금속/초경용재료

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텅스텐카바이드(WC)

미립자의 제조

초경용 재료는 경도가 높아 분쇄나 해쇄가 어렵습니다. 일반적으로 초경용 재료의 미립자는 합성법에 의해 작성되는 것이 많지만, 소결·응집에 의해, 입자의 최대 지름(Dtop)은 10μm 이상인 것이 많습니다. 따라서 이를 1차 입자에 가까운 크기까지 해쇄하는 것이 바람직하지만, 경도가 높아 분쇄하기 어렵고 기계의 재질보다 원료가 더 단단해 분쇄기가 마모되는 것이 문제가 됩니다. 따라서 다양한 원료의 분쇄에 일반적으로 사용되는 기계식 분쇄기는 초경원료 분쇄에는 적합하지 않습니다.

텅스텐카바이트 등 초경 원료를 효율적으로 미분쇄 및 초미분쇄하기 위해서는 AFG (Counter type Jet mill)가 최적입니다.

초경합금재료의 고성능화

초경재료를 금속입자와 세라믹입자로 정밀분산하여 첨단 전자재료로 만드는 연구개발이 이루어지고 있습니다. 그러나 해당 목적으로 사용하는 초경재료의 입도는 수 μm이하의 초미분이기 때문에 응집, 부착성이 강해 일반적인 혼합기에서는 정밀분산이 어렵습니다. 이러한 이유로 습식공정을 통해 혼합하는 경우가 많지만, 분산제의 적절한 선택이 어렵고, 건조 프로세스가 추가되는 측면, 건조 과정에서의 재응집문제, 기화된 용매 증기의 회수처리 문제 등의 문제가 있습니다.

위와 같은 문제를 피하기 위해서는 건식혼합을 통해 제조비용 절감과 고성능화를 실현하는 것이 바람직합니다. 당사의 NOB (Nobilta)는 내마모처리가 가능한 정밀혼합, 입자코팅기로서, 초경합금과 같은 까다로운 원료 혼합공정에 최적의 설비입니다.

그림 1. 건식입자복합화장치 NOB-300

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분쇄

다음의 분쇄기는 카운터제트밀 AFG의 내마모 사양(Ceramic spray)입니다.  AFG는 원료끼리 고속으로 충돌시켜서 초미분쇄하는 제트밀입니다.

원료와 기계부품이 충돌하여 분쇄되는 기계식 분쇄기와는 달리 원료끼리 부딛혀 분쇄되기 때문의 마모의 우려가 적습니다. 압축공기가 분출되는 노즐도 내마모 사양이기 때문에 노즐 바깥쪽에 분체가 충돌하더라도 마모성이 낮습니다. 분급로터 및 케이싱은 세라믹 용사 또는 Rubber lining 사양으로 납품되어, 내마모 대책을 마련하였습니다.

그림 2. 기기 내부를 Ceramic spray 처리 한 AFG

그림 3. AFG flow sheet

그림 4. AFG의 텅스텐카바이드 분쇄 사례

정밀혼합 및 분산

초경용 재료는 단독으로 이용되는 것 이외에 다른 재료 입자와 혼합해 소결 온도를 저감시키기 위해서나 기능성을 증가시키기 위해서 이용되는 경우가 많습니다.

그러나 응집력·부착력이 강하고, 일반적인 건식 혼합기로는 정밀 분산/혼합이 어렵습니다. 따라서 응집력을 웃도는 강한 전단력을 작용 시킬 수 있는 혼합기가 필요합니다. 나아가서, 재료 입자의 표면에 초경재료의 미립자를 분산 고정화 또는 피복함으로써 재료 특성을 향상하는 방법도 사용되고 있습니다. 이러한 초미립자의 정밀 분산, 복합화를 실현하는 장치로서는 당사의 NOB Nobilta가 최적입니다. 

NOB는 입자간에 강한 충격력, 전단력, 압축력을 가함으로써 건식 입자의 정밀 분산 및 피복 복합화를 실현하는 장비입니다. 수십μm 이하의 입자 표면에 그보다 작은 입자를 건식으로 분산해 고정화함으로써 원료의 분리현상을 방지할 뿐만 아니라 다른 종류의 입자를 하나의 입자로 복합화함으로써 다양한 기능성을 갖게 할 수 있습니다.

그림5. 복합화된 입자의 SEM