KR20180021536A - Composition for sintering - Google Patents
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Abstract
본 출원은 금속 소결체를 제조하기 위한 소결용 조성물 또는 상기 소결체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 활성금속 수소화물 분말을 주성분으로 하는 원료 분말 입자 크기를 미세화하여 소결 구동력을 상승시키고, 상기 미세화된 원료 분말을 성형함으로써 분말 성형체를 제조하며, 이를 진공, 수소 또는 비활성 기체 분위기에서 상압 또는 무가압 상태로 소결 처리 함으로써, 치밀한 금속 합금 소결체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 출원의 소결용 조성물은 우수한 소결 구동력을 가지도록 입자 크기가 조절된 활성금속 수소화물 분말 입자를포함하며, 본 출원의 소결용 조성물에 의하면 1000℃ 이하의 낮은 소결 온도 및 저렴한 비용으로 매우 높은 상대 밀도를 가지는 소결체를 제조할 수 있다.The present invention relates to a sintering composition for producing a metal sintered body or a method of manufacturing the sintered body, and more particularly, to a method for manufacturing a sintered body by increasing the sintering driving force by reducing the particle size of the raw material powder having the active metal hydride powder as a main component, The present invention relates to a method for producing a compact metal alloy sintered body by sintering the powder compacted body in an atmospheric pressure or a non-pressurized state in vacuum, hydrogen, or an inert gas atmosphere, According to the sintering composition of the present application, a sintered body having a very high relative density can be manufactured at a low sintering temperature of 1000 ° C or less and at a low cost .
Description
본 출원은 금속 소결체를 제조하기 위한 소결용 조성물 또는 상기 소결체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 활성금속 수소화물 분말을 주성분으로 하는 원료 분말 입자 크기를 미세화하여 소결 구동력을 상승시키고, 상기 미세화된 원료 분말을 성형함으로써 분말 성형체를 제조하며, 이를 진공, 수소 또는 비활성 기체 분위기에서 무가압 소결(Pressureless sintering) 또는 상압 소결처리 함으로써, 치밀한 금속 합금 소결체를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a sintering composition for producing a metal sintered body or a method of manufacturing the sintered body, and more particularly, to a method for manufacturing a sintered body by increasing the sintering driving force by reducing the particle size of the raw material powder having the active metal hydride powder as a main component, The present invention relates to a method of producing a dense metal alloy sintered body by producing a powder compact by molding raw material powder and subjecting it to pressureless sintering or pressureless sintering in vacuum, hydrogen, or an inert gas atmosphere.
활성금속 중 특히, 티타늄은 낮은 비중(4.5 g/cm3), 높은 인장강도와 더불어 피로, 균열, 그리고 부식에 대한 저항성이 매우 큰 우수한 특성의 금속이다. 상기 티타늄은 회색의 금속광택을 내는 금속으로, 밀도가 낮고, 연성을 가지고 있으며, 1650℃의 상대적으로 높은 융점을 가지고 있다. 상업적인 약 99.2%의 순수 티타늄은 약 63,000 Psi의 인장강도를 가지고 있으며, 상업적으로 널리 사용되는 6061-T6 알루미늄 보다 밀도가 약 60% 높고 강도가 두 배나 강하다. 특정 티타늄 합금, 예를 들어, Beta C는 200,000 Psi 이상의 인장강도를 가진다. 그러나 티타늄을 430℃ 이상으로 가열하면 그 강도를 잃어버린다. 티타늄의 가장 주목할 만한 화학적 특성은 부식에 대한 저항성이 우수하다는 것이며, 예를 들어, 티타늄은 황산 및 염산뿐만 아니라 염소가스 또는 대부분의 유기 지방산에 의한 부식을 견딜 수 있고, 거의 백금 정도의 부식 저항력을 가지고 있다. Of the active metals, titanium, in particular, has a low specific gravity (4.5 g / cm 3 ), excellent tensile strength, excellent resistance to fatigue, cracking and corrosion. The titanium is a gray metallic luster metal having a low density, ductility and a relatively high melting point of 1650 캜. Commercial 99.2% pure titanium has a tensile strength of about 63,000 Psi and is about 60% more denser and twice as strong as the commercially available 6061-T6 aluminum. Certain titanium alloys, for example, Beta C, have a tensile strength of at least 200,000 Psi. However, when titanium is heated above 430 ℃, its strength is lost. The most notable chemical properties of titanium are their resistance to corrosion, for example, titanium can tolerate corrosion by chlorine gas or most organic fatty acids as well as sulfuric acid and hydrochloric acid, Have.
상기 티타늄은 약 1200℃에서 산소와 즉시 반응하여 이산화티탄(TiO2)을 형성한다. 그러므로 티타늄을 공기 중에서 용융시킬 수 없으며, 상기 티타늄은 녹는점에 도달하기 전에 타버린다. 그러므로 티타늄의 용융은 불활성 분위기에서 또는 진공에서만 가능하다. 또한, 상기 티타늄은 순수한 질소 가스 분위기에서도 쉽게 반응하여 온도가 약 800℃에 도달하면 티타늄 질화물(TiN)을 형성한다. The titanium and oxygen and immediately react at about 1200 ℃ to form a titanium dioxide (TiO 2). Therefore, titanium can not be melted in the air, and the titanium burns before it reaches the melting point. Therefore, the melting of titanium is possible only in an inert atmosphere or in a vacuum. Further, the titanium easily reacts even in a pure nitrogen gas atmosphere and forms titanium nitride (TiN) when the temperature reaches about 800 ° C.
티타늄과 그 합금은 우주항공, 일반산업, 해양분야 및 상업분야 전반에 걸쳐 기술적인 우수성과 경제성이 널리 입증되고 있다. 북미의 경우 티타늄 수요의 약 70%가 우주항공 관련 분야에 적용되고 있다. 또한, 상기 응용분야의 확산 및 새로운 티타늄의 응용개발로 인해 일반산업, 해양분야 및 상업분야에서 괄목할 만한 성장이 이루어져 왔다. 예를 들어, 항공우주 산업에서는 엔진 등 각종 부품을 만드는데 티타늄 금속 자체 또는 합금이 사용되는데, 보잉 777에는 1대당 약 59톤, 보잉 747에는 45톤, 에어버스 A340에는 32톤이 사용되는 것으로 추정된다. 또한, 미사일, 군용 차량의 장갑, 우주선 제작에도 많은 양의 티타늄이 사용된다. 특히, 티타늄은 바닷물에서도 부식되지 않기 때문에, 선박의 추진축 등 선박 부품, 해수 담수화 장치의 열교환기, 수족관의 난방 및 냉방기, 낚시 도구, 잠수부용 칼, 해양 감시 장치의 부품 등에 사용될 수 있으며, 잠수함 재료로도 사용될 수 있다. 또한, 상기 티타늄은 화학약품에도 잘 부식되지 않아 반응기, 화학물질이 이동하는 파이프와 용기 등 화학공업과 제지공업에서 사용되는 여러 장치와 설비를 만드는 데에도 사용되며, 특히 산이나 염소를 사용하는 산업에 많이 사용될 수 있다. 또한, 상기 티타늄은 생체 적합성이 탁월한 것으로 알려져 있으므로 인공관절, 치과 임플란트, 인공 심장박동 조절기 또는 안경테 등에도 사용된다. 이외에도 상기 티타늄은 휴대폰과 시계의 케이스, 장신구, 골프 클럽 등의 운동기구 또는 자동차 부품 등에도 널리 사용되고 있다. 나아가 상기 티타늄의 가장 큰 장점 중 하나인 비중 대비 높은 강도(비강도-specific strength)를 활용하여 상기한 바와 같이 티타늄은 항공/우주, 자동차, 의료, 화학공업 등 다양한 분야에서 구조부품용 소재로 사용되고 있다.Titanium and its alloys are widely proven to be technically superior and economically viable throughout the aerospace, general industry, offshore and commercial sectors. In North America, about 70% of titanium demand is being applied to aerospace related fields. In addition, remarkable growth has been achieved in the general industrial, marine and commercial sectors due to the spread of the above application fields and the development of new titanium applications. For example, in the aerospace industry, titanium metal itself or an alloy is used to make various parts such as engines. It is estimated that about 59 tons for the Boeing 777, 45 tons for the Boeing 747, and 32 tons for the Airbus A340 . Also, a large amount of titanium is used for missiles, armored vehicles, and spaceships. Particularly, since titanium is not corroded in seawater, it can be used for ship parts such as propulsion shafts of ships, heat exchangers for seawater desalination devices, heating and cooling devices for aquariums, fishing tackle, diver knives, Can also be used. The titanium is also used to make various devices and facilities used in the chemical industry and the paper industry such as pipes and vessels in which reactors and chemicals move because they do not corrode chemically well. Especially, . Also, since titanium is known to be excellent in biocompatibility, it is also used in artificial joints, dental implants, artificial heart pacemakers, and spectacle frames. In addition, titanium is widely used in sports equipment such as mobile phones, watch cases, jewelry, golf clubs, and automobile parts. Furthermore, as described above, titanium is used as a material for structural parts in a variety of fields such as aerospace, automobile, medical, chemical industry and the like by utilizing the high specific gravity (non-strength) have.
한편, 티타늄의 가장 큰 장점은 인체 무독성이며 또한 비-알러지 유발성(non-allergenic) 재료이며, 그들의 표면에 강력한 부동태 막을 형성함으로써 아주 우수한 내식성을 보인다는 점이다. 하지만, 티타늄은 녹는점이 높을 뿐만 아니라 산소와의 반응성이 매우 높아 고진공에서 조차 그 표면에 산화물이 형성되는 문제 때문에 특정 형상의 제품을 주조법 등으로 제조하기가 용이하지 않은 실정이다. On the other hand, the greatest merit of titanium is that it is non-toxic and non-allergenic to humans, and has a very strong corrosion resistance by forming a strong passive film on its surface. However, since titanium has a high melting point and is highly reactive with oxygen, oxides are formed on the surface even in a high vacuum, so that it is not easy to produce a product having a specific shape by a casting method or the like.
티타늄 재질의 부품을 제조하기 위해 종래에는 (1) 티타늄 잉곳(ingot)을 절단하고 이를 원하는 치수와 크기의 부품으로 기계 가공하는 기계가공법, (2) 진공에서 티타늄을 용융시킨 후 이를 주형에 부어 원하는 형상과 크기의 부품으로 만드는 진공 원심주조법, 또는 (3) 티타늄 또는 티타늄 수소화물(TiH2) 분말을 금형에 충진한 후 프레스 성형하거나, 고분자 수지와 함께 섞어 용융시킨 후에, 금형에 주입하여 사출 성형한 분말 성형체를 고온에서 열처리(이하, 「소결」로 표현될 수도 있음)하여 치밀화 시키는 분말 야금법(powder metallurgy) 등의 방법을 사용하였다. (1) a machining process in which a titanium ingot is cut and machined into parts of desired dimensions and sizes, (2) the titanium is melted in a vacuum, and the titanium is poured into a mold (3) Titanium or titanium hydride (TiH 2 ) powder is filled in a mold and then press-molded or mixed with a polymer resin to be melted, and then injected into a mold to perform injection molding A method such as powder metallurgy in which a powder compact is densified by heat treatment at a high temperature (hereinafter may be expressed as " sintering ") is used.
상기 기계가공법 (1)은 주로 대형의 적은 개수의 티타늄 구조물 제작에 사용되고 있으며, 진공 원심 주조법 (2)은 복잡형상이면서 중간크기 및 중간 개수의 티타늄 부품의 제조에 사용되고 있다. 마지막 분말 야금 방법 (3)은 소형 내지 중간 크기의 티타늄 부품을 대량으로 생산하는 경우에 적용할 수 있는 양산방법으로 그 장점이 특화되어 있다. 따라서 비교적 작은 크기의 부품을 대량으로 생산하여야 하는 경우 분말 야금법이 매우 경제적이며, 또한 단기간에 많은 양을 생산할 수 있어 이전부터 티타늄 합금으로 이루어진 부품의 제조에 적용하고자 하는 많은 시도가 이루어져 왔다. The machining method (1) is mainly used for manufacturing a large number of small number of titanium structures, and the vacuum centrifugal casting method (2) is used for manufacturing a medium shape and a medium number of titanium parts having complicated shapes. The final powder metallurgy method (3) is a mass production method that can be applied to mass production of small to medium-sized titanium parts. Therefore, powder metallurgy is very economical when a relatively small-sized component is to be produced in large quantities, and many attempts have been made to manufacture a titanium alloy component since it can produce a large amount in a short period of time.
한편, 기존의 티타늄 분말야금 기술에서는 티타늄 또는 티타늄 수소화물(TiH2) 분말의 치밀화를 위해 1100 내지 1400℃의 고온에서 진공 소결하여 치밀한 소결체를 제조하고자 하였으나, 이 경우, 진공 열처리 과정에서 기공이 형성되어 소결체 내에 잔류 기공이 남아있는 문제가 존재하였으며, 따라서 상기 잔류 기공의 완전한 제거를 위해 고온 및 고압 가스로 압축하는 고온등방가압 열처리(Hot Isostatic Pressing, HIP)라는 후속 열처리를 행해 주어야 했다. 그러나 고온에서 장시간의 열처리는 입자의 성장을 야기하여 재료의 강도를 저하시킬 뿐만 아니라, 티타늄 내부로 산소의 혼입이 증가하고, 제조시간이 길어졌으며, 제조원가가 상승하고, HIP와 같은 고가/고비용의 장비를 사용해야 하기 때문에 비용적인 측면에서 경제적이지 못한 문제가 존재하였다. 나아가 티타늄계 분말을 사용하여 소결체를 제조하는 경우 기존 분말입자의 낮은 소결 구동력과 분말표면에 형성된 산화물로 인해 소결 열처리과정에서 이들 산화물 층이 치밀화를 방해함으로써 고밀도의 치밀한 티타늄 합금 소결체를 구현할 수 없었다.Meanwhile, in the conventional titanium powder metallurgy technology, a sintered compact is sintered at a high temperature of 1100 to 1400 ° C to densify titanium or titanium hydride (TiH 2 ) powders. However, in this case, pores are formed in the vacuum heat treatment process Therefore, there has been a problem that residual pores remain in the sintered body. Therefore, in order to completely remove the residual pores, a subsequent heat treatment called hot isostatic pressing (HIP) which compresses with high temperature and high pressure gas has been performed. However, the heat treatment at a high temperature for a long time causes grain growth, which not only lowers the strength of the material but also increases the incorporation of oxygen into the titanium, increases the manufacturing time, increases the manufacturing cost, and increases the cost / There is a problem that it is not economical in terms of cost. Further, when a sintered body is manufactured using a titanium-based powder, it is impossible to realize a high-density dense titanium alloy sintered body because of the low sintering driving force of the conventional powder particles and the oxide formed on the surface of the powder, thereby obstructing the densification of these oxide layers in the sintering heat treatment process.
한편, 상기 기술된 기존 기술의 문제점을 해결하고자, TiH2 분말을 볼밀링의 방법으로 약 20 nm크기의 미세분말로 미세화하고 이를 흑연 금형 내에 장입한 후 0.04 torr의 진공분위기에서 80 Mpa의 압력을 인가한 상태에서 고주파 유도가열하여 약 1080℃에서 가압 소결하여 티타늄 소결체를 제조하는 시도가 존재하였다(WO2011074741 A1). 그러나 상기 방법은 여러 가지 장점에도 불구하고 치명적인 약점을 지니고 있는데, 그것은 가압소결의 방식, 즉, 흑연 금형 내에 분말을 충진하고 이를 상하부 펀치를 이용 가압한 상태로 소결하여 치밀화를 하는 것이다. 이러한 가압 소결 방식은 제조하고자 하는 제품의 크기와 형상에 커다란 제약을 가하여, 원판 또는 실린더 형상의 제품에만 적용할 수 있고, 그 크기도 또한 장치의 크기에 제한을 받으며, 한번의 작업에서 오직 1개의 제품만 소결할 수 있는 등 양산성 및 경제성에 있어 많은 제약이 존재하였다.In order to solve the problems of the above-described conventional techniques, TiH 2 powder is finely pulverized into fine powder having a size of about 20 nm by ball milling, and then charged into a graphite mold and pressurized at a pressure of 80 MPa in a vacuum atmosphere of 0.04 torr There is an attempt to manufacture a titanium sintered body by high-frequency induction heating at a temperature of about 1080 占 폚 under an applied state (WO2011074741 A1). However, this method has a fatal weakness in spite of various advantages. That is, it is a method of sintering by pressure sintering, that is, sintering in a state where the powder is filled in the graphite mold and pressurized by the upper and lower punches. Such a pressure sintering method can be applied only to a disk or cylinder shaped product by imposing a large restriction on the size and shape of the product to be manufactured and the size thereof is also limited by the size of the device and only one There are many limitations on the mass production and economical efficiency such that the product can be sintered only.
본 출원은, 낮은 소결 온도 및 저렴한 비용으로 매우 높은 상대 밀도를 가지는 소결체를 제조할 수 있는 소결용 조성물 및 소결체의 제조방법을 제공한다. The present invention provides a sintering composition and a method for producing a sintered body which can produce a sintered body having a very high relative density at a low sintering temperature and at a low cost.
본 출원은, 소결용 조성물을 제공한다. 예시적인 본 출원의 소결용 조성물은 우수한 소결 구동력을 가지도록 입자 크기가 조절된 활성금속 수소화물 분말 입자를 포함하며, 본 출원의 소결용 조성물에 의하면 1000 ℃ 이하의 낮은 소결 온도에서 별도의 가압 장치 없이도 저렴한 비용으로 매우 높은 상대 밀도를 가지는 소결체를 제조할 수 있다. The present application provides a composition for sintering. Exemplary compositions for sintering of the present application include active metal hydride powder particles having controlled particle size so as to have an excellent sintering driving force. According to the sintering composition of the present application, at a low sintering temperature of 1000 DEG C or less, It is possible to manufacture a sintered body having a very high relative density at a low cost.
일 구현예에서, 본 출원의 소결용 조성물은 활성금속 수소화물 분말을 포함한다. 이하에서, 상기 활성금속은 제 1 금속으로 표현될 수 있다. In one embodiment, the composition for sintering of the present application comprises an active metal hydride powder. Hereinafter, the active metal may be represented by a first metal.
상기 활성금속 수소화물 분말은 하기 화학식 1로 표시된다.The active metal hydride powder is represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
MHx MH x
상기 화학식 1에서, M은 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 하프늄, 바나듐, 우라늄, 팔라듐, 이트륨, 루비듐, 프루토늄, 탈륨, 리튬, 인듐, 갈륨 및 베릴륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 나타내고, H는 수소이며, 바람직하게 상기 M은 티타늄일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 화학식 1에서, x는 1 내지 4, 바람직하게는 2일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 하나의 예시에서, 상기 활성금속 수소화물 분말은 티타늄 수소화물(TiHx) 분말일 수 있다. 상기 티타늄 수소화물에서, 티타늄(Ti)에 대한 수소(H)의 비율(x)은 다양하게 선택될 수 있으며, 다양한 비율(x)을 갖는 티타늄 수소화합물이 혼합되어 사용될 수 있다.M represents at least one metal selected from the group consisting of titanium, zirconium, aluminum, hafnium, vanadium, uranium, palladium, yttrium, rubidium, plutonium, thallium, lithium, indium, gallium and beryllium, Hydrogen, and preferably M is titanium, but is not limited thereto. In Formula 1, x may be 1 to 4, preferably 2, but is not limited thereto. In one example, the active metal hydride powder may be a titanium hydride (TiH x ) powder. In the titanium hydride, the ratio (x) of hydrogen (H) to titanium (Ti) can be variously selected, and titanium hydrogen compounds having various ratios (x) can be mixed and used.
상기 티타늄수소화물(TiH2) 분말은 티타늄(Ti) 분말보다 가격이 싸고 내산화성이 우수하다. 예를 들어, 티타늄과 같은 활성금속 분말은 산소와의 친화력이 매우 강하므로, 상기 활성금속 분말을 원료로 사용하여 분말 성형체를 제조하고 이를 소결하게 되면, 고 진공에서 조차 극 미량 존재하는 산소에 의하여 상기 활성금속 분말표면에서 산화반응이 일어나게 되며, 이에 따라, 상기 활성금속 표면에 산화물 층이 형성된다. 상기 형성된 산화물 층은 소결 과정에서 활성금속 분말입자 간의 물질이동을 방해할 수 있으며, 결과적으로 치밀한 소결체의 형성을 방해하게 된다. 반면, 티타늄 수소화물(TiH2) 등의 상기 화학식 1의 활성금속 수소화물 분말을 원료 분말로 사용하여 분말 성형체를 제조하고 이를 소결하게 되면, 소결 과정에서 티타늄 수소화물은 티타늄과 수소로 분해된다(TiH2 → Ti + H2). 이 때 발생하는 수소는 분말 성형체 내 입자 사이에 존재하는 극 미량의 산소와 반응함으로써 산소농도를 더욱 떨어뜨릴 수 있으며, 이에 따라 분말입자 표면에 산화물 층의 형성을 억제할 수 있으므로, 치밀한 소결체를 형성할 수 있다.The titanium hydride (TiH 2 ) powder is cheaper than the titanium (Ti) powder and has excellent oxidation resistance. For example, active metal powders such as titanium have a very strong affinity with oxygen. Therefore, when the active metal powder is used as a raw material to produce a powder compact and then sintered, An oxidation reaction takes place on the surface of the active metal powder, thereby forming an oxide layer on the active metal surface. The oxide layer formed may interfere with the mass transfer between the active metal powder particles in the sintering process, and as a result, prevents formation of a dense sintered body. On the other hand, when a powder compact is produced by using the active metal hydride powder of the above formula (1) such as titanium hydride (TiH 2 ) as raw material powder and sintered, the titanium hydride is decomposed into titanium and hydrogen during sintering TiH 2 - > Ti + H 2 ). The hydrogen generated at this time reacts with a very small amount of oxygen existing between the particles in the powder compact to further lower the oxygen concentration, thereby preventing the formation of an oxide layer on the surface of the powder particles, thereby forming a dense sintered body can do.
또한, 분말 성형체를 구성하고 있는 분말 입자들의 입자 크기가 미세할수록 소결 구동력이 상승하며, 이 경우 소결에 의하여 치밀한 분말 소결체를 형성할 수 있다. 따라서 치밀한 활성금속 소결체를 제조하기 위해서는, 원료 금속분말을 미세화하는 것이 바람직하다. 그러나 티타늄 등의 활성 금속 분말을 미세화하기 위한 볼밀링, 어트리션 밀링 및 고에너지 밀링 등의 각종 기계적 분쇄과정에서는, 상기 활성금속 분말의 소성변형에 의해 분쇄에너지가 흡수될 수 있고, 이에 따라 상기 활성금속 분말입자들의 분쇄가 잘 일어나지 않을 수 있다. 이는 상기 기계적 분쇄과정의 분쇄 원리가 주로 취성 파괴인데, 대부분의 금속은 취성이 거의 없고 오히려 연성을 지니고 있기 때문이다. 즉, 연성을 지닌 티타늄 분말은 기계적 분쇄 공정을 통해 미세화가 어려울 수 있으며, 그러므로 본 출원의 소결용 조성물은 티타늄 분말 대신에, 연성이 없고 오히려 취성을 지닌 티타늄 수소화물(TiH2)분말을 포함하며, 이에 따라 기계적 분쇄공정을 통하여 분말입자의 크기를 미세화할 수 있다. 이와 같은 원리를 응용하면 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 티타늄의 기계적 및 화학적 물성의 향상을 위하여 티타늄에 다양한 합금원소를 첨가하여 제조된 Ti-6Al-4V 등의 티타늄 합금분말을, 수소 분위기에서, 예를 들면, 700℃에서 수 시간동안 열처리함에 따라 상기 합금 분말이 수소를 함유하게 하면, 상기 합금 분말은 합금 수소화물((Ti-Al-V)Hx)이 되면서 수소 취성(hydrogen embrittlement)을 가지게 되는데, 이를 볼밀링 또는 고에너지밀링 등 다양한 방법으로 밀링하면 취성으로 인하여, 미세한 티타늄 합금 수소화물 분말을 쉽게 얻을 수 있으며, 이를 사용하여 성형체를 제조하고 소결하면 치밀한 활성금속 합금 소결체를 낮은 온도에서도 쉽게 제조할 수 있다.In addition, as the particle size of the powder particles constituting the powder compact becomes finer, the sintering driving force increases, and in this case, a dense powder sintered body can be formed by sintering. Therefore, in order to produce a dense active metal sintered body, it is preferable to make the raw material metal powder finer. However, in various mechanical grinding processes such as ball milling, induction milling and high energy milling for finely atomizing the active metal powder such as titanium, the crushing energy can be absorbed by the plastic deformation of the active metal powder, Crushing of the active metal powder particles may not occur well. This is because the principle of pulverization in the mechanical pulverization process is mainly brittle fracture, since most of the metals have little brittleness and are rather ductile. In other words, the soft titanium powder may be difficult to miniaturize through a mechanical milling process. Therefore, the sintering composition of the present application includes a titanium hydride (TiH 2 ) powder which is not ductile but rather brittle So that the size of the powder particles can be miniaturized through a mechanical grinding process. Applying this principle, various variations are possible. For example, in order to improve the mechanical and chemical properties of titanium, a titanium alloy powder such as Ti-6Al-4V prepared by adding various alloying elements to titanium is heated in a hydrogen atmosphere, for example, at 700 ° C for several hours When the alloy powder contains hydrogen by heat treatment, the alloy powder becomes a hydrogen embrittlement as an alloy hydride ((Ti-Al-V) H x ), which is subjected to ball milling or high energy milling , It is possible to easily obtain a fine titanium alloy hydride powder because of the brittleness, and when the shaped body is manufactured and sintered by using the milled body, the dense active metal alloy sintered body can be easily manufactured at a low temperature.
상기 활성금속 수소화물 분말 입자의 평균 입경은 15 ㎛ 이하일 수 있으며, 예를 들면, 10 ㎛ 이하, 0.01 내지 5 ㎛ 이하, 바람직하게는 0.1 내지 4 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The active metal hydride powder may have an average particle size of 15 탆 or less, for example, 10 탆 or less, 0.01 to 5 탆 or less, preferably 0.1 to 4 탆, but is not limited thereto.
전술한 바와 같이, 고체분말 입자의 크기는 치밀한 소결체(dense sintered body)의 제조를 위해서 중요한 인자이다. 예를 들어, 분말 성형체 내의 고체분말 입자들은 열처리 과정을 통해 서로 단단하게 결합하면서, 이와 동시에 분말입자들 간에 존재하는 기공들이 사라지는 치밀화 과정을 거치게 되며, 이에 따라 기공이 거의 없는 단단한 재질의 소결체가 형성되게 된다. 예를 들어, 상기 소결 과정에서 분말 성형체 내의 입자들 간의 결합이 형성되면서, 상기 입자들 사이에 존재하는 다량의 빈 공간, 즉, 기공이 성형체 밖으로 빠져나가게 되고, 이는 전체 체적의 수축을 수반하게 되며, 그 결과 기공이 거의 없는 치밀한 소결체로 전환된다. 이 때, 분말 입자들을 결합시키려는 힘을 소결 구동력이라 하며, 상기 소결 구동력은 입자의 비표면적, 즉, 단위질량당 표면적의 비율에 비례한다. 그러므로 활성금속 수소화물 및/또는 활성금속 분말을 사용하여 치밀한 활성금속 소결체를 형성시키기 위해서는, 소결 구동력이 높은, 즉, 비표면적 값이 큰 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 상업적으로 공급되고 있는 대부분의 활성금속 수소화물 원료분말의 평균입경은 약 40 ㎛ 이상으로 비표면적 값이 매우 작으며, 이들 분말로 성형체를 제조하면 소결 구동력이 작아 치밀한 소결체의 제조가 불가능할 수 있다. 일부 제조사에서 수 ㎛ 크기의 활성금속 수소화물 원료분말을 생산하기도 하지만, 이 경우에도, 30㎛ 이상의 조대한 입자들을 다수 포함하고 있어 소결 구동력이 충분하지 않을 뿐만 아니라, 그 가격도 비싸 상업적으로 사용하는데 문제점이 존재하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원에서는 활성금속 수소화물 분말 입자의 평균 입경을 전술한 범위 내로 조절하고 있으며, 이에 따라, 보다 치밀한 소결체를 형성할 수 있다.As described above, the size of solid powder particles is an important factor for the production of dense sintered bodies. For example, the solid powder particles in the powder compact are firmly bonded to each other through the heat treatment process, and at the same time, the pores existing between the powder particles are densified. Thus, a solid material sintered body having almost no pores is formed . For example, in the sintering process, a bond between particles in the powder compact is formed, and a large amount of void space existing between the particles, that is, pores, escapes out of the formed body, accompanied by shrinkage of the entire volume , Resulting in a dense sintered body having almost no pores. At this time, the force for bonding the powder particles is called a sintering driving force, and the sintering driving force is proportional to the specific surface area of the particles, that is, the ratio of the surface area per unit mass. Therefore, in order to form a dense active metal sintered body by using an active metal hydride and / or an active metal powder, it is preferable to use a powder having a high sintering driving force, that is, a powder having a large specific surface area value. However, most of the commercially available active metal hydride raw material powders have an average particle diameter of about 40 탆 or more, and the specific surface area is very small. When a compact is produced from these powders, the sintering drive force is low, . Some manufacturers produce active metal hydride powder with a size of several micrometers. In this case, however, the sintering power is not sufficient due to the presence of a large number of coarse particles having a size of 30 μm or more. There was a problem. In order to solve such a problem, in the present application, the average particle diameter of the active metal hydride powder particles is controlled to fall within the above-mentioned range, whereby a more compact sintered body can be formed.
상기 15 ㎛ 이하의 평균 입경을 가지는 활성금속 수소화물 분말 입자는, 평균 입경이 약 5 ㎛ 초과, 예를 들면, 15 ㎛ 초과 또는 40 ㎛ 이상인 상용 활성금속 수소화물 분말을 밀링 또는 분쇄하여 제조될 수 있으며, 하나의 예시에서, 상기 밀링은 볼밀링, 프래니터리밀링, 진동밀링, 고에너지밀링, 제트밀링 또는 어트리션 밀링에 의해 수행될 수 있다. 이와 같이 제조된, 15 ㎛ 이하의 평균 입경을 가지는 활성금속 수소화물 미세 분말은 높은 소결 구동력을 가지므로, 전술한 바와 같이 매우 높은 치밀화 거동을 나타낼 수 있다. 한편, 과도한 분쇄 또는 밀링으로 활성금속 수소화물 분말입자의 크기가 너무 미세해지면, 소결 구동력은 더욱 좋아 질지 몰라도, 분쇄용 볼과 분쇄 용기로부터 불순물의 혼입이 증가할 수 있으므로, 적절한 크기로 분말입자를 미세화하는 것이 바람직하다. 나아가, 활성금속 수소화물 분말입자의 크기가 0.1 ㎛ 이하로 지나치게 미세해지는 경우에는, 분말의 비표면적이 너무 커지게 되고 이로 인한 분말입자 간의 과도한 응집력으로 인해, 분말입자 과립(granule)의 제조를 위한 습식혼합 시 균일한 분산이 어려워 진다. 본 명세서에서 「과립」이란 개개의 분말입자(이하, 「1차 입자」로 표현함)들이 매우 약한 결합력으로 상호 응집되어 형성한 분말입자의 집합체 입자(이하, 「2차 입자」로 표현함)를 의미한다. 수 마이크로 미터 크기의 미세 금속 분말을 사용하여 소결체를 제조하는 공정에서는, 미세한 1차 입자들로 이루어진 금속 분말을 사용하여 성형체를 제조하지 않고, 이들을 과립으로 만들고, 이를 프레스성형 또는 냉간등압성형(Cold Isostatic Pressing, CIP) 하여 분말성형체를 제조하는 것이 일반적이다. 이는, 미세한 1차 입자 분말은 서로 들러붙어 뭉치기 쉽고 성형공정 중에 흩날리기 쉬우며, 특히, 프레스 성형하는 경우 금형 내벽과의 과도한 마찰이 발생할 수 있고, 또한, 성형체 내에서 성형밀도의 불균일 및 성형체 내의 성형층 분리(lamination) 등 각종 성형불량을 야기하기 때문이다. 따라서 일반적인 분말야금 공정에서는 미세 1차 입자 분말을 사용하는 대신 수십 마이크로 미터 이상의 크기를 갖는 1차 입자로 이루어진 금속 분말을 사용한다. 이러한 이유에서, 통상의 소결체 제조과정에서는 0.1 ㎛ 이하의 초미세 분말을 거의 사용하지 않으며, 상기 미세 분말은 제조도 어렵고, 가격도 비싸 일반적으로는 대량생산에 적합하지 않다. The active metal hydride powder particles having an average particle diameter of 15 mu m or less may be prepared by milling or pulverizing a commercially available active metal hydride powder having an average particle diameter of more than about 5 mu m, for example, more than 15 mu m or not less than 40 mu m In one example, the milling can be performed by ball milling, pronomite milling, vibration milling, high energy milling, jet milling or attrition milling. The active metal hydride fine powder having an average particle size of 15 mu m or less thus produced has a high sintering driving force and can exhibit a very high densification behavior as described above. On the other hand, if the size of the active metal hydride powder particles becomes excessively fine due to excessive pulverization or milling, the sintering driving force may be further improved. However, since impurity inclusion from the crushing ball and the crushing vessel may increase, It is preferable to make it fine. Further, when the size of the active metal hydride powder particles is excessively fine to 0.1 μm or less, the specific surface area of the powder becomes too large, and due to the excessive cohesion between the powder particles, Uniform dispersion becomes difficult during wet mixing. In the present specification, "granule" means aggregate particles of powder particles formed by mutual agglomeration of individual powder particles (hereinafter referred to as "primary particles") with very weak binding force (hereinafter referred to as "secondary particles") do. In the process of producing a sintered body using fine metal powder of several micrometers in size, a metal powder made of fine primary particles is used to make granules without producing a molded body, and this is pressed or cold pressed Cold Isostatic Pressing, CIP). This is because the fine primary powder particles tend to clump together and are liable to be scattered during the molding process, and in particular, excessive friction with the inner wall of the mold may occur during press molding, and further, It causes various molding defects such as molding layer separation (lamination). Therefore, in a general powder metallurgy process, a metal powder made of primary particles having a size of several tens of micrometers or more is used instead of the fine primary powder. For this reason, ultrafine powders of 0.1 탆 or less are rarely used in the conventional sintered body production process, and the fine powders are difficult to produce and expensive, and are generally not suitable for mass production.
한편, 상기 과립은, 원하는 조성의 혼합분말을 액상 비이클(vehicle)에 투입하고, 균일한 분산과 혼합을 위해 분산제와 양호한 성형체의 제조를 위한 유기물인 결합제와 가소제 등을 투입한 후, 볼밀링 등의 방법으로 혼합하여 현탁액을 제조하고, 스프레이 드라이어(spray dryer) 또는 교반가열기(hot plate stirrer) 등을 이용하여 상기 현탁액 내의 비이클을 건조시켜 제조하는 것이 일반적인 방법이다. 또한, 프레스 성형에서는 이와 같이 제조된 과립분말을 프레스 금형에 장입하고, 가압한 후에 탈형하여 성형체를 제조하는 것이 일반적이다. 그러나, 이 경우, 분말입자 크기가 지나치게 작아지게 되면, 동일한 압력으로 성형하더라도 성형밀도가 낮아지고, 분말의 과도한 응집으로 인해 성형체가 불균일한 성형밀도를 가지며, 상기 분말입자와 금형 내벽 사이에서 마찰 등이 발생할 수 있다. 이 경우, 실제 제품의 양산에서 큰 문제를 야기할 수 있다. 예를 들어, 성형체의 밀도가 낮아지면, 설사 소결과정 중에 완전한 치밀화가 이루어지더라도, 소결 수축율이 지나치게 커져서 최종적으로 생산된 제품의 치수정밀도가 떨어지게 될 수 있다. 또한, 성형체의 불균일한 성형밀도 및 분말 입자와 금형 내벽과의 마찰은 소결체의 변형 및 균열을 발생킬 수 있고, 이는 최종 제품의 불량으로 이어질 수 있으므로, 분말 입자를 적절한 크기 이상으로 미세화하는 것이 바람직하다.On the other hand, the granules are prepared by injecting a mixed powder having a desired composition into a liquid vehicle, adding a dispersant and a plasticizer, which are organic materials for producing a good molded article, and a plasticizer for uniform dispersion and mixing, To prepare a suspension, and drying the vehicle in the suspension by using a spray dryer or a hot plate stirrer. Further, in the press-molding, the granular powder thus produced is charged into a press mold, and after pressurization, the mold is generally manufactured by demolding. However, in this case, if the powder particle size becomes too small, the molding density becomes low even if molded at the same pressure, and the molded article has an uneven molding density due to excessive aggregation of the powder, and friction between the powder particle and the mold inner wall Can occur. In this case, it may cause a big problem in mass production of the actual product. For example, if the density of the shaped body is lowered, even if complete densification is performed during the sintering process, the sintering shrinkage ratio may become too large and the final dimensional accuracy of the produced product may deteriorate. In addition, the nonuniform molding density of the molded article and the friction between the powder particle and the inner wall of the mold may cause deformation and cracking of the sintered body, which may lead to failure of the final product, Do.
상기한 바와 같이, 지나치게 미세화 한 분말로 제조한 성형체는, 가압되지 않은 상태, 즉 상압 소결을 하더라도, 전술한 바와 같은 문제 때문에 경제성 있는 양질의 치밀한 소결체의 제조가 어렵다. As described above, it is difficult to produce a dense sintered body of good quality, which is economical because of the above-described problems even when the compact is made in an unpressurized state, that is, at normal pressure sintering.
전술한 활성금속은 매우 쉽게 산화될 수 있는 금속이며, 상기 활성금속 수소화물 분말 표면에 형성된 산화층은 활성금속 분말의 치밀화 즉, 소결을 저해할 수 있다. 그러므로 상기 산화층의 형성을 억제하기 위하여, 본 출원의 소결용 조성물은 상기 활성금속 보다 내산화성이 높은 소결 조제(sintering aids)를 포함할 수 있다. 이하에서, 상기 소결조제는 제 2 금속으로 표현될 수 있다.The above-mentioned active metal is a metal which can be easily oxidized, and an oxide layer formed on the surface of the active metal hydride powder can inhibit densification of the active metal powder, that is, sintering. Therefore, in order to suppress the formation of the oxide layer, the sintering composition of the present application may contain sintering aids having higher oxidation resistance than the active metal. Hereinafter, the sintering auxiliary agent may be represented by a second metal.
상기 소결조제는 상기 활성금속 보다 높은 내산화성을 가질 수 있으며, 하나의 예시에서, 상기 소결조제는 하기 일반식 1을 만족할 수 있다. The sintering aid may have a higher oxidation resistance than the active metal. In one example, the sintering auxiliary may satisfy the following general formula (1).
[일반식 1][Formula 1]
Ps - Pa > 0Ps - Pa > 0
상기 일반식 1에서, In the
Ps는 소결조제의 평형 산소 분압이며,Ps is the equilibrium oxygen partial pressure of the sintering aid,
Pa는 화학식 1의 활성금속의 평형 산소 분압이다.Pa is the equilibrium oxygen partial pressure of the active metal of formula (1).
상기에서 「평형 산소 분압」이란, 물질의 산화 반응이 평형에 도달하였을 때 갖게 되는 산소 분압을 의미하며, 예를 들어, 상기 평형 산소 분압은 엘링감 도표(Ellingham diagram)을 이용하여 계산될 수 있다. 즉, 상기 일반식 1을 만족함으로써, 소결조제는 활성금속보다 더 높은 평형 산소 분압을 가지며, 이에 따라 소결조제는 활성금속의 산화를 막을 수 있으며, 이에 따라, 보다 치밀한 활성금속 소결체를 형성할 수 있다. The term "equilibrium oxygen partial pressure" as used herein means an oxygen partial pressure which is obtained when the oxidation reaction of the material reaches equilibrium. For example, the equilibrium oxygen partial pressure can be calculated using the Ellingham diagram . That is, by satisfying the above general formula (1), the sintering auxiliary agent has a higher equilibrium oxygen partial pressure than the active metal, so that the sintering auxiliary agent can prevent the oxidation of the active metal, thereby forming a more dense active metal sintered body have.
하나의 예시에서, 상기 소결조제는 하기 일반식 2를 만족할 수 있다. In one example, the sintering auxiliary may satisfy the following general formula (2).
[일반식 2][Formula 2]
S1 - S2 > 0S 1 - S 2 > 0
상기 일반식 2에서, In the
S1은 활성금속 M의 소결조제에 대한 용해도이고, S 1 is the solubility of the active metal M in the sintering aid,
S2는 소결조제의 활성금속 M에 대한 용해도이다.S 2 is the solubility of the sintering aid in the active metal M.
상기에서 「용해도」는 용해도 한계(solubility limit)를 의미한다.In the above, "solubility" means solubility limit.
상기 일반식 2를 만족하는 소결조제, 즉, 소결조제의 활성금속으로의 용해도는 낮으나 소결조제로의 활성금속의 용해도가 큰 금속을 포함할 수 있다. 이러한 성질을 가진 소결조제는 활성금속 분말 내부로 용해되어 들어가지 않고, 반대로 소결조제 자신에게 용해되어 들어온 활성금속과 함께 합금층을 형성하면서 분말 입자 간의 경계 영역(neck region)에 존재하면서, 소결조제 자신의 높은 내산화성으로 인하여 활성 금속 분말 입자간 경계영역에서 활성금속의 산화물층이 형성되는 것을 억제함으로써, 활성금속 소결체의 치밀화를 유도할 수 있다. 예를 들면, 팔라듐(Pd)은 그 분말을 공기 중에서 소결하여도 금속의 성질을 유지할 정도로 산화저항성이 큰 금속인데, 소결조제로서 소량의 팔라듐 만을 첨가하는 경우에도, 활성금속, 예를 들면, 티타늄(Ti)의 치밀화가 매우 증진되며, 이로부터 소결조제 첨가에 따른 치밀화 기구의 원리를 이해할 수 있다. 또한, 티타늄-팔라듐(Ti-Pd)의 상태도(phase diagram)를 살펴보면 팔라듐의 티타늄으로의 용해도는 약 1% 이내로 작은 반면, 티타늄의 팔라듐으로의 용해도는 약 20%로 상당히 큰 것을 알 수 있다. 이와 같이, 활성금속으로의 소결조제의 용해도는 작고, 소결조제로의 활성금속의 용해도가 큰 경우에는, 소결 또는 열처리 시에 활성금속 분말 입자간 경계(neck)영역에서 형성되어 존재하는 소결조제 합금층을 통하여 활성금속 사이의 물질이동 또는 확산이 활발하게 일어날 수 있고, 나아가 소결조제 합금층의 우수한 내산화성으로 인하여 활성금속 소결체가 보다 치밀해지게 된다. The sintering auxiliary which satisfies the above-mentioned
상기 소결조제로는 전술한 조건을 만족하는 금속이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들어, 상기 소결조제는 3 내지 12족의 전이금속, 13 내지 15족의 금속, 및 란타넘족 또는 악티늄족의 희토류 금속으로 이루어진 군으로 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.For example, the sintering auxiliary may be a transition metal of Group 3 to 12, a metal of Group 13 to Group 15, and a metal of group lanthanum or actinide Rare earth metals, and rare earth metals.
하나의 예시에서, 상기 3 내지 12족의 전이금속은, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 니오븀, 탄탈럼, 텅스텐, 지르코늄, 하프늄, 아연, 구리, 스칸듐, 이트륨, 바나듐, 크로뮴, 망가니즈, 철, 백금, 팔라듐, 이리듐, 로듐, 금, 은 및 오스뮴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐 또는 팔라듐을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 팔라듐을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one example, the transition metals of Groups 3 to 12 are selected from the group consisting of cobalt, nickel, molybdenum, niobium, tantalum, tungsten, zirconium, hafnium, zinc, copper, scandium, yttrium, vanadium, chromium, manganese, , Palladium, iridium, rhodium, gold, silver, and osmium. Preferably, nickel, molybdenum, tungsten, or palladium may be used. More preferably, palladium may be used. But is not limited thereto.
하나의 예시에서, 상기 13 내지 15족의 금속은, 알루미늄, 규소, 붕소, 인듐, 주석, 안티모니, 갈륨 및 게르마늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄 또는 붕소를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one example, the metal of Group 13 to Group 15 may include at least one element selected from the group consisting of aluminum, silicon, boron, indium, tin, antimony, gallium and germanium, Boron may be used, but is not limited thereto.
또 하나의 예시에서, 희토류 금속은, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 사마륨, 가돌리늄, 프라세오디뮴, 유로퓸 및 토륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another example, the rare earth metal may include, but is not limited to, at least one selected from the group consisting of lanthanum, cerium, neodymium, samarium, gadolinium, praseodymium, europium and thorium.
상기 소결조제는 활성금속 수소화물 분말 100 중량부에 대하여 5 중량부 이하의 함량으로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 2 중량부 이하, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. The sintering aid may be contained in an amount of 5 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the active metal hydride powder, preferably 2 parts by weight or less, more preferably 0.1 to 1 part by weight.
또 다른 구현예에서, 본 출원의 소결용 조성물은 첨가제 금속 또는 합금 원소 금속(alloying metal elements)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 첨가제 금속은 내식성 또는 강도 등의 소결체의 물성을 향상시키기 위해 첨가될 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제 금속이 포함되는 경우, 본 출원의 소결용 조성물에 의하여 제조된 소결체는 순수한 활성금속 소결체가 아닌 기계적, 화학적 성능이 향상된 합금 소결체일 수 있으며, 하나의 예시에서, 6%의 알루미늄(Al)과 4%의 바나듐(V)이 들어있는 Ti-6Al-4V 합금 소결체를 제조하기 위해서는 티타늄 수소화물(TiH2)과 소결조제 외에 티타늄과 합금을 형성할 수 있는 다양한 원소 금속들 또는 그들의 화합물 분말을 첨가할 수 있다. In yet another embodiment, the composition for sintering of the present application may further comprise additive metals or alloying metal elements. The additive metal may be added to improve the physical properties of the sintered body such as corrosion resistance or strength. For example, when the additive metal is included, the sintered body produced by the sintering composition of the present application may not be a pure active metal sintered body but may be an alloy sintered body having improved mechanical and chemical performance, and in one example, 6% In order to manufacture a Ti-6Al-4V alloy sintered body containing aluminum (Al) and 4% vanadium (V), various elemental metals capable of forming an alloy with titanium in addition to titanium hydride (TiH 2 ) Their compound powders can be added.
상기 첨가제 금속은 전술한 소결조제와 상이한 금속일 수 있고, 상기 첨가제 금속은 3 내지 12족의 전이금속 중 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소결조제가 팔라듐일 경우, 상기 첨가제 금속은 팔라듐을 제외한 3 내지 12족의 전이금속일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 3 내지 12족의 전이금속은, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 니오븀, 탄탈럼, 텅스텐, 지르코늄, 하프늄, 아연, 구리, 주석, 스칸듐, 이트륨, 알루미늄, 바나듐, 크롬, 루테늄, 망가니즈, 철, 백금, 팔라듐, 이리듐, 로듐, 금, 은 및 오스뮴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는, 알루미늄, 바나듐, 하프늄, 니오븀, 철, 니켈, 텅스텐, 탄탈륨, 실리콘, 코발트, 크롬, 루테늄, 주석, 지르코늄 및 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 알루미늄, 바나듐 및 지르코늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The additive metal may be a different metal than the sintering aid described above, and the additive metal may include one or more metals of the transition metals of Groups 3 to 12. For example, when the sintering aid is palladium, the additive metal may be a transition metal of group 3 to 12 except for palladium. In one example, the transition metals of Groups 3 to 12 are selected from the group consisting of cobalt, nickel, molybdenum, niobium, tantalum, tungsten, zirconium, hafnium, zinc, copper, tin, scandium, yttrium, aluminum, vanadium, And may include at least one selected from the group consisting of aluminum, vanadium, manganese, iron, platinum, palladium, iridium, rhodium, gold, silver and osmium, and preferably aluminum, vanadium, hafnium, niobium, iron, , Tantalum, silicon, cobalt, chromium, ruthenium, tin, zirconium and molybdenum, and more preferably at least one selected from the group consisting of aluminum, vanadium and zirconium But is not limited thereto.
상기 첨가제 금속은 활성금속 수소화물 분말 100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부의 함량으로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.2 내지 20 중량부, 보다 바람직하게는 0.2 내지 15 중량부의 함량으로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The additive metal may be contained in an amount of 0.1 to 30 parts by weight, preferably 0.2 to 20 parts by weight, more preferably 0.2 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the active metal hydride powder. But is not limited to.
본 출원은 또한, 전술한 소결용 조성물을 이용한 소결체의 제조방법에 관한 것이다. 예시적인 본 출원의 소결체의 제조방법에 의하면, 우수한 소결 구동력을 가지도록 입자 크기가 조절된 활성금속 수소화물 분말 입자 및 특정 금속을 소결 조제로서 포함하는 조성물을 상압 소결함으로써, 낮은 소결 온도 및 저렴한 비용으로 매우 높은 상대 밀도를 가지는 소결체를 제조할 수 있다. The present application also relates to a method for producing a sintered body using the above-described composition for sintering. According to the exemplary method for producing a sintered body of the present application, atmospheric pressure sintering of a composition containing active metal hydride powder particles having controlled particle size to have excellent sintering driving force and a specific metal as a sintering auxiliary agent enables low sintering temperature and low cost A sintered body having a very high relative density can be produced.
본 출원의 소결체의 제조 방법은 전술한 소결용 조성물을 이용하여 수행되며, 이에 따라, 상기 소결용 조성물에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략한다. The method for producing the sintered body of the present application is performed using the above-described sintering composition, and therefore, the description of the sintering composition will be omitted.
본 출원의 소결체의 제조방법은, 전술한 소결용 조성물을 준비하는 단계, 상기 소결용 조성물을 성형하여 성형체를 제조하는 단계 및 상기 성형체를 열처리하는 단계를 포함한다. The manufacturing method of the sintered body of the present application includes the steps of preparing the above-described sintering composition, molding the compact for sintering, and heat-treating the compact.
상기 소결용 조성물을 준비하는 단계는, 평균 입경이 5 ㎛ 초과, 예를 들어, 15 ㎛ 초과이며, 상기 화학식 1로 표시되는 활성금속 수소화물 분말을 밀링하여 평균 입경이 15 ㎛ 이하인 활성금속 수소화물 분말을 제조하는 것을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 밀링은 볼밀링, 프래니터리밀링, 진동밀링, 고에너지밀링, 제트밀링 또는 어트리션 밀링에 의해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 볼밀링 또는 고에너지 밀링에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The step of preparing the composition for sintering may include milling an active metal hydride powder having an average particle size of more than 5 mu m, for example, more than 15 mu m and having the average particle size of 15 mu m or less, Powder. ≪ / RTI > In one example, the milling can be carried out by ball milling, plane milling, vibration milling, high energy milling, jet milling or attrition milling, preferably by ball milling or high energy milling But is not limited thereto.
상기 소결용 조성물을 성형하여 성형체를 제조하는 단계는 상기 소결용 조성물을 원하는 크기 및 형상으로 성형하기 위한 단계이며, 상기 성형은, 예를 들면, 프레스 성형(pressing), CIP(Cold Isostatic Pressing)성형, 사출 성형(injection molding), 압출 성형(extrusion), 겔-캐스팅 성형(gel-casting) 및 테이프-캐스팅 성형(tape-casting) 등의 기술분야에서 알려진 다양한 성형 방법을 통해 수행될 수 있고, 바람직하게는 프레스 성형 또는 사출 성형에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The step of molding the sintering composition to form a molded article is a step for molding the sintering composition into a desired size and shape. The molding may be performed by, for example, pressing, cold isostatic pressing (CIP) Such as injection molding, extrusion, gel-casting and tape-casting, and can be carried out through various molding methods known in the art, But may be performed by press molding or injection molding, but the present invention is not limited thereto.
상기 열처리하는 단계에서는, 상기 분말 성형체를 열처리하여, 상기 성형체 내의 유기물 및 활성금속 수소화물의 수소를 제거할 수 있으며, 동시에 성형체 내부의 활성금속 분말들 간의 화학반응, 물질교환 및 소결 반응을 통하여 95% 이상의 치밀한 밀도를 가지는 활성금속 소결체를 형성할 수 있다.In the heat-treating step, the powder compact is heat-treated to remove hydrogen from the organic substances and active metal hydrides in the compact, and at the same time, through the chemical reaction, the material exchange and the sintering reaction between the active metal powders in the compact, It is possible to form an active metal sintered body having a dense density of at least%.
하나의 예시에서, 열처리하는 단계는 성형체를 1000℃ 이하의 온도, 예를 들면, 500℃ 내지 900℃ 또는 600℃ 내지 800℃의 온도에서 5분 내지 10 시간, 30분 내지 4 시간 또는 1 내지 4 시간 동안 유지하여 수행될 수 있다. In one example, the heat treating step comprises heating the shaped body at a temperature of 1000 DEG C or less, for example, 500 DEG C to 900 DEG C or 600 DEG C to 800 DEG C for 5 minutes to 10 hours, 30 minutes to 4 hours, For a period of time.
열처리하는 단계는 진공, 수소 또는 비활성 기체 분위기 하에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 열처리하는 단계는 상압(normal pressure) 또는 가압되지 않은 상태(pressure-less)에서 수행될 수 있다. 이 경우, 원하는 다양한 형상 및 치수의 소결체를 대량으로 열처리할 수 있다. The heat treatment step may be performed in a vacuum, hydrogen, or an inert gas atmosphere. In addition, the heat-treating step may be performed at a normal pressure or a pressure-less state. In this case, the desired sintered body having various shapes and dimensions can be heat-treated in a large amount.
상기 열처리 하는 단계에서, 상기 분말 성형체는 티타늄, 텅스텐, 몰리브덴, 탄소강 및 스테인리스강으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속재료로 이루어진 용기 내에서 열처리 될 수 있다. 이 경우, 소결 열처리 시 성형체 내의 활성 금속의 산화를 방지할 수 있으며, 보다 치밀한 소결체를 형성할 수 있다. 하나의 예시에서, 필요한 경우 상기 용기 내 산소 분압의 추가적인 감소를 위하여, 선택적으로 티타늄, 칼슘, 마그네슘 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 재료로 이루어진 칩, 스크랩, 그래뉼 또는 포일이 상기 용기 내부에 장입되어 있을 수 있다. In the heat-treating step, the powder compact may be heat-treated in a container made of one or more metal materials selected from the group consisting of titanium, tungsten, molybdenum, carbon steel and stainless steel. In this case, oxidation of the active metal in the formed body during sintering heat treatment can be prevented, and a dense sintered body can be formed. In one example, a chip, scrap, granule or foil, optionally made of one or more materials selected from the group consisting of titanium, calcium, magnesium and aluminum, is charged into the vessel for further reduction of the oxygen partial pressure in the vessel, .
상기 열처리 하는 단계는, 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 진공 전기로를 이용한 저항발열체 가열, 전자기 유도가열, 전자선 가열, 레이저 가열, 적외선 가열, 플라즈마 가열, 마이크로웨이브 가열 또는 급속 가열 방법에 의해 수행될 수 있다. The step of performing the heat treatment is not particularly limited and may be carried out by, for example, heating a resistance heating element using a vacuum electric furnace, electromagnetic induction heating, electron beam heating, laser heating, infrared heating, plasma heating, microwave heating, or rapid heating .
본 출원에 따른 상기 소결체의 제조방법은 분말 야금법(powder metallurgy method)에 기초하여 수행될 수 있으며, 분말 야금 기술 분야에서 알려진 다양한 방법이 본 출원의 제조방법에 적용될 수 있다. 상기 분말 야금법은 금속분말을 원하는 치수와 형상으로 성형하고 이를 고온에서 소결함으로써 치밀한 금속 부품을 제조하는 방법이며, 분말 야금법에 의하면 복잡한 형상의 금속재질의 부품을 용융온도까지 가열하지 않고 그 보다 낮은 온도에서 빠르고 경제적으로 생산할 수 있다. The method of manufacturing the sintered body according to the present application can be performed based on a powder metallurgy method, and various methods known in the field of powder metallurgy can be applied to the manufacturing method of the present application. The powder metallurgy process is a method of manufacturing a dense metal part by molding a metal powder into a desired size and shape and sintering it at a high temperature. According to the powder metallurgy method, a metal part having a complicated shape is not heated to a melting temperature It can be produced quickly and economically at low temperatures.
본 출원은 또한, 전술한 소결용 조성물로부터 형성된 금속 소결체(sintered metal body)를 제공한다. The present application also provides a sintered metal body formed from the above-described composition for sintering.
본 출원의 금속 소결체는 전술한 소결용 조성물 및 소결체의 제조방법에 의해 제조될 수 있으며, 이에 따라, 전술한 내용과 중복되는 내용은 생략한다. The metal sintered body of the present application can be produced by the above-described sintering composition and the method for producing a sintered body, and therefore, the contents overlapping with those described above will be omitted.
본 출원의 소결체는 제 1 금속 및 제 2 금속을 포함한다. The sintered body of the present application includes a first metal and a second metal.
제 1 금속은, 전술한 활성금속 수소화물의 열처리 과정에서 수소가 제거됨에 따라 소결된 활성금속이며, 전술한 바와 같이, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 우라늄, 팔라듐, 이트륨, 루비듐, 프루토늄, 탈륨, 리튬, 인듐, 갈륨 및 베릴륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 바람직하게는 티타늄일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The first metal is an active metal which is sintered as hydrogen is removed during the heat treatment of the above-mentioned active metal hydride. As described above, the first metal is titanium, zirconium, hafnium, vanadium, uranium, palladium, yttrium, rubidium, Thallium, lithium, indium, gallium, and beryllium, preferably titanium, but is not limited thereto.
상기 제 2 금속은, 전술한 소결 조제 성분으로서, 하나의 예시에서 상기 제 2 금속은 3 내지 12족의 전이금속; 13 내지 15족의 금속; 및 란타넘족 또는 악티늄족의 희토류 금속으로 이루어진 군으로 선택된 하나 이상을 포함한다. The second metal is, as one of the sintering auxiliary components described above, in one example, the second metal is a transition metal of Groups 3 to 12; Metals of Groups 13 to 15; And a rare earth metal of the lanthanum or the actinium group.
상기 제 2 금속은 제 1 금속 100 중량부에 대하여 5 중량부 이하의 함량으로 포함될 수 있다. The second metal may be included in an amount of 5 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the first metal.
상기 소결체는 제 3 금속을 추가로 포함할 수 있다. 상기 제 3 금속은 전술한 첨가제 금속 성분으로서, 상기 제 3 금속은 제 2 금속과 상이한 성분이며, 3 내지 12족의 전이금속 중 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. The sintered body may further include a third metal. The third metal is the above-described additive metal component, the third metal is a different component from the second metal, and may include at least one metal among the transition metals of Groups 3 to 12.
하나의 예시에서, 상기 3 내지 12족의 전이금속은, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 니오븀, 탄탈럼, 텅스텐, 지르코늄, 하프늄, 아연, 구리, 주석, 스칸듐, 이트륨, 알루미늄, 바나듐, 크롬, 루테늄, 망가니즈, 철, 백금, 팔라듐, 이리듐, 로듐, 금, 은 및 오스뮴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는, 알루미늄, 바나듐, 하프늄, 니오븀, 철, 니켈, 텅스텐, 탄탈륨, 실리콘, 코발트, 크롬, 루테늄, 주석, 지르코늄 및 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 알루미늄, 바나듐 및 지르코늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one example, the transition metals of Groups 3 to 12 are selected from the group consisting of cobalt, nickel, molybdenum, niobium, tantalum, tungsten, zirconium, hafnium, zinc, copper, tin, scandium, yttrium, aluminum, vanadium, And may include at least one selected from the group consisting of aluminum, vanadium, manganese, iron, platinum, palladium, iridium, rhodium, gold, silver and osmium, and preferably aluminum, vanadium, hafnium, niobium, iron, , Tantalum, silicon, cobalt, chromium, ruthenium, tin, zirconium and molybdenum, and more preferably at least one selected from the group consisting of aluminum, vanadium and zirconium But is not limited thereto.
상기 제 3 금속은 제 1 금속 100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부의 함량으로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 20 중량부, 보다 바람직하게는 0.2 내지 15 중량부의 함량으로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The third metal may be contained in an amount of 0.1 to 30 parts by weight, preferably 0.1 to 20 parts by weight, more preferably 0.2 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the first metal. It is not.
하나의 예시에서, 상기 소결체는 상대 밀도가 90% 이상일 수 있고, 예를 들면, 92% 이상, 95% 이상, 97% 이상, 98% 이상 또는 99% 이상일 수 있으며, 상기 소결체의 공극률은 10% 이하, 예를 들어, 5% 이하, 4% 이하, 3% 이하 또는 2 % 이하일 수 있다. 상기 상대 밀도는, 소결체 단면에 대한 주사전자현미경 또는 광학 현미경 사진 상에서 공기와 접하는 표면의 다공성 층 부분을 제외하고, 소결체 내의 치밀한 영역의 전체 면적 중 기공에 해당하는 부분의 면적을 제외한 나머지 면적의 상대 분율을 측정하는 방법을 통해 측정될 수 있다. In one example, the sintered body may have a relative density of at least 90%, for example, at least 92%, at least 95%, at least 97%, at least 98%, or at least 99% For example, 5% or less, 4% or less, 3% or less, or 2% or less. The relative density is a relative density of the sintered body excluding the porous layer portion of the surface in contact with air on a scanning electron microscope or an optical microscope photograph with respect to the sintered body cross section, Can be measured through a method of measuring the fraction.
본 출원은 티타늄 등의 활성금속의 치밀한 소결체를 낮은 온도에서 경제적으로 제조하는 방법을 제공함으로써 의료용 임플란트 및 기구, 석유/화학공업 기기, 자동차 부품, 항공/우주 장비, 레저 용품 및 악세서리 등 티타늄 제품 생산 분야에서 폭 넓게 사용될 수 있다. 또한, 상기 티타늄은 제련과정에서 스폰지 및 분말 형태로 제조되며, 본 출원은 상기 스폰지 또는 분말을 수소화하여 활용할 수 있는 경제성 있는 분말야금 공정을 제공하므로, 본 출원에 의하면 복잡한 용해주조 과정 및 분괴 과정 없이도 바로 최종품을 정형가공에 의해서 제조할 수 있다.The present application relates to the production of titanium products such as medical implants and apparatuses, petroleum / chemical industry equipment, automobile parts, aerospace equipment, leisure goods and accessories by providing a method of economically manufacturing dense sintered bodies of active metals such as titanium at low temperatures Can be widely used in the field. In addition, the titanium is manufactured in the form of a sponge and a powder in a smelting process. Since the present application provides an economical powder metallurgy process capable of hydrogenating the sponge or powder, the present application provides a process for producing The final product can be manufactured by shaping.
본 출원의 소결용 조성물은 우수한 소결 구동력을 가지도록 입자 크기가 조절된 활성금속 수소화물 분말 입자 및 특정 금속을 소결 조제로서 포함하며, 본 출원의 소결용 조성물에 의하면 낮은 소결 온도 및 저렴한 비용으로 매우 높은 상대 밀도를 가지는 소결체를 제조할 수 있다.The sintering composition of the present application contains active metal hydride powder particles having controlled particle size so as to have an excellent sintering driving force and a specific metal as a sintering auxiliary agent. According to the sintering composition of the present application, A sintered body having a high relative density can be produced.
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 금속 소결체를 제조하는 방법의 순서도이다.
도 2는 실시예 1에서 사용한 상용 TiH2 분말의 주사현미경 사진이다.
도 3은 상기 상용 TiH2 분말을 에틸알콜과 지르코니아 볼을 사용 72시간 볼밀링 한 후의 분말의 주사현미경 사진이다.
도 4는 상용 TiH2 분말을 6시간 볼밀링하고 난 후, 고에너지 밀링을 1시간 한 후의 분말의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 실시예 1에서 제조한 TiH2 분말의 입자크기를 PSA(Particle Size Analyzer)로 분석한 결과이다.
도 6은 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 4에서 각각 제조된 소결체의 외부 모습을 촬영한 사진이다.
도 7은 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 4에서 각각 제조된 소결체의 소결 수축율을 측정한 결과이다.
도 8 및 도 9는 실시예 9 및 비교예 1에서 각각 제조된 소결체의 단면 미세조직을 광학현미경을 이용하여 500배로 촬영한 사진이다.
도 10 및 도 11은 각각 실시예 10 및 실시예 11에서 제조된 소결체의 단면 사진이다.
도 12 내지 도 14는 실시예 13 내지 실시예 15에서 각각 제조된 소결체의 단면 미세조직을 광학현미경을 이용하여 500배로 촬영한 사진이다.1 is a flowchart of a method of manufacturing a metal sintered body according to an embodiment of the present application.
2 is an SEM photograph of the commercial TiH 2 powder used in Example 1. Fig.
FIG. 3 is an SEM photograph of the powder obtained by ball milling the commercial TiH 2 powder for 72 hours using ethyl alcohol and a zirconia ball.
FIG. 4 is a scanning electron micrograph of powder after high-energy milling for 1 hour after ball milling commercial TiH 2 powder for 6 hours.
FIG. 5 shows the result of analyzing the particle size of the TiH 2 powder prepared in Example 1 by using a PSA (Particle Size Analyzer). FIG.
6 is a photograph of the outer appearance of the sintered body manufactured in each of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 4.
7 shows the sintering shrinkage ratios of the sintered bodies produced in Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 4, respectively.
Figs. 8 and 9 are photographs of the cross-sectional microstructure of the sintered body manufactured in Example 9 and Comparative Example 1, respectively, taken at 500 times using an optical microscope.
10 and 11 are cross-sectional photographs of the sintered body produced in Example 10 and Example 11, respectively.
FIGS. 12 to 14 are photographs of the cross-sectional microstructure of the sintered bodies manufactured in Examples 13 to 15, respectively, at 500-fold magnification using an optical microscope.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 기술한 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the scope of the present application is not limited by the following description.
금속수소화물Metal hydride 분말 입자의 미세화 효과 비교 Comparison of finer effect of powder particles
미세 티타늄 수소화물 분말의 제조Preparation of fine titanium hydride powder
제조예Manufacturing example 1 One
구체적으로, 시판되는 평균 입경이 약 60 ㎛인 상용 티타늄 수소화물(TiH2) 분말(99.95%, Nanoshel)을 준비하였다. 이때 TiH2 분말을 3㎛ 이하로 미세화하기 위하여 평균 입경이 약 60 ㎛인 상용 TiH2 분말(Nanoshel)에 대하여 유기용매인 에틸 알콜을 이용한 습식 볼밀링 또는 고에너지 밀링(HEM)을 수행하였다. 약 72시간 동안 습식 볼밀링에 의해 평균입경이 약 3.9㎛인 미세 티타늄 수소화물 분말(BM 72h)을 제조할 수 있었다. Specifically, commercially available titanium hydride (TiH 2 ) powder (99.95%, Nanoshel) having an average particle diameter of about 60 탆 was prepared. At this time, wet TiH 2 powder (Nanoshel) having an average particle diameter of about 60 μm was subjected to wet ball milling or high energy milling (HEM) using ethyl alcohol as an organic solvent in order to make the TiH 2 powder smaller than 3 μm. A fine titanium hydride powder (
제조예Manufacturing example 2 2
평균 입경이 약 60 ㎛인 상용 TiH2 분말(Nanoshel) 대신에 평균 입경이 약 35 ㎛인 상용 티타늄 수소화물(TiH2) 분말(99.6%, MTIG)을 준비하고, 6시간의 볼밀링 후에 1시간 동안 HEM을 통해서 평균입경이 약 1.0 ㎛인 미세 티타늄 수소화물 분말(HEM 1h)을 제조하였다.A commercially available titanium hydride (TiH 2 ) powder (99.6%, MTIG) having an average particle size of about 35 μm was prepared in place of the commercial TiH 2 powder (Nanoshel) having an average particle diameter of about 60 μm, and after ball milling for 6 hours, A fine titanium hydride powder (
제조예Manufacturing example 3 3
제조예 2에서 준비된 평균 입경이 약 35 ㎛인 상용 티타늄 수소화물(TiH2) 분말(99.6%, MTIG)을 6시간의 볼밀링 후에 3시간 동안 HEM을 통해서 평균입경이 약 0.8 ㎛인 미세 티타늄 수소화물 분말(HEM 3h)을 제조하였다.A commercially available titanium hydride (TiH 2 ) powder (99.6%, MTIG) having an average particle diameter of about 35 μm prepared in Production Example 2 was milled for 6 hours by ball milling for 3 hours through a HEM to obtain a fine titanium powder having an average particle diameter of about 0.8 μm A hydride powder (
도 2는 실시예 1에서 준비한 평균 입경이 약 60 ㎛인 상용 TiH2 분말(Raw TiH2)의 주사현미경 사진이고, 도 3은 상기 상용 TiH2 분말을 에틸알콜과 지르코니아 볼을 사용하여 72시간 동안 습식 볼밀링을 한 후의 미세 TiH2 분말(BM 72h)의 주사현미경 사진이며, 도 4는 상용 TiH2 분말을 6시간 볼밀링하고 난 후, 1시간 동안 고에너지 밀링(HEM)을 한 후의 미세 TiH2 분말(HEM 1h)의 주사전자현미경 사진이다.2 is a scanning electron micrograph of commercial TiH 2 powder (Raw TiH 2 ) having an average particle diameter of about 60 μm prepared in Example 1, and FIG. 3 is a scanning electron micrograph of raw TiH 2 powder prepared by using ethyl alcohol and zirconia balls for 72 hours FIG. 4 is a scanning electron micrograph of a fine TiH 2 powder (
또한, 도 5는 이와 같이 제조한 TiH2 분말의 입자크기를 PSA(Particle Size Analyzer)로 분석한 결과이다. 상기 결과로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 상업적으로 공급되고 있는 TiH2 분말은 평균입자의 크기가 약 60 ㎛로 매우 크며, 더욱 조대한 입자들이 분말 내에 같이 존재한다는 것을 확인할 수 있다. 이렇게 조대한 입자들(Raw TiH2로 표기)을 함유하고 있는 상용 TiH2 분말을 72시간 볼밀링 한 경우(BM 72h로 표기), 입자의 평균크기가 3.9 ㎛로 감소하는 것은 물론 입도분포가 좁아지고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 상용 TiH2 분말을 6시간 볼밀링 후 고에너지 밀링을 1시간 한 경우(HEM 1h로 표기)에는 평균입자 크기가 약 1.0 ㎛, 3시간 한 경우(HEM 3h로 표기)에는 평균입자 크기가 약 0.8 ㎛로 감소함과 더불어 입도분포가 더욱 좁은 단일 피크의 양상을 띄는 것을 확인하였다. FIG. 5 shows the result of analyzing the particle size of the TiH 2 powder thus prepared by a PSA (Particle Size Analyzer). As can be seen from the above results, it can be confirmed that the commercially available TiH 2 powder has a very large average particle size of about 60 탆 and coarser particles are present in the powder. When the commercial TiH 2 powder containing the coarse particles (denoted by Raw TiH 2 ) was ball milled for 72 hours (denoted as
티타늄 소결체의 제조Preparation of titanium sintered body
실시예Example 1 One
소결용 조성물의 제조를 위해서 상기 제조예 1에서 제조된 평균입경이 3.9 ㎛인 미세 TiH2 분말(BM 72h)을 에틸 알콜에 부피비로 약 30 vol%의 고형분 함량이 되도록 투입하고, 원활한 분산을 위해 약 0.5 내지 1 wt%의 분산제 및 1 내지 3 wt%의 결합제(PVB)와 가소제(DOP)를 투입하여 습식 볼밀링을 약 3 시간 동안 수행하여 슬러리를 제조하였다. For the preparation of the composition for sintering, fine TiH 2 powder (
상기 볼밀링된 슬러리를 뜨거운 교반기(hot plate)에서 건조시킨 후에, 건조된 분말을 체가름(sieving)하여 프레스 성형을 위한 과립분말을 제조하였다. 상기 제조된 과립분말을 금속재질의 금형에 충진한 다음 100MPa의 압력으로 일축 가압 프레스 성형하여 분말 성형체를 제조하였다. 제조된 분말 성형체를 뚜껑이 있는 텅스텐 용기 내에 넣은 후, 이를 텅스텐 진공로에 장입하고 약 2.5ⅹ10-5 torr의 진공도에서 분당 5℃의 승온속도로 800℃의 목표온도까지 승온시켰으며, 4 시간 동안 유지하여 분말 입자의 소결과 화학반응을 유도함으로써, 상대 밀도가 92.5%의 소결체(BM 72h_800℃_In)를 제조하였다.After the ball milled slurry was dried on a hot plate, the dried powder was sieved to prepare a granulated powder for press forming. The prepared granular powder was filled in a metal mold and then uniaxially press-molded at a pressure of 100 MPa to prepare a powder compact. The prepared powder compact was placed in a tungsten container with a lid and charged into a tungsten vacuum furnace. The temperature was raised to a target temperature of 800 ° C at a rate of 5 ° C per minute at a vacuum of about 2.5 x 10 -5 torr, (BM 72h_800 ℃ _In) having a relative density of 92.5% was prepared by sintering the powder particles and inducing a chemical reaction.
실시예Example 2 2
소결온도를 600℃로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 87.6%인 소결체(BM 72h_600℃_In)를 제조하였다.The slurry was prepared under the same conditions as in Example 1 except that the sintering temperature was set to 600 ° C and the granulated powder prepared from the slurry was molded to prepare a powder compact and then heat treated to obtain a slurry having a relative density of 87.6% Sintered body (BM 72h_600 ° CIn) was prepared.
실시예Example 3 3
텅스텐 용기를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 92.1%인 소결체(BM 72h_800℃_Out)를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as in Example 1 except that the tungsten container was not used. The granulated powder prepared from the slurry was molded to produce a powder compact, which was heat-treated to obtain a sintered body having a relative density of 92.1% (
실시예Example 4 4
텅스텐 용기를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 85.0%인 소결체(BM 72h_600℃_Out)를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as in Example 2 except that the tungsten container was not used. The granulated powder prepared from the slurry was molded to produce a powder compact, which was heat-treated to obtain a sintered body having a relative density of 85.0% (BM 72h_600 ° C _Out).
실시예Example 5 5
소결용 조성물의 제조를 위해서 상기 제조예 2에서 제조된 평균입경이 1.0 ㎛인 미세 TiH2 분말(HEM 1h)을 에틸 알콜에 부피비로 약 30 vol%의 고형분 함량이 되도록 투입하고, 원활한 분산을 위해 약 0.5 내지 1 wt%의 분산제 및 1 내지 3 wt%의 결합제(PVB)와 가소제(DOP)를 투입하여 습식 볼밀링을 약 3 시간 동안 수행하여 슬러리를 제조하였다. For the preparation of the composition for sintering, fine TiH 2 powder (
상기 볼밀링된 슬러리를 뜨거운 교반기(hot plate)에서 건조시킨 후에, 건조된 분말을 체가름(sieving)하여 프레스 성형을 위한 과립분말을 제조하였다. 상기 제조된 과립분말을 금속재질의 금형에 충진한 다음 100MPa의 압력으로 일축 가압 프레스 성형하여 분말 성형체를 제조하였다. 제조된 분말 성형체를 뚜껑이 있는 텅스텐 용기 내에 넣은 후, 이를 텅스텐 진공로에 장입하고 약 2.5ⅹ10-5 torr의 진공도에서 분당 5℃의 승온속도로 800℃의 목표온도까지 승온시켰으며, 4 시간 동안 유지하여 분말 입자의 소결과 화학반응을 유도함으로써, 상대 밀도가 97.6%의 소결체(HEM 1h_800℃_In)를 제조하였다.After the ball milled slurry was dried on a hot plate, the dried powder was sieved to prepare a granulated powder for press forming. The prepared granular powder was filled in a metal mold and then uniaxially press-molded at a pressure of 100 MPa to prepare a powder compact. The prepared powder compact was placed in a tungsten container with a lid and charged into a tungsten vacuum furnace. The temperature was raised to a target temperature of 800 ° C at a rate of 5 ° C per minute at a vacuum of about 2.5 x 10 -5 torr, (HEM 1h_800 ℃ _In) having a relative density of 97.6% was prepared by sintering the powder particles and inducing a chemical reaction.
실시예Example 6 6
소결온도를 600℃로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 5와 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 93.7%인 소결체(HEM 1h_600℃_In)를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as in Example 5, except that the sintering temperature was changed to 600 ° C. The granulated powder prepared from the slurry was molded to produce a powder compact, which was heat-treated to have a relative density of 93.7% The sintered body (HEM 1h_600 ° CIn) was prepared.
실시예Example 7 7
텅스텐 용기를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 5와 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 95.7%인 소결체(HEM 1h_800℃_Out)를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as in Example 5 except that the tungsten container was not used. The granulated powder prepared from the slurry was molded to produce a powder compact, which was heat-treated to obtain a sintered body having a relative density of 95.7% (HEM 1h_800 DEG C_Out).
실시예Example 8 8
텅스텐 용기를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 6과 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 92.5%인 소결체(HEM 1h_600℃_Out)를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as in Example 6 except that the tungsten container was not used, and the granulated powder prepared from the slurry was molded to produce a powder compact, which was heat-treated to obtain a sintered body having a relative density of 92.5% (HEM 1h_600 ° C _Out).
실시예Example 9 9
소결용 조성물의 제조를 위해서 상기 제조예 3에서 제조된 평균입경이 0.8 ㎛인 미세 TiH2 분말(HEM 3h)을 에틸 알콜에 부피비로 약 30 vol%의 고형분 함량이 되도록 투입하고, 원활한 분산을 위해 약 0.5 내지 1 wt%의 분산제 및 1 내지 3 wt%의 결합제(PVB)와 가소제(DOP)를 투입하여 습식 볼밀링을 약 3 시간 동안 수행하여 슬러리를 제조하였다. For the preparation of the composition for sintering, fine TiH 2 powder (
상기 볼밀링된 슬러리를 뜨거운 교반기(hot plate)에서 건조시킨 후에, 건조된 분말을 체가름(sieving)하여 프레스 성형을 위한 과립분말을 제조하였다. 상기 제조된 과립분말을 금속재질의 금형에 충진한 다음 100MPa의 압력으로 일축 가압 프레스 성형하여 분말 성형체를 제조하였다. 제조된 분말 성형체를 뚜껑이 있는 텅스텐 용기 내에 넣은 후, 이를 텅스텐 진공로에 장입하고 약 2.5ⅹ10-5 torr의 진공도에서 분당 5℃의 승온속도로 800℃의 목표온도까지 승온시켰으며, 4 시간 동안 유지하여 분말 입자의 소결과 화학반응을 유도함으로써, 상대 밀도가 99.8%의 소결체(HEM 3h_800℃_In)를 제조하였다.After the ball milled slurry was dried on a hot plate, the dried powder was sieved to prepare a granulated powder for press forming. The prepared granular powder was filled in a metal mold and then uniaxially press-molded at a pressure of 100 MPa to prepare a powder compact. The prepared powder compact was placed in a tungsten container with a lid and charged into a tungsten vacuum furnace. The temperature was raised to a target temperature of 800 ° C at a rate of 5 ° C per minute at a vacuum of about 2.5 x 10 -5 torr, (HEM 3h_800 ℃ _In) with a relative density of 99.8% was prepared by sintering the powder particles and inducing a chemical reaction.
실시예Example 10 10
소결온도를 600℃로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 9와 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 97.7%인 소결체(HEM 3h_600℃_In)를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as in Example 9, except that the sintering temperature was changed to 600 ° C, and the granulated powder prepared from the slurry was molded to produce a powder compact, which was heat-treated to have a relative density of 97.7% Sintered body (HEM 3h_600 ° CIn) was prepared.
실시예Example 11 11
텅스텐 용기를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 9와 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 98.3%인 소결체(HEM 3h_800℃_Out)를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as in Example 9 except that the tungsten container was not used. The granulated powder prepared from the slurry was molded to produce a powder compact, which was heat-treated to obtain a sintered body having a relative density of 98.3% (HEM 3h_800 DEG C_Out).
실시예Example 12 12
텅스텐 용기를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 10과 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 94.0%인 소결체(HEM 3h_600℃_Out)를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as in Example 10 except that the tungsten container was not used. The granulated powder prepared from the slurry was molded to prepare a powder compact, which was heat-treated to obtain a sintered body having a relative density of 94.0% (HEM 3h_600 ° C _Out).
비교예Comparative Example 1 One
시판되는 평균 입경이 약 60 ㎛인 상용 티타늄 수소화물(TiH2) 분말(Raw TiH2)을 미세화 하는 단계를 생략한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 평균 입경이 약 60 ㎛인 상용 TiH2 분말을 포함하는 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리를 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 88.8%인 소결체(Raw TiH2_800℃_In)를 제조하였다. A commercially available titanium oxide hydride (TiH 2 ) powder (Raw TiH 2 ) having an average particle diameter of about 60 탆 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the step of finishing the commercially available titanium hydride (TiH 2 ) TiH 2 powder was prepared, and the slurry was molded to prepare a powder compact, which was then heat-treated to prepare a sintered body (Raw TiH 2 - 800 캜 In) having a relative density of 88.8%.
비교예Comparative Example 2 2
소결온도를 600℃로 한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 86.9%인 소결체(Raw TiH2_600℃_In)를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as those of Comparative Example 1 except that the sintering temperature was set to 600 ° C, and the granulated powder prepared from the slurry was molded to prepare a powder compact, which was heat-treated to have a relative density of 86.9% Sintered body (Raw TiH 2 - 600 캜 In) was prepared.
비교예Comparative Example 3 3
텅스텐 용기를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 86.5%인 소결체(Raw TiH2_800℃_Out)를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as in Comparative Example 1 except that the tungsten container was not used. The granulated powder prepared from the slurry was molded to produce a powder compact, which was heat-treated to obtain a sintered body having a relative density of 86.5% (Raw TiH 2 _ 800 캜 _ Out).
비교예Comparative Example 4 4
텅스텐 용기를 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 비교예 2와 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 82.7%인 소결체(Raw TiH2_600℃_Out)를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as in Comparative Example 2 except that the tungsten container was not used. The granulated powder prepared from the slurry was molded to produce a powder compact, which was heat-treated to obtain a sintered body having a relative density of 82.7% (Raw TiH 2 - 600 ° C _Out).
실험 결과Experiment result
실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 4에서 각각 제조된 소결체의 특성을 분석하기 위하여 광학 현미경, 주사전자현미경, x선 에너지 분광분석, X선 회절분석 등을 통하여 상기 소결체의 평면 및 단면 미세조직, 상(phase) 분석, 조성분석 등을 수행하였다. In order to analyze the characteristics of the sintered bodies produced in Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 4, it was confirmed that the sintered bodies of the planar and cross-sectional microstructures of the sintered bodies were observed through an optical microscope, a scanning electron microscope, an x- Phase analysis, and composition analysis.
평균입경 약 60㎛인 상용 티타늄 수소화물 분말(Raw TiH2)과 제조예 1 내지 3에서 각각 미세화한 3종의 티타늄 수소화물 분말(BM 72h, HEM 1h, HEM 3h)를 이용하여 제조한 분말 성형체를 각각 600℃와 800℃의 진공분위기에서 4시간 소결한 후 그 시편들의 외형을 촬영하고 외경 및 높이 그리고 무게를 측정하여, 각 시료의 상대밀도 및 소결 수축율을 측정하였다. 이 경우, 각 온도에서 소결 시, 분말 성형체를 텅스텐 재질의 용기 내에서 소결한 경우(In으로 표기)와 텅스텐 재질의 용기를 사용하지 않고 소결한 경우(Out으로 표기)를 각각 구별하여 측정하였다. (Raw TiH 2 ) having an average particle diameter of about 60 μm and three types of titanium hydride powders (
도 6은 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 4에서 각각 제조된 4종의 분말(Raw, BM 72h, HEM 1h, HEM 3h)로 이루어진 TiH2 분말 성형체를 각각 600℃와 800℃에서 4시간 동안 텅스텐 용기 없이 소결한 경우와 텅스텐 용기 내에서 소결한 시편들을 촬영한 사진이다. 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 텅스텐 재질의 용기를 사용하는 경우 소결체의 표면 산화가 억제되어 표면이 밝은 금속 색조를 띄는 반면, 텅스텐 재질의 용기 없이 소결한 경우 로(vacuum furnace) 내에 잔존하는 극미량의 산소에 의해서도 표면이 산화되어 검은 색조를 띄는 것을 알 수 있었다. 하지만 이 경우에도, 표면 층을 제거하면 금속 특유의 광택이 나타남을 확인 하였다. 또한, 도 6과 같이, 분말 입자가 미세화 됨에 따라 소결 수축률이 증가하여 시편의 외경이 감소함을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 평균입경 0.8 ㎛인 HEM 3h 분말로부터 제조된 소결체의 경우(실시예 9)에는 심지어 600℃에서 소결된 소결체(실시예 10) 조차도 외경이 거의 비슷하였다.Fig. 6 is a graph showing the results of a TiH 2 powder compact consisting of four powders (Raw,
도 7은 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 소결체의 소결 수축율을 측정한 결과이다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 800℃에서 소결된 소결체(HEM 3h)는 텅스텐 용기 사용과 관계없이 약 21%로 거의 비슷한 소결 수축률 값을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 600℃에서 소결된 소결체(HEM 3h)의 경우 소결 수축율이 약 20% 였다. 이러한 결과로부터 HEM 3h 분말은 600℃에서도 거의 완전 치밀화가 일어나 매우 높은 밀도를 갖고 있다는 점을 알 수 있다. 7 shows the sintering shrinkage ratios of the sintered bodies produced in Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 4. As can be seen from FIG. 7, it was confirmed that the sintered body (
또한 실시예 9와 비교예 1의 소결체 상대밀도를 알아보기 위하여 아르키메데스법으로 상대밀도를 측정하였다. 측정한 결과 실시예 9의 시편은 99.8%, 비교예 1의 시편은 88.8%의 상대밀도 값을 나타내었다. 즉, 800℃에서 소결된 실시예 9와 비교예 1의 소결체의 단면을 촬영한 도 8 내지 도 9의 사진에서 볼 수 있는 바와 같이, 상용 TiH2 분말(도 9)에 비해 미세화된 TiH2 분말(도 8)을 사용한 경우, 소결체의 치밀화가 크게 증진하였으며, 상대밀도가 증가된 것을 확인할 수 있다. The relative density of the sintered bodies of Example 9 and Comparative Example 1 was measured by the Archimedes method. As a result, the relative density of the specimen of Example 9 was 99.8% and the specimen of Comparative Example 1 was 88.8%. That is, Example 9 and Comparative Example 1. As can be seen in cross-section pictures of 8 to 9, taken in the sintered body, TiH 2 powder finer than commercial TiH 2 powder (9), sintering at 800 ℃ (FIG. 8), the densification of the sintered body was greatly improved, and the relative density was increased.
도 10은 평균입경 0.8 ㎛인 HEM 3h 분말을 사용하여 제조된 실시예 10의 소결체의 단면 사진이다. 도 10에서 확인할 수 있는 바와 같이, HEM 3h 분말을 사용하는 경우, 600℃에서도 거의 완전한 치밀화가 일어나고 있으며, 실시예 10에서 제조된 소결체에 대해 아르키메데스법으로 상대밀도를 측정한 결과, 97.7%의 높은 상대밀도를 가지는 점을 확인할 수 있었다. 10 is a cross-sectional photograph of the sintered body of Example 10 manufactured using
도 11은 실시예 11에서 제조된 소결체의 단면 사진이다. 도 11에서 확인할 수 있는 바와 같이, HEM 3h 분말을 사용하는 경우, 텅스텐 재질의 용기에 밀폐한 상태로 소결하지 않아도 충분한 치밀화가 이루어지고 있다. 또한, 실시예 11에서 제조된 소결체에 대해 아르키메데스법으로 상대밀도를 측정한 결과, 98.3%의 높은 상대밀도를 가지는 점을 확인할 수 있었다.11 is a cross-sectional photograph of the sintered body manufactured in Example 11. Fig. As can be seen from FIG. 11, when the
소결조제 또는 첨가제 금속의 첨가효과 비교Comparison of effect of addition of sintering additive or additive metal
상기 실시예 9에서 분말 입자 크기의 미세화를 통해 소결체의 상대밀도를 증가시킬 수 있었으나, 소결온도를 더 낮추기 위해 또는 상대밀도 98% 이상의 거의 완전 치밀한 티타늄 소결체를 얻기 위하여, 분말 입자 크기의 미세화 이외에 치밀화를 촉진할 수 있는 소결조제의 첨가 효과를 조사하기로 하였다. In order to further lower the sintering temperature or to obtain an almost completely dense titanium sintered body having a relative density of 98% or more, besides the miniaturization of the powder particle size, the sintered body was densified The effect of addition of sintering aids which can accelerate sintering was investigated.
실시예Example 13 13
TiH2 분말 중량대비 대비 팔라듐(Pd) 0.5 wt%를 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 5와 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 97.0%인 소결체를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as in Example 5 except that 0.5 wt% of palladium (Pd) was added to the TiH 2 powder, and the granulated powder prepared from the slurry was molded to prepare a powder compact , And a sintered body having a relative density of 97.0% was prepared by heat treatment.
실시예Example 14 14
TiH2 분말 중량대비 대비 텅스텐(W) 0.5 wt%를 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 5와 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 97.5%인 소결체를 제조하였다. A slurry was prepared under the same conditions as in Example 5 except that 0.5 wt% of tungsten (W) was added to the TiH 2 powder by weight, and the granulated powder prepared from the slurry was molded to prepare a powder compact , And a sintered body having a relative density of 97.5% was prepared by heat treatment.
실시예Example 15 15
TiH2 분말 중량대비 대비 붕소(B) 0.5 wt%를 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 5와 동일한 조건으로 슬러리를 제조하고, 상기 슬러리로부터 제조된 과립 분말을 성형하여 분말 성형체를 제조한 후에, 열처리 하여 상대 밀도가 96.5%인 소결체를 제조하였다.A slurry was prepared under the same conditions as in Example 5 except that 0.5 wt% of boron (B) was added to the TiH 2 powder by weight, and the granulated powder prepared from the slurry was molded to prepare a powder compact , And a sintered body having a relative density of 96.5% was prepared by heat treatment.
실험 결과Experiment result
실시예 13 내지 15에서 각각 제조된 소결체의 특성을 분석하기 위하여 광학현미경, 주사전자현미경, x선 에너지 분광분석, X선 회절분석 등을 통하여 상기 소결체의 평면 및 단면 미세조직, 상(phase) 분석, 조성분석 등을 수행하였으며, 그 결과를 도 12 내지 도 14에 나타내었다. In order to analyze the characteristics of the sintered bodies prepared in Examples 13 to 15, the plane and cross-sectional microstructure and phase analysis of the sintered body were carried out through an optical microscope, a scanning electron microscope, an x-ray energy spectroscopy analysis and an X- , Compositional analysis and the like were carried out. The results are shown in Figs. 12 to 14. Fig.
특히 도 12는 팔라듐을 0.5 wt% 첨가하여 제조한 실시예 13에 따른 소결체의 미세조직 사진이다. 도 12에서 확인할 수 있는 바와 같이, 약 3% 이하의 공극률을 가지는 치밀한 티타늄 소결체를 800℃의 소결 온도에서 제조할 수 있었다. 12 is a photograph of the microstructure of the sintered body according to Example 13 prepared by adding 0.5 wt% of palladium. As can be seen from FIG. 12, a dense titanium sintered body having a porosity of about 3% or less can be manufactured at a sintering temperature of 800 ° C.
또한 텅스텐을 0.5 wt% 첨가한 실시예 14의 경우(도 13) 및 붕소를 0.5wt% 첨가한 실시예 15의 경우(도 14)에도 약 3% 이하의 공극률을 가지는 치밀한 티타늄 소결체를 800℃의 소결 온도에서 제조할 수 있었다.Also in the case of Example 14 (Fig. 13) in which tungsten was added in an amount of 0.5 wt% (Fig. 13) and in Example 15 (Fig. 14) in which boron was added in an amount of 0.5 wt%, a dense titanium sintered body having a porosity of about 3% Sintering temperature.
Claims (28)
[화학식 1]
MHx
상기 화학식 1에서,
M은 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 하프늄, 바나듐, 우라늄, 팔라듐, 이트륨, 루비듐, 프루토늄, 탈륨, 리튬, 인듐, 갈륨 및 베릴륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 나타내고,
H는 수소이며,
x는 1 내지 4이다.1. A sintering composition comprising an active metal hydride powder having an average particle diameter of 15 mu m or less and represented by the following formula (1)
[Chemical Formula 1]
MH x
In Formula 1,
M represents at least one metal selected from the group consisting of titanium, zirconium, aluminum, hafnium, vanadium, uranium, palladium, yttrium, rubidium, prtanium, thallium, lithium, indium, gallium,
H is hydrogen,
x is 1 to 4;
[일반식 1]
Ps - Pa > 0
상기 일반식 1에서,
Ps는 소결조제의 평형 산소 분압이며,
Pa는 화학식 1의 활성금속 M의 평형 산소 분압이다.5. The sintering aid composition according to claim 4, wherein the sintering auxiliary agent satisfies the following general formula (1)
[Formula 1]
Ps - Pa > 0
In the general formula 1,
Ps is the equilibrium oxygen partial pressure of the sintering aid,
Pa is the equilibrium oxygen partial pressure of the active metal M of formula (1).
[일반식 2]
S1 - S2 > 0
상기 일반식 2에서,
S1은 활성금속 M의 소결조제에 대한 용해도이고,
S2는 소결조제의 활성금속 M에 대한 용해도이다.The sintering aid composition according to claim 1, wherein the sintering auxiliary agent satisfies the following general formula (2)
[Formula 2]
S 1 - S 2 > 0
In the general formula 2,
S 1 is the solubility of the active metal M in the sintering aid,
S 2 is the solubility of the sintering aid in the active metal M.
3 내지 12족의 전이금속; 13 내지 15족의 금속; 및 란타넘족 또는 악티늄족의 희토류 금속으로 이루어진 군으로 선택된 하나 이상의 제 2 금속을 포함하며,
상대 밀도가 90% 이상인 금속 소결체.At least one first metal selected from the group consisting of titanium, zirconium, hafnium, vanadium, uranium, palladium, yttrium, rubidium, plutonium, thallium, lithium, indium, gallium and beryllium; And
Transition metals of Groups 3 to 12; Metals of Groups 13 to 15; And at least one second metal selected from the group consisting of lanthanides or actinides rare earth metals,
A metal sintered body having a relative density of 90% or more.
상기 소결용 조성물을 성형하여 성형체를 제조하는 단계; 및
상기 성형체를 열처리하는 단계를 포함하는 금속 소결체의 제조방법.13. A method for sintering comprising: preparing a composition for sintering according to any one of claims 1 to 12;
Molding the composition for sintering to produce a molded body; And
And heat treating the formed body.
[화학식 1]
MHx
상기 화학식 1에서,
M은 티타늄, 지르코늄, 알루미늄, 하프늄, 바나듐, 우라늄, 팔라듐, 이트륨, 루비듐, 프루토늄, 탈륨, 리튬, 인듐, 갈륨 및 베릴륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 나타내고,
H는 수소이며,
x는 1 내지 4이다.21. The method of producing a metal sintered body according to claim 20, wherein preparing the composition for sintering comprises milling an active metal hydride powder having an average particle diameter of more than 5 mu m and represented by the following formula (1)
[Chemical Formula 1]
MH x
In Formula 1,
M represents at least one metal selected from the group consisting of titanium, zirconium, aluminum, hafnium, vanadium, uranium, palladium, yttrium, rubidium, prtonium, thallium, lithium, indium, gallium,
H is hydrogen,
x is 1 to 4;
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160106240A KR20180021536A (en) | 2016-08-22 | 2016-08-22 | Composition for sintering |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111428378A (en) * | 2020-03-31 | 2020-07-17 | 东北大学 | A Resistance Heating Model Applied to the Study of Thermal Field Distribution |
KR102389566B1 (en) * | 2020-10-26 | 2022-04-22 | 한국생산기술연구원 | Iingot for nanoparticle dispersion strengthened composite powder and manufacturing method thereof |
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- 2016-08-22 KR KR1020160106240A patent/KR20180021536A/en not_active Withdrawn
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