KR20110044474A - Nano-structured metal carbides-cnt composite and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A nano-structure metal carbide-carbon nano-tube composite material and a method for preparing the same are provided to improve the anticorrosion property of a super hard material by mixing and sintering nano structure metal carbide and carbon nano-tube. CONSTITUTION: A nano-structure metal carbide-carbon nano-tube composite material is mixed-sintered body of nano structure metal carbide and carbon nano-tube. 1 to 50 vol% of carbon nano-tube is mixed. The metal carbide is one selected from a group including titanium carbide and tungsten carbide. The nano-structure metal carbide powder and the carbon nano-tube are mixed. A current is applied to mixed powder in order to generate heat in the mixed powder. The mixed powder is pressure-molded to be sintered. A cooling process is followed.

Description

나노구조 금속탄화물－탄소나노튜브 복합재료 및 그 제조방법{ NANO-STRUCTURED METAL CARBIDES-CNT COMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}NANO-STRUCTURED METAL CARBIDES-CNT COMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME

본 발명은 내부식성이 뛰어난 초경재료 및 그 제조방법에 관한 것이며, 더욱 자세하게는 나노구조의 금속탄화물과 탄소나노튜브가 혼합된 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cemented carbide material having excellent corrosion resistance and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a composite material in which a metal carbide of a nanostructure and a carbon nanotube are mixed, and a method for manufacturing the same.

일반적으로 초경재료는 경도가 매우 높은 WC나 TiC와 같은 금속탄화물이 인성이 좋은 Co나 Ni에 분산된 형태의 재료를 의미한다. 따라서 경도와 동시에 인성이 좋기 때문에 현재 절삭공구, 인발다이, 노즐 및 금형에 활용되고 있다.In general, cemented carbide refers to a material in which metal carbides such as WC or TiC, which have very high hardness, are dispersed in Co or Ni having good toughness. Therefore, it is used in cutting tools, drawing dies, nozzles and molds because of its hardness and toughness.

한편, 현재 초경재료는 첨가되는 Co나 Ni가 내부식성이 뛰어나지 못하기 때문에, 사용에 많은 제약을 받고 있다. 또한, 금속 탄화물의 입자 크기와 바인더 첨가량에 따라서 차이가 있기는 하지만, 통상 상기 분말을 가열로에 투입한 후, 대략 1300℃ 이상의 고온에서 1시간 이상을 가열 소결하여 제조하기 때문에 제조비용이 매우 높다.On the other hand, the cemented carbide material is currently limited to use because Co and Ni is not excellent in corrosion resistance. In addition, although there is a difference depending on the particle size of the metal carbide and the amount of binder added, the production cost is very high because the powder is generally prepared by injecting the powder into a heating furnace and heating and sintering at least 1 hour at a high temperature of about 1300 ° C or more. .

따라서 Co나 Ni와 같은 금속보다 내부식성이 뛰어난 세라믹재료나 탄소나노튜브 등과 같은 재료를 금속탄화물과 소결한 새로운 초경재료를 제조하려는 노력이 계속되고 있다.Therefore, efforts are being made to manufacture new cemented carbide materials sintered with metal carbides such as ceramic materials or carbon nanotubes, which are more corrosion resistant than metals such as Co and Ni.

그러나 세라믹재료나 탄소나노튜브 등과 같은 재료들과 금속탄화물을 혼합하여 종래의 제조방법으로 초경재료를 제조하는 경우, Co나 Ni와 혼합한 경우보다 더 높은 온도로 더 많은 시간동안 가열하여도 그 제조가 쉽지 않은 것이 현실이다.However, when the cemented carbide material is manufactured by mixing metal carbide with materials such as ceramic material or carbon nanotube, it is manufactured even if heated for a longer time at a higher temperature than when mixed with Co or Ni. It is not easy to reality.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 탄소나노튜브가 혼합되어 내부식성이 향상된 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.The present invention has been invented to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material and a method for manufacturing the same, in which carbon nanotubes are mixed to improve corrosion resistance.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료는, 나노구조의 금속탄화물과 탄소나노튜브가 혼합되어 소결된 것을 특징으로 한다.The nanostructured metal carbide-carbon nanotube composite material of the present invention for achieving the above object is characterized in that the nanostructured metal carbide and carbon nanotubes are mixed and sintered.

탄소나노튜브는 내부식성이 매우 뛰어난 재료이므로 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료를 이용한 초경재료는 내부식성이 매우 향상된다.Since carbon nanotubes are highly corrosion resistant materials, cemented carbide materials using nanostructured metal carbide-carbon nanotube composites are highly resistant to corrosion.

이때, 탄소나노튜브는 1~50vol%가 혼합되는 것이 바람직하다. 탄소나노튜브의 첨가량이 증가할수록 파괴인성이 증가하지만, 50vol%를 초과하여 첨가되는 경우 기지가 탄소나노튜브로 변경되어 금속탄화물의 특성을 상실하는 문제가 있다. 1vol% 미만으로 첨가되면, 내식성 향상 효과가 미미하다. At this time, the carbon nanotubes are preferably mixed 1 ~ 50vol%. The fracture toughness increases as the amount of carbon nanotubes increases, but when added in excess of 50 vol%, the base is changed to carbon nanotubes, thereby losing the properties of the metal carbide. When added below 1 vol%, the effect of improving the corrosion resistance is minimal.

한편, 금속탄화물은 티타늄 카바이드(TiC), 텅스텐 카바이드(WC)로 구성되는 그룹에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. On the other hand, the metal carbide is preferably one or more selected from the group consisting of titanium carbide (TiC) and tungsten carbide (WC).

본 발명의 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법은, 나노크기의 금속탄화물 분말과 탄소나노튜브를 혼합하는 단계; 혼합된 분말에 전류를 가하여 상기 혼합분말 자체에 열을 발생시킴과 동시에 혼합분말을 가압 성형하여 소결하는 단계; 및 상기 소결되는 재료의 수축길이 변화가 발생되지 않는 시점에서 전류 및 압력을 제거하고 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for producing a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material of the present invention comprises the steps of mixing a nano-sized metal carbide powder and carbon nanotubes; Applying current to the mixed powder to generate heat to the mixed powder itself, and simultaneously sintering the mixed powder by press molding; And removing and cooling the current and the pressure at the time when the shrinkage length change of the sintered material does not occur.

나노크기의 분말에 전류를 가하면, 분말과 분말의 접촉점에서 주울열이 발생하여 고온이 되므로, 이들 분말에 압력을 가하여 소결할 수 있다. 이러한 방법을 통하여, 일반적인 소결방법으로 복합재료를 제조하기 어려웠던 금속탄화물과 탄소나노튜브가 혼합된 복합재료를 제조할 수 있다. 이때, 소결단계를 통하여 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료가 형성될 때, 혼합분말이 치밀화되면서 수축길이가 줄어들게 된다. 이러한 수축길이는 치밀화가 완료되는 경우에는 더 이상 변화하지 않으며, 치밀화가 완료된 이후에 전류 및 압력을 제거한다. 이후에 진행하는 냉각단계는 통상의 방법에 따라서 실시할 수 있으며, 상온까지 냉각시킨다.When a current is applied to the nano-sized powder, Joule heat is generated at the contact point between the powder and the powder to become a high temperature, so that the powder can be sintered under pressure. Through this method, it is possible to produce a composite material in which metal carbide and carbon nanotubes are mixed, which is difficult to manufacture a composite material by a general sintering method. At this time, when the metal carbide-carbon nanotube composite material is formed through the sintering step, the shrinkage length is reduced as the mixed powder becomes denser. This shrinkage length no longer changes when densification is complete, and removes current and pressure after densification is complete. After the cooling step can be carried out according to a conventional method, it is cooled to room temperature.

그리고 나노크기의 금속탄화물 분말과 탄소나노튜브를 습식 볼 밀링하여 혼합하는 단계의 앞에, 금속탄화물 분말을 볼 밀링하여 나노크기의 금속탄화물 분말을 제조하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.And before the step of wet-ball milling the nano-sized metal carbide powder and carbon nanotubes by mixing, it is preferable to further include the step of ball milling the metal carbide powder to produce a nano-sized metal carbide powder.

이러한 방법은 금속탄화물 분말을 나노분말로 만들 수 있는 방법이면 어떤 방법이라도 적용할 수 있으나, 볼 밀링법을 이용하는 것이 가장 바람직한데, 볼 밀링법은 다른 분쇄법과는 달리 분말 제조 시 가해지는 에너지가 충분히 커서, 분말을 나노화하는데 적합하기 때문이다.This method can be applied to any method as long as it can make the metal carbide powder into nano powder, but it is most preferable to use the ball milling method. Unlike the other grinding methods, the ball milling method has sufficient energy to be applied during powder production. This is because it is large and suitable for nanoning the powder.

금속탄화물은 티타늄 카바이드(TiC), 텅스텐 카바이드(WC)로 구성되는 그룹에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 또 금속탄화물 분말은 나노구조의 금속탄화물 제조와 소결 속도를 빠르게 하기 위해서, 입자 크기가 100㎚ 이하인 것이 바람직하다.The metal carbide is preferably one or more selected from the group consisting of titanium carbide (TiC) and tungsten carbide (WC). In addition, the metal carbide powder preferably has a particle size of 100 nm or less in order to speed up the production and sintering speed of the nanostructured metal carbide.

혼합분말을 소결하는 단계에서, 혼합분말에 가해지는 전류는 외부에 가해진 유도기전력에 의한 유도전류인 것이 좋다. 즉 혼합분말에 접촉하지 않으면서 그 주위를 둘러싸고 있는 외부 코일, 예를 들어 구리코일과 같은 도전성 금속코일에 고주파 유도기전력을 인가하여, 혼합분말에 유도전류를 발생시킨다. 이때, 외부에 가해지는 유도기전력은 1kHz~100kHz 주파수 범위의 고주파 전류인 것이 바람직하다. 고주파 전류의 주파수는 유도전류의 침투깊이를 결정하므로, 소결시편의 크기에 맞추어 설정한다. 시편이 크면 유도전류의 침투 깊이가 깊어지도록 낮은 주파수를 사용한다.In the step of sintering the mixed powder, the current applied to the mixed powder is preferably induced current by the induced electromotive force applied to the outside. That is, high frequency induction electromotive force is applied to an outer coil, for example, a copper metal coil, which surrounds the periphery thereof without contacting the mixed powder, thereby generating an induced current in the mixed powder. At this time, the induced electromotive force applied to the outside is preferably a high frequency current of 1kHz ~ 100kHz frequency range. Since the frequency of the high frequency current determines the penetration depth of the induced current, it is set according to the size of the sintered specimen. If the specimen is large, use a low frequency to deepen the penetration depth of the induced current.

혼합분말을 소결하는 단계에서, 혼합분말에 가해지는 전류의 작용으로 발생되는 열에 의한 가열속도는 100~5000℃/분의 범위인 것이 바람직하다. 가열속도가 100℃/min 미만일 경우에는 소결하는 시간이 많이 걸려서 결정립이 성장하는 데 문제점이 발생할 수 있고, 5000℃/min을 초과할 경우에는 가열속도가 너무 빨라서 시편에 열응력이 발생하는 문제점이 있기 때문이다.In the step of sintering the mixed powder, the heating rate by heat generated by the action of the current applied to the mixed powder is preferably in the range of 100 ~ 5000 ℃ / min. If the heating rate is less than 100 ℃ / min takes a long time to sinter it may cause problems to grow grains, and if the heating rate exceeds 5000 ℃ / min is a problem that the thermal stress occurs in the specimen because the heating rate is too fast Because there is.

혼합분말을 소결하는 단계에서, 성형을 위해 가해지는 압력은 10~1000MPa 범위인 것이 바람직하다. 압력 범위가 10MPa 미만일 경우에는 시편을 충분히 치밀화할 수 없다는 문제점이 있으며, 1000MPa를 초과할 경우에는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료를 제조하기 위한 장치의 제작비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.In the step of sintering the mixed powder, the pressure applied for molding is preferably in the range of 10 to 1000 MPa. If the pressure range is less than 10MPa, there is a problem that the specimen can not be sufficiently densified, and if it exceeds 1000MPa there is a problem that the manufacturing cost of the device for manufacturing the nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material is expensive.

혼합분말을 소결하는 단계는 0.01~1torr의 진공상태에서 진행되는 것이 바람 직하다. 진공도가 높을수록 재료의 산화가 억제되어 양질의 소결재료를 얻을 수 있는 장점이 있으나, 제조시간이 길어지는 단점과 제조비용이 향상되는 문제가 있다. 따라서 재료에 따라서 진공도를 적절하게 조절하여야 하며, 재료의 산화를 어제할 수 있는 가장 바람직한 진공도는 약 0.04torr이다.Sintering the mixed powder is preferably carried out in a vacuum of 0.01 ~ 1torr. The higher the degree of vacuum, the more the oxidation of the material is suppressed, there is an advantage to obtain a good quality sintered material, there is a problem in that the manufacturing time is long and the manufacturing cost is improved. Therefore, the degree of vacuum must be appropriately adjusted according to the material, and the most preferable degree of vacuum to prevent oxidation of the material is about 0.04 torr.

그리고 혼합분말을 소결하는 단계는 2~5분 동안 진행되는 것이 바람직하다. 2분미만으로 진행시키는 경우는 높은 온도를 이용해야하므로 열응력이 발생하여 나노구조를 얻을 수 없는 단점이 있으며, 5분을 초과하여 진행하는 경우에는 소결과정에서 금속탄화물의 결정립이 성장하여 기계적 성질이 나빠지는 문제가 있다.And the step of sintering the mixed powder is preferably carried out for 2 to 5 minutes. In case of proceeding less than 2 minutes, it is necessary to use high temperature, so it is impossible to obtain nanostructure due to thermal stress.In case of proceeding more than 5 minutes, grains of metal carbide grow during sintering process and mechanical properties There is a problem with this deterioration.

전류 및 압력을 제거하는 시점인, 소결 재료의 수축길이 변화가 발생하지 않는 시점을 판단하는 방법은 기계적 변위를 전기적신호로 바꿔주는 선형변위차동변압기(LVDT, Linear Variable Differential Transformer)를 사용하는 것이 바람직하다.As a method of determining when the shrinkage length of the sintered material does not occur, which is a point of removing current and pressure, it is preferable to use a Linear Variable Differential Transformer (LVDT) that converts mechanical displacement into an electrical signal. Do.

본 발명에 따르면, 나노구조의 금속탄화물과 탄소나노튜브가 혼합 소결된 복합재료를 제공함으로써, 내부식성이 크게 향상된 초경재료를 제조할 수 있다.According to the present invention, by providing a composite material in which the metal structure of the carbon nanotubes and carbon nanotubes are mixed and sintered, a cemented carbide material having greatly improved corrosion resistance can be manufactured.

또한 본 발명의 제조방법에 의하면, 종래의 방법으로는 제조할 수 없었던 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료를 제조할 수 있으며, 특히 별도의 후처리공정 없이 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료를 제조할 수 있다.In addition, according to the production method of the present invention, it is possible to manufacture a nanostructured metal carbide-carbon nanotube composite material that could not be produced by the conventional method, in particular nanostructured metal carbide-carbon nanotube composite without a separate post-treatment process Material can be prepared.

나아가, 내부식성이 뛰어난 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료를 2~5분의 단시간에 제조할 수 있기 때문에, 종래에 비하여 금속탄화물의 결정립이 성장하는 것을 방지할 수 있어서 기계적 성질이 뛰어난 초경재료를 제조할 수 있다.Furthermore, since the nanostructured metal carbide-carbon nanotube composite material having excellent corrosion resistance can be produced in a short time of 2 to 5 minutes, it is possible to prevent the growth of grains of metal carbide compared with the conventional one, and thus have excellent mechanical properties. Material can be prepared.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

입자크기가 1㎛인 텅스텐 카바이드 원료분말 20g을 볼 밀링을 이용하여 약 40㎚ 크기를 갖는 나노분말로 제조하였다. 20 g of tungsten carbide raw powder having a particle size of 1 μm was prepared into a nanopowder having a size of about 40 nm by using ball milling.

이 텅스텐 카바이드 나노분말에 탄소나노튜블 첨가하여, 5vol% 탄소나노튜브가 첨가된 혼합분말과, 10vol% 탄소나노튜브가 첨가된 혼합분말을 만들었다.Carbon nanotubules were added to the tungsten carbide nanopowder to prepare a mixed powder to which 5 vol% carbon nanotubes were added and a mixed powder to which 10 vol% carbon nanotubes were added.

그리고 텅스텐 카바이드 나노분말과 탄소나노튜브의 혼합분말을 소결하였으며, 소결과정에서 유도전류 가열/가압 소결기를 사용하였다.In addition, a mixed powder of tungsten carbide nanopowder and carbon nanotube was sintered, and an induction current heating / pressurizing sintering machine was used in the sintering process.

도 1은 본 실시예에 따른 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료 제조방법에 사용된 유도전류 가열/가압 소결기이다.1 is an induction current heating / pressure sintering machine used in the method for manufacturing a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material according to the present embodiment.

유도전류 가열/가압 소결기(100)는 다이 부재(110)와, 가압 부재(120), 및 유도 전류 발생 부재(130)로 구성된다.The induction current heating / pressurizing sintering machine 100 is composed of a die member 110, a pressurizing member 120, and an induction current generating member 130.

다이 부재(110)는 나노화된 금속탄화물 나노분말과 탄소나노튜브의 혼합분말을 수납하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 흑연 다이를 사용하였으나 이에 한정되지는 않는다. 다이 부재(110) 내부에는 관통공이 형성되어 있고, 이 관통공 내부 중앙에 혼합분말이 수납된다. 또한, 다이 부재(110)는 나노화된 금속탄화물 나노분말과 탄소나노튜브 분말을 충전시킨 내부를 진공상태로 만들 수 있다.The die member 110 is for accommodating the mixed powder of the nanonized metal carbide nano powder and the carbon nanotubes, but the graphite die is used in the present embodiment, but is not limited thereto. A through hole is formed in the die member 110, and the mixed powder is stored in the center of the through hole. In addition, the die member 110 may be made to vacuum the inside filled with the nano-ized metal carbide nano powder and carbon nanotube powder.

가압 부재(120)는 외부의 압력 발생 장치로부터 전달된 압력을 관통공 내부에 충전된 혼합분말에 가하기 위한 부분이다. 가압 부재(120)는 관통공의 상, 하부에 삽입 형성되며, 관통공의 중앙을 향하여 이동함으로써 혼합분말에 일축 압력을 가한다.The pressing member 120 is a portion for applying the pressure transmitted from the external pressure generating device to the mixed powder filled in the through hole. The pressing member 120 is inserted into and formed in the upper and lower portions of the through hole, and moves uniaxially to the mixed powder by moving toward the center of the through hole.

유도전류 발생 부재(130)는 다이 부재(110)의 주변에 이격 배치되어 형성되며, 혼합분말에 유도전류를 발생시키는 작용을 한다. 유도전류 발생 부재(130)는 고주파 전류 코일로 이루어지며, 이들에게 가해진 고주파 전류를 유도기전력으로 하여 다이 부재(110) 및 혼합분말에 유도전류가 발생된다. 이러한 유도전류에 의하여 다이 부재(110) 및 혼합분말들 사이에서 줄열이 발생함으로써, 가열 및 가압 성형에 의한 소결이 이루어진다.The induction current generating member 130 is formed to be spaced apart from the periphery of the die member 110 and serves to generate an induction current in the mixed powder. The induction current generating member 130 is formed of a high frequency current coil, and the induction current is generated in the die member 110 and the mixed powder by using the high frequency current applied thereto as the induction electromotive force. By the induced current, Joule heat is generated between the die member 110 and the mixed powder, thereby sintering by heating and press molding.

한편, 가압 부재(120)에 의해 가해진 압력과 유도전류 발생 부재(130)에 의해 발생된 열로 인해 혼합분말이 치밀화되면서 소결이 이루어지며, 소결이 완료되면 치밀화도 완료된다. 따라서 치밀화에 따른 소결재료의 수축길이 변화를 측정하여, 수축길이가 변화하지 않는 때를 소결의 완료시점으로 판단할 수 있다. 이러한 수축길이 변화를 측정하기 위하여, 관통공과 가압 부재(120)가 이어지는 가동부분에 선형변위 차동변압기(LVDT; Linear Variable Differential Transformer)를 부착한다.On the other hand, due to the pressure applied by the pressing member 120 and the heat generated by the induction current generating member 130, the mixed powder is densified while sintering, the densification is completed when the sintering is completed. Therefore, by measuring the change in shrinkage length of the sintered material according to the densification, it can be determined that the shrinkage length does not change as the completion point of the sintering. In order to measure the change in the contraction length, a linear variable differential transformer (LVDT) is attached to the movable portion where the through hole and the pressing member 120 are connected.

도면에 도시되지는 않았지만, 유도전류 가열/가압 소결기에는 진공장치와 냉각장치가 설치된다. 진공장치와 냉각장치는 각각 통상적인 로터리펌프, 냉각수펌프 등이 이용될 수 있으며, 제어 및 측정 장치는 압력, 전류 등의 공정 인자를 제 어하고, 공정 진행상의 각종 데이터를 측정한다.Although not shown in the drawings, the induction current heating / pressure sintering machine is provided with a vacuum device and a cooling device. Conventional rotary pumps and cooling water pumps may be used for the vacuum device and the cooling device, respectively. The control and measurement device controls process factors such as pressure and current, and measures various data in process progress.

혼합분말을 유도전류 가열/가압 소결기(100)의 다이 부재(110)에 충전한 뒤에 0.04torr의 진공분위기로 만들고, 가압 부재(120)를 가동하여 80MPa의 압력을 혼합분말에 가하였다.After the mixed powder was filled in the die member 110 of the induction current heating / pressurizing sintering machine 100, it was made into a vacuum atmosphere of 0.04 torr, and the pressure member 120 was operated to apply a pressure of 80 MPa to the mixed powder.

계속적으로 80MPa의 압력이 가해지는 상태에서 외부 코일, 즉 유도전류 발생 부재(130)에 14.4kW의 전류를 인가하여 고주파 유도전류 가열/가압 소결을 시작하였다. 이때, 유도전류 가열에 의해 발생한 주울열에 의한 가열속도는 600℃/min이 되도록 하였다.A high frequency induction current heating / pressurization sintering was started by applying a current of 14.4 kW to the external coil, that is, the induction current generating member 130 while continuously applying a pressure of 80 MPa. At this time, the heating rate by Joule heat generated by the induction current heating was to be 600 ℃ / min.

가열/가압성형 시작 후 소결이 진행되는 동안 시편의 수축길이 변화를 선형변위 차동변압기(LVDT)로 관찰하였다.The change in shrinkage length of the specimen during the sintering after the start of heating / pressing molding was observed with a linear displacement differential transformer (LVDT).

도 2는 고주파 유도전류 가열/가압 소결에 의한 가열시간에 따른 온도변화(■)와 수축변위(□)를 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the temperature change (■) and shrinkage displacement (□) according to the heating time by high frequency induction current heating / pressure sintering.

티타늄 카바이드 단독으로 소결을 한 경우에 비하여, 탄소나노튜브를 첨가한 경우 소결과정에서의 수축변위가 크게 나타났으며, 탄소나노튜브의 첨가량이 많을수록 빠르게 수축되는 것을 알 수 있다. Compared to the case of sintering with titanium carbide alone, the addition of carbon nanotubes showed a large shrinkage displacement during the sintering process, and the larger the amount of carbon nanotubes, the faster the shrinkage.

그리고 일정시간이 경과하면 수축변위에 변화가 없어지는 것을 확인할 수 있으며, 이는 소결공정에서의 치밀화가 완료된 것을 나타낸다. 탄소나노튜브가 5vol% 첨가된 경우는 약 125초를 지나면서 수축변위의 변화가 없어지며, 탄소나노튜브가 10vol% 첨가된 경우는 약 75초를 지나면서 수축변위의 변화가 없어짐을 알 수 있다.And it can be confirmed that after a certain time the change in the shrinkage displacement disappears, which indicates that the densification in the sintering process is completed. When 5vol% of carbon nanotubes are added, the shrinkage displacement does not change after about 125 seconds, and when 10vol% of carbon nanotubes is added, the shrinkage displacement does not change after about 75 seconds. .

이와 같이 수축변위의 변화가 없이 안정화되는 시점에서 유도전류와 압력을 제거하고, 상온으로 냉각하여 최종적으로 텅스텐카바이드-탄소나노튜브 복합재료를 수득하였다. 도 2로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 고주파 유도전류 가열/가압 소결법을 이용하면, 3분 이내의 짧은 시간에 1250℃ 보다 낮은 온도에서 치밀한 나노구조의 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료를 제조할 수 있음을 알 수 있다.As such, the induced current and the pressure were removed at the time of stabilization without a change in shrinkage displacement, and cooled to room temperature to finally obtain a tungsten carbide-carbon nanotube composite material. As can be seen from Figure 2, by using the high frequency induction current heating / pressure sintering method according to the present invention, it is possible to produce a dense nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material at a temperature lower than 1250 ℃ within a short time within 3 minutes It can be seen that.

도 3은 본 실시예에 따라서 제조된 나노구조의 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 SEM 사진이다.3 is a SEM photograph of a nanostructured metal carbide-carbon nanotube composite prepared according to the present embodiment.

본 실시예의 제조방법에 따라서 제조된 나노구조의 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료는 탄소나노튜브의 첨가량에 무관하게 치밀한 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있다.It can be seen that the nanostructured metal carbide-carbon nanotube composite material prepared according to the present embodiment has a dense structure regardless of the amount of carbon nanotubes added.

도 4는 본 실시예에 따라서 제조된 나노구조의 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 XRD 패턴을 나타낸 사진이다.Figure 4 is a photograph showing the XRD pattern of the metal carbide-carbon nanotube composite material of the nanostructure prepared according to this embodiment.

X-선 회절 피크의 반가폭으로부터 결정립의 크기가 약 100nm인 것을 확인 할 수 있으며, 최종적으로 나노구조의 텅스텐카바이드-탄소나노튜브 복합재료가 얻어졌음을 확인할 수 있다.From the half width of the X-ray diffraction peak, it can be seen that the grain size is about 100 nm, and finally, the nanostructured tungsten carbide-carbon nanotube composite material was obtained.

본 실시예에 따라서 제조된 나노구조의 텅스텐카바이드-5vol% 탄소나노튜브 복합재료의 경도와 파괴인성은 각각 2440kg/mm2과 11MPa.m1/2이며, 나노구조의 텅스텐카바이드-10vol% 탄소나노튜브 복합재료의 경도와 파괴인성은 각각 2133kg/mm2과 13MPa.m1/2이었다.The hardness and fracture toughness of the nanostructured tungsten carbide-5vol% carbon nanotube composite prepared according to the present embodiment were 2440 kg / mm 2 and 11 MPa.m 1/2 , respectively. The hardness and fracture toughness of the tube composites were 2133 kg / mm 2 and 13 MPa.m 1/2, respectively.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에만 국한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위에 의해 정해지는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments. However, the present invention is not limited only to the above-described embodiment, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various changes without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the specific embodiments, but should be construed as defined by the appended claims.

도 1은 본 실시예에 따른 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료 제조방법에 사용된 유도전류 가열/가압 소결기이다.1 is an induction current heating / pressure sintering machine used in the method for manufacturing a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material according to the present embodiment.

도 2는 고주파 유도전류 가열/가압 소결에 의한 가열시간에 따른 온도변화(■)와 수축변위(□)를 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the temperature change (■) and shrinkage displacement (□) according to the heating time by high frequency induction current heating / pressure sintering.

도 3은 본 실시예에 따라서 제조된 나노구조의 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 SEM 사진이다.3 is a SEM photograph of a nanostructured metal carbide-carbon nanotube composite prepared according to the present embodiment.

도 4는 본 실시예에 따라서 제조된 나노구조의 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 XRD 패턴을 나타낸 사진이다.Figure 4 is a photograph showing the XRD pattern of the metal carbide-carbon nanotube composite material of the nanostructure prepared according to this embodiment.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art

100: 유도전류 가열/가압 소결기 110: 다이 부재100: induction current heating / pressure sintering machine 110: die member

120: 가압 부재 130: 유도 전류 발생 부재120: pressing member 130: induction current generating member

Claims (15)

나노구조의 금속탄화물과 탄소나노튜브가 혼합되어 소결된 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료.Nanostructured metal carbide-carbon nanotube composite material characterized in that the nanostructured metal carbide and carbon nanotubes are mixed and sintered. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 탄소나노튜브가 1~50vol% 혼합된 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료.Nanostructured metal carbide-carbon nanotube composite material, characterized in that the carbon nanotubes are mixed 1 ~ 50vol%. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 금속탄화물이 티타늄 카바이드(TiC), 텅스텐 카바이드(WC)로 구성되는 그룹에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료.The metal carbide is nanostructured metal carbide-carbon nanotube composite material, characterized in that at least one selected from the group consisting of titanium carbide (TiC), tungsten carbide (WC). 나노크기의 금속탄화물 분말과 탄소나노튜브를 혼합하는 단계; Mixing nano-sized metal carbide powder and carbon nanotubes; 혼합된 분말에 전류를 가하여 상기 혼합분말 자체에 열을 발생시킴과 동시에 혼합분말을 가압 성형하여 소결하는 단계; 및Applying current to the mixed powder to generate heat to the mixed powder itself, and simultaneously sintering the mixed powder by press molding; And 상기 소결되는 재료의 수축길이 변화가 발생되지 않는 시점에서 전류 및 압력을 제거하고 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.The method of manufacturing a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material, characterized in that it comprises the step of removing the current and pressure and cooling at a time when the change in shrinkage length of the sintered material does not occur. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 혼합하는 단계의 앞에, 금속탄화물 분말을 볼 밀링하여 나노크기의 금속탄화물 분말을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.Before the mixing step, the method of manufacturing a nano-structure metal carbide-carbon nanotube composite material further comprising the step of ball milling the metal carbide powder to produce a nano-sized metal carbide powder. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 상기 금속탄화물이 티타늄 카바이드(TiC), 텅스텐 카바이드(WC)로 구성되는 그룹에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.The metal carbide is a method for producing a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material, characterized in that at least one selected from the group consisting of titanium carbide (TiC), tungsten carbide (WC). 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 상기 나노크기의 금속탄화물 분말의 입자크기가 100nm 이하인 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.Method for producing a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material, characterized in that the particle size of the nano-sized metal carbide powder is 100nm or less. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 상기 소결하는 단계에서 상기 혼합분말에 가해지는 전류가 외부에 가해진 유도기전력에 의한 유도전류인 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.The method of manufacturing a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material, characterized in that the current applied to the mixed powder in the sintering step is an induced current by an induced electromotive force applied to the outside. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8, 상기 유도기전력이 1kHz~100kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.The method of producing a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material, characterized in that the induced electromotive force has a frequency of 1kHz ~ 100kHz. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 상기 소결하는 단계에서 발생되는 열에 의한 가열속도가 100~5000℃/분 인 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.Method for producing a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material, characterized in that the heating rate by the heat generated in the sintering step is 100 ~ 5000 ℃ / min. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 상기 소결하는 단계에서 1~1000MPa의 압력으로 가압 성형하는 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.Method of producing a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material, characterized in that the pressure molding at a pressure of 1 ~ 1000MPa in the sintering step. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 상기 소결하는 단계가 0.01~1torr의 진공상태에서 진행되는 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.The sintering step is a method for producing a nanostructured metal carbide-carbon nanotube composite material, characterized in that proceeding in a vacuum of 0.01 ~ 1torr. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 상기 소결하는 단계가 2~5분 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.The sintering step is a method for producing a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material, characterized in that for 2 to 5 minutes. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 상기 전류 및 압력을 제거하고 냉각하는 단계에서 소결 재료의 수축길이 변화가 발생되지 않는 시점을 선형변위차동변압기(LVDT)를 사용하여 판단하는 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.In the step of removing the current and pressure and cooling, the point of time when the shrinkage length change of the sintered material does not occur is determined using a linear displacement differential transformer (LVDT) of the nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material. Manufacturing method. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 나노크기의 금속탄화물 분말과 탄소나노튜브의 혼합이 습식 볼 밀링에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노구조 금속탄화물-탄소나노튜브 복합재료의 제조방법.Method for producing a nanostructure metal carbide-carbon nanotube composite material characterized in that the mixing of the nano-sized metal carbide powder and carbon nanotubes by wet ball milling.
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KR20220045724A (en) * 2020-10-06 2022-04-13 한국과학기술원 A porous molybdenum carbide/carbon composite, a method for manufacturing the same, a catalyst for hydrogen generation reaction comprising the porous molybdenum carbide/carbon composite

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2006120803A1 (en) * 2005-05-10 2006-11-16 Sumitomo Precision Products Co., Ltd Highly thermally conductive composite material

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014098370A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 한국기계연구원 Method for manufacturing cemented carbide including carbon nanotube, cemented carbide manufactured thereby, and cemented carbide cutting tool including cemented carbide
KR20220045724A (en) * 2020-10-06 2022-04-13 한국과학기술원 A porous molybdenum carbide/carbon composite, a method for manufacturing the same, a catalyst for hydrogen generation reaction comprising the porous molybdenum carbide/carbon composite

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