KR101740096B1 - 믹서, 분말 야금용 원료의 혼합 방법 및 사출성형 조성물용 바인더 - Google Patents
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Abstract
탱크 (2), 혼합 수단 (2), 및 이 탱크 (2) 의 내용물을 냉각시키는 냉각 수단 (42) 을 포함하는 열 교환 수단 (4) 을 구비한 세라믹 공급원료 펠릿들용 믹서 (1).
제어 수단 (5) 은 특정 혼합물을 위하여 메모리에 저장된 저온 (TINF) 와 고온 (TSUP) 사이에 포함된 온도로 이 탱크 (2) 의 내용물을 가열하도록 배열된 가열 수단 (41) 을 포함하는 열 교환 수단 (4) 을 제어하고, 이 가열 수단 (41) 은 탱크 (2) 외부에서 열 교환 및 혼합 온도 유지 회로 (8) 와 에너지 교환하고, 이 회로 (8) 의 열적 관성은 이 완전 충전된 탱크 (2) 의 열적 관성보다 더 높다.
또한, 본 발명은 분말 야금용 원료를 혼합하는 방법, 특정 사출 성형 조성물 및 특정 바인더를 구현하는 것에 관한 것이다.
제어 수단 (5) 은 특정 혼합물을 위하여 메모리에 저장된 저온 (TINF) 와 고온 (TSUP) 사이에 포함된 온도로 이 탱크 (2) 의 내용물을 가열하도록 배열된 가열 수단 (41) 을 포함하는 열 교환 수단 (4) 을 제어하고, 이 가열 수단 (41) 은 탱크 (2) 외부에서 열 교환 및 혼합 온도 유지 회로 (8) 와 에너지 교환하고, 이 회로 (8) 의 열적 관성은 이 완전 충전된 탱크 (2) 의 열적 관성보다 더 높다.
또한, 본 발명은 분말 야금용 원료를 혼합하는 방법, 특정 사출 성형 조성물 및 특정 바인더를 구현하는 것에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 한편으로는, 적어도 하나의 산화물 또는 서밋 또는 금속 또는 질화물 타입 원소, 또는 상기 원소 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 적어도 하나의 화합물의 적어도 하나의 무기 분말, 그리고, 다른 한편으로는, 적어도 하나의 유기 바인더를 포함하는 공급 원료로서 공지된 세라믹 타입 펠릿들을 제조하는 믹서에 관한 것으로서, 상기 믹서는 적어도 하나의 혼합 수단이 안에서 이동가능한 적어도 하나의 탱크와, 열 교환 수단을 포함한다.
본 발명은, 또한, 한편으로는, 적어도 하나의 산화물 또는 서밋 또는 금속 또는 질화물 타입 원소, 또는 상기 원소 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 적어도 하나의 화합물의 적어도 하나의 무기 분말, 그리고, 다른 한편으로는, 적어도 하나의 유기 바인더를 포함하는 공급 원료로서 공지된 세라믹 타입 펠릿들을 제조하는 이런 타입의 믹서의 용도에 관한 것이다.
본 발명은, 또한, 사출 성형용 바인더 조성물 및 성형된 금속 부품 또는 세라믹 부품의 제조를 위한 사출 성형 조성물 (공급 원료) 에 관한 것이다.
본 발명은, 또한, 분말 야금용 원료의 혼합 방법, 특히 적어도 하나의 산화물 또는 서밋 또는 금속 또는 질화물 타입 원소, 또는 상기 원소 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 적어도 하나의 화합물의 적어도 하나의 무기 분말과, 적어도 하나의 유기 바인더를 포함하는 혼합물로부터 주어진 세라믹 타입의 공급 원료 펠릿들의 제조용 원료의 혼합 방법에 관한 것이다.
본 발명은 세라믹을 얻기 위한 분말 야금 분야에 관한 것이고, 특히 제조될 구성요소를 성형하기 위한 사출 프레스로 공급되는 공급 원료로서 공지된 중간 재료를 형성하도록 원료들의 혼합물을 혼합하는 공정에 관한 것이다.
보석류 제작 및 시계류 제작 산업용 경질 재료들, 또는 의료, 전자제품, 전화기 또는 공구 산업, 또는 절삭 가공 인서트들, 소비재 산업과 같은 기술적 적용들용 경질 재료들, 그리고 특히 속명 무기 "세라믹들" 로 일반적으로 언급된 경질 재료들의 제조시에, 분말 야금 기술이 사용된다. 얻어진 무기 합성 재료는 여기서 "세라믹" 으로 불려질 것이고, 이 무기 합성 재료는, 재료의 성질에 상관없이, 사파이어, 루비, 인조 다이아몬드, 사파이어 글라스, 세라믹, 마이크로-마그넷, 금속, 합금 등일 것이다.
기본 원료는 다른 성질로 되어 있고, 일부는 제품을 보호하기 위하여 비밀이 유지된다. 일반적인 방식으로, 사용된 원료는, 적어도, 한편으로, 세라믹 분말f그리고 다른 한편으로, 수지들 또는 플라스틱 재료들 또는 사출 및 모든 원료의 혼합물과 정확하게 결합하도록 제조된 구성요소를 감안한 유사한 재료들과 같은 유기 바인더들을 포함한다. 다른 첨가제들이 혼합물에 포함될 수도 있다. 원료는 고체, 분말, 액체 또는 페이스트와 같은 다른 질감들로 되어 있을 수도 있다. 혼합물의 구조는 제조중에, 특히 수지의 상보적 구성요소가 중합 반응을 하게 될 때, 변할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
무기 세라믹 구성요소의 전체 제조 과정은 적어도 하기의 단계들을 포함한다:
- 원료들을 준비하는 단계,
- 원료들을 혼합하는 단계 또는/및, 필요하다면, 두개씩 (또는 그 이상씩) 예비혼합하는 단계,
- 균일 혼합하는 단계,
- 과립화하는 단계,
- "미가공 (green)" 구성요소를 제조하도록 상기 혼합하는 단계와 상기 과립화하는 단계로부터 얻어진 소정량의 분말 또는 공급원료 펠릿들을, 특히, 성형 챔버에서, 성형하는 단계로서, 특히, 상기 혼합하는 단계와 상기 과립화하는 단계로부터 얻어진 상기 소정량의 분말 또는 공급원료 펠릿들을 가열하는 수단을 포함하는 스크류 인젝터에서, 압력하에서, 사출에 의해서 실시될 수도 있는, 상기 성형하는 단계,
- 바인더로서 역할을 하는 혼합물의 몇몇 구성요소들을 연소 및/또는 용해하는 열분해탈지 (thermal debinding) 하거나, 상기 "미가공" 구성요소를 열처리 하거나, 또는 소결하는 단계,
- 완성된 구성요소에 최종 일관성 (consistency) 을 부여하도록 소결하기 위하여 탈지후 상기 "미가공" 구성요소를 가열 처리하는 단계로서, 이 가열 처리가 가능한 최종 치수를 갖는 구성요소를 얻을 수 있는 치수 수축오차를 발생시키는, 상기 가열 처리하는 단계,
- 상기 구성요소를 표면 마무리 처리하는 단계.
이 방법의 간단한 프리젠테이션은 최종 구성요소의 물리적 특성들, 특히 내마모성 및 외관에 따른, 그리고 최종 구성요소의 기계적 및 화학적 성질들에 따른 각각의 타입의 최종 구성요소 및 원료들의 각각의 혼합물에 특정되는 개발의 진정한 복잡성을 숨기고 있다.
각 단계의 성능은 주의를 요하고, 정확한 파라미터들의 준수를 요하는데, 그게 안되면, 혼합물, 사출된 "미가공" 구성요소, 탈지된 "미가공" 구성요소 또는 소결된 구성요소의 특성들이 비가역적으로 변경될 수도 있다.
균일한 혼합 단계는 공정의 후속 단계들에서 특히 중요하다. 이 혼합 단계는 몇몇의 경우에, "믹서" 로서 여기서 언급된 제조 플랜트에서 직접 수행될 수도 있는 원료를 혼합하는 이전 단계와 조합될 수도 있다.
실제로, 혼합 동안, 몇몇 원료들간에 반응들이 발생하고, 이들 반응들은 혼합되는 혼합물의 물리적 상태들을 즉시 변화시킨다. 특히, 제어되지 않고 보상되지 않는 발열반응들은 혼합물을 완전히 변화시켜서 의도된 최종 구성요소의 제조에 사용될 수 없게 된다. 온도, 속도 및 토크의 파라미터들은 모두 면밀히 모니터링되어야 한다. 궁극적으로 얻어진 물리적 특성들의 반복이 가능해야 하므로, 혼합이 완벽하게 조절되어야 하고 발생하는 반응들이 예상되고 제어되어야 하는 것은 필수적이다.
특히, 이런 타입의 혼합물이 믹서내에서 블레이드들을 회전시킴으로써 혼합되면, 혼합물의 구성성분들의 온도는, 마찰의 영향으로, 구성성분들이 페이스트 형태로 서로 혼합하면서 발생하는 구성성분들의 용융 온도를 초과할 정도로 급상승한다. 문제는 초당 대략 수℃, 특히 초당 10℃ 로, 구성성분이 용융 온도(들) 에 도달할 때 혼합물에서의 극도로 높은 온도 구배에 있다. 따라서, 혼합물의 열폭주 (thermal runaway) 및 열화를 방지하기 위한 효과적인 냉각을 구현하는 것이 매우 곤란하다.
NITTO DENKO CORP 명의의 EP 2 338 590 A1 은 패들 타입 믹서를 구비하고, 그리고 매우 특이한 배열에 따라, 분쇄 전에 합성 수지의 점진적인 고화를 제어하도록 냉각을 사용하는 열교환수단이 장착된 만곡섹션의 형태로 탱크의 하단부에서 재료의 출력과 관련된 수지의 제조 장치 및 방법이 개시되어 있다. 재료들은 마찰에 의해서만 용융된다. 이 공보는 중합체 수지에 특정되고, 분말 믹스들에 대해서는 의도되지 않고, 공급원료의 제조에는 적당하지 않다.
LOEDIGE MASCHINENBAU GmbH 명의의 EP 0 956 918 A1 은 금속 또는 세라믹 분말 및 유기 바인더에 의해서 형성된 사출성형용 중간 제품을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 믹서는 주입가능한 분말을 얻기 위하여 혼합된 재료의 링을 생성하고, 그리고 기계적 처리는, 재료들 간의 마찰에 의해서 발생된 온도의 증가 이외에 어떠한 가열도 없이, 유기 바인더를 용융하는데 실시된다.
ADVANCED MATERIALS TECH 명의의 EP 1 344 593 A2 는 적어도 95 중량% 의 알루미늄 파어더 및 산화물 또는 첨가제들의 혼합물로부터의 소결 재료로부터 사출 성형된 알루미늄 합금 물품을 제조하는 방법에 관한 것이고, 이런 혼합물에 대한 매우 특이한 파라미터들을 개시하고 있다. 이 공보에는 재료들을 가열하는 수단을 개시하고 있지 않다.
MORRIS ROBERT CRAIG 명의의 US 2004/217 524 A1 은 회전 시스템을 사용하지 않지만, 스크류 압출기가 넣어져 있는 추가의 탱크에서 사전 혼합하면서, 특정 파라미터들에 따른 그리고 특히 아주 낮은 온도로 서킷 공급원료들의 제조를 개시하고 있다.
또한, 발명의 목적은 제어된 수축오차 계수를 갖는 높은 재생산가능한 품질의 제품을 얻기 위하여, 세라믹들 또는 금속들을 얻기 위한 분말 야금 혼합을 용이하게 하는 사출 성형 조성물용 최적의 바인더를 제공하는데 있다.
예를 들면, US 5145900 으로부터, 본질적으로 폴리옥시메틸렌 및 폴리옥시메틸렌과 폴리옥솔란 공중합체들의 혼합물로 형성된 유기 중합체 바인더와 소결가능한 무기 분말을 포함하는 성형된 세라믹 부품들의 제조를 위한 열가소성 재료들 (공급원료) 이 이미 공지되어 있다.
하지만, 이들 공급원료들은, 예를 들면, 사출 성형을 위한 불충분한 유동성과 같은 여러 개의 단점과, 제품이 갈라짐 또는 적층이 발생되는 성형된 형상들로 유지되는 문제점들을 갖고 있는 것으로 발견되었다. 이것은 특히 복잡한 형상들을 갖는 부품들에 대한 경우였다. 또한, 이들은, 특히 유기상의 최종 제거에서, 질산과 같은 공격적인 제품들을 사용함으로써 발생되는 환경적인 문제들에 책임이 있다. 게다가, 유기 바인더 제거 공정에서의 물의 사용은 공급원료들이 산화될 위험이 있는 금속 재료들을 함유하는 경우에 문제가 있다.
본원은, 제어된 수축 계수 (shrinkage coefficient), 천개당 2 개 미만, 또는 심지어 천개당 1 개의 상대 분산 크기를 가진 높은 재현 품질의 제조 생산성을 얻기 위해 세라믹을 제조하기 위한 분말 야금 혼합을 개선하는 것을 제공한다.
따라서, 본원은, 한편으로 적어도 하나의 산화물 또는 서멧 또는 금속 또는 질화물 타입 원소로 된 또는 상기 원소 중 적어도 하나를 함유하는 적어도 하나의 화합물로 된 적어도 하나의 무기 분말을 포함하고 다른 한편으로 적어도 하나의 유기 바인더를 포함하는 공급원료로서 알려진 세라믹 타입 펠릿들을 제조하기 위한 믹서에 관한 것으로서, 상기 믹서는 적어도 하나의 혼합 수단이 안에서 이동될 수 있는 적어도 하나의 탱크 및 열교환 수단을 포함하고, 상기 열교환 수단은 상기 탱크 및/또는 탱크의 내용물을 주어진 타입의 세라믹에 대응한 혼합물을 위한 저온과 고온 사이의 온도까지 가열하도록 배치된 가열 수단을 포함하고, 상기 저온 초과에서 주어진 타입의 세라믹에 대응하는 혼합물이 페이스트가 되고, 상기 고온 미만에서 주어진 타입의 세라믹에 대응하는 상기 혼합물이 유지되며, 상기 저온과 상기 고온은 메모리에 저장되며, 상기 가열 수단은 상기 탱크 외부의 제 1 열교환 및 혼합 온도 유지 회로와 제 1 연결부에서 에너지를 교환하고, 제 1 회로의 열적 관성은 상기 혼합물의 전부하로 상기 탱크의 열적 관성보다 더 크다.
본원의 일 특징에 따라서, 열 교환 수단은 또한 상기 탱크 외부의 주위 온도에서 제 2 회로와 제 2 연결부에서 에너지를 교환하는 냉각 수단을 포함하고, 이 제 2 회로의 열적 관성은 제 2 인자 (factor) 에 의해 상기 혼합물의 전부하로 상기 탱크의 열적 관성보다 더 크다.
본원은 또한 전술한 단점들을 극복하는 조성물을 성형하는 바인더에 관한 것으로, 보다 자세하게는 공급원료의 균질성 및 유동성을 개선시켜, 보다 복잡한 형상의 금속 또는 세라믹 부품들을 제조하도록 하며, 제조 사이클 시간을 줄이고, "생형체" 및 분리된 본체들의 기계적 저항을 제조 응력들 (취급 및 다양한 기계가공 작업들) 까지 증가시키며, 최종적으로 환경에 해로운 제품들을 간단한 열처리에 의해 제거될 수 있는 무공해성 용제로 교체함으로써, 환경에 해로운 제품들을 사용할 필요성을 없애서 유기 바인더를 제거한다.
따라서, 본원은:
- 35 ∼ 54 부피% 의 폴리머계 베이스,
- 40 ∼ 55 부피% 의 왁스 혼합물, 및
- 대략 10 부피% 의 계면활성제
를 포함하는 조성물을 사출 성형하기 위한 바인더에 관한 것으로서,
상기 폴리머계 베이스는 에틸렌 및 메타크릴산 또는 아크릴산의 코폴리머, 또는 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 코폴리머, 또는 말레산무수물을 포함하는 에틸렌의 코폴리머, 또는 상기 코폴리머의 혼합물 뿐만 아니라 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 아크릴 수지를 포함한다.
본원은 또한 76 ~ 96 중량% 무기 분말 및 4 ~ 24 중량% 바인더를 포함하는 성형된 금속 또는 세라믹 부분들의 제조용으로 의도된 사출 성형 조성물 (공급원료) 에 관한 것으로서, 상기 바인더는:
- 35 ∼ 54 부피% 의 폴리머계 베이스,
- 40 ∼ 55 부피% 의 왁스 혼합물, 및
- 대략 10 부피% 의 계면활성제
를 포함하고,
상기 폴리머계 베이스는 에틸렌 및 메타크릴산 또는 아크릴산의 코폴리머, 또는 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 코폴리머, 또는 말레산무수물을 포함하는 에틸렌의 코폴리머, 또는 상기 코폴리머의 혼합물 뿐만 아니라 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 아크릴 수지를 포함한다.
본원은 또한 특히 적어도 하나의 산화물 또는 서멧 또는 금속 또는 질화물 타입 원소로 된 또는 상기 원소 중 적어도 하나를 함유하는 적어도 하나의 화합물로 된 적어도 하나의 무기 분말, 및 적어도 하나의 유기 바인더를 포함하는 혼합물로부터 주어진 타입의 세라믹의 공급원료 펠릿들을 제조하기 위한, 분말 야금용 원료의 혼합 방법으로서, 상기 방법에 따라서:
- 상기 혼합물이 적어도 하나의 혼합 수단을 포함하는 믹서 탱크에 첨가되고,
- 상기 탱크 및 탱크 내용물의 온도는, 열교환 수단을 제 1 열교환 및 혼합 온도 유지 회로에 연결함으로써, 저온 초과에서 상기 혼합물이 페이스트가 되는 상기 저온과 고온 미만에서 상기 혼합물이 유지되어야 하는 상기 고온 사이의 혼합 온도 근방에서 안정화되고,
- 상기 혼합 수단은 700 rpm 이하의 속도로 동작 설정되고,
- 상기 혼합물은 조밀한 균질 매스가 얻어질 때까지 혼합되고,
- 온도 저감이 허가된 상기 탱크 및 탱크 내용물의 고온 안정화는 해당 혼합물 및 조밀한 균질 매스의 특성에 특정된 온도 이상의 온도에서 중지된다.
본원의 일 특징에 따라서, 상기 탱크 및 탱크 내용물의 고온 안정화가 해당 혼합물 및 조밀한 균질 매스의 특성에 특정된 온도 이상의 온도에서 중지되는 때에, 상기 탱크 및 탱크 내용물의 온도는, 자연적인 수단에 의해, 또는 음의 (negative) 온도 구배를 가진 상기 열 교환 수단의 사용에 의해, 또는 상기 열 교환 수단을 20 ℃ 근방의 주위 온도에서 제 2 회로에 연결함으로써 저감된다.
본원의 다른 특징에 따라서, 상기 온도 저감 중에 또는 그 이후에, 상기 조밀한 매스는 100 ℃ 미만의 온도 및 700 rpm 이상의 상기 혼합 수단의 속도로 상기 탱크에서 또는 상기 믹서에 부착된 분쇄 플랜트에서 분쇄된다.
본원의 다른 특징들과 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명부를 통하여 명백할 것이다.
도 1 은 본원에 따른 믹서의 제어 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2 는 믹서의 탱크가 오직 하나의 에너지 교환 회로 및 하나의 가열 회로를 포함하는 제 1 변형예에 따라서, 본원에 따른 믹서의 혼합 샤프트의 축을 통한 단면에서의 부분적인 개략도 (제어 시스템으로의 연결부들의 간단한 스케치와 함께) 를 도시한다.
도 3 은 도 2 와 유사한 방식으로, 하나는 도 2 의 가열 회로와 에너지를 교환하고 그리고 다른 하나는 냉각 회로와 에너지를 교환하는 2 개의 에너지 교환 회로들을 포함하는 믹서의 탱크의 제 2 변형예를 도시한다.
도 4 및 도 5 는 다른 조성물들에 따라서 조립된 샤프트를 혼합하는 2 개의 실시예들의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 6 은 도 2 의 제 1 변형예에 따른 믹서의 개략적인 부분 평면도 (제어 시스템과의 연결부들을 생략) 를 도시한다.
도 7 은 도 6 과 유사한 방식으로 도 3 의 제 2 변형예에 따른 믹서를 도시한다.
도 8 은 혼합 샤프트가 제거되었고 그리고 탱크의 바닥에 있는 그루브에 수용되는 웜 스크류 (worm screw) 와 조합되어 "케이크 (cake)" 를 분쇄 및 분할하기 위한 한 세트의 가동 블레이들 및 베인들로 교체된, 본원에 따른 믹서의 개략적인 부분 평면도 (제어 시스템과의 연결부들을 생략) 를 도시한다.
도 9 는 본원에 따른 믹서에 있어서 본원에 따른 혼합 공정들의 시퀀스의 블록 선도를 도시한다.
도 2 는 믹서의 탱크가 오직 하나의 에너지 교환 회로 및 하나의 가열 회로를 포함하는 제 1 변형예에 따라서, 본원에 따른 믹서의 혼합 샤프트의 축을 통한 단면에서의 부분적인 개략도 (제어 시스템으로의 연결부들의 간단한 스케치와 함께) 를 도시한다.
도 3 은 도 2 와 유사한 방식으로, 하나는 도 2 의 가열 회로와 에너지를 교환하고 그리고 다른 하나는 냉각 회로와 에너지를 교환하는 2 개의 에너지 교환 회로들을 포함하는 믹서의 탱크의 제 2 변형예를 도시한다.
도 4 및 도 5 는 다른 조성물들에 따라서 조립된 샤프트를 혼합하는 2 개의 실시예들의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 6 은 도 2 의 제 1 변형예에 따른 믹서의 개략적인 부분 평면도 (제어 시스템과의 연결부들을 생략) 를 도시한다.
도 7 은 도 6 과 유사한 방식으로 도 3 의 제 2 변형예에 따른 믹서를 도시한다.
도 8 은 혼합 샤프트가 제거되었고 그리고 탱크의 바닥에 있는 그루브에 수용되는 웜 스크류 (worm screw) 와 조합되어 "케이크 (cake)" 를 분쇄 및 분할하기 위한 한 세트의 가동 블레이들 및 베인들로 교체된, 본원에 따른 믹서의 개략적인 부분 평면도 (제어 시스템과의 연결부들을 생략) 를 도시한다.
도 9 는 본원에 따른 믹서에 있어서 본원에 따른 혼합 공정들의 시퀀스의 블록 선도를 도시한다.
보다 자세하게는 본원의 범위내에 사용되는 세라믹이라고 하는 분말은, 적어도 하나의 산화물 또는 서멧 또는 금속 또는 질화물 타입 원소로 된 또는 상기 원소 중 적어도 하나의 적어도 하나의 화합물로 된 무기 분말이다.
예를 들어, 비한정적인 방식으로, 상기 무기 분말은 지르코니아 또는 알루미나, 탄화물 또는 질화물 또는 유사물을 포함할 수 있다.
상기 원소들 또는 산화물들은, 열화없이, 높은 경도, 높은 내마모성, 높은 기계적 내응력성, 및 시간에 따른 뛰어난 성능을 보장하도록 선택된다.
사용된 유기 바인더들, 수지들 또는 플라스틱 재료들 또는 유사물은, 몰드안으로 이를 붓기에 충분한 점성을 가지면서 여전시 변형을 방지하도록 충분한 저항을 제공하면서, 상기 무기 분말에 가압 또는 사출 성형 작업을 제공할 수 있도록 한다.
본원에 따른 믹서는, 후술되는 혼합 과정을 실시하기 위해서, 다목적용이고, 분말 야금의 이러한 실시예들은 그의 가능한 용도를 제한하는 것은 아니다. 예를 들어, "MIM" (금속 사출 성형) 의 실시도 가능하다.
혼합의 목적은 상기 방식으로 바인더 또는 바인더들로 분말 입자들을 피복하여 균질 페이스트를 얻는 것이다.
이러한 균질 페이스트는 혼합이 완료되면 냉각 후에 조밀한 매스가 된다. 이 조밀한 매스는, 그 후, 분쇄에 의해 부셔져서 균질한 조성 및 보정된 (calibrated) 치수들로 된 공급원료라고 하는 펠릿들을 얻게 되고, 이 펠릿들은 예를 들어 사출 프레스를 피딩하기 위해 사용 준비가 된 상태이다.
본원의 특별하고 비한정적인 실시에 있어서, 믹서 (1) 는 한편으로 적어도 하나의 상기 무기 분말 및 다른 한편으로 적어도 하나의 유기 바인더를 포함하는 세라믹 타입 공급원료 펠릿들을 제조하는데 사용되고, 믹서 (1) 는 적어도 하나의 탱크 (2) 를 포함한다. 적어도 하나의 혼합 수단 (3) 은, 믹서 (1) 에서 이동가능하고, 도면들에 도시된 바와 같이 대응 탱크 (2) 안으로 딥핑되거나 또는 이러한 탱크 (2) 의 바닥으로부터 돌출한다.
믹서 (1) 는, 탱크 (2) 의 이중 벽에서 유체가 순환하거나 또는 탱크 (2) 에 침지된 파이프 코일에서 유체가 순환하거나 또는 다르게 순환하는 적어도 하나의 회로를 구비할 수 있는 열 교환 수단 (4) 을 포함한다.
믹서 (1) 는, 측정 수단 (6) 및 형성될 재료의 타입에 따라서 온도 파라미터들을 메모리에 저장하기 위한 수단 (7) 에 연결되는 제어 수단 (5) 을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제어 수단 (5) 은, 열 교환 수단 (4) 을 개재하여, 탱크 (2) 의 온도를 조절하고 그리고 탱크 (2) 와 이 탱크 (2) 외부의 적어도 하나의 매체 사이의 열 교환을 조절하도록 배열된다.
가장 간단한 버젼에 있어서, 제어 수단 (5) 은 수동 제어되고, 그리고 측정 수단 (6), 예를 들어 탱크 (2) 내에, 각각의 열 교환 회로내에 위치된 온도 프로브들 또는 페이스트에 딥핑된 서모미터들에 의해 디스플레이되는 정보에 따라서, 수동적으로 또는 자동적으로, 각각의 혼합 수단 (3) 의 회전 속도, 및 각각의 열 교환 회로의 온도 및/또는 유동을 제어하는 수단을 포함한다.
보다 자동화된 제조에 있어서, 제어 수단 (5) 은 제조될 "세라믹" 이라고 하는 무기 재료의 각각의 타입에 대한 저장된 제조 프로그램들에 따라서 상기 작동들을 실시할 수 있는 적어도 하나의 프로그램가능한 자동 제어 시스템을 포함한다.
설치의 자동화 정도에 따라, 이러한 제어 수단 (5) 은, 측정된 샤프트 속도 및/또는 콤팩트한 매스 흐름의 값, 측정된 콤팩트한 매스 및/또는 탱크 온도와의 상관관계에서, 그리고 특히 주어진 생성물의 제조에 의해 적용되는 온도에 대한 한계값과의 상관관계에서 특히 열 교환 수단 (4) 을 제어한다. 유리하게는, 저장 수단 (7) 에 저장된 주어진 생성물에 대한 모든 파라미터들은 모든 원하는 타이밍을 포함하는 전체 제조 사이클을 제어할 수 있다.
본 발명에 따라, 열 교환 수단 (4) 은, 저온 초과에서 주어진 타입의 세라믹에 대응하는 혼합물이 페이스트의 형태를 취하는 저온 (TINF) 과 고온 미만에서 주어진 타입의 세라믹에 대응하는 혼합물이 바인더의 열화를 회피하도록 유지되어야 하는 고온 (TSUP) 사이에 포함된 온도까지 탱크 (2) 및/또는 탱크의 내용물에 배치된 가열 수단 (41) 을 포함한다.
이러한 저온 (TINF) 과 고온 (TSUP) 은 저장 수단 (7) 에서 주어진 타입의 세라믹에 대응하는 혼합물용 메모리에 저장된다. 믹서의 제어를 위한 수동 버전에서, 저장 수단은 각각의 단계에 대한 온도 제한 및 각각의 단계의 기간 동안 시간 범위를 포함하는, 레시피의 허용 오차와 함께 믹서에 적재된 성분의 레시피를 포함하는 요약 시트로 이루어진다.
이러한 가열 수단 (41) 은 탱크 (2) 의 외부의 제 1 열 교환 및 혼합 온도 유지 회로 (8) 와 제 1 연결부에서 에너지를 교환한다. 제 1 회로 (8) 의 열적 관성은 혼합물의 완전히 적재된 탱크 (2) 의 열적 관성보다 더 크다. 바람직하게는, 제 1 회로 (8) 의 열적 관성은 혼합물로 완전히 적재된 탱크 (2) 의 열적 관성의 2 배보다 더 크다.
가열 회로의 이러한 열적 관성 특성은 매우 짧은 사이클 시간을 얻을 수 있으므로 본 발명의 본질적인 특성이다.
가열 탱크 (2) 및 상기 탱크의 내용물은 종래 기술의 가정과 반대된다. 가열은 평균 온도와 관련하여 더 적은 변형을 가질 수 있고 온도 구배를 완전하게 제어할 수 있다. 성분 간의 마찰을 통해 성분들의 용융 온도를 달성하기 위해 더 이상 혼합 샤프트를 고속으로 회전할 필요가 없다. 얻어진 제조 아웃풋은 더 균일해지고, 이는 소결 동안 수축 계수의 완전한 제어를 의미하며 이러한 계수가 혼합의 질에 의존하기 때문에 분말 야금에서 주된 중요성을 갖는다. 예를 들어, 산화 지르코늄 분말 (ZrO2) 과 같은 원료에 기반한 세라믹의 제조를 위해, 종래 기술에서, 각각 20㎏ 의 5 배치의 일일 아웃풋에 대해 1,2850 ~ 1,2920 의 수축 계수를 얻을 수 있는 반면에, 모든 것이 동일할 때, 본 발명에 따른 믹서 및 관련된 혼합 절차를 실행함으로써, 이 계수를 1,2875 내지 1,2895 의 범위, 또는 각각 1,2880 내지 1,2890 의 범위 내로 복귀시킬 수 있고, 이는 분산의 상대 진폭이 종래 기술에서 1000 당 5.4 와는 대조적으로 1000 당 1.6 미만, 각각 1000 당 0.8 이므로, 즉 약 3.7, 각각 7 의 인자이므로 훌륭하다. 그러므로 제조는 재현가능하다.
도 3 내지 도 8 에 도시된 본 발명의 구체적인 실행에 있어서, 열 교환 수단 (4) 은 탱크 (2) 및/또는 탱크의 내용물을 냉각시키기 위한 냉각 수단 (42) 을 포함한다. 이러한 냉각 수단 (42) 은 도 3 내지 도 8 에 도시된 바와 같이 가열 수단 (41) 과는 구분된다. 이 변형예에서, 냉각 수단 (42) 은 주위 온도에서 탱크 (2) 의 외부의 제 2 회로 (9) 와 제 2 연결부에서 에너지를 교환하고, 상기 제 2 회로 (9) 의 열적 관성은 혼합물로 완전히 적재된 상기 탱크 (2) 의 열적 관성보다 훨씬 더 크고, 우선적으로는 혼합물로 완전히 적재된 상기 탱크 (2) 의 열적 관성의 2 배보다 크다. 가열 회로에 대한 것과 동일한 방식으로, 냉각 회로의 이러한 열적 관성 특징은 매우 짧은 사이클 시간을 얻을 수 있기 때문에 본 발명의 중요한 특징이다.
탱크 및 탱크의 내용물의 열적 관성보다 훨씬 더 큰 열적 관성을 각각 갖는 가열 회로 및 냉각 회로의 구체적인 사용은, 한편으로는, 종래의 기술과 비교하여 매우 상당히 감소될 수 있는 사이클 시간에 걸쳐 제어하는 것을 허용하고, 다른 한편으로는, 열적 구배의 제어를 허용한다; 외부 회로와의 열 교환에 의해 보장되는 온도 안정화는, 일반적으로 초당 10℃ 를 초과하거나 더 높은 바인더를 용융시키기 위한 마찰의 사용에 기반하여 종래 기술의 제어 불가능한 구배를 회피한다.
본 발명은 고온에서 생성물을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 원료의 어떠한 열화의 부재로 인해 수축의 제어를 보장한다. 왁스에 대한 50℃ 로부터 파라핀 또는 유사체에 대한 165 ~ 180℃ 까지의 전형적인 바인더에 대한 용융 온도의 범위로 인해, 이러한 열화의 문제는 복잡해진다. 많은 원료에 대한 특성의 손실 및 열화 포인트는 용융 포인트에 매우 근접한다는 것이 이해되어야만 한다. 따라서, 약 180℃ 의 용융 온도를 갖는 파라핀은 그의 용융 포인트의 단지 20℃ 초과인 약 200℃ 에서 완전히 열화되고, 이는 초당 약 10℃ 의 구배로 제어하는 것이 명백하게 불가능하다. 동일한 현상은 아크릴 화합물에 적용된다. 따라서, 높은 온도 (즉, 본 발명이 구체적으로 150℃ ~ 200℃ 로 의도되는 세라믹 공급 원료에 대한 온도) 에서 이러한 제어는 재현가능한 방식으로 양질의 생성물을 얻기 위해 필수적이다.
본 발명의 구체적인 실행에 있어서, 제어 수단 (5) 은 주어진 시간에서 냉각 수단 (42) 만을 또는 가열 수단 (41) 만을 이용하여 탱크 (2) 로 열 교환을 활성화시키기 위해 열 교환 수단 (4) 을 제어한다.
가열 소스 또는 냉각 소스로 열 교환하기 위해 대안으로 만들어진 탱크에서 단일의 열 교환 회로의 사용은 원하는 온도 곡선을 얻을 수 있게 한다. 그 중 하나가 탱크에 직접 연결될 수 있는 두 개의 별개의 회로를 갖는 제 2 실시형태는, 훨씬 더 높은 열적 관성을 갖는 회로와 즉각적인 접촉상태에 있는 탱크 (2) 를 위치시킴으로써 탱크 (2) 가 열적 관성의 효과를 극복할 수 있게 하고, 이로 인해 프로세스의 매끄러운 실행에 도움이 되는 온도 변위 내에서 탱크를 매우 빨리 안정화시키고, 따라서 전체적인 사이클 시간을 상당히 감소시킨다.
바람직하지만 비제한적인 방식으로, 혼합 수단 (3) 은 탱크 (2) 내의 블레이드 및/또는 패들 (33) 을 포함하는 회전 샤프트 (30) 를 포함한다. 각각의 혼합 샤프트 (30) 는 가변 트랜스미션을 제어하는 제어 수단 (5) 에 연결된 연속 가변 트랜스미션과 끼움장착된 모터 (31) 에 의해 벨트 또는 유사체를 통하여 바람직하게는 구동된다. 샤프트 (30) 는 제어 수단 (5) 에 샤프트 (30) 의 실제 회전 속도를 연통하는 태코미터릭 다이너모 (tachometric dynamo; 63) 가 바람직하게는 장착된다. 도 2 는, 탱크 (2) 의 밑에서 구동되는 캔틸레버 배열의 혼합 샤프트 (30) 를 도시하고, 혼합 샤프트는 횡단하며, 종래 기술에서보다 높은 회전 속도에 도달할 필요가 낮다는 것을 고려하여, 더 큰 토크를 얻기 위한 것과 같은 그러한 방식으로 벨트 (312) 또는 유사체에 의해 결합된 풀리 모터 (311) 의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 풀리 (310) 가 상기 샤프트 (30) 에 장착된다.
도 1 내지 도 3 은, 혼합 수단 (3) 또는 믹서 (1) 에 의한 변형을 거치는 생성물의 양의 속도에 관한 적어도 한 가지의 정보에 기반하여 그리고 측정 수단 (6) 에 포함된 센서들에 의해 측정된 탱크 (2) 또는 생성물의 양의 온도에 관한 적어도 한 가지의 정보에 기반하여, 혼합 샤프트 (30) 를 직접 또는 간접 구동하는 모터 (31) 의 속도 및 현저하게는 가열 수단 (41) 의 제 1 회로 (8) 에서 제 1 펌프 (81) 를통한 열 교환의 속도를 제어하기 위해 제어 수단 (5) 의 작용을 도시한다.
제 2 실시형의 구체적인 방식으로, 냉각 수단 (42) 이 제 2 회로 (9) 와 제 2 연결부에서 에너지를 교환하는 때에, 제어 수단 (5) 은 냉각 수단 (42) 의 제 2 회로 (9) 에서 제 2 펌프 (91) 에 또한 작용한다.
제어 수단 (5) 은, 저장 수단 (7) 에 진입한 프로세스에 대한 파라미터에 충실할 수 있게 하는 클럭 (51) 을 포함한다.
구체적으로 그리고 비제한적인 방식으로, 측정 수단 (6) 은 이하의 센서들의 모두를 또는 일부를 포함할 수 있다:
- 가열 수단 (41) 의 제 1 회로 (8) 내에, 바람직하게는 탱크 (2) 내에 또는 가능한 한 탱크에 근접한 온도 센서 (61). 가열 수단 (41) 만을 포함하는 제 1 변형예의 경우에, 센서는 가열 시스템의 아웃풋에 바람직하게는 위치되고; 다른 센서는 동일한 회로의 인풋에 위치되고,
- 제 2 변형예의 경우에, 냉각 수단 (42) 의 제 2 회로 (9) 내에, 바람직하게는 탱크 (2) 내에 또는 가능한 한 탱크에 근접한 온도 센서 (62),
- 혼합 샤프트 (30) 의 회전 속도를 측정하기 위한 태코미터릭 다이너모 (tachometric dynamo; 63),
- 현저하게는 탱크의 바닥 또는 유사체에서 액슬에 자유롭게 장착된 웜 스크류 또는 치형 휠을 위한 회전 속도 센서의 형태인, 탱크에서의 페이스트의 움직임을 특성화하는 동작 센서 (64),
- 현저하게는 동작 센서 (64) 에 연결된, 혼합물 또는 페이스트 내의 온도 센서 (65),
- 바람직하게는 탱크의 바닥에 근접한 탱크 (2) 의 내부 표면과 바람직하게는 단지 플러싱하는, 탱크 (2) 의 일 내부 표면에서 적어도 하나의 (바람직하게는 두 개의) 온도 프로브 (temperature probe; 66),
- 바람직하게는 탱크 (2) 의 바닥에 인접한 샤프트의 단부를 향하는 혼합 샤프트 (30) 의 온도 센서 (67),
- 제 1 교환 회로 (8) 의 대형 탱크 내의 온도 센서 (68),
- 제 2 교환 회로 (9) 의 대형 탱크 내의 온도 센서 (69).
또한, 제어 수단 (5) 은 제 1 회로 (8) 에 열을 추가하는 (또는 제거하는) 제 1 조절기 (82) 에 작용할 수 있고 그리고/또는 제 2 회로 (9) 로부터 열을 제거하는 (또는 추가하는) 제 2 조절기 (92) 에 작용할 수 있으며, 이러한 제 1 조절기 (82) 및 제 2 조절기 (92) 는 가열 요소 및/또는 냉각 유닛을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제 1 회로 (8) 는 오일을 운반하는 반면, 제 2 회로 (9) 는 물과 부동액의 혼합물 또는 유사체를 운반한다.
특정 실시형태에서, 믹서 (1) 는 이런 식으로 구비된 여러 개의 탱크 (2) 를 포함하고, 탱크는 호퍼 등과 같은 공급기 (21) 에 의해 원료가 부어지는 상류 탱크로부터 특히 조밀한 혼합 매스의 최종 분쇄에 기여하는 하류 탱크까지 서로 연결된다. 이 하류 탱크는 혼합 탱크 및 분쇄 탱크로서 이중 기능에 또한 기여할 수도 있고: 상류 탱크로부터 혼합을 위해 원료가 하류 탱크에 부어지고, 적어도 하나의 혼합 샤프트가 적절한 형상의 패들 및/또는 블레이드를 이용하여 실제 혼합을 행하여서, 혼합 탱크 내의 페이스트형 매스를 교반하고 그것을 절단 및 분리하고, 경우에 따라서는, 이 타입의 혼합 샤프트 (30) 에 의해, 또는 조밀한 응고된 매스를 세분화 (fragmenting) 하기에 더 적합한 블레이드 (22) 가 구비된 적어도 하나의 분쇄 샤프트에 의해, 최종 분쇄가 행해질 수 있다. 필요하다면, 희망하는 입자 크기를 얻기 위해 하류에서 부가적인 분쇄기가 사용될 수도 있다.
도면들은 공급원료 펠릿 또는 미세 가루를 얻기 위하여, 원료의 도입으로부터 "케이크" 로 불리는 냉각된 혼합 매스의 분쇄까지, 혼합 프로세스가 행해지는 단일 탱크 (2) 의 비제한적인 경우를 보여준다.
더 구체적으로, 도 2 에 도시된 것처럼, 샤프트 (30) 는 수직이고, 특히 패들 (33), 바람직하게는 여러 개의 평행한 면들에 분포된 패들을 포함한다.
패들 및/또는 블레이드의 배치는 바람직하게는, 작은 부하 및 큰 부하 쌍방에 효율적이도록 조정가능하고: 전체 혼합 샤프트 (30) 가 커플링 (32) 에서 변화될 수 있거나, 또는 도 3 및 도 4 에서 볼 수 있는 것처럼, 더 높은 패들 (34) 이 위에 얹혀진 3 개의 세트의 하측 패들 (33A, 33B, 33C) 을 샤프트 (30) 가 구비하는 특정 구성을 얻기 위해 서로 지지되고 스페이서 (35) 에 의해 필요하다면 분리된 패들 또는 블레이드를 지탱하는 일련의 소켓들을 포함할 수 있다. 실질적으로 편평한 레벨에서의 패들 또는 블레이드의 배치가 가장 흔하지만, 특히 큰 부하에 적합한 탑 레벨 (top level) 을 위해, 샤프트의 축선에 대해 실질적으로 원추형 엔벨로프 내에서 패들 (34) 또는 블레이드를 이용하는 것도 또한 가능하다. 용어 "패들" 은 초기에는 원료의 혼합 및 다음에는 페이스트의 혼합을 위한 특정 운동을 허용하는 형상을 갖는 실질적으로 반경방향 베인을 의미한다. 용어 "블레이드" 는 특히 페이스트형 매스의 절단 및 이동을 위해 날카로운 선단 에지 및 더 작은 단면을 갖는 유사한 형상의 베인을 의미하지만, 날카로운 에지는 역효과를 낳는 것으로 입증될 수도 있는데, 그 이유는, 페이스트용 구동 패들보다 더 마모되기 쉽고 이러한 마모는 공급원료 조성물의 정확도를 손상시키는 오염을 야기하기 때문이고, 따라서 임의의 날카로운 에지로 인해, 생산을 더욱 모니터링할 필요가 있다. 유리하게는, 탱크의 바닥에 가장 가까운 "하측" 패들 또는 블레이드는 탱크와 유사한 형상을 취하거나, 또는 그렇지 않으면 원뿔형, 원환체형 (toric) 또는 구형 표면 내에 새겨지고, 탱크의 바닥에서 페이스트를 긁어내는 기능을 행한다.
패들 및 블레이드는 바람직하게는, 한 세트로부터 다음 세트까지 비스듬히 (at an angle) 오프셋된다; 상이한 세트들은, 특히 공명 및 소음의 임의의 문제를 막기 위해, 변하는 각도상 위치를 갖는 상이한 개수의 패들 또는 블레이드를 포함할 수도 있다.
2 개의 아암을 갖는 단일 패들의 경우2 개의 인접한 세트들은 대략 90°의 각도로 오프셋된다.
알려진 방식에서, 패들 및/또는 블레이드 (33) 는 바람직하게는, 샤프트 (30) 의 축선에 수직한 면에 대해 약간의 입사각을 갖는다. 이 입사각은 위에서 나타낸 것처럼 소켓에 설치된 하나의 블레이드 세트를 교환함으로써 매우 간단하게, 또는 더 큰 설비에서는 복귀 메커니즘 (페이스트의 이동에 의해 더 마모되기 쉬움) 을 사용함으로써 조정될 수 있다. 경우에 따라서는, 입사각은 조밀한 매스를 탱크 바닥까지 밀도록 또는 반대로 조밀한 매스를 들어올리도록 샤프트의 회전 방향에 따라 조정될 수 있고; 혼합된 실시형태는 더 많은 동력 (power) 을 분명히 소비할 수도 있지만, 탱크의 바닥으로부터 페이스트를 들어올리는 경향이 있는 상측 블레이드 세트가 혼합을 촉진하는 한편, 탱크의 바닥을 향해 페이스트에 힘을 가하는 경향이 있는 하측 블레이드 세트가 특히 프로세스의 최종 단계에서 그리고 페이스트형의 조밀한 매스가 냉각된 후에 획득되는 케이크를 분할 (fractioning) 하기에 유리하다.
케이크는, 탱크 (2) 의 바닥에 있는 그루브 (39) 에 박힌 웜 스크류 (37) 와 수직방향 축선 주위에 연접된 (articulated) 블레이드 (36) 의 조합 작용에 의해, 혼합 샤프트 (30) 가 수직으로 비워진 후에, 또한 분쇄될 수도 있고, 그리고 나서 분쇄된 공급원료 펠릿은, 웜 스크류의 방향을 반대로 하고 이를 서빙 스테이션 (38) 으로 전달함으로써 제거된다.
다른 변형예에서, 분쇄는 가루가 획득될 때까지 계속된다. 이 가루는 하류에서, 전진함에 따라 먼저 압착되어 압출 보디를 형성한 후 펠릿으로 절단되는 추가적인 과립화 설비에서 변형된다.
각 탱크 (2) 는 적어도 하나의 밸브 또는 과압 배출 오리피스를 포함하는 클로저 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
혼합이 행해지는 탱크 내부의 열교환기가 하기의 것들을 가능하게 한다:
- 가장 높은 최대 연화 온도 문턱값 미만에서, 온도 증가에 의해, 일부 바인더를 연화시킴,
- 약 +/- 2 ~ 3 ℃ 의 페이스트 내에서의 온도 분산을 갖는, 페이스트의 매우 양호한 균질화,
- 단지 냉각 수단만 구비된 종래 기술의 믹서에서는 초당 대략 10 ℃ 의 구배에 비해, 전부하 (full load) 의 탱크보다 훨씬 더 높은 열적 관성을 갖는 제 1 열교환 및 혼합 온도 유지 회로 (8) 를 일정한 온도에 유지함으로써, 혼합물의 성분들의 마찰 하에서, 탱크 내의 조밀한 매스의 열적 구배를 분당 3 ℃ 미만의 값으로 제어함 (본 발명의 실행에 의해 획득되는 이러한 낮은 열적 구배로 인해 더 낮은 속도의 혼합이 허용됨),
- 특히 바인더 성분들의 일부 사이에서 발열 반응이 일어나는 때, 그리고/또는 혼합 속도가 매우 높은 때, 그리고/또는 혼합물 내의 또는 패들/블레이드와의 또는 탱크와의 마찰이 매우 높은 때, 온도 감소에 의해, 임의의 특성 악화를 막기 위해 규정된 혼합물에 특정되는 최대 문턱값 미만으로 페이스트 온도를 유지함,
- 열교환 및 혼합 온도 유지 회로의 언커플링에 뒤이은 빠른 온도 감소에 의해, 이전에 혼합된 조밀한 매스를 응고시키기 위해 냉각시킴. 이러한 빠른 온도 감소는 전부하의 탱크보다 훨신 더 높은 열적 관성을 갖는 제 2 주변 온도 회로 (9) 에 열교환 수단 (4) 을 연결함으로써 획득될 수도 있다.
적어도 하나의 혼합 샤프트의 회전 속도의 제어에 의해, 이하의 것이 가능해진다:
- 회전 속도를 감소시킴으로써, 전술한 마찰을 감소시킴,
- 최종 단계에서의 회전 속도를 감소시킴으로써, "케이크" 의 형태로 응고될 때까지 조밀한 매스를 점진적으로 침강시킴,
- 회전 속도를 증가시킴으로써, 적어도 하나의 산화물 또는 서멧 또는 금속 또는 질화물 타입 원소 또는 상기 원소 중의 적어도 한 원소의 적어도 하나의 화합물로 된 무기 분말 주위의 바인더 성분들의 응집을 향상시킴,
- 회전 속도를 증가시킴으로써, 케이크의 형태로 이전에 응고된 조밀한 매스를 세분화시켜, 공급원료 펠릿을 생성함.
그러므로, 혼합 속도 및 열교환 수단의 시간에 따른 거동이 중간 제품에 특정되는 파라미터, 특히 중간 제품의 점도와 더불어, 최종 제품의 질을 결정한다. 이러한 거동을 올바르게 관리하는 것이 본질적으로, 믹서에서의 사이클 시간을 결정하고, 다라서 생산 비용 및 설비의 분할상환을 결정한다.
일반적으로, 온도 및 혼합 속도 쌍방을 각 혼합물에 대한 특정 문턱값 한계로 유지하기 위해 노력하여야 한다.
믹서 (1) 는 탱크 내부에서의, 예컨대 탱크 내부의 매스에 침지된 웜 스크류 또는 아이들러 휠과 같은 이동부 (60) 상에서의 조밀한 매스의 모션 속도를 측정하기 위한 수단을 또한 구비할 수도 있고, 그 회전 속도는 페이스트 모션 센서 (64) 에 의해 측정되고, 유리하게는 조밀한 페이스트형 매스 내부의 온도는 페이스트 온도 센서 (65) 에 의해 측정된다.
조밀한 매스의 온도를 측정하기 위한 수단은 상기 이동부 (60) 상에, 그리고/또는 탱크 (2) 의 바닥에, 탱크 (2) 의 내부 표면에 있는 온도센서 (66) 에 의해, 그리고/또는 혼합 샤프트 (30) 의 주변에, 바람직하게는 탱크 (2) 의 바닥 근방의 하측 부분에 있는 온도 센서 (67) 에 의해 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명은,
- 35 ∼ 54 부피% 의 폴리머계 베이스,
- 40 ∼ 55 부피% 의 왁스 혼합물, 및
- 대략 10 부피% 의 계면활성제
를 포함하는 사출 성형 조성물을 위한 특정 바인더에 관한 것이고, 상기 폴리머계 베이스는 에틸렌 및 메타크릴산 또는 아크릴산의 코폴리머, 또는 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 코폴리머, 또는 말레산무수물을 포함하는 에틸렌의 코폴리머, 또는 이 코폴리머의 혼합물, 및 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 아크릴 수지를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 바인더는 상기 코폴리머들 또는 그들의 혼합물 중 하나 2 ~ 7 부피%, 폴리에틸렌 약 25 부피%, 폴리프로필렌 2 ~ 5 부피%, 및 아크릴 수지 6 ~ 15 부피% 를 포함한다.
바람직한 방법에 따르면, 에틸렌 및 메타크릴산의 코폴리머는 메타크릴 또는 아크릴 코모노머의 3 ~ 10 중량% 를 함유하고, 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 코폴리머는 비닐 아세테이트 코모노머의 7 내지 18 중량% 를 함유하고, 에틸렌 및 무수물의 코폴리머는 100 내지 110 ℃ 의 용융점을 갖는 에틸렌 및 말레산 무수물의 랜덤 코폴리머 또는 130 내지 134 ℃ 의 용융점을 갖는 HD 폴리에틸렌 및 개질된 무수물의 코폴리머이다.
바람직하게, 아크릴 수지는 50000 내지 220000 사이의 분자량 및 0.21 내지 0.83 사이의 점성을 갖고 이소부틸 메타크리레이트, 메틸 메타크리레이트, 에틸 메타크리레이트 및 N-부틸기 메타크리레이트의 폴리머들, 및 이소부틸 메타크리레이트 및 N-부틸기 메타크리레이트 및 메틸 메타크리레이트의 코폴리머들 또는 이들 폴리머들 및/또는 코폴리머들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다.
유리하게, 왁스는 카르나우바 (Carnauba) 왁스 또는 파라핀 왁스, 또는 팜 오일, 또는 이들 요소들의 혼합물이다.
또 다른 바람직한 특징에 따르면, 계면활성제는 N,N'-에틸렌 비스-스테레아미드 또는 스테아릭 및 팔미틱 산들 (스테아린) 의 혼합물, 또는 이들 요소들의 혼합물이다.
또한 본 발명은:
- 35 ∼ 54 부피% 의 폴리머계 베이스,
- 40 ∼ 55 부피% 의 왁스 혼합물, 및
- 대략 10 부피% 의 계면활성제
를 포함하는, 바인더의 4 ~ 24 중량% 및 무기물 분말의 76 ~ 96 중량% 를 포함하는 금속의 또는 세라믹의 성형된 부분들의 제조를 위해 의도된 사출 성형 조성물 (공급 원료) 에 관한 것이고,
폴리머 염기는 에틸렌 및 메타크릴 또는 아크릴 산의 코폴리머들, 또는 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 코폴리머들, 또는 말레산 무수물을 포함하는 에틸렌의 코폴리머들 또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 아크릴 수지 뿐만 아니라 이들 코폴리머들의 혼합물을 함유한다.
구체적인 특징에 따르면, 사출 성형 조성물의 무기물 분말은 산화물, 질화물, 탄화물 또는 금속 분말 또는 상기 분말들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있고 바람직하게 무기물 분말은 알루미나 분말, 지르코늄 산화물 분말, 크롬 탄화물 분말, 티타늄 탄화물 분말 또는 텅스텐 탄화물 분말, 텅스텐 금속 또는 실리콘 질화물 분말, 스테인레스 스틸 분말, 티타늄 금속 분말 또는 이들 분말들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다.
사출 성형 조성물의 바람직한 실시형태들에 따르면, 후자는:
ㆍ알루미나의 76 내지 88% 및 상기 규정된 바와 같이 본 발명에 따른 바인더의 12 내지 24%, 또는
ㆍ알루미나의 76 내지 88% 및 마그네슘 산화물의 0.1 내지 0.6% 및 본 발명의 바인더의 12 내지 24%, 또는
ㆍ지르코늄 산화물의 58 내지 86.5% 및 이트륨 산화물의 3.9 내지 4.6% 및 알루미나의 0.18 내지 18.5% 및 본 발명의 바인더의 9 내지 22%, 또는
ㆍ지르코늄 산화물의 61.5 내지 84% 및 이트륨 산화물의 3.9 내지 4.6% 및 알루미나의 0.2 내지 9% 및 철 산화물, 코발트 산화물, 크롬 산화물, 티타늄 산화물, 망간 산화물, 아연 산화물 또는 상기 산화물들의 혼합물을 포함하는 리스트로부터의 무기물 안료들의 2 내지 5.5% 및 본 발명의 바인더의 9 내지 22%, 또는
ㆍ크롬 또는 티타늄 탄화물의 88 내지 91%, 및 본 발명의 바인더의 9 내지 12%, 또는
ㆍ텅스텐 탄화물 또는 텅스텐 금속의 93 내지 96% 및 본 발명의 바인더의 4 내지 7%, 또는
ㆍ실리콘 질화물의 78 내지 85%, 및 본 발명의 바인더의 15 내지 22% 를 중량% 로 포함한다.
지금부터 본 발명은 다음의 비제한적인 실시예들에 의해 보다 상세하게 예시될 것이다.
실시예
1:
바인더의 폴리머 부분은 약 150℃ 의 온도에서 블랙 지르코늄 산화물 분말 (St. Gobain Zir Black 과 같은) 과 혼합되어 프리믹스를 생성한다. 왁스들 및 계면활성제는 상기 프리믹스에 부가되고, 온도는 약 180℃ 로 추가로 증가되어 일종의 균질한 페이스트를 형성하고, 이는 그 후 고화될 때까지 냉각되고 알갱이화되고, 그 후 공지된 기술에 따른 인젝션에 의해 성형된 부분의 제조에 사용될 수 있는 공급 원료를 형성하도록 유지된다. 이러한 실시예 1 에서, 보다 구체적으로, 지르코늄 분말 (86 중량%) 의 17.2 kg 및 바인더 (대략 14 중량%) 의 2.8 kg 는 다음의 부피 측정 조성물로써 사용되었다:
- HD 폴리에틸렌의 24%
- 폴리프로필렌의 10%
- 에틸렌 및 메타크릴산의 코폴리머 (예를 들면 DuPont 으로부터의 "Nucrel (TM)" 과 같은 타입의 메타크릴산의 6.5 중량% 를 가짐) 의 4%
- 195,000의 분자량을 갖는 이소부틸 메타크리레이트 코폴리머 수지 (예를 들면 Lucite International 로부터의 "Elvacite (TM) 2045 과 같은 타입) 의 10%
- 165,000 의 분자량을 갖는 N-부틸기 코폴리머 수지 및 이소부틸 메타크리레이트 (예를 들면 Lucite International 로부터의 "Elvacite (TM) 2046" 과 같은 타입) 의 1%
- 카르나우바 왁스의 11%
- 파라핀 왁스 (예를 들면 Alpha Wax BV 로부터의 "Carisma 54 T (TM)" 와 같은 타입) 의 31%
- N,N'-에틸렌 비스-스테레아미드의 6%
- 팔미틱 산들 및 스테아릭의 혼합체 (예를 들면 Stearine Dubois 와 같은 타입) 의 3%.
실시예
2:
상기 실시예 1 에서와 동일한 타입의 공급 원료는 화이트 지르코늄 산화물로 대체된 블랙 지르코늄 산화물로써 그리고 바인더의 상이한 구성 요소의 약간 상이한 양을 사용하여 제조되고, 보다 구체적으로:
- HD 폴리에틸렌의 26%
- 폴리프로필렌의 10%
- 에틸렌 및 메타크릴산의 코폴리머의 4%
- "Elvacite 2045" 수지의 11%
- "Elvacite 2046" 수지의 1%
- Carnauba 왁스의 11%
- 파라핀 왁스의 29%
- N,N'-에틸렌 비스-스테레아미드의 8%
실시예
3:
약간 상이한 부피 측정 비들을 갖는 동일한 유기 바인더 성분들을 다시 사용하여, 다른 공급 원료들은 다음의 표에 따라 다양한 세라믹의 또는 금속의 분말들, 보다 구체적으로 1.19 또는 1.30 의 수축 지수를 갖는 알루미나 (반투명한), 또는 크롬 탄화물 또는 티타늄 탄화물, 텅스텐 탄화물 (상이한 질들의) 및 텅스텐 금속으로써 제조될 수 있다:
본 발명에 따라 분말 야금을 위해 원재료를 혼합하는, 특히 한편으로, 적어도 하나의 산화물 또는 서밋 또는 금속 또는 질화물 타입 요소의 적어도 하나의 무기물 분말 또는 상기 요소들의 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 화합물 및 다른 한편으로, 적어도 하나의 유기 바인더를 포함하는 혼합물로부터 세라믹의 주어진 타입의 공급 원료 펠릿들을 제조하기 위한 방법은 적어도 다음의 단계들을 포함하도록 실행된다:
- 혼합물이 적어도 하나의 혼합 수단 (3) 을 포함하는 혼합기 (1) 의 탱크 (2) 로 첨가되는 단계,
- 해당 혼합물에 대해 특정되고 상기 혼합물이 페이스트로 되는 보다 낮은 온도 (TINF) 와, 해당 혼합물에 대해 특정되고 상기 혼합물이 바인더 열화를 막도록 유지되어야 하는 보다 높은 온도 (TSUP) 사이에 포함되는 혼합 온도에 근접한 온도에서, 제 1 열 교환 및 혼합 온도 유지 회로 (8) 에 열 교환 수단 (4) 을 연결함으로써 탱크 (2) 및 그 내용물의 온도가 안정화되는 단계,
- 혼합 수단 (3) 이 분 당 700 회전들 이하의 속도에서의 모션으로 설정되는 단계,
- 혼합물이 조밀하고 균질한 매스가 얻어질 때까지 혼합하는 단계,
- 온도에서의 감소가 허가되는 탱크 (2) 및 그 내용물의 높은 온도 안정화 가 해당 조밀하고 균질한 매스의 특성의 혼합물에 대해 특정한 온도 이상인 온도 (T5) 에서 정지되는 단계.
도 2 및 도 6 에 도시된 변형예에서, 열 교환 수단 (4) 은 가열 수단 (41) 을 포함하고 제 1 열 교환 및 혼합 온도 유지 회로 (8) 에 연결되는 단일 가열 회로를 포함한다. 가열 수단 (41) 은, 예를 들면, 양의 온도 구배, 또는 음의 온도 구배를 가능하게 하는 "HB Therm" 또는 5 바들의 최대 압력 하에서 오일을 사용하여 온도 제어되는 그와 유사한 것과 같은 타입의 적어도 하나의 온도 조절기를 포함한다. 이때 이러한 온도 조절기는 탱크 (2) 의 온도에서의 감소를 제어하도록 사용될 수 있다.
본 발명의 특정한 실시에 따르면, 탱크 (2) 및 그 내용물의 높은 온도 안정화 가 해당 조밀하고 균질한 매스의 특성의 혼합물에 대해 특정 온도 이상인 온도에서 정지될 때, 탱크 (2) 및 그 내용물의 온도는 자연적 수단에 의해 또는 열 교환 수단을 약 20℃ 에서 제 2 주변 온도 회로에 연결됨으로써 감소된다.
특히, 혼합기 (1) 에 제 2 냉각 회로 (9) 가 제공될 때, 열 교환 수단 (4) 은 온도를 감소시키도록 약 20℃ 의 주변 온도로 이러한 제 2 회로 (9) 에 연결될 수 있다.
탱크 (2) 에는 바람직하게 혼합물의 임의의 오염을 방지하도록 그리고 혼합물의 상이한 성분들의 비들이 고수되는 것을 보장하도록 밀봉된 뚜껑 (39) 이 구비된다.
본 발명의 또 다른 구체적인 실시에 따르면, 온도에서의 상기 감소 중에 또는 후에, 상기 조밀한 매스는 100℃ 이하의 온도에서 그리고 혼합 수단 (3) 의 분당 700 회전들 이상의 속도로, 또는 혼합기 (1) 에 부착된 분쇄 플랜트에서 분쇄된다.
더 높은 회전 속도를 포함하는 후자 실시형태의 실시를 위해서, 탱크 (2) 는 유리하게는 내부가 내마모 코팅, 예를 들어 다이아몬드 또는 유리 또는 유사물로 도포된다.
대략 5 kg 의 매스의 지르코늄 산화물 기반 세라믹 (즉, 대략 10 리터의 부피) 을 갖는 제조 배치들의 예를 위한 믹서 (1) 의 이용을 위한 특정 순서가 아래에 제공되며, 다음의 단계들은 저속, 고속, 및 고온에 의해서 의미되는 것을 분명하게 특정한다:
- 단계 (100) : 특히 분말 및 폴리머 플라스틱을 포함하는 분량의 분말 및 구조제 (structurants) 의 제 1 부분을 탱크 (2) 또는 공급기 (21) 에 직접 로딩하고, 가열 수단 (41) 을 활성화시킴으로써 그리고 냉각 수단 (42) 을 비활성화시킴으로써, 125 ℃ 내지 180 ℃ 에 포함된 그리고 바람직하게는 125 ℃ 에 근접한 최대 온도 (T0) 에서 탱크 온도 조절기를 시동시키고, 혼합 샤프트 (30) 의 회전을 150 내지 300 rpm 에 포함된 V0 에서의 시작함.
- 단계 (110): 온도 T1 = 145 ℃ 내지 150 ℃ 및 회전 속도 V1 = 300 rpm 에 도달된 후, 특히 왁스 베이스들을 포함하는 바인더 분량의 잔부를 형성하는 제 2 부분을 로딩함;
- 변형예에 있어서, 단계 (110) 은 300 내지 700 rpm 의 속도 (V1) 에서 실시된다. 다른 변형예에 있어서, 단계 (115) 에서, 분량의 이 제 2 부분을 로딩한 후, 회전 속도는 대략 700 rpm 에서 재시작된다.
- 단계 (120): 온도 T2 = 160 ℃ 에 도달된 후, 샤프트 (30) 의 회전이 중지되고, 탱크 (2) 가 검사를 위해서 개방되고, 필요하다면 벽들 및 패들/블레이드를 긁어낸다 (이 검사 단계는 카메라에 의해서 조력될 수도 있으나, 오염에 대한 보호가 어렵고, 탱크 (2) 에서 그리고 패들들 (33 및 34) 의 분쇄의 최선의 체크는, 저장 수단 (7) 에 저장된 기준 제조를 위한 세트포인트 값들을 참조하여 모터 (31) 에 의해서 흡수되는 토크 또는 파워를 측정함으로써 실시될 수도 있다).
- 단계 (130): 회전을 재시작, 온도 T3 = 168 ℃ 및 회전 속도 V3 = 700 rpm 에 도달된 후, 샤프트 (30) 의 회전이 중지되고, 탱크는 개방되고, 검사 단계 (135), 만약 요구되면 단계 (136) 에 따른 벽들 및 패들들/브레이드들의 긁음.
- 단계 (140): 회전의 재시작, 온도 TINF = T4 = 170 ℃ 및 회전 속도 V4 = 700 rpm 에 도달된 후, 혼합한다.
- 단계 (150): 조밀한 매스 온도의 측정, 이 온도는 178℃ 내지 185 ℃ 의 T5 사이에 포함되고, 특히 180 ℃ 및 TSUP=T6=190 ℃ (검사 단계 (155)) 에 가까워야 하고, 혼합은 이 온도 범위가 도달될 때까지 계속된다.
- 단계 (160): 샤프트 (30) 의 회전은 중단되고, 냉각은 가열 수단 (41) 을 비활성화시킴으로써 그리고 냉각 수단 (42) 을 활성화시킴으로써 달성된다.
- 단계 (170): T7 = 150 ℃ 및 T8 = 180 ℃ (검사 단계 175) 사이의 온도, 그리고 바람직하게는 160 ℃ 이하의 온도에 도달된 후, 패들들/블레이드들을 언블로킹하고 그리고/또는 전단을 개선하도록 조밀한 매스는 회전 설정되고, 열 관성은, 더 높은 혼합된 매스의 온도와 탱크 상의 센서 상에 표시되는 온도 사이에 20 ℃ 만큼의 중요한 차이를 도입할 수도 있기 때문에, 체크되어야 한다. 상 (160) 과 상 (170) 사이의 시간 기간은 전체 사이클 시간에 비해 길수도 있고, 특히 약 10 분이 될 수도 있다.
- 단계 (180): "케이크" 를 형성하도록 300 내지 700 rpm, 바람직하게는 700 rpm 에 가까운 V9 의 경우에 따른 회전들, 및 T9 = 95 ℃ 와 T10 = 110 ℃ 사이의 온도로의 냉각. 이 냉각은, 제 1 변형예에서 온도 조절 시스템을 분당 약 -2℃ 의 음의 구배를 가지는 냉각 모드로 전화함으로써, 또는 제 2 변형예에서, 가열 수단 (41) 을 비활성화시키고 냉각 수단 (42) 을 활성화시킴으로써 실시된다.
- 단계 (190): 오염이 없는 지 확인하고, 오염이 있는 경우에 회전을 전체 중단하고, 다음으로 단계 (195): "케이크" 의 절단의 수동 완료.
대략 10 kg 의 지르코늄 산화물 기반 세라믹 매스 (즉, 대략 20 리터의 부피) 의 제조 배치들을 갖는 변형예에 있어서, 최적 출력을 위해서 파라미터들이 변한다:
- 단계 (100): 바람직하게는 180 ℃ 에 근접한 온도 (T0) 및 약 150 내지 189 rpm 의 속도 (V0).
- 350 rpm 미만, 바람직하게는 300 rpm 미만의 속도 (V1) 을 갖는 단계 (110) 및 단계 (115).
- 단계 (130): 약 300 rpm 의 속도 (V3).
- 단계 (140): 약 300 내지 350 rpm 의 속도 (V4).
- 단계 (180): 300 rpm 에 가까운 속도 (V9).
다음 단계들은, "케이크" 를 절단, 분쇄하기 위한 수단, 및 마모에 대항하여 탱크 (2) 를 보호하기 위한 수단에 관한 믹서 (1) 의 장치에 의존한다.
만약 특정 수단이 제공되지 않으면, 케이크로부터 절단된 블록들은 수동으로 제거되고, 분쇄는 추가의 수단에서 실시된다.
마모로부터 탱크 (2) 를 보호하는 내측 코팅을 구비한 탱크 (2) 에 의해서, 다음 단계들은 혼합 탱크에서 직접적으로 실행될 수도 있다.
- 단계 (200): 700 rpm 초과, 특히 1000 rpm 초과의 V11 에서 분쇄. 이 속도는 단지 장비에 의해서 한정되고, 특히 10000 rpm 에 도달될 수도 있다.
- 단계 (210): 샤프트 (30) 의 회전을 중지.
- 단계 (220): V12 = 2000 rpm 미만 및 T12 = 85 ℃ 미만에서 배출, 100 rpm 보다 더 빠른 속도는 분말로 분쇄된 생산물로 이어지고, 이러한 생산물은, 특히 스크류에서 상기 분말을 압축함으로써 형성된 바디를 절단함으로써, 특히 스크류 압출 또는 배출에 의해서 펠릿들 또는 유사물에 만들어지도록 다음으로 용이하게 재가공된다.
- 유리하게는, 압출기 또는 펠릿 절단 기계의 출구에서, 상이한 사이즈들의 펠릿들이 생성되고, 더 하류에서, 이들이 사출 프레스를 공급하기 위해서 이용될 때, 이들은 사출 프레스에서 더 용이하게 겹쳐지기 (imbricate) 때문에, 상이한 체적들이 유리하다. 이것은, 와치 (watch) 의 중간 부분을 위한 세라믹 믹스를 위한, 예를 들어 25 초보다 18 초의 주요한 시간 절약으로 이어질 수도 있다.
5 kg 분량의 이 예에서, 전체 모터 사이클 시간은 20 내지 30 분이고, 전체 냉각 시간은 15 내지 30 분이고, 전체 배출 시간은 5 내지 15 분이다.
특정 방식에 있어서, 이 방법은, 76 내지 96 중량% 의 비유기 분말 및,
- 35 ∼ 54 부피% 의 폴리머계 베이스,
- 40 ∼ 55 부피% 의 왁스 혼합물, 및
- 대략 10 부피% 의 계면활성제를 포함하는
4 내지 24 중량% 의 바인더를 포함하는 금속 또는 세라믹 성형 부분들의 제조를 위해 의도된 사출 몰딩 조성물 (공급원료) 을 위해서 실시되고,
여기서, 폴리머계 베이스는 에틸렌 및 메타크릴산 또는 아크릴산의 코폴리머, 또는 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 코폴리머, 또는 말레산무수물을 포함하는 에틸렌의 코폴리머, 또는 이 코폴리머의 혼합물, 및 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 아크릴 수지를 포함한다.
이 타입의 절차는 14 질량% 의 바인더를 포함하고 이 바인더가 50 부피% 의 구조 매트릭스 형성 재료, 42 부피% 의 유동화 매트릭스 형성 재료 및 8 부피% 의 계면활성제 매트릭스 형성 재료를 함유하는 원료들의 혼합물에 특히 적합하다.
특정 방식에 있어서, 이 방법은, 위에서 설명된 타입들 중 하나의 타입의 본 발명에 따른 바인더, 특히
35 ∼ 54 부피% 의 폴리머계 베이스,
40 ∼ 55 부피% 의 왁스 혼합물, 및
대략 10 부피% 의 계면활성제
를 포함하는 바인더를 이용하여 실시되고,
여기서, 폴리머계 베이스는 에틸렌 및 메타크릴산 또는 아크릴산의 코폴리머, 또는 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 코폴리머, 또는 말레산무수물을 포함하는 에틸렌의 코폴리머, 또는 이 코폴리머의 혼합물, 및 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 아크릴 수지를 포함한다.
위에서 정의된 바와 같은 믹서 (1) 로 이용되는 이 작동 범위는 종래 기술로 겪는 많은 다음의 문제들 방지할 수 있도록 한다:
- 모든 온도 구배들이 제어되고 정확하다.
- 혼합물 및 조밀한 매스의 온도의 증가는, 여기서 TSUP = T6 = 190 ℃ 와 동일한 미리 결정된 최대 문턱값에 엄격히 한정된다.
- 냉각 시간은 조밀한 매스가 냉각되는 것을 허여하는 열 교환 수단의 결과로서 감소된다.
- 조밀한 매스의 온도는, 샤프트의 회전이 중지되었을 때, 탱크를 통한 조밀한 매스의 가열 또는 냉각을 허여하는 열 교환 수단의 결과로서, 주어진 값으로 유지될 수 있다.
- 탱크의 온도는, 수동 검사에 의한 담궈진 센서로, 또는 로봇 팔에 의해서 작동되는 센서로 더 양호하게 결정된, 조밀한 매스의 온도에 정확하게 근접한다.
- 혼합물에서 분말은, 원료들의 저온 예비혼합 동안 패들 회전 속도의 저속 제어의 결과로, 가열 동안 탱크의 벽들에 더 이상 점착되지 않는다.
- 조정 (regulation) 은 탱크 벽들 상의 그리고 패들들/블레이드들 상의 마모를 제한하는 것이 가능하고, 따라서 오염은 크게 감소되고, 장비는 훨씬 덜 빠르게 마모된다.
- 프로세스는 탱크를 폐쇄하고 실시될 수 있고, 특히 카메라에 의한 광학 모니터링은 탱크의 벽들을 긁을 필요가 있는지 결정할 수도 있고, 이것은 온도에서 점진적 증가 및 페이스트의 회전 속도의 제어에 의해서 이론적으로 종래 기술에 비해서 덜 막힌다.
- 조밀한 매스의 혼합 균질화가 만족스럽고, 따라서 공급원료 펠릿들은 사출 몰딩 동안에 동일한 재생가능한 거동을 보인다.
- 구동, 가열 및 냉각을 위한 전력 소비는 감소된다.
Claims (26)
- 한편으로 적어도 하나의 산화물 또는 서멧 또는 금속 또는 질화물 타입 성분으로 된 또는 상기 성분 중의 적어도 하나를 함유하는 적어도 하나의 화합물로 된 적어도 하나의 무기 분말을 포함하고 다른 한편으로 적어도 하나의 유기 바인더를 포함하는 혼합물로부터 공급원료 (feedstock) 로서 알려진 세라믹 타입 펠릿 (pellets) 을 제조하기 위한 믹서 (1) 로서,
상기 믹서 (1) 는 적어도 하나의 혼합 수단 (3) 이 안에서 이동될 수 있는 적어도 하나의 탱크 (2), 및 열교환 수단 (4) 을 포함하고,
상기 열교환 수단 (4) 은 상기 탱크 (2) 및/또는 탱크의 내용물을 가열하도록 배치된 가열 수단 (41) 을 포함하고,
상기 가열 수단 (41) 은 상기 탱크 (2) 외부의 제 1 열교환 및 혼합 온도 유지 회로 (8) 와 제 1 연결부에서 에너지를 교환하고,
제 1 회로 (8) 의 열적 관성은 상기 혼합물로 완전히 적재된 상기 탱크 (2) 의 열적 관성의 2 배보다 더 크고,
상기 열교환 수단 (4) 은 상기 탱크 (2) 및/또는 탱크 내용물을 냉각하기 위해 배열되며, 주위 온도에서 상기 탱크 (2) 외부의 그리고 상기 제 1 회로 (8) 와는 별개인 제 2 회로 (9) 와 제 2 연결부에서 에너지를 교환하는 냉각 수단 (42) 을 포함하고, 상기 제 2 회로 (9) 의 열적 관성은 상기 혼합물로 완전히 적재된 상기 탱크 (2) 의 열적 관성보다 더 크고,
상기 제 2 회로 (9) 의 열적 관성은 상기 혼합물로 완전히 적재된 상기 탱크 (2) 의 열적 관성의 2 배보다 더 크며,
상기 믹서 (1) 는 제조될 재료의 타입에 따른 온도 파라미터의 저장 수단 (7) 및 적어도 상기 믹서 (1) 의 탱크 (2) 의 온도의 측정 수단 (6) 에 연결된 제어 수단 (5) 을 포함하고,
상기 제어 수단 (5) 은 상기 열교환 수단 (4) 을 제어하고,
상기 가열 수단 (41) 은 그 초과의 온도에서는 주어진 타입의 세라믹을 위한 혼합물이 페이스트가 되는 저온 (TINF) 과 그 미만의 온도에서는 상기 주어진 타입의 세라믹을 위한 혼합물이 유지되어야 하는 고온 (TSUP) 사이의 온도까지 상기 탱크 (2) 및/또는 탱크의 내용물을 가열하도록 배치되고,
상기 저온 (TINF) 및 상기 고온 (TSUP) 은 주어진 타입의 세라믹을 위한 상기 혼합물을 위해 메모리에 저장되고,
상기 저온 (TINF) 및 상기 고온 (TSUP) 은 주어진 타입의 세라믹을 위한 상기 혼합물을 위해 상기 저장 수단 (7) 에 저장되고,
상기 제어 수단 (5) 은 상기 냉각 수단 (42) 만을 또는 상기 가열 수단 (41) 만을 이용하여, 미리 결정된 프로그램에 따라 상기 탱크 (2) 와 열교환하기 위해 상기 열교환 수단 (4) 을 활성화시키도록 상기 열교환 수단 (4) 을 제어하는 것을 특징으로 하는 믹서 (1). - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 수단 (5) 은, 상기 혼합 수단 (3) 또는 상기 믹서 (1) 에 의한 변형을 거치는 생성물의 매스 (mass) 의 속도에 관한 적어도 한 가지의 정보에 기반하여 그리고 상기 측정 수단 (6) 에 포함된 센서들에 의해 측정된 상기 탱크 (2) 또는 생성물의 상기 매스의 온도에 관한 적어도 한 가지의 정보에 기반하여, 한편으로 상기 혼합 수단 (3) 에 포함된 혼합 샤프트 (30) 를 직접 또는 간접 구동하는 모터 (31) 의 속도 및 다른 한편으로 상기 가열 수단 (41) 의 상기 제 1 회로 (8) 에서의 제 1 펌프 (81) 에 의한 열교환의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 믹서 (1). - 제 1 항에 있어서,
상기 냉각 수단 (42) 이 상기 제 2 회로 (9) 와 상기 제 2 연결부에서 에너지를 교환할 때에, 상기 제어 수단 (5) 이 상기 냉각 수단 (42) 의 상기 제 2 회로 (9) 에서의 제 2 펌프 (91) 에 의한 열교환의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 믹서 (1). - 제 3 항에 있어서,
상기 제어 수단 (5) 은 상기 제 1 회로 (8) 에 열을 추가하거나 상기 제 1 회로로부터 열을 제거하는 제 1 조절기 (82) 또는/및 상기 제 2 회로 (9) 로부터 열을 제거하거나 상기 제 2 회로에 열을 추가하는 제 2 조절기 (92) 를 제어하도록 배치된 것을 특징으로 하는 믹서 (1). - 제 1 항에 있어서,
상기 측정 수단 (6) 은 상기 탱크의 바닥에 자유롭게 장착된 이동부 (60) 를 위한 회전 속도 센서의 형태로 상기 탱크 (2) 에서의 페이스트의 움직임을 특성화하는 동작 센서 (64), 및 상기 동작 센서 (64) 에 연결된, 상기 혼합물 또는 상기 페이스트 내부의 온도 센서 (65) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 믹서 (1). - 제 1 항에 있어서,
상기 측정 수단 (6) 은 상기 탱크 (2) 의 바닥에 인접하여 상기 혼합 수단 (3) 에 포함된 혼합 샤프트 (30) 상에 있는 온도 센서 (67) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 믹서 (1). - 제 1 항에 있어서,
상기 믹서 (1) 는, 한편으로 적어도 하나의 산화물 또는 서멧 또는 금속 또는 질화물 타입 성분으로 된 또는 상기 성분 중의 적어도 하나를 함유하는 적어도 하나의 화합물로 된 적어도 하나의 무기 분말을 포함하고 다른 한편으로 적어도 하나의 유기 바인더를 포함하는 세라믹 타입 공급원료 펠릿을 제조하기 위한 것이고,
상기 유기 바인더는 상기 유기 바인더를 포함하는 원료들 (raw materials) 의 혼합물로부터의 유기 바인더로서, 35 ∼ 54 부피% 의 폴리머계 베이스, 10 부피% 의 계면활성제 및 잔부 부피의 왁스 혼합물을 포함하는 바인더를 함유하는, 믹서 (1). - 적어도 하나의 산화물 또는 서멧 또는 금속 또는 질화물 타입 성분으로 된 또는 상기 성분 중의 적어도 하나를 함유하는 적어도 하나의 화합물로 된 적어도 하나의 무기 분말, 및 적어도 하나의 유기 바인더를 포함하는 특정한 혼합물로부터 주어진 타입의 세라믹 공급원료 펠릿을 제조하기 위한, 분말 야금용 원료의 혼합 방법으로서,
상기 혼합물이 적어도 하나의 혼합 수단 (3) 을 포함하는 믹서 (1) 의 탱크 (2) 에 첨가되고,
상기 탱크 (2) 및 탱크 내용물의 온도는, 열교환 수단 (4) 을 제 1 열교환 및 혼합 온도 유지 회로 (8) 에 연결함으로써, 그 초과의 온도에서는 주어진 타입의 세라믹을 위한 혼합물이 페이스트가 되는 저온 (TINF) 과 그 미만의 온도에서는 상기 주어진 타입의 세라믹을 위한 혼합물이 유지되어야 하는 고온 (TSUP) 사이의 혼합 온도 근방에서 안정화되고, 상기 탱크 (2) 또는/및 탱크 내용물을 가열하도록 배치된 가열 수단 (41) 을 포함하는 상기 열교환 수단 (4) 은 상기 저온 (TINF) 및 상기 고온 (TSUP) 사이의 온도로 제어되고, 상기 저온 (TINF) 및 상기 고온 (TSUP) 이 주어진 타입의 세라믹을 위한 상기 특정 혼합물을 위해 메모리에 저장되어서, 상기 가열 수단 (41) 이 상기 탱크 (2) 외부의 제 1 열교환 및 혼합 온도 유지 회로 (8) 와 제 1 연결부에서 에너지를 교환하고, 제 1 회로 (8) 의 열적 관성은 상기 특정 혼합물로 완전히 적재된 상기 탱크 (2) 의 열적 관성의 2 배보다 더 크고,
상기 혼합 수단 (3) 은 700 rpm 이하의 속도로 동작 설정되고,
상기 혼합물은 조밀한 균질 매스가 얻어질 때까지 혼합되고,
온도 저감이 허가된 상기 탱크 (2) 및 탱크 내용물의 고온 안정화는 해당 혼합물 및 조밀한 균질 매스의 특성에 특정된 온도가 미리 결정된 온도 보다 높아졌을 때 중지되고, 상기 고온 안정화에서, 상기 탱크 (2) 및 냉크 내용물은 상기 저온 (TINF) 및 상기 고온 (TSUP) 사이에 포함되는 온도에서 제어되고,
상기 탱크 및 탱크 내용물의 온도를 저감시키기 위해, 상기 고온 안정화는 중지되고, 음의 (negative) 온도 구배에 따라 냉각되기 위해 상기 열교환 수단 (4) 은 제어되고, 상기 열교환 수단 (4) 은 상기 탱크 (2) 및/또는 탱크 내용물을 냉각하기 위해 배열되는 냉각 수단 (42) 를 포함하고, 상기 열교환 수단 (4) 은 20 ℃ 근방의 주위 온도에서 상기 탱크 (2) 외부의 그리고 상기 제 1 회로 (8) 와는 별개인 제 2 회로 (9) 와 제 2 연결부에서 에너지를 교환하고, 상기 제 2 회로 (9) 의 열적 관성은 상기 혼합물로 완전히 적재된 상기 탱크 (2) 의 열적 관성의 2 배보다 더 큰 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료의 혼합 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 방법은 산화 지르코늄계 세라믹의 특정 혼합물의 생산에 적용되고, 이하의 단계들을 갖는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료의 혼합 방법:
- 100: 분말 및 폴리머 플라스틱을 포함하는 분량의 분말 및 구조제 (structurants) 를 상기 탱크 (2) 또는 상기 탱크 (2) 상류의 공급기 (21) 에 직접 주입하고, 탱크 온도 조절기는 T0 = 180 ℃ 의 온도로 설정되고 상기 가열 수단 (41) 을 작동시킴으로써 시동되며, 상기 탱크 (2) 의 혼합 샤프트 (30) 의 회전을 V0 = 300 rpm 의 속도에서 시작함;
- 110: 일단 온도 T1 = 145 ℃ 및 상기 혼합 샤프트 (30) 에 대한 회전 속도 V1 = 300 rpm 이 달성되면, 다른 분량의 분말 및 구조제를 첨가함;
- 120: 일단 온도 T2 = 160 ℃ 가 달성되면, 상기 혼합 샤프트 (30) 의 회전을 중지함;
- 상기 탱크 (2) 의 내용물 및 상기 혼합 샤프트 (30) 를 검사하고, 상기 혼합 샤프트 (30) 에 포함된 패들 또는/및 블레이드를 긁어냄;
- 130: 상기 혼합 샤프트 (30) 를 다시 동작 설정함;
- 일단 온도 T3 = 168 ℃ 및 회전 속도 V3 = 700 rpm 이 달성되면, 상기 혼합 샤프트 (30) 의 회전을 중지함;
- 135: 상기 탱크 (2) 의 내용물 및 상기 혼합 샤프트 (30) 를 검사함;
- 136: 상기 혼합 샤프트 (30) 에 포함된 패들 또는/및 블레이드를 긁어냄;
- 140: 상기 혼합 샤프트 (30) 를 다시 회전시키고, 일단 온도 TINF = T4 = 170 ℃ 및 회전 속도 V4 = 700 rpm 이 달성되면, 상기 혼합물을 혼합함;
- 150: T5 = 180 ℃ 및 TSUP = T6 = 190 ℃ (검사 단계 155) 사이인 얻어진 조밀한 매스의 온도를 측정하고, 이 온도 범위가 도달될 때까지 계속 혼합함;
- 160: 상기 혼합 샤프트 (30) 의 회전을 중지하고, 상기 가열 수단 (41) 을 작동해제하여 상기 조밀한 매스를 냉각함;
- 170: 일단 T7 = 150 ℃ 및 T8 = 180 ℃ (검사 단계 175) 사이의 온도가 달성되면, 상기 혼합 샤프트 (30) 의 패들/블레이드를 언블로킹하고 전단을 개선하기 위해 상기 조밀한 매스를 회전 설정함;
- 180: 상기 혼합 샤프트 (30) 의 가끔의 (occasional) 회전을 V9 = 300 rpm 에서 제어하여 "케이크 (cake)" 를 형성하고, 상기 "케이크" 를 T9 = 95 ℃ 및 T10 = 110 ℃ 사이의 온도로 냉각시킴; 상기 냉각은 온도 조절 시스템을 분당 -2℃ 의 음의 구배를 가지는 냉각 모드로 전환하거나, 또는, 상기 가열 수단 (41) 을 작동해제하여 달성됨. - 제 8 항에 있어서,
상기 혼합 방법이 이하의 단계들로 수행되는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료의 혼합 방법:
- 100: 탱크 온도 조절기는 T0 = 125 ℃ 내지 180 ℃ 의 온도로 설정되고, 상기 가열 수단 (41) 을 작동시키고 상기 냉각 수단 (42) 을 작동해제시킴으로써 시동됨;
- 160: 상기 가열 수단 (41) 을 작동해제시키고 상기 냉각 수단 (42) 을 작동시킴으로써 상기 조밀한 매스를 냉각함;
- 180: 상기 탱크 (2) 의 혼합 샤프트 (30) 의 가끔의 (occasional) 회전을 제어하여 "케이크 (cake)" 를 형성하고, 상기 "케이크" 를 T9 = 95 ℃ 및 T10 = 110 ℃ 사이의 온도로 냉각시킴; 상기 냉각은 온도 조절 시스템을 분당 -2℃ 의 음의 구배를 가지는 냉각 모드로 전환하거나, 또는, 상기 가열 수단 (41) 을 작동해제하고 상기 냉각 수단 (42) 을 작동시켜 달성됨. - 제 9 항에 있어서,
상기 탱크 (2) 내부에 분쇄 수단을 구비한 상기 믹서 (1) 가 사용되고, 상기 탱크 (2) 는 내부의 마모-방지 코팅을 구비하고, 상기 "케이크" 의 냉각 이후에, 상기 탱크 (2) 에서 직접 이하의 단계들이 수행되는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료의 혼합 방법:
- 200: V11 = 700 rpm 으로 분쇄를 실시함;
- 210: 상기 혼합 샤프트 (30) 의 회전을 중지함;
- 220: 얻어진 생성물을 V12 = 2000 rpm 미만 및 T12 = 85℃ 미만에서 배출함. - 제 11 항에 있어서,
상기 분쇄는 스크류에 의한 스크류 압출에 의한 배출 및 펠릿의 형성을 달성하기 위하여 분말 형태로 상기 생성물로부터 가루를 얻도록 1,000 rpm 초과의 속도로 실시되는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료의 혼합 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 방법은
35 ∼ 54 부피% 의 폴리머계 베이스,
10 부피% 의 계면활성제, 및
잔부 부피의 왁스 혼합물
을 포함하는 바인더를 이용하여 실시되고,
상기 폴리머계 베이스는 에틸렌 및 메타크릴산 또는 아크릴산의 코폴리머, 또는 에틸렌 및 비닐 아세테이트의 코폴리머, 또는 말레산무수물을 포함하는 에틸렌의 코폴리머, 또는 상기 코폴리머의 혼합물, 및 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 아크릴 수지를 포함하고,
상기 방법은 76 내지 96 중량% 의 무기 분말 및 4 내지 24 중량% 의 상기 바인더를 포함하는 금속 또는 세라믹 성형 부품을 제조하도록 의도된 사출 성형 조성물 (공급원료) 을 이용하여 실시되고,
상기 무기 분말 및 성형 조성물은 산화물, 질화물, 탄화물 또는 금속 분말 또는 이들 분말의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료의 혼합 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 무기 분말은 알루미나 분말, 산화 지르코늄 분말, 탄화 크롬 분말, 탄화 티타늄 분말 또는 탄화 텅스텐 분말, 텅스텐 금속 분말 또는 질화 규소 분말, 스테인레스강 분말, 티타늄 금속 분말 또는 이들 분말의 혼합물을 포함하는 세트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료의 혼합 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 성형 조성물은 중량% 로 이하의 것을 포함하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료의 혼합 방법:
ㆍ 76 내지 88% 의 알루미나 및 전술한 본 발명에 따른 잔부의 바인더, 또는
ㆍ 76 내지 88% 의 알루미나, 0.1 내지 0.6% 의 산화 마그네슘 및 본 발명의 잔부의 바인더, 또는
ㆍ 58 내지 86.5% 의 산화 지르코늄, 3.9 내지 4.6% 의 산화 이트륨, 본 발명의 9 내지 22% 의 바인더 및 잔부의 알루미나, 또는
ㆍ 적어도 61.5% 의 산화 지르코늄, 3.9 내지 4.6% 의 산화 이트륨, 0.2 내지 9% 의 알루미나, 및 철 산화물, 코발트 산화물, 크롬 산화물, 티타늄 산화물, 망간 산화물, 아연 산화물 또는 상기 산화물들의 혼합물을 포함하는 리스트로부터의 2 내지 5.5% 의 무기 안료 및 본 발명의 잔부의 바인더, 또는
ㆍ 88 내지 91% 의 크롬 또는 티타늄 탄화물, 및 본 발명의 잔부의 바인더, 또는
ㆍ 93 내지 96% 의 텅스텐 탄화물 또는 텅스텐 금속 및 본 발명의 잔부의 바인더, 또는
ㆍ 78 내지 85% 의 규소 질화물, 및 본 발명의 잔부의 바인더. - 삭제
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