KR102205493B1 - 비철금속 분말의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 극한 조건 하에서의 물성과 특성이 우수하고, 특히 내식성, 내열성 및 내마모성이 우수한 니켈산화물, 지르코늄산화물, 몰리브덴산화물 및 크롬산화물 으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 비철금속 분말의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 칼슘산화물과, 니켈산화물, 지르코늄산화물, 몰리브덴산화물 및 크롬산화물 로 이루어진 군에서 선택된 1종의 비철금속 산화물 각각을 부분적으로 환원시키는 단계; 상기 부분적으로 환원된 칼슘산화물과 비철금속 산화물을 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 상기 제1 혼합물과 칼슘 하이드라이드를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및 상기 제2 혼합물을 완전히 환원시켜 비철금속을 제조하는 단계를 포함한다.

Description

비철금속 분말의 제조 방법{METHOD FOR PREPARING NONFERROUS METAL POWDERR}
본 발명은 극한 조건 하에서의 물성과 특성이 우수하고, 특히 내식성, 내열성 및 내마모성이 우수한 니켈, 지르코늄, 몰리브덴 및 크롬으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 비철금속 분말의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 다단계의 환원 공정을 이용하여 대량 생산 및 비용 절감이 가능한 비철금속 분말의 제조 방법에 관한 것이다.
니켈, 지르코늄, 몰리브덴, 크롬 등의 비철금속 분말은 내식성, 내열성 및 내마모성이 탁월하여 스텐레스강이나 초합금(Superalloy)의 주요 원소 또는 초경합금의 주요성분으로 사용하고 있다. 이러한 금속 재료는 원료가 비쌀 뿐만 아니라 제조 비용도 높은 특징을 가지고 있다.
니켈은 항공기엔진이나 고성능 터빈의 회전체나 비회전체에 니켈기 초합금으로서 적용되고 있으며 극도의 고온 환경에서도 동작하는 주요부품에 사용되고 있다. 또한 도금재료로서도 다수 사용되고 있다. 또한, 전지의 양극재에도 필수적인 소재로 널리 사용되고 있다.
지르코늄은 고온 및 내산화 특성이 우수하여 내식용 밸브, 우주항공부품 및 핵연료의 피복재 등에 사용 되며 고온용 니켈합금의 주요 첨가원소로 사용된다.
몰리브덴은 스텐레스나 초합금의 주요 구성원소로서 고온 내산화 특성을 부여하는 주요 원소이다. 최근에는 반도체제조공정에도 다수 사용 된다. 또한 전지의 양극재에도 필수적인 소재로 널리 사용되고 있다.
크롬은 스텐레스, 니켈기 초합금 및 코발트기 초합금의 주요 성분으로서 사용되면 최근에는 연료전지의 인터코넥트에도 다수 사용되고 있다.
이러한 비철금속들은 각각의 금속 산화물에서 화학적인 방법이나 전기화학적인 방법을 통해 정련함으로서 금속재료로 탄생하게 된다. 하지만, 이러한 화학적 또는 전기화학적 정련기술은 환경문제를 많이 일으키고 공정효율도 높지 않아서 금속소재의 가격을 높이는 큰 원인으로 작용하고 있다.
국제공개특허 WO2014/187867은 광범위한 금속 분말, 금속 합금 분말, 금속간 화합물 분말 및/또는 그것들의 수소화물 분말의 제조방법을 개시하고 있는데, 금속 분말을 금속으로 환원시키기 위해 칼슘 하이드라이드 분말 또는 과립을 사용하거나, 금속 합금 분말을 제조하기 위해 하나 이상의 금속 산화물에 또 하나의 금속의 존재 유무에 상관 없이 칼슘 하이드라이드를 직접 사용하고 있다.
미국특허 제6,264,719호는 소량의 이산화티타늄을 알루미늄 금속 분말들과 반응시킬 때 금속 매트릭스 복합재 분말로서 소량의 알루미늄 산화물로 부유된 티타늄 알루미나를 제조하는 방법을 개시하고 있다.
본 발명에서는 대표적인 비철소재로서 주요산업 분야에 사용되는 이러한 금속소재를 기존의 화학적 또는 전기화학적 정련법에 의하지 않고 제조할 수 있는 새로운 기술을 제공하고자 한다.
본 발명은 저비용으로 우수한 품질의 니켈, 지르코늄, 몰리브덴, 크롬 등의 비철금속 분말을 제조할 수 있고, 쉽게 산업 규모로 확대하여 실시할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제는 a) 칼슘산화물(CaO)과, 니켈산화물, 지르코늄산화물, 몰리브덴산화물 및 크롬산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 비철금속 산화물 각각을 부분적으로 환원시키는 단계; b) 상기 부분적으로 환원된 칼슘산화물과 비철금속 산화물을 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; c) 상기 제1 혼합물과 칼슘 하이드라이드를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및 d) 상기 제2 혼합물을 완전히 환원시켜 비철금속을 제조하는 단계를 포함하는 비철금속 분말의 제조 방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 과제는 칼슘산화물(CaO)과, 니켈산화물, 지르코늄산화물, 몰리브덴산화물 및 크롬산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 비철금속 산화물 중 하나를 부분적으로 환원시키는 단계; b) 상기 부분적으로 환원된 칼슘산화물과 비철금속 산화물 중 하나와, 상기 부분적으로 환원되지 않은 칼슘산화물과 비철금속 산화물 중 다른 하나를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; c) 상기 제1 혼합물과 칼슘 하이드라이드를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및 d) 상기 제2 혼합물을 완전히 환원시켜 비철금속을 제조하는 단계를 포함하는 비철금속 분말의 제조 방법에 의해 달성된다.
바람직하게는, 상기 단계 b) 후, 상기 단계 c) 전에 상기 제1 혼합물을 부분 환원시키는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 a)의 상기 부분적 환원 및 단계 d)의 완전 환원은 1,000℃ 내지 1,500℃의 온도 및 수소분위기 하에서 1 내지 10시간 동안 열처리하여 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 단계 a)의 상기 부분적 환원 및 상기 단계 d)의 완전 환원은 1,000℃ 내지 1,500℃의 온도 및 수소분위기 하에서 1 내지 10시간 동안 열처리하여 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제1 혼합물과 상기 칼슘 하이드라이드의 화학양론적 비는 1:1.1~1.25일 수 있다.
본 발명은 더 많은 응용 분야에서 사용될 수 있는 우수한 품질의 니켈, 지르코늄, 몰리브덴, 크롬 등의 비철금속분말을 제조할 수 있는 저비용의 제조방법을 제공할 수 있다. 본 발명을 통해, 일반 산업용뿐만 아니라 우주 항공, 의료 또는 군수용 용도와 같은 우수한 품질의 니켈, 지르코늄, 몰리브덴, 크롬 등의 비철금속 분말을 요구하는 분야에까지 그 용도를 확장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 니켈 금속 분말의 형상(Morphology)을 보여주는 주사 전자 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 니켈 금속 분말의 물질 상을 보여주는 X 선 회절 패턴이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 지르코늄 금속 분말의 형상(Morphology)을 보여주는 주사 전자 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 지르코늄 금속 분말의 물질 상을 보여주는 X 선 회절 패턴이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 몰리브덴 금속 분말의 형상(Morphology)을 보여주는 주사 전자 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 몰리브덴 금속 분말의 물질 상을 보여주는 X 선 회절 패턴이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한, 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다.
용어 "약"이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다.
본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, "포함하다" 및 "포함하는"이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 니켈, 지르코늄, 몰리브덴 및 크롬으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 비철 금속 분말의 제조 방법은, 다단계의 환원 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 2단계의 환원 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는 다음의 단계들을 포함한다:
a) 칼슘산화물(CaO)과 니켈산화물, 지르코늄산화물, 몰리브덴산화물 및 크롬산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 비철금속 산화물 각각을 부분적으로 환원시키는 단계(제1 환원 단계);
b) 상기 부분적으로 환원된 칼슘산화물(CaO)과 니켈산화물, 지르코늄산화물, 몰리브덴산화물 및 크롬산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 비철금속 산화물을 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계(제1 혼합 단계);
c) 상기 제1 혼합물과 칼슘 하이드라이드를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계(제2 혼합 단계); 및
d) 상기 제2 혼합물을 열처리하여 완전히 환원시켜 비철금속을 제조하는 단계(제2 환원 단계)를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, e) 제조된 비철금속을 분쇄하여 분말화시키는 단계(분말화 단계)를 추가로 포함한다.
이하, 각 단계를 상세히 설명한다.
먼저, 칼슘산화물(CaO)과, 니켈산화물, 지르코늄산화물, 몰리브덴산화물 및 크롬산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 비철금속 산화물 각각을 부분적으로 환원시킨다(제1 환원 단계).
상기 제1 환원 단계는 원료 물질은 칼슘산화물(CaO)과 상기 1종의 비철금속 산화물 각각을 1,000℃ 내지 1,500℃의 온도 및 수소분위기 하에서 1 내지 10시간 동안 열처리하여 실시할 수 있다. 상기 열처리 온도는 바람직하게는 1,100℃ 내지 1,300℃, 보다 바람직하게는, 1,100℃ 내지 1,200℃일 수 있다. 상기 처리 시간은 바람직하게는 2 내지 4시간일 수 있다. 상기 수소분위기는 수소 가스 흐름을 1.5 l/min 이상, 바람직하게는 1.5 l/min 내지 5 l/min일 수 있으며, 이는 열처리 노의 크기와 원료 물질의 양에 따라 달라질 수 있다.
상기 제1 환원 단계는 스테인레스 스틸 재질의 반원형 단면 도가니에 칼슘산화물 또는 상기 1종의 비철금속 산화물을 넣고 노의 열처리 영역에서 가열한다. 상기 열처리 노는 관형 노(tube furnace)가 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 열처리 노는, 제1 환원 단계와 제2 환원 단계를 위해 2개의 분리된 열처리 영역을 가질 수 있다. 바람직하게는 최대 1,500℃의 온도에서 작동하는 환원 반응을 촉진할 수 있는 가스분위기 하에서 작동하는 모든 유형의 가열로가 사용될 수 있다. 상기 열처리 노는 수소, 아르곤 등의 기체를 이용한 작업에 적합해야 한다.
각각의 열처리 영역은 개별적으로 수소 가스 흐름을 형성할 수 있다.
본 단계에서는 열처리를 통해 원료물질인 칼슘산화물과 비철금속 산화물의 산소 함량을 감소시키고 제2 환원 단계에서 용이하게 환원될 수 있는 산화물을 형성할 수 있다.
상기 칼슘산화물 및 비철금속 산화물은 분말 형태인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 환원 단계는 a1) 칼슘산화물 및 상기 1종의 비철금속 산화물 각각을 부분적으로 환원시키는 제1 부분적 환원 단계; 및 a2) 상기 부분적으로 환원된 칼슘 산화물 및 상기 1종의 비철금속 산화물을 혼합한 제1 혼합물을 다시 부분적으로 환원시키는 제2 부분적 환원 단계로 이루어질 수 있다.
상기 제2 부분적 환원 단계는 제1 부분적 환원 단계와 동일한 조건에서 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1 혼합물을 1,000℃ 내지 1,500℃의 온도 및 수소분위기 하에서 1 내지 10시간 동안 열처리하여 실시할 수 있다. 상기 열처리 온도는 바람직하게는 1,100℃ 내지 1,300℃, 보다 바람직하게는, 1,100℃ 내지 1,200℃일 수 있다. 상기 처리 시간은 바람직하게는 2 내지 4시간일 수 있다. 상기 수소분위기는 수소 가스 흐름을 1.5 l/min 이상, 바람직하게는 1.5 l/min 내지 5 l/min일 수 있으며, 이는 열처리 노의 크기와 원료 물질의 양에 따라 달라질 수 있다.
제1 환원 단계를 상기와 같이 2단계로 나누어 실시함으로써, 균일하게 환원되고 혼합된 칼슘 산화물 및 상기 1종의 비철금속 산화물의 혼합물을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 환원 단계에서 칼슘산화물 및 상기 1종의 비철금속 산화물만이 부분적으로 환원될 수도 있다.
다음으로, 상기 부분적으로 환원된 칼슘산화물과 상기 1종의 비철금속 산화물을 혼합하여 제1 혼합물을 제조하고(제1 혼합단계), 상기 제1 혼합물과 칼슘 하이드라이드를 혼합하여 제2 혼합물을 제조한다(제2 혼합 단계).
본 단계에서 상기 제1 혼합물과 칼슘 하이드라이드는 1:1.1~1.25의 화학양론적 비(stoichiometric ratio)로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기에서 칼슘 하이드라이드는 분말 또는 그래뉼 형태를 사용할 수 있고, 입자 크기는 바람직하게는 0.02~2mm 일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 칼슘 하이드라이드는 시판되는 제품을 사용할 수 있지만, 바람직하게는 본 발명에서 사용된 칼슘 하이드라이드는 칼슘 금속 조각(shaving) 또는 칼슘 금속 그래뉼(granule)을 수소 가스 분위기 하에서 550 내지 750℃의 온도로 1 시간 내지 10 시간 동안 가열하여 변환된 칼슘 하이드라이드 조각 또는 그래뉼일 수 있다.
다음으로, 상기 제2 혼합물을 열처리하여 완전히 환원시켜 니켈, 지르코늄, 몰리브덴 및 크롬으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 비철금속을 제조하는 단계(제2 환원 단계)이다.
상기 열처리는 1,000℃ 내지 1,500℃의 온도 및 수소분위기 하에서 1 내지 10시간 동안 실시할 수 있다. 상기 열처리 온도는 바람직하게는 1,100℃ 내지 1,300℃, 보다 바람직하게는, 1,100℃ 내지 1,200℃일 수 있다. 상기 처리 시간은 바람직하게는 2 내지 4시간일 수 있다. 상기 수소분위기는 수소 가스 흐름을 1.5 l/min 이상, 바람직하게는 1.5 l/min 내지 5 l/min일 수 있으며, 이는 열처리 노의 크기와 혼합물의 양에 따라 달라질 수 있다. 제2 환원 단계에서 사용되는 열처리 노는 상기 제1 환원 단계에서 설명한 것과 같다.
본 단계에서는 부분적으로 환원된 칼슘산화물과 상기 1종의 비철금속 산화물의 혼합물과, 환원제인 칼슘 하이드라이드가 수소 분위기 하에서 반응하여 니켈, 지르코늄, 몰리브덴, 크롬 중 하나의 비철금속을 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 비철금속을 회수한다.
마지막으로, e) 회수 단계에서 생성된 분말은 세척 및 건조 단계를 거처 분말화될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 회수된 니켈, 지르코늄, 몰리브덴, 및 크롬 중 하나의 비철금속은 벌크 형태이므로, 세척 및 건조 단계 전에 고에너지 볼 밀링 장치를 사용하여 분쇄시킬 수 있다.
상기 세척 및 건조 단계는 상기 분쇄된 분말을 물과 혼합하여 슬러리 형태로 만들고, 교반하면서 세척할 수 있다. 세척 효과를 증진시키기 위하여 상기 슬러리에 아세트산 등의 용매를 추가할 수 있다.
세척 후 건조 단계에서는 개방형 저온 오븐에서 80~90℃의 온도에서 분말을 건조시킬 수 있다.
본 발명에서 제조된 니켈, 지르코늄, 몰리브덴 및 크롬 중 1종의 비철금속은 분말 형태이며, 입자 크기 분포가 50μm 이하이고, 바람직하게는 10~50μm이다. 잔여 산소 함량은 1.0 중량% 미만이고, 바람직하게는 0.5 중량% 미만이다.
본 발명에서 사용된 "분말"이라는 용어는 입자 크기가 2 mm 이하인 것을 가리킨다.
본 발명에서 사용된 "X50"은 최종 분말의 입자 크기 분포를 나타내는 것으로서, 입자 크기 분포의 중간 직경 또는 중간 값을 나타낸다. 바람직하게는 X50은 입자 크기 분포가 50 μm 이하, 또는 40 μm 이하, 보다 바람직하게는 20 μm 이하를 가리킨다.
이하에서는 실시예를 들어서 본 발명을 자세히 설명하지만, 이들 실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
실시예
본 발명의 실시예에서 사용된 출발 물질은 아래 표 1과 같다.
구분 순도 입자크기 제조사
NiO 분말 99.5% 325 mesh 이하 Ganzhou Wanfeng Advanced Materials Tech. Co. ltd- China
ZrO2분말
99.5% 325 mesh 이하 Ganzhou Wanfeng Advanced Materials Tech. Co. ltd- China
MoO3 분말 99.5% 325 mesh 이하 Ganzhou Wanfeng Advanced Materials Tech. Co. ltd- China
Cr2O3 분말 99.5% 325 mesh 이하 Ganzhou Wanfeng Advanced Materials Tech. Co. ltd- China
CaH2 분말 99% 325 mesh 이하 ㈜NAP
본 발명에서 최종 제조된 니켈, 지르코늄, 몰리브덴 금속 분말을 분석하는데 사용된 장치는 아래 표 2와 같다.
장비명 제조사 및 모델명 비고
X Ray Diffraction Machine Rigaku, DMAX 2200 X선회절시험, 상분석
SEM JEOL, JSM-6380 주사전자현미경, 입자형상분석
NOH분석기 LECO ON736 잔여 산소량 분석
실시예 1: 니켈( Ni ) 분말 제조
순도 99.5%의 칼슘산화물(CaO) 분말 50g을 SUS310S 도가니에 넣고 관형 튜브로내의 균일 온도가 유지되는 열처리 영역에서 2~3 L/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 부분 환원시켰다. 또한, 순도 99.5%의 NiO(산화니켈) 분말 50g을 SUS310S 도가니에 넣고 동일하게 관형 튜브로 내의 균일 온도가 유지되는 열처리 영역에서 2~3 L/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 부분 환원시켰다. 부분 환원된 CaO와 NiO를 혼합하여(제1 혼합물) SUS310S 도가니에 넣고 동일하게 관형 튜브로 내의 균일 온도가 유지되는 열처리 영역에서 2~3 L/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 부분 환원시켰다. 이 제1 혼합물 100g과 칼슘 하이드라이드 분말(입자크기 0.02~2mm) 22.5g을 완전히 혼합하여 제2 혼합물을 제조하였다. 제1 혼합물과 칼슘 하이드라이드의 화학양론적 비는 1:1.1~1.25x이다. 이어서 제2 혼합물을 SUS310S 도가니에 넣고 관형 튜브로의 열처리 영역에서 2~3 l/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 완전히 환원시켰다. 얻어진 벌크 형태의 물질을 볼 밀링 장치에 넣고 분쇄한 후 물 및 아세트산과 혼합하고 교반하면서 세척하였고 80℃에서 완전히 건조시켰다. 상기 표 2의 장치를 이용하여 금속 분말의 물성을 측정하였다. 제조된 분말의 주사 전자 현미경 사진을 도 1에 나타냈다. 또한, 제조된 분말의 물질을 확인하기 위해 X 선 회절 패턴을 측정하여 도 2에 나타내었다. 도 2를 보면, 제조된 분말이 다른 중간상이 전혀 나타나지 않는 순수한 니켈(Ni) 금속임을 확인할 수 있다.
실시예 2: 지르코늄( Zr ) 분말 제조
순도 99.5%의 칼슘산화물(CaO) 분말 50g을 SUS310S 도가니에 넣고 관형 튜브로내의 균일 온도가 유지되는 열처리 영역에서 2~3 L/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 부분 환원시켰다. 또한, 순도 99.5%의 ZrO2(산화지르코늄) 분말 50g을 SUS310S 도가니에 넣고 동일하게 관형 튜브로 내의 균일 온도가 유지되는 열처리 영역에서 2~3 L/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 부분 환원시켰다. 부분 환원된 CaO와 ZrO2를 혼합하여(제1 혼합물) SUS310S 도가니에 넣고 동일하게 관형 튜브로 내의 균일 온도가 유지되는 열처리 영역에서 2~3 L/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 부분 환원시켰다. 이 제1 혼합물 100g과 칼슘 하이드라이드 분말(입자크기 0.02~2mm) 25g을 완전히 혼합하여 제2 혼합물을 제조하였다. 제1 혼합물과 칼슘 하이드라이드의 화학양론적 비는 1:1.1~1.25x이다. 이어서 제2 혼합물을 SUS310S 도가니에 넣고 관형 튜브로의 열처리 영역에서 2~3 l/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 완전히 환원시켰다. 얻어진 벌크 형태의 물질을 볼 밀링 장치에 넣고 분쇄한 후 물 및 아세트산과 혼합하고 교반하면서 세척하였고 80℃에서 완전히 건조시켰다. 상기 표 2의 장치를 이용하여 금속 분말의 물성을 측정하였다. 제조된 분말의 주사 전자 현미경 사진을 도 3에 나타냈다. 또한, 제조된 분말의 물질을 확인하기 위해 X 선 회절 패턴을 측정하여 도 4에 나타내었다. 도 4를 보면, 제조된 분말은 Zr 순금속의 피크가 분명히 나타나 있다. 아울러 2쎄타(2θ)값이 32.5도, 37.5도, 54.5도 65도 지점에서 중간상이 나타나고 있으며, 이들 상은 ZrH2상인 것으로 확인되고 있다. 이들 상은 후처리 공정에서 추가 열처리를 함으로서 제거할 수 있다. 그 외의 다른 중간상은 나타나지 않는 지르코늄(Zr) 금속 분말임을 확인할 수 있다. 또한, 분석 결과, 지르코늄 내의 잔류산소량은 0.28 중량% 미만임을 확인하였다.
실시예 3: 몰리브덴( Mo ) 분말 제조
순도 99.5%의 칼슘산화물(CaO) 분말 50g을 SUS310S 도가니에 넣고 관형 튜브로내의 균일 온도가 유지되는 열처리 영역에서 2~3 L/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 부분 환원시켰다. 또한, 순도 99.5%의 MoO3(삼산화몰리브덴) 분말 50g을 SUS310S 도가니에 넣고 동일하게 관형 튜브로 내의 균일 온도가 유지되는 열처리 영역에서 2~3 L/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 부분 환원시켰다. 부분 환원된 CaO와 MoO3를 혼합하여(제1 혼합물) SUS310S 도가니에 넣고 동일하게 관형 튜브로 내의 균일 온도가 유지되는 열처리 영역에서 2~3 L/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 부분 환원시켰다. 이 제1 혼합물 100g과 칼슘 하이드라이드 분말(입자크기 0.02~2mm) 29g을 완전히 혼합하여 제2 혼합물을 제조하였다. 제1 혼합물과 칼슘 하이드라이드의 화학양론적 비는 1:1.1~1.25x이다. 이어서 제2 혼합물을 SUS310S 도가니에 넣고 관형 튜브로의 열처리 영역에서 2~3 l/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 완전히 환원시켰다. 얻어진 벌크 형태의 물질을 볼 밀링 장치에 넣고 분쇄한 후 물 및 아세트산과 혼합하고 교반하면서 세척하였고 80℃에서 완전히 건조시켰다. 상기 표 2의 장치를 이용하여 금속 분말의 물성을 측정하였다. 제조된 분말의 주사 전자 현미경 사진을 도 5에 나타냈다. 또한, 제조된 분말의 물질을 확인하기 위해 X 선 회절 패턴을 측정하여 도 6에 나타내었다. 도 5를 보면, 제조된 분말이 다른 중간상이 전혀 나타나지 않는 순수한 몰리브덴(Mo)금속임을 확인할 수 있다. 또한, 입자들은 구상에 가까운 형상을 나타내고 있으며 1~10미크론 정도의 입자들이 분산해 있음을 확인할 수 있다. 또한, 분석 결과, 생성된 몰리브덴 금속분말 내의 잔류산소량은 0.172 중량% 미만임을 확인하였다.
실시예 4: 크롬( Cr ) 분말 제조
순도 99.5%의 칼슘산화물(CaO) 분말 50g을 SUS310S 도가니에 넣고 관형 튜브로내의 균일 온도가 유지되는 열처리 영역에서 2~3 L/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 부분 환원시켰다. 또한, 순도 99.5%의 Cr2O3(산화크롬) 분말 50g을 SUS310S 도가니에 넣고 동일하게 관형 튜브로내의 균일 온도가 유지되는 열처리 영역에서 2~3 L/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 부분 환원시켰다. 부분 환원된 CaO와 Cr2O3를 혼합하여(제1 혼합물) SUS310S 도가니에 넣고 동일하게 관형 튜브로 내의 균일 온도가 유지되는 열처리 영역에서 2~3 L/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 부분 환원시켰다. 이 제1 혼합물 100g과 칼슘 하이드라이드 분말(입자크기 0.02~2mm) 28g을 완전히 혼합하여 제2 혼합물을 제조하였다. 제1 혼합물과 칼슘 하이드라이드의 화학양론적 비는 1:1.1~1.25x이다. 이어서 제2 혼합물을 SUS310S 도가니에 넣고 관형 튜브로의 열처리 영역에서 2~3 l/min의 수소 가스 분위기에서 1,100℃에서 2시간 동안 완전히 환원시켰다. 얻어진 벌크 형태의 물질을 볼 밀링 장치에 넣고 분쇄한 후 물 및 아세트산과 혼합하고 교반하면서 세척하였고 80℃에서 완전히 건조시켰다. 또한, 분석 결과, 생성된 크롬 금속분말 내의 잔류 산소량은 0.171 중량% 미만임을 확인하였다.

Claims (7)

  1. a) 칼슘산화물과, 니켈산화물, 지르코늄산화물, 몰리브덴산화물 및 크롬산화물 로 이루어진 군에서 선택된 1종의 비철금속 산화물 각각을 부분적으로 환원시키는 단계;
    b) 상기 부분적으로 환원된 칼슘산화물과 비철금속 산화물을 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
    c) 상기 제1 혼합물과 칼슘 하이드라이드를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및
    d) 상기 제2 혼합물을 완전히 환원시켜 비철금속을 제조하는 단계를 포함하는 비철금속 분말의 제조 방법.
  2. a) 칼슘산화물과, 니켈산화물, 지르코늄산화물, 몰리브덴산화물 및 크롬산화물 로 이루어진 군에서 선택된 1종의 비철금속 산화물 중 하나를 부분적으로 환원시키는 단계;
    b) 상기 부분적으로 환원된 칼슘산화물과 비철금속 산화물 중 하나와, 상기 부분적으로 환원되지 않은 칼슘산화물과 비철금속 산화물 중 다른 하나를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
    c) 상기 제1 혼합물과 칼슘 하이드라이드를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및
    d) 상기 제2 혼합물을 완전히 환원시켜 비철금속을 제조하는 단계를 포함하는 비철금속 분말의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단계 b) 후, 상기 단계 c) 전에 상기 제1 혼합물을 부분 환원시키는 단계를 포함하는, 비철금속 분말의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단계 a)의 상기 부분적 환원 및 상기 단계 d)의 완전 환원은 1,000℃ 내지 1,500℃의 온도 및 수소분위기 하에서 1 내지 10시간 동안 열처리하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 비철금속 분말의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 단계 a)의 상기 부분적 환원 및 상기 단계 d)의 완전 환원은 1,000℃ 내지 1,500℃의 온도 및 수소분위기 하에서 1 내지 10시간 동안 열처리하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 비철금속 분말의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    e) 상기 제조된 비철금속 분말을 분쇄하여 분말화시키는 단계를 추가로 포함하는 비철금속 분말의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 혼합물과 상기 칼슘 하이드라이드의 화학양론적 비는 1:1.1~1.25인 것을 특징으로 하는, 비철금속 분말의 제조 방법.
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