KR100490880B1 - SINTERING METHOD FOR W-Cu COMPOSITE MATERIAL WITHOUT EXUDING OF Cu - Google Patents
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Abstract
본 발명은 텅스텐-구리 복합재료의 치밀화 공정에 관한 것으로, 특히 구리의 스며나옴 현상을 억제하면서 텅스텐-구리 복합재료를 소결하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 소결법은 텅스텐-구리 복합분말 성형체를 구리의 고상 온도 또는 융점 직상의 온도에서 일정시간 유지하여 거의 완전한 치밀화를 유도하고, 구리의 액상형성온도에서 짧은 시간 소결하는 것을 포함한다.The present invention relates to a densification process of a tungsten-copper composite material, and more particularly, to a method of sintering a tungsten-copper composite material while suppressing the oozing of copper. The sintering method according to the present invention comprises maintaining the tungsten-copper composite powder compact for a certain time at the solid phase temperature of the copper or directly above the melting point to induce almost complete densification, and sintering for a short time at the liquid-forming temperature of copper.
Description
본 발명은 텅스텐-구리 복합재료의 치밀화 공정에 관한 것으로, 특히 구리의 스며나옴 현상을 억제하면서 텅스텐-구리 복합재료를 소결하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a densification process of a tungsten-copper composite material, and more particularly, to a method of sintering a tungsten-copper composite material while suppressing the oozing of copper.
텅스텐-구리 복합재료는 고부하 전기접점재료나 마이크로 패키징용 재료로 관심을 모으고 있으나 치밀한 조직을 갖는 복합재료의 제조에 많은 어려움이 있다.Tungsten-copper composites have attracted attention as materials for high-load electrical contacts or micro-packaging, but there are many difficulties in the production of composites with a dense structure.
텅스텐-구리 복합재료의 치밀화 방법은 용침법과 소결법으로 대별될 수 있다. 용침법은 텅스텐을 예비 소결하여 개기공을 갖는 골격체를 형성시키고 액상의 구리를 개기공으로 용침시키는 방법으로, 구리를 모세관력에 의해 침투시켜 완전 치밀화를 이룰 수 있지만, 개기공의 부피 분율의 제한에 따른 한정된 조성범위를 갖게 되거나 불규칙 계면에 의한 고립기공이 재료 내에 남게 되는 등의 단점이 있다. 또한, 고온의 구리 용융체가 텅스텐 골격체 사이로 침투될 때 텅스텐 골격체가 침식되어 균일한 미세 조직을 형성시키기 어렵다.Densification of tungsten-copper composites can be roughly divided into infiltration and sintering. The infiltration method is a method of pre-sintering tungsten to form a framework having open pores and infiltrating liquid copper into open pores. The copper can be infiltrated by capillary force to achieve complete densification, but the volume fraction of open pores There are disadvantages such as having a limited composition range in accordance with the limitation or the isolation pores due to the irregular interface remains in the material. In addition, when the hot copper melt penetrates between the tungsten frameworks, the tungsten frameworks are eroded and difficult to form uniform microstructures.
소결법은 텅스텐과 구리 금속분말을 혼합한 후 구리의 용융 온도 이상에서 치밀화 하는 방법이다.The sintering method is a method of densification above the melting temperature of copper after mixing tungsten and copper metal powder.
종래의 소결법에 의한 텅스텐-구리의 복합재료의 치밀화 기구는 텅스텐과 구리 상호간의 불고용 특성과 큰 접촉각으로 인해 입자 재배열에만 의존하는 것으로 알려져 있다. 입자 재배열이란 구리가 용융점(1083℃) 이상에서 액상을 형성하고 텅스텐 입자가 재배열하는 것을 의미하는데, 이 경우, 텅스텐-구리의 복합재료는 1200℃ 이상까지 급격한 수축율을 가지며 치밀화가 된다. 텅스텐-구리의 복합재료는 이러한 입자 재배열에 의하여 약90% 정도의 상대밀도까지 치밀화 된 후, 텅스텐 입자의 성장에 의한 치밀화로 약 95% 정도 전후의 상대밀도를 갖게 된다. 그런데, 입자 재배열 동안에 치밀화 공정이 완결되지 않고 텅스텐의 입자성장에 의한 치밀화가 진행되면 구리 스며나옴 현상이 발생하며 시편의 아랫부분으로 갈수록 이러한 현상은 가속화된다. 또한, 구리의 조성이 높고 시편이 클수록 이러한 구리의 스며나옴 현상은 더욱 두드러진다. It is known that the densification mechanism of the tungsten-copper composite material by the conventional sintering method relies only on particle rearrangement due to the insolubility characteristics of tungsten and copper and a large contact angle. Particle rearrangement means that copper forms a liquid phase above the melting point (1083 ° C.) and tungsten particles are rearranged. In this case, the tungsten-copper composite material has a rapid shrinkage rate up to 1200 ° C. or more and densification. The tungsten-copper composite material is densified to about 90% relative density by such particle rearrangement, and then has about 95% relative density by densification by growth of tungsten particles. However, when the densification process is not completed during particle rearrangement and the densification by tungsten particle growth proceeds, copper bleeding occurs and this phenomenon is accelerated toward the lower part of the specimen. In addition, the higher the composition of copper and the larger the specimen, the more pronounced the copper seeping phenomenon.
이러한 구리의 스며나옴 현상 때문에, 종래의 텅스텐-구리 복합재료의 소결법에서는 원하는 구리의 조성을 제어하기가 곤란하고 균일한 미세 조직의 표면을 얻을 수 없을 뿐 아니라 정확한 치수를 제어하기가 어려웠다. 나아가, 이러한 구리의 스며나옴 현상은 부품의 형태가 정밀하고 조성 제어가 정확히 이루어져야 할 경우 더욱 문제된다.Due to this copper bleeding phenomenon, in the conventional sintering method of tungsten-copper composite material, it is difficult to control the composition of the desired copper, not only to obtain a surface of uniform microstructure, but also to control accurate dimensions. Furthermore, this copper seeping is more problematic when the shape of the part is precise and the composition control must be precise.
한편, 텅스텐과 구리의 혼합도와 텅스텐 입자의 미세화가 치밀화에 기여한다고 보고된 바 있으며, 이를 위해 텅스텐과 구리 산화물을 기계적으로 혼합 및 분쇄한 후 수소 환원법을 통하여 제조된 텅스텐-구리 복합분말을 소결하면 완전 치밀화가 용이한 것으로 알려져 있다.On the other hand, it has been reported that the mixing of tungsten and copper and the refinement of tungsten particles contribute to the densification. Full densification is known to be easy.
본 발명의 목적은, 액상소결법으로 텅스텐-구리 복합재료의 치밀화 공정을 수행할 때 구리의 스며나옴 현상을 억제하면서 치밀화하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for densification while suppressing the oozing of copper when performing the densification process of tungsten-copper composites by liquid phase sintering.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 텅스텐-구리 복합분말 성형체를 구리의 고상 온도 또는 융점 직상의 온도에서 일정시간 유지하여 거의 완전한 치밀화를 유도한 후에, 구리의 액상형성온도에서 짧은 시간 소결하여 균일한 미세 조직을 가지면서 제품의 표면으로 유출되는 구리의 스며나옴 현상이 억제된 텅스텐-구리 복합재료의 소결법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the tungsten-copper composite powder molded body is maintained for a certain time at the solid state temperature or the temperature directly above the melting point of copper to induce almost complete densification, and then sintered at a liquid-forming temperature of copper for a short time to uniform Provided is a method of sintering a tungsten-copper composite having a microstructure and suppressing the bleeding of copper out of the product surface.
구리의 고상 온도에서 일정시간 유지하는 것은 구리의 고상 소결의 촉진에 의한 방법으로서, 그 이유는 구리의 고상 소결만으로도 어느 정도의 치밀화를 달성함으로써 구리가 액상으로 용융된 상태에서 텅스텐의 입자 재배열이 보다 빠른 시간 동안에 종료되도록 하여 구리의 스며나옴 현상을 억제하기 위함이다.Maintaining a constant time at the solid state temperature of copper is a method of promoting solid state sintering of copper, because the densification is achieved by the solid state sintering of copper alone. This is to stop the copper bleeding by allowing it to be terminated in a faster time.
한편, 구리의 융점 직상의 온도에서 일정시간 유지하는 것은 텅스텐 입자 재배열 촉진에 의한 방법으로서, 그 이유는 텅스텐 입자들의 재배열 초기단계이고 입자 성장이 최소로 일어나는 구리의 용융점 직상의 영역에서 입자 재배열을 촉진시키고 치밀화를 유도하면서 텅스텐 입자의 성장을 배제함으로써 구리 스며나옴 현상을 억제하기 위함이다.On the other hand, maintaining a constant time at a temperature directly above the melting point of copper is a method of promoting the rearrangement of tungsten particles, because the initial phase of rearrangement of the tungsten particles and the particle ash in the region immediately above the melting point of copper where the grain growth is minimal This is to suppress copper bleeding by promoting the alignment and inducing densification while excluding the growth of tungsten particles.
본 발명에 따른 텅스텐-구리 복합재료의 스며나옴 억제 소결법은 텅스텐-구리 복합분말을 가압 성형하여 제조된 텅스텐-구리 복합재료를 환원성 분위기에서 구리의 고상온도 또는 융점 직상의 온도범위인 800∼1150℃에서 0.5∼10시간 동안 유지시키는 단계와, 1200∼1400℃으로 온도를 증가시켜 유지시간 없이 냉각하는 단계를 포함한다.The exudation suppression sintering method of the tungsten-copper composite material according to the present invention is a tungsten-copper composite powder prepared by press-molding the tungsten-copper composite powder in a reducing atmosphere at a temperature of 800 to 1150 ° C. in the solid phase temperature of the copper or directly above the melting point Holding at 0.5 to 10 hours and increasing the temperature to 1200 to 1400 ° C. to cool without holding time.
상기 제1단계에서 온도와 시간을 한정하는 이유를 설명한다. 800℃ 이하에서는 온도가 너무 낮아 고상 소결이 활발하게 진행되지 않으며, 1150℃ 이상에서는 텅스텐 입자의 성장이 진행되어 구리의 스며나옴 현상이 발생할 수 있다. 소결 시간이 0.5시간 이하가 되면 고상 및 액상 소결이 충분히 진행되지 못하여 치밀화가 안되며, 유지시간이 10시간을 초과하면 소결 시간이 너무 길어지게 되어 경제성이 없다. The reason for limiting the temperature and time in the first step will be described. If the temperature is too low at 800 ° C or less, solid phase sintering may not be actively performed, and at 1150 ° C or higher, growth of tungsten particles may proceed to cause copper exudation. If the sintering time is 0.5 hours or less, the solid and liquid phase sintering does not proceed sufficiently and the densification is not possible. If the holding time exceeds 10 hours, the sintering time becomes too long and there is no economicality.
상기 2단계에서 1200-1400℃로 온도를 한정한 이유는 이 온도 범위에서 활발한 입자 재배열이 일어나면서 스며나옴(exuding)이 일어나지 않기 때문이다. 만일 온도가 1400℃ 이상으로 올라가면 스며나옴(exuding)이 일어나게 된다.The reason for limiting the temperature to 1200-1400 ° C. in the second step is that active particles rearrangement occurs in this temperature range and no exuding occurs. If the temperature rises above 1400 ℃, exuding occurs.
상기 텅스텐-구리 복합분말은 2002년 대한민국특허출원 제24857호에 개시된 방법에 의해 제조된 분말로서, 산화텅스텐(WO3와 WO2.9) 분말과 산화구리(CuO와 Cu2O) 분말을 혼합, 분쇄하고 수소 분위기에서 환원 열처리하는 공정을 통하여 제조되며, 텅스텐 분말이 구리 분말을 둘러싸는 모습으로 일정한 크기의 둥근 형상을 갖는 분말인 것을 특징으로 한다. 이 텅스텐-구리 복합분말은 매우 균일한 혼합형태를 가질 뿐만 아니라 입자크기도 매우 미세하기 때문에 소결시 98% 이상의 상대밀도를 얻을 수 있다.The tungsten-copper composite powder is a powder prepared by the method disclosed in Korean Patent Application No. 24857 in 2002, and mixed and pulverized tungsten oxide (WO 3 and WO 2.9 ) powder and copper oxide (CuO and Cu 2 O) powder And it is manufactured through a process of reducing heat treatment in a hydrogen atmosphere, tungsten powder is characterized in that the powder having a round shape of a certain size to surround the copper powder. This tungsten-copper composite powder not only has a very uniform mixing form but also a very fine particle size, so that a relative density of 98% or more can be obtained during sintering.
상기 복합분말의 제조 공정을 보다 상세히 설명하면, 상기 복합분말의 제조방법은 산화텅스텐(WO3와 WO2.9) 분말과 산화구리(CuO와 Cu2O)원료로 하여 텅스텐과 구리가 일정한 비율이 되도록 칭량한 후, 터뷸러(turbular) 믹싱이나 볼밀링 방법을 이용하여 균일하게 혼합한 후, 환원성 분위기에서 1단계로 200℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 1분에서 5시간 유지한 후, 다시 온도를 올려서 2단계로 500℃ 내지 700℃의 온도 범위에서 1분에서 5시간 유지한 후, 다시 온도를 올려서 3단계로 750℃내지 1080℃의 온도 범위에서, 1분에서 5시간 동안 환원시키는 과정을 포함한다. 이러한 방법으로 제조된 텅스텐-구리 복합분말은 텅스텐이 구리 분말을 감싸는 구조를 가지며, 중간물의 생성이나 불순물의 혼입이 없고, 적절한 크기와 둥근 형상을 가지고 있어 분말의 유동성이 뛰어날 뿐만 아니라 성형성이나 분말 사출 성형성이 우수한 특징을 갖는다.The manufacturing process of the composite powder will be described in more detail. The method of preparing the composite powder includes tungsten oxide (WO 3 and WO 2.9 ) powder and copper oxide (CuO and Cu 2 O) as raw materials so that tungsten and copper are in a constant ratio. After weighing, the mixture was uniformly mixed using a turbular mixing or ball milling method, and then maintained at a temperature range of 200 ° C. to 400 ° C. in one step in a reducing atmosphere for 1 minute to 5 hours, and then the temperature was again maintained. After raising for 5 hours in 1 minute in the temperature range of 500 ℃ to 700 ℃ in two stages, and then raising the temperature again in a temperature range of 750 ℃ to 1080 ℃ in three stages, including the process of reducing for 1 minute to 5 hours do. The tungsten-copper composite powder prepared in this way has a structure in which tungsten surrounds the copper powder, there is no formation of intermediates or mixing of impurities, and it has an appropriate size and round shape, so that the powder is not only excellent in fluidity but also in formability or powder. It has an excellent injection moldability.
[실시예]EXAMPLE
본 실시예는 도1에 도시된 소결공정을 따라 실시되었다. This embodiment was carried out according to the sintering process shown in FIG.
먼저, 구리의 고상소결 촉진에 의한 방법으로, W-25wt%Cu, W-35wt%Cu와 W-45wt%Cu의 세가지 조성의 텅스텐-구리 복합분말을 1000oC에서 각각 1시간, 2시간, 4시간 동안 유지한 후 1200oC까지 승온하고 유지시간 없이 냉각하여 치밀화 공정을 수행하였다. 이에 따른 구리 스며나옴 현상이 억제되는 메커니즘을 설명하면 다음과 같다. 텅스텐-구리 복합재료에서 구리의 조성이 높아 큰 부피 분율을 가질 경우에도, 구리의 고상 소결만으로도 어느 정도의 치밀화를 이룰 수 있으며, 이러한 고상단계에서의 치밀화로 인하여 구리가 액상으로 용융된 후에 진행되는 텅스텐 입자의 재배열이 보다 빠른 시간 동안에 종료되어 구리의 스며나옴 현상이 억제된다.First, as a method of promoting solid-state sintering of copper, three tungsten-copper composite powders of W-25wt% Cu, W-35wt% Cu, and W-45wt% Cu at 1000 ° C. for 1 hour, 2 hours, After maintaining for 4 hours, the densification process was performed by heating up to 1200 ° C and cooling without holding time. The mechanism by which copper exudation is suppressed is as follows. In the tungsten-copper composite material, even if the composition of copper is high and it has a large volume fraction, the solidification of the solid phase can achieve a certain degree of densification. Rearrangement of the tungsten particles is terminated in a faster time, thereby suppressing copper seepage.
다음은, 텅스텐 입자 재배열 촉진에 의한 방법으로, 구리의 용융점 직상의 온도인 1100oC에서 상기 구리의 고상소결 촉진법과 같이 1시간, 2시간, 4시간 동안 유지한 후 1200oC까지 승온하고 유지시간 없이 냉각하여 치밀화 공정을 진행하였다. 이 과정은 텅스텐 입자들이 재배열 초기단계이고 입자성장이 최소로 일어나는 구리의 용융점 직상의 온도 영역에서 입자 재배열을 촉진시키고 치밀화를 유도하면서 입자성장의 배제시킴으로써 구리 스며나옴 현상을 억제하기 위함이다.Next, by tungsten particle rearrangement promotion, the temperature is maintained at 1100 o C, which is directly above the melting point of copper, for 1 hour, 2 hours, and 4 hours as in the solid phase sintering promotion method of copper, and then heated up to 1200 o C. The densification process was performed by cooling without holding time. This process is to suppress copper bleeding by suppressing grain growth by promoting grain rearrangement and inducing densification in the temperature region immediately above the melting point of copper where tungsten particles are in the early stage of rearrangement and minimal grain growth.
도2는 본 발명에 따라 제조한 텅스텐-구리 복합재료의 상대밀도를 보여주고 있다. 도2(a)에서 알 수 있듯이, 구리의 조성이 비교적 낮은 25wt%인 경우에는 구리의 고상소결의 촉진, 텅스텐의 입자 재배열 촉진에 의한 방법 모두 비교적 낮은 상대밀도를 보이고 있다. 각 온도에서의 유지시간의 증가에 따라 상대밀도의 증가를 나타내고 있으나 유지시간을 늘린다고 해도 큰 밀도의 증가를 기대할 수 없을 것으로 판단된다. 그러나, 본 발명에 따라 제조한 시편의 상대밀도가 도4에 도시된 시편의 상대밀도와 같거나 높은 것을 알 수 있다.Figure 2 shows the relative density of the tungsten-copper composite material prepared according to the present invention. As can be seen from Fig. 2 (a), when the copper composition is 25 wt%, which is relatively low, both of the methods of promoting solid phase sintering of copper and promoting rearrangement of tungsten particles have relatively low relative densities. Relative density increases with increasing holding time at each temperature. However, even if the holding time is increased, a large increase in density cannot be expected. However, it can be seen that the relative density of the specimen prepared according to the present invention is equal to or higher than the relative density of the specimen shown in FIG.
도2(b)에 도시된 바와 같이, 구리의 조성이 35wt%로 높아지면 상당한 상대밀도의 증가를 보이고 있다. 본 발명에 따라 1000oC 또는 1100oC에서 4시간을 유지한 경우의 상대밀도가 도4에 도시된 경우와 비슷하거나 더 높은 것을 볼 수 있다. 구리의 조성이 45wt%로 가장 높은 경우에는, 도2(c)에 도시된 바와 같이 1100oC에서 2시간 이상 유지 후 1200oC로 승온하여 냉각한 시편은 거의 완전히 치밀화되는 것을 알 수 있다. 또한, 1000oC에서 유지한 후 승온 및 냉각한 시편의 경우에도 1200oC에서 유지한 시편과 거의 동등한 상대밀도를 나타내었다.As shown in Fig. 2 (b), when the composition of copper is increased to 35wt%, a significant increase in relative density is shown. According to the present invention, it can be seen that the relative density in the case of maintaining 4 hours at 1000 o C or 1100 o C is similar to or higher than the case shown in FIG. When the composition of copper is the highest as 45wt%, as shown in Fig. 2 (c) it can be seen that after maintaining at 1100 o C for 2 hours or more, the specimen cooled to 1200 o C is almost completely densified. In addition, even in the case of the specimen heated and cooled after maintaining at 1000 ° C. showed a relative density almost the same as the specimen maintained at 1200 ° C.
[비교예] [Comparative Example]
본 발명과 비교하기 위하여 동일한 텅스텐-구리 복합분말을 사용하여 종래의 방법으로 소결을 진행하였다. 텅스텐과 구리 산화물을 기계적 혼합 및 분쇄한 후 수소 환원하여 제조한 W-25wt%Cu, W-35wt%Cu와 W-45wt%Cu의 세가지 조성의 텅스텐-구리 복합분말을 원료분말로 사용하였으며 원통형의 다이에서 100MPa의 압력으로 성형하여 도3에 도시된 소결 공정에 따라 1200oC에서 수소 분위기하에서 1시간 동안 소결하였다. 그 결과, 도4에 도시된 바와 같이, 구리의 조성이 많아질수록 상대밀도는 증가하였으며 45wt%Cu에서 약 96% 이상의 치밀화를 나타냈다.In order to compare with the present invention, the same tungsten-copper composite powder was used for sintering by a conventional method. Tungsten-copper composite powders of W-25wt% Cu, W-35wt% Cu and W-45wt% Cu prepared by mechanical mixing, grinding and grinding of tungsten and copper oxides were used as raw powders. The die was molded at a pressure of 100 MPa and sintered under hydrogen atmosphere at 1200 ° C. for 1 hour according to the sintering process shown in FIG. 3. As a result, as shown in FIG. 4, as the composition of copper increased, the relative density increased and the densification was about 96% or more at 45wt% Cu.
그러나, 종래의 소결법으로 치밀화를 진행시킬 경우 입자 재배열 단계에서 충분한 치밀화를 얻지 못하고 텅스텐 입자의 성장에 의한 기공 제거과정에서 최종 치밀화가 진행된다. 또한, 입자 재배열 단계에서 불충분한 치밀화를 가속시키기 위해서 더 높은 소결온도가 필요하게 된다. 이러한 텅스텐 입자의 성장과 고온의 소결온도는 구리의 스며나옴 현상을 가속화시키게 된다.However, when the densification proceeds by the conventional sintering method, the final densification proceeds in the pore removal process due to the growth of tungsten particles without obtaining sufficient densification in the particle rearrangement step. In addition, higher sintering temperatures are needed to accelerate insufficient densification in the particle rearrangement step. The growth of the tungsten particles and the high temperature sintering temperature will accelerate the copper seeping phenomenon.
도5(a)와 도5(b)는 각각, 구리의 조성이 45wt%인 경우에, 종래의 소결법으로 제조된 시편과 본 발명에 따라 소결된 시편의 광학현미경 사진이다. 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 소결법으로 제조된 시편보다 본 발명에 따라 제조된 시편에서 구리의 스며나옴 현상이 억제된 것을 알 수 있다. 또한, 미세 조직을 살펴보면, 도6에서 보듯이 본 발명으로 제조한 텅스텐-구리의 미세 조직이 일반적인 소결법보다 텅스텐 입자의 크기가 작고 균일할 뿐만 아니라 치밀화도 일반소결법과 동등하게 이루어졌음을 확인할 수 있다. 5 (a) and 5 (b) are optical micrographs of specimens prepared by a conventional sintering method and specimens sintered according to the present invention, respectively, when the composition of copper is 45wt%. As shown in the figure, it can be seen that the exudation phenomenon of copper in the specimen prepared according to the present invention than the specimen prepared by the conventional sintering method is suppressed. In addition, looking at the microstructure, as shown in Figure 6 it can be seen that the microstructure of the tungsten-copper prepared by the present invention is smaller and more uniform in size than the general sintering method and the densification is equivalent to the general sintering method. .
이것은 아래의 표1의 텅스텐 입자크기 측정 결과로도 확인할 수가 있는데, 일반적으로 소결한 것보다 입자 재배열 촉진에 의한 방법의 경우가 텅스텐의 입자가 더욱 미세한 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 일반적인 소결온도보다 입자의 성장이 적게 일어나는 구리의 고상 및 용융점 직상 온도에서 텅스텐의 재배열을 촉진시킴으로써 입자의 성장으로 인해 발생하는 구리의 스며나옴을 억제시키고 치밀화도 증가된 것으로 판단할 수 있다.This can also be confirmed by the tungsten particle size measurement results shown in Table 1 below. In general, the tungsten particles were found to be finer in the case of the method of promoting the rearrangement of particles than the sintered particles. These results can be considered to suppress the oozing of copper caused by the growth of particles and to increase the densification by promoting the rearrangement of tungsten at the solid phase and the melting point directly above the melting point of copper, where grain growth is less than the normal sintering temperature. have.
[표1] Table 1
표 1은 W-45wt%Cu에서 Image Analysis를 이용하여 종래의 방법으로 소결한 시편과 본 방법으로 소결한 시편의 텅스텐 입자 평균입도 및 소결 상대밀도이다. Table 1 shows the average particle size and the sintered relative density of tungsten particles of the specimen sintered by the conventional method and the specimen sintered by the conventional method using Image Analysis at W-45wt% Cu.
본 발명에 따른 텅스텐-구리 제품의 치밀화 방법에 의하면, 구리의 스며나옴 현상이 억제되고 균일한 미세 조직을 갖는 텅스텐-구리 복합재료를 제공할 수 있다. 특히, 본 발명은 정밀하고 복잡한 형태의 텅스텐-구리 부품의 제조에 적용 가능하기 때문에 최근 각광을 받고 있는 분말사출성형(Powder Injection Molding; PIM)에 적용될 수 있다. 또한, 상대적으로 큰 부품의 제조시 구리의 스며나옴 현상이 더욱 크게 발생하기 때문에 큰 부품의 제조에도 응용될 수 있다.According to the densification method of the tungsten-copper product according to the present invention, it is possible to provide a tungsten-copper composite material having suppressed copper exudation and having a uniform microstructure. In particular, the present invention is applicable to the production of powder injection molding (PIM), which has recently been in the spotlight because it is applicable to the production of tungsten-copper parts of a precise and complicated form. In addition, since copper bleeding occurs more significantly in the manufacture of relatively large components, it can be applied to the manufacture of large components.
또한, 구리의 고상단계에서 적정시간 유지한 후 텅스텐의 재배열 종료 온도 부근까지 승온 후 냉각하는 방법이나, 구리의 용융온도 직상에서 적정시간 유지한 후 텅스텐의 재배열 종료온도 부근까지 승온 후 냉각하는 방법을 적용하면 구리 스며나옴 현상을 최대한 억제하면서 치밀화를 이룰 수 있다. 이것은 정확한 조성을 제어할 수 있기 때문에 일정한 특성을 갖도록 할 수 있다. 이로 인하여 표면 후처리 비용이 절감될 뿐만 아니라 near net-shape forming으로 특히 분말사출성형에서 요구되는 복잡한 형상의 부품을 쉽게 제조할 수 있다.In addition, after maintaining a proper time in the solid phase of copper, the temperature is raised to near tungsten rearrangement end temperature and then cooled. The method allows densification while maximally suppressing copper seepage. This can be made to have a certain characteristic because it can control the exact composition. This not only reduces the cost of surface finishing, but also enables near net-shape forming to easily produce parts with complex shapes, especially those required for powder injection molding.
도1은 본 발명에 따른 텅스텐-구리 복합재료의 소결공정을 도시한 그래프이다.1 is a graph illustrating a sintering process of a tungsten-copper composite material according to the present invention.
도2는 본 발명에 따라 소결된 (a) W-25wt%Cu, (b) W-35wt%Cu, (c) W-45wt%C의 조성을 갖는 텅스텐-구리 복합재료의 유지시간에 따른 상대밀도의 변화를 도시한 그래프이다.2 is a relative density of the tungsten-copper composite material having a composition of (a) W-25wt% Cu, (b) W-35wt% Cu, and (c) W-45wt% C according to the present invention. A graph showing the change in.
도3은 종래의 텅스텐-구리 복합재료의 소결공정을 도시한 그래프이다.3 is a graph illustrating a sintering process of a conventional tungsten-copper composite material.
도4는 종래의 방법으로 소결된 텅스텐-구리 복합재료의 구리의 조성에 따른 상대밀도 변화를 도시한 그래프이다.4 is a graph showing the relative density change according to the composition of copper of the tungsten-copper composite material sintered by the conventional method.
도5는 (a) 종래의 방법으로 1200℃에서 1시간 유지하여 소결된 텅스텐-구리 복합재료와, (b) 본 발명에 따라 1100℃에서 4시간 유지 후, 1200℃에서 0시간 유지하여 소결된 텅스텐-구리 복합 재료의 광학 현미경 사진이다.Figure 5 is (a) a tungsten-copper composite material sintered and maintained at 1200 ° C. for 1 hour, and (b) sintered and maintained at 1200 ° C. for 0 hours after 4 hours at 1100 ° C. according to the present invention. Optical micrograph of tungsten-copper composite material.
도6은 (a) 종래의 방법으로 1200℃에서 1시간 유지하여 소결된 W-45wt%Cu 텅스텐-구리 복합재료와, (b)는 본 발명에 따라 1100℃에서 4시간 유지 후, 1200℃에서 0시간 유지하여 소결된 W-45wt%Cu 텅스텐-구리 복합 재료의 미세조직을 도시한 도면이다.Figure 6 is (a) W-45wt% Cu tungsten-copper composite material sintered by holding at 1200 ℃ for 1 hour in the conventional method, and (b) is maintained at 1200 ℃ after 4 hours at 1100 ℃ in accordance with the present invention The microstructure of the W-45wt% Cu tungsten-copper composite material sintered by maintaining for 0 hours is shown.
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