KR102655617B1 - 그래핀 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

그래핀 코팅 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102655617B1
KR102655617B1 KR1020210119107A KR20210119107A KR102655617B1 KR 102655617 B1 KR102655617 B1 KR 102655617B1 KR 1020210119107 A KR1020210119107 A KR 1020210119107A KR 20210119107 A KR20210119107 A KR 20210119107A KR 102655617 B1 KR102655617 B1 KR 102655617B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphene
metal material
graphene coating
chamber
coating
Prior art date
Application number
KR1020210119107A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230036360A (ko
Inventor
임기현
이재형
이재상
Original Assignee
엔디티엔지니어링(주)
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 엔디티엔지니어링(주) filed Critical 엔디티엔지니어링(주)
Priority to KR1020210119107A priority Critical patent/KR102655617B1/ko
Priority to KR1020230002708A priority patent/KR20230036549A/ko
Publication of KR20230036360A publication Critical patent/KR20230036360A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102655617B1 publication Critical patent/KR102655617B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04Impact or kinetic deposition of particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/14Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
    • B05B7/1404Arrangements for supplying particulate material
    • B05B7/1468Arrangements for supplying particulate material the means for supplying particulate material comprising a recirculation loop
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B1/00Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C1/00Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/16Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes
    • B21C1/20Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes from stock of essentially unlimited length
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/007Hydrostatic extrusion
    • B21C23/008Continuous extrusion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/22Making metal-coated products; Making products from two or more metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C3/00Profiling tools for metal drawing; Combinations of dies and mandrels
    • B21C3/02Dies; Selection of material therefor; Cleaning thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/06Compressing powdered coating material, e.g. by milling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23GCLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G3/00Apparatus for cleaning or pickling metallic material
    • C23G3/02Apparatus for cleaning or pickling metallic material for cleaning wires, strips, filaments continuously
    • C23G3/023Apparatus for cleaning or pickling metallic material for cleaning wires, strips, filaments continuously by spraying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B1/00Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • B21B2001/383Cladded or coated products

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

금속재 표면에 그래핀을 코팅할 수 있는 그래핀 코팅 장치 및 방법에 관한 것으로, 그래핀을 저장 및 교반하는 그래핀 저장부, 금속재를 고압으로 세척하는 고압 세척부, 그리고 상기 세척된 금속재 표면에 상기 그래핀을 코팅하는 그래핀 코팅 챔버부를 포함하고, 상기 그래핀 코팅 챔버부는, 무산소 분위기를 갖는 외부 챔버, 상기 외부 챔버 내에 배치되어 무산소 분위기에서 상기 금속재 표면에 그래핀을 코팅시키는 내부 챔버, 상기 그래핀 저장부와 상기 내부 챔버 사이에 연결되어 상기 그래핀 저장부로부터 상기 내부 챔버로 공급되는 그래핀의 이동 경로를 제공하는 그래핀 공급 라인, 상기 그래핀 공급 라인을 통해 상기 그래핀을 상기 내부 챔버로 이송시키는 그래핀 공급 펌프, 상기 내부 챔버로부터 상기 그래핀 저장부로 회수되는 그래핀의 이동 경로를 제공하는 그래핀 회수 라인, 그리고 상기 그래핀 회수 라인을 통해 상기 그래핀을 상기 그래핀 저장부로 이송시키는 그래핀 회수 펌프를 포함할 수 있다.

Description

그래핀 코팅 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COATING GRAPHENE}
본 발명은 그래핀 코팅 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속재 표면에 그래핀을 코팅할 수 있는 그래핀 코팅 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 그래핀(graphene)은, 탄소 원자가 육각형 격자로 정렬된 2차원 탄소 단일층으로서, 주목할 만한 전기적, 화학적 및 기계적 특성을 지닌 유망한 신규 나노 소재로서 각광받고 있다.
구체적으로, 그래핀은 탄소 원자층이 육각형의 격자점 평면에 꽉 들어찬 2 차원 탄소 원자면 구조를 가지고 있으며, 그래핀은 인장강도가 강철보다 약 311배 더 강하고, 전자 이동도는 실리콘보다 1,000배 더 빠르며, 열전도도는 구리보다 10배 이상 우수하고, 빛의 98%를 통과시킬 정도로 투명하며, 휘거나 늘려도 특성이 유지되는 성질을 가지고 있다.
이러한, 특성으로 인하여 나노소재, 잉크, 배리어 소재, 방열소재, 초경량 소재, 에너지 전극 소재, 차세대 반도체, 투명전극 등에 널리 활용될 수 있다.
이와 같은, 특성을 갖는 그래핀을 금속 재료에 코팅하게 되면 금속 재료의 표면에 내식성, 방열성, 전도성, 밀착성, 강도 및 가공성 등을 확보하여 다양한 분야로 금속 재료를 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
하지만, 기존의 그래핀 코팅 방식은, 금속 제품에 그래핀을 코팅하기 위한 코팅 설비 장비가 고가이고, 코팅 공정이 복잡하므로, 그래핀이 코팅된 금속 제품 가격이 상승하는 문제가 있었다.
또한, 기존의 그래핀 코팅 방식은, 금속 제품 표면 위에 얇게 그래핀이 코팅되므로 그래핀 코팅이 균일하지 못하고 장시간 코팅 유지가 어려운 문제가 있었다.
따라서, 향후, 간단한 코팅 방식으로 금속재 표면에 일정 깊이로 그래핀을 균일하고 빠르게 코팅할 수 있는 저가의 그래핀 코팅 장치의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2014-0092447호(2014년 07월 24일)
본 발명의 일실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정 상에 그래핀 코팅 챔버를 배치하여 세척된 금속재 표면에 무산소 분위기에서 그래핀을 코팅함으로써, 간단한 코팅 방식으로 금속재 표면에 일정 깊이로 그래핀을 균일하고 빠르게 코팅할 수 있는 저가의 그래핀 코팅 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 의한 그래핀 코팅 장치는, 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정 상에 배치되는 그래핀 코팅 장치로서, 그래핀을 저장 및 교반하는 그래핀 저장부, 금속재를 고압으로 세척하는 고압 세척부, 그리고 상기 세척된 금속재 표면에 상기 그래핀을 코팅하는 그래핀 코팅 챔버부를 포함하고, 상기 그래핀 코팅 챔버부는, 무산소 분위기를 갖는 외부 챔버, 상기 외부 챔버 내에 배치되어 무산소 분위기에서 상기 금속재 표면에 그래핀을 코팅시키는 내부 챔버, 상기 그래핀 저장부와 상기 내부 챔버 사이에 연결되어 상기 그래핀 저장부로부터 상기 내부 챔버로 공급되는 그래핀의 이동 경로를 제공하는 그래핀 공급 라인, 상기 그래핀 공급 라인을 통해 상기 그래핀을 상기 내부 챔버로 이송시키는 그래핀 공급 펌프, 상기 내부 챔버로부터 상기 그래핀 저장부로 회수되는 그래핀의 이동 경로를 제공하는 그래핀 회수 라인, 그리고 상기 그래핀 회수 라인을 통해 상기 그래핀을 상기 그래핀 저장부로 이송시키는 그래핀 회수 펌프를 포함할 수 있다.
그래핀 코팅 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 그래핀 저장부는, 상기 그래핀을 저장하는 그래핀 탱크, 그리고 상기 그래핀을 교반하는 교반기를 포함할 수 있다.
그래핀 코팅 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 고압 세척부는, 상기 금속재 표면에 고압의 세척수를 분사하는 세척 노즐, 상기 세척 노즐에 연결되어 상기 세척 노즐로 공급되는 세척수의 이동 경로를 제공하는 세척수 공급 라인, 그리고 상기 세척수 공급 라인을 통해 상기 세척수를 상기 세척 노즐로 이송시키는 세척수 공급 펌프를 포함할 수 있다.
그래핀 코팅 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 고압 세척부는, 상기 그래핀 코팅 챔버부의 전단에 위치하여 상기 그래핀 코팅 챔버부 방향으로 이동하는 금속재 표면에 고압의 세척수를 분사할 수 있다.
그래핀 코팅 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 그래핀 코팅 챔버부는, 상기 세척된 금속재가 상기 외부 챔버의 내부 공간을 거쳐 상기 내부 챔버의 내부 공간으로 이송시키고, 상기 내부 챔버의 내부 공간에서 그래핀이 코팅된 금속재가 상기 외부 챔버의 내부 공간을 거쳐 외부로 이송시킬 수 있다.
그래핀 코팅 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 그래핀 코팅 챔버부는, 상기 금속재를 압연하는 압연 공정 상에 배치될 때, 제1 압연 롤러와 제2 압연 롤러 사이에 배치되고, 상기 제1 압연 롤러는, 소정 온도의 열이 인가된 금속재를 1차 가압하여 상기 그래핀 코팅 챔버부 방향으로 이동시키고, 상기 제2 압연 롤러는, 상기 그래핀 코팅 챔버부에서 그래핀이 코팅된 금속재를 2차 가압하여 다음 공정으로 이동시킬 수 있다.
그래핀 코팅 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 그래핀 코팅 챔버부는, 상기 금속재를 압출하는 압출 공정 상에 배치될 때, 압출기와 압출 다이스 사이에 배치되고, 상기 압출기는, 소정 온도의 열이 인가된 금속재를 압출하여 상기 그래핀 코팅 챔버부 방향으로 이동시키고, 상기 압출 다이스는, 상기 그래핀 코팅 챔버부에서 그래핀이 코팅된 금속재를 압출하여 다음 공정으로 이동시킬 수 있다.
그래핀 코팅 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 그래핀 코팅 챔버부는, 상기 금속재를 인발하는 인발 공정 상에 배치될 때, 가열기와 인발 다이스 사이에 배치되고, 상기 가열기는, 언코일러(uncoiler)로부터 상기 그래핀 코팅 챔버부 방향으로 이동하는 금속재를 가열시키고, 상기 인발 다이스는, 상기 그래핀 코팅 챔버부에서 그래핀이 코팅된 금속재를 인발하여 리코일러(recoiler)로 이동시킬 수 있다.
그래핀 코팅 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 그래핀 저장부, 고압 세척부 및 그래핀 코팅 챔버부를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정 상에서, 상기 금속재가 세척 구간에 진입하면 상기 금속재를 고압으로 세척하도록 상기 고압 세척부를 제어하고, 상기 세척된 금속재가 무산소 분위기의 그래핀 코팅 챔버부 내로 이송되면 상기 그래핀을 투입하여 상기 금속재 표면에 상기 그래핀을 코팅하도록 상기 그래핀 코팅 챔버부를 제어할 수 있다.
그래핀 코팅 장치의 대안적인 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 그래핀 코팅 챔버부를 제어할 때, 상기 금속재의 그래핀 코팅 순서, 상기 금속재의 그래핀 코팅 면적 및 상기 금속재의 그래핀 코팅 온도 중 적어도 어느 하나를 기초로 상기 그래핀의 공급량을 결정하고, 상기 결정한 그래핀의 공급량에 따라 상기 그래핀을 투입하도록 상기 그래핀 코팅 챔버부를 제어할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 그래핀 코팅 방법은, 그래핀 저장부, 고압 세척부 및 그래핀 코팅 챔버부를 제어하는 제어부를 포함하고 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정 상에 배치되는 그래핀 코팅 장치의 그래핀 코팅 방법으로서, 상기 제어부가 상기 금속재가 세척 구간에 진입하는지를 확인하는 단계, 상기 제어부가 상기 금속재가 세척 구간에 진입하면 상기 금속재를 고압으로 세척하도록 상기 고압 세척부를 제어하는 단계, 상기 제어부가 상기 세척된 금속재가 상기 그래핀 코팅 챔버부 내로 이송되는지를 확인하는 단계, 상기 제어부가 상기 세척된 금속재가 상기 그래핀 코팅 챔버부 내로 이송되면 그래핀을 투입하여 무산소 분위기에서 상기 금속재 표면에 상기 그래핀을 코팅하도록 상기 그래핀 코팅 챔버부를 제어하는 단계, 및 상기 제어부가 상기 금속재 표면에 그래핀 코팅이 완료되면 상기 그래핀 코팅 챔버부 내에 잔류된 그래핀을 상기 그래핀 저장부로 회수시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 그래핀 코팅 장치 및 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정 상에 그래핀 코팅 챔버를 배치하여 세척된 금속재 표면에 무산소 분위기에서 그래핀을 코팅함으로써, 간단한 코팅 방식으로 금속재 표면에 일정 깊이로 그래핀을 균일하고 빠르게 코팅할 수 있는 저가의 그래핀 코팅 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 금속재의 그래핀 코팅 순서, 금속재의 그래핀 코팅 면적 및 금속재의 그래핀 코팅 온도에 따라 그래핀의 공급량을 조절함으로써, 그래핀을 효율적으로 사용하여 그래핀 소모량을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은, 금속재의 그래핀 코팅이 완료되면 그래핀 코팅 챔버 내의 그래핀을 회수하여 재사용함으로써, 그래핀 낭비를 줄여 그래핀 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은, 금속재 표면에 일정 깊이로 그래핀을 균일하게 코팅할 수 있으므로, 금속재의 표면 경도 및 표면 강도가 강화되고, 금속재의 열전도성이 증강하며, 금속재의 고경도 및 고강도로 내마모성이 강화되고, 그래핀의 화학적 변형 불가에 따른 표면 코팅에 의한 내부식성 강화되며, 그래핀의 윤활작용에 의한 금속재 표면 미끄럼이 증대될 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은, 본 발명에 따른 그래핀 코팅 장치를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 그래핀 코팅 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은, 압연 공정 상에 배치되는 그래핀 코팅 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는, 압출 공정 상에 배치되는 그래핀 코팅 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는, 인발 공정 상에 배치되는 그래핀 코팅 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은, 본 발명에 따른 그래핀 코팅 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함을 고려하여 부여되는 것으로서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
나아가, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
도 1은, 본 발명에 따른 그래핀 코팅 장치를 설명하기 위한 블록구성도이고, 도 2는, 본 발명에 따른 그래핀 코팅 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 그래핀 코팅 장치는, 그래핀(110)을 저장 및 교반하는 그래핀 저장부(100), 금속재(500)를 고압으로 세척하는 고압 세척부(200), 그리고 세척된 금속재(500) 표면에 그래핀(110)을 코팅하는 그래핀 코팅 챔버부(300)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 그래핀 코팅 장치는, 그래핀 저장부(100), 고압 세척부(200) 및 그래핀 코팅 챔버부(300)를 제어하는 제어부(400)를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 그래핀 저장부(100)는, 그래핀(110)을 저장하는 그래핀 탱크와, 그래핀(110)을 교반하는 교반기를 포함할 수 있다.
일 예로, 그래핀(110)은, 액상, 분말상, 분산액 상태로 저장될 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지는 않는다.
그리고, 고압 세척부(200)는, 금속재(500) 표면에 고압의 세척수를 분사하는 세척 노즐(210), 세척 노즐(210)에 연결되어 세척 노즐(210)로 공급되는 세척수의 이동 경로를 제공하는 세척수 공급 라인(220), 그리고 세척수 공급 라인(220)을 통해 세척수를 세척 노즐(210)로 이송시키는 세척수 공급 펌프(230)를 포함할 수 있다.
고압 세척부(200)는, 그래핀 코팅 챔버부(300)의 전단에 위치하여 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동하는 금속재(500) 표면에 고압의 세척수를 분사할 수 있다.
즉, 금속재(500)는, 그래핀 코팅 전에 세척되어 표면의 이물질 등이 제거됨으로써, 그래핀 코팅 효율을 높일 수 있다.
여기서, 금속재(500)는, 탄소강, 스테인레스 강을 포함하는 철금속, 알루미늄, 마그네슘 합금, 티타늄 합금을 포함하는 비철금속 중 적어도 어느 하나로 이루어지고, 판재, 환봉, 선재 및 파이프 중 적어도 어느 한 형상을 가질 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지는 않는다.
일 예로, 고압 세척부(200)는, 금속재(500)를 압연하는 압연 공정 상에 배치될 때, 소정 온도의 열이 인가된 금속재(500)가 압연 롤러에 의해 가압되어 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동하는 금속재(500) 표면에 고압의 세척수를 분사할 수 있다.
다른 예로, 고압 세척부(200)는, 금속재(500)를 압출하는 압출 공정 상에 배치될 때, 소정 온도의 열이 인가된 금속재(500)가 압출되어 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동하는 금속재(500) 표면에 고압의 세척수를 분사할 수도 있다.
또 다른 예로, 고압 세척부(200)는, 금속재(500)를 인발하는 인발 공정 상에 배치될 때, 언코일러(uncoiler)로부터 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동하는 금속재(500) 표면에 고압의 세척수를 분사할 수도 있다.
다음, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 무산소 분위기를 갖는 외부 챔버(310), 외부 챔버(310) 내에 배치되어 무산소 분위기에서 금속재(500) 표면에 그래핀(110)을 코팅시키는 내부 챔버(320), 그래핀 저장부(100)와 내부 챔버(320) 사이에 연결되어 그래핀 저장부(310)로부터 내부 챔버(320)로 공급되는 그래핀(110)의 이동 경로를 제공하는 그래핀 공급 라인(330), 그래핀 공급 라인(330)을 통해 그래핀(110)을 내부 챔버(320)로 이송시키는 그래핀 공급 펌프(340), 내부 챔버(320)로부터 그래핀 저장부(100)로 회수되는 그래핀(110)의 이동 경로를 제공하는 그래핀 회수 라인(350), 그리고 그래핀 회수 라인(350)을 통해 그래핀(110)을 그래핀 저장부(100)로 이송시키는 그래핀 회수 펌프(360)를 포함할 수 있다.
여기서, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 세척된 금속재(500)를 외부 챔버(310)의 내부 공간을 거쳐 내부 챔버(320)의 내부 공간으로 이송시키고, 내부 챔버(320)의 내부 공간에서 그래핀이 코팅된 금속재(500)를 외부 챔버(310)의 내부 공간을 거쳐 외부로 이송시킬 수 있다.
즉, 금속재(500)가 무산소 분위기의 외부 챔버(310)를 거쳐 내부 챔버(320)로 이송되거나 또는 그래핀이 코팅된 금속재(500)가 무산소 분위기의 외부 챔버(310)를 거쳐 외부로 이송될 경우, 그래핀 투입 전후에 금속재(500)의 산화 반응을 방지할 수 있다.
또한, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 세척된 금속재(500)가 외부 챔버(310)의 내부 공간으로 진입하도록 외부 챔버(310) 일측에 제1 진입구를 배치하고, 금속재(500)가 외부 챔버(310)의 내부 공간을 거쳐 내부 챔버(320)의 내부 공간으로 진입하도록 내부 챔버(320) 일측에 제2 진입구를 배치하며, 내부 챔버(320)의 내부 공간에서 그래핀이 코팅된 금속재(500)가 외부 챔버(310)의 내부 공간으로 진출하도록 내부 챔버(320) 타측에 제1 진출구를 배치하고, 금속재(500)가 외부 챔버(310)의 내부 공간을 거쳐 외부로 진출하도록 외부 챔버(310) 타측에 제2 진출구를 배치할 수 있다.
여기서, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 제1 진입구, 제2 진입구, 제1 진출구, 제2 진출구가 동일한 일직선상에 위치하도록 배치할 수 있다.
그리고, 제어부(400)는, 그래핀 코팅 챔버부(300)를 제어할 수 있는데, 제어부(400)는, 내부 챔버(320)에 공급되는 그래핀(110)의 공급량을 조절하도록 그래핀 공급 펌프(340)를 제어할 수 있다.
여기서, 제어부(400)는, 금속재(500)의 그래핀 코팅 순서, 금속재(500)의 그래핀 코팅 면적 및 금속재(500)의 그래핀 코팅 온도 중 적어도 어느 하나를 기초로 내부 챔버(320)에 공급되는 그래핀(110)의 공급량을 결정하고, 결정한 그래핀(110)의 공급량에 따라 그래핀 공급 펌프(340)를 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(400)는, 금속재(500)의 그래핀 코팅 온도가 높을 경우, 금속재(500)의 그래핀 코팅율이 증가되므로 그래핀(110)의 공급량을 증가시키고, 금속재(500)의 그래핀 코팅 온도가 낮을 경우, 금속재(500)의 그래핀 코팅율이 감소되므로 그래핀(110)의 공급량을 감소시킬 수 있다.
다른 일 예로, 제어부(400)는, 금속재(500)의 그래핀 코팅 면적이 넓을 경우, 그래핀(110)의 공급량을 증가시키고, 금속재(500)의 그래핀 코팅 면적이 좁을 경우, 그래핀(110)의 공급량을 감소시킬 수 있다.
또 다른 일 예로, 제어부(400)는, 여러 번의 그래핀 코팅 과정에서, 금속재(500)의 그래핀 코팅 순서가 빠를수록 금속재(500)의 그래핀 코팅율이 증가되므로 그래핀(110)의 공급량을 증가시키고, 금속재(500)의 그래핀 코팅 순서가 늦을수록 금속재(500)의 그래핀 코팅율이 감소되므로 그래핀(110)의 공급량을 감소시킬 수 있다.
이처럼, 본 발명은, 금속재의 그래핀 코팅 순서, 그래핀 코팅 면적 및 그래핀 코팅 온도에 따라 그래핀의 공급량을 조절함으로써, 그래핀을 효율적으로 사용하여 그래핀 소모량을 최소화할 수 있다.
그리고, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재(500)를 압연하는 압연 공정 상에 배치될 때, 제1 압연 롤러와 제2 압연 롤러 사이에 배치되고, 제1 압연 롤러는, 소정 온도의 열이 인가된 금속재(500)를 1차 가압하여 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동시키고, 제2 압연 롤러는, 그래핀 코팅 챔버부(300)에서 그래핀이 코팅된 금속재(500)를 2차 가압하여 다음 공정으로 이동시킬 수 있다.
경우에 따라, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재(500)를 압출하는 압출 공정 상에 배치될 때, 압출기와 압출 다이스 사이에 배치되고, 압출기는, 소정 온도의 열이 인가된 금속재(500)를 압출하여 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동시키고, 압출 다이스는, 그래핀 코팅 챔버부(300)에서 그래핀이 코팅된 금속재(500)를 압출하여 다음 공정으로 이동시킬 수 있다.
다른 경우로서, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재(500)를 인발하는 인발 공정 상에 배치될 때, 가열기와 인발 다이스 사이에 배치되고, 가열기는, 언코일러(uncoiler)로부터 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동하는 금속재(500)를 가열시키고, 인발 다이스는, 그래핀 코팅 챔버부(300)에서 그래핀이 코팅된 금속재(500)를 인발하여 리코일러(recoiler)로 이동시킬 수 있다.
이처럼, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정으로서, 금속재를 압연하는 압연 공정, 금속재를 압출하는 압출 공정, 금속재를 인발하는 인발 공정 상에 각각 배치될 수 있다.
여기서, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재를 압연하는 압연 공정에서 하나 또는 다수 개가 배치될 수 있고, 금속재를 압출하는 압출 공정에서도 하나 또는 다수 개가 배치될 수 있으며, 금속재를 인발하는 인발 공정에서도 하나 또는 다수 개가 배치될 수 있다.
일 예로, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재(500)를 압연하는 압연 공정 상에 배치될 때, 조압연 공정과 중간/사상압연 공정 사이, 중간/사상압연 공정과 피니싱 블럭(finishing block) 공정 사이 중 적어도 어느 한 공정 사이에 배치될 수 있다.
다른 일 예로, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재(500)를 압출하는 압출 공정 상에 배치될 때, 압출기와 압출 다이스 사이, 압출 다이스와 풀 롤러(pull roller) 사이 중 어느 한 공정 사이에 배치될 수도 있다.
또 다른 일 예로, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재(500)를 인발하는 인발 공정 상에 배치될 때, 언코일러(uncoiler)와 인발 다이스 사이, 인발 다이스와 리코일러(recoiler) 사이 중 어느 한 공정 사이에 배치될 수도 있다.
그리고, 금속재(500)는, 탄소강, 스테인레스 강을 포함하는 철금속, 알루미늄, 마그네슘 합금, 티타늄 합금을 포함하는 비철금속 중 적어도 어느 하나로 이루어지고, 판재, 환봉, 선재 및 파이프 중 적어도 어느 한 형상을 가질 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 그래핀(110)은, 액상, 분말상, 분산액 중 어느 한 상태로 그래핀 코팅 챔버부(300)에 투입될 수 있는데, 이는 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지는 않는다.
이어, 제어부(400)는, 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정 상에서, 금속재(500)가 세척 구간에 진입하면 금속재(500)를 고압으로 세척하도록 고압 세척부(200)를 제어하고, 세척된 금속재(500)가 무산소 분위기의 그래핀 코팅 챔버부(300) 내로 이송되면 그래핀(110)을 투입하여 금속재(500) 표면에 그래핀(110)을 코팅하도록 그래핀 코팅 챔버부(300)를 제어할 수 있다.
여기서, 제어부(400)는, 금속재(500)가 세척 구간에 진입하면 금속재(500)를 고압으로 세척하도록 고압 세척부(200)를 제어함과 동시에 무산소 분위기를 가지면서 그래핀(110)이 투입되도록 그래핀 코팅 챔버부(300)를 제어할 수 있다.
경우에 따라, 제어부(400)는, 금속재(500)가 세척 구간에 진입하면 금속재(500)를 고압으로 세척하도록 고압 세척부(200)를 제어함과 동시에 무산소 분위기를 가지도록 그래핀 코팅 챔버부(300)를 제어하고, 금속재(500)의 고압 세척이 완료되면 그래핀(110)을 투입하도록 그래핀 코팅 챔버부(300)를 제어할 수도 있다.
다른 경우로서, 제어부(400)는, 금속재(500)의 고압 세척이 완료되면 무산소 분위기를 가지면서 그래핀(110)이 투입되도록 그래핀 코팅 챔버부(300)를 제어할 수도 있다.
또 다른 경우로서, 제어부(400)는, 금속재(500)의 고압 세척이 완료되면 무산소 분위기를 가지도록 그래핀 코팅 챔버부(300)를 제어하고, 금속재(500)가 그래핀 코팅 챔버부(300) 내로 진입하면 그래핀(110)이 투입되도록 그래핀 코팅 챔버부(300)를 제어할 수 있다.
이어, 제어부(400)는, 그래핀 코팅 챔버부(300)를 제어할 때, 금속재의 그래핀 코팅 순서, 금속재의 그래핀 코팅 면적 및 금속재의 그래핀 코팅 온도 중 적어도 어느 하나를 기초로 그래핀의 공급량을 결정하고, 결정한 그래핀의 공급량에 따라 그래핀을 투입하도록 그래핀 코팅 챔버부(300)를 제어할 수 있다.
여기서, 제어부(400)는, 금속재의 그래핀 코팅 온도가 높을수록 그래핀의 공급량을 증가시킬 수 있다.
또한, 제어부(400)는, 금속재의 그래핀 코팅 면적이 넓을수록 그래핀의 공급량을 증가시킬 수도 있다.
또한, 제어부(400)는, 금속재의 그래핀 코팅 순서가 빠를수록 그래핀의 공급량을 증가시킬 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은, 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정 상에 그래핀 코팅 챔버를 배치하여 세척된 금속재 표면에 무산소 분위기에서 그래핀을 코팅함으로써, 간단한 코팅 방식으로 금속재 표면에 일정 깊이로 그래핀을 균일하고 빠르게 코팅할 수 있는 저가의 그래핀 코팅 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 금속재의 그래핀 코팅 순서, 금속재의 그래핀 코팅 면적 및 금속재의 그래핀 코팅 온도에 따라 그래핀의 공급량을 조절함으로써, 그래핀을 효율적으로 사용하여 그래핀 소모량을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은, 금속재의 그래핀 코팅이 완료되면 그래핀 코팅 챔버 내의 그래핀을 회수하여 재사용함으로써, 그래핀 낭비를 줄여 그래핀 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은, 금속재 표면에 일정 깊이로 그래핀을 균일하게 코팅할 수 있으므로, 금속재의 표면 경도 및 표면 강도가 강화되고, 금속재의 열전도성이 증강하며, 금속재의 고경도 및 고강도로 내마모성이 강화되고, 그래핀의 화학적 변형 불가에 따른 표면 코팅에 의한 내부식성 강화되며, 그래핀의 윤활작용에 의한 금속재 표면 미끄럼이 증대될 수 있다.
도 3은, 압연 공정 상에 배치되는 그래핀 코팅 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 그래핀 코팅 장치는, 열과 압력이 발생하는 압연 공정 상에 배치될 수 있다.
고압 세척부(200)는, 그래핀 코팅 챔버부(300)의 전단에 위치하여 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동하는 금속재(500) 표면에 고압의 세척수를 분사할 수 있다.
그 이유는, 금속재(500)를 그래핀 코팅 전에 세척하여 금속재 표면의 이물질 등을 제거할 경우, 그래핀 코팅 효율을 높일 수 있기 때문이다.
여기서, 고압 세척부(200)는, 소정 온도의 열이 인가된 금속재(500)가 제1 압연 롤러(610)에 의해 가압되어 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동하는 금속재(500) 표면에 고압의 세척수를 분사할 수 있다.
그리고, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 제1 압연 롤러(610)와 제2 압연 롤러(620) 사이에 배치될 수 있다.
여기서, 제1 압연 롤러(610)는, 소정 온도의 열이 인가된 금속재(500)를 1차 가압하여 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동시키고, 제2 압연 롤러(620)는, 그래핀 코팅 챔버부(300)에서 그래핀이 코팅된 금속재(500)를 2차 가압하여 다음 공정으로 이동시킬 수 있다.
또한, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재를 압연하는 압연 공정에서 하나 또는 다수 개가 배치될 수 있다.
일 예로, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재를 압연하는 압연 공정에서, 조압연 공정과 중간/사상압연 공정 사이, 중간/사상압연 공정과 피니싱 블럭(finishing block) 공정 사이 중 적어도 어느 한 공정 사이에 배치될 수 있다.
이처럼, 본 발명은, 압연 공정에 의해 고온의 열이 발생하는 금속재에 그래핀을 코팅하고 압연 롤러를 통해 그래핀이 코팅된 금속재를 가압함으로써, 그래핀이 금속재의 표면 내에 일정 깊이로 균일하고 안정적으로 코팅될 수 있다.
도 4는, 압출 공정 상에 배치되는 그래핀 코팅 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 그래핀 코팅 장치는, 열과 압력이 발생하는 압출 공정 상에 배치될 수 있다.
고압 세척부(200)는, 그래핀 코팅 챔버부(300)의 전단에 위치하여 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동하는 금속재(500) 표면에 고압의 세척수를 분사할 수 있다.
그 이유는, 금속재(500)를 그래핀 코팅 전에 세척하여 금속재 표면의 이물질 등을 제거할 경우, 그래핀 코팅 효율을 높일 수 있기 때문이다.
여기서, 고압 세척부(200)는, 소정 온도의 열이 인가된 금속재(500)가 압출되어 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동하는 금속재(500) 표면에 고압의 세척수를 분사할 수 있다.
그리고, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 압출기(710)와 압출 다이스(720) 사이에 배치될 수 있다.
여기서, 압출기(710)는, 소정 온도의 열이 인가된 금속재(500)를 압출하여 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동시키고, 압출 다이스(720)는, 그래핀 코팅 챔버부(300)에서 그래핀이 코팅된 금속재(500)를 압출하여 다음 공정으로 이동시킬 수 있다.
또한, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재를 압출하는 압출 공정에서 하나 또는 다수 개가 배치될 수 있다.
일 예로, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재를 압출하는 압출 공정에서, 압출기(710)와 압출 다이스(720) 사이, 압출 다이스(720)와 풀 롤러(pull roller)(미도시) 사이 중 어느 한 공정 사이에 배치될 수 있다.
이처럼, 본 발명은, 압출 공정에 의해 고온의 열이 발생하는 금속재에 그래핀을 코팅하고 압출 다이스를 통해 그래핀이 코팅된 금속재를 가압함으로써, 그래핀이 금속재의 표면 내에 일정 깊이로 균일하고 안정적으로 코팅될 수 있다.
도 5는, 인발 공정 상에 배치되는 그래핀 코팅 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 그래핀 코팅 장치는, 열과 압력이 발생하는 인발 공정 상에 배치될 수 있다.
고압 세척부(200)는, 그래핀 코팅 챔버부(300)의 전단에 위치하여 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동하는 금속재(500) 표면에 고압의 세척수를 분사할 수 있다.
그 이유는, 금속재(500)를 그래핀 코팅 전에 세척하여 금속재 표면의 이물질 등을 제거할 경우, 그래핀 코팅 효율을 높일 수 있기 때문이다.
여기서, 고압 세척부(200)는, 언코일러(uncoiler)(830)로부터 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동하는 금속재(500) 표면에 고압의 세척수를 분사할 수 있다.
그리고, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 가열기(810)와 인발 다이스(820) 사이에 배치될 수 있다.
여기서, 가열기(810)는, 언코일러(uncoiler)(830)로부터 그래핀 코팅 챔버부(300) 방향으로 이동하는 금속재(500)를 가열시키고, 인발 다이스(820)는, 그래핀 코팅 챔버부(300)에서 그래핀이 코팅된 금속재(500)를 인발하여 리코일러(recoiler)(840)로 이동시킬 수 있다.
또한, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재를 인발하는 인발 공정에서 하나 또는 다수 개가 배치될 수 있다.
일 예로, 그래핀 코팅 챔버부(300)는, 금속재를 인발하는 인발 공정에서, 언코일러(uncoiler)(830)와 인발 다이스(820) 사이, 인발 다이스(820)와 리코일러(recoiler)(840) 사이 중 어느 한 공정 사이에 배치될 수 있다.
이처럼, 본 발명은, 인발 공정에 의해 고온의 열을 인가한 금속재에 그래핀을 코팅하고 인발 다이스를 통해 그래핀이 코팅된 금속재를 가압함으로써, 그래핀이 금속재의 표면 내에 일정 깊이로 균일하고 안정적으로 코팅될 수 있다.
도 6은, 본 발명에 따른 그래핀 코팅 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어부는, 금속재가 세척 구간에 진입하는지를 확인할 수 있다(S10).
이어, 제어부는, 금속재가 세척 구간에 진입하면 금속재를 고압으로 세척하도록 고압 세척부를 제어할 수 있다(S20).
여기서, 제어부는, 금속재가 세척 구간에 진입하면 금속재를 고압으로 세척하도록 고압 세척부를 제어함과 동시에 무산소 분위기를 가지면서 그래핀이 투입되도록 그래핀 코팅 챔버부를 제어할 수 있다.
경우에 따라, 제어부는, 금속재가 세척 구간에 진입하면 금속재를 고압으로 세척하도록 고압 세척부를 제어함과 동시에 무산소 분위기를 가지도록 그래핀 코팅 챔버부를 제어하고, 금속재의 고압 세척이 완료되면 그래핀을 투입하도록 그래핀 코팅 챔버부를 제어할 수도 있다.
다른 경우로서, 제어부는, 금속재의 고압 세척이 완료되면 무산소 분위기를 가지면서 그래핀이 투입되도록 그래핀 코팅 챔버부를 제어할 수도 있다.
또 다른 경우로서, 제어부는, 금속재의 고압 세척이 완료되면 무산소 분위기를 가지도록 그래핀 코팅 챔버부를 제어하고, 금속재가 그래핀 코팅 챔버부 내로 진입하면 그래핀이 투입되도록 그래핀 코팅 챔버부를 제어할 수도 있다.
그리고, 제어부는, 세척된 금속재가 그래핀 코팅 챔버부 내로 이송되는지를 확인할 수 있다(S30).
다음, 제어부는, 세척된 금속재가 그래핀 코팅 챔버부 내로 이송되면 그래핀을 투입하여 무산소 분위기에서 금속재 표면에 그래핀을 코팅하도록 그래핀 코팅 챔버부를 제어할 수 있다(S40).
여기서, 제어부는, 금속재의 그래핀 코팅 순서, 금속재의 그래핀 코팅 면적 및 금속재의 그래핀 코팅 온도 중 적어도 어느 하나를 기초로 그래핀의 공급량을 결정하고, 결정한 그래핀의 공급량에 따라 그래핀을 투입하도록 그래핀 코팅 챔버부를 제어할 수 있다.
이어, 제어부는, 금속재 표면에 그래핀 코팅이 완료되는지를 확인할 수 있다(S50).
그리고, 제어부는, 금속재 표면에 그래핀 코팅이 완료되면 그래핀 코팅 챔버부 내에 잔류된 그래핀을 그래핀 저장부로 회수시킬 수 있다(S60).
다음, 제어부는, 그래핀 코팅 종료 요청이 수신되는지를 확인하고(S70), 그래핀 코팅 종료 요청이 수신되면 그래핀 코팅 과정을 종료할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정 상에 그래핀 코팅 챔버를 배치하여 세척된 금속재 표면에 무산소 분위기에서 그래핀을 코팅함으로써, 간단한 코팅 방식으로 금속재 표면에 일정 깊이로 그래핀을 균일하고 빠르게 코팅할 수 있는 저가의 그래핀 코팅 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은, 금속재의 그래핀 코팅 순서, 금속재의 그래핀 코팅 면적 및 금속재의 그래핀 코팅 온도에 따라 그래핀의 공급량을 조절함으로써, 그래핀을 효율적으로 사용하여 그래핀 소모량을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은, 금속재의 그래핀 코팅이 완료되면 그래핀 코팅 챔버 내의 그래핀을 회수하여 재사용함으로써, 그래핀 낭비를 줄여 그래핀 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은, 금속재 표면에 일정 깊이로 그래핀을 균일하게 코팅할 수 있으므로, 금속재의 표면 경도 및 표면 강도가 강화되고, 금속재의 열전도성이 증강하며, 금속재의 고경도 및 고강도로 내마모성이 강화되고, 그래핀의 화학적 변형 불가에 따른 표면 코팅에 의한 내부식성 강화되며, 그래핀의 윤활작용에 의한 금속재 표면 미끄럼이 증대될 수 있다.
이상에서 본 발명들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 그래핀 저장부
200: 고압 세척부
210: 세척 노즐
220: 세척수 공급 라인
230: 세척수 공급 펌프
300: 그래핀 코팅 챔버부
310: 외부 챔버
320: 내부 챔버
330: 그래핀 공급 라인
340: 그래핀 공급 펌프
350: 그래핀 회수 라인
360: 그래핀 회수 펌프
400: 제어부
500: 금속재

Claims (10)

  1. 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정 상에 배치되는 그래핀 코팅 장치에 있어서,
    그래핀을 저장 및 교반하는 그래핀 저장부;
    금속재를 고압으로 세척하는 고압 세척부; 그리고,
    상기 세척된 금속재 표면에 상기 그래핀을 코팅하는 그래핀 코팅 챔버부를 포함하고,
    상기 그래핀 코팅 챔버부는,
    무산소 분위기를 갖는 외부 챔버;
    상기 외부 챔버 내에 배치되어 무산소 분위기에서 상기 금속재 표면에 그래핀을 코팅시키는 내부 챔버;
    상기 그래핀 저장부와 상기 내부 챔버 사이에 연결되어 상기 그래핀 저장부로부터 상기 내부 챔버로 공급되는 그래핀의 이동 경로를 제공하는 그래핀 공급 라인;
    상기 그래핀 공급 라인을 통해 상기 그래핀을 상기 내부 챔버로 이송시키는 그래핀 공급 펌프;
    상기 내부 챔버로부터 상기 그래핀 저장부로 회수되는 그래핀의 이동 경로를 제공하는 그래핀 회수 라인;
    상기 그래핀 회수 라인을 통해 상기 그래핀을 상기 그래핀 저장부로 이송시키는 그래핀 회수 펌프; 및
    상기 그래핀 저장부, 고압 세척부 및 그래핀 코팅 챔버부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정 상에서, 상기 금속재가 세척 구간에 진입하면 상기 금속재를 고압으로 세척하도록 상기 고압 세척부를 제어하고, 상기 세척된 금속재가 무산소 분위기의 그래핀 코팅 챔버부 내로 이송되면 상기 그래핀을 투입하여 상기 금속재 표면에 상기 그래핀을 코팅하도록 상기 그래핀 코팅 챔버부를 제어하며,
    상기 제어부는, 상기 그래핀 코팅 챔버부를 제어할 때, 상기 금속재의 그래핀 코팅 순서, 상기 금속재의 그래핀 코팅 면적 및 상기 금속재의 그래핀 코팅 온도를 모두 기초로 하여 상기 그래핀의 공급량을 결정하고, 상기 결정한 그래핀의 공급량에 따라 상기 그래핀을 투입하도록 상기 그래핀 코팅 챔버부를 제어하되,
    상기 제어부는,
    상기 금속재의 그래핀 코팅 온도가 높을 경우 상기 그래핀의 공급량을 증가시키고, 상기 금속재의 그래핀 코팅 온도가 낮을 경우, 상기 그래핀의 공급량을 감소시키며,
    상기 금속재의 그래핀 코팅 면적이 넓을 경우 상기 그래핀의 공급량을 증가시키고, 상기 금속재의 그래핀 코팅 면적이 좁을 경우 상기 그래핀의 공급량을 감소시키며,
    여러 번의 그래핀 코팅 과정에서, 상기 금속재의 그래핀 코팅 순서가 빠를수록 상기 그래핀의 공급량을 증가시키고, 상기 금속재의 그래핀 코팅 순서가 늦을수록 상기 그래핀의 공급량을 감소시키며,
    상기 그래핀 코팅은 여러 번의 과정으로 실시되고, 여러 번의 그래핀 코팅과정에서 상대적으로 빨리 실시되는 과정에 대해서는 상기 그래핀 코팅 순서가 빠른 것을 의미하고, 여러 번의 그래핀 코팅과정에서 상대적으로 늦게 실시되는 과정에 대해 상기 그래핀 코팅 순서가 늦은 것을 의미하며,
    상기 그래핀 코팅 챔버부는,
    상기 금속재를 압출하는 압출 공정 상에 배치될 때, 압출기와 압출 다이스 사이에 배치되고,
    상기 압출기는,
    소정 온도의 열이 인가된 금속재를 압출하여 상기 그래핀 코팅 챔버부 방향으로 이동시키고,
    상기 압출 다이스는,
    상기 그래핀 코팅 챔버부에서 그래핀이 코팅된 금속재를 압출하여 다음 공정으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 그래핀 코팅 장치.
  2. 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정 상에 배치되는 그래핀 코팅 장치에 있어서,
    그래핀을 저장 및 교반하는 그래핀 저장부;
    금속재를 고압으로 세척하는 고압 세척부; 그리고,
    상기 세척된 금속재 표면에 상기 그래핀을 코팅하는 그래핀 코팅 챔버부를 포함하고,
    상기 그래핀 코팅 챔버부는,
    무산소 분위기를 갖는 외부 챔버;
    상기 외부 챔버 내에 배치되어 무산소 분위기에서 상기 금속재 표면에 그래핀을 코팅시키는 내부 챔버;
    상기 그래핀 저장부와 상기 내부 챔버 사이에 연결되어 상기 그래핀 저장부로부터 상기 내부 챔버로 공급되는 그래핀의 이동 경로를 제공하는 그래핀 공급 라인;
    상기 그래핀 공급 라인을 통해 상기 그래핀을 상기 내부 챔버로 이송시키는 그래핀 공급 펌프;
    상기 내부 챔버로부터 상기 그래핀 저장부로 회수되는 그래핀의 이동 경로를 제공하는 그래핀 회수 라인;
    상기 그래핀 회수 라인을 통해 상기 그래핀을 상기 그래핀 저장부로 이송시키는 그래핀 회수 펌프; 및
    상기 그래핀 저장부, 고압 세척부 및 그래핀 코팅 챔버부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 열과 압력이 발생하는 금속재 제조 공정 상에서, 상기 금속재가 세척 구간에 진입하면 상기 금속재를 고압으로 세척하도록 상기 고압 세척부를 제어하고, 상기 세척된 금속재가 무산소 분위기의 그래핀 코팅 챔버부 내로 이송되면 상기 그래핀을 투입하여 상기 금속재 표면에 상기 그래핀을 코팅하도록 상기 그래핀 코팅 챔버부를 제어하며,
    상기 제어부는, 상기 그래핀 코팅 챔버부를 제어할 때, 상기 금속재의 그래핀 코팅 순서, 상기 금속재의 그래핀 코팅 면적 및 상기 금속재의 그래핀 코팅 온도를 모두 기초로 하여 상기 그래핀의 공급량을 결정하고, 상기 결정한 그래핀의 공급량에 따라 상기 그래핀을 투입하도록 상기 그래핀 코팅 챔버부를 제어하되,
    상기 제어부는,
    상기 금속재의 그래핀 코팅 온도가 높을 경우 상기 그래핀의 공급량을 증가시키고, 상기 금속재의 그래핀 코팅 온도가 낮을 경우, 상기 그래핀의 공급량을 감소시키며,
    상기 금속재의 그래핀 코팅 면적이 넓을 경우 상기 그래핀의 공급량을 증가시키고, 상기 금속재의 그래핀 코팅 면적이 좁을 경우 상기 그래핀의 공급량을 감소시키며,
    여러 번의 그래핀 코팅 과정에서, 상기 금속재의 그래핀 코팅 순서가 빠를수록 상기 그래핀의 공급량을 증가시키고, 상기 금속재의 그래핀 코팅 순서가 늦을수록 상기 그래핀의 공급량을 감소시키며,
    상기 그래핀 코팅은 여러 번의 과정으로 실시되고, 여러 번의 그래핀 코팅과정에서 상대적으로 빨리 실시되는 과정에 대해서는 상기 그래핀 코팅 순서가 빠른 것을 의미하고, 여러 번의 그래핀 코팅과정에서 상대적으로 늦게 실시되는 과정에 대해 상기 그래핀 코팅 순서가 늦은 것을 의미하며,
    상기 그래핀 코팅 챔버부는,
    상기 금속재를 인발하는 인발 공정 상에 배치될 때, 가열기와 인발 다이스 사이에 배치되고,
    상기 가열기는,
    언코일러(uncoiler)로부터 상기 그래핀 코팅 챔버부 방향으로 이동하는 금속재를 가열시키고,
    상기 인발 다이스는,
    상기 그래핀 코팅 챔버부에서 그래핀이 코팅된 금속재를 인발하여 리코일러(recoiler)로 이동시키는 것을 특징으로 하는 그래핀 코팅 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고압 세척부는,
    상기 금속재 표면에 고압의 세척수를 분사하는 세척 노즐;
    상기 세척 노즐에 연결되어 상기 세척 노즐로 공급되는 세척수의 이동 경로를 제공하는 세척수 공급 라인; 그리고,
    상기 세척수 공급 라인을 통해 상기 세척수를 상기 세척 노즐로 이송시키는 세척수 공급 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 코팅 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고압 세척부는,
    상기 그래핀 코팅 챔버부의 전단에 위치하여 상기 그래핀 코팅 챔버부 방향으로 이동하는 금속재 표면에 고압의 세척수를 분사하는 것을 특징으로 하는 그래핀 코팅 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 그래핀 코팅 챔버부는,
    상기 세척된 금속재가 상기 외부 챔버의 내부 공간을 거쳐 상기 내부 챔버의 내부 공간으로 이송시키고,
    상기 내부 챔버의 내부 공간에서 그래핀이 코팅된 금속재가 상기 외부 챔버의 내부 공간을 거쳐 외부로 이송시키는 것을 특징으로 하는 그래핀 코팅 장치.

  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020210119107A 2021-09-07 2021-09-07 그래핀 코팅 장치 및 방법 KR102655617B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210119107A KR102655617B1 (ko) 2021-09-07 2021-09-07 그래핀 코팅 장치 및 방법
KR1020230002708A KR20230036549A (ko) 2021-09-07 2023-01-09 그래핀 코팅 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210119107A KR102655617B1 (ko) 2021-09-07 2021-09-07 그래핀 코팅 장치 및 방법

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230002708A Division KR20230036549A (ko) 2021-09-07 2023-01-09 그래핀 코팅 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230036360A KR20230036360A (ko) 2023-03-14
KR102655617B1 true KR102655617B1 (ko) 2024-04-08

Family

ID=85502463

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210119107A KR102655617B1 (ko) 2021-09-07 2021-09-07 그래핀 코팅 장치 및 방법
KR1020230002708A KR20230036549A (ko) 2021-09-07 2023-01-09 그래핀 코팅 장치 및 방법

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230002708A KR20230036549A (ko) 2021-09-07 2023-01-09 그래핀 코팅 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (2) KR102655617B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017082331A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 長春石油化學股▲分▼有限公司 放熱銅箔およびグラフェン複合材

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101065271B1 (ko) * 2009-04-30 2011-09-20 주식회사 펨빅스 고상파우더 코팅장치
KR20140092447A (ko) 2012-12-28 2014-07-24 주식회사 포스코 그래핀―금속 화합물의 코팅 방법
DE102018215100A1 (de) * 2018-05-28 2019-11-28 Sms Group Gmbh Vakuumbeschichtungsanlage, und Verfahren zum Beschichten eines bandförmigen Materials
KR102655394B1 (ko) * 2019-04-02 2024-04-09 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치의 제조 장치 및 표시 장치의 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017082331A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 長春石油化學股▲分▼有限公司 放熱銅箔およびグラフェン複合材

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230036360A (ko) 2023-03-14
KR20230036549A (ko) 2023-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kwon et al. Fabrication of a super-hydrophobic surface on metal using laser ablation and electrodeposition
Ma et al. Low temperature plasma sintering of silver nanoparticles
KR102655617B1 (ko) 그래핀 코팅 장치 및 방법
Yang et al. Advances in constructing silver nanowire-based conductive pathways for flexible and stretchable electronics
US6685988B2 (en) Kinetic sprayed electrical contacts on conductive substrates
Niu et al. Spray deposition process to fabricate Cu2O superhydrophobic surfaces on brass mesh for efficient oil-water separation
BE1001539A3 (nl) Metaalvezels verkregen door gebundeld trekken.
JP3180660B2 (ja) 長尺金属管内面めっき方法
WO2016155452A1 (zh) 具有金属纳米粒子镀层的多孔金属箔制品及其制备方法
Akin et al. Selective Surface Metallization of 3D-Printed Polymers by Cold-Spray-Assisted Electroless Deposition
Takeda et al. Effects of pressure on the cleaning action of cathode spot in low vacuum
Wee et al. Multiple-layer laser direct writing metal deposition in electrolyte solution
CN1732283B (zh) 制备涂覆的金属线的方法
DE102012109524A1 (de) Heißauftragssystem
Meirowitz Coating processes and techniques for smart textiles
EP1979106B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen plasmabehandlung von materialen, insbesondere zur entzunderung eines metallstrangs
Patil et al. Effect of lubrication technique in tube drawing
TWI472424B (zh) A metal material, a surface treatment method of a metal material, a method of manufacturing a water repellent material using a metal material as a substrate, and a manufacturing apparatus for a metal material
Takeda Dry cleaning of metal surfaces by a vacuum arc
WO2011066824A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum elektrischen kontaktieren von behandlungsgut in galvanisieranlagen
EP2468422B1 (en) Method for producing a polymer coated copper-zinc alloy structure with improved adherence
KR101747704B1 (ko) 릴투릴 도금라인장치
JP6532550B2 (ja) 第2の金属から作製されたシース層を有する、第1の金属から作製されたワイヤを製造する方法
JP4267492B2 (ja) しごき成型性に優れたインナーワックスを含有する塗装金属帯
RU2305716C2 (ru) Способ вакуумно-дуговой обработки длинномерных изделий

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant