KR101393424B1 - Methods of manufacturing aluminium-carbon composites and aluminium-carbon composites manufactured by the methods - Google Patents

Methods of manufacturing aluminium-carbon composites and aluminium-carbon composites manufactured by the methods Download PDF

Info

Publication number
KR101393424B1
KR101393424B1 KR1020120024193A KR20120024193A KR101393424B1 KR 101393424 B1 KR101393424 B1 KR 101393424B1 KR 1020120024193 A KR1020120024193 A KR 1020120024193A KR 20120024193 A KR20120024193 A KR 20120024193A KR 101393424 B1 KR101393424 B1 KR 101393424B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
aluminum
carbon
ball
ball mill
composite material
Prior art date
Application number
KR1020120024193A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130102956A (en
Inventor
이영희
소강표
금동훈
박영우
박종길
정준철
Original Assignee
주식회사 대유신소재
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 대유신소재, 성균관대학교산학협력단 filed Critical 주식회사 대유신소재
Priority to KR1020120024193A priority Critical patent/KR101393424B1/en
Priority to EP12805555.5A priority patent/EP2687485A4/en
Priority to PCT/KR2012/001888 priority patent/WO2013133467A1/en
Priority to CN201280001011.0A priority patent/CN103562130A/en
Priority to JP2014503585A priority patent/JP5723058B2/en
Priority to US13/647,833 priority patent/US20130237404A1/en
Publication of KR20130102956A publication Critical patent/KR20130102956A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101393424B1 publication Critical patent/KR101393424B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/402—Aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5216—Inorganic
    • C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5248—Carbon, e.g. graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5284—Hollow fibers, e.g. nanotubes
    • C04B2235/5288—Carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/522—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C04B35/62615—High energy or reactive ball milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like

Abstract

알루미늄-탄소 복합재료의 제조방법이 개시된다. 알루미늄-탄소 복합재료를 제조하기 위하여, 우선 알루미늄 분말들에 탄소재료를 결합시켜 알루미늄-탄소 혼합 분말을 제조한다. 이어서, 알루미늄-탄소 혼합 분말들에 기계적 전단력을 인가하여 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 제조한다. 그 후, 변형 알루미늄-탄소 혼합분말들을 소결성형한다. 이러한 알루미늄-탄소 복합재료의 제조방법에 따르면, 무게가 가볍고 기계적 특성이 우수한 알루미늄-탄소 복합재료를 비교적 간단한 공정을 통해 제조할 수 있다. A method for producing an aluminum-carbon composite material is disclosed. In order to produce an aluminum-carbon composite material, first, a carbon material is bonded to aluminum powder to prepare an aluminum-carbon mixed powder. Subsequently, a mechanical shearing force is applied to the aluminum-carbon mixed powders to produce modified aluminum-carbon mixed powders. Thereafter, the deformed aluminum-carbon mixed powders are sinter-molded. According to this method for producing an aluminum-carbon composite material, an aluminum-carbon composite material which is light in weight and excellent in mechanical characteristics can be manufactured through a relatively simple process.

Description

알루미늄-탄소 복합재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄-탄소 복합재료{METHODS OF MANUFACTURING ALUMINIUM-CARBON COMPOSITES AND ALUMINIUM-CARBON COMPOSITES MANUFACTURED BY THE METHODS} TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing an aluminum-carbon composite material, and an aluminum-carbon composite material produced by the method. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

본 발명은 알루미늄-탄소 복합재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄-탄소 복합재료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기계적 특성이 향상된 알루미늄-탄소 복합재료를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄-탄소 복합재료에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing an aluminum-carbon composite material and an aluminum-carbon composite material produced thereby, and more particularly, to a method for producing an aluminum-carbon composite material having improved mechanical properties, Lt; / RTI >

알루미늄은 주방에서 사용하는 포일(foil)에서, 일회용 식기, 창문, 자동차, 항공기 및 우주선까지 생활에 다용도로 사용되고 있다. 알루미늄의 특성으로는 철의 중량의 1/3 정도로 가볍고, 다른 금속과 합금을 시킬 경우 뛰어난 강도를 갖는다. 또한 알루미늄 표면에는 화학적으로 안정한 산화막이 존재하여 수분이나 산소 등에 의해 부식이 진행되는 것이 방지되므로 화학적으로 안정하다. 이와 같은 이유로 알루미늄은 자동차와 항공기 등에 사용되어 왔다. 특히 자동차의 경우 알루미늄 부품은 기존의 철제 부품에 비하여 가벼워 자체의 하중을 줄일 수 있으며, 이것은 차체 무게의 경량화를 가져와 연비 감소에 기여할 수 있는 일거양득의 효과가 있다. 그러나 이와 같은 알루미늄은 철에 비해 인장 강도가 약 40 %정도밖에 되지 않아 구조용재로 사용할 경우 구조용 알루미늄 관이나 판재의 두께가 매우 두꺼워지고, 이는 결국 재료가 과다하게 소요되고, 과다한 재료비를 필요로 하는 문제점이 발생하게 된다. Aluminum is used for life in kitchens, foils, disposable tableware, windows, cars, aircraft and spaceships. The characteristics of aluminum are as small as one-third of the weight of iron and have excellent strength when alloyed with other metals. In addition, there is a chemically stable oxide film on the aluminum surface, and it is chemically stable since it prevents corrosion from progressing due to moisture or oxygen. For this reason, aluminum has been used in automobiles and aircraft. In particular, in the case of automobiles, aluminum parts are lighter than conventional steel parts, which can reduce their own weight, which leads to weight reduction of the vehicle body, which contributes to reducing fuel consumption. However, since aluminum has a tensile strength of about 40% as compared with iron, when aluminum is used as a structural member, the thickness of the structural aluminum pipe or plate becomes very thick, which results in an excessive amount of material, A problem occurs.

이러한 문제점을 개선하기 위하여 인장 강도가 우수한 탄소 재료와 알루미늄의 복합재료를 제조하기 위한 연구가 활발하다. 탄소재료와 알루미늄과의 복합체를 제조하기 위해서는 해결되어야 하는 몇 가지 문제점들이 있다. 일례로, 탄소재료 예를 들면 탄소나노재료는 재료끼리의 반데르발스(van der Waals) 힘에 의한 상호 작용 때문에 분산이 쉽지 않아 알루미늄 내에 균일 분산시키기 어려운 문제점이 있다. 또한, 탄소재료와 알루미늄 사이에는 표면장력 차이로 인하여 탄소 재료와 알루미늄이 잘 섞이지 않는 문제점이 있다. In order to solve such a problem, researches for producing a composite material of a carbon material and aluminum excellent in tensile strength are actively conducted. There are some problems that must be solved in order to produce a composite of a carbon material and aluminum. For example, carbon materials such as carbon nanomaterials are difficult to disperse due to their interaction due to van der Waals forces between the materials, which makes it difficult to uniformly disperse them in aluminum. Further, there is a problem that the carbon material and aluminum do not mix well due to the difference in surface tension between the carbon material and aluminum.

본 발명의 일 목적은 탄소재료가 균일하게 분산되어 있을 뿐만 아니라 탄소재료와 알루미늄이 적층 구조를 이루는 알루미늄-탄소 복합재료를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method for producing an aluminum-carbon composite material in which a carbon material is uniformly dispersed and a carbon material and aluminum are laminated.

본 발명의 다른 목적은 상기의 방법에 의해 제조된 알루미늄-탄소 복합재료를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an aluminum-carbon composite material produced by the above method.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 알루미늄-탄소 복합재료의 제조 방법은 알루미늄 분말들에 탄소재료를 결합시켜 알루미늄-탄소 혼합 분말을 제조하는 단계; 상기 알루미늄-탄소 혼합 분말들에 기계적 전단력을 인가하여 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 제조하는 단계; 및 상기 변형 알루미늄-탄소 혼합분말들을 소결성형하는 단계를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an aluminum-carbon composite material, comprising: preparing an aluminum-carbon mixed powder by bonding a carbon material to aluminum powder; Preparing mixed aluminum-carbon mixed powders by applying a mechanical shear force to the aluminum-carbon mixed powders; And sintering and molding the modified aluminum-carbon mixed powders.

상기 알루미늄-탄소 혼합 분말을 제조하는 단계는 용매에 탄소 재료를 혼합한 후 초음파 처리하는 단계; 및 상기 초음파 처리된 혼합용액에 알루미늄 분말을 첨가한 후 초음파 처리하는 단계를 포함할 수 있다. The step of preparing the aluminum-carbon mixed powder may include a step of mixing a carbon material with a solvent and ultrasonic treatment; And adding ultrasonic waves after adding the aluminum powder to the ultrasonic treated mixed solution.

상기 탄소재료는 흑연판, 흑연섬유, 탄소섬유, 탄소나노섬유 및 탄소나노튜브로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 알루미늄 분말들은 상기 탄소재료가 상기 알루미늄 분말들의 중량에 대해 약 0.1 내지 50 wt.% 정도가 되도록 첨가될 수 있다. The carbon material may include at least one of a group consisting of graphite plate, graphite fiber, carbon fiber, carbon nanofiber, and carbon nanotube. The aluminum powders may be added so that the carbon material is about 0.1 to 50 wt.% Based on the weight of the aluminum powders.

상기 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 제조하는 단계는 제1 방향으로 회전 가능한 디스크에 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전 가능하게 결합된 볼밀 용기에 상기 알루미늄-탄소 혼합 분말들 및 볼밀볼을 투입하는 단계; 및 상기 볼밀볼이 상기 볼밀 용기의 벽면과 마찰하여 상기 볼밀볼 자체가 회전하여 상기 알루미늄-탄소 혼합 분말들에 기계적 전단력을 인가하도록 상기 디스크 및 상기 볼밀 용기를 제1 시간동안 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 디스크의 회전속도에 대한 상기 볼밀 용기의 회전 속도의 비는 임계 각속도 비의 30% 이상 70% 이하일 수 있다. 상기 디스크의 회전 속도는 150 rpm 이상 500 rpm 이하일 수 있다. Wherein the step of fabricating the modified aluminum-carbon mixed powders comprises mixing the aluminum-carbon mixed powders and the ball-milled balls in a ball mill container rotatably coupled to a rotatable disk in a first direction in a second direction opposite to the first direction, ; And rotating the disk and the ball mill container for a first time so that the ball mill ball rubs against the wall surface of the ball mill and the ball mill itself rotates to apply a mechanical shear force to the aluminum-carbon mixed powders . The ratio of the rotational speed of the ball mill to the rotational speed of the disk may be 30% or more and 70% or less of the critical angular velocity ratio. The rotation speed of the disk may be 150 rpm or more and 500 rpm or less.

상기 변형 알루미늄-탄소 혼합분말들을 소결성형하는 단계는 상기 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 금형에 충진하는 단계; 및 상기 금형에 충진된 상기 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들에 10MPa 내지 100MPa의 압력을 인가한 상태에서 상기 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 500 내지 700℃의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. The step of sinter-forming the modified aluminum-carbon mixed powders comprises filling the deformed aluminum-carbon mixed powders into a mold; And heating the deformed aluminum-carbon mixed powders to a temperature of 500 to 700 캜 while applying a pressure of 10 MPa to 100 MPa to the deformed aluminum-carbon mixed powders filled in the metal mold.

본 발명의 실시예에 따라 알루미늄-탄소 복합재료를 제조하는 경우, 탄소재료가 균일하게 분산되어 있을 뿐만 아니라 탄소재료와 알루미늄이 적층 구조를 이루고 있어서 기계적 특성이 우수한 알루미늄-탄소 복합재료를 제조할 수 있다. 이러한 알루미늄-탄소 복합재료는 무게가 가볍고, 역학적 강도가 우수하여 현재 사용되는 자동차 부품에 적용가능하며, 고강도가 요구되는 항공기, 우주선, 선박 등의 소재로서도 활용될 수 있다.In the case of manufacturing the aluminum-carbon composite material according to the embodiment of the present invention, it is possible to manufacture an aluminum-carbon composite material having not only a carbon material uniformly dispersed but also a laminated structure of a carbon material and aluminum, have. Such an aluminum-carbon composite material is light in weight and excellent in mechanical strength, and thus can be applied to currently used automobile parts, and can also be used as a material for aircraft, spacecraft, and ships requiring high strength.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄-탄소 복합재료의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 볼밀 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 볼밀 용기 내부에 투입된 볼밀볼에 작용하는 힘을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 성형소결기의 모식도이다.
도 5는 초음파 처리된 알루미늄 시료들의 전자현미경 사진들이다.
도 6은 볼밀 공정 후의 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들의 전자현미경 사진들(1,000X)이다.
도 7은 탄소재료가 미첨가된 알루미늄 재료 및 탄소재료가 0.05wt.% 포함된 알루미늄-탄소 복합재료의 미세구조를 설명하기 위한 사진들이다.
도 8a는 볼밀볼이 알루미늄-탄소 혼합분말에 주로 충격하도록 하는 조건의 볼밀 공정을 수행하여 제조된 알루미늄-탄소 복합재료의 공초점 라만(Witec社, CRM 200)측정 결과이고, 도 8b는 본 발명의 실시예 1에 따라 볼밀볼이 알루미늄-탄소 혼합분말에 주로 기계적 전단력을 인가하는 조건의 볼밀 공정을 수행하여 제조된 알루미늄-탄소 복합재료의 공초점 라만(Witec社, CRM 200)측정 결과이다.
도 9는 알루미늄 재료의 샘플(RAW), 탄소재료의 함량이 0.1 wt.%인 알루미늄-탄소 복합재료 샘플(Al-0.1wt%C, 실시예 2) 및 탄소재료의 함량이 0.3 wt.%인 알루미늄-탄소 복합재료 샘플(Al-0.3wt%C, 실시예 3)의 인장강도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 비교예 1, 실시예 2, 비교예 2 및 실시예 3에 따라 제조된 알루미늄-탄소 복합재료들의 인장강도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an aluminum-carbon composite material according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view for explaining a ball mill apparatus.
3 is a schematic view for explaining a force acting on a ball mill ball inserted into a ball mill container.
4 is a schematic view of a molding sintering machine.
5 is an electron micrograph of the ultrasonic treated aluminum samples.
6 is electron micrographs (1,000X) of modified aluminum-carbon mixed powders after the ball mill process.
7 is a photograph for explaining the microstructure of an aluminum material to which a carbon material is not added and an aluminum-carbon composite material containing a carbon material in an amount of 0.05 wt%.
8A is a result of measurement of confocal Raman (CRM 200) of an aluminum-carbon composite material manufactured by performing a ball mill process under a condition that a ball mill ball mainly impacts an aluminum-carbon mixed powder, and FIG. (CRM 200) of an aluminum-carbon composite material manufactured by performing a ball milling process in which a ball mill ball mainly applies a mechanical shear force to an aluminum-carbon mixed powder according to Example 1 of the present invention.
Fig. 9 is a graph showing a relationship between a sample (RAW) of an aluminum material, an aluminum-carbon composite sample (Al-0.1 wt% C, Example 2) having a carbon material content of 0.1 wt.% And a carbon material content of 0.3 wt.% And a tensile strength of an aluminum-carbon composite material sample (Al-0.3 wt% C, Example 3).
10 is a graph showing tensile strengths of aluminum-carbon composite materials produced according to Comparative Examples 1, 2, and 2, and Example 3. FIG.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들에 대해서만 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having" is intended to designate the presence of stated features, elements, etc., and not one or more other features, It does not mean that there is none.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄-탄소 복합재료의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an aluminum-carbon composite material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 알루미늄-탄소 복합재료를 제조하기 위하여, 우선 알루미늄 분말들에 탄소 재료를 결합시켜 알루미늄-탄소 혼합분말들을 제조할 수 있다(S110). Referring to FIG. 1, in order to produce an aluminum-carbon composite material according to an embodiment of the present invention, a carbon material may be bonded to aluminum powder to produce aluminum-carbon mixed powder (S110).

알루미늄 분말들에 탄소 재료를 결합시키기 위하여, 우선 용매 내에 탄소 재료를 분산시킨 후, 분산용액을 초음파 처리할 수 있다. 탄소 재료로는 흑연판, 흑연섬유, 탄소섬유, 탄소나노섬유 및 탄소나노튜브 중 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다. 용매로는 물, 헥산, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 에틸렌글라이콜, 아민 및 페놀 중 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다. 초음파 처리는 약 0.5분 내지 60분 동안 수행될 수 있다. 이러한 초음파 처리는 탄소 재료를 균일하게 분산시킬 뿐만 아니라 탄소 재료에 산소를 포함하는 작용기, 예를 들면, 하이드록실기 등을 만들 수 있다. 이어서, 초음파 처리된 분산용액 내에 알루미늄 분말들을 첨가하고 다시 초음파 처리하여 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 침전시킬 수 있다. 알루미늄 분말들은 약 100 nm 내지 1 mm의 직경을 가질 수 있다. 알루미늄 분말들은 탄소재료가 알루미늄 분말들의 중량에 대해 약 0.1 내지 50 wt.% 정도가 되도록 첨가될 수 있다. 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 침전시키기 위한 초음파 처리는 약 0.5분 내지 60분 동안 수행될 수 있다. 이러한 초음파 처리는 탄소 재료에 형성된 산소를 포함하는 작용기와 알루미늄 사이에 결합을 유도할 수 있다. 그 후, 침전된 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 분리하여 건조시킬 수 있다. In order to bond the carbon material to the aluminum powders, the carbon material may first be dispersed in the solvent, and then the dispersion solution may be ultrasonicated. As the carbon material, at least one of a graphite plate, graphite fiber, carbon fiber, carbon nanofiber and carbon nanotube may be used. As the solvent, at least one of water, hexane, ethanol, methanol, propanol, ethylene glycol, amine and phenol may be used. The ultrasonic treatment can be performed for about 0.5 to 60 minutes. Such ultrasonic treatment can not only uniformly disperse the carbon material but can also form a functional group containing oxygen in the carbon material, for example, a hydroxyl group. Subsequently, aluminum powder may be added to the ultrasonic treated dispersion solution, and ultrasonicated again to precipitate the aluminum-carbon mixed powder. The aluminum powders may have a diameter of about 100 nm to 1 mm. The aluminum powders may be added so that the carbon material is about 0.1 to 50 wt.% Based on the weight of the aluminum powders. The ultrasonic treatment for precipitating the aluminum-carbon mixed powders can be performed for about 0.5 to 60 minutes. Such ultrasonic treatment can induce a bond between aluminum and a functional group containing oxygen formed on the carbon material. Thereafter, the precipitated aluminum-carbon mixed powders can be separated and dried.

알루미늄-탄소 혼합분말들을 제조한 후, 알루미늄-탄소 혼합분말들에 기계적 전단력을 인가하여 변형 알루미늄-탄소 혼합분말들을 제조할 수 있다(S120). 도 2는 볼밀 장치를 설명하기 위한 평면도이고, 도 3은 볼밀 용기 내부에 투입된 볼밀볼에 작용하는 힘을 설명하기 위한 모식도이다.After producing the aluminum-carbon mixed powders, the modified aluminum-carbon mixed powders can be produced by applying a mechanical shearing force to the aluminum-carbon mixed powders (S120). FIG. 2 is a plan view for explaining a ball mill apparatus, and FIG. 3 is a schematic view for explaining a force acting on a ball mill ball inserted into a ball mill.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 알루미늄-탄소 혼합분말들에 기계적 전단력을 인가하기 위하여, 디스크(110)에 회전 가능하게 결합된 볼밀 용기(130)에 알루미늄-탄소 혼합분말들 및 볼밀볼을 투입할 수 있다. 디스크(110)는 디스크(110)의 중심 'O'에 위치하는 제1 중심축(이하 '공전축'이라 함)을 기준으로 제1 방향(X)으로 회전할 수 있다. 볼밀 용기(130)는 디스크(110)의 가장 자리에 결합될 수 있고, 볼밀 용기(130)의 중심 'A1'에 위치하는 제2 중심축(이하 '자전축'이라 함)을 기준으로 제1 방향(X)과 반대 방향인 제2 방향(Y)으로 회전할 수 있다. 즉, 볼밀 용기(130)는 디스크(110)의 회전에 의해 공전축을 기준으로 공전(revolution)할 수 있고, 자전축을 기준으로 한 볼밀 용기(130) 자체의 회전에 의해 자전(rotation)할 수 있다. 1, 2 and 3, in order to apply a mechanical shearing force to the aluminum-carbon mixed powders, aluminum-carbon mixed powders and ball mills are mixed in a ball mill 130 rotatably coupled to the disk 110, The ball can be inserted. The disc 110 may rotate in a first direction X based on a first central axis (hereinafter referred to as an " orbital axis ") located at the center O of the disc 110. [ The ball mill 130 may be coupled to the edge of the disc 110 and may be coupled to the ball mill 130 in a first direction < RTI ID = 0.0 > (Y), which is the opposite direction to the first direction (X). That is, the ball mill 130 can rotate based on the idle axis by rotation of the disk 110 and can rotate by rotation of the ball mill 130 based on the rotation axis .

볼밀볼의 재질은 특별히 제한되지 않으나, 알루미늄-탄소 혼합분말들에 효과적으로 마찰력을 인가하도록 지르코니아 재질로 된 볼밀볼을 사용할 수 있다. 볼밀볼의 크기는 알루미늄-탄소 혼합분말들에 인가되어야 하는 전단력을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 일례로 볼밀볼은 약 3 내지 50mm의 직경을 가질 수 있다. 볼밀볼의 크기가 3mm 미만인 경우, 볼밀볼의 질량이 너무 작아서 알루미늄-탄소 혼합분말들에 인가되는 기계적 전단력이 요구되는 값보다 작아지게 되고, 그 결과 알루미늄 분말에 결합된 탄소 재료를 일정한 방향을 배향할 수 없거나 알루미늄 분말을 일정한 판 형상으로 변형시킬 수 없게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 이와 달리, 볼밀볼의 크기가 50mm를 초과하는 경우, 알루미늄-탄소 혼합분말들에 지나치게 큰 전단력 또는 충격을 인가하게 되어 알루미늄-탄소 혼합분말들의 파손을 야기할 가능성이 있다. 이어서, 볼밀 용기(130)에 투입된 볼밀볼이 알루미늄-탄소 혼합분말들에 기계적 전단력을 인가하도록 디스크(110) 및 볼밀 용기(130)를 회전시킬 수 있다. The material of the ball mill ball is not particularly limited, but a ball mill ball made of zirconia can be used to effectively apply the frictional force to the aluminum-carbon mixed powder. The size of the ball mill balls can be appropriately selected in consideration of the shear force to be applied to the aluminum-carbon mixed powders. For example, the ball mill ball may have a diameter of about 3 to 50 mm. When the size of the ball mill ball is less than 3 mm, the mass of the ball mill ball is too small, so that the mechanical shear force applied to the aluminum-carbon mixed powder becomes smaller than the required value. As a result, Or the aluminum powder can not be deformed into a constant plate shape. On the other hand, when the size of the ball-mill ball is more than 50 mm, the aluminum-carbon mixed powder may be subjected to an excessive shear force or impact, which may cause breakage of the aluminum-carbon mixed powder. Then, the disk 110 and the ball mill 130 can be rotated so that the ball mill ball inserted into the ball mill 130 applies a mechanical shearing force to the aluminum-carbon mixed powders.

디스크(110) 및 볼밀 용기(130)가 회전하는 경우, 볼밀 용기(130) 내부에 투입된 볼밀볼에는 볼밀 용기(130)의 공전으로 인한 제1 원심력(Fr)과 볼밀 용기(130)의 자전으로 인한 제2 원심력(Fp)이 작용하게 된다. 제1 원심력(Fr)은 볼밀볼이 공전축으로부터 멀어지는 방향으로 작용하고, 제2 원심력(Fp)은 볼밀볼이 자전축으로부터 멀어지는 방향으로 작용한다. 이러한 제1 및 제2 원심력(Fr, Fp)의 크기 또는 작용방향은 볼밀볼의 위치에 따라 달라진다. 또한, 디스크(110)가 회전하는 상태에서 볼밀 용기(130)가 회전하는 경우, 볼밀볼과 볼밀 용기(130) 벽면 사이의 마찰력에 의해 볼밀볼이 볼밀 용기(130)와 동일한 방향으로 회전하게 된다. 이러한 힘들의 작용에 의해 볼밀 용기(130) 내의 볼밀볼은 (i)다른 볼밀볼, 알루미늄-탄소 혼합분말 또는 볼밀 용기(130)의 내벽과 충돌하는 운동을 하거나 (ⅱ)다른 볼밀볼, 알루미늄-탄소 혼합분말 또는 볼밀 용기(130)의 내벽과 접촉한 상태에서 해당 볼밀볼의 회전에 의해 마찰하는 운동, 즉, 기계적 전단력을 인가하는 운동을 할 수 있다. 본 발명에 있어서는 볼밀볼이 알루미늄-탄소 혼합분말과 접촉한 상태에서 볼밀볼이 알루미늄-탄소 혼합분말에 기계적 전단력을 인가하도록 상기의 힘들을 제어한다. 이러한 힘들의 제어는 디스크(110)와 볼밀 용기(130)의 회전 속도를 조절함으로써 제어할 수 있다. When the disc 110 and the ball mill 130 are rotated, the first centrifugal force Fr due to the revolving of the ball mill 130 and the rotation of the ball mill 130 The second centrifugal force Fp is applied. The first centrifugal force Fr acts in a direction in which the ball mill ball moves away from the revolving axis and the second centrifugal force Fp acts in the direction in which the ball mill ball moves away from the rotational axis. The magnitude or direction of the first and second centrifugal forces Fr and Fp varies depending on the position of the ball-mill ball. When the ball mill 130 rotates in a state where the disc 110 is rotating, the ball mill ball rotates in the same direction as the ball mill 130 due to the frictional force between the ball mill ball and the wall surface of the ball mill 130 . Due to the action of these forces, the ball-mill ball in the ball-mill container 130 may move (i) move in collision with another ball-ball, aluminum-carbon mixed powder or inner wall of the ball- Carbon mixture powder or the inner wall of the ball-milled container 130, it is possible to perform a friction rubbing motion by the rotation of the ball-mill ball, that is, a motion for applying a mechanical shearing force. In the present invention, the above-mentioned forces are controlled so that the ball-mill ball applies a mechanical shearing force to the aluminum-carbon mixed powder while the ball-mill ball is in contact with the aluminum-carbon mixed powder. The control of these forces can be controlled by adjusting the rotational speed of the disc 110 and the ball-mill container 130.

디스크(110)와 볼밀 용기(130)의 회전 속도에 따라, 볼밀볼은 위에서 설명된 힘들의 작용에 의해 다양한 운동을 하게 된다. 구체적으로, 일정한 속도로 디스크(110)가 회전하는 상태에서 볼밀 용기(130)를 자전시키면서 볼밀 용기(130)의 자전 속도를 점진적으로 증가시키는 경우, 볼밀 용기(130)의 자전 속도가 제1 속도 미만인 제1 구간, 제1 속도 이상 제2 속도 미만인 제2 구간 및 제2 속도 이상인 제3 구간에서 볼밀볼은 서로 다른 운동을 하게 된다. Depending on the rotational speed of the disk 110 and the ball mill 130, the ball mill ball will undergo various motions due to the forces described above. More specifically, when the rotating speed of the ball mill 130 is gradually increased while rotating the ball mill 130 in a state where the disk 110 is rotating at a constant speed, The ball mill ball is moved in a different direction in a second section having a first speed lower than the second speed and a third section having a second speed or higher.

볼밀 용기(130)의 자전 속도가 제1 속도 미만인 제1 구간에서는, 볼밀 용기(130)의 공전에 의한 제1 원심력(Fr)이 볼밀볼에 크게 작용하고, 그 결과, 볼밀볼은 볼밀 용기(130)의 내부 공간 중 공전축으로부터 가장 멀리 위치하는 지점에서 공전축을 기준으로 회전 운동을 하게 된다. 이 경우, 볼밀 용기(130)의 자전에 의하여 볼밀 용기(130)의 내벽은 볼밀볼에 마찰력을 인가하므로, 볼밀볼은 자체적으로 회전하게 된다. The first centrifugal force Fr by the revolution of the ball mill 130 acts on the ball mill ball largely in the first section where the rotation speed of the ball mill vessel 130 is less than the first speed, 130 at the position farthest from the revolving axis. In this case, due to the rotation of the ball-mill container 130, the inner wall of the ball-mill container 130 applies a frictional force to the ball-mill ball, so that the ball-mill ball itself rotates.

볼밀 용기(130)의 자전 속도가 제1 속도 이상 제2 속도 미만인 제2 구간에서는, 볼밀 용기(130)의 공전에 의한 제1 원심력과 볼밀 용기(130)의 자전에 의한 제2 원심력이 상호 작용하여 볼밀볼이 볼밀 용기(130) 내부의 공간을 이동하여 볼밀 용기의 벽면과 충돌하는 운동을 하게 된다. The first centrifugal force due to the revolution of the ball mill 130 and the second centrifugal force due to the rotation of the ball mill 130 interfere with each other in the second section where the rotation speed of the ball mill 130 is less than the first speed and the second speed So that the ball-mill ball moves in the space inside the ball-mill container 130 and collides with the wall surface of the ball-mill container.

볼밀 용기(130)의 자전 속도가 제2 속도 이상인 제3 구간에서는, 볼밀 용기(130)의 자전에 의한 제2 원심력이 크게 작용하여 볼밀볼은 볼밀 용기(130)의 벽면과 접촉한 상태에서 자전축을 기준으로 한 회전 운동을 하게 된다. 이 경우, 볼밀 용기(130)의 내벽과 볼밀볼 사이의 마찰은 거의 발생하지 않으므로, 볼밀볼 자체의 회전은 거의 발생하지 않는다. The second centrifugal force due to the rotation of the ball-mill container 130 largely acts in the third section where the rotation speed of the ball-mill container 130 is equal to or higher than the second speed, and the ball-mill ball is in contact with the wall surface of the ball- As shown in Fig. In this case, friction between the inner wall of the ball-milled container 130 and the ball-milled ball hardly occurs, so that the ball-milled ball itself hardly rotates.

본 발명에 있어서는, 볼밀볼이 상기 제1 구간과 같이 운동하여 알루미늄-탄소 혼합분말에 기계적 전단력을 인가할 수 있도록 디스크(110)와 볼밀 용기(130)의 회전 속도를 제어한다. 볼밀 용기(130) 내부의 볼밀볼이 자전축을 중심으로 한 회전 운동을 하지 않도록 하기 위해서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 최소한 볼밀 용기(130) 내부 공간 중 공전축에 가장 가깝게 위치한 볼밀볼에 작용하는 공전 원심력(Fr)이 자전 원심력(Fp)보다 커야 한다. 볼밀 용기(130) 내부 공간 중 공전축에 가장 가깝게 위치한 볼밀볼에 작용하는 공전 원심력(Fr)은 하기 '식 1'로 표현될 수 있고, 볼밀 용기(130) 내부 공간 중 공전축에 가장 가깝게 위치한 볼밀볼에 작용하는 자전 원심력(Fp)은 하기 '식 2'로 표현될 수 있다. In the present invention, the rotation speed of the disk 110 and the ball mill 130 is controlled so that the ball mill ball moves like the first section and a mechanical shearing force is applied to the aluminum-carbon mixed powder. In order to prevent the ball-mill ball inside the ball-mill container 130 from rotating about the rotation axis, as shown in FIG. 3, at least the inner space of the ball- The centrifugal force Fr must be greater than the centrifugal force Fp. The pneumatic centrifugal force Fr acting on the ball mill ball located closest to the revolving shaft in the inner space of the ball mill container 130 can be expressed by Equation 1 and can be expressed by the following equation 1, The centrifugal centrifugal force Fp acting on the ball mill ball can be expressed by Equation 2 below.

[식 1][Formula 1]

Figure 112012019124273-pat00001
Figure 112012019124273-pat00001

[식 2][Formula 2]

Figure 112012019124273-pat00002
Figure 112012019124273-pat00002

상기 식 1 및 식 2에 있어서, 'm'은 볼밀볼의 무게를 나타내고, 'R'은 공전축과 자전축 사이의 거리, 즉, 공전 반경을 나타내고, 'Lc'는 볼밀 용기의 반경에서 볼밀볼의 반경을 뺀 값을 나타내고, 'w1'은 공전 각속도를 나타내며, 'w2'는 자전 각속도를 나타낸다. In the equations 1 and 2, 'm' represents the weight of the ball mill ball, 'R' represents the distance between the revolving axis and the rotation axis, that is, the orbital radius, 'Lc' 'W1' represents the revolution angular velocity, and 'w2' represents the rotation angular velocity.

공전축에 가장 가깝게 위치한 볼밀볼에 작용하는 공전 원심력(Fr)이 상기 볼밀볼에 작용하는 자전 원심력(Fp)과 동일한 경우에 있어서의 공전 각속도(w1)에 대한 자전 각속도(w2)의 비(ratio) 'w2/w1'를 임계 각속도 비 'rc'라 한다면, 임계 각속도 비 'rc'는 상기 '식 1' 및 '식 2'로부터 유도되어 하기 '식 3'과 같이 표현될 수 있다. The ratio of the rotation angular velocity w2 to the revolving angular velocity w1 when the revolving centrifugal force Fr acting on the ball mill ball located closest to the revolving shaft is equal to the rotating centrifugal force Fp acting on the ball mill ball ) 'w2 / w1' is a critical angular velocity ratio 'rc', the critical angular velocity ratio 'rc' can be derived from Equation 1 and Equation 2 and can be expressed as Equation 3 below.

[식 3][Formula 3]

Figure 112012019124273-pat00003
Figure 112012019124273-pat00003

본 발명에 있어서, 볼밀 용기(130)의 공전 속도에 대한 자전 속도의 비는 임계 각속도 비의 약 30 내지 70%가 되도록 제어될 수 있다. 볼밀볼에 자전 원심력보다는 공전 원심력이 크게 작용하여 볼밀볼이 알루미늄-탄소 혼합분말들과 충돌하기 보다는 알루미늄-탄소 혼합분말들에 주로 기계적 전단력을 인가하기 위해서는 공전 속도에 대한 자전 속도의 비(w2/w1)가 임계 각속도 비(rc)의 약 70% 이하가 되어야 한다. 즉, 공전 속도에 대한 자전 속도의 비(w2/w1)가 임계 각속도 비(rc)의 70%를 초과하는 경우, 자전에 의한 원심력의 영향이 증가하여 볼밀볼이 주로 알루미늄-탄소 혼합분말들과 충돌하는 운동을 하게 된다. 또한, 공전 속도에 대한 자전 속도의 비(w2/w1)가 임계 각속도 비(rc)의 30% 미만인 경우, 볼밀볼 자체의 회전 속도가 낮아서 흑연재료에 인가되는 기계적 전단력이 너무 작아지게 되고, 그 결과 알루미늄 분말에 결합된 탄소 재료를 일정한 방향을 배향할 수 없거나 알루미늄 분말을 일정한 판 형상으로 변형시킬 수 없게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 볼밀볼에 의해 알루미늄-탄소 혼합분말에 인가되는 기계적 전단력은 볼밀볼 자체의 회전 속도에 영향을 받는데, 볼밀볼 자체의 회전 속도는 볼밀 용기의 자전 속도에 의해 결정된다. 즉, 볼밀 용기의 자전 속도가 증가할수록 볼밀볼 자체의 회전 속도가 증가한다. In the present invention, the ratio of the rotation speed to the revolution speed of the ball mill 130 can be controlled to be about 30 to 70% of the critical angular speed ratio. In order to apply the mechanical shear force mainly to the aluminum-carbon mixed powders, the ratio of the rotation speed to the revolution speed (w2 / w1) should be not more than about 70% of the critical angular velocity ratio (rc). That is, when the ratio (w2 / w1) of the rotation speed to the revolution speed exceeds 70% of the critical angular rate ratio (rc), the influence of the centrifugal force due to rotation increases so that the ball- It causes a collision exercise. When the ratio (w2 / w1) of the rotation speed to the revolution speed is less than 30% of the critical angular speed ratio (rc), the rotational speed of the ball-ball itself is low and the mechanical shear force applied to the graphite material becomes too small. The resulting carbon material bonded to the aluminum powder can not be oriented in a certain direction or the aluminum powder can not be deformed into a constant plate shape. The mechanical shear force applied to the aluminum-carbon mixed powder by the ball mill ball is affected by the rotational speed of the ball mill ball itself. The rotational speed of the ball mill ball itself is determined by the rotational speed of the ball mill. That is, as the rotating speed of the ball mill container increases, the rotating speed of the ball ball itself increases.

볼밀볼에 의해 알루미늄-탄소 혼합분말에 인가되는 기계적 전단력은 또한 볼밀볼이 알루미늄-탄소 혼합분말을 가압하는 압력에도 영향을 받는데, 볼밀볼이 알루미늄-탄소 혼합분말을 가압하는 압력은 볼밀 용기(130)의 공전 속도에 영향을 받는다. 즉, 볼밀 용기(130)의 공전 속도가 증가할수록 볼밀볼이 흑연재료를 가압하는 압력이 증가한다. 본 발명에 있어서는, 볼밀볼이 알루미늄-탄소 혼합분말에 적당한 크기의 기계적 전단력을 인가하도록 하기 위하여, 디스크의 회전 속도는 약 150 내지 500 rpm이 되도록 조절될 수 있다. The mechanical shear force applied to the aluminum-carbon mixed powder by the ball mill ball is also affected by the pressure at which the ball mill ball presses the aluminum-carbon mixed powder. The pressure at which the ball mill presses the aluminum- Of the revolution speed. That is, as the revolution speed of the ball mill container 130 increases, the pressure at which the ball mill ball presses the graphite material increases. In the present invention, in order to allow a ball mill ball to apply an appropriate mechanical shearing force to the aluminum-carbon mixed powder, the rotational speed of the disk may be adjusted to be about 150 to 500 rpm.

알루미늄-탄소 혼합 분말들이 산화되는 것을 방지하기 위하여, 볼밀 용기(110) 내부는 볼밀 공정 동안 비활성 기체 분위기로 유지되는 것이 바람직하다. 볼밀 공정은 약 5분 내지 6시간 동안 수행될 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 알루미늄-탄소 혼합 분말들에 기계적 전단력이 인가되는 경우, 알루미늄-탄소 혼합 분말들은 그 형상이 판 형상에 가깝게 변형될 수 있고, 알루미늄 분말 표면에 결합된 탄소 재료는 일 방향으로 연장되도록 정렬될 수 있다.In order to prevent the aluminum-carbon mixed powders from being oxidized, the interior of the ball mill 110 is preferably maintained in an inert gas atmosphere during the ball mill process. The ball mill process can be performed for about 5 minutes to 6 hours. As described above, when a mechanical shearing force is applied to the aluminum-carbon mixed powders, the shape of the aluminum-carbon mixed powder can be deformed close to the plate shape, and the carbon material bonded to the aluminum powder surface can be deformed in one direction As shown in FIG.

다시 도 1을 참조하면, 알루미늄-탄소 혼합분말들에 기계적 전단력을 인가한 후, 변형 알루미늄-탄소 혼합분말들을 소결성형할 수 있다. Referring again to FIG. 1, after applying a mechanical shear force to the aluminum-carbon mixed powders, the modified aluminum-carbon mixed powders can be sinter-molded.

변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 소결성형하기 위하여, 우선 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 금형에 충진할 수 있다. 이어서, 진공 분위기 하에서 상하에서 약 10MPa 내지 100MPa의 압력을 인가한 상태에서 금형에 충진된 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 약 1 분 내지 약 1시간 동안 약 500 내지 700℃의 온도로 소결하여 금형에 충진된 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 소성변형시킬 수 있다. 그 후, 최종 알루미늄-탄소 복합재료를 금형으로부터 분리할 수 있다.
In order to sinter the deformed aluminum-carbon mixed powders, first, the deformed aluminum-carbon mixed powders can be filled in the mold. Subsequently, the deformed aluminum-carbon mixed powder filled in the mold is sintered at a temperature of about 500 to 700 ° C for about 1 minute to about 1 hour under a pressure of about 10 MPa to 100 MPa in a vacuum atmosphere, The modified aluminum-carbon mixed powders can be plastically deformed. The final aluminum-carbon composite material can then be separated from the mold.

[실시예 1, 2 및 3][Examples 1, 2 and 3]

헥센(Hexane) 용매 20ml에 알루미늄 분말과 탄소재료를 첨가하고 혼 타입(horn-type)의 초음파처리기로 초음파 처리하여 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 제조하였다. 알루미늄 분말은 2g 첨가하였고, 탄소재료는 알루미늄 분말의 중량에 대해 0.05wt.%(실시예 1), 0.1wt.%(실시예 2) 및 0.3wt.%(실시예 3)만큼 각각 첨가하였다. 알루미늄 분말로는 高純度化學硏究所(japan)에서 구매한 크기 3㎛의 알루미늄 분말 제품을 사용하였다. 탄소재료로는 자체 제조한 100 ~ 500 nm 크기를 가지는 나노 흑연판을 사용하였다. Aluminum powder and carbon material were added to 20 ml of Hexane solvent and ultrasonicated with a horn-type ultrasonic processor to prepare aluminum-carbon mixed powders. 2 g of aluminum powder was added and the carbon material was added as 0.05 wt.% (Example 1), 0.1 wt.% (Example 2) and 0.3 wt.% (Example 3), respectively, based on the weight of the aluminum powder. As the aluminum powder, aluminum powder product of size 3 μm purchased from High Purity Chemical Laboratories (japan) was used. A nano graphite plate having a size of 100 to 500 nm was used as the carbon material.

이어서, 상기 제조된 알루미늄-탄소 혼합 분말들 2g과 볼밀볼 300g을 탄소강으로 제조된 볼밀 용기(제이분체社)에 넣고 알루미늄-탄소 혼합 분말들에 기계적 전단력을 인가하기 위한 볼밀 공정을 수행하여 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 제조하였다. 볼밀 공정에 사용된 볼밀 장비는 하기 표 1의 스펙을 가진 장치를 사용하였다. 볼밀 공정은 알루미늄의 산화를 막기 위해 진공(10-2torr)에서 유지 후 아르곤(Ar)을 퍼징하여 약 2시간 동안 수행하였다. 볼밀볼로는 약 5mm의 직경을 가진 지르코니아 볼을 사용하였다. Then, 2 g of the aluminum-carbon mixed powders and 300 g of the ball-milled balls were placed in a ball mill made of carbon steel (manufactured by J. Powder Co.), and a ball milling process was performed to apply mechanical shear force to the aluminum- - carbon mixed powders were prepared. The ball mill equipment used in the ball mill process was a device having the specifications in Table 1 below. The ball mill process was carried out in a vacuum (10 -2 torr) to prevent oxidation of aluminum, followed by purging argon (Ar) for about 2 hours. Zirconia balls having a diameter of about 5 mm were used as the ball mill balls.

공전축과 자전축 사이의 거리, RThe distance between the revolution axis and the rotation axis, R 170 mm170 mm 볼밀 용기 반경, rBall mill radius, r 60 mm60 mm 공전 속도Revolution speed 300 rpm300 rpm 자전 속도Rotation speed 200 rpm200 rpm

식 3, 표 1 및 볼밀볼의 직경 등을 이용하여 계산하면, 표 1에 나타난 볼밀 장비에서의 임계 각속도 비(rc)는 '1.4'임을 알 수 있다. 즉, 실시예 1, 2 및 3에서의 볼밀 용기의 공전 속도에 대한 자전 속도의 비는 '200/300'으로서, 임계 각속도 비(rc)의 약 47.6%인 조건에서 볼밀 공정이 수행되었다. The critical angular velocity ratio rc in the ball mill equipment shown in Table 1 is 1.4, as shown in Equation 3, Table 1, and the diameter of the ball mill ball. That is, the ball mill process was performed under the condition that the ratio of the rotation speed of the ball mill to the revolution speed of the ball mill in Examples 1, 2 and 3 was 200/300 and about 47.6% of the critical angular velocity rc.

이어서, 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 몰드에 넣고 상하부 펀치를 고정 시킨 뒤 유압프레스를 이용하여 50MPa의 압력으로 압축한 후, 600℃의 온도에서 약 30분 소결하여 알루미늄-탄소 복합재료를 제조하였다. 이때 성형소결기 챔버 내부 분위기는 10-2torr의 진공상태에서 수행되었다. 도 4는 성형소결기의 모식도이다.
Subsequently, the deformed aluminum-carbon mixed powders were placed in a mold, and the upper and lower punches were fixed. Then, the aluminum-carbon composite material was compacted at a pressure of 50 MPa using a hydraulic press and sintered at a temperature of 600 ° C. for about 30 minutes. At this time, the atmosphere inside the forming sintering chamber was performed under a vacuum of 10 -2 torr. 4 is a schematic view of a molding sintering machine.

[실험예 1: 실시예 1의 특성 평가][Experimental Example 1: Characteristic evaluation of Example 1]

도 5는 초음파 처리된 알루미늄 시료들의 전자현미경 사진들이다. 구체적으로, 도 5의 좌측 상단의 사진은 알루미늄만으로 이루어진 분말의 전자현미경 사진이고, 도 5의 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단의 사진들은 나노 흑연판의 농도가 각각 0.05 wt.%(실시예 1), 0.1 wt.%(실시예 2) 및 0.3 wt.%(실시예 3)인 알루미늄-탄소 혼합 분말의 전자현미경 사진들이다. 도 5의 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단의 사진들을 참조하면, 알루미늄 분말의 표면에 나노 흑연판이 균일하게 분산되어 결합된 것을 확인할 수 있다. 5 is an electron micrograph of the ultrasonic treated aluminum samples. 5 are electron micrographs of powders made of only aluminum, and the photographs at the upper right, lower left, and lower right of FIG. 5 show that the nano graphite plates have concentrations of 0.05 wt.% (Example 1 ), 0.1 wt.% (Example 2) and 0.3 wt.% (Example 3), respectively. Referring to the photographs of the upper right, lower left, and lower right of FIG. 5, it is confirmed that the nano graphite plate is uniformly dispersed and bonded to the surface of the aluminum powder.

도 6은 볼밀 공정 후의 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말의 전자현미경 사진(1,000X)이다. 도 6은 나노 흑연판의 농도가 0.1 wt.%(실시예 2)에 해당하는 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말의 전자현미경 사진으로서, 도 6을 참조하면, 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들은 볼밀볼에 의한 기계적 전단력의 인가로 인하여 그 형상이 판 형상으로 변형된 것을 확인할 수 있다. 6 is an electron micrograph (1,000X) of the modified aluminum-carbon mixed powder after the ball milling process. 6 is an electron micrograph of a modified aluminum-carbon mixed powder having a nano-graphite plate concentration of 0.1 wt.% (Example 2). Referring to FIG. 6, the modified aluminum- It can be confirmed that the shape is deformed into a plate shape due to the application of the mechanical shear force.

도 7은 탄소재료가 미첨가된 알루미늄 재료 및 탄소재료가 0.05wt.%(실시예 1) 포함된 알루미늄-탄소 복합재료의 미세구조를 설명하기 위한 사진들이다. 구체적으로, 도 7의 좌측 사진은 탄소재료가 미첨가된 알루미늄 재료의 미세구조 사진(Olympus, GC51F)이고, 도 7의 우측 사진은 탄소재료가 0.05 wt.% 포함된 알루미늄-탄소 복합재료의 미세구조 사진이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 알루미늄-탄소 복합재료에서는 알루미늄과 탄소재료가 적층구조를 형성하는 것을 확인 할 수 있었다.Fig. 7 is a photograph for explaining the microstructure of an aluminum-carbon composite material in which a carbon material is not added and an aluminum-carbon composite material in which a carbon material is 0.05 wt.% (Example 1). 7 is a microstructure photograph (Olympus, GC51F) of an aluminum material to which a carbon material is not added, and the right side of Fig. 7 is a microstructure photograph of an aluminum-carbon composite material containing a carbon material of 0.05 wt.% It is a structural picture. Referring to FIG. 7, it can be confirmed that aluminum and carbon materials form a laminated structure in the aluminum-carbon composite material produced by Embodiment 1 of the present invention.

도 8a는 볼밀볼이 알루미늄-탄소 혼합분말에 주로 충격하도록 하는 조건의 볼밀 공정을 수행하여 제조된 알루미늄-탄소 복합재료의 공초점 라만(Witec社, CRM 200)측정 결과이고, 도 8b는 본 발명의 실시예 1에 따라 볼밀볼이 알루미늄-탄소 혼합분말에 주로 기계적 전단력을 인가하는 조건의 볼밀 공정을 수행하여 제조된 알루미늄-탄소 복합재료의 공초점 라만(Witec社, CRM 200)측정 결과이다. 공초점 라만 측정시 G mode는 탄소재료 고유의 피크(peak)를(G mode) 노란색 점으로 나타난다. 도 8b의 알루미늄-탄소 복합재료는 도 8a의 알루미늄-탄소 복합재료에 비해 탄소 재료가 균일하게 분산되어 있을 뿐만 아니라 알루미늄과 탄소재료의 적층구조를 형성하고 있음을 알 수 있다. 8A is a result of measurement of confocal Raman (CRM 200) of an aluminum-carbon composite material manufactured by performing a ball mill process under a condition that a ball mill ball mainly impacts an aluminum-carbon mixed powder, and FIG. (CRM 200) of an aluminum-carbon composite material manufactured by performing a ball milling process in which a ball mill ball mainly applies a mechanical shear force to an aluminum-carbon mixed powder according to Example 1 of the present invention. In the confocal Raman measurement, G mode is the peak of the carbon material (G mode) and the yellow point. The aluminum-carbon composite material of FIG. 8B is not only uniformly dispersed in the carbon material as compared with the aluminum-carbon composite material of FIG. 8A but also forms a laminated structure of aluminum and carbon material.

표 2는 알루미늄 재료의 샘플(RAW), 탄소재료의 함량이 0.1 wt.%인 알루미늄-탄소 복합재료 샘플(Al-0.1wt%C, 실시예 2) 및 탄소재료의 함량이 0.3 wt.%인 알루미늄-탄소 복합재료 샘플(Al-0.3wt%C, 실시예 3)의 인장강도를 측정한 결과를 나타내고, 도 9는 알루미늄 재료의 샘플(RAW), 탄소재료의 함량이 0.1 wt.%인 알루미늄-탄소 복합재료 샘플(Al-0.1wt%C, 실시예 2) 및 탄소재료의 함량이 0.3 wt.%인 알루미늄-탄소 복합재료 샘플(Al-0.3wt%C, 실시예 3)의 인장강도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 샘플들의 기계적 특성을 측정하기 위해 시편을 Φ 2mm로 압출하여 표점거리 20mm, 지름 1.3mm 시험편으로 가공하여 만능인장시험기(LLOYD instrument社, LR30K)를 이용하여 0.1mm/min의 속도로 인장한 결과를 측정하였다.Table 2 shows a sample of aluminum material (RAW), an aluminum-carbon composite sample (Al-0.1 wt% C, Example 2) having a carbon material content of 0.1 wt.% And a carbon material content of 0.3 wt.% FIG. 9 shows the results of measurement of the tensile strength of an aluminum-carbon composite material sample (Al-0.3 wt% C, Example 3) (Al-0.3 wt% C, Example 3) having a carbon material composite sample (Al-0.1 wt% C, Example 2) and a carbon material content of 0.3 wt.% And FIG. In order to measure the mechanical properties of the samples, the specimens were extruded at Φ 2 mm and processed into specimens with a gauge length of 20 mm and a diameter of 1.3 mm. The specimens were pulled at a rate of 0.1 mm / min using a universal tensile tester (LLOYD instrument, LR30K) Respectively.

SampleSample Tensile
Stress(MPa)Tensile
Stress (MPa) 인장강도
증가율(%)The tensile strength
Growth rate (%) Elongation
(%)Elongation
(%) 연신률 증가율(%)Elongation increase rate (%) Raw 1(600℃, 0.5h)Raw 1 (600 < 0 > C, 0.5h) 142.76142.76 -- 8.938.93 -- Al-0.1wt%C(630℃, 0.5h)Al-0.1 wt% C (630 DEG C, 0.5h) 164.30164.30 15.0915.09 12.9212.92 44.6844.68 Raw 2(600℃, 3.0h)Raw 2 (600 < 0 > C, 3.0h) 172.85172.85 -- 11.8611.86 -- Al-0.3wt%C(600℃, 3.0h)Al-0.3 wt% C (600 DEG C, 3.0h) 233.07233.07 34.8434.84 12.2412.24 3.203.20

표 2 및 도 9를 참조하면, 600℃에서 30분간 성형소결하여 알루미늄과 탄소의 적층구조를 가지고 탄소 재료의 함량이 0.1wt%인 알루미늄-탄소 복합재료(실시예 2)의 경우 알루미늄 재료(Raw 1)에 비해 인장강도 15% 및 연신률 45%가 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 600℃에서 3시간 성형소결하여 알루미늄과 탄소의 적층구조를 가지고 탄소 재료의 함량이 0.3wt%인 알루미늄-탄소 복합재료(실시예 3)의 경우 알루미늄 재료(Raw 2)에 비해 인장강도 35% 및 연신률 3%가 증가되는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 2 and FIG. 9, in the case of an aluminum-carbon composite material (Example 2) having a laminated structure of aluminum and carbon with a carbon material content of 0.1 wt% by molding and sintering at 600 ° C for 30 minutes, 1), the tensile strength increased by 15% and the elongation increased by 45%. The aluminum-carbon composite material (Example 3) having a laminated structure of aluminum and carbon and having a carbon material content of 0.3 wt% was molded and sintered at 600 DEG C for 3 hours to have a tensile strength of 35% as compared with the aluminum material (Raw 2) And an elongation rate of 3%.

[비교예 1 및 2][Comparative Examples 1 and 2]

비교예 1에서는 임계 각속도 비(rc=1.4)가 되도록 볼밀 용기의 공전 속도에 대한 자전 속도의 비(ratio)를 조절하여 볼밀 공정을 수행하였다는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 알루미늄-탄소 복합재료를 제조하였다. In Comparative Example 1, in the same manner as in Example 2, except that the ball milling process was performed by adjusting the ratio of the rotation speed to the revolution speed of the ball mill so that the critical angular velocity ratio (rc = 1.4) Carbon composite material.

비교예 2에서는 임계 각속도 비(rc=1.4)가 되도록 볼밀 용기의 공전 속도에 대한 자전 속도의 비(ratio)를 조절하여 볼밀 공정을 수행하였다는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 알루미늄-탄소 복합재료를 제조하였다.In Comparative Example 2, in the same manner as in Example 3, except that the ball milling process was performed by controlling the ratio of the rotation speed to the revolution speed of the ball mill so that the critical angular velocity ratio (rc = 1.4) Carbon composite material.

하기 '표 3'은 비교예 1, 실시예 2, 비교예 2 및 실시예 3에 따라 제조된 알루미늄-탄소 복합재료들의 인장강도를 측정한 결과를 나타내고, 도 10은 비교예 1, 실시예 2, 비교예 2 및 실시예 3에 따라 제조된 알루미늄-탄소 복합재료들의 인장강도를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.Table 3 below shows the measurement results of the tensile strengths of the aluminum-carbon composites produced according to Comparative Examples 1, 2, and 2, and Example 3, , And Comparative Example 2 and Example 3, respectively. As shown in FIG.

SampleSample Tensile
Stress(MPa)Tensile
Stress (MPa) 인장강도
증가율(%)The tensile strength
Growth rate (%) Elongation
(%)Elongation
(%) 연신률 증가율(%)Elongation increase rate (%) 비교예 1Comparative Example 1 147.29147.29 -- 8.938.93 -- 실시예 2Example 2 164.30164.30 11.5511.55 12.9212.92 28.1728.17 비교예 2Comparative Example 2 152.60152.60 -- 11.8611.86 -- 실시예 3Example 3 233.07233.07 52.7352.73 12.2412.24 33.9233.92

표 3 및 도 10을 참조하면, 실시예 2에 따른 알루미늄-탄소 복합재료는 비교예 1에 따른 알루미늄-탄소 복합재료보다 인장강도는 11.55% 증가하였고, 연신률은 28.17% 증가하였다. 또한, 실시예 3에 따른 알루미늄-탄소 복합재료는 비교예 2에 따른 알루미늄-탄소 복합재료보다 인장강도는 52.73% 증가하였고, 연신률은 33.92% 증가하였다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄-탄소 복합재료는 비교예에 따른 알루미늄-탄소 복합재료보다 현저하게 향상된 기계적 특성을 가짐을 알 수 있다. Referring to Table 3 and FIG. 10, the aluminum-carbon composite material according to Example 2 had an increase in tensile strength of 11.55% and an elongation percentage of 28.17%, as compared with the aluminum-carbon composite material according to Comparative Example 1. In addition, the aluminum-carbon composite material according to Example 3 had an increase in tensile strength of 52.73% and an elongation percentage of 33.92% higher than that of the aluminum-carbon composite material according to Comparative Example 2. Therefore, it can be seen that the aluminum-carbon composite material according to the embodiment of the present invention has remarkably improved mechanical properties as compared with the aluminum-carbon composite material according to the comparative example.

상술한 알루미늄-탄소 복합재료의 제조방법에 따르면, 비교적 간단한 공정을 통해 대량적으로 알루미늄-탄소 복합재료를 제조할 수 있다. 또한, 상기의 제조방법에 따라 제조된 알루미늄-탄소 복합재료는 균일하게 분산되고 알루미늄과 적층구조를 이루는 탄소재료로 인하여 강화된 인장강도를 가진다. 따라서, 상기 알루미늄-탄소 복합재료를 구조용 소재로 사용하는 경우, 경량화된 구조물을 제조할 수 있다. According to the above-described method for producing an aluminum-carbon composite material, the aluminum-carbon composite material can be mass-produced through a relatively simple process. In addition, the aluminum-carbon composite material produced according to the above-described method has a tensile strength that is uniformly dispersed and reinforced by a carbon material having a laminated structure with aluminum. Therefore, when the aluminum-carbon composite material is used as a structural material, a lightweight structure can be produced.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

Claims (9)

알루미늄 분말들에 탄소재료를 결합시켜 알루미늄-탄소 혼합 분말을 제조하는 단계;
상기 알루미늄-탄소 혼합 분말들에 기계적 전단력을 인가하여 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 제조하는 단계; 및
상기 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 소결성형하는 단계를 포함하고,
상기 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 제조하는 단계는,
제1 방향으로 공전하는 디스크에 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 자전하는 볼밀 용기에 상기 알루미늄-탄소 혼합 분말들 및 볼밀볼을 투입하는 단계; 및
상기 볼밀볼이 상기 볼밀 용기의 벽면과 마찰하여 상기 볼밀볼 자체가 회전하여 상기 볼밀볼이 상기 알루미늄-탄소 혼합 분말들에 기계적 전단력을 인가하도록 제1 시간 동안 상기 디스크를 공전시키면서 상기 볼밀 용기를 자전시키는 단계를 포함하고,
상기 디스크의 공전속도에 대한 상기 볼밀 용기의 자전 속도의 비는 임계 각속도 비의 30% 이상 70% 이하이며,
상기 임계 각속도 비는 상기 볼밀볼 중 상기 디스크의 공전축에 가장 가깝게 위치한 볼밀볼에 작용하는 상기 디스크의 공전에 의한 공전 원심력과 상기 볼밀 용기의 자전에 의한 자전 원심력이 동일한 경우에 있어서의 상기 디스크의 공전 각속도에 대한 상기 볼밀 용기의 자전 각속도의 비인 것을 특징으로 하는 알루미늄-탄소 복합재료의 제조 방법. Preparing a mixed powder of aluminum and carbon by bonding a carbon material to aluminum powders;
Preparing mixed aluminum-carbon mixed powders by applying a mechanical shear force to the aluminum-carbon mixed powders; And
And sintering and molding the modified aluminum-carbon mixed powders,
The step of producing the modified aluminum-carbon mixed powders comprises:
Injecting the aluminum-carbon mixed powders and the ball mill balls into a ball mill container rotating in a second direction opposite to the first direction on a disk revolving in a first direction; And
The ball mill ball rubbing against the wall surface of the ball mill to rotate the ball mill ball itself so that the ball mill ball applies a mechanical shear force to the aluminum-carbon mixed powders, , ≪ / RTI >
The ratio of the rotation speed of the ball mill container to the revolution speed of the disk is 30% or more and 70% or less of the critical angular velocity ratio,
Wherein the critical angular velocity ratio is set such that the centrifugal force due to revolution of the disk acting on a ball mill ball located closest to the revolution axis of the disk of the ball mill ball and the centrifugal centrifugal force due to rotation of the ball mill vessel are the same, Wherein the ratio of the rotational angular velocity of the ball mill to the rotational angular velocity of the ball mill is expressed by the following equation. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄-탄소 혼합 분말을 제조하는 단계는,
용매에 탄소 재료를 혼합한 후 초음파 처리하는 단계; 및
상기 초음파 처리된 혼합용액에 알루미늄 분말을 첨가한 후 초음파 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄-탄소 복합재료의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the step of preparing the aluminum-
Mixing the carbon material with the solvent and ultrasonic treatment; And
And adding ultrasonic waves to the ultrasonic wave mixed solution after adding aluminum powder to the ultrasonic wave mixed solution. 제2항에 있어서, 상기 탄소재료는 흑연판, 흑연섬유, 탄소섬유, 탄소나노섬유 및 탄소나노튜브로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄-탄소 복합재료의 제조 방법.The method for producing an aluminum-carbon composite material according to claim 2, wherein the carbon material comprises at least one selected from the group consisting of graphite plate, graphite fiber, carbon fiber, carbon nanofiber and carbon nanotube. 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 분말들은 상기 탄소재료가 상기 알루미늄 분말들의 중량에 대해 0.1 내지 50 wt.% 정도가 되도록 첨가되는 것을 특징으로 하는 알루미늄-탄소 복합재료의 제조 방법. The method for producing an aluminum-carbon composite material according to claim 2, wherein the aluminum powder is added so that the carbon material is about 0.1 to 50 wt.% Based on the weight of the aluminum powder. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 디스크의 공전 속도는 150 rpm 이상 500 rpm 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄-탄소 복합재료의 제조 방법.The method for producing an aluminum-carbon composite material according to claim 1, wherein the revolution speed of the disk is 150 rpm or more and 500 rpm or less. 제1항에 있어서, 상기 변형 알루미늄-탄소 혼합분말들을 소결성형하는 단계는,
상기 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 금형에 충진하는 단계; 및
상기 금형에 충진된 상기 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들에 10MPa 내지 100MPa의 압력을 인가한 상태에서 상기 변형 알루미늄-탄소 혼합 분말들을 500 내지 700℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄-탄소 복합재료의 제조 방법.The method as claimed in claim 1, wherein the sintering and forming the deformed aluminum-
Filling the deformed aluminum-carbon mixed powders into a mold; And
And heating the deformed aluminum-carbon mixed powders to a temperature of 500 to 700 캜 while applying a pressure of 10 MPa to 100 MPa to the deformed aluminum-carbon mixed powders filled in the metal mold. Method for manufacturing carbon composite material. 제1항 내지 제4항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 알루미늄-탄소 복합재료.An aluminum-carbon composite material produced by the method of any one of claims 1 to 4, 7, and 8.
KR1020120024193A 2012-03-09 2012-03-09 Methods of manufacturing aluminium-carbon composites and aluminium-carbon composites manufactured by the methods KR101393424B1 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120024193A KR101393424B1 (en) 2012-03-09 2012-03-09 Methods of manufacturing aluminium-carbon composites and aluminium-carbon composites manufactured by the methods
EP12805555.5A EP2687485A4 (en) 2012-03-09 2012-03-15 Method for producing planar carbon nanoparticles, and method for producing aluminum/carbon composite material using same
PCT/KR2012/001888 WO2013133467A1 (en) 2012-03-09 2012-03-15 Method for producing planar carbon nanoparticles, and method for producing aluminum/carbon composite material using same
CN201280001011.0A CN103562130A (en) 2012-03-09 2012-03-15 Method for producing planar carbon nanoparticles, and method for producing aluminum/carbon composite material using same
JP2014503585A JP5723058B2 (en) 2012-03-09 2012-03-15 Plate-type carbon nanoparticle manufacturing method and aluminum-carbon composite material manufacturing method using the same
US13/647,833 US20130237404A1 (en) 2012-03-09 2012-10-09 Method of producing carbon nanoparticles and method of producing aluminum-carbon composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120024193A KR101393424B1 (en) 2012-03-09 2012-03-09 Methods of manufacturing aluminium-carbon composites and aluminium-carbon composites manufactured by the methods

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130102956A KR20130102956A (en) 2013-09-23
KR101393424B1 true KR101393424B1 (en) 2014-05-12

Family

ID=49452461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120024193A KR101393424B1 (en) 2012-03-09 2012-03-09 Methods of manufacturing aluminium-carbon composites and aluminium-carbon composites manufactured by the methods

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101393424B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115815607A (en) * 2022-12-21 2023-03-21 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 High-efficiency acoustic resonance mixing method for composite high-energy ball milling

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0617179A (en) * 1992-07-02 1994-01-25 Kobe Steel Ltd High strength and high conductive aluminum alloy for brazing and its manufacture
JP2000315254A (en) 1999-04-30 2000-11-14 Ricoh Co Ltd Image filing device, image filing method and recording medium readable by computer in which program to make computer execute the method is recorded
JP2006265686A (en) 2005-03-25 2006-10-05 Nissan Motor Co Ltd Production method of metal/carbon nanotube-compound sintered compact
JP2006328454A (en) * 2005-05-24 2006-12-07 Nissei Plastics Ind Co Method for mixing metal powder and carbon nano material, production method of carbon nano compound metallic material and carbon nano compound metallic material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0617179A (en) * 1992-07-02 1994-01-25 Kobe Steel Ltd High strength and high conductive aluminum alloy for brazing and its manufacture
JP2000315254A (en) 1999-04-30 2000-11-14 Ricoh Co Ltd Image filing device, image filing method and recording medium readable by computer in which program to make computer execute the method is recorded
JP2006265686A (en) 2005-03-25 2006-10-05 Nissan Motor Co Ltd Production method of metal/carbon nanotube-compound sintered compact
JP2006328454A (en) * 2005-05-24 2006-12-07 Nissei Plastics Ind Co Method for mixing metal powder and carbon nano material, production method of carbon nano compound metallic material and carbon nano compound metallic material

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130102956A (en) 2013-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101242529B1 (en) Method of Interface Hardening of Carbon Material Using Nano Silicon Carbarde Coating
CN106893881B (en) A kind of method of zirconium oxide modified graphene enhancing magnesium-based composite material
US20130237404A1 (en) Method of producing carbon nanoparticles and method of producing aluminum-carbon composite material
US10851443B2 (en) Magnesium composite containing physically bonded magnesium particles
KR20110115085A (en) Graphene/metal nanocomposite powder and method of manufacturing thereof
EP1561771B1 (en) Carbon black composite material and method of producing the same, and composite elastomer
JP5723058B2 (en) Plate-type carbon nanoparticle manufacturing method and aluminum-carbon composite material manufacturing method using the same
Irhayyim et al. Effect of nano-TiO 2 particles on mechanical performance of Al-CNT matrix composite
Wang et al. Mechanical properties and friction behaviors of CNT/AlSi 10 Mg composites produced by spark plasma sintering
CN107513651B (en) A kind of preparation method of titanium particle reinforced magnesium base composite material
KR101393424B1 (en) Methods of manufacturing aluminium-carbon composites and aluminium-carbon composites manufactured by the methods
Sadeghi et al. Effect of processing parameters on the microstructural and mechanical properties of aluminum–carbon nanotube composites produced by spark plasma sintering
KR101269451B1 (en) Oxygen atoms-dispersed metal-based composite material and method for manufacturing the same
Ujah et al. Mechanical and oxidation characteristics of Ti20-Al16-V16-Fe16-Ni16-Cr16 high-entropy alloy developed via spark plasma sintering for high-temperature/strength applications
Li et al. Effects of sintering parameters on the microstructure and mechanical properties of carbon nanotubes reinforced aluminum matrix composites
Threrujirapapong et al. Mechanical properties of a titanium matrix composite reinforced with low cost carbon black via powder metallurgy processing
JP2010500477A (en) Mixed powder containing solid solution powder and sintered body using the same, mixed cermet powder containing solid solution powder, cermet using the same, and method for producing them
RU2716930C1 (en) Method of producing aluminum-based nanostructure composite material
JP2016156062A (en) Powder metallurgical iron steel material and method for producing the same
Zhang et al. Effects of SiO2 particles on deformation of mechanically milled water-atomized SUS304L powder compacts
KR101861314B1 (en) An aluminum nanocomposite material having improved strength, a processing material and a method for producing the same.
Zhang et al. Microstructure and Mechanical Property of MXene-Added Ti–6Al–4V Alloy Fabricated by Laser Powder Bed Fusion
KR20140115399A (en) Methods of manufacturing aluminium - fine carbon material composites and high thermal insulating & high strength aluminium - fine carbon material composites manufactured by the methods
CN114682778A (en) Method for preparing titanium-based product based on fine spherical titanium-based powder and titanium-based product
Bendjemil et al. Synthesis of Tic-Based Nanocomposite by Fast-SPS-FCT Technology: Effect Nanostructures Additions on the Structural Properties: Application for Ballistic Protection J Mat Sci Apl Eng, 2 (3), 01-10

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170425

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190429

Year of fee payment: 6