)의 균일도가 떨어지고, 기계적강도의 저하가 발생하는 문제가 있다.
비정질 합금분말(1)은 구형이거나 구형에 가까운 형태를 가지는 분말인 것이 좋으며, 이 때, 구형 분말이 적층되는 경우 부득이하게 발생하는 분말간 공극이 전체 부피에서 균일하게 분포되며, 공극의 크기는 비정질 합금분말(1)의 입경 및 입도분포에 영향을 받으나 높은 균일도로 얻어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 금속다공체(100)는 분말의 적층시 형성되는 공극이 분말연결체(4)의 사이에 구비되는 기공(10)으로 형성될 수 있어 비정질 금속다공체(100)에 구비되는 복수의 기공(10)이 균일하고 그 크기 또한 균일하여 높은 기공균일도를 가지는 장점이 있다.
도 2는 공간에서 분말이 가질 수 있는 다양한 입체 배열을 나타낸 도면이다.
구체적으로는, 도 2의 (a), (b), (c)는 동일한 지름을 가지는 구형입자를 가정한 이상적인 패킹(packing) 방법 또는 충전구조를 나타낸 것이다. 비정질 합금분말(1)이 모두 동일한 직경을 가지는 구형 입자라고 가정할 때, 도시된 각 점의 위치는 비정질 합금분말(1)의 충전시 비정질 합금분말(1)의 중심의 위치를 의미하며, 비정질 합금분말(1)의 표면, 외관은 도시되지 않았으나 서로 표면에서 접하는 구조를 갖는다.
도 2의 (a), (b)는 각각 육방최조밀구조(Hexagonal closed packing, HCP), 면심입방(Face centered cubic, FCC)구조라고 부르며 약 74%의 충전율을 가지고, 도 2의 (c)는 체심입방구조(Body-centered cubic, BCC)로 약 68%의 충전율을 가지는 구조이다.
구체적으로는 비정질 합금분말(1)이 육방최조밀구조(Hexagonal closest packing, hcp) 또는 면심입방구조를 이룬다고 가정할 때, 공간의 충진율이 극대화될 수 있고, 하나의 비정질 합금분말(1)에 접촉되는 주변의 인접 비정질 합금분말(1)의 수인 배위수가 12개로 얻어질 수 있다.
즉, 해당 구조로 충전된 후 비정질 합금분말(1)들이 서로 접합부를 형성하며 분말연결체(4)를 형성하는 경우, 금속다공체의 내부에 위치하는 하나의 비정질 합금분말(1)이 평균적으로 약 12개의 분말과 접합부를 형성할 수 있다.
비정질 금속다공체(100)에 포함되는 복수의 기공(10)은 그 크기와 밀도 등이 제어될 수 있으며, 경도, 탄성계수와 같은 물리적 특성이 변화하거나 이에 따라 금속다공체의 용도 및 활용분야가 달라질 수 있다.
한편, 비정질 금속다공체(100)에 포함되는 기공(10)은 비정질 금속다공체(100)의 특성에 큰 영향을 미친다. 비정질 금속다공체(100)에 포함되는 복수의 기공(10)은 구조에 따라 외부와 연결되는 구조로 형성된 개방형 기공(open pore)과 외부와 연결되지 않는 구조로 형성된 폐쇄형 기공(closed pore)으로 구분될 수 있으며, 본 발명의 일 측면에 따른 비정질 금속다공체(100)에 포함된 기공의 구조는 제한되지 않으며, 전체 기공의 크기 및 수에 따라 기공의 구조가 달라질 수 있고, 개방형 기공과 폐쇄형 기공을 모두 포함하는 비정질 금속다공체(100)가 활용되는 것도 가능하다.
기공(10)은 다양한 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어 구형에 가까운 형태부터 직육면체에 가까운 형태일 수 있다. 기공(10)의 입경은 비정질 금속다공체(100)에서 전체적인 물성에 큰 영향을 주는데, 기공(10)의 입경이 너무 큰 경우 금속발포체의 기계적 강도와 탄성계수가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
기공(10)의 크기를 나타내기 위하여 이하에서는 기공의 입경을 정의하여 사용한다. 기공의 입경은 금속다공체의 단면에서 관찰되는 기공의 크기를 의미하며, 구형인 기공에서는 단면에서의 기공의 직경, 단면에서 기공의 형태가 구형을 벗어나는 경우 그 장경과 단경의 평균값을 기공의 입경으로 정의한다. 즉, 이하에서 기공의 입경이라는 용어가 사용되는 경우에는 이를 비정질 금속다공체(100)의 단면에서 관찰되는 구형인 기공의 직경과, 비구형인 기공의 장경 및 단경의 평균값을 모두 포함하는 의미로 사용한다.
기공(10)의 입경에 대해서 본 발명의 일 측면에 따른 비정질 금속다공체(100)의 기공(10)평균 입경 및 기공도는 응용 부품에 따라 다양하며, 비정질 금속다공체(100)가 사용되는 기술분야나 해당 부품에 요구되는 물성 및 성능에 맞게 다양하게 제어될 수 있다.
기공(10)의 평균 입경의 경우, 비정질 금속다공체(100)가 개기공(open pore) 다공체로서 필터 재료로 적용될 때는 기공의 입경은 30 내지 300㎛, 바람직하게는 30 내지 200㎛, 더욱 바람직하게는 30 내지 150㎛인 것이 좋으며, 기계적 강도가 요구되는 부품에서는 10 내지 300㎛, 바람직하게는 10 내지 200㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 100㎛인 것이 선호된다.
비정질 금속다공체(100)가 필터 재료로 이용되는 경우, 기공의 평균 입경이 해당 범위보다 작으면 기공이 막히거나 유체의 유동도가 저하되어 필터의 처리 효율이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 기공의 평균 입경이 해당 범위보다 큰 경우 필터링 효율이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
비정질 금속다공체(100)가 기계적 강도가 요구되는 부품이나 이식재에 사용되는 경우, 기공의 평균 입경이 10㎛ 보다 작으면 밀도가 증가하여 비강도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 기공의 평균 입경이 해당 범위보다 큰 경우 경도, 항복강도 또는 파괴강도와 같은 특성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
다수의 기공(10) 중 입경이 가장 큰 기공의 입경(최대입경)을 입경이 가장 작은 기공의 기공의 입경(최소입경)으로 나눈 값을 기공의 균일도라고 정의할 때, 본 발명의 일 측면인 비정질 금속다공체(100)는 기공의 균일도가 1 내지 30인 것이 좋다.
구체적으로는, 개기공을 가지는 비정질 금속다공체(100)의 경우 기공의 균일도가 5 내지 30, 바람직하게는 10 내지 20, 더욱 바람직하게는 10 내지 15인 것이 효과적이며, 기계적 강도가 요구될 때는 1 내지 30, 바람직하게는 1 내지 20, 더욱 바람직하게는 1 내지 10인 것이 좋다.
기공의 입경 및 기공 크기의 균일도가 이 범위를 벗어난 경우, 필터소재로 적용될 경우 기공 막힘현상으로 기체 및 액체의 유동도가 크게 저하되어 필터 효과를 얻을 수 없으며, 기계적 강도가 요구되는 응용분야에서는 경도, 항복강도 및 파괴강도가 감소하여 금속다공체의 파손 및 손실이 발생하여 생산성의 저하가 발생할 수 있다.
한 편, 기공의 크기 외에도 포함되는 기공의 부피분율 및 분포 또는 비정질 금속다공체(100)의 기공률에 영향을 미치는 요소이며, 기공이 차지하는 부피분율은 전술한 기공의 크기에 따라 달라질 수 있고, 금속다공체의 목적 및 용도 등에 따라 다르게 제어될 수 있다.
예를 들어, 기계적 강도를 요구하는 부품이나 이식재의 경우, 전체 다공체에서 전체 기공(10)이 차지하는 부피분율 또는 기공율이 5 내지 30 %, 바람직하게는 5 내지 20%, 더욱 바람직하게는 5 내지 10% 인 것이 좋고, 필터재료(개기공 다공체)의 경우 50 내지 90%, 바람직하게는 50 내지 80%, 더욱 바람직하게는 50 내지 70%인 것이 좋다.
비정질 금속다공체(100)에 포함된 전체 기공(10)이 차지하는 부피분율 또는 기공률이 해당 범위를 벗어나는 경우 폐기공 형성 및 기계적 강도의 저하로 필터의 효율이나 활용도가 감소할 수 있고, 부품의 성능 저하가 발생하거나 경제성이 나빠지는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 서로 연결되지 않은 인접하는 기공(10)의 사이에는 비정질 합금분말(1)이 서로 연결되는 접합부가 구비된다. 접합부는 인접하는 기공(10) 사이에서 비정질 금속다공체(100)의 기계적 강도를 유지해주거나, 다공체의 지지역할, 부품과의 결합하는 역할을 수행할 수 있고, 기체 및 액체의 고체 이물질을 제거해주는 필터 역할을 수행할 수 있게 한다.
접합부의 두께 또는 폭(width)는 매트릭스에 분산된 기공(10) 사이의 평균거리와 동일한 의미를 가지며, 비정질 금속다공체(100)에서 분산된 기공(10) 사이의 평균거리는 10 내지 100㎛, 바람직하게는 30 내지 90㎛인 것이 좋다.
기공(10) 사이의 평균거리가 이 범위를 벗어나는 경우 폐기공이 형성되거나, 기계적강도의 저하가 발생하여 부품의 파손이 야기되어 경제성이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 비정질 금속다공체(100)는 일반적인 금속 성형체 등과 상이한 독특한 물성을 가질 수 있으며, 예를 들면 밀도 대비 경도, 압축강도 등이 우수한 특징을 가질 수 있으며, 비정질 합금 분말의 화학적 특성 또한 우수하다.
구체적으로는, 본 발명의 일 실시예의 비정질 금속다공체(100)는 기공률에 따라 다양한 밀도를 가질 수 있으나, 구조재료로 사용될 경우 밀도가 4.0 내지 7.0, 바람직하게는 5.0 내지 7.0 (g/cm3)인 것이 바람직하며, 해당 밀도 범위를 벗어나는 경우 기공율의 상승으로 강도의 저하가 발생하거나, 중량이 무거워져 경제성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 기계적 강도가 저하되어 내구성이 떨어질 수 있다.
또한 개기공을 가지는 다공체를 필터재료로 사용될 경우 밀도가 1.5 내지 3.5, 바람직하게는 2.5 내지 3.5 (g/cm3)인 것이 바람직하며, 해당 밀도 범위를 벗어나는 경우 기공의 닫힘현상으로 유체 및 기체의 유동도가 저하되거나, 필터기능의 상실을 초래하게 된다.
철계 비정질 금속다공체(100)는 철계 비정질 합금분말(1)이 가지는 우수한 물리·화학적 특성, 예를 들어 경도, 항복강도 및 내부식특성 등을 활용할 수 있으며, 특히 산성 분위기에서의 부식특성이 우수한 특징을 갖는다.
산성 분위기에서의 부식 특성은 부식에 의한 손실율을 통하여 확인할 수 있고, 손실율은 부식시험 후의 중량과 부식 시험 전의 중량의 비율로 계산된다.
부식율은 사용되는 산의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 불산, 염산, 황산 등의 산이 사용될 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 일 측면에 따른 비정질 금속다공체(100)는 불산(HF) 분위기에서 부식 손실율(부식 시험 후 무게/부식 시험전 무게*100)이 1 내지 15%, 바람직하게는 1 내지 10%, 더욱 바람직하게는 1 내지 5%, 더욱 바람직하게는 1 내지 3%인 것이 좋다.
또한, 염산(HCl) 분위기에서 부식 손실율은 0.0 내지 10.0 %, 바람직하게는 0.0 내지 5.0 %, 더욱 바람직하게는 0.0 내지 2.0 %인 것이 좋다.
또한, 황산(H2SO4) 분위기에서 부식 손실율은 0.01 내지 1.0%, 바람직하게는 0.01 내지 0.4%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.2%인 것이 좋다.
비정질 금속다공체(100)의 부식손실율이 해당 범위를 벗어나는 경우, 여과하려는 기체 및 액체의 순도가 저하될 수 있으며, 초고순도 여과 필터로의 적용이 어렵고, 합금 기둥(strut or neck)의 부식으로 인한 다공체 구조체의 지지가 어려워 부품의 파손으로 경제성의 저하가 발생할 수 있다.
한편, 비정질 금속다공체(100)의 경도는 투입된 비정질 합금분말(1)의 경도와 유사할수록 이상적이나, 700 내지 1300 Hv, 바람직하게는 800 내지 1300 Hv 인 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 900 내지 1300 Hv 인 것이 좋다.
만약 비정질 금속다공체(100)의 경도가 해당 범위를 만족하지 못하는 경우, 부품 체결시 파손되거나, 사용중 마모의 발생으로 균열이 형성되어 부품 교체로 인한 생산성의 저하가 야기될 수 있다.
본 발명의 일 측면인 금속다공체는 전술한 특징을 동시에 만족하는 비정질 금속다공체(100)이며, 구체적으로는 전술한 범위의 밀도를 가지기 위하여 특정 범위의 기공입경 또는 기공률을 갖는 기공이 포함되는 것이 좋으며, 이 때, 해당 범위의 밀도를 가지는 금속다공체에 대하여 전술한 범위의 부식손실율이 얻어질 수 있다.
즉, 이러한 금속다공체의 물성은 서로 유기적으로 연결되는 요소이며, 전술한 요소 중 어느 하나 이상이 기재된 범위를 벗어나는 경우, 금속다공체의 다른 특성이 저하되거나, 본래의 기능을 상실하여 본 발명의 목적을 달성하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 비정질 금속다공체(100)는 전술한 범위의 물성을 가지므로 다양한 분야에 활용될 수 있다. 활용 분야는 제한되지 않으나, 경량화 및 고강도 특성을 활용한 자동차 내장재, 충격흡수 소재, 흡음재, 기체 및 액체의 필터소재, 촉매제나 임플란트, 인공 뼈 및 인공관절 등의 이식재 등에 적용될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 따른 금속발포체를 의료용소재로 사용하는 경우, 종래에 사용되던 코발트-크롬합금 또는 탄탈륨계, 지르코늄계 합금을 대체하여 사용될 수 있으며, 생체내 이식시 전술한 기공의 입경과 뼈와 유사한 탄성계수를 가져 조직의 성장을 촉진하며, 생체적합성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 비정질 금속다공체(100)의 제조방법에 관한 것이며, 이하에서는 전술한 구조를 포함하는 비정질 금속다공체(100)를 제조하기 위한 방법에 대하여 설명한다.
본 측면의 일 예시는 비정질 합금 분말을 전기방전 소결법으로 소결하여 비정질 금속다공체(100)를 제조하는 방법이다. 이하에서는 명세서에서 전술한 내용과 동일한 내용을 포함할 수 있으며, 일부 반복되는 내용은 생략하여 기재하였다.
위 전기방전 소결에 의한 비정질 금속다공체(100) 제조방법은 비정질 합금분말 준비단계(S11)와 소결단계(S12)를 포함하여 이루어진다.
비정질 합금분말 준비단계는 비정질 금속다공체(100)에 사용되는 비정질 합금분말(1)을 준비하는 단계로써, 금속다공체는 비정질 합금분말(1)로부터 제조되며, 전술한 비정질 금속다공체(100)와 동일한 조성을 가지는 비정질 합금, 구체적으로는 Fe계 비정질 합금이 사용되는 것이 좋고, 이때, Fe계 비정질 합금은 분말형태로 준비된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
분말의 형태는 구형에 가까운 형태를 사용하는 것이 좋고, 이 때 준비된 비정질 합금분말(1)은 미리 정해진 공간 또는 부피내에 충진시 자체적으로 구형의 분말 사이에 구비되는 분말간 공극을 포함한다.
비정질 합금분말(1)은 입경이 균일하거나 단봉형태의 입경분포를 가지는 일군(一群)의 분말일 수 있고, 입경이 서로 다른 제1 비정질 합금분말과 제2 비정질 합금분말을 포함할 수 있다.
입경이 균일한 분말을 사용하는 경우, 사용되는 비정질 합금분말(1)의 평균입경이 30 내지 160㎛, 바람직하게는 30 내지 130㎛, 더욱 바람직하게는 30 내지 100㎛인 것이 좋다.
입경이 서로 다른 비정질 합금분말인 제1 비정질 합금분말과 제2 비정질 합금분말이 사용되는 경우, 제1 비정질 합금분말의 평균 입경인 D1은 30 내지 160㎛, 바람직하게는 30 내지 130㎛, 더욱 바람직하게는 30 내지 100㎛인 것이 좋고, 제2 비정질 합금 분말은 제1 비정질 합금분말보다 작은 평균 입경인 D2를 가지며, 구체적으로 D2는 30 내지 60㎛, 바람직하게는 30 내지 50㎛인 것이 좋다.
비정질 합금분말의 크기가 해당 범위를 벗어나는 경우 전체 부피에 구비되는 분말간 공극이 닫혀 폐기공(closed pore)가 형성되거나, 공극이 다양하게 분산되기 어려워 소결 후 기공의 형태, 크기 및 분포가 불균일하게 얻어질 수 있는 문제가 있다.
소결단계에서 소결을 전기방전 소결법으로 수행하는 경우 성형체 제조후 진공 분위기에서 소결체를 제조할 수 있다. 이때, 진공도는 1 내지 5 Torr, 바람직하게는 3 내지 5 Torr, 더욱 바람직하게는 4 내지 5 Torr 가 좋다.
진공도가 해당 범위를 벗어나는 경우 진공 유지에 많은 시간과 에너지가 투입되어 제조 시간이 늘어나 생산성이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
이후, 입력에너지(input energy)를 성형체에 가하여 소결을 유도한다. 이때의 입력 에너지는 0.1 내지 0.5 kJ, 바람직하게는 0.1 내지 0.4 kJ, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3 kJ로 설정하는 것이 바람직하다.
입력에너지 값이 해당 범위를 벗어나는 경우, 미세조직의 치밀화가 유도되고, 이에 기공(10)이 거의 없거나, 폐기공으로 이루어진 성형체가 형성되어 기체 및 유체의 유동성을 현저히 떨어트려 필터재료로의 적용이 어렵다. 높은 입력에너지 값이 가해지는 경우, 비정질 분말의 유리 전이온도보다 높은 에너지가 부여되어 성형 후 응고시에 일부 결정질의 형성을 유발하여, 부품의 물리·화학적 특성의 열화가 발생할 수 있다.
또한, 해당 값보다 낮은 경우 소결이 일어나지 않아 합금분말간 접합부의 형성이 바람직하게 이루어지지 않아 분말연결체(4)가 형성되지 않거나, 비정질 금속다공체(100)를 다른 부품과 결합 시 쉽게 파손되는 문제가 야기될 수 있다.
전기방전 소결법의 경우 높은 전압과 전류를 마이크로초 단위의 짧은 시간내에 가하여 방전시킴으로써 분말을 결합 및 소결시킬 수 있으며, 종래의 고온 소결법에서 발생하는 소재 고유의 미세조직과 기계적 성질 및 비정질상의 비율이 변화되는 문제점을 극복할 수 있는 장점이 있다.
전기방전소결의 수행시 높은 전기에너지가 분말에 매우 짧은 시간동안 가해지며, 비정질 합금분말(1)은 표면의 일부가 빠르게 용융되며 인접한 분말의 표면 영역에서 접합부를 형성하며 소결될 수 있고, 공정이 진행되는 온도가 유리전이온도(Tg) 부근에서 진행되어 비정질상을 높은 비율로 취득하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 측면은 비정질 금속다공체(100)를 제조하는 또 다른 방법으로, 비정질 합금 분말을 가압 소결하여 금속 다공체를 제조하는 방법이며, 비정질 합금 분말 준비단계(S21)와 가압 소결 단계(S22)를 포함하여 이루어진다. 이하에서는 명세서에서 전술한 금속다공체의 제조방법 및 금속다공체의 내용과 동일한 내용을 포함할 수 있으며, 일부 반복되는 내용은 생략하여 기재하였다.
비정질 합금분말 준비단계(S21)는 원하는 조성의 비정질 합금분말을 제조하거나 준비하는 단계이며, 발명의 일 실시예에 따르면 비정질 합금분말은 Cr, Mo, Co, Cu, Al, Ti, V, Si, Ni, P, Zn, Zr, Nb, Ag, Ta, Mg, Sn, W, Y, B 및 C로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 원소와 잔부의 Fe를 포함하는 철계 합금일 수 있으며, 이 중에서도 비정질 형성능이 높은 조성의 합금이 사용되는 것이 좋다.
가압 소결 단계(S22)는 준비된 분말을 원하는 형상의 몰드에 장입하여 고온조건에서 가압 소결시켜 비정질 금속분말들의 입자간 결합을 형성시키고 다공체를 형성하는 단계이다.
가압 소결을 진행하기 전에 가압하여 비정질 다공성 소결체의 밀도를 제어할 수 있으며, 가압 압력은 비정질 분말의 입경 및 경도에 따라 다르게 제어될 수 있으나, 10 내지 100 MPa, 바람직하게는 30 내지 80MPa의 압력을 부여할 수 있다.
가압 소결시 온도는 제한되지 않으며, 비정질 분말의 조성, 미세조직학적 구조, 경도와 같은 특성들에 기반하여 도출될 수 있으며, 소결 후 금속 다공체의 압축 테스트, 접합부의 형상 관찰, 기공(10)의 분포에 따라 선택될 수 있다. 예시적으로 500 내지 1200℃ 일 수 있고, 500 내지 1000℃인 것이 좋으며, 바람직하게는 500 내지 800℃인 것이 좋다.
소결온도가 너무 높은 경우, 분말간 접합부(neck)가 과도하게 형성되어 금속다공체의 기공도 및 기공의 크기가 감소하고, 첨가원소의 일부 원소들의 편석이 일어날 수 있으며, 조대결정상이 형성될 수 있다. 또한 소결온도가 너무 낮은 경우 충분한 소결이 이루어지지 않아 금속다공체의 물성이 약화될 수 있다.
가압 소결시의 가압 압력은 소결 온도에 따라 다양한 범위내로 제어될 수 있으며, 소결 후 금속 다공체의 접합부의 형상 관찰, 기공(10)의 분포 및 크기에 따라 선택될 수 있다. 예시적으로 10 내지 100 MPa 일 수 있고, 10 내지 80 MPa인 것이 좋으며, 바람직하게는 10 내지 50 MPa인 것이 좋다.
가압 압력의 범위가 너무 높은 경우, 분말간 접합부(neck)가 많이 형성되어 기공도 및 크기가 감소하여 폐기공 다공체가 형성되거나 조대 결정상이 형성될 수 있다. 또한 가압 압력이 너무 낮은 경우 분말간 접합부(neck)의 두께가 얇아 기계적 특성의 저하가 발생할 수 있고, 부품의 형상 유지가 어려워 제품의 파손이 야기될 수 있다.
가압 압력의 방향은 단방향 압축(one-way compression), 양방향 압축(two-way compression), 사출몰딩(Injection molding) 등의 방법이 사용될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니며, 소결 후 부품의 위치별 미세조직(기공도, 기공 크기, 접합부(neck)의 형상 및 두께)에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.
전기방전 소결 및 가압 소결법 이외에 비정질 금속 다공체는 비정질 합금분말(1)을 바인더(11) 및 스페이스 홀더(space holder)와 혼합한 후, 소결하여 금속다공체를 제조하는 방법 또한 활용이 가능하다.
비정질 분말과 스페이스 홀더(2)를 혼합하여 사용하는 경우, 비정질 합금 분말 준비단계(S21)에는 비정질 합금분말(1)과 스페이스홀더를 혼합하는 단계가 더 포함될 수 있다.
또, 가압 소결 단계(S22)의 이전에 비정질 합금분말(1)과 스페이스 홀더(2)를 이용하여 중간성형체(3)를 제조하는 단계가 포함될 수 있으며, 스페이스홀더 제거 단계가 가압소결단계와 동시에 또는 가압 소결 단계의 전 후로 포함되는 것도 가능하다.
스페이스 홀더(space holder)란, 비정질 합금분말과 함께 혼합되어 일정 부피를 가지는 입자로서, 비정질 합금분말과 함께 중간성형체(green body)를 이루고, 이후 단계에서 제거되어 비정질 금속다공체(100)에 구비되는 복수의 기공(10)을 유지하게 해주는 물질로써, 스페이스홀더가 차지하는 공간에 기공(10)이 형성될 수 있다.
이 때, 스페이스 홀더(2)는 다양한 조성의 물질들이 사용될 수 있으며, 비정질 합금 분말과 화학적으로 반응을 일으키지 않아야 하므로 화학적 안정성이 요구되며, 이후에 제거되어 기공을 형성하는 단계가 용이하게 진행될 수 있도록 제거가 용이한 성질이 있는 것이 좋고, 중간성형체(3)의 제조시 파괴되지 않으면서도 일정 부피를 차지하여 기공의 자리를 보존할 수 있도록 상온에서 연성을 가지는 것이 바람직하다.
사용가능한 화합물은 위의 조건을 충족한다면 제한되지 않으며, 금속사출소결(metal injection molding, MIM)공정에서 사용되는 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene), 탄수화물, 당류와 같은 고분자가 사용될 수 있고, 탄산암모늄 또는 카바마이드(carbamide)와 같은 물질이 사용될 수 있으며, Mg 등 금속 또는 NaCl과 같은 금속의 무기염을 포함하는 각종 염이 사용될 수 있다.
이러한 스페이스 홀더(2)는 이후 열처리 또는 액상침출 방법을 이용하여 제거되고 스페이스 홀더(2)가 있던 자리에 기공(10)을 형성하며, 스페이스홀더가 제거된 중간소결체는 이후 열처리 과정 또는 가압 소결 과정을 거처 비정질 다공체로 제조될 수 있다.
본 발명의 본 측면에 따른 금속다공체 제조방법 및 이로 인해 제조된 금속다공체는 우수한 물성, 탄성 및 내식성을 가지면서 경량화가 가능하여 다양한 소재분야, 자동차, 항공, 선박, 내장재, 기체 및 유체의 필터 소재 등의 분야에 활용될 수 있으며, 표면적이 우수하여 캐리어, 담체, 지지물질 등으로 활용될 수 있다.
이 외에도 금속다공체는 분리, 농축, 분획, 격리, 고정, 흡착용 멤브레인 필터, 수소저장합금, 촉매 담체 등으로 활용될 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명의 내용을 구체적으로 설명한다.
(실시예)
실시예 1 - 비정질 금속다공체의 제조
Fe를 기본 조성으로 하며, Cr이 30.9 wt%, Mo이 4.0 wt%, Ni이 18.0 wt%, Co가 10.0 wt%, Cu가 2.5 wt%, B가 4.0 wt%, Si가 1.4 wt%, Fe가 잔량으로 첨가되는 비정질 합금으로부터 입도분포가 15~64㎛인 비정질 합금분말을 준비한 후, 가압 소결법을 이용하여 1000 ℃의 조건에서 10 MPa의 압력을 부여하여 소결을 진행하고, 나머지 조건은 실시예 1과 동일한 방법으로 진행하여 금속다공체를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에서 비정질 분말의 입도분포가 50~100 ㎛인 비정질 합금분말을 이용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 금속다공체를 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 비정질 분말의 입도분포가 50~100㎛인 비정질 합금 분말을 이용하여, 전기방전 소결법을 이용하여 5 Torr의 진공도, 0.3kJ의 입력 에너지 조건에서 소결을 진행하였다.
실시예 4
Fe를 기본 조성으로 하며, Mo이 27.1 wt%, Cr이 15.8 wt%, B가 1.2 wt%, C가 3.7 wt% 및 Fe가 잔량으로 첨가되는 비정질 합금으로부터 입도분포가 80~100㎛인 비정질 합금분말을 준비한 후, 가압 소결법을 이용하여 500℃의 온도에서 10 MPa의 압력을 부여하여 소결을 진행하여 금속다공체를 제조하였다,
실시예 5
실시예 4에서의 비정질 합금분말을 이용하여 전기방전 소결법을 이용하여 5 Torr의 진공도, 0.3kJ의 입력 에너지 조건에서 소결을 진행하였다.
실시예 6
실시예 1에 대하여, 분말의 입도가 50~100㎛인 제 1 비정질 합금분말과, 15~50㎛인 제 2 비정질 합금분말을 각각 7:3의 중량 비율로 혼합하여 혼합분말을 제조한 후 가압소결 법을 이용하여 1000℃의 온도에서 10 MPa의 압력을 부여하여 금속 다공체를 제조하였다.
실시예 7
실시예 4에 대하여, 분말의 입도가 50~100㎛인 제 1 비정질 합금분말과, 15-50㎛인 제 2 비정질 합금분말을 각각 7:3의 중량 비율로 혼합하여 혼합분말을 제조한 후 전기방전 소결법을 이용하여 5 Torr의 진공도, 0.3kJ의 입력 에너지 조건에서 소결하여 금속다공체를 제조하였다.
(비교예)
비교예 1
실시예 2에서 비정질 합금분말 대신 결정질의 Fe계 분말(316L)을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 금속다공체를 제조하였다.
비교예 2
실시예 2에서 비정질 합금분말 대신 결정질의 Ni계 분말(Hastelloy)을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 금속다공체를 제조하였다.
(실험예)
실험예 1 - 비정질 금속다공체의 물성 실험
실시예 2에서 제조된 비정질 금속다공체의 내부에 포함된 기공(10)의 입경을 FE-SEM(Tescan, MIRA 3)으로 접합부 및 미세조직을 관찰하였으며, 측정된 image를 image analyzer를 이용하여 기공(10)의 크기와 기공도를 분석하였다. 밀도는 archimedes 법을 이용하여 측정하였다. Vickers hardness test를 이용하여 하중 10g, 가압 및 감압 시간은 10 sec로 설정을 한 후 측정하였으며, 상기의 결과들을 표 1에 도시하였다.
| 구분 | 제1 비정질 합금분말 입도분포(㎛) | 제2 비정질 합금분말 입도분포(㎛) | 기공평균입경(㎛) | 단면 기공도(%) | 밀도(g/cm3) | 경도(Hv) | |
| 실시예 1 | 반비정질 | 15~64 | - | 21.3 | 42.1 | 4.1 | 1023 |
| 실시예 2 | 반비정질 | 50~100 | - | 42.5 | 51.2 | 3.4 | 1120 |
| 실시예 3 | 반비정질 | 50~100 | - | 53.6 | 55.6 | 3.1 | 1137 |
| 실시예 4 | 비정질 | 80~100 | - | 41.2 | 50.3 | 3.6 | 1240 |
| 실시예 5 | 비정질 | 80~100 | - | 59.3 | 58.9 | 3.0 | 1260 |
| 실시예 6 | 반비정질 | 50~100 | 15~50 | 13.2 | 39.6 | 4.2 | 1115 |
| 실시예 7 | 비정질 | 50~100 | 15~50 | 14.1 | 38.5 | 4.4 | 1217 |
| 비교예 1 | 결정질(316L) | 50~100 | - | 42.5 | 52.3 | 3.8 | 138 |
| 비교예 2 | 결정질(Hastelloy) | 50~100 | - | 44.6 | 53.6 | 4.1 | 323 |
실험예 2 - 비정질 금속다공체의 내부식성 실험
실시예 2, 4 및 비교예 1 내지 2의 비정질 합금분말을 이용하여 시료를 성형한 뒤 내부식 시험을 진행하였다. 내부식 시험은 제조된 다공성 소재를 상온에서 산성 용액에 72시간 침지하여 부식 전후의 무게를 측정하여 부식 특성을 평가하였다. 이때, 부식 용액은 50% HF, 18.5% HCl, 49% H2SO4 용액에 각각 침지시험을 수행하였으며, 그 결과를 표 2에 도시하였다.
| 부식성 시약 | 부식 전 시료 무게 (g) | 부식 후 시료 무게 (g) | 부식손실률(%) | |
| 실시예 2 | 50% HF | 5.2591 | 4.7463 | 9.75 |
| 49% H2SO4 | 2.4362 | 2.4365 | -0.01 | |
| 18.5% HCl | 3.3138 | 3.0350 | 8.41 | |
| 실시예 4 | 50% HF | 6.7331 | 6.5893 | 1.94 |
| 49% H2SO4 | 10.7915 | 10.7952 | 0.03 | |
| 18.5% HCl | 10.9226 | 10.9229 | 0.00 | |
| 비교예 1 | 50% HF | - | - | - |
| 49% H2SO4 | 7.7767 | 7.7723 | 0.06 | |
| 18.5% HCl | 6.2237 | 5.4625 | 12.23 | |
| 비교예 2 | 50% HF | 6.3634 | 5.5244 | 13.18 |
| 49% H2SO4 | 7.2656 | 7.2653 | 0.00 | |
| 18.5% HCl | 7.2252 | 7.2189 | 0.09 |
실시예 2의 경우 불산, 황산 및 염산의 산조건에서 부식손실률이 매우 낮게 나타났으며, 황산과 염산에서의 부식률이 매우 낮아 산 조건의 부식성 환경에서도 활용이 가능함을 확인할 수 있다.실시예 2, 4의 경우 불산, 황산 및 염산의 산조건에서 부식손실률이 매우 낮게 나타났으며, 특히, 실시예 4의 경우 불산, 황산 및 염산에서 기존 결정질 재료에 비해 부식손실률이 매우 낮아 산 조건의 부식성 환경에서도 활용이 가능함을 확인할 수 있었으며, 특히 50% HF 에서의 부식손실률이 2.0% 이내인 고내부식성 비정질 금속다공체를 얻을 수 있었다.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(부호의 설명)
1 : 비정질 합금분말
2 : 스페이스 홀더
4 : 분말연결체
10 : 기공
100 : 비정질 금속다공체
Claims (20)
- 기공을 포함하는 금속다공체로서,서로 인접한 비정질 합금분말의 적어도 일부가 연결되어 네트워크 구조를 이루는 분말연결체와;상기 분말연결체들 사이에 구비되는 복수의 기공;을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속다공체.
- 제1항에 있어서,상기 분말연결체는 인접하는 상기 비정질 합금분말들의 표면의 일부가 서로용융되며 접합되는 접합부(neck)를 포함하는 비정질 금속다공체.
- 제1항에 있어서,상기 비정질 금속다공체는 50% HF 조건에서 부식 손실률이 10.0% 이하인 비정질 금속다공체.
- 제2항에 있어서,상기 비정질 합금분말은 인접한 합금분말들과 적어도 2개 이상의 상기 접합부로 연결되어 상기 네트워크 구조를 이루는 비정질 금속다공체.
- 제1항에 있어서,상기 비정질 금속다공체의 경도는 700 내지 1300 Hv인 비정질 금속다공체.
- 제1항에 있어서,상기 비정질 금속다공체의 밀도는 1.5 내지 7.0 g/cm2인 비정질 금속다공체.
- 제1항에 있어서,상기 기공의 균일도는 1 내지 30 인 비정질 금속다공체.
- 제1항에 있어서,상기 비정질 합금분말은 Cr, Mo, Co, Cu, Al, Ti, V, Si, Ni, P, Zn, Zr, Nb, Ag, Ta, Mg, Sn, W, Y, B 및 C로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 원소와 Fe를 가지는 철계 합금을 포함하는 비정질 금속다공체.
- 제1항에 있어서,상기 비정질 합금분말은 평균입경이 서로 다른 제1 비정질 합금분말 및 제2 비정질 합금분말을 포함하는 비정질 금속다공체.
- 비정질상을 포함하는 비정질 합금분말을 준비하는 분말준비단계; 및상기 비정질 합금분말에 입력에너지를 공급해 서로 인접하는 상기 비정질 합금분말들이 네트워크 구조로 연결되는 분말연결체를 형성하는 소결단계;를 포함하는 비정질 금속다공체 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 입력에너지는 전기에너지인 비정질 금속다공체 제조방법.
- 제11항에 있어서,상기 분말연결체는 서로 인접하며 외면에서 표면의 일부가 서로 연결되는 비정질 합금분말들을 포함하고,상기 비정질 합금분말들의 중심간 거리(d)는 하기 식 1을 만족하는 비정질 금속다공체 제조방법.(식 1)0.5 × (DA+ DB)/2 ≤ d ≤ 1.1 × (DA + DB)/2(여기에서, DA 및 DB는 인접하는 각 비정질 합금분말의 입경)
- 제11항에 있어서,상기 비정질 합금분말은 평균입경이 서로 다른 제1 비정질 합금분말 및 제2 비정질 합금분말을 포함하는 비정질 금속다공체 제조방법.
- 제11항에 있어서,상기 입력에너지는 0.1 내지 0.5kJ인 비정질 금속다공체 제조방법.
- 비정질상을 포함하는 비정질 합금분말을 준비하는 분말준비단계; 및상기 비정질 합금분말에 온도와 압력을 부여하여 서로 인접하는 상기 비정질 합금분말들이 네트워크 구조로 연결되는 분말연결체를 형성하는 소결단계;를 포함하는 비정질 금속다공체 제조방법.
- 제 15항에 있어서,상기 분말연결체는 서로 인접하며 외면에서 표면의 일부가 서로 연결되는 비정질 합금분말들을 포함하고,상기 비정질 합금분말들의 중심간 거리(d)는 하기 식 1을 만족하는 비정질 금속다공체 제조방법.(식 1)0.5 × (DA+ DB)/2 ≤ d ≤ 1.1 × (DA + DB)/2(여기에서, DA 및 DB는 인접하는 각 비정질 합금분말의 입경)
- 제 15항에 있어서,상기 비정질 합금분말은 평균입경이 서로 다른 제1 비정질 합금분말 및 제2 비정질 합금분말을 포함하는 비정질 금속다공체 제조방법.
- 제15항에 있어서,상기 온도는 400℃이상 1200℃이하, 압력은 10 MPa 이상 100 MPa 이하에서 소결되는 비정질 금속다공체 제조방법.
- 제15항에 있어서,상기 분말준비단계는,상기 비정질 합금분말과 다른 조성의 스페이스 홀더(space holder)를 상기 비정질 합금분말과 혼합하는 단계를 더 포함하는 비정질 금속 다공체 제조방법.
- 제19항에 있어서,상기 스페이스 홀더는,폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene), 탄수화물, 탄산암모늄, 카바마이드, 금속 및 금속의 무기염으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 물질을 포함하는 비정질 금속 다공체 제조방법.
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