KR20080027767A - 복합 재료 - Google Patents

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KR20080027767A
KR20080027767A KR1020077028522A KR20077028522A KR20080027767A KR 20080027767 A KR20080027767 A KR 20080027767A KR 1020077028522 A KR1020077028522 A KR 1020077028522A KR 20077028522 A KR20077028522 A KR 20077028522A KR 20080027767 A KR20080027767 A KR 20080027767A
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composite material
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hard
additive
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KR1020077028522A
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스티븐 지. 칼드웰
제임스 제이. 오크스
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티디와이 인더스트리스, 인코포레이티드
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Abstract

본원의 특정 비-제한적 구체예는 재료 고안 접근을 통해 구체적 응용들을 목표로 하는, 다음을 포함하는 복합 재료 군을 포함한다; 1) 경질 미립자; 2) 담체 또는 결합제 상; 및 3) 특성 개선 및/또는 경도 조절을 위한 하나 이상의 첨가제. 특정 구체예에 따르면, 복합 재료는 가요성 등각 쉬트; 단단하고 가공가능한 몰드된 예비성형체; 및 압출성 퍼티(extrudable putty) 중 하나 일 수도 있다. 복합재료의 제조 방법 또한 개시된다.

Description

복합 재료{COMPOSITE MATERIALS}
배경기술
기술분야
본원의 특정 비-제한적인 구체예들은 다음 재료들을 포함하는, 재료 고안 접근을 통하여 특정 응용을 목적으로 하는 복합 재료군을 포함한다: 1) 경질 미립자; 2) 담체 또는 결합제 상; 및 3) 특성 개선 및/또는 경도 조절을 위한 하나 이상의 첨가제. 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 복합 재료는 가요성 등각 쉬트; 단단하고(rigid) 가공가능한 몰드된 예비성형체; 및 압출성 퍼티 중 하나일 수도 있다. 또한 복합 재료의 제조 방법이 개시된다.
기술의 배경
현재 폭넓은 범위의 재료들이 사용되고 있는데, 이러한 재료들은 관심 대상이 되는 주요 특성으로서 어느 정도 강화된 경도 또는 밀도를 가진다. 실제로 하드페이싱 전극, 비트리파이드 결합 연마 공구, 및 소결된 텅스텐 합금과 같은 품목들을 포함하는, 이러한 공지된 제품들 모두는 성숙한 재료 기술을 대표한다. 현존하는 성숙한 제품들이 잘 들어맞지 않는 새로운 적용 또는 관련된 적용을 찾는 것이 통상적이다. 신규한 재료에 대한 현대의 드라이버(driver)는 최소화된 독성, 외주 제작되어 집중되는 제조에서 사용이 더 용이하며, 관심이 되는 동일한 재료 특성을 제공하는 가장 비용 효율적인 수단을 포함한다.
미세하게 분할된 금속들은 예를 들면, 열전도성, 반사 효과, 및 열적 안정성과 같은 다양한 특성들을 부여하기 위하여 열가소성 및 열경화성 수지와의 혼합물로 과거에 사용되어 왔다. 또한 금속 분말은 수지를 첨가하지 않고 치밀화될 수 있으며, 금속 입자들을 서로 결합시키기 위해 후속 소결 작업이 사용될 수 있음이 공지였다.
전형적인 복합 재료는 둘 이상의 재료들을 미세한 규모로 포함하는 시스템이다. 이러한 조합의 목적은 관심가지는 특성의 세트를 가지는 새로운 재료를 생성하는 것이며, 여기서 각 특성들의 세트는 개별 성분들 각각의 조합된 존재로부터 유래되지만, 별도의 성분에서 세트로 제공되는 것은 아니다.
많은 전통적인 복합 재료는 매트릭스 안에 강하고 강성인(stiff) 섬유를 가지는데, 매트릭스는 섬유보다 약하고 덜 강성을 띤다. 통상적으로 원하는 밀도를 가지는 강하고 강성을 띠는 성분을 제조하는 것이 목적이다. 시판되는 재료들은 공통적으로 에폭시 또는 폴리에스테르 수지와 같은 열경화성 폴리머에 기초한 매트릭스에 유리 또는 탄소 섬유를 가진다. 때때로, 열가소성 폴리머가 바람직할 수도 있는데, 왜냐하면 이들은 초기 제조 후 성형가능하기 때문이다. 매트릭스가 금속 또는 세라믹인 또다른 복합 재료 종류가 존재한다. 더욱이, 이러한 복합재료에서, 섬유를 첨가하는 이유는 종종 다소 복합적인데; 예를 들면, 크리프, 마모, 파괴 인성, 열적 안정성, 등에서의 개선을 추구할 수도 있다.
무기성-유기성 복합 재료는 다양한 응용에 있어서 다양한 성공도로 사용되어왔다. 폴리머-금속 복합 재료는 수많은 산업들에서 그 중요성이 증가하고 있는데, 이는 폴리머-금속 복합 재료가 가격이나 제조의 용이성에 있어서 그밖의 다른 재료들에 비해 비교할 수 없는 특성을 제공하기 때문이다. 폴리머-금속 복합 재료는 폴리머 매트릭스를 가지며 매트릭스 안에 분산된 금속성 입자를 함유하는 재료로서 정의된다. 폴리머-금속 복합재료들의 사용은 예를 들면, 고밀도 무납 탄약을 포함하는 수많은 응용에서 이점을 가짐이 입증되었다.
도면의 간단한 설명
본원발명의 다양한 비-제한적 구체예들은 다음의 도면들과 관련하여 읽으면 더욱 잘 이해될 수 있다.
도 1은 다양한 성분들의 상대 부피 분율들을 보여주는, 본원의 조성물의 구체예들에 관한 3원계 다이아그램을 도시한다.
도 2a 및 2b는 각각 70 부피중량%의 G-90 등급 텅스텐 분말 및 80 부피중량%의 C-20 등급 텅스텐 분말을 함유하는 가요성 퍼티를 보여준다.
도 3은 G-90 등급 텅스텐 분말 및 C-20 등급 텅스텐 분말로 부하된 가요성 퍼티에 관한 퍼티 밀도와 텅스텐 부하 부피 사이의 관계를 도시한다.
도 4a-4d는 G-90 등급 텅스텐으로 부하된 퍼티 (도 4a 및 4b) 및 C-20 등급 텅스텐으로 부하된 퍼티 (도 4c 및 4d)에 관하여, 100℃에 노출된 퍼티의 중량 손실율을 시간의 함수로서 플롯한 것이다.
도 5a 및 5b는 G-90 등급 텅스텐으로 부하된 퍼티 (도 5a) 및 C-20 등급 텅스텐으로 부하된 퍼티 (도 5b)에 관하여 UV 방사선에 노출된 퍼티의 중량 손실을 시간의 함수로서 플롯한 것이다.
도 6a 및 6b는 G-90 등급 텅스텐이 부하된 퍼티 (도 6a) 및 C-20 등급 텅스텐이 부하된 퍼티 (도 6b)에 관하여 물에서 침적된 퍼티의 중량 손실을 시간의 함수로서 플롯한 것이다.
간단한 요약
본원발명의 비-제한적 구체예는 재료 고안 접근을 사용하여 제조된 복합 재료 군에 관계한다. 한 비-제한적 구체예에 따르면, 복합 재료는 경질 미립자 성분, 첨가 성분, 및 결합제 성분을 포함한다. 경질 미립자 성분은 텅스텐 카바이드, 디텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 분쇄된 초경 합금(cemented carbide), 둥글어진 텅스텐 카바이드-함유 입자, 실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 산화 알루미늄, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 다이아몬드, 질화 붕소, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택될 수도 있다. 결합제 성분은 고무, 폴리머, 에폭시, 실리콘, 탄성 중합체 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택될 수도 있다.
다른 비-제한적 구체예들은 하드페이싱 아플리케를 제공한다. 하드페이싱 아플리케는 다음을 포함한다: 텅스텐 카바이드, 초경 합금, 티타늄 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된, 약 20 내지 약 90 중량%; 전이 금속계 브레이즈 합금을 포함하는 약 0 내지 약 50 중량%의 첨가제; 및 약 1 내지 약 20 중량%의 이탈성 결합제.
또다른 비-제한적 구체예는 압출성 연마 퍼티를 제공한다. 압출성 연마 퍼티는 다음을 포함한다: 0 내지 약 98 중량%의 경질 미립자; 0 내지 약 30 중량%의 첨가제; 및 약 2 내지 약 50 중량%의 결합제. 경질 미립자는 분쇄된 소결 카바이드, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 실리콘 카바이드, 산화 알루미늄, 보론 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다. 첨가제는 티타늄 입자, 안정화제, 착색제, 항산화제, 경화제, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택될 수도 있다.
또다른 비-제한적 구체예는 미끄럼-방지 쉬트를 제공한다. 미끄럼-방지 쉬트는 다음을 포함할 수 있다: 0 내지 약 98 중량%의 경질 미립자; 0 내지 약 98 중량%의 첨가제; 및 약 2 내지 약 50 중량%의 결합제. 경질 미립자는 분쇄된 소결 카바이드, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 실리콘 카바이드, 산화 알루미늄, 보론 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 다이아몬드, 질화 붕소, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택될 수도 있다. 첨가제는 조립 텅스텐 입자, 티타늄 입자, 안정화제, 착색제, 항산화제, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택될 수도 있다.
또다른 비-제한적 구체예들은 방사선 차폐층을 제공한다. 방사선 차폐층은 다음을 포함할 수 있다: 0 내지 약 98 중량%의 첨가제; 및 약 2 내지 약 50 중량%의 결합제. 첨가제는 텅스텐 분말, 안정화제, 착색제, 항산화제, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.
또다른 비-제한적 구체예는 몰드된 경질 예비성형체를 제공한다. 몰드된 경질 예비성형체는 다음을 포함할 수 있다: 0 내지 약 98 중량%의 경질 미립자; 0 내지 약 50 중량%의 첨가제; 및 약 2 내지 약 50 중량%의 결합제.
또다른 비-제한적 구체예는 고 방사선 밀도 압출성 퍼티를 제공한다. 고 방사선 밀도 압출성 퍼티는 다음을 포함할 수 있다: 약 50 내지 약 98 중량%의 첨가제; 및 약 2 내지 약 50 중량%의 결합제. 첨가제는 텅스텐 분말, 안정화제, 착색제, 항산화제, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.
또다른 비-제한적 구체예는 등각 연마 쉬트를 제공한다. 등각 연마 쉬트는 다음을 포함할 수 있다: 0 내지 약 98 중량%의 경질 미립자; 0 내지 약 50 중량%의 첨가제; 및 약 2 내지 약 50 중량%의 결합제. 경질 미립자는 분쇄된 소결 카바이드, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 실리콘 카바이드, 산화 알루미늄, 보론 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 다이아몬드, 질화 붕소, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다. 첨가제는 조립 텅스텐 입자, 티타늄 입자, 안정화제, 착색제, 항산화제, 섬유, 전이 금속계 브레이즈 합금, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다.
또다른 비-제한적 구체예는 복합 재료의 형성 방법을 제공한다. 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다: 경질 미립자 성분 및 첨가 성분 중 적어도 하나의 입자 크기 분포의 바이모달 테일러링, 경질 미립자 성분 및 첨가 성분 중 적어도 하나의 입자 크기 분포의 트라이-모달 테일러링, 및 경질 미립자 성분 및 첨가 성분 중 적어도 하나의 입자 크기 분포의 멀티-모달 테일러링 중 하나에 의해 복합 재료의 최대 고체 부하를 결정하는 단계, 여기서 복합 재료는 경질 미립자 성분, 첨가 성분 및 결합제 성분을 포함한다.
또다른 비-제한적 구체예는 경질 미립자 성분; 첨가 성분; 및 고무, 폴리머, 에폭시, 실리콘, 및 탄성 중합체로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 결합제 성분을 포함하는 결합제 성분을 포함하는 복합재료를 제공하는데, 여기서 복합 재료는 하드페이싱 아플리케, 압출성 연마 퍼티, 고 방사선 밀도 압출성 퍼티, 등각 연마 쉬트, 미끄럼-방지 쉬트, 방사선 차폐층, 및 몰드된 경질 예비성형체로 구성되는 그룹에서 선택된 형태를 가진다.
상세한 설명
본원발명의 특정 비-제한적 구체예는 경질 미립자 성분; 첨가 성분; 및 결합제 또는 담체 성분을 포함하는 신규한 복합 재료에 관계한다. 복합 재료는 재료 고안 접근을 통한 특정 응용을 목적으로 하는 복합 재료군을 대표한다. 본원에 개시된 복합 재료군은 예를 들면, 유기성 또는 실리콘 결합제/담체 내에 분산된 입자(경질 미립자 및/또는 첨가제 입자)의 치밀한 충전(dense packing)을 함유할 수 있는데, 이러한 재료군은 예를 들면, 내마모성, 마모도, 표면 마찰, 및/또는 밀도와 같은 중요한 재료 특성들을 요하는 응용들에서 널리 다양하게 사용된다. 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 복합 재료는 가요성 등각 쉬트, 단단하고 가공가능한 예비성형체 및 압출성 퍼티 중 하나일 수 있다. 그밖의 다른 비-제한적 구체예들은 본원에 개시된 복합 재료의 제조 방법에 관계한다.
작업예 이외에는, 또는 다른 언급이 있는 경우 이외에는, 명세서 및 청구범위에서 사용되는 성분의 양, 가공 조건 등을 표현하는 모든 숫자들은 "약"이라는 용어에 의해 모든 예시에서 변형되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대되는 다른 언급이 없는 한, 이하 명세서 및 첨부된 청구범위에서 설명되는 수치 변수들은 얻고자 하는 원하는 특성들에 따라 변화할 수 있는 근사값이다. 적어도, 청구범위에 대한 균등론의 적용을 제한하고자 하는 것은 아니며, 각각의 수치 변수는 적어도 기록된 유효 숫자의 수 및 통상의 반올림법을 적용하여 해석되어야 할 것이다.
본원의 넓은 범위를 설명하는 수치 범위 및 변수들이 근사치임에도 불구하고, 구체적인 실시예에 설명된 수치 값들은 가능한 한 정확히 기록된다. 그러나, 임의의 수치 값들은 본래, 예를 들면, 각각의 실험 측정치들에서 발견되는 표준 편차로부터 생기는 장치 및/또는 작동장치 에러와 같은 특정 에러를 포함한다.
또한, 본원에 언급된 수치 범위는 그 수치 범위에 포함되는 모든 하위-범위들을 포함하는 것으로 간주된다. 예를 들면, "1 내지 10"의 범위는 언급되어 있는 최소값 1과 언급된 최대값 10 사이의(그리고 이들을 포함하는) 모든 하위 범위, 즉, 1과 같거나 1보다 큰 최소값과 10보다 작거나 10과 같은 최대값 사이의 모든 하위-범위를 포함하는 것으로 간주된다.
본원에서 참고문헌으로 편입되는 것으로 기재된 특허, 공개문헌, 또는 그밖의 다른 개시물의 일부분 또는 전부는 본원의 정의, 설명, 또는 본원에 설명된 그밖의 다른 개시물과 충돌하지 않는 정도까지만 본원에 편입된다. 필요한 경우, 본원에 설명된 개시 내용은 참고문헌으로 본원에 편입된 상반되는 문헌을 대체한다.본원에서 참고문헌으로 편입된다고 기재되어 있으나, 본원에 설명된 정의, 설명 또는 그밖의 다른 개시물과 충돌하는 문헌 또는 문헌의 일부는 편입된 문헌과 본원 사이에 충돌을 일으키지 않는 범위까지만 편입될 것이다.
본원은 다양한 예시적인 비-제한적 구체예들을 참고하여 본원발명의 몇가지 상이한 특징들 및 양태들을 설명한다. 그러나, 본원발명은 수많은 대안적인 구체예들을 포함하며, 이러한 대안적인 구체예들은 본원에 설명된 상이한 특성, 양태, 및 구체예들을 당업자가 통상적으로 발견하게 될 조합으로 조합함으로써 달성될 수 있음을 이해하여야 한다.
본원발명의 특정 비-제한적 구체예의 기초가 되는 하나의 개념은 유기성 또는 실리콘 담체 또는 결합제 안에 경질 미립자 성분의 분산을 포함하는 복합재료 고안이다. 경질 미립자 성분 및 담체/결합제의 특성은 구체적인 응용에 적합하도록 변화될 수 있다. 담체/결합제의 특성들은 예를 들면, 복합재료의 강도, 인성, 경도, 마모도, 및 열화학적 거동과 같은 넓은 범위의 특성들을 제공하기 위하여 선택될 수있다. 또한 경질 미립자 성분의 크기 분포 및 부하도는 원하는 특성들을 달성하기 위해 변화될 수 있다. 또한, 다양한 비-제한적 구체예들에 따르면, 중요한 제 3의 기능적 카테고리는 예를 들면, 변형된 경도 또는 밀도, 조성 조절, 및/또는 구체적인 화학적 및/또는 물리적 특성과 같은 추가적인 특성들을 제공할 수 있는 첨가 성분을 포함한다. 그러므로, 다양한 비-제한적 구체예에 따르면, 본원발명은 경질 미립자 성분; 첨가 성분; 및 결합제 성분을 포함하는 복합 재료를 고려한다.
본원발명의 다양한 비-제한적 구체예는 다양한 통상의 산업 및 그밖의 다른 응용들을 다루기 위해 최적화될 수 있는 복합 재료군을 제공한다. 복합 재료의 특정한 비-제한적 구체예들은 유기성 또는 실리콘 담체 또는 결합제 안에 경질 미립자 성분과 첨가 성분의 치밀한 충전을 포함하는 재료의 생성에 기초하는데, 이는 중요한 재료 특성으로서 내마모성, 표면 마찰, 및/또는 밀도를 요하는 응용에서 널리 다양하게 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는, "결합제," "담체," 및 "매트릭스"라는 용어는 실질적으로 유사어이며, 적어도 하나의 다른 성분이 포매되거나 분산되어 있는 연속적인 또는 주된 상 또는 매질로서 정의된다.
특정 비-제한적 구체예에 따르면, 주어진 응용에 있어서 복합 재료에 관한 관심있는 다양한 원하는 특성들을 개선시키기 위해 복합 재료의 첨가 성분이 첨가될 수 있다. 예를 들어 특정 구체예에 따르면, 첨가제는 더욱 용이한 가공을 촉진하기 위해; 유동 분리를 최소화하기 위해; 주어진 환경, 특히 비-열적 응용에서 화학적 안정성을 촉진하기 위해; 착색 및 확인의 목적을 위해; 브레이징과 같이, 표면에 경질 미립자 성분의 부착을 촉진하기 위해; 보강을 위해; 산화-방지 목적을 위해; 및 전술한 목적들의 다양한 조합을 목적으로 추가될 수 있다.
본원발명의 비-제한적 구체예들의 복합 재료의 다양한 특성들의 최적화는, 예를 들면, 경질 미립자 성분 및/또는 첨가제 부하의 백분율; 중합도 또는 가교결합도와 같은 담체의 화학적 성질의 다양화; 경질 미립자 성분 및/또는 첨가 성분의 입자 크기 분포의 변화; 및 경질 미립자 성분 대 그밖의 다른 고체 첨가제 비율의 다양화와 같이, 경질 미립자, 첨가제, 및/또는 결합제의 성질 이외의 다른 요인들을 변화시킴으로써 주어진 응용에 대하여 구현될 수도 있다.
본원발명의 복합 재료의 다양한 비-제한적 구체예들은 복합 재료: 몰드된 예비성형체 형상; 등각 쉬트; 및 압출성 퍼티의 세 가지 일반적인 카테고리로 분류될 수 있다.
몰드된 예비성형체 형상들은 전형적으로 예를 들면, 블록, 플레이트, 중공 실린더, 고체 로드, 구, 디스크, 및 최적화된 내마모성을 위한 높은 고체 부하, 경질 미립자 성분 함량, 및/또는 최대화된 충전 밀도를 포함하는 그밖의 다른 벌크 형상들과 같은 단일체이다. 몰드된 예비성형체는 궁극적인 최종 용도에 관한 원하는 형상과 실질적으로 동일한 형상으로 성형되거나, 대안적으로는, 성형 후 가공 동안 원하는 형상으로 가공될 수도 있다. 비-열적 응용에 사용될 몰드된 예비성형체 형상에 있어서, 담체 조성 및 미립자 부하의 부피 분율은 인성, 경도, 및 가공성과 같은 원하는 특성들의 다양한 조합을 제공하기 위해 선택될 수 있다.
등각 쉬트는 전형적으로 가요성이고, 비교적 얇으며, 형상으로 용이하게 다듬어진다. 더욱 자세히 설명하게 되겠지만, 등각 쉬트의 하나의 비-제한적 구체예는 예를 들면, 전이 금속계 브레이즈 합금을 포함하는 첨가 성분 및 연소가능한 또는 화학적 이탈성 담체를 가지는 하드페이싱 아플리케를 위해 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는, "이탈성 담체"라는 용어는, 이탈성 담체의 제거가 담체 모두를 실질적으로 제거하거나 남아있는 잔류물을 생성하도록, 복합재료를 가공 또는 사용하는 동안 가열 및/또는 화학물질과 접촉시킴으로써 제거될 수 있는 담체 성분을 의미한다. 그밖의 다른 비-제한적 구체예에서, 등각 쉬트는 또한 보유된 담체와 화합된 형태로 사용될 수도 있는데, 이것은 마찰 재료, 미끄럼-방지 쉬트, 연마 쉬트, 또는 방사선 차폐층으로서 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는, "보유된 담체"는 복합 재료를 가공하여 가공 후 사용하는 동안 실질적으로 변하지 않고 남아있거나 실질적으로 보유되는 담체 성분을 의미한다. 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 응용에서 사용될 쉬트 표면은, 예를 들면, 표준 산업 접착제 또는 당해 분야에 공지된 그밖의 다른 접착제를 사용하여, 또다른 표면에 접착적으로 결합되도록 고안될 수 있다.
본원발명의 압출성 퍼티는 "코크와 같은(caulk-like)" 농도를 제공하는 복합 재료이다. 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 퍼티는 주어진 기판 기하로 수작업으로 성형되도록 제제화될 수 있다. 퍼티는 전형적으로 예를 들면, 689.5 kPa (100 psi) 미만과 같은 비교적 낮은 압력하에서 압출성을 띠지만, 더 높은 압력하의 압출성인 퍼티들 또한 고려된다. 특정 비-제한적 구체예에서, 퍼티들은 예를 들면, 용매 증발, 화학적 반응, 중합, 또는 그밖의 다른 기전을 통해 대기, 햇빛 및/또는 열에 연장되어 노출될 때 더 높은 점성도로 경화되는 능력을 가질 수 있다. 그밖의 다른 비-제한적 구체예에서, 퍼티들은 연장된 기간의 시간 전체에 걸쳐 초기 가요성의 일부 또는 실질적으로 전부를 유지할 수 있다. 또한 퍼티 조성물의 그밖의 다른 비-제한적 구체예는 연소가능한 이탈성 담체를 가지는 열적 결합을 위하여 디자인될 수 있는데, 이는 또한 개선된 브레이징 반응을 위한 첨가제를 함유할 수도 있다. 또다른 비-제한적 구체예에 따르면, 퍼티 제제는 퍼티가 압출 또는 그밖의 다른 동적 유동 접촉법을 통해 표면에 "액체 연마재"로서 사용하기에 적합하도록 하기 위해, 비교적 높은 점성도를 띠며 입자-담체 분리에 대한 우수한 내성을 나타낼 수 있다. 또 다른 비-제한적 구체예에 따르면, 퍼티는 예를 들면, 방사선 "고온 스팟"의 최소화를 위하여 매우 고도로 윤곽지어지거나 복잡한 표면 또는 틈들에 수작업으로 처리될 수 있는 압출성 방사선 차폐 퍼티로서 기능할 수 있다. 본원에서 사용되는 "고온 스팟"이라는 용어는 예를 들면, 재료의 표면 또는 구조에서 방사선이 통과할 수 있는 틈 또는 파열로 인해, 주변 재료보다 더 높은 방사선 카운트를 나타내는 재료 표면의 일부, 일 구역 또는 일부분을 의미한다.
미립자 충전재를 다양한 폴리머, 탄성 중합체, 실리콘 및 주조가능한 에폭시 및 우레탄과 같은 담체 내부로 화합하기 위한 기술은 당업자에게 공지이다. 본원발명의 복합 재료는 복합 재료의 제제로의, 매트릭스에 기초한 접근을 통해 재료의 신규한 군을 제조하기 위한 공지된 재료 가공 기술들을 사용할 수 있다. 본원발명의 다양한 비-제한적 구체예에 따르면, 예를 들면, 유기성 담체/결합제 및 실리콘 담체/결합제와 같은 다양한 담체/결합제는 복합 재료의 기계적 성질을 다양화하는 것, 예를 들면, 강하고 단단한 복합재료로부터 연하고 용이한 가요성의 복합재료까지 다양화 하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 재료 고안 접근에 기초한 이러한 응용들은 다음의 세 가지 기능적으로 정의된 성분 그룹에서 선택된 성분을 포함한다: 주된 경질 성분의 입자; 유지성 이거나 이탈성인 담체 또는 결합제; 및 복합재료 내부에서 예를 들면, 공정 보조, 조성 변형, 안정화, 보강, 및 그밖의 다른 기능들과 같은 추가적인 기능들을 수행할 수 있는 첨가성분.
이제 도 1을 보면, 3원계 다이아그램은 본원발명의 복합 재료의 특정 구체예의 다양한 성분들의 상대 부피 분율을 개략적으로 도시한다. 도 1의 3원계 다이아그램에 의해 정의되는 2-차원의 공간은 성분들 (즉, 경질 미립자 성분, 첨가 성분, 및 담체 성분)의 혼합으로부터 수득가능한 조성물의 완성된 세트를 기재한다. 더욱이, 이러한 데이타 디스플레이는 중량 분율 또는 부피 분율에 기초하여 구성될 수 있다. 정의된 공간에서 각 지점은 조성 좌표(a,b,c)를 가질 것이며, 여기서, 예를 들면, "a"는 경질 미립자 성분의 백분율이고 "b"는 첨가 성분의 백분율이며, "c"는 담체 성분의 백분율이다. 정삼각형의 세 개의 각 코너는 순수한 물질, 또는, 이러한 3원계 다이아그램의 경우, 도 1의 코너에서 보는 바와 같이, 물질들의 그룹(예를 들면, 첨가 성분의 그룹, 담체 성분의 그룹, 및/또는 경질 미립자 성분의 그룹과 같은)에 해당한다. 그러므로, 예를 들면, 삼각형의 코너 1은 경질 미립자 성분 에 해당하고[즉, 지점 (100,0,0)], 삼각형의 코너 2는 첨가 성분에 해당하며[즉, 지점 (0,100,0)], 그리고 삼각형의 코너 3은 담체 성분에 해당한다[즉, 지점 (0,0,100)]. 이에 의해, 구체적인 조합 또는 구역의 위치는 서로에 대하여 상대적으로 정량적으로 정의되고 표시될 수 있다.
도 1에 정의된 조성 공간은 주어진 미립자/첨가제/담체 시스템에 관한 공간을 나타내며, 도 1에 점선 (7)로 표시된 바와 같이, 최대 실제 고체 부하 (경질 미립자와 첨가제의 합)가 존재하는데, 이 점선 (7)을 넘어서면 보다 높은 부하의 경질 미립자와 첨가제는 불완전한 입자-담체 습윤을 가져올 수 있다. 고체 부하 제한의 존재는 이러한 점선으로 나타내어지지만, 당업자는 본원에 기재된 특정 비-제한적 구체예에서와 같이 다-성분 시스템 안에서, 고체 부하 제한 경계가 직선이 아니라, 보다 복잡한 곡선이 될 수도 있음을 알고 있을 것이다. 또한, 도 1은 일반적인 설명을 위한 것일 뿐이며, 실제적인 물질들이 제공된 것은 아니므로, 이러한 배치도는 본질적으로 정량적인 것이 아니라 정성적인 것으로 이해된다. 다이아그램 및 복합 재료 디자인 영역의 정량화는 실제 재료 시스템이 제공되는 경우에 가능하다. 특정 구체예에서, 이러한 부하 임계치가 초과될 때, 복합 재료의 성형성 및 균일성 모두는 불리한 영향을 받을 수 있다. 그러므로, 이러한 요인들에 민감한 용도를 위한 비-제한적 구체예들은 선택된 성분에 대한 임계값 미만의 부하 조합을 포함하여야 한다. 그밖의 다른 비-제한적 구체예에 있어서, 임계 고체 부하를 초과하는 것은, 예를 들면, 이하 설명되는 바와 같이, 등각 하드페이싱 아플리케와 같은 응용에 있어서는 해로울 수도 있다. 이러한 경우에, 특정 응용에 관한 적절한 취급상상의 완전성이 보존되어야 한다.
도 1은 경질 미립자 성분 대 첨가 성분의 비율이 구체적인 응용에 필요한 특성을 목표로 하기 위해 주어진 고체 부하에서 연속적으로 어떻게 변화될 수 있는지를 또한 도시한다. 다이아그램 내부의 특정 구역들은 구체적인 비-제한적 조성물 또는 응용에 있어서 전형적일 수도 있다. 예를 들면, 구역(4)는 본원발명에 따른 등각층 또는 등각 쉬트의 특정 비-제한적 구체예에 있어서 전형적일 수 있는데, 여기서 이 구역 내부의 등각층 또는 등각 쉬트의 구체예는 a1 내지 a2의 경질 구성 성분 백분율, b1 내지 b2의 첨가 성분 백분율, c1 내지 c2의 담체 성분 백분율을 가질 것이다. 다이아그램 내부의 다른 구역들은 그밖의 다른 특정 비-제한적인 조성물 또는 응용들의 구체예에 있어서 전형적일 수 있다. 예를 들면, 구역(5)는 높은 부하의 경질 미립자 성분을 가지는 하드페이싱 아플리케의 특정 비-제한적 구체예에 있어서 전형적인 조성 구역에 해당할 수 있으며, 구역(6)은 본원발명에 따른 압출성 연마 퍼티의 특정 비-제한적 구체예에 있어서 전형적인 조성 구역에 해당할 수 있다. 등각층, 하드페이싱 아플리케 및/또는 연마 퍼티의 다른 비-제한적 구체예는 각각 구역 (4), (5), 및/또는 (6) 외부의 조성을 가질 수도 있음을 유의하여야 한다.
본원발명의 비-제한적 구체예에 따르면, 도 1은 특별한 담체에 대해 경질 미립자와 첨가제의 적절한 부하를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
이제 본원발명이 고려하는 다양한 복합 재료의 특수한 비-제한적 구체예를 더 자세히 논의할 것이다. 본원발명의 복합 재료는 적어도 하나의 경질 미립자 성분; 적어도 하나의 첨가 성분; 및 결합제 또는 담체 성분을 포함한다.
복합 재료의 다양한 비-제한적 구체예에 따르면, 경질 미립자 성분은 텅스텐 카바이드, 디텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 분쇄된 초경 합금, 둥글어진 텅스텐 카바이드-함유 입자, 실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 산화 알루미늄, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 다이아몬드, 및 질화 붕소로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다. 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 복합 재료는 한 유형 이상의 경질 미립자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 복합 재료는 텅스텐 카바이드, 디텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 분쇄된 초경 합금, 둥글어진 텅스텐 카바이드-함유 입자, 실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 산화 알루미늄, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 다이아몬드, 및 질화 붕소를 구성하는 그룹에서 선택되는 둘 이상의 경질 미립자 재료를 포함할 수도 있다. 경질 미립자 성분의 평균 입자 크기는 이하에 논의되는 바와 같이, 복합 재료에 관한 구체적인 응용에 따라 다르며, 예를 들면, 약 2 마이크론 내지 약 10,000 마이크론 범위일 수 있다.
복합 재료의 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 첨가 성분은 금속, 전이 금속계 브레이즈 합금, 무기성질 개질제, 공정 조제, 항산화제, 착색제, 브레이징 용제, 안정화제, 경화제, 표면 개질제, 복합 재료의 성분들의 유동 박리를 감소시킬 수 있는 재료, 복합 재료의 화학적 안정성을 증진시킬 수 있는 재료, 복합 재료의 기계적 성질 중 적어도 하나를 개질시키는 재료, 보강 재료, 및 이들의 다양한 조합으로 구성되는 그룹에서 선택될 수 있다. 특정 구체예에서, 복합 재료는 예를 들면, 금속, 전이 금속계 브레이즈 합금, 무기성질 개질제, 공정 조제, 항산화제, 착색제, 브레이징 용제, 안정화제, 경화제, 복합 재료의 성분들의 유동 박리를 감소시킬 수 있는 재료, 복합 재료의 화학적 안정성을 증진시킬 수 있는 재료, 복합 재료의 기계적 성질 중 적어도 하나를 개질시키는 재료, 및 보강 재료로 구성된 그룹에서 선택된 둘 이상의 첨가제와 같은 하나 이상의 첨가제를 포함할 수도 있다.
첨가 성분이 적어도 하나의 금속을 포함하는 특정 비-제한적 구체예에서, 적어도 하나의 금속은 텅스텐, 티타늄, 몰리브덴, 크롬, 니켈, 철 코발트, 구리, 주석, 비스무트, 아연, 은, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다. 적어도 하나의 금속은 약 0.1 마이크론 내지 약 1000 마이크론의 평균 입자 크기를 가지는 미립자 또는 분말일 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 금속은 예를 들면, 약 0.1 마이크론 내지 약 3 마이크론의 평균 입자 크기를 가지는 분말과 같은 미세한 미립자일 수 있다. 대안적으로, 특정한 그밖의 다른 비-제한적 구체예에서, 금속은 약 3 마이크론 내지 약 10 마이크론의 평균 입자 크기를 가지는 중간-크기의 미립자 또는 약 10 마이크론 내지 약 1000 마이크론의 평균 입자 크기를 가지는 조립 미립자의 형태일 수 있다. 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 적어도 하나의 금속은 텅스텐 또는 티타늄에서 선택될 수 있다.
특정 비-제한적 구체예에서, 첨가제는 전이 금속계 브레이즈 합금 또는 용접 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 브레이즈 합금을 포함하는 특정 비-제한적 구체예에서, 첨가제는 융제(flux) 또는 용제(fluxing agent)를 더 포함할 수도 있다. 대안적으로, 특정 구체예에서, 결합제는 이탈성 결합제를 포함할 수 있으며, 여기서 이탈성 결합제의 제거 또는 연소는 융제 또는 용제(fluxing agent)인 잔류물을 생성한다. 그러므로, 전이 금속계 브레이즈 합금을 첨가제로서 포함하는 본원발명의 복합 재료의 특정 구체예에서, 복합 재료의 가열은, 예를 들면, 전이 금속계 브레이즈 합금의 브레이징에 의해 표면으로의 복합 재료의 용접 또는 다른 방식의 결합을 가져올 수 있다. 복합 재료의 가열은 예를 들면, 화염, 열(thermal heat), 전기 플라즈마, 레이저, 아크 광, 및/또는 고밀도 백열광과 같은 열원으로부터 이루어지거나, 대안적으로, 가열은 예를 들면, 복합 재료를 사용하는 동안 운동 마찰 또는 열 마찰과 같은 마찰로부터 이루어질 수 있다. 특정 구체예에서, 복합 재료의 브레이징은, 추가적 첨가 성분로서 또는 브레이징 공정 동안 이탈성 담체의 연소로부터의 잔류물로서, 융제 또는 용제(fluxing agent)의 존재에 의해 증진될 수 있다. 첨가제가 하나 이상의 전이 금속계 브레이즈 합금을 포함하는 이러한 비-제한적 구체예에서, 브레이즈 합금은 예를 들면, 구리계 브레이즈 합금, 니켈계 브레이즈 합금, 코발트계 브레이즈 합금, 은계 브레이즈 합금, Ni-Co 계 브레이즈 합금, Ni-Cu 계 브레이즈 합금, 티타늄 합금, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 합금일 수 있다.
특정 비-제한적 구체예에서, 첨가제는 예를 들면, 금속 산화물 분말 (산화 티타늄, 산화 알루미늄 등)과 같은 무기성질 개질제, 탄산염, 규산염, 수화물, 글라스 비드, 인산염, 붕산염 또는 그밖의 다른 난연재, 마그네슘 염, 및 예를 들면, 대전방지 표면으로서 사용하기 위한 미세 금속과 같은 작은 입자크기의 금속 (이하에서 설명됨) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 첨가제-유도된 성질 변형은 또한 열 전도성, 기계적 성질, 및/또는 전자기 투과성을 변화시키기 위하여 이루어질 수도 있다. 그밖의 다른 비-제한적 구체예에 따르면, 첨가제는 공정 조제 (예를 들면, 금속성 스테아레이트 또는 석유 왁스일 수 있는 계면활성제 또는 윤활제와 같은), 경화제 (퍼옥사이드계 또는 그밖의 다른 라디칼 개시제일 수 있음), 충전재-결합제 커플런트, 및 주형 이형제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또다른 비-제한적 구체예에 따르면, 첨가제는 착색제, 예를 들면, 유기성 염료, 금속 산화물 분말, 무기성 착색제, 및 카본 블랙 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 첨가제는 또한 예를 들면, 특정 구체예에서 사용되는 특수한 담체의 화학적 성질과 견줄만하게 고안된, 플라스틱 산업에 유용한 다양한, 특허 제제들 중 하나와 같은 항산화제 또는 UV 안정화제를 포함할 수 있다. 또한 첨가 성분은 원하는 특성들을 제공하는데 필요한 상기-나열된 첨가 성분들의 다양한 조합을 포함할 수 있음이 더욱 고려된다.
이제 본원발명의 복합 재료의 다양한 구체예에서 사용되는 결합제/담체를 자세히 논의할 것이다. 특정 비-제한적 구체예에서, 복합 재료는 고무, 폴리머, 에폭시, 실리콘, 및 탄성 중합체로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는 결합제를 포함한다. 그밖의 다른 비-제한적 구체예에서, 결합제는 고무, 폴리머, 에폭시, 실리콘, 및 탄성 중합체로 구성되는 그룹에서 선택된 둘 이상의 재료를 포함한다. 결합제가 고무를 포함하는 경우, 이러한 구체예에서 사용하기에 적합한 고무에는, 천연 이소프렌, 라텍스, 클로로프렌, 스티렌, 부타디엔니트릴, 부틸, 네오프렌, 우레탄, 불소탄성중합체, 및 이들의 혼합물이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 결합제가 폴리머를 포함하는 구체예에서, 적합한 폴리머에는 아세탈 코폴리머, 아세탈 호모폴리머, 아크릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 ("ABS"), 셀룰로오스, 나일론과 폴리아릴아미드와 같은 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, PEEK™ (폴리에테르에테르케톤, 영국, Victrex pic사의 상표), 폴리에틸렌이민("PEI"), 폴리에테르설폰 ("PES"), 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리페닐렌 옥사이드 ("PPO"), 폴리설폰, 폴리비닐 클로라이드 ("PVC"), 열가소성 폴리머, 폴리우레탄, 에폭시, 페놀, 비닐 에스테르, 우레탄 혼성재, 및 이들의 혼합물이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
특정 비-제한적 구체예에 따르면, 결합제는 본원에 설명된 잔류되는 결합제일 수 있다. 그밖의 다른 비-제한적 구체예에서, 결합제는 본원에 설명된 이탈성 결합제일 수 있는데, 예를 들면, 복합 재료를 표면 또는 물품에 처리하는 동안, 또는 복합 재료를 사용하는 동안 가열 및 화학물질과 접촉하는 것 중 적어도 하나에 의해 적어도 실질적으로 제거되는 결합제이다. 이탈성 결합제가 가열에 의해 복합재료를 적용 또는 사용하는 동안 제거되는 다양한 구체예에서, 가열은 예를 들면, 마찰, 화염, 전기 플라즈마, 레이저, 광역 방사선 아크 광, 및 광역 방사선 고강도 백열광 중 적어도 하나의 결과일 수 있다. 이탈성 결합제가 화학물질과의 접촉에 의해 제거되는 특정 구체예에서, 결합제의 화학적 제거는 반응성 제제에 노출함에 의할 수도 있는데, 이것은 예를 들면, 용해, 촉매 작용, 또는 결합제의 분해를 유발할 수도 있다.
결합제가 이탈성 결합제인 다양한 비-제한적 구체예에서, 이탈성 결합제의 일부 또는 실질적으로 모두가 복합 재료를 적용 또는 사용하는 동안 제거될 수 있다. 본원에서 사용되는, 실질적으로 모든 이탈성 결합제의 제거란 이탈성 결합제의 90중량% 이상을 제거하는 것을 의미한다. 대안적으로, 이탈성 결합제를 포함하는 그밖의 다른 비-제한적 구체예에서, 결합제의 제거는, 한 비-제한적 예에서, 높은 탄화 결합제가 사용될 때와 같은 경우, 잔류물을 생성할 수도 있다. 예를 들면, 이탈성 결합제의 제거로부터 생긴 잔류물은 융해 후 조성 제어를 촉진하기 위해 사용될 수도 있다. 특정 구체예에 따른 이탈성 결합제의 제거로부터 생성된 잔류물은, 예를 들면, 첨가제가 적어도 하나의 전이 금속계 브레이즈 합금을 포함하는 경우와 같이, 기판에 복합 재료를 브레이징 하는 동안 플럭싱 작용(fluxing action)을 제공하는 용제일 수도 있다. 그밖의 다른 비-제한적 구체예에서, 이탈성 결합제의 제거로부터 생성된 잔류물은, 예를 들면, 암석 분쇄 조각(rock crushing bit)의 면 또는 금속가공 공구의 표면과 같은 기판에 경질 미립자와 첨가제를 결합 또는 접착시킬 수 있다.
본원의 다양한 비-제한적 복합 재료를 형성하는 한가지 비-제한적 방법에 따르면, 복합 재료는 복합 재료의 최대 고체 부하를 증가시키기 위한 적어도 하나의 미립자 성분의 입자 크기 분포를 테일러링(tailoring)함으로써 형성될 수도 있다. 미립자 재료에 익숙한 사람들은 모든 벌크한, 상업적으로 구입가능한 분말들이 개개 입자의 크기 분포로 이루어져 있음을 알고 있을 것이다. 이러한 입자 크기 분포의 성질을 특징지어 기술하기 위한 다양한 기기 기술들이 존재한다. 분말은 통상적으로 "정규 분포(bell curve, 종 곡선)" 프로파일과 유사한 중앙-중점 분포를 나타내며, 여기서 우세한 제공된 분말들의 "평균" 입자 크기에 속하여 함께 존재하는 더 조립인 입자 및 더 미세한 입자의 모집단이 표시될 수 있다. 또한 분포는 비대칭일 수도 있으며, 즉, 더 미세한 입자 또는 더 조립인 입자를 향해 휘어질 수도 있다. 단일한, 중앙 분포 피크가 존재하는 경우 모두에서, 입자 크기 분포는 "단일 모드"라 일컬어진다. 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 이 방법은 입자 크기 분포의 바이모달 테일러링을 포함할 수도 있다. 또다른 비-제한적 구체예에 따르면, 이 방법은 입자 크기 분포의 트라이-모달 테일러링을 포함할 수도 있다. 또다른 비-제한적 구체예에 따르면, 이 방법은 입자 크기 분포의 멀티-모달 테일러링을 포함할 수도 있다. 본원에서 사용되는, "바이모달 테일러링", "트라이-모달 테일러링", 및 "멀티-모달 테일러링"은 단일-모드 분말 다수로부터 이용가능하게 되는 보다 넓은 크기 분포를 생성하기 위해 동일한 조성이지만 뚜렷이 구분되는 상이한 입자 크기 분포의, 각각 둘, 셋 또는 다수 분말의 계산된 블렌딩을 의미한다. 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 적절히 조성된 분말 블렌드에 있어서, 더 작은 입자의 정확한 모집단은 증가된 고체 부하를 위해 더 큰 입자들 사이의 공간을 채울 수 있고, 그리하여 더 큰 복합 재료 밀도를 이룰 수 있다. 본원의 복합 재료의 특정 비-제한적 구체예는 다음을 포함한다: 경질 미립자 성분; 첨가 성분; 및 결합제 성분, 여기서 복합 재료의 최대 고체 부하는 경질 미립자 성분과 첨가 성분 중 적어도 하나의 입자 크기 분포의 바이모달 테일러링, 경질 미립자 성분과 첨가 성분 중 적어도 하나의 입자 크기 분포의 트라이-모달 테일러링, 및 경질 미립자 성분과 첨가 성분 중 적어도 하나의 입자 크기 분포의 멀티-모달 테일러링 중 하나를 사용하여 증가된다.
이제 본원의 복합 재료를 위한 응용의 다양한 비-제한적 구체예가 자세히 논의될 것이다. 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 복합 재료는 몰드된 경질 예비성형체와 같은 몰드된 예비성형체일 수 있다. 이러한 구체예들의 예비성형체는 원하는 최종 형상으로 성형되거나, 원하는 최종 형상을 구현하기 위해 가공될 수도 있다(후-성형). 몰드된 예비성형체는 예를 들면, 예를 들면, 가압 성형, 사출 성형, 분말 사출 성형, 및 사출-가압 성형과 같은 하나 이상의 전통적인 성형법을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 특정 구체예에 따르면, 복합 재료는 펠릿의 형태를 가질 수도 있는데, 이러한 펠릿들은, 예를 들면, 가압 성형과 같은 방법에 의해, 열 및/또는 압력하에서 조합되어, 몰드된 경질 예비성형체를 형성할 수 있다. 본원의 특정 비-제한적 구체예는 텅스텐 카바이드 입자 및/또는 티타늄 카바이드 입자를 포함하는 경질 미립자 성분을 포함할 수 있는데, 여기서 입자는 약 2 마이크론 내지 약 10 마이크론의 평균 입자 크기를 가진다. 몰드된 예비성형체의 특정 비-제한적 구체예는 예를 들면, 텅스텐 분말과 같은 금속 분말을 포함하는 첨가제를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 분말은 경질 미립자 성분의 마모도를 원하는 수준으로 제한하기에 충분한 양으로 첨가될 수 있다. 대안적으로, 분말 (예를 들면, 텅스텐 분말)은 예를 들면, 금속 납의 밀도와 대략 필적할 만한 밀도, 즉, 약 7 g/cm3 내지 약 12 g/cm3 범위의 밀도와 같이, 몰드된 예비성형체에 원하는 밀도를 제공하기에 충분한 양으로 첨가될 수 있다. 이러한 비-제한적 구체예의 예비성형체들은 원하는 품목과 유사한 형상으로 성형되거나, 대안적으로, 원하는 형상으로 가공될 수 있는 일반적인 형상을 가질 수도 있는데, 예를 들면, 예비성형체는 블록, 플레이트, 중공 실린더, 고체 로드 또는 실린더, 구, 또는 디스크의 몰드된 형상을 가질 수도 있다. 몰드된 예비성형체는 전형적으로 높은 강도를 가질 것이며, 그러므로, 결합제는 일반적으로 높은 강도 및 단단함을 가지는 폴리머 재료에서 선택될 것이다.
경질 구성물 입자 및 첨가제 입자, 예를 들면, 몰드된 예비성형체의 특정 구체예에 있어서 금속 분말과 같은 첨가제 입자 및 경질 구성물 입자를 포함하는, 고체 입자의 부하 제한에 있어서, 총 고체 입자 부하의 하한은 특수한 응용에 기능적인 복합 재료를 산출하는데 필요한 분산된 고체상의 최소량에 의해 결정될 수 있다. 상한 부하는 각각의 고체 입자 성분 (예컨대, 경질 미립자 및 첨가제 미립자)의 입자 크기 분포, 입자 형상, 주어진 결합제/담체에 의해 제공되는 상대적 "습윤도", 계면활성제와 같은 특정 공정 조제의 허용가능한 존재 및 혼합 및/또는 성형 실시(practice)를 포함한 많은 요소들로 정의될 수 있다. 이러한 상한 및 하한은 고체 부하의 실제적 한도를 정의할 것이다. 고체 부하의 더 많은 증가는 불완전한 입자 습윤을 결과할 것이며, 이는 성형하는 동안(즉, 몰딩) 유동 박리를 생성할 수 있다. 도 1을 보면, 특정 복합 재료 조성물에 있어서 고체 경질 미립자와 첨가제에 관한 실제적인 부하 한도는 "실제 고체 부하 한도"라 표시된 점선 (7)로 나타내어 질 수 있다.
본원의 복합 재료의 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 몰드된 예비성형체는 0 중량% 내지 약 98 중량%의 경질 미립자; 0 중량% 내지 약 50 중량%의 첨가제; 및 약 2 중량% 내지 약 50 중량%의 결합제를 포함하는 몰드된 경질 예비성형체 일 수도 있다. 몰드된 경질 예비성형체의 그밖의 다른 비-제한적 구체예는 약 0.1 중량% 내지 약 98 중량%의 경질 미립자; 0.1 중량% 내지 약 50 중량%의 첨가제; 및 약 2 중량% 내지 약 50 중량%의 결합제를 포함할 수도 있다. 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 몰드된 예비성형체는 2 마이크론 내지 10 마이크론의 평균 입자 크기를 가지는 텅스텐 카바이드 및/또는 티타늄 카바이드를 포함하는 경질 미립자를 포함할 수 있으며, 첨가제는 텅스텐 분말 및/또는 티타늄 분말을 포함할 수 있다. 특정 비-제한적 구체예에서, 예비성형체는 분말 사출 성형법에 의해 성형될 수도 있다. 예비성형체는 블록, 플레이트, 중공 실린더, 고체 로드, 구, 또는 디스크와 같은 형상을 가질 수도 있으며, 이러한 예비 성형체는 분말 사출 성형에 의해 예비성형체의 형성 후 최종 형상으로 가공될 수도 있다. 대안적으로, 몰드된 예비성형체는 최종 형상의 형상에 실질적으로 가까운 형상을 가질 수도 있다.
탄환과 같은, 다쓴 탄약으로부터의 납과 같은 환경 중의 납은 토양, 습지, 수역, 및/또는 지하수에 납의 축적을 결과할 수도 있다. 납 수준의 최소화 또는 감소는 낮은-납 또는 납이 없는 탄약의사용에 의해 가능해 질 수 있다. 첨가제가 텅스텐 분말을 포함하는, 예비성형체의 특정 구체예에서, 텅스텐 분말 첨가제는 약 9 g/cm3 내지 약 12 g/cm3의 예비성형체 밀도를 만들기에 충분한 양으로 첨가될 수도 있다. 이 범위에 속하는 밀도를 가지는 예비성형체들은 다양한 유형의 탄약 및 발사체와 같이, 납으로부터 제조된 물품의 특정의 유해한 환경적 결점 없이 납의 밀도를 모방한다. 본원의 범위에 속하는 경질의 예비성형체의 비-제한적 실시예는 약 0.56 cm (0.22 인치) 내지 약 1.3 cm (0.5 인치)의 직경 및 약 1.3 cm (0.5 인치) 내지 약 6.35 cm (2.5 인치)의 길이를 가지는 실린더형 예비성형체를 포함한다. 이러한 구체예들에 따른 예비성형체들은 무납 탄환 또는 특정한 그밖의 다른 유형의 발사 탄약으로서 사용될 수 있다.
그밖의 다른 비-제한적 구체예에 따르면, 본원의 복합 재료는 등각 쉬트를 포함할 수도 있다. 본원에서 사용되는, "등각 쉬트"란 물품 표면의 일반적 형상 및 윤곽으로 합치하는 능력을 가지는, 길이 및 너비에 비해 얇은 재료를 말한다. 등각 쉬트 형태의 복합 재료의 비-제한적 구체예에는, 하드페이싱 아플리케, 내마모층 또는 내마모쉬트, 마찰 재료, 마모 쉬트, 및 가요성 방사선 차폐층이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 등각 쉬트 또는 등각 층 형태의 복합 재료는, 예를 들면, 전이 금속계 브레이즈 합금을 포함하는 첨가 성분들 중 적어도 하나에 의한 용접에 의해서와 같이 또는 상업적으로 구입가능한 접착제에 의하여, 기판 표면에 접착에 접착되도록 개조될 수도 있다.
특정 비-제한적 구체예에서, 복합 재료는 하드페이싱 아플리케인 등각 쉬트의 형태로 제공될 수도 있다. 다양한 구체예에 따르면, 드페이싱 아플리케는 경질 미립자를 포함할 수 있는데, 한 비-제한적 구체예에서는 약 5 마이크론 내지 약 10,000 마이크론의 평균 입자 크기를 가지며, 조립 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 및 분쇄된 초경 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하드페이싱 아플리케의 특정 비-제한적 구체예는 예를 들면, 구리계 브레이즈 합금, 니켈계 브레이즈 합금, 코발트계 브레이즈 합금, 은계 브레이즈 합금, 티타늄 합금, Ni-Co 계 브레이즈 합금, 또는 Ni-Cu 계 브레이즈 합금과 같은 전이 금속계 브레이즈 합금을 포함하는 첨가 성분을 추가적으로 포함할 수 있다. 미국 용접 협회 ("AWS")의 표준을 충족시키는 합금을 포함한, 그밖의 다른 브레이즈 합금 또는 용접 합금이 사용될 수도 있다. 본원에 따른 하드페이싱 아플리케 복합 재료의 특정 구체예에서 결합제는 본원에 기재된 이탈성 결합제를 포함할 수 있다. 결합제 제거시 경질 미립자와 첨가제를 포함할 수 있는 하드페이싱 아플리케는, 예를 들면, 용접 전이 금속계 브레이즈 합금에 의한 브레이징 또는 용접에 의해, 기판 표면의 적어도 일부에 결합될 수 있다. 특정 비-제한적 구체예에 따르면, 기판은 예를 들면, 암석 분쇄 공구 또는 금속가공 공구와 같은, 산업 공구일 수 있다.
특정 비-제한적 구체예에 따르면, 하드페이싱 아플리케는 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 초경 합금, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 및 이들의 조합과 같은, 약 20 중량% 내지 약 97 중량%의 경질 미립자; 본원에 기재된 바와 같은 전이 금속계 브레이즈 합금을 포함하는, 약 1 중량% 내지 약 20 중량%의 첨가제; 및 약 0 중량% 내지 약 50 중량%의 이탈성 결합제를 포함할 수 있다. 그밖의 다른 구체예에서, 이탈성 결합제는 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량%의 아플리케를 포함할 수도 있다.
본원의 하드페이싱 아플리케의 비-제한적 예에서, 이탈성 결합제는, 아플리케를 표면에 처리한 후, 아플리케 및/또는 표면을, 예를 들면, 화염, 전기 플라즈마, 레이저, 광역 방사선 아크 광, 광역 방사선 고 밀도 백열광 중 하나 이상을 사용하여서와 같이 가열하여, 또는 열 마찰에 의하여 제거될 수도 있다. 특정 구체예에서, 실질적으로 모든 이탈성 결합제가 제거될 수 있다. 그밖의 다른 비-제한적 구체예에서, 이탈성 결합제의 제거는 잔류물을 생성하며, 여기서 잔류물은 용제(fluxing agent)를 포함한다. 그밖의 다른 비-제한적 하드페이싱 아플리케의 구체예에서, 첨가제는 용제(fluxing agent)를 포함할 수도 있다.
복합 재료가 등각 쉬트를 포함하는 또다른 비제한적 구체예에서, 등각 쉬트는 방사선 차폐층을 포함할 수도 있다. 이러한 구체예에서, 복합 재료는 예를 들면, 텅스텐 분말과 같은 분말 재료를, 필요한 방사선의 흡수를 제공하기에 충분한 양으로 포함한다. 예를 들면, 등각 쉬트는 적어도 1,000 반(barns)의 열 중성자 포획 자름 넓이를 가지는 분말의 양을 포함할 수도 있다. 특정 구체예에서, 텅스텐 분말은 약 7 g/cm3 내지 약 12 g/cm3의 밀도를 조성물에 제공하기에 충분한 양으로 첨가될 수 있다. 또한 그밖의 다른 비-제한적 구체예에서, 텅스텐 분말은 등각 쉬트에 약 8 g/cm3 내지 약 11 g/cm3의 밀도를 제공하기에 충분한 양으로 첨가될 수도 있다. 또한 그밖의 다른 비-제한적 구체예에서, 텅스텐 분말은 등각 쉬트에 약 7 g/cm3 내지 약 10 g/cm3의 밀도를 제공하기에 충분한 양으로 첨가된다. 방사선 차폐층은 가요성이며 표면에 예를 들면 산업 접착제와 같은 접착제를 사용하여 부착되도록 개조될 수도 있다. 대안적으로, 방사선 차폐층은 단단하거나 반-단단한 플레이트 또는 쉬트일 수 있다. 방사선 차폐층의 특정 비-제한적인 구체예들은 약 0.20 cm (0.08 인치) 내지 약 0.76 cm (0.3 인치)의 두께를 가질 수도 있다. 대안적으로, 차폐층은 약 0.13 cm (0.050 인치) 내지 약 0.38 cm (0.150 인치)의 두께를 가질 수도 있다. 방사선 차폐층은 예를 들면, 안정화제 (예컨대, UV 안정화제), 착색제, 항산화제, 및 본원에 언급된 다른 첨가제와 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
방사선 차폐층의 특정 비-제한적 구체예들은 텅스텐 분말, 안정화제 (예를 들면, UV 안정화제), 착색제, 항산화제, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된, 0 중량% 내지 약 98 중량%의 첨가제; 및 약 2 중량% 내지 약 50 중량%의 결합제를 포함한다. 그밖의 다른 비-제한적 구체예들은 0.1 중량% 내지 약 98 중량%의 첨가제; 및 약 2 중량% 내지 약 50 중량%의 결합제를 포함할 수 있다. 차폐층의 특정 비-제한적 구체예들에서, 경질 미립자 성분의 중량 백분율은 0 중량% 내지 약 1 중량%일 수 있다. 그밖의 다른 구체예들은 약 0.1 중량% 내지 약 1 중량%의 경질 미립자를 포함할 수도 있다. 방사선 차폐층의 결합제는 예를 들면, 아세탈 코-폴리머, 아세탈 호모폴리머, 아크릴, 셀룰로오스, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, PEEK, PEI, PES, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리스티렌, PPO, 폴리설폰, PVC, 열가소성 폴리머, 폴리우레탄, 에폭사이드, 페놀, 비닐 에스테르, 우레탄 혼성재, 폴리카보네이트, ABS, 및 이들의 조합과 같은 고강도의, 인성 폴리머를 포함할 수도 있다.
본원의 복합 재료가 등각 쉬트를 포함하는 또다른 비-제한적 구체예에서, 등각 쉬트는 미끄럼-방지 쉬트, 마찰 재료, 및/또는 연마 쉬트를 포함할 수도 있는데, 이들 각각은 표면에 처리되기 위해 개조될 수 있다. 등각 쉬트의 특정 구체예들은, 예를 들면, 상업적으로 구입가능한 접착제를 사용하여, 표면에 접착적으로 결합되도록 개조될 수 있다. 복합 재료가 미끄럼-방지 쉬트, 마찰 재료, 및/또는 연마 쉬트의 형태일 경우, 복합 재료는 예를 들면, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 실리콘 카바이드, 산화 알루미늄, 보론 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 다이아몬드, 질화 붕소, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하며, 약 5 마이크론 내지 약 5,000 마이크론의 평균 입자 크기를 가지는 경질 미립자를 포함할 수도 있다.
미끄럼-방지 쉬트, 마찰 재료, 및/또는 연마 쉬트를 포함하는 복합 재료에서의 첨가 성분은, 예를 들면, 약 40 마이크론 내지 약 10,000 마이크론의 평균 입자 크기를 가질 수 있는, 조립 텅스텐 및/또는 티타늄 입자를 포함할 수도 있다. 금속 입자에 대안적으로, 또는 금속 입자에 추가하여, 첨가제는 항산화제, 안정화제, 보강 섬유, 및 착색제 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 연마 쉬트, 미끄럼-방지 쉬트, 및 마찰 재료를 포함하는(이에 제한되지는 않음), 본원에 개시된 복합 재료의 다양한 비-제한적 구체예들에서 적어도 하나의 첨가제로서 사용하기에 적합한 보강 섬유는 직물 섬유, 금속 섬유, 유리 섬유, 셀룰로오스 섬유, 및 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 섬유 첨가제는 사용하는 동안 쉬트를 보강시키고 및/또는 글레이징(glazing) 또는 부하를 감소시키는 기능을 할 수 있다. 섬유는 예를 들면, 직조 네트워크로서, 배향된 성긴 섬유 네트워크로서, 또는 임의 배향된 섬유 네트워크로서와 같이, 쉬트 내부에 다양한 방식으로 복합 재료 안에 배향될 수도 있다.
미끄럼-방지 쉬트 또는 마찰 재료의 다양한 비-제한적 구체예들은 분쇄된 소결 카바이드, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 실리콘 카바이드, 산화 알루미늄, 보론 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 다이아몬드, 질화 붕소, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 0중량% 내지 약 98 중량%의 경질 미립자; 조립 텅스텐 입자, 티타늄 입자, 안정화제, 착색제 및 항산화제로 구성되는 그룹에서 선택된 0 중량% 내지 약 98 중량%의 첨가제; 및 약 2 중량% 내지 약 50 중량%의 결합제를 포함할 수도 있다. 그밖의 다른 비-제한적 구체예들에서, 미끄럼-방지 쉬트 또는 마찰 재료는 0.1 중량% 내지 약 98 중량%의 경질 미립자; 0.1 중량% 내지 약 98 중량%의 첨가제; 및 약 2 중량% 내지 약 50 중량%의 결합제를 포함할 수도 있다. 특정 구체예에서, 미끄럼-방지 쉬트 또는 마찰 재료는 약 0.076 cm (0.03 인치) 내지 약 0.25 cm (0.10 인치) 두께를 가질 수 있다. 미끄럼-방지 쉬트 또는 마찰 재료의 특정 비-제한적 구체예들은 기판 표면의 적어도 일부에 부착되기 위해 개조될 수도 있다. 예를 들면, 특정 구체예에서, 미끄럼-방지 쉬트 또는 마찰 재료는 산업용 접착제와 같은 접착제를 사용하여 부착되도록 개조될 수도 있다. 그밖의 다른 비-제한적 구체예들에서, 미끄럼-방지 쉬트 또는 마찰 재료는 이탈성 결합제를 포함하며, 여기서 본원에서 논의한 바와 같이, 열처리 또는 화학물질과의 접촉에 의한 이탈성 결합제의 제거는 접착제를 포함하는 잔류물을 결과할 수도 있다. 이러한 구체예에서, 결합제의 제거로부터 생긴 접착제 잔류물들은 기판의 표면에 경질 미립자와 첨가제를 결합시킬 수도 있다.
복합 재료가 등각 연마 쉬트를 포함하는 그밖의 다른 비-제한적 구체예들에서, 쉬트는 다음을 포함할 수 있다: 분쇄된 소결 카바이드, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 실리콘 카바이드, 산화 알루미늄, 보론 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 다이아몬드, 질화 붕소, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 0 중량% 내지 약 98 중량%의 경질 미립자; 조립 텅스텐 입자, 안정화제, 착색제, 항산화제, 섬유, 전이 금속계 브레이즈 합금, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 0중량% 내지 50 중량%의 첨가제; 및 약 2 중량% 내지 약 50 중량%의 결합제. 그밖의 다른 구체예에서, 등각 연마 쉬트는 약 0.1 중량% 내지 약 98 중량%의 경질 미립자; 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량%의 첨가제; 및 약 2 중량% 내지 약 50 중량%의 결합제를 포함할 수도 있다. 특정 비-제한적 구체예들에 따른 결합제는, 탄성 중합체 또는 우레탄을 포함할 수도 있다. 연마에 대한 반응에 있어서, 표면층 위의 오래된 그레인이 마모되어 나갈 때 쉬트가 계속적으로 새로운 연마 그레인을 노출할 수 있도록, 연마 쉬트는 제어된 마모를 위해 제조될 수 있다.
또다른 비-제한적 구체예에서, 본원의 복합 재료는 압출성 퍼티를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 압출성 퍼티는 방사선 차폐 퍼티로서 사용하기에 적합한 높은 방사선 밀도를 가지는 퍼티 또는 연마 퍼티일 수도 있다. 특정 비-제한적 구체예들에 따르면, 퍼티는 저압하에서, 예를 들면, 689.5 kPA (100 psi) 미만의 적용 압력하에서 압출성이다. 특정 비-제한적 구체예들에서, 압출성 퍼티 복합 재료는, 본원에서 설명된 바와 같은, 약 2 마이크론 내지 약 5 마이크론의 평균 입자 크기를 가지는 경질 미립자를 포함할 수도 있다. 그밖의 다른 구체예에서, 압출성 퍼티는 약 7 g/cm3 보다 큰, 바람직하게는 약 7 g/cm3 내지 약 12 g/cm3의 밀도를 퍼티에 제공하기에 충분한 양의 텅스텐 분말을 포함하는 첨가제, 및 실리콘을 포함하는 결합제를 포함할 수도 있다.
첨가제로서 텅스텐을 포함하는 압출성 퍼티의 비-제한적 구체예들에서, 방사선 "고온 스팟"을 커버하기 위해 불규칙적이거나 고도로 윤곽지어진 표면 및 틈들 위에 압출될 수 있는 가요성 방사선 차폐 퍼티로서 사용될 수 있게 하기 위해, 높은 방사선 밀도를 가질 수도 있다. 특정 비-제한적 구체예들에 따르면, 퍼티는 용매를 포함할 수도 있으며, 용매의 증발, 화학 반응, 및/또는 중합에 의해 더 높은 점성도로 경화될 수 있다. 본원의 높은 방사선 밀도의 압출성 퍼티의 비-제한적 구체예는 다음을 포함한다: 텅스텐 분말, 안정화제, 착색제, 항산화제, 전이 금속계 브레이즈 합금, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 약 50 중량% 내지 약 98 중량%의 첨가제; 및 약 2 중량% 내지 약 50 중량%의 결합제. 높은 방사선 밀도의 퍼티는 전형적으로 비교적 적은 양, 예를 들면, 0 중량% 내지 약 1 중량%의 경질 미립자 성분을 포함할 것이다. 그밖의 다른 퍼티의 구체예는 약 0.1중량% 내지 약 1중량%의 경질 미립자 성분을 포함할 수도 있다. 높은 방사선 밀도의 퍼티의 특정 구체예의 결합제는 RTV 실리콘 결합제일 수 있다. 특정 구체예에서, 퍼티는 연장된 시간의 기간동안 가요성으로 유지되거나, 대안적으로, 그밖의 다른 구체예에서, 퍼티는 예를 들면, 용매 증발, 화학 반응, 및/또는 중합에 의해 더 높은 점성도로 경화될 수도 있다. 도 4a-4d 및 5a-5b에 도시된 바와 같이, 특정 구체예에 따른 퍼티는 상이한 경화 속도 및/또는 중량 손실 (예를 들면, 용매의 증발로 인한)을 나타낼 수도 있는데, 이는 시간이 지남에 따라 가요성을 유지하는 퍼티(직선의 작은 기울기로 나타내어진 바와 같이, 더 느린 속도 및/또는 더 작은 중량 손실) 또는 시간이 지남에 따라 더 큰 점성도로 경화하는 퍼티 (직선의 높은 기울기로 나타내어진 바와 같이, 더 빠른 속도 및/또는 더 큰 중량 손실)에 해당한다. 예를 들면, 경화 속도 또는 장기간 가요성과 같은 다양한 특성들은 경질 미립자 및/또는 첨가제의 부하량 또는 결합제의 성질 또는 고안 (예를 들면, 용매 휘발성과 같은)에 의해 결정될 수도 있다.
본원발명에 따른 압출성 퍼티의 그밖의 다른 비-제한적 구체예들에 따르면, 퍼티는 연마 퍼티를 포함할 수도 있다. 본원발명에 따른 연마 퍼티의 비-제한적 구체예들은 분쇄된 소결 카바이드, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 실리콘 카바이드, 산화 알루미늄, 보론 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 0중량% 내지 약 98중량%의 경질 미립자; 안정화제, 착색제, 항산화제, 및 경화제로 구성된 그룹에서 선택된 약 30중량% 이하의 첨가제; 및 약 2중량% 내지 약 50중량%의 결합제를 포함할 수도 있다. 연마 퍼티의 그밖의 다른 비-제한적 구체예들은 0.1중량% 내지 약 98중량%의 경질 미립자; 0.1중량% 내지 약 30중량%의 첨가제; 및 약 2중량% 내지 약 50중량%의 결합제를 포함할 수도 있다. 압출성 연마 퍼티의 경질 미립자 성분의 특정 예는 약 2 마이크론 내지 약 100 마이크론의 평균 입자 크기를 가질 수도 있다. 특정 비-제한적 구체예들에서, 경질 미립자는 약 3 마이크론 내지 약 5 마이크론의 평균 입자 크기를 가질 수도 있다. 연마 퍼티들은 탄화수소 오일 및 그리스, 수용성 폴리머, 수계 에멀젼, 실리콘, 및 저강도 폴리머를 포함한, 결합제를 포함할 수 있다.
이제 본원발명에 따른 복합 재료의 다양한 구체예들이 다음의 비-제한적 실시예들에서 설명될 것이다. 당업자들은 본원발명의 성질을 설명하기 위해 이하에 기재되고 설명된, 성분, 조성, 상세, 재료, 및 실시예의 공정 변수들에서의 다양한 변화가 당업자에 의해 이루어질 수 있으며, 이러한 모든 변형들은 첨부된 청구범위 및 본원에 표현된 발명의 원리 및 범위에 속하게 됨을 이해할 것이다. 또한 당업자는 넓은 본원발명의 개념에서 벗어나지 않고 상기 및 이하에 설명된 구체예들에 대해 변화가 이루어질 수 있음 또한 이해할 것이다. 그러므로, 본원발명은 개시된 특정 구체예에 제한되지 않으며, 청구범위에서 정의된 바와 같이, 본원발명의 원리 및 범위에 속하는 변형들을 포함하고자 함을 이해하여야 한다.
실시예
실시예 1 - 암석 분쇄기 면( Rock Crusher Faces )을 위한 하드페이싱 아플리케
경질 미립자 성분: 약 5 마이크론 내지 약 10,000 마이크론의 평균 입자 크 기를 가지며, 복합 재료의 약 20중량% 내지 약 97중량%을 구성하는, 조립 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 및/또는 분쇄된 초경 합금.
담체 성분: 아플리케를 초기에 가열하는 동안 깨끗한 연소종료(burnout)를 제공하며, 약 1 중량% 내지 약 20중량%를 구성하는 이탈성 폴리머.
첨가제: 약 0중량% 내지 약 50중량%를 구성하는 구리계 브레이즈 합금.
아플리케의 밀도는 바람직하게는 고부하의 경질 미립자 성분으로 인해, 약 2 g/cm3 내지 약 10 g/cm3 범위로 비교적 높을 것이며, 전형적으로 도 1의 점선 7로 표시된 바와 같이, 계산된 고체 한도에 접근하거나 이를 초과한다. 복합 재료의 형태는 마모된 표면과 같은, 암석 분쇄 면의 표면 위에 배치되고, 후속적으로 브레이즈 합금 첨가 성분의 열적 브레이징에 의해 표면에 결합될 수 있는 얇은 플레이트의 형태일 것이며, 열적 브레이징은 이탈성 결합제가 열적으로 제거되는 동안 발생할 수 있다.
실시예 2 - 금속가공 공구위의 마모 표면의 준비
경질 미립자 성분: 약 5 마이크론 내지 약 10,000 마이크론의 평균 입자 크기를 가지며, 복합 재료의 약 20중량% 내지 약 97중량%을 구성하는, 조립 텅스텐 카바이드 또는 티타늄 카바이드.
담체 성분: 초기에 마모 표면을 가열하는 동안 깨끗한 연소종료를 제공하며, 약 1중량% 내지 약 20중량%를 구성하는 이탈성 탄성 중합체.
첨가제: 코발트-, Ni-Co, 또는 Ni-Cu 계 브레이즈 합금 또는 티타늄 합금과 같은 전이 금속계 브레이즈 합금이 전형적일 것이지만, 더욱 값비싼 Ag-계 브레이즈 또한 사용될 수 있다. 전이 금속계 브레이즈 합금은 복합 재료의 약 0중량% 내지 약 50중량%를 구성할 것이다.
아플리케의 밀도는 바람직하게는 고부하의 경질 미립자 성분으로 인하여 비교적 높은, 약 2 g/cm3 내지 약 10 g/cm3의 범위일 것이며, 전형적으로 도 1의 선(7)에 의해 도시된 바와 같이 계산된 고체 한도에 근접하거나 이를 초과할 것이다. 복합 재료의 형태는, 금속 가공 공구의 마모 표면 위에 배치되고 후속적으로 브레이즈 합금 첨가 성분의 열적 브레이징에 의해 상기 표면에 결합될 수 있는 가요성의, 다듬을 수 있는 등각층의 형태가 될 것이며, 열적 브레이징은 이탈성 결합제의 열적 제거 동안 발생할 수 있다. 복합 재료는 정의된 저장 시간 동안 가요성으로 유지될 것으로 예상된다.
실시예 3 - 압출성 , 연마 퍼티
경질 미립자 성분: 약 2 마이크론 내지 약 5 마이크론의 평균 입자 크기를 가지며, 0중량% 내지 약 98중량%를 구성하는 중간 그레인 텅스텐 카바이드.
담체 성분: 약 2중량% 내지 약 50중량%를 구성하며, 제어되는 그리고 비교적 일정한 점성도를 제공하는 폴리머.
첨가제: 0중량% 내지 약 30중량%를 구성하는, UV 안정화제와 같은 안정화제, 및 확인을 위한 착색제. 특수한 담체와 사용가능하여야 하며, 전형적으로 플라스틱 산업에서 용이하게 이용가능하다.
퍼티의 밀도는 바람직하게는 경질 미립자의 존재로 인하여, 약 2 g/cm3 내지 약 8 g/cm3 범위로 보통 정도가 될 것이다. 퍼티는 바람직하게는 저압하에서, 즉, 689.5 kPa (100 psi)미만에서 압출성을 보일 것이며, 유동 분리에 대해 내성을 보일 것이다. 또한 퍼티는 바람직하게는 비-부식성을 보일 것이며, 낮은 독성을 가지며, 용이하게 재생가능할 것이다.
실시예 4 - 결합가능한 미끄럼-방지 쉬트
경질 미립자 성분: 약 2 마이크론 내지 약 5 마이크론의 평균 입자 크기를 가지며, 0중량% 내지 약 98중량%를 구성하는, 중간 그레인의 분쇄된 소결 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 또는 티타늄 카바이드.
담체: 통상의 접착제를 사용하여 용이하게 결합가능한 인성 및 고강도를 제공하며, 약 2중량% 내지 약 50중량%를 구성하는 폴리머.
첨가제: 약 5 마이크론 내지 10,000 마이크론의 평균 입자 크기를 가지며, 항산화제 및 안정화제와 함께 0중량% 내지 약 98중량%를 구성하는, 조립 텅스텐 입 자 및/또는 티타늄 입자.
쉬트의 밀도는 바람직하게는, 고부하의 경질 미립자 성분으로 인하여, 비교적 높은, 약 2 g/cm3 내지 약 10 g/cm3의 범위일 것이다. 복합 재료의 형태는 전형적으로 0.076 cm (0.03 인치) 내지 0.256 cm (0.10 인치) 범위의 두께 및 큰 표면적을 가지는 중간 정도로 단단한, 인열 저항 쉬트의 형태일 것이다. 쉬트는 습도, 산화 및 UV 분해에 대하여 내성을 띨 것이다.
실시예 5 - 방사선 차폐층
경질 미립자 성분: 최소, 예를 들면, 0중량% 내지 약 1중량%.
담체: 통상의 접착제를 사용하여 용이하게 결합가능한 폴리카보네이트 또는 ABS와 같은, 고강도 및 인성을 제공하며, 약 2중량% 내지 약 50중량%를 구성하는 폴리머.
첨가제: 7 g/cm3 보다 큰 밀도를 제공하기 위하여 최대 부하의 텅스텐 분말을 포함하며, 0중량% 내지 98중량%를 구성. 그밖의 다른 가능한 첨가제는 항산화제, UV 안정화제 및 확인을 위한 사용가능한 착색제를 포함할 것이다.
방사선 차폐층의 밀도는 바람직하게는 고 에너지 광자 방사선의 더 큰 차폐를 위해 최대화(7 g/cm3 초과) 될 것이다. 또한 중성자 방사선도 존재하는 경우에 사용하기 위해, 1,000 반(barns) 이상의 열 중성자 포획 자름 넓이를 가지는 첨가제를 추가적으로 함유할 수도 있다. 복합 재료의 형태는 바람직하게는 취급 및 부착하는 동안 손상에 저항하기 위한 높은 인성을 가지는, 큰 표면적의, 단단한 또는 반-단단한 쉬트의 형태가 될 것이다. 쉬트는 바람직하게는 습도, 산화 및 UV 분해에 내성을 보일 것이다.
실시예 6 - 분말 사출 성형에 의해 형성된 가공가능한 호닝 ( Honing ) 예비성형체
경질 미립자 성분: 약 2 마이크론 내지 약 5 마이크론의 평균 입자 크기를 가지며, 0 중량% 내지 약 98중량%를 구성하는 중간 그레인의 텅스텐 카바이드 및/또는 티타늄 카바이드.
담체: 고강도 및 경도를 제공하지만, 용이한 가공가능성을 촉진시키기에 적절한 인성을 가지는, 예를 들면, 페놀 폴리머와 같은 약 2중량% 내지 약 50중량%를 구성하는 폴리머.
첨가제: 0중량% 내지 약 50중량%를 구성하며, 텅스텐 카바이드 경질 미립자의 연마 특성을 원하는 수준으로 균형잡기 위한 텅스텐 분말 및/또는 티타늄 분말.
복합 재료 예비 성형체의 형태는 바람직하게는 오직 최소한의 마무리 가공을 요하는 바람직한 정형(net shape)에 가깝거나, 대안적으로, 최종 원하는 형상으로 가공가능한 모놀리식 형상 중 하나가 될 것이다. 담체 및 부하 수준은 바람직하게는 우수한 가공가능성을 제공하기 위하여 선택될 것이다. 예비성형체는 바람직하게는 습도, 산화 및 열 연화에 내성을 보일 것이다.
실시예 7 - 고 방사선 밀도의 압출성 퍼티
경질 미립자 성분: 최소, 예를 들면 0 중량% 내지 약 1 중량%.
담체: 저압하에서, 즉, 689.5 kPa (100 psi) 미만의 압력하에서 용이하게 압출가능하며 약 5중량% 내지 약 50중량%를 구성하는 실리콘 결합제.
첨가제: 7 g/cm3 보다 큰 밀도를 제공하기 위한 최대 부하의 텅스텐 분말을 포함하며, 약 50중량% 내지 약 95중량%를 구성함. 그밖의 다른 첨가제는 항산화제, UV 안정화제, 해중합을 저해하기 위한 안정화제, 및 확인을 위한 가능한 착색제를 포함할 것이다.
퍼티는 바람직하게는 방사선 "고온 스팟"에 수작업으로 처리되로 수 있으며, 틈과 같은 변화가능한 표면을 가지는 가요성 형태일 것이다. 또한 퍼티는 1,000 반 이상의 열 중성자 포획 자름 넓이를 제공하기 위하여 제조될 수도 있다. 퍼티는 바람직하게는 습도에 내성을 가지며, 주변 노출에서 대략 24시간 이내에 경화하는 제어된 점성도를 가질 것이다. 예를 들면, 경화 속도 또는 장기간 가요성과 같은 다양한 특성들은 경질 미립자 및/또는 첨가제의 부하량 또는 결합제의 성질 또는 고안 (예를 들면, 용매 휘발성과 같은)에 의해 결정될 수 있다.
실시예 8 - 섬유 보강된 등각 연마 쉬트
경질 미립자 성분: 약 1 마이크론 내지 약 10,000 마이크론의 평균 입자 크기를 가지며, 0중량% 내지 약 98중량%를 구성하는, 폭넓은 분포의 텅스텐 카바이드 입자, 티타늄 카바이드 입자, 및/또는 초경 합금 파편들 (지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드 등을 포함).
담체: 섬유 보강에 적합하며, 약 2중량% 내지 약 50중량%를 구성하는 탄성 중합체 또는 (페놀 수지와 같은) 폴리머.
첨가제: 0중량% 내지 약 50중량%를 구성하는, 확인을 위한 착색제 및 직조 섬유.
연마 쉬트는, 더 오래된 그레인 표면층이 마모될 때 새로운 연마 그레인을 연속적으로 노출시키기 위하여, 제어되는 마모를 위해 제조되며, 바람직하게는 비교적 얇은 가요성 쉬트가 될 것이다. 또한 쉬트는 바람직하게는 습도 및 열 사이클링에 대해 내성을 보일 것이다.
실시예 9 - 비- 가요성의, 결합된 연마 쉬트
비-가요성의, 결합된 연마 스트립이 본원발명의 한 구체예에 따라 제조되었다. 생성된 스트립은 경질 미립자로서 텅스텐 카바이드를, a 섬유 배킹 as the 첨가제로서 섬유 배킹, 그리고 결합제로서 페놀/포름알데히드 수지를 포함하였다. 생성된 비-가요성의 연마 스트립은, 예를 들면, 미끄럼 방지 쉬트로서 사용될 수 있다.
가요성 섬유 배킹 스트립 (ATI Garryson Ltd사., Leic에스테르shire, UK)을 0.1 mm의 페놀/포름알데히드 수지층 (Cellobond 85S, Hexion Specialty Chemicals, Inc.사로부터 구입가능한 액체 페놀 레졸, 콜럼버스, 오하이오)으로 고무 롤러(squeegee)를 사용하여 코팅하였다. 80 그릿의 텅스텐 카바이드 분말 (International Diamond Services Inc.사, 휴스톤, 텍사스, 표 1에 나타난 입자 크기 분포)의 폐쇄층(완전한 커버리지)을 중력 코팅기에 의해 페놀/포름알데히드 수지에 처리하였다. 텅스텐 카바이드 분말을 가라앉게 두고, 습윤 지점들은 추가적인 텅스텐 카바이드 분말을 사용하여 재코팅하였다. 복합 재료를 150℃ (300°F)의 오븐에서 15분 동안 경화시킨 뒤, 대기 냉각시켰다.
표 1: 80 그릿의 텅스텐 카바이드의 입자 크기 분포
입자 크기(그릿) 백분율
+70 0%
+80 19%
+100 80.1%
+120 0.9%
-120 0%
생성된 암회색의 방수 연마 스트립은 0.17 g/cm2의 면밀도 및 500 시간의 연마 수명 (13,000 분당 오비트 (opm)의 샌더를 사용하고 중량 변화를 측정하여 시험함)을 가졌다. 이 스트립은 굴곡 반경 시험면에서 최소의 가요성을 보여주었다.
실시예 10 - 비- 가요성의 , 결합된 연마 쉬트
비-가요성의, 결합된 연마 스트립이 본원발명의 한 구체예에 따라 제조되었다. 생성된 스트립은 경질 미립자로서 텅스텐 카바이드를, 첨가제로서 섬유 배킹을, 및 결합제로서 페놀/포름알데히드 수지를 포함하였다. 생성된 비-가요성 연마 스트립은 예를 들면, 미끄럼 방지 쉬트로서 사용될 수 있다.
실시예 9의 제조 방법을 따랐으나, 80 그릿의 텅스텐 카바이드 대신, 120 그릿의 텅스텐 카바이드 분말 (International Diamond Services Inc., 휴스톤, 텍사스, 표 2에 나타난 입자 크기 분포)이 사용되었다. 생성된 암회색의 방수 연마 스트립은 0.15 g/cm2의 면밀도를 가졌다. 이 스트립은 굴곡 반경 시험에서 최소의 가요성을 나타내었다.
표 2: 120 그릿의 텅스텐 카바이드의 입자 크기 분포
입자 크기(그릿) 백분율
+100 6.7%
+120 46%
+140 41.5%
-140 5.8%
실시예 11 - 가요성의 결합된 연마 쉬트
가요성의 결합된 연마 스트립은 본원발명의 한 구체예에 따라 제조되었다. 생성된 스트립은 경질 미립자로서 텅스텐 카바이드를, 첨가제로서 섬유 배킹을, 그리고 결합제로서 페놀/포름알데히드 수지를 포함하였다.
실시예 9의 제조 방법을 따랐으나, 80 그릿의 텅스텐 카바이드 대신 120 그릿의 텅스텐 카바이드 분말 (International Diamond Services Inc., 휴스톤, 텍사스)을 사용하였다. 생성된 암회색의 방수 연마 스트립은 0.10 g/cm2의 면밀도를 가졌다. 이 스트립은 가요성 (굴곡 반경 시험에서 180°의 가요성)을 띠었으며, 휜 후에 가시적인 균열을 보이지 않았다. 10,000 opm의 샌더를 사용하여 실시된 연마 수명 시험에서 성긴 그레인들이 관찰되었다.
실시예 12 - 가요성의 텅스텐 퍼티
본 실시예에서, 텅스텐 분말을 함유하는 가요성 퍼티는 두 가지 상이한 등급의 텅스텐 분말을 사용하여 형성되었다. 생성된 고 밀도 퍼티들은 최소의 중량 손실 및 물 흡수를 보였다.
가요성의 텅스텐 퍼티들은 텅스텐 분말 대 결합제의 다양한 비율을 사용하여 제조되었다. 두 가지 등급의 텅스텐 분말이 사용되었다: 텅스텐 C-20 등급 (6 내지 9 마이크론 입자 크기, ATI Alldyne사, 훈츠빌, 알라배마)로부터 구입가능) 및 텅스텐 G-90 등급 (ATI Metalworking Products사, La Vergne, 테네시)로부터 구입가능한 25 마이크론의 최소 입자 크기. 결합제는 폴리부텐 (이소부틸렌/부탄 코-폴리머 (INDOPOL® H-35, Amoco Chemical Co.사로부터 상업적으로 구입가능함, 워렌빌, 일리노이); 벤젠프로파노익 애시드, 2,2-비스[[3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시페닐]-1-옥소프로폭시]메틸-1,3-프로판디일에스테르 (IRGANOX® 1010, Ciba Specialty Chemicals Corp.사로부터 구입가능, 테리타운, 뉴욕); 및 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌 블록 코-폴리머 (KRATON® G-1651H, Kraton Polymers사로부터 구입가능, 휴스톤, 텍사스)의 혼합물로 구성되었다. 금속 분말 및 결합제는 50:50 내지 80:20 범위의 다양한 부피비로 혼합되었다. 130℃에서 15분 동안 텅스텐 분말을 결합제 조성물과 혼합하였다. 다양한 퍼티들의 조성이 표 3: 텅스텐 퍼티의 조성에 기재되어 있다.
표 3: 텅스텐 퍼티들의 조성
분말 품질 혼합비(부피%) 개별 성분들의 중량
텅스텐 G-90 등급 (25마이크론) 텅스텐부하 결합제부하 고체 결합제부하(부피%)
텅스텐 (g) Kraton G 1651(g) Irganox 1010(g) Indopol H-35(g)
50 50 100.25 2.24 0.11 8.86
55 45 110.28 2.02 0.1 7.97
60 40 120.3 1.79 0.09 7.09
65 35 130.33 1.57 0.08 6.2
70 30 140.35 1.35 0.07 5.31
75 25 150.38 1.12 0.06 4.43
텅스텐 C-20등급 (6-9 마이크론) 50 50 50.38 2.24 0.11 8.86
60 40 60.45 1.79 0.09 7.09
65 35 65.49 1.57 0.08 6.2
70 30 70.53 1.35 0.07 5.31
75 25 75.56 1.12 0.06 4.43
80 20 80.6 0.9 0.04 3.54
도 2a 및 2b는 각각 70중량%의 G-90 등급 텅스텐 분말 (25 마이크론)과 80중량%의 C-20 등급 텅스텐 분말 (6-9 마이크론)을 혼합시킨 퍼티들의 현미경 사진이다. 생성된 퍼티들은 밀도, 100℃에서의 중량 손실, 자외선(UV) 광에 노출시의 중량 손실, 물 흡수에 대하여 시험되었다. 퍼티 밀도는 텅스텐 분말의 부하 부피에 따라 3.822 g/cm3 내지 9.336 g/cm3 범위에서 변화하였다. 두 가지 텅스텐 분말 등급 (6-9 마이크론 및 25 마이크론)에 대한 텅스텐 부하의 함수로서의 퍼티의 밀도는 도 3에 나타나있다. 시간에 따른 중량 손실 속도가 100℃에서 가열하는 동안 측정되었다. 100℃에서 가열 시간(hr)의 함수로서의 중량 손실 속도 (g/(cm2min))는 50중량% 및 70중량% 부하의 25 마이크론의 텅스텐 분말 등급 및 50중량% 및 80중량% 부하의 6-9 마이크론의 텅스텐 분말 등급에 관해 플롯되며, 이들은 각각 도 4a-4b 및 4c-4d에 제공된다.
시간에 따른 중량 손실이 UV 방사선에 노출되는 동안 측정되었다. UV 방사선에 대한 노출 시간(hr)의 함수로서의 중량 손실(g)은 50중량% 및 70중량% 부하의 25 마이크론 그리고 50중량% 및 80중량% 부하의 6-9 마이크론의 두 가지 텅스텐 분말 등급 모두에 대해 플롯되며, 이는 각각 도 5a 및 5b에 제공된다.
퍼티들의 물 흡수는 10시간에 걸쳐 물에 퍼티들을 함침시켜 측정되었다. 함침 시간(hr)의 함수로서의 퍼티들의 중량 변화(g)는 50중량% 및 70중량% 부하의 25 마이크론 그리고 50중량% 및 80중량% 부하의 6-9 마이크론의 두가지 텅스텐 분말 등급 모두에 대해 플롯되고, 이는 각각 도 6a 및 6b에 제공된다.
도 4a-4d 및 5a-5b에 도시된 바와 같이, 특정 구체예에 따른 퍼티들은 상이한 경화 속도 및/또는 중량 손실을 나타낼 수 있는데 (예를 들면, 용매의 증발로 인해), 이것은 시간이 지남에 따라 가요성을 유지하는 퍼티 (더 낮은 경화 속도 및/또는 더 적은 중량 손실, 작은 기울기의 선으로 표시됨) 또는 시간이 지남에 따라 더 높은 점성도로 경화하는 퍼티 (더 높은 경화 속도 및/또는 더 많은 중량 손실, 더 큰 기울기의 선으로 표시됨)에 해당한다. 예를 들면, 경화 속도 또는 장기간 가요성과 같은 다양한 특성들은 경질 미립자 및/또는 첨가제의 부하량 또는 결합제의 성질 또는 고안 (예를 들면, 용매 휘발성과 같은)에 의해 결정될 수 있다.
본원의 특정 비-제한적 구체예는 재료 고안 접근을 통해 구체적 응용들을 목표로 하는, 다음을 포함하는 복합 재료 군을 포함한다; 1) 경질 미립자; 2) 담체 또는 결합제 상; 및 3) 특성 개선 및/또는 경도 조절을 위한 하나 이상의 첨가제. 특정 구체예에 따르면, 복합 재료는 가요성 등각 쉬트; 단단하고 가공가능한 몰드된 예비성형체; 및 압출성 퍼티(extrudable putty) 중 하나 일 수도 있다. 복합재료의 제조 방법 또한 개시된다.

Claims (84)

  1. 다음을 포함하는 복합 재료:
    텅스텐 카바이드, 디텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 분쇄된 초경 합금, 둥글어진(rounded) 텅스텐 카바이드-함유 입자, 실리콘 카바이드, 보론 카바이드, 산화 알루미늄, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 다이아몬드, 질화 붕소, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 경질 미립자 성분;
    첨가 성분; 및
    고무, 폴리머, 에폭시, 실리콘, 탄성 중합체, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 결합제 성분.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 복합 재료는 하나초과의 경질 미립자 성분을 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 첨가제는 텅스텐, 티타늄, 몰리브덴, 크롬, 니켈, 철, 코발트, 구리, 주석, 비스무트, 아연, 및 은으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 첨가제는 구리계 브레이즈 합금, 니켈계 브레이즈 합금, 코발트계 브레이즈 합금, 은계 브레이즈 합금, 티타늄 합금, Ni-Co 계 브레이즈 합금, 및 Ni-Cu 계 브레이즈 합금으로 구성된 그룹에서 선택된 전이 금속계 브레이즈 합금을 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 첨가제는 무기성질 개질제, 공정 조제, 항산화제, 착색제, 브레이징 용제(brazing flux), 안정화제, 경화제, 복합 재료의 성분들의 유동 박리(flow separation)를 감소시키는 재료, 복합 재료의 화학적 안정성을 증진시키는 재료, 복합 재료의 적어도 하나의 기계적 성질을 개질시키는 재료, 및 보강재료로 구성된 그룹에서 선택됨을 특징으로 하는, 복합 재료.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 복합 재료는 금속, 전이 금속계 브레이즈 합금, 무기성질 개질제, 공정 조제, 항산화제, 착색제, 브레이징 용제, 안정화제, 경화제, 복합 재료의 성분들의 유동 박리를 감소시키는 재료, 복합 재료의 화학적 안정성을 증진시키는 재료, 복합 재료의 적어도 하나의 기계적 성질을 개질시키는 재료, 및 보강 재료로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 첨가제는 금속 산화물 분말, 탄산염, 규산염, 수화물, 글라스 비드, 인산염, 붕산염, 마그네슘 염, 및 작은 입자크기의 금속으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 무기성질 개질제를 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 첨가제는 계면활성제, 윤활제, 경화제, 충전재-결합제 커플런트(filler-binder couplant), 및 주형 이형제로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 공정 조제를 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 첨가제는 유기 염료, 금속 산화물 분말, 및 카본 블랙으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 착색제를 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 결합제는 고무, 폴리머, 에폭시, 실리콘, 및 탄성 중합체로 구성된 그룹에서 선택된 둘 이상의 재료를 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 결합제는 천연 이소프렌, 라텍스, 클로로프렌, 스티렌 부타디엔니트릴, 부틸, 네오프렌, 우레탄, 및 불소탄성중합체로 구성된 그룹에서 선택된 고무를 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 결합제는 아세탈 코-폴리머, 아세탈 호모폴리머, 아크릴, ABS, 셀룰로오스, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테 레프탈레이트, PEEK, PEI, PES, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리스티렌, PPO, 폴리설폰, PVC, 열가소성 폴리머, 폴리우레탄, 에폭시, 페놀, 비닐 에스테르, 및 우레탄 혼성재로 구성된 그룹에서 선택된 폴리머를 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 결합제는 잔류되는(retained) 결합제임을 특징으로 하는, 복합 재료.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 결합제는 이탈성 결합제이며, 여기서 이탈성 결합제는 복합 재료를 적용하거나 사용하는 공정에서 화학물질과 함께 가열 및 접촉 중 적어도 하나에 의해 제거됨을 특징으로 하는, 복합 재료.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 이탈성 결합제는 복합 재료를 적용 또는 사용하는 동안 화염, 전기 플라즈마, 레이저, 광역 방사선 아크 광, 및 광역 방사선 고강도 백열광 중 적어도 하나를 포함하는 수단을 사용하는 가열에 의해 제거됨을 특징으로 하는, 복합 재료.
  16. 제 14항에 있어서, 복합 재료를 적용 또는 사용하는 동안 실질적으로 모든 이탈성 결합제가 제거됨을 특징으로 하는, 복합 재료.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 이탈성 결합제의 제거는 잔류물을 생성함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 잔류물은 용제(fluxing agent)임을 특징으로 하는, 복합 재료.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 잔류물은 경질 미립자와 첨가제를 기판에 결합시킴을 특징으로 하는, 복합 재료.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 기판은 암석 분쇄 조각의 면 그리고 금속가공 공구의 표면 중 하나임을 특징으로 하는, 복합 재료.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 복합 재료는 기판의 표면에 부착되도록 개조됨을 특징으로 하는, 복합 재료.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 복합 재료는 원하는 최종 형상으로 가공가능한, 몰드된 예비성형체임을 특징으로 하는, 복합 재료.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 경질 미립자는 텅스텐 카바이드 입자 및 티타늄 카바이드 입자 중 적어도 하나를 포함하며, 입자는 2 마이크론 내지 10 마이크론의 평균 입자 크기를 가짐을 특징으로 하는, 복합 재료.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 첨가제는 상기 경질 미립자의 마모도를 원하는 수준으로 제한하기에 충분한 양으로 존재하는 금속 분말을 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  25. 제 22항에 있어서, 상기 결합제는 단단한 고강도 폴리머임을 특징으로 하는, 복합 재료.
  26. 제 1항에 있어서, 최대 고체 부하는 적어도 하나의 미립자 성분의 입자 크기 분포의 바이모달 테일러링, 트라이-모달 테일러링 및 멀티-모달 테일러링 중 하나를 사용하여 증가됨을 특징으로 하는, 복합 재료.
  27. 제 1항에 있어서, 밀도 및 강성 중 적어도 하나는 경질 미립자 및 첨가제 중 적어도 하나의 입자 형상의 변형에 의해 달라짐을 특징으로 하는, 복합 재료.
  28. 제 1항에 있어서, 상기 복합 재료는 등각 쉬트임을 특징으로 하는, 복합 재료.
  29. 제 28항에 있어서, 등각 쉬트는 하드페이싱 아플리케를 포함하며, 경질 미립 자는 조립(coarse grain) 텅스텐 카바이드, 조립 티타늄 카바이드, 조립 지르코늄 카바이드, 조립 산화 지르코늄, 조립 탄탈륨 카바이드, 조립 니오븀 카바이드, 조립 하프늄 카바이드, 조립 크롬 카바이드, 조립 바나듐 카바이드, 조립 분쇄된 초경 합금, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택되며; 결합제는 이탈성 결합제를 포함하며; 첨가제는 전이 금속계 브레이즈 합금을 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  30. 제 28항에 있어서, 상기 첨가제는 등각 쉬트에 7 g/cm3 내지 12 g/cm3의 밀도를 제공하기에 충분한 양의 텅스텐 분말을 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 등각 쉬트는 방사선 차폐층이며, 등각 쉬트는 표면에 부착되기 위하여 개조되며, 7 g/cm3 내지 11 g/cm3의 밀도를 가짐을 특징으로 하는, 복합 재료.
  32. 제 30항에 있어서, 상기 등각 쉬트는 0.050 인치 내지 0.150 인치의 두께를 가짐을 특징으로 하는, 복합 재료.
  33. 제 28항에 있어서, 상기 등각 쉬트는 표면에 처리되기 위해 개조된 미끄럼-방지 쉬트 및 마찰 재료 중 하나를 포함하며, 경질 미립자는 중간 그레인 분쇄된 소결 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 티타늄 카바이드, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택되며; 첨가제는 조립 텅스텐 입자 및 조립 티타늄 입자 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 미끄럼-방지 쉬트 및 마찰 재료 중 하나는 표면에 끈끈하게 결합되기 위해 개조됨을 특징으로 하는, 복합 재료.
  35. 제 33항에 있어서, 상기 첨가제는 항산화제, 안정화제, 보강 섬유, 및 착색제 중 하나 이상을 포함함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  36. 제 1항에 있어서, 복합 재료는 압출성 퍼티임을 특징으로 하는, 복합 재료.
  37. 제 36항에 있어서, 상기 압출성 퍼티는 텅스텐 카바이드 및 티타늄 카바이드 중 적어도 하나를 포함하는 경질 미립자를 포함하며, 경질 미립자는 2 마이크론 내지 5 마이크론의 평균 입자 크기를 가짐을 특징으로 하는, 복합 재료.
  38. 제 36항에 있어서, 상기 압출성 퍼티는 실리콘을 포함하는 결합제 및 텅스텐 분말을 포함하는 첨가제를 포함하며, 퍼티는 7 g/cm3 보다 큰 밀도 및 고 방사선 밀 도를 가짐을 특징으로 하는, 복합 재료.
  39. 제 36항에 있어서, 상기 퍼티는 용매를 포함하며, 용매의 증발에 의해 더욱 높은 점성도로 경화가능함을 특징으로 하는, 복합 재료.
  40. 다음을 포함하는, 하드페이싱 아플리케:
    텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 초경 합금, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 20 중량% 내지 97 중량%의 경질 미립자;
    전이 금속계 브레이즈 합금을 포함하는, 1 중량% 내지 20 중량%의 첨가제; 및
    0 중량% 내지 50 중량%의 이탈성 결합제.
  41. 제 40항에 있어서, 상기 경질 미립자는 5 마이크론 내지 10,000 마이크론의 평균 입자 크기를 가짐을 특징으로 하는, 하드페이싱 아플리케.
  42. 제 40항에 있어서, 상기 전이 금속계 브레이즈 합금은 구리계 브레이즈 합금, 니켈계 브레이즈 합금, 코발트계 브레이즈 합금, 은계 브레이즈 합금, 티타늄 합금, Ni-Co 계 브레이즈 합금, 및 Ni-Cu 계 브레이즈 합금으로 구성되는 그룹에서 선택됨을 특징으로 하는, 하드페이싱 아플리케.
  43. 제 40항에 있어서, 상기 이탈성 결합제는 표면에 아플리케를 적용할 때 화염, 전기 플라즈마, 레이저, 광역 방사선 아크 광, 광역 방사선 고 강도 백열광 및 열 마찰 중 적어도 하나를 사용한 가열에 의해 제거됨을 특징으로 하는, 하드페이싱 아플리케.
  44. 제 43항에 있어서, 실질적으로 모든 이탈성 결합제가 제거됨을 특징으로 하는, 하드페이싱 아플리케.
  45. 제 43항에 있어서, 이탈성 결합제의 제거는 용제(fluxing agent)를 포함하는 잔류물을 생성함을 특징으로 하는, 하드페이싱 아플리케.
  46. 제 42항에 있어서, 전이 금속계 브레이즈 합금은 경질 미립자와 첨가제를 기판에 결합시킴을 특징으로 하는, 하드페이싱 아플리케.
  47. 제 46항에 있어서, 상기 기판은 암석 분쇄 공구의 표면 및 금속 가공 공구의 표면 중 하나임을 특징으로 하는, 하드페이싱 아플리케.
  48. 다음을 포함하는 압출성 연마 퍼티(putty):
    분쇄된 소결 카바이드, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 실리콘 카바이드, 산화 알루미늄, 보론 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 98 중량% 이하의 경질 미립자;
    안정화제, 착색제, 항산화제, 경화제, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 30 중량% 이하의 첨가제; 및
    2 중량% 내지 50 중량%의 결합제.
  49. 제 48항에 있어서, 경질 미립자는 2 마이크론 내지 100 마이크론의 평균 입자 크기를 가짐을 특징으로 하는, 압출성 연마 퍼티.
  50. 제 48항에 있어서, 경질 미립자는 3 마이크론 내지 5 마이크론의 평균 입자 크기를 가짐을 특징으로 하는, 압출성 연마 퍼티.
  51. 제 48항에 있어서, 상기 결합제는 탄화수소 오일과 그리스, 수용성 폴리머, 수계 에멀젼, 실리콘, 및 저강도 폴리머를 포함함을 특징으로 하는, 압출성 연마 퍼티.
  52. 제 48항에 있어서, 퍼티는 689.5 kPa 미만의 압력하에서 압출가능함을 특징으로 하는, 압출성 연마 퍼티.
  53. 제 48항에 있어서, 결합제는 용매를 포함하며, 압출 후 용매의 증발은 퍼티의 점성도를 증가시킴을 특징으로 하는, 압출성 연마 퍼티.
  54. 다음을 포함하는 미끄럼-방지 쉬트:
    분쇄된 소결 카바이드, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 실리콘 카바이드, 산화 알루미늄, 보론 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 다이아몬드, 질화 붕소, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 98 중량% 이하의 경질 미립자;
    조립 텅스텐 입자, 조립 티타늄 입자, 안정화제, 착색제, 항산화제, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된, 98 중량% 이하의 첨가제; 및
    2 중량% 내지 50 중량%의 결합제.
  55. 제 54항에 있어서, 경질 미립자는 5 마이크론 내지 5,000 마이크론의 평균 입자 크기를 가지는, 미끄럼-방지 쉬트.
  56. 제 54항에 있어서, 상기 첨가제는 조립 텅스텐 입자, 조립 티타늄 입자, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택되며, 상기 입자는 40 마이크론 내지 10,000 마이크론의 평균 입자 크기를 가짐을 특징으로 하는, 미끄럼-방지 쉬트.
  57. 제 54항에 있어서, 쉬트는 0.03 인치 내지 0.10 인치의 두께를 가짐을 특징으로 하는, 미끄럼-방지 쉬트.
  58. 제 54항에 있어서, 쉬트는 기판의 표면에 부착되기 위해 개조됨을 특징으로 하는, 미끄럼-방지 쉬트.
  59. 제 58항에 있어서, 쉬트는 접착제를 사용하여 표면에 부착되도록 개조됨을 특징으로 하는, 미끄럼-방지 쉬트.
  60. 제 54항에 있어서, 상기 결합제는 이탈성 결합제이며, 열처리 또는 화학물질과의 접촉에 의한 이탈성 결합제의 제거는 접착제를 포함하는 잔류물을 생성함을 특징으로 하는, 미끄럼-방지 쉬트.
  61. 다음을 포함하는, 방사선 차폐층:
    텅스텐 분말, 안정화제, 착색제, 항산화제, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 98 중량% 이하의 첨가제; 및
    2 중량% 내지 50 중량%의 결합제.
  62. 제 61항에 있어서, 상기 결합제는 아세탈 코-폴리머, 아세탈 호모폴리머, 아 크릴, 셀룰로오스, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, PEEK, PEI, PES, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리스티렌, PPO, 폴리설폰, PVC, 열가소성 물질, 폴리우레탄, 에폭사이드, 페놀, 비닐 에스테르, 우레탄 혼성재, 폴리카보네이트, ABS, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택됨을 특징으로 하는, 방사선 차폐층.
  63. 제 61항에 있어서, 상기 방사선 차폐층은 0.08 인치 내지 0.3 인치의 두께를 가지는 단단한 층이며, 첨가제는 8 g/cm3 내지 11 g/cm3의 층 밀도를 제조하기에 충분한 양의 텅스텐 분말을 포함함을 특징으로 하는, 방사선 차폐층.
  64. 제 61항에 있어서, 방사선 차폐층은 0.050 인치 내지 0.150 인치의 두께를 가지는 가요성 층이며, 첨가제는 7 g/cm3 내지 10 g/cm3의 층의 밀도를 제조하기에 충분한 양의 텅스텐 분말을 포함함을 특징으로 하는, 방사선 차폐층.
  65. 제 61항에 있어서, 상기 접착제는 1000 반(barns) 이상의 열 중성자 포획 자름 넓이를 가지는 미립자를 더 포함함을 특징으로 하는, 방사선 차폐층.
  66. 다음을 포함하는, 몰드된 경질 예비성형체:
    98 중량% 이하의 경질 미립자;
    50 중량% 이하의 첨가제; 및
    2 중량% 내지 50 중량%의 결합제.
  67. 제 68항에 있어서, 상기 경질 미립자는 텅스텐 카바이드 및 티타늄 카바이드 중 적어도 하나를 포함하며; 첨가제는 텅스텐 분말을 포함하고 경질 미립자는 2 마이크론 내지 10 마이크론의 평균 입자 크기를 가짐을 특징으로 하는, 몰드된 경질 예비성형체.
  68. 제 68항에 있어서, 예비성형체는 분말 사출 성형에 의해 형성됨을 특징으로 하는, 몰드된 경질 예비성형체.
  69. 제 68항에 있어서, 예비성형체는 분말 사출 성형에 의해 형성된 후 최종 형상으로 가공됨을 특징으로 하는, 몰드된 경질 예비성형체.
  70. 제 66항에 있어서, 예비성형체는 블록, 플레이트, 실린더, 구, 및 디스크로 구성된 그룹에서 선택된 형상을 가짐을 특징으로 하는, 몰드된 경질 예비성형체.
  71. 제 66항에 있어서, 상기 첨가제는 예비성형체의 밀도가 9 g/cm3 내지 12 g/cm3이 되게 하기에 충분한 양의 텅스텐 분말을 포함함을 특징으로 하는, 몰드된 경질 예비성형체.
  72. 제 71항에 있어서, 예비성형체는 0.22 인치 내지 0.5 인치의 직경 및 0.5 인치 내지 2.5 인치의 길이의 실린더임을 특징으로 하는, 몰드된 경질 예비성형체.
  73. 제 71항에 있어서, 예비성형체는 무납 탄환(lead-free bullet)임을 특징으로 하는, 몰드된 경질 예비성형체.
  74. 다음을 포함하는, 고 방사선 밀도 압출성 퍼티(high radiographic density extrudable putty):
    텅스텐 분말, 안정화제, 착색제, 항산화제, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 50 중량% 내지 98 중량%의 첨가제; 및
    2 중량% 내지 50 중량%의 결합제.
  75. 제 74항에 있어서, 결합제는 RTV 실리콘 결합제임을 특징으로 하는, 고 방사선 밀도 압출성 퍼티.
  76. 제 74항에 있어서, 첨가제는 퍼티의 밀도를 7 g/cm3 내지 12 g/cm3으로 만들기에 충분한 양의 텅스텐 분말을 포함함을 특징으로 하는, 고 방사선 밀도 압출성 퍼티.
  77. 제 74항에 있어서, 퍼티는 689.5 kPa 미만의 압력하에서 압출가능함을 특징으로 하는, 고 방사선 밀도 압출성 퍼티.
  78. 제 74항에 있어서, 결합제는 용매를 포함하며, 압출 후 용매의 증발은 퍼티의 점성도를 증가시킴을 특징으로 하는, 고 방사선 밀도 압출성 퍼티.
  79. 다음을 포함하는, 등각 연마 쉬트:
    분쇄된 소결 카바이드, 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 실리콘 카바이드, 산화 알루미늄, 보론 카바이드, 지르코늄 카바이드, 산화 지르코늄, 탄탈륨 카바이드, 니오븀 카바이드, 하프늄 카바이드, 크롬 카바이드, 바나듐 카바이드, 다이아몬드, 질화 붕소, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 98 중량% 이하의 경질 미립자;
    조립 텅스텐 입자, 안정화제, 착색제, 항산화제, 섬유질, 전이 금속계 브레이즈 합금, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 50 중량% 이하의 첨가제; 및
    2 중량% 내지 50 중량%의 결합제.
  80. 제 79항에 있어서, 경질 미립자는 5 마이크론 내지 5,000 마이크론의 평균 입자 크기를 가짐을 특징으로 하는, 등각 연마 쉬트.
  81. 제 79항에 있어서, 첨가제는 직물 섬유, 금속 섬유, 유리 섬유, 셀룰로오스 섬유, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 섬유를 포함하고, 섬유는 쉬트를 보강함을 특징으로 하는, 등각 연마 쉬트.
  82. 제 71항에 있어서, 상기 섬유질은 쉬트 내부에서 직조된 네트워크, 배향된 성긴 섬유 네트워크, 및 임의적으로 배향된 섬유 네트워크 중 하나를 포함함을 특징으로 하는, 등각 연마 쉬트.
  83. 제 79항에 있어서, 결합제는 탄성 중합체 및 우레탄 중 하나를 포함함을 특징으로 하는, 등각 연마 쉬트.
  84. 다음을 포함하는, 복합 재료:
    경질 미립자 성분;
    첨가 성분; 및
    고무, 폴리머, 에폭시, 실리콘, 및 탄성 중합체로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는 결합제 성분,
    여기서 복합 재료는 하드페이싱 아플리케, 압출성 연마 퍼티, 고 방사선 밀도 압출성 퍼티, 등각 연마 쉬트, 미끄럼-방지 쉬트, 방사선 차폐층, 및 몰드된 경 질 예비성형체로 구성된 그룹에서 선택된 형태를 가짐.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101126644B1 (ko) * 2011-12-02 2012-03-26 (주) 유에스텍 에폭시 복합재료
KR20170031226A (ko) * 2014-07-15 2017-03-20 토카막 에너지 리미티드 핵융합로의 차폐재

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1789365A (zh) * 2004-12-16 2006-06-21 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 抛光磨料及其制造方法
US8252225B2 (en) * 2009-03-04 2012-08-28 Baker Hughes Incorporated Methods of forming erosion-resistant composites, methods of using the same, and earth-boring tools utilizing the same in internal passageways
US7828089B2 (en) * 2007-12-14 2010-11-09 Baker Hughes Incorporated Erosion resistant fluid passageways and flow tubes for earth-boring tools, methods of forming the same and earth-boring tools including the same
WO2009094419A1 (en) 2008-01-22 2009-07-30 Globe Composite Solutions, Ltd Thermosetting polymer-based composite materials
US8940827B2 (en) * 2008-01-22 2015-01-27 Globe Composite Solutions, Ltd. Thermosetting polymer-based composite materials
US20090278081A1 (en) * 2008-03-28 2009-11-12 Applied Materials, Inc. Pad properties using nanoparticle additives
US8347990B2 (en) * 2008-05-15 2013-01-08 Smith International, Inc. Matrix bit bodies with multiple matrix materials
US7878275B2 (en) * 2008-05-15 2011-02-01 Smith International, Inc. Matrix bit bodies with multiple matrix materials
US8950518B2 (en) * 2009-11-18 2015-02-10 Smith International, Inc. Matrix tool bodies with erosion resistant and/or wear resistant matrix materials
US8445117B2 (en) * 2010-09-28 2013-05-21 Kennametal Inc. Corrosion and wear-resistant claddings
US8888879B1 (en) 2010-10-20 2014-11-18 Us Synthetic Corporation Detection of one or more interstitial constituents in a polycrystalline diamond element by neutron radiographic imaging
US20130161564A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 International Scientific Technologies, Inc. NanoStructured Additives to High-Performance Polymers for Use in Radiation Shielding, Protection Against Atomic Oxygen and in Structural Applications
CN109254501A (zh) 2012-02-03 2019-01-22 Asml荷兰有限公司 衬底支架、光刻装置、器件制造方法和制造衬底保持器的方法
WO2013180695A1 (en) * 2012-05-30 2013-12-05 Halliburton Energy Services, Inc. Manufacture of well tools with matrix materials
SG11201501745VA (en) * 2012-09-07 2015-04-29 Dow Global Technologies Llc Toughened epoxy resin formulations
TW201512419A (zh) * 2013-06-15 2015-04-01 Saint Gobain Abrasives Inc 研磨工具及其形成方法
CN103606428B (zh) * 2013-10-17 2016-01-20 南昌大学 一种纳米碳化钒磁流体及其制备方法
WO2015074197A1 (zh) * 2013-11-20 2015-05-28 丹阳博德电子有限公司 一种发动机用减震橡胶及其制备方法
US10350848B2 (en) 2013-11-26 2019-07-16 Ansell Limited Nitrile/polyurethane polymer blends
US10138378B2 (en) 2014-01-30 2018-11-27 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
US10370539B2 (en) 2014-01-30 2019-08-06 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black
ES2954251T3 (es) 2014-01-31 2023-11-21 Monolith Mat Inc Antorcha de plasma con electrodos de grafito
CN104021830B (zh) * 2014-05-26 2016-05-25 武汉胜其辐射防护材料有限公司 一种无机纤维带状板型二维多元纳微米复合晶体辐射防护材料
EP3253827B1 (en) 2015-02-03 2024-04-03 Monolith Materials, Inc. Carbon black generating system
MX2017009982A (es) 2015-02-03 2018-01-25 Monolith Mat Inc Metodo y dispositivo de enfriamiento regenerativo.
CN105038699A (zh) * 2015-06-18 2015-11-11 和县科嘉阀门铸造有限公司 一种阀门抛砂处理用纳米碳化钽复合砂料
CN105038700A (zh) * 2015-06-18 2015-11-11 和县科嘉阀门铸造有限公司 一种阀门抛砂处理用纳米碳化硼复合砂料
WO2017019683A1 (en) 2015-07-29 2017-02-02 Monolith Materials, Inc. Dc plasma torch electrical power design method and apparatus
JP6974307B2 (ja) * 2015-09-14 2021-12-01 モノリス マテリアルズ インコーポレイテッド 天然ガス由来のカーボンブラック
EP3165367A1 (en) * 2015-11-04 2017-05-10 BTG Eclépens S.A. Doctor blade, inking arrangement and use of doctor blade in flexographic printing
US9945035B2 (en) * 2016-02-25 2018-04-17 Jong-Su Park Method of manufacturing non-slip plate and non-slip plate manufactured thereby
CN109642090A (zh) 2016-04-29 2019-04-16 巨石材料公司 炬针方法和设备
CN109562347A (zh) 2016-04-29 2019-04-02 巨石材料公司 颗粒生产工艺和设备的二次热添加
CN106756422B (zh) * 2016-11-30 2018-03-06 昆明理工大学 一种金刚石锯片刀头的制备方法
EP3592810A4 (en) 2017-03-08 2021-01-27 Monolith Materials, Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR THE PRODUCTION OF CARBON PARTICLES WITH HEAT TRANSFER GAS
CN115637064A (zh) 2017-04-20 2023-01-24 巨石材料公司 颗粒***和方法
EP3700980A4 (en) 2017-10-24 2021-04-21 Monolith Materials, Inc. PARTICULAR SYSTEMS AND PROCEDURES
CN108296995B (zh) * 2018-02-05 2019-12-20 湖北小蚂蚁金刚石工具有限公司 一种金刚石磨片及其制备方法
CN108517104B (zh) * 2018-04-16 2020-11-20 河南省豫星微钻有限公司 一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法
CN108611003A (zh) * 2018-05-18 2018-10-02 安徽朗凯奇建材有限公司 一种抗拉伸双面自粘聚合物改性沥青聚酯胎防水卷材
CN109404750B (zh) * 2018-09-28 2020-12-11 扬州金源灯饰有限公司 高寿命的led灯具
CN111029309A (zh) * 2019-12-19 2020-04-17 李樱樱 一种致密结合型电子封装用复合材料的制备方法
CN112048657A (zh) * 2020-08-07 2020-12-08 杭州巨星科技股份有限公司 一种耐冲击耐磨刃口合金、刃口部件及应用
CN112276788A (zh) * 2020-10-27 2021-01-29 湖南元宏特种陶瓷有限公司 一种用于陶瓷材料表面的研磨抛光盘盘面

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3294731A (en) * 1962-03-08 1966-12-27 Anaconda Wire & Cable Co Pyrolizable enamel from mn and co chelates, glass, and siloxane resin
US3743556A (en) * 1970-03-30 1973-07-03 Composite Sciences Coating metallic substrate with powdered filler and molten metal
GB8426036D0 (en) * 1984-10-15 1984-11-21 C4 Carbides Ltd Applying material to substrate
GB9110883D0 (en) * 1991-05-20 1991-07-10 Ici Plc Highly filled,polymerisable compositions
US5792544A (en) * 1996-11-12 1998-08-11 Eastwind Lapidary, Inc. Flexible abrasive article and method for making the same
CA2281921A1 (en) * 1997-03-07 1998-09-11 Minnesota Mining And Manufacturing Company Abrasive article for providing a clear surface finish on glass
US5855314A (en) * 1997-03-07 1999-01-05 Norton Company Abrasive tool containing coated superabrasive grain
AU3862599A (en) * 1998-04-25 1999-11-16 Penn State Research Foundation Method of applying hard-facing material to a substrate
US6689184B1 (en) * 2002-07-19 2004-02-10 Latitude Manufacturing Technologies, Inc. Iron-based powdered metal compositions

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101126644B1 (ko) * 2011-12-02 2012-03-26 (주) 유에스텍 에폭시 복합재료
KR20170031226A (ko) * 2014-07-15 2017-03-20 토카막 에너지 리미티드 핵융합로의 차폐재

Also Published As

Publication number Publication date
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