KR101360393B1 - 기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법 및 그 방법으로 제조된 금속메쉬필터 - Google Patents

기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법 및 그 방법으로 제조된 금속메쉬필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속메쉬필터에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 분말압착 진공증착법을 이용하여 필터에 형성되는 기공의 크기를 제어할 수 있는 금속메쉬필터 제조방법 및 그 방법으로 제조된 금속메쉬필터에 관한 것이다.

Description

기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법 및 그 방법으로 제조된 금속메쉬필터{Method for producing metal mesh filter controlled the size of pores and the metal mesh filter produced thereby}
본 발명은 금속메쉬필터에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 분말압착 진공증착법을 이용하여 필터에 형성되는 기공의 크기를 제어할 수 있는 금속메쉬필터 제조방법 및 그 방법으로 제조된 금속메쉬필터에 관한 것이다.
금속필터는 재료의 형태에 따라 소결분말 금속필터(sintered powder metal filter), 금속선 메쉬필터(metal wire mesh filter), 소결금속 섬유필터(sintered metal fiber filter) 등으로 구분할 수 있다.
먼저, 소결분말 금속필터는 다공성 조절을 위하여 균일한 크기의 구형분말이 사용되고 있으며, 필터의 특성에 따라 분말을 프레스(press)에 의해 성형하거나 또는 금형에 가압하지 않은 상태에서 소결하여 필터를 제조된다.
또한, 금속 메쉬필터는 금속선을 일정한 형태로 직조한 메쉬를 이용한 필터로서 특성에 따라 메쉬의 크기가 다르거나 직조 방법이 다른 메쉬를 여러겹 겹쳐서 사용한다.
그리고, 소결금속 섬유필터는 직경 5 ∼ 100㎛인 금속섬유를 사용하여 웹(web)형태로 성형한 후 이를 소결 및 압연공정에 의해 여과재로 제조한 것이다. 이는 섬유가 일정한 방향성 없이 무질서하게 배열되어 있으며 기체 혹은 액체 등의 유체가 지그재그형태의 경로로 필터를 통과하면서 고체입자를 여과하는 깊이방식 필터(depth type filter)라 할 수 있다.
상기와 같은 금속필터들은 재료에 따라 기공도가 최소 30∼최대 90%로 광범위하게 조절되는데, 소결분말 금속필터의 경우에는 기공도가 30∼40%, 금속선 메쉬필터의 경우 기공도가 50∼60%, 소결금속 섬유필터의 경우에는 기공도가 50∼90%까지 조절 가능하다. 금속필터는 기공도가 클수록 필터의 저항이 낮아 압력손실이 낮아지므로 일반적으로 기공도가 큰 소결금속 섬유필터가 많이 사용되고 있다.
그런데, 소결금속 섬유필터는 다공도(전 부피에 대한 기공비율의 부피비율)가 낮아 효율이 낮으며 높은 차압이 발생하는 문제점이 있는 소결분말 금속필터에 비해 기공도가 크지만, 금속섬유를 이용하여 부직포형태의 필터 제작시 기공크기를 nm로 제작하기 위한 금속섬유의 직경의 크기는 한계가 있을 뿐만 아니라 불규칙적으로 엉켜있는 금속섬유를 압착하여 부직포형태로 시트를 제작함으로써 기공의 크기가 균일하지 못한 문제점이 있다.
한편, 금속 메쉬필터는 금속메쉬만을 사용한 것이라 고가인 금속섬유가 불필요하다는 장점은 있으나 금속메쉬의 직경 및 직조방법에 따라 필터링할 수 있는 미세입자들의 크기가 정해지기 때문에 미세입자를 필터링 하기 위해서는 금속메쉬의 직경이 미세해지고 직조방법 또한 복잡해지므로 제조공정이 복합하며 그렇게 제작된 금속필터는 고가일 수밖에 없는 단점이 있다.
본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과 금속메쉬필터를 제조하기 위한 분말압착 진공증착법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 다공도가 향상될 뿐만 아니라 형성되는 기공 크기를 원하는 대로 제어할 수 있는 금속메쉬필터 제조방법 및 그 방법으로 제조된 금속메쉬필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 균일한 크기의 기공을 형성할 수 있어 표준화가 가능한 금속메쉬필터 제조방법 및 그 방법으로 제조된 금속메쉬필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 나노사이즈의 균일한 기공을 가진 금속메쉬필터를 제조할 수 있어 차압 및 여과 효율을 향상시킬 수 있는 금속메쉬필터 제조방법 및 그 방법으로 제조된 금속메쉬필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 균일한 크기를 가진 기공이 형성된 금속메쉬 표면의 이물질을 제거하는 표면처리단계; 상기 금속메쉬에 상기 기공 크기보다 큰 제1금속분말을 적층하는 제1적층단계; 상기 제1금속분말이 적층된 금속메쉬에 상기 기공 크기 이하의 제2금속분말을 적층하는 제2적층단계; 상기 제1금속분말 및 제2금속분말이 적층된 금속메쉬를 가열 압착하는 압착처리단계; 및 상기 압착 처리된 금속메쉬를 진공증착하는 진공증착단계를 포함하는 기공크기가 크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1적층단계를 수행하기 전에 표면처리된 다른 금속메쉬를 상기 금속메쉬 상에 형성된 기공의 일부분이 서로 겹쳐지도록 배치시키는 중첩단계를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1금속분말의 크기는 상기 기공크기의 2 내지 3배 크기이고, 제2금속분말의 크기는 상기 기공크기의 1/3 내지 1배 크기이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 압착처리단계는 온도(T)가 Tm - 200℃ < T < Tm (Tm : 제1 및 제2금속분말의 용용온도)이고, 30 내지 70㎏f/㎠ 의 가압조건에서 수행된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 압착처리단계가 수행된 후 얻어진 압착 처리된 금속메쉬는 25㎛이하의 기공크기를 갖고, 60%이상의 기공율을 형성한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 진공증착단계는 진공증착장치의 챔버 내부에 상기 압착 처리된 금속메쉬를 고정하는 단계; 및 10-1 ~ 10-5torr의 압력조건과 온도(T)가 Tm - 100℃ < T < Tm (Tm : 제1 및 제2금속분말의 용용온도)인 조건을 유지하면서 금속입자를 상기 압착 처리된 금속메쉬에 분사하여 코팅하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1금속분말 및 제2금속분말은 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 구리, 아연, 크롬으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상이다.
또한, 본 발명은 상술된 어느 하나의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 기공크기가 제어된 금속메쉬필터를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속메쉬필터에 형성된 기공의 크기는 2㎛이하이고, 기공율은 80% 이상이다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.
본 발명에 의하면 다공도가 향상될 뿐만 아니라 형성되는 기공 크기를 원하는 대로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 균일한 크기의 기공을 형성할 수 있어 표준화가 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면 나노사이즈의 균일한 기공을 가진 금속메쉬필터를 제조할 수 있어 차압 및 여과 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법의 개략적인 공정의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법 중 일부 공정의 개략사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법 중 중첩된 금속메쉬의 사시도이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 기술적 특징은 마이크로 크기의 기공을 가진 금속메쉬에 금속분말을 적층한 후 압착한 다음 진공증착하여 금속메쉬필터를 제조함으로써, 필터에 형성되는 기공의 크기를 균일하게 제어할 뿐만 아니라 원하는 크기로 용이하게 제어할 수 있는데 있다.
즉, 금속메쉬의 기공크기 및 금속메쉬에 적층되는 금속분말의 크기를 원하는 대로 변경함으로써 금속메쉬에 형성되는 기공 크기를 축소할 수 있으므로 최종적으로 진공증착시 형성되는 필터의 기공크기 및 다공도를 신속하고 용이하게 제어할 수 있기 때문이다.
따라서, 본 발명의 기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 균일한 크기를 가진 기공이 형성된 금속메쉬 표면의 이물질을 제거하는 표면처리단계; 상기 금속메쉬에 상기 기공 크기보다 큰 제1금속분말을 적층하는 제1적층단계; 상기 제1금속분말이 적층된 금속메쉬에 상기 기공 크기 이하의 제2금속분말을 적층하는 제2적층단계; 상기 제1금속분말 및 제2금속분말이 적층된 금속메쉬를 가열 압착하는 압착처리단계; 및 상기 압착 처리된 금속메쉬를 진공증착하는 진공증착단계를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 메탈메쉬 표면에 묻어있는 녹이나 기름과 같은 이물질을 제거하기 위해 세척등의 표면처리단계(a)를 수행한 후, 표면처리단계가 수행된 금속메쉬 상에 금속메쉬에 형성된 기공의 크기보다 큰 크기를 가진 제1금속입자를 적층하는 제1적층단계(b)를 수행하고, 제1금속분말이 적층된 상에 금속메쉬에 형성된 기공의 크기보다 작은 크기를 가진 제2금속분말을 적층하는 제2적층단계(c)를 수행하게 된다.
경우에 따라서는 제1적층단계를 수행하기 전 즉 제1금속분말이 적층되기 전에 표면처리된 다른 금속메쉬를 상기 금속메쉬 상에 형성된 기공의 일부분이 서로 겹쳐지도록 배치시키는 중첩단계를 더 포함할 수 있는데, 중첩단계를 통해 보다 용이하게 다공도를 향상시키고 형성되는 기공크기를 용이하게 조절할 수 있다.
도 3을 참조하여 보다 구체적으로 중첩단계에 대해 살펴보면 표면처리된 금속메쉬 상에 다른 금속메쉬를 표면처리하여 겹치게 되는데, 겹쳐지는 위치를 조절하여 보다 용이하게 다공도를 향상시키고 기공크기를 조절할 수 있는 것을 알 수 있다.
여기서, 제1금속분말의 크기는 상기 기공크기의 2 내지 3배 크기이고, 제2금속분말의 크기는 상기 기공크기의 1/3 내지 1배 크기인 것이 바람직한데, 특히 마이크로 크기의 기공이 형성된 금속메쉬를 사용하는 경우 상기와 같이 적층되는 제1 및 제2 금속분말의 크기를 제어하게 되면 나노크기의 균일한 기공을 갖는 금속메쉬필터를 형성할 수 있기 때문이다. 또한, 제1금속분말 및 제2금속분말은 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 구리, 아연, 크롬으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직한데, 제1금속분말 및 제2금속분말은 금속메쉬의 재질에 따라 정해지는 것이 보다 바람직하다.
압착처리단계는 온도(T)가 Tm - 200℃ < T < Tm (Tm : 제1 및 제2금속분말의 용용온도)이고, 30 내지 70㎏f/㎠ 의 가압조건에서 수행되는 것이 바람직한데, Tm-200℃ 미만이면 충분한 압력이 가해지더라도 결합력이 약해질 수 있으며 가열온도가 Tm을 초과하면 금속파우더가 녹아서 기공을 전부 메워버릴 수 있기 때문이다.
이와 같이 압착처리단계가 수행된 후 얻어진 압착 처리된 금속메쉬는 25㎛이하의 기공크기를 갖고, 60%이상의 기공율을 형성한다.
그 후 진공증착단계가 수행되는데, 진공증착단계는 진공증착장치의 챔버 내부에 상기 압착 처리된 금속메쉬를 고정하는 단계; 및 10-1 ~ 10-5torr의 압력조건과 온도(T)가 Tm - 100℃ < T < Tm (Tm : 제1 및 제2금속분말의 용용온도)인 조건을 유지하면서 금속입자를 상기 압착 처리된 금속메쉬에 분사하여 코팅하는 단계를 포함한다. 여기서, 분사되어 상기 압착 처리된 금속메쉬에 코팅되는 금속입자는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 구리, 아연, 크롬으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상으로서 나노 크기를 갖는 것이 바람직한데, 제1금속분말 및 제2금속분말의 재질에 따라 정해지는 것이 보다 바람직하다.
이와 같이, 압착 처리된 금속메쉬에 금속입자를 진공증착하여 2㎛ 이하의 기공 및 80% 이상의 기공률을 갖는 금속메쉬필터를 용이하게 제조할 수 있다.
실시예
1. 표면처리
STS 재질의 Metal mesh(200mesh)를 세척하였다.
2. 제1금속분말 및 제2금속분말 적층
그 후 Metal mesh위에 기공의 사이즈보다 2배 큰 Al입자(제1금속분말)를 체거름 효과를 이용하여 1차적으로 적층하였다. 그 후, Metal mesh 기공의 사이즈보다 작은 1/3배 크기의 Al입자(제2금속분말)을 체거름 효과를 이용하여 2차적으로 적층하였다.
3. 압착처리
제1 및 제2 금속분말이 적층된 Metal mesh에 600℃의 온도와 40 ㎏f/㎠ 으로 한쌍의 롤러가 장착된 압연장치에서 가압함으로써 25㎛의 기공과 60%의 기공률을 갖는 압착처리된 Metal mesh를 얻었다.
4. 진공증착
진공증착장치의 챔버내부에 압착 처리된 Metal mesh를 고정하고 10-1 ~ 10-5torr를 유지하면서 Al 입자를 500~600℃로 히팅부에서 열을 가하고 분사구를 통하여 Metal mesh의 표면에 코팅한 후 건조/열처리하여 금속메쉬필터를 제조하였다.
실험예
실시예에서 제조된 금속메쉬필터의 기공크기 및 기공율을 측정하였다. 측정결과 기공크기는 2㎛였고, 기공율은 80%였다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 균일한 크기를 가진 기공이 형성된 금속메쉬 표면의 이물질을 제거하는 표면처리단계; 상기 금속메쉬에 상기 기공 크기보다 큰 제1금속분말을 적층하는 제1적층단계; 상기 제1금속분말이 적층된 금속메쉬에 상기 기공 크기 이하의 제2금속분말을 적층하는 제2적층단계; 상기 제1금속분말 및 제2금속분말이 적층된 금속메쉬를 가열 압착하는 압착처리단계; 및 상기 압착 처리된 금속메쉬를 진공증착하는 진공증착단계를 포함하는데,
    상기 제1적층단계를 수행하기 전에 표면처리된 다른 금속메쉬를 상기 금속메쉬 상에 형성된 기공의 일부분이 서로 겹쳐지도록 배치시키는 중첩단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법.
  3. 균일한 크기를 가진 기공이 형성된 금속메쉬 표면의 이물질을 제거하는 표면처리단계; 상기 금속메쉬에 상기 기공 크기보다 큰 제1금속분말을 적층하는 제1적층단계; 상기 제1금속분말이 적층된 금속메쉬에 상기 기공 크기 이하의 제2금속분말을 적층하는 제2적층단계; 상기 제1금속분말 및 제2금속분말이 적층된 금속메쉬를 가열 압착하는 압착처리단계; 및 상기 압착 처리된 금속메쉬를 진공증착하는 진공증착단계를 포함하는데,
    상기 제1금속분말의 크기는 상기 기공크기의 2 내지 3배 크기이고, 제2금속분말의 크기는 상기 기공크기의 1/3 내지 1배 크기인 것을 특징으로 하는 기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법.
  4. 균일한 크기를 가진 기공이 형성된 금속메쉬 표면의 이물질을 제거하는 표면처리단계; 상기 금속메쉬에 상기 기공 크기보다 큰 제1금속분말을 적층하는 제1적층단계; 상기 제1금속분말이 적층된 금속메쉬에 상기 기공 크기 이하의 제2금속분말을 적층하는 제2적층단계; 상기 제1금속분말 및 제2금속분말이 적층된 금속메쉬를 가열 압착하는 압착처리단계; 및 상기 압착 처리된 금속메쉬를 진공증착하는 진공증착단계를 포함하는데,
    상기 압착처리단계는 온도(T)가 Tm - 200℃ < T < Tm (Tm : 제1 및 제2금속분말의 용용온도)이고, 30 내지 70㎏f/㎠ 의 가압조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 압착처리단계가 수행된 후 얻어진 압착 처리된 금속메쉬는 25㎛이하의 기공크기를 갖고, 60%이상의 기공율을 형성하는 것을 특징으로 하는 기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법.
  6. 균일한 크기를 가진 기공이 형성된 금속메쉬 표면의 이물질을 제거하는 표면처리단계; 상기 금속메쉬에 상기 기공 크기보다 큰 제1금속분말을 적층하는 제1적층단계; 상기 제1금속분말이 적층된 금속메쉬에 상기 기공 크기 이하의 제2금속분말을 적층하는 제2적층단계; 상기 제1금속분말 및 제2금속분말이 적층된 금속메쉬를 가열 압착하는 압착처리단계; 및 상기 압착 처리된 금속메쉬를 진공증착하는 진공증착단계를 포함하는데,
    상기 진공증착단계는 진공증착장치의 챔버 내부에 상기 압착 처리된 금속메쉬를 고정하는 단계; 및
    10-1 ~ 10-5torr의 압력조건과 온도(T)가 Tm - 100℃ < T < Tm (Tm : 제1 및 제2금속분말의 용용온도)인 조건을 유지하면서 금속입자를 상기 압착 처리된 금속메쉬에 분사하여 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1금속분말 및 제2금속분말은 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 구리, 아연, 크롬으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 기공크기가 제어된 금속메쉬필터 제조방법.
  8. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 기공크기가 제어된 금속메쉬필터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속메쉬필터에 형성된 기공의 크기는 2㎛이하이고, 기공율은 80% 이상인 것을 특징으로 하는 기공크기가 제어된 금속메쉬필터.
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