KR101626077B1 - 대형 알루미나 판재 제조를 위한 냉간 정수압 성형용 복합몰드 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 알루미나 과립 분말이 충진되며, 탄성력을 갖는 제1 몰드; 상기 제1 몰드의 외부를 감싸도록 배치되어 제1 몰드를 지지해 주며, 복수의 관통공이 형성된 타공형 제2 몰드;를 포함하며, 상기 제1 몰드는, 알루미나 판재에 대응되는 내용적을 갖는 제1 몰드 몸체와, 상기 제1 몰드 몸체의 일측에 형성되어 알루미나 과립 분말을 투입하기 위한 입구를 포함하고, 상기 제2 몰드는 복수의 타공판이 상호 분리 가능하도록 조립되며, 또한, 상기 제2 몰드는 상기 제1 몰드를 감싸도록 복수의 관통공이 형성된 타공판이 육면체로 상호 조립된 것으로, 상기 제2 몰드의 입구를 통해 상기 제1 몰드가 삽입되고, 이후 상기 제1 몰드의 입구를 밀봉한 후 상기 제2 몰드의 입구가 타공판으로 폐쇄됨으로써, 냉간 정수압 성형공정의 진행시 상기 제2 몰드의 각 타공판을 통해 압력매체가 유입될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 성형용 복합몰드를 제공한다.

Description

대형 알루미나 판재 제조를 위한 냉간 정수압 성형용 복합몰드{CIP complex mold for manufacturing alumina plate}

본 발명은 냉간 정수압(CIP) 성형용 복합몰드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대형 알루미나 판재 제조를 위한 냉간 정수압 성형용 복합몰드에 관한 것이다.

세라믹 분말이나 금속 분말 및 이들의 혼합 분말을 판 형상으로 형성한 성형체는 성형 후, 소성 가공이 실시되어 스퍼터링 표적재나 내마모재로서 이용될 수 있다. 스퍼터링 표적재는 스퍼터링법에 의해 박막 제작의 재료로서 이용할 수 있어, LCD(액정 디스플레이), EL(엘렉트로루미네센스)이나 반도체의 제조 등에서 사용된다.

최근 이들 LCD나 반도체 제품의 대형화에 따라, 성형체의 대형화에 대한 요구가 강해지고 있다.

한편, 세라믹 분말이나 금속 분말 및 이들의 혼합 분말을 판 형상으로 성형하는 방법으로서, 건식 프레스 성형법, 주입 성형법 또는 냉간 정수압 프레스법이 이용되고 있다.

건식 프레스 성형법은 원료 분말에 바인더를 첨가하고, 금형을 이용해서 성형체를 성형하는 방법이며, 주입 성형법은 원료 분말에 바인더를 첨가하여, 슬러리화하고, 주입용 성형 금형에 유입시켜 성형체를 제조하는 방법이다. 이들 성형체(1차 성형체)는 고밀도화를 도모하기 위해서, 더욱 냉간 정수압 프레스를 실시해서 고밀도의 2차 성형체를 제조할 경우도 있다. 예로서, 금속 인듐 및 금속 주석으로 이루어진 합금 표적(IT표적), 또는 산화 인듐과 산화 주석으로 이루어진 복합 산화물 표적(ITO 표적)의 제조를 들 수 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 2참조). 이들 성형방법은 고밀도의 표적을 얻을 수 있지만, 제조 프로세스가 복잡해지는 결점이 있었다. 또한, 고가인 건식 성형용 다이나, 주입용 주형이 필요하고, 대형의 성형체를 제작할 경우에는 성형 금형 비용이 높아지게 되는 결점이 있었다. 게다가, 원료 분말의 조립(造粒)이나 슬러리화가 필요해지므로, 제조비가 높아지는 결점이 있었다.

이러한 제조 방법에 대해서, 특허문헌 3에는 1차 성형 없이 저렴한 고무제 주형에 분말을 충전하고, 냉간 정수압 프레스에서 직접 고압 형성하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 4에서는 고무제 주형의 복원에 의한 성형체의 갈라짐에 관해서, 반발 탄성값이 작은 고무를 이용하여, 성형체의 갈라짐을 방지하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 고무제 주형에의 성형체의 고착에 의한 성형체의 갈라짐에 관해서, 특허문헌 5에는 감압시 대부분 탄성 회복되지 않는 물질을 개재시킴으로써 갈라짐의 해소가 가능한 것이 보고되어 있다.

예컨대, 특허문헌 3에는 1차 성형 없이 저렴한 고무제 주형에 분말을 충전하고, 냉간 정수압 프레스에서 직접 고압 성형하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법으로 성형할 경우, 두꺼운 고무제 주형으로 구성되어 있기 때문에, 가압 시에는 휨 응력이 발생해서 중앙부가 크게 변형된다. 이 때문에, 얻어지는 성형체는 면방향에 있어서의 중앙부의 두께가 단부보다도 얇아져, 형상 정밀도가 나쁜 성형체 밖에 얻어지지 않는다. 또한, 이 방법에서는 가압 성형 후의 감압 과정에서 고무제 주형은 자신의 탄성에 의한 복원력에 의해, 최종적으로 가압 전의 상태로까지 복원되지만, 성형체는 수축한 상태이기 때문에 성형체와 고무제 주형의 고착 등에 의해 성형체의 일부가 벗겨지거나 혹은 성형체가 갈라지는 결점이 있다.

특허문헌 4에는 이 고무제 주형의 복원에 의한 성형체의 갈라짐에 대해서, 반발 탄성값이 작은 고무제 주형을 이용하여, 성형체의 갈라짐을 방지하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법은 분말의 종류(성형체의 강도)에 의해서, 혹은 성형체가 대형화한 경우에는 분말이 고무제 주형에 조금이라도 고착하면 성형체의 탄성 복원에 의해 성형체가 갈라지는 결점이 있다. 따라서, 대형의 강도가 낮은 성형체를 제조할 경우에는 반드시 충분한 대책은 아니다. 또한, 고무제 주형과 접하고 있는 부분은 여전히 형상 정밀도가 나쁜 것이다.

고무제 주형에의 성형체의 고착에 의한 성형체의 갈라짐에 관해서, 특허문헌 5에는 감압시 거의 탄성 회복되지 않는 물질을 개재시킴으로써 갈라짐의 해소를 할 수 있는 것이 보고되어 있다. 그러나, 이 방법에서도 형상 정밀도는 여전히 나쁘고, 원하는 제품 형상으로 마무리하기 위해서 연삭량이 증가하고, 결과적으로 필요로 하는 원료 분말량이 증가하여 제조비가 높아지는 결점이 있다. 또, 연삭량이 증가함으로써 연삭에 필요한 가공 시간도 길어져, 가공비용도 증가하는 결점이 있다. 고가인 원재료를 많이 필요로 하는 제품의 경우, 형상 정밀도가 양호한 성형체를 얻는 것은 비용적으로도 대단히 중요하다.

특허문헌 1: 일본국 공개특허 제2000-144393호 공보 특허문헌 2: 일본국 공개특허 평05-311428호 공보 특허문헌 3: 일본국 공개특허 제2003-003257호 공보 특허문헌 4: 일본국 공개특허 평09-057495호 공보 특허문헌 5: 일본국 공개특허 평06-100903호 공보

본 발명은 냉간 정수압 성형공정을 통해 대형 알루미나 판재의 제조시, 성형압을 충분히 견딜 수 있는 냉간 정수압 성형용 복합몰드를 제공한다.

또한, 본 발명은 공정 진행시 또는 공정 진행 후 성형체의 변형을 최소화할 수 있도록 한 냉간 정수압 성형용 복합몰드를 제공한다.

본 발명의 일 실시예는, 알루미나 과립 분말이 충진되며, 탄성력을 갖는 제1 몰드; 상기 제1 몰드의 외부를 감싸도록 배치되어 제1 몰드를 지지해 주며, 복수의 관통공이 형성된 타공형 제2 몰드;를 포함하며, 상기 제1 몰드는, 알루미나 판재에 대응되는 내용적을 갖는 제1 몰드 몸체와, 상기 제1 몰드 몸체의 일측에 형성되어 알루미나 과립 분말을 투입하기 위한 입구를 포함하고, 상기 제2 몰드는 복수의 타공판이 상호 분리 가능하도록 조립되며, 상기 제2 몰드는 상기 제1 몰드를 감싸도록 복수의 관통공이 형성된 타공판이 육면체로 상호 조립된 것으로, 상기 제2 몰드의 입구를 통해 상기 제1 몰드가 삽입되고, 이후 상기 제1 몰드의 입구를 밀봉한 후 상기 제2 몰드의 입구가 타공판으로 폐쇄됨으로써, 냉간 정수압 성형공정의 진행시 상기 제2 몰드의 각 타공판을 통해 압력매체가 유입될 수 있으며, 또한, 상기 제2 몰드는 4개의 측면에 위치한 타공판 및 상면과 하면의 타공판이 육면체로 상호 조립된 것이며, 상기 제2 몰드의 각 타공판의 테두리에는 이웃하는 타공판과의 연결을 위해 프레임이 형성되고, 상기 각 타공판의 프레임에는 서로 대응되는 위치에 적어도 하나 이상의 체결공이 형성되고, 상기 체결공에 체결부재를 체결함으로써 이웃하는 타공판 간을 서로 연결하며, 냉간 정수압 성형공정이 완료된 후 육면체 형상으로 조립된 상기 제2 몰드를 해체할 수 있는 것을 특징으로 하는, 냉간 정수압 성형용 복합몰드를 제공한다.

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일 실시예에 있어서, 상기 제1 몰드 몸체의 일측에는 진공포트가 형성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 몰드는 라텍스 재질로 형성될 수 있다.

삭제

삭제

삭제

일 실시예에 있어서, 상기 제2 몰드는 스틸 재질로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 대형 알루미나 판재 성형은 알루미나 과립 분말이 충진된 라텍스 재질의 제1 몰드와, 제1 몰드의 외부에 제1 몰드를 감싸도록 배치된 금속 재질의 제2 몰드로 구성된 복합몰드를 이용하여 제조된다. 즉, 금속 재질의 제2 몰드가 고순도 알루미나 과립 분말이 충진된 제1 몰드를 견고하게 지지한 상태에서 냉간 정수압 성형공정 중 성형체가 조밀하고 균일한 성형이 되도록 하였으며, 소결공정을 통해 알루미나 고유의 성질을 가지면서 고밀도, 고강도, 내플라즈마성이 우수하고, 결함(Crack, Spot, Pore)이 없는 대형 알루미나 판재를 제조할 수 있도록 한다.

예컨대, 본 발명에 의한 냉간 정수압 성형공정을 가능케 하는 복합몰드를 이용하면, 대형 알루미나 판재 개발에 성공할 수 있고, 이에 따라 알루미나(Al₂O₃) 소재를 이용하는 여러 분야에 적용이 가능하며, 예컨대 다양한 형태의 대형 알루미나 판재, 반도체, LCD 및 OLED 제조장비에 사용되고 있는 플라즈마 챔버(Plasma Chamber)와 같은 에칭장비나 박막 증착장비에 적용 가능하다.

즉, 현재 반도체 및 LCD, OLED 및 AMOLED 장비의 대형화 추세에 따라 알루미나(Al₂O₃) 판재 제품 역시 대형의 크기를 요구하고, 수요자의 요구(Needs) 및 납기를 맞추기 위해서는 기존의 생산 방식(slip casting)으로는 한계가 있으나, 본 발명의 냉간 정수압 성형용 복합몰드를 이용하게 되면 대형 알루미나(Al₂O₃) 판재를 생산할 수 있으며, 복합몰드를 이용한 냉간 정수압 성형공정으로 대형 Al₂O₃ 판재를 생산할 수 있는 기술력과 가격경쟁력을 강점으로 국내외 반도체 및 LCD, OLED 및 AMOLED 장비업체의 요구를 충분히 만족시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 의한 복합몰드의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 복합몰드의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 복합몰드가 냉간 접수압 성형장치에 투입된 사용 상태도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

이하에서는, 본 발명에 의한 대형 알루미나 판재 제조를 위한 냉간 정수압 성형용 복합몰드의 실시예를 설명한다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 일 실시예에 의한 복합몰드(10)는, 내측에 배치되는 제1 몰드(100)와, 제1 몰드(100)의 외측에 배치되는 제2 몰드(200)를 포함한다.

제1 몰드(100)는 제조하고자 하는 알루미나 판재의 길이, 너비 및 두께와 대응되는 내용적을 갖도록 제1 몰드 몸체(110)를 구비한다.

제1 몰드 몸체(110)는 제조하기 위한 판재의 형상에 대응되도록 대략 육면체로 형성될 수 있으며, 냉간 정수압 성형공정 진행시 성형체에 가해지는 압력에 대응하여 충분한 탄성 및 인장강도를 갖는 라텍스 재질로 제작될 수 있다.

제1 몰드 몸체(110)의 상단에는 알루미나 과립 분말을 충진하거나, 성형 완료된 판재를 꺼내기 위한 입구(120)가 형성된다.

제1 몰드 몸체(110)의 일부분에는 적어도 하나 이상의 진공포트(130)가 형성될 수 있다. 진공포트(130)는 도시하지 않은 진공호스를 매개로 진공펌프와 연결되어 냉간 정수압 성형공정을 진행하기 전에 제1 몰드(100) 내를 진공상태로 형성하기 위한 것이다.

제2 몰드(200)는 제1 몰드(100)의 외부를 전체적으로 감쌀 수 있는 형상, 예컨대 육면체로 형성되며, 적어도 제1 몰드(100)의 체적보다 넓은 체적을 갖는다. 제2 몰드(200)는 냉간 정수압 성형공정 진행시 제1 몰드(100)를 견고하게 지지할 수 있도록 충분한 강도를 갖는 재질, 예컨대 스틸 재질로 제작될 수 있다.

제2 몰드(200)는 제1 몰드(100)를 감싸도록 복수의 관통공이 형성된 타공판(210)이 육면체로 상호 조립될 수 있다. 각 타공판(210)의 테두리에는 다른 타공판과의 연결을 위해 프레임(211)이 형성된다. 각 타공판(210)의 프레임(211)에는 서로 대응되는 위치에 적어도 하나 이상의 체결공이 형성되고, 스크류 등의 체결부재(212)를 체결공에 체결함으로써 이웃하는 타공판 간을 서로 연결할 수 있다.

특히, 제2 몰드(200)는 조립 및 분리가 가능하기 때문에 냉간 정수압 성형공정이 완료된 후 제2 몰드(200)를 해체하게 되면 제1 몰드(100)에 성형된 알루미나 판재의 분리가 용이해진다.

이와 같이 구성된 복합몰드를 이용하여 냉간 정수압 성형공정을 진행하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

제2 몰드(200)의 각 타공판(210)을 조립하여 육면체 형상으로 조립하고, 제2 몰드(200)의 입구를 통해 라텍스 재질의 제1 몰드(100)를 삽입한다.

그 후, 제1 몰드(100)의 입구(120)를 통해 설정된 배합비로 혼합된 알루미나 과립 분말을 투입하여 제1 몰드(100)의 내부에 설정된 양의 알루미나 과립 분말을 충진시킨다.

제1 몰드(200)의 입구를 밀봉하고, 더불어 제2 몰드(200)의 입구(220) 또한 또다른 타공판으로 폐쇄한 후, 냉간 정수압 성형공정을 실시한다. 정수압 가압성형은 밀폐된 용기 중에 정지하고 있는 유체의 일부에 가해진 압력은 유체의 모든 부분에 수직으로 작용한다는 파스칼의 원리를 응용한 것이다.

냉간 정수압 성형공정의 진행시, 제2 몰드(200)의 각 타공판을 통해 압력매체가 유입되어 제1 몰드(100)에 충진된 알루미나 과립 분말에 설정 압력을 가하게 된다. 압력 매체로는 물, 글리세린, 기름 등의 액체가 사용될 수 있다.

예컨대, 냉간 정수압 성형장치에 넣어 압력을 균일하게 제공한다. 이때, 조직도에 급격한 충격 및 변형이 가해지지 않도록 30~60분의 성형압력 유지시간 동안 1000~1500bar의 압력을 가하는 것이 바람직하며, 몰드의 두께와 성형밀도, 기공률에 따라 압력을 조절하면서 소성을 완료한다.

이때, 압력이 높으면 가압 시간은 적어지는 등 제조하고자 하는 세라믹 필터의 용도 및 제원에 따라 조절할 수 있으나, 압력이 1000bar 미만이면 추가 가압 시간과 상관없이 변형, 갈라짐 및 부서짐 현상이 발생하며, 1500bar를 초과하면 성형밀도가 높아서 제품의 핸들링에는 용이하지만 이후의 공정인 소결 공정 진행시 탈바인딩 과정에서 제품이 파괴될 수 있다. 또한, 압력 조건 내에서 상술한 가압 시간이 30분 미만이면 충분한 소성결과 및 조직도를 얻을 수 없으며, 가압 시간이 60분을 초과하면 부서짐 및 불균일한 조직도를 얻을 수 있게 된다.

충분한 시간 동안 압력을 가하여 알루미나 판재의 소성이 완료되면, 제2 몰드(200)를 해체하고, 소성 완료된 알루미나 판재를 제1 몰드(100)로부터 분리함으로써 안정적이고 조밀한 대형 알루미나 판재의 제조가 완료된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10; 복합몰드
100; 제1 몰드 110; 제1 몰드 몸체
120; 입구 130; 진공포트
200; 제2 몰드 210; 타공판
211; 프레임부 212; 체결부재
220; 입구
20; 압력용기
30; 지지부재

Claims (8)

1. 알루미나 과립 분말이 충진되며, 탄성력을 갖는 제1 몰드;
   상기 제1 몰드의 외부를 감싸도록 배치되어 제1 몰드를 지지해 주며, 복수의 관통공이 형성된 타공형 제2 몰드;
   를 포함하며,
   상기 제1 몰드는, 알루미나 판재에 대응되는 내용적을 갖는 제1 몰드 몸체와, 상기 제1 몰드 몸체의 일측에 형성되어 알루미나 과립 분말을 투입하기 위한 입구를 포함하고,
   상기 제2 몰드는 복수의 타공판이 상호 분리 가능하도록 조립되며,
   상기 제2 몰드는 상기 제1 몰드를 감싸도록 복수의 관통공이 형성된 타공판이 육면체로 상호 조립된 것으로, 상기 제2 몰드의 입구를 통해 상기 제1 몰드가 삽입되고, 이후 상기 제1 몰드의 입구를 밀봉한 후 상기 제2 몰드의 입구가 타공판으로 폐쇄됨으로써, 냉간 정수압 성형공정의 진행시 상기 제2 몰드의 각 타공판을 통해 압력매체가 유입될 수 있으며,
   또한, 상기 제2 몰드는 4개의 측면에 위치한 타공판 및 상면과 하면의 타공판이 육면체로 상호 조립된 것이며,
   상기 제2 몰드의 각 타공판의 테두리에는 이웃하는 타공판과의 연결을 위해 프레임이 형성되고, 상기 각 타공판의 프레임에는 서로 대응되는 위치에 적어도 하나 이상의 체결공이 형성되고, 상기 체결공에 체결부재를 체결함으로써 이웃하는 타공판 간을 서로 연결하며,
   냉간 정수압 성형공정이 완료된 후 육면체 형상으로 조립된 상기 제2 몰드를 해체할 수 있는 것을 특징으로 하는, 냉간 정수압 성형용 복합몰드.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 몰드 몸체의 일측에는 진공포트가 형성되는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 성형용 복합몰드.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 몰드는 라텍스 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 성형용 복합몰드.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 제2 몰드는 스틸 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉간 정수압 성형용 복합몰드.
   

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