KR20150021427A - Apparatus for manufactoring metal powder - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus to manufacture metal powder capable of crushing metal by a simple device and process, and also economically and safely treat the crushed metal powder while maintaining durability and reliability of a device; and to a manufacturing method thereof. According to the present invention, the apparatus to manufacture metal powder comprises: a reaction container accommodating a metal lump which is a raw material of a metal powder; a heating unit arranged around the reaction container, heating the metal lump accommodated in the reaction container; a manifold unit connected with the reaction container; a vacuum device connected with one side of the manifold unit and making the manifold unit vacuous to discharge air in the reaction container to the outside; and a hydrogen gas supply unit connected with the other side of the manifold unit, supplying hydrogen or isotopes of hydrogen to the reaction container. The metal lump performs hydriding on the hydrogen or the isotopes of hydrogen to be broken to metal powders.

Description

금속 분말 제조장치 및 그 제조방법{APPARATUS FOR MANUFACTORING METAL POWDER}[0001] APPARATUS FOR MANUFACTORING METAL POWDER [0002]

본 발명은 금속을 미세한 입자 크기로 효율적으로 파쇄할 수 있는 금속 분말 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus for manufacturing a metal powder capable of efficiently breaking a metal into fine particle sizes and a manufacturing method thereof.

전 세계적으로 화석연료가 과다 사용되어 온실효과 가스가 급격히 증가하고 있으며, 이로 인한 지구 온난화가 가속화되고 있는 실정이다. 지구 온난화로 인한 환경 문제를 해결하고, 인류의 지속 가능한 공존을 위해 화석연료의 대안으로 신재생에너지가 대두 되고 있다. 그러나, 신재생에너지는 생산 단가가 높고, 입지의 제한 등으로 인해 실제 보급에는 한계가 있는 실정이다. 이에 핵분열 반응을 이용하거나, 핵융합 반응을 이용하는 원자력에너지 시스템이 지구 온난화 및 에너지 자원 고갈의 대안으로 각광받고 있다.
Global fossil fuels are being used extensively, and greenhouse gases are increasing rapidly, and global warming is accelerating. Renewable energy is emerging as an alternative to fossil fuels for solving environmental problems caused by global warming and for sustainable coexistence of mankind. However, there is a limit to the actual supply of renewable energy due to the high production cost and the limitation of location. Nuclear energy systems using fission reaction or nuclear fusion reaction are being watched as an alternative to global warming and depletion of energy resources.

원자력에너지 시스템은 핵분열 발전의 경우 금속 우라늄 등을 미분말화하여 원자력 연료로 사용하고 있다. 예를 들면 핵분열 원자로에서는 우라늄 또는 그 합금 분말을 분산핵연료 제조에 사용한다.Nuclear energy systems are used as nuclear fuels by pulverizing metal uranium and the like in the case of fission generation. For example, nuclear fission reactors use uranium or its alloy powders to produce dispersed fuel.

그리고, 핵융합 발전의 경우 미분말화된 금속 우라늄 등을 삼중수소 저장 용기에 장입하여 삼중수소를 흡장(hydriding) 및 탈장(dehydriding)함으로써 삼중수소를 핵융합 반응을 위한 원료로 핵융합 반응로에 공급하게 된다. 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다. In the case of fusion power generation, fine-powdered metal uranium is charged into a tritium storage vessel to hydridate and dehydrate tritium, thereby supplying tritium to the fusion reactor as a raw material for the fusion reaction. This will be described in detail as follows.

토카막 등의 핵융합 반응로에서 발생한 헬륨 등의 핵융합 반응생성물과 미반응 수소동위원소는 토카막 배기체처리공정의 헬륨 정화 공정을 거치면서 헬륨과 순수 수소동위원소로 분리된다. 그리고, 분리된 순수 수소동위원소는 초저온 증류탑에서 경수소, 중수소 및 삼중수소로 분리되며, 이것들 중 삼중수소는 저장공정과 연료주입계통을 통하여 다시 토카막으로 순환된다. The fusion reaction products such as helium and unreacted hydrogen isotopes in the fusion reaction of tokamak are separated into helium and pure hydrogen isotopes through the helium purification process of the tokamak exhaust process. Separated pure hydrogen isotopes are separated from cryogenic distillation tower into water, deuterium and tritium, of which tritium circulates back to the tokamak through the storage process and the fuel injection system.

이때, 삼중수소 저장공정에서는 삼중수소를 저장하기 위한 용기가 사용되는데, 이와 같은 삼중수소 용기에 금속 우라늄 분말이 저장된다.At this time, in the tritium storage process, a container for storing tritium is used. Metal uranium powder is stored in such a tritium container.

상술한 바와 같이 원자력발전에 사용되는 금속 우라늄 분말은 방사성 물질로서, 그 취급에 있어서 고도의 안전기술이 요구된다. 또한, 우라늄은 국가 간 수출입이 통제되는 민감한 핵물질이므로 효율적으로 사용하여 손실량을 최소화할 필요가 있으며, 안전하게 가공 및 취급하는 기술이 중요하다.As described above, the metallic uranium powder used in nuclear power generation is a radioactive material, and a high level of safety technology is required in its handling. In addition, since uranium is a sensitive nuclear material controlled by imports and exports between countries, it is necessary to minimize the loss by using it effectively, and it is important to safely process and treat the uranium.

한편, 우라늄 관련 기술은 국가 간 수출입이 통제되는 민감한 기술이기 때문에, 선진국으로부터의 기술이전에 제약이 많으며, 설사 해외에서 기술이 도입되어도, 타 분야 활용 또는 제3국에의 기술 수출시 기술 공급국의 승인을 받아야 하는 민감한 기술에 해당한다.
On the other hand, since uranium-related technology is a sensitive technology that controls import and export between countries, there are many restrictions on technology transfer from advanced countries. Even if technology is introduced from abroad, It is a sensitive technology that must be approved.

이하, 상술한 바와 같은 원자력 원료용 금속 분말을 제조하는 종래기술을 설명하기로 한다.Hereinafter, a conventional technique for producing the metal powder for atomic power feed as described above will be described.

가장 일반적인 제조방법으로 분무법이 있다. 분무법은 금속 우라늄 및 그 합금 원료를 칭량하여 노즐이 부착된 내열 도가니 내에 장입하게 된다. 그리고, 내열 도가니를 분무장치에 설치한 다음 진공펌프를 이용하여 분무장치의 챔버 내부를 진공으로 유지하고, 내열도가니 내로 장입된 우라늄과 금속 원료를 고주파전류 발생장치를 이용하여 용해시키게 된다. 그리고, 용해된 합금용량을 공급하면서 회전 원반 또는 전극 등의 원심력이나 고압의 가스 등을 사용하여 용적을 제조함과 아울러 아르곤 또는 헬륨 냉각가스 등의 불활성 분위기에서 미세한 핵연료입자를 급속 응고시키는 방식으로 금속 분말을 제조하게 된다.The most common manufacturing method is spraying. The spraying method weighs metallic uranium and its alloy raw materials and charges them into a heat-resistant crucible with a nozzle attached. Then, the heat-resistant crucible is installed in the atomizing device, and then the inside of the chamber of the atomizing device is kept vacuum by using a vacuum pump, and the uranium and the metal raw material charged into the heat-resistant crucible are melted by using the high-frequency current generating device. In addition, while supplying the dissolved alloy capacity, a volume is produced by using a centrifugal force such as a rotary disk or an electrode or a high-pressure gas, and the metal particles are rapidly solidified in an inert atmosphere such as argon or helium- Powder.

이와 유사한 분무법으로는 무연솔더 크림용 금속 분말 제조방법이 있다. 먼저, 무연솔더 금속을 스테인레스 용기에서 용해시킨 후 진동시킨 상태에서 오리피스에 통과시켜 액적을 형성시키게 된다. 그리고, 오리피스로부터 낙하하는 액적을 상하로 진동하는 원추형, 타원추형 또는 다각추형 레조네이터의 표면에 적하시켜 작은 액적들로 방사상으로 분무시키게 된다. 그리고, 분무된 액적들을 불활성 가스 분위기의 냉각 챔버에서 응고시킨 상태에서 플라스마를 공급함으로써 무연솔더크림용 금속분말을 제조하게 된다.A similar method of spraying is a method of manufacturing a metal powder for a lead-free solder cream. First, the lead-free solder metal is melted in a stainless steel vessel and then passed through an orifice in a state of being vibrated to form a droplet. Then, droplets falling from the orifice are dropped onto the surface of a cone, a cone, or a polygonal resonator oscillating up and down, and sprayed radially with small droplets. The sprayed droplets are solidified in a cooling chamber in an inert gas atmosphere, and plasma is supplied to produce a metal powder for a lead-free solder cream.

한편, 용매법은 구형의 코발트 또는 니켈 금속분말을 황산 코발트 용매 추출액에 환원제와 함께 혼합하고, 초음파 장치에 의해 액적 상태로 만들게 된다. 그리고, 액적상태의 혼합물을 증발, 건조 및 열분해 반응시킴으로써 금속 분말을 제조하게 된다. On the other hand, in the solvent method, a spherical cobalt or nickel metal powder is mixed with a cobalt sulfate extract solution together with a reducing agent, and made into a droplet state by an ultrasonic device. Then, the mixture of the droplets is evaporated, dried and pyrolyzed to produce a metal powder.

또한, 아크법은 양극이 인가되며 회전구동하는 회전 전극과, 음극이 인가되며 상기 회전 전극과 소정 간격으로 이격되어 위치하는 상대 전극을 이용한다. 이때, 회전 전극과 상대 전극 사이에서 아크가 형성되고, 아크 발생 열로 인해 상대 전극이 용융되어 환원제로 되고, 환원반응을 하는 금속 할로겐화 화합물이 공급됨으로써 금속 분말이 제조된다.
The arc method uses a rotary electrode to which a positive electrode is applied and is driven to rotate, and a counter electrode to which a negative electrode is applied and is spaced apart from the rotary electrode by a predetermined distance. At this time, an arc is formed between the rotating electrode and the counter electrode, the counter electrode is melted due to arc generation heat to be a reducing agent, and a metal halide compound which performs a reduction reaction is supplied to produce a metal powder.

상술한 종래기술에 따른 원자력 원료용 금속 분말을 제조방법들은 금속을 초고온 용융하거나 막대한 전기를 사용하게 되어 많은 에너지를 소모하는 문제점이 있다. 또한, 유독 화학물질의 사용 또는 용융 금속 분말의 자발화성에 따른 제조상 위험성 때문에 장치 및 공정이 복잡하게 됨에 따라 경제성과 안전성에 있어서 많은 문제점을 가지고 있다.
The conventional methods of manufacturing the metal powder for nuclear power source have a problem of consuming a great amount of energy because the metal is melted at a very high temperature or a huge amount of electricity is used. In addition, due to the use of toxic chemicals or the risk of manufacturing due to the spontaneous formation of molten metal powders, the apparatus and the process become complicated, resulting in problems in economy and safety.

이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점인 에너지 과다 소모, 화학물질의 사용 또는 용융 금속 분말의 자발화성에 따른 제조상 위험성 등의 문제를 해결하기 위해 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors have completed the present invention in order to overcome the problems of the conventional art, such as over-energy consumption, use of chemicals, or manufacturing risk due to spontaneous formation of molten metal powder.

한국공개특허 제2006-0127481호Korea Patent Publication No. 2006-0127481

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 단순한 장치 및 공정을 사용하여 금속의 파쇄가 가능한 동시에, 장치의 내구성 및 신뢰성을 유지하면서 파쇄된 금속 분말을 안전하고 경제적으로 취급할 수 있는 금속 분말 제조장치 및 제조방법을 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for dismantling a metal by using a simple apparatus and a process, And to provide a method for manufacturing a metal powder and a manufacturing method thereof.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 분말 제조장치는 상기 금속 분말의 원재료인 금속 괴가 장입되는 반응용기; 상기 반응용기의 둘레에 배치되어 상기 반응용기에 장입된 금속괴를 가열하는 히팅부; 상기 반응용기와 연결된 매니폴드부; 상기 매니폴드부의 일측에 연결되고, 상기 매니폴드부에 진공을 형성하여 상기 반응용기의 기체를 외부로 배출시키는 진공장치부; 및 상기 매니폴드부의 타측에 연결되고, 상기 반응용기에 수소 또는 수소동위원소를 공급하는 수소 기체 공급부;를 포함하여 구성되며, 상기 금속 괴가 상기 수소 또는 수소동위원소를 흡장함으로써 상기 금속 분말로 파쇄되는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing a metal powder, comprising: a reaction vessel in which a metal mass as a raw material of the metal powder is charged; A heating unit disposed around the reaction vessel to heat a metal ingot charged in the reaction vessel; A manifold portion connected to the reaction vessel; A vacuum device connected to one side of the manifold part and forming a vacuum in the manifold part to discharge the gas of the reaction container to the outside; And a hydrogen gas supply part connected to the other side of the manifold part and supplying hydrogen or a hydrogen isotope to the reaction vessel, wherein the metal ingot occludes the hydrogen or hydrogen isotope, .

또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은 상기 금속 분말의 원재료인 금속 괴를 반응용기에 장입하는 단계; 진공장치부가 상기 반응용기 내의 기체를 제거하고, 히팅부가 상기 금속 괴를 가열하는 단계; 수소 기체 공급부가 상기 반응용기에 수소 또는 수소동위원소를 주입하는 단계; 및 상기 수소 또는 수소동위원소가 흡장되어 상기 금속 괴가 파쇄되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조방법에 의해서도 달성될 수 있다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal powder, comprising: charging a metal mass as a raw material of the metal powder into a reaction vessel; Removing the gas in the reaction vessel and heating the metal ingot by a heating unit; Injecting a hydrogen or hydrogen isotope into the reaction vessel; And storing the hydrogen or hydrogen isotope to disintegrate the metal ingot. The method of manufacturing a metal powder according to claim 1,

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속 분말 제조장치 및 제조방법은 반응용기에 장입된 금속 괴에 한 차례 이상 수소 또는 수소동위원소를 흡장시켜 진공 가열하고, 진공장치를 이용하여 수소 또는 수소동위원소를 제거함으로써 금속을 파쇄하는 것을 기술적 특징으로 한다. The apparatus and the method for manufacturing a metal powder according to the preferred embodiment of the present invention are characterized in that a metal mass charged in a reaction vessel is once or more occluded with hydrogen or a hydrogen isotope and is vacuum-heated and a hydrogen or hydrogen isotope Thereby removing the metal.

본 발명은 내구성이 우수한 단순한 구조의 파쇄 장치를 이용하고, 화학적 방법을 이용함으로써 빠른 속도로 금속의 파쇄 처리가 가능하여 금속의 취급 및 처리 계통의 안전성이 증대되는 이점이 있다. 또한, 자연 발화성 금속 분말의 다량 취급에 따른 안전 수단을 확보할 수 있다.The present invention has the merit that the crushing apparatus having a simple structure with excellent durability is used, and the crushing process of the metal can be performed at a high speed by using the chemical method, so that the safety of handling and processing of the metal is increased. Further, it is possible to secure a safety means for handling a large amount of the pyrophoric metal powder.

또한, 본 발명은 파쇄 장치의 반복 사용이 가능할 뿐만 아니라 장치 관리가 용이하다. 그리고, 본 발명은 금속의 손실을 최소화할 수 있어 경제적인 이점을 제공한다.Further, the present invention not only enables repeated use of the shredding apparatus, but also facilitates device management. Further, the present invention can minimize the loss of metal, thereby providing an economical advantage.

이와 같은 본 발명에 따른 금속 분말 제조장치 및 제조방법은 에너지의 낭비를 방지할 수 있으며, 기존 유독 화학물질 사용 및 용융 금속 분말의 자발화성에 따른 제조상의 위험성 등의 문제를 해결할 수 있다.The apparatus and method for manufacturing a metal powder according to the present invention can prevent waste of energy and solve problems such as the use of existing toxic chemicals and the risk of manufacturing due to spontaneous formation of molten metal powder.

한편, 본 발명에 따른 금속 분말 제조장치 및 제조방법은 원자력 원료용 금속 분말의 제조에만 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 원자력 원료 뿐만 아니라 다양한 산업분야에서 필요한 각종 금속 분말을 제조하는데 사용될 수 있다.
Meanwhile, the apparatus and the method for manufacturing a metal powder according to the present invention are not limited to the production of metal powders for atomic power sources. That is, the present invention can be used not only for raw materials for nuclear power but also for manufacturing various metal powders required in various industrial fields.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the accompanying drawings, the following detailed description and the preferred embodiments.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말 제조장치를 나타내는 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말 제조방법을 나타내는 흐름도이다.FIG. 1 is a configuration diagram showing a metal powder production apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a metal powder according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 경우에는 그에 대한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 도면부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되었다 하더라도 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. The same reference numerals will be used to denote the same components in the drawings, even if they are shown in different drawings.

(금속 분말 제조장치)(Metal Powder Production Apparatus)

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말 제조장치를 나타내는 구성도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말 제조장치는 도 1에 도시된 바와 같이 반응용기(100), 히팅부(200), 온도 조절부(210), 매니폴드부(300), 진공장치부(400), 수소 기체 공급부(500), 데이터 획득부(600), 불활성 기체 공급부(700), 금속 괴 공급부(10), 금속 분말 저장부(20), 금속 분말 분류부(30) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a metal powder production apparatus according to an embodiment of the present invention. 1, the apparatus for manufacturing a metal powder according to one embodiment of the present invention includes a reaction vessel 100, a heating unit 200, a temperature control unit 210, a manifold unit 300, a vacuum device unit The inert gas supply unit 700, the metal mass supply unit 10, the metal powder storage unit 20, the metal powder sorting unit 30, and the control unit (not shown) are connected to the hydrogen supply unit 500, the data acquisition unit 600, Time).

본 발명에 따른 금속 분말 제조장치는 핵분열 발전 또는 핵융합 발전에서 원자력 원료로 사용되는 금속 분말을 제조하기 위한 것으로, 금속 분말의 원재료인 금속 괴에 수소 또는 수소동위원소를 흡장시켜 파쇄하는 것을 기술적 특징으로 한다. The apparatus for manufacturing a metal powder according to the present invention is for producing a metal powder used as a raw material for atomic power generation in fission generation or fusion power generation, and is characterized by storing hydrogen or hydrogen isotope in a metal mass, which is a raw material of metal powder, do.

이때, 본 발명에 있어서 파쇄하고자 하는 금속은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 프랑슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 스칸듐, 이트륨, 란타넘, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 터븀, 디스프로슘, 홀뮴, 어븀, 툴륨, 이터븀, 루테튬, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 러더포듐, 악티늄, 토륨, 프로탁티늄, 감손 우라늄, 천연 우라늄, 농축 우라늄, 넵투늄, 플루토늄, 아메리슘, 퀴륨, 버클륨, 캘리포늄, 아이슈타이늄, 페르뮴, 멘델레븀, 노벨륨, 로렌슘, 바나듐, 나이오븀, 탄탈럼 및 더브늄 중 어느 하나일 수 있다.In this case, the metal to be crushed in the present invention may be lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, radium, scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, But are not limited to, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, titanium, zirconium, hafnium, rutheroidium, actinium, thorium, propatinium, depleted uranium, enriched uranium, neptunium, plutonium , Americium, cerium, berkelium, californium, isostenium, pemium, mendelevium, norvelium, laurenium, vanadium, niobium, tantalum and dibornium.

한편, 본 발명에 따른 금속 분말 제조장치는 상술된 바와 같은 원자력 원료용 금속 분말의 제조에만 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 원자력 원료 뿐만 아니라 다양한 산업분야에서 필요한 각종 금속 분말을 제조하는데 사용될 수 있다.
On the other hand, the apparatus for manufacturing a metal powder according to the present invention is not limited to the production of the metal powder for nuclear power source as described above. That is, the present invention can be used not only for raw materials for nuclear power but also for manufacturing various metal powders required in various industrial fields.

반응용기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 금속 분말의 원재료인 금속 괴가 장입되어 파쇄되는 용기이다. 반용용기(100)의 외부 둘레에는 금속 괴를 가열하기 위한 히팅부(200)가 배치된다. 이때, 히팅부(100)는 반응용기(100)를 500 ~ 1000℃의 고온으로 가열할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1, the reaction vessel 100 is a vessel in which a metal mass, which is a raw material of a metal powder, is charged and crushed. A heating unit 200 for heating the metal ingot is disposed on the outer periphery of the container 100. At this time, it is preferable that the heating unit 100 is configured to be able to heat the reaction vessel 100 to a high temperature of 500 to 1000 ° C.

히팅부(100)는 금속 괴의 가열 온도을 조절하기 위한 온도 조절부(210)가 구비된다. 이때, 온도 조절부(210)는 기 설정된 프로그램에 의해 자동으로 동작하도록 구성되는 것이 바람직하다.The heating unit 100 includes a temperature control unit 210 for controlling the heating temperature of the metal ingot. At this time, the temperature controller 210 is preferably configured to automatically operate by a preset program.

한편, 반응용기(100)는 히팅부(100)의 전원이 차단된 상태에서 자연 냉각될 수 있으며, 송풍기 등을 이용한 강제 냉각 방식이 적용될 수 있다.
Meanwhile, the reaction vessel 100 can be naturally cooled in a state where the power of the heating unit 100 is shut off, and a forced cooling system using a blower or the like can be applied.

매니폴드부(300)는 대형 배관으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 밸브(V1)가 설치된 제1 라인(L1)을 통해 반응용기(100)의 상부와 연결된다. 매니폴드부(300)는 반응용기(100) 내에 기체를 공급하거나 제거하는 역할을 한다. 매니폴드부(300)는 후술하는 데이터 획득부(600)가 설치되어 반응용기(100) 내의 압력 및 온도를 계측하고, 이를 통해 수소 또는 수소동위원소의 흡장률 변화를 산출하여 금속의 파쇄 상태를 파악할 수 있게 한다.
The manifold portion 300 is a large pipe connected to the upper portion of the reaction vessel 100 through a first line L1 provided with a first valve V1 as shown in FIG. The manifold portion 300 serves to supply or remove gas in the reaction vessel 100. The manifold unit 300 is provided with a data acquisition unit 600 to be described later to measure the pressure and temperature in the reaction vessel 100 and calculate a change in the absorption rate of hydrogen or hydrogen isotopes thereof to determine the fracture state of the metal .

진공장치부(400)는 제2 밸브(V2)가 설치된 제2 라인(L2)을 통해 매니폴드부(300)의 일측에 연결되고, 매니폴드부(300)에 고진공을 형성하여 반응용기(100)의 기체를 외부로 배출시키는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 진공장치부(400)는 로타리 펌프(미도시)가 지지하는 터보분자 펌프(미도시)로 구성될 수 있다.The vacuum apparatus unit 400 is connected to one side of the manifold unit 300 through the second line L2 provided with the second valve V2 and forms a high vacuum in the manifold unit 300, ) To the outside. According to one embodiment of the present invention, the vacuum device unit 400 may include a turbo molecular pump (not shown) supported by a rotary pump (not shown).

또한, 진공장치부(400)는 고진공 펌프 및 보조 펌프로 구성될 수 있다. 고진공 펌프의 예로는, 터보분자 펌프, 분자드래그 펌프, 크리오 펌프, 게터 펌프, 티타늄승화 펌프 및 스퍼터이온 펌프 등이 있다. 그리고, 보조 펌프의 예로는 회전베인 펌프, 회전피스톤 펌프, 스크류 펌프, 클로 펌프, 액체링 펌프, 피스톤 펌프, 다이아그램 펌프 등이 있다.
In addition, the vacuum device unit 400 may include a high vacuum pump and an auxiliary pump. Examples of the high vacuum pump include a turbo molecular pump, a molecular drag pump, a creep pump, a getter pump, a titanium sublimation pump, and a sputter ion pump. Examples of the auxiliary pump include a rotary vane pump, a rotary piston pump, a screw pump, a claw pump, a liquid ring pump, a piston pump, and a diaphragm pump.

수소 기체 공급부(500)는 도 1에서와 같이 제3 밸브(V3)가 설치된 제3 라인(L3)을 통해 매니폴드부(300)의 타측에 연결되고, 반응용기(100)에 수소 또는 수소동위원소를 공급하는 역할을 한다. 이때, 수소동위원소는 중수소, 삼중수소 등을 포함한다.
1, the hydrogen gas supply unit 500 is connected to the other side of the manifold unit 300 through a third line L3 provided with a third valve V3, It serves to supply the element. At this time, the hydrogen isotope includes deuterium, tritium, and the like.

데이터 획득부(600)는 도 1에서와 같이 매니폴드부(300)에 구비되어 반응용기(100) 내의 압력 및 온도를 측정하고, 내장된 전자계산기에 의해 금속 괴의 흡장량 및 흡장속도를 산출하는 역할을 한다. 1, the data acquisition unit 600 is provided in the manifold unit 300 to measure the pressure and the temperature in the reaction vessel 100, and calculates the storage amount and the storage speed of the metal ingot by the built- .

데이터 획득부(600)는 반응용기(100) 내의 압력을 측정하기 위해 저진공용 게이지 또는 고진공용 게이지를 사용한다. 저진공용 게이지의 예로는 격막 게이지, 부르돈 게이지, 전기용량 압력 게이지, 열전도를 이용하는 피라니 게이지 등이 있고, 고진공용 게이지로는 열음극형 이온화 게이지, 페닝 게이지, 트리거 게이지, 추출 게이지, 라페르티 게이지 및 헬머 게이지 등이 사용될 수 있다.
The data acquisition unit 600 uses a low-vacuum gauge or a high-vacuum gauge to measure the pressure in the reaction vessel 100. Examples of low vacuum gauges include diaphragm gauges, boudon gauges, capacitive pressure gauges, and Pirani gauges using heat conduction. Examples of the high-vacuum gauges include a thermionic ionization gauge, a penning gauge, a trigger gauge, A tee gauge and a helmer gauge may be used.

불활성 기체 공급부(700)는 도 1에 도시된 바와 같이 제4 밸브(V4)가 설치된 제4 라인(L4)을 통해 매니폴드부(300)의 타측에 연결되고, 반응용기(100)에 헬륨, 네온, 아르곤 등과 같은 불활성 기체를 공급하는 역할을 한다. 불활성 기체는 파쇄된 금속 분말에 공급되어 금속 입자의 표면을 보호하고, 금속 분말의 취급에 있어서 안전성을 확보하는 역할을 한다.
The inert gas supply unit 700 is connected to the other side of the manifold unit 300 through a fourth line L4 provided with a fourth valve V4 as shown in FIG. Neon, argon, and so on. The inert gas is supplied to the crushed metal powder to protect the surface of the metal particles and to ensure safety in the handling of the metal powder.

금속 괴 공급부(10)는 제5 밸브(V5)가 설치된 제5 라인(L5)을 통해 반응용기(100)와 연결되고, 파쇄하고자 하는 금속 괴를 반응용기(100)에 공급하는 역할을 한다. 이때, 제5 라인(L5)은 도 1에 도시된 바와 달리 제1 라인(L1)에 연결되는 구조도 가능하다.
The metal mass supply part 10 is connected to the reaction vessel 100 through a fifth line L5 provided with the fifth valve V5 and supplies the metal mass to be crushed to the reaction vessel 100. At this time, the fifth line L5 may be connected to the first line L1 unlike the one shown in FIG.

금속 분말 저장부(20)는 제6 밸브(V6)가 설치된 제6 라인(L6)을 통해 반응용기(100)와 연결되고, 반응용기(100)로부터 파쇄된 금속 분말을 공급받아 저장하는 역할을 한다. 이때, 제6 라인(L6)은 도 1에 도시된 바와 달리 제1 라인(L1)에 연결되는 구조도 가능하다.
The metal powder storage part 20 is connected to the reaction vessel 100 through a sixth line L6 provided with a sixth valve V6 and serves to receive and store the crushed metal powder from the reaction vessel 100 do. At this time, the sixth line L6 may be connected to the first line L1 unlike the one shown in FIG.

금속 분말 분류부(30)는 도 1에서와 같이 금속 분말 저장부(20)에 연결된다. 금속 분말 분류부(30)는 메쉬 크기를 달리하는 다수의 체를 이용하여 금속 분말 저장부(20)에 저장된 금속 분말을 입자 크기별로 분류하는 역할을 한다. 이때, 금속 분말 분류부(300)에서 분류된 금속 분말은 입자 크기에 따라 적합한 사용처로 이송된다.The metal powder fractionation part 30 is connected to the metal powder storage part 20 as shown in FIG. The metal powder fractionation part 30 functions to classify the metal powder stored in the metal powder storage part 20 by the particle size by using a plurality of sieves having different mesh sizes. At this time, the metal powder classified in the metal powder classifying part 300 is transferred to a suitable place according to the particle size.

제어부(미도시)는 기 설정된 프로그램에 의해 데이터 획득부(600)에서 산출된 금속 괴의 흡장량 및 흡장속도에 기초하여 상술한 히팅부(200), 진공장치부(400), 수소 기체 공급부(500) 및 제1 내지 제6 밸브(V1 ~ V6)의 동작을 제어하는 역할을 한다. 즉, 앞서 설명한 이하의 금속 분말 제조방법에서 제어부(미도시)에 관해 구체적으로 설명하기로 한다.
The control unit (not shown) controls the heating unit 200, the vacuum device unit 400, the hydrogen gas supply unit (not shown), and the control unit (not shown) based on the storage amount and storage speed of the metal ingot calculated by the data acquisition unit 600, 500 and the first to sixth valves V1 to V6. That is, the control unit (not shown) in the following metal powder production method will be described in detail.

(금속 분말 제조방법)(Method for producing metal powder)

이하, 상술한 금속 분말 제조장치에 관한 설명, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a metal powder according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 분말 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a metal powder according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 금속 분말 제조방법은 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 금속 괴 공급부(10)에서 파쇄하고자 하는 금속 괴가 소정 량 공급되어 반응용기(100)에 장입된다(S10). In the method of manufacturing a metal powder according to the present invention, as shown in FIG. 1, a metal mass to be crushed is supplied in a predetermined amount to a reaction vessel 100 in a metal mass feeder 10 (S10).

이때, 파쇄하고자 하는 금속의 종류로는 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 프랑슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 스칸듐, 이트륨, 란타넘, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 터븀, 디스프로슘, 홀뮴, 어븀, 툴륨, 이터븀, 루테튬, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 러더포듐, 악티늄, 토륨, 프로탁티늄, 감손 우라늄, 천연 우라늄, 농축 우라늄, 넵투늄, 플루토늄, 아메리슘, 퀴륨, 버클륨, 캘리포늄, 아이슈타이늄, 페르뮴, 멘델레븀, 노벨륨, 로렌슘, 바나듐, 나이오븀, 탄탈럼, 더브늄 등이 있다.
Examples of the metal to be crushed include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, radium, scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium , Europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, titanium, zirconium, hafnium, rutheroidium, actinium, thorium, propatinium, depleted uranium, enriched uranium, neptunium, plutonium, Americium, cerium, berkelium, californium, isostenium, fermium, mendelevium, norvelium, laurentium, vanadium, niobium, tantalum and dubnium.

다음으로, 기체 제거 및 금속 괴 가열 단계(S20)는 제1 라인(L1)의 제1 밸브(V1) 및 제2 라인(L2)의 제2 밸브(V2)가 개방된 상태에서 진공장치부(400)가 동작함으로써 매니폴드부(300)에 고진공을 형성하고 반응용기(100) 내의 기체를 제거하게 된다. 그리고, 히팅부(200)가 동작하여 반응용기(100) 내의 금속 괴를 가열하게 된다. 이때, 히팅부(200)는 온도 조절부(210)에 의해 가열 온도가 조절된다.
Next, the gas removal and metal ingot heating step S20 is performed in a state where the first valve (V1) of the first line (L1) and the second valve (V2) of the second line (L2) 400 are operated to form a high vacuum in the manifold portion 300 to remove the gas in the reaction vessel 100. Then, the heating unit 200 operates to heat the metal ingots in the reaction vessel 100. At this time, the heating temperature of the heating unit 200 is adjusted by the temperature adjusting unit 210.

다음으로, 수소 기체 공급부(500)가 제3 라인(L3)의 제3 밸브가 개방된 상태에서 수소 또는 수소동위원소를 매니폴드부(300)에 공급함으로써 반응용기(100)에 주입하게 된다(S30).
Next, the hydrogen gas supplying unit 500 supplies the hydrogen or hydrogen isotope to the manifold unit 300 in a state where the third valve of the third line L3 is opened, thereby injecting the hydrogen or hydrogen isotope into the reaction vessel 100 S30).

이때, 반응용기(100)에서는 수소 또는 수소동위원소가 금속 괴에 흡장(hydriding)되고, 이러한 화학반응에 의해 금속 괴의 1차 파쇄가 이루어지게 된다(S40). 예를 들면, 반응용기(100)에 수소가 주입된 경우 하기의 [반응식 1]과 같은 흡장 반응이 이루어진다.At this time, in the reaction vessel 100, hydrogen or a hydrogen isotope is hydrided into the metal mass, and the metal mass is firstly crushed by the chemical reaction (S40). For example, when hydrogen is injected into the reaction vessel 100, an adsorption reaction as shown in the following reaction scheme 1 is carried out.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

M + H2 = MH2 M + H 2 = MH 2

(여기서, M은 금속, H2는 수소, MH2는 수소화금속)(Where M is a metal, H 2 is hydrogen, and MH 2 is a hydrogenated metal)

상기 흡장 반응은 자발적 발열반응으로, 자연 대류 또는 강제 대류로 내부 열을 제거하면 반응이 촉진된다.
The absorbing reaction is a spontaneous exothermic reaction, and the reaction is promoted when internal heat is removed by natural convection or forced convection.

다음으로, 데이터 획득부(600)가 반응용기(100) 내의 압력 및 온도를 측정하고, 전자계산기에 의해 수소 또는 수소동위원소의 흡장률을 산출하게 된다(S50). Next, the data acquisition unit 600 measures the pressure and the temperature in the reaction vessel 100, and calculates the absorption rate of hydrogen or hydrogen isotopes by the electronic calculator (S50).

흡장률은 금속이 일정량의 수소 또는 수소동위원소를 흡장하는데 걸리는 시간을 측정함으로써 계산된다. 이때, 흡장되는 수소 또는 수소동위원소의 양은 금속 대 수소의 화학양론(stoichiometry)에 따른 금속의 최대 흡장량의 약 90%로 정할 수 있다. The absorption rate is calculated by measuring the time it takes for a metal to occlude a certain amount of hydrogen or hydrogen isotope. At this time, the amount of the hydrogen or hydrogen isotope occluded can be set to about 90% of the maximum amount of metal adsorption according to the stoichiometry of metal to hydrogen.

데이터 획득부(600)는 PC를 이용할 수 있고, 이때 LabVIEW 등과 같은 소프트웨어를 사용할 수 있다.The data acquisition unit 600 may use a PC, and at this time, software such as LabVIEW may be used.

한편, 상기 반응용기(100)의 압력은 저진공용 게이지와 고진공용 게이지를 병용하여 측정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 매니폴드부(300)에 부착 설치 가능한 압력측정 탱크(미도시) 내에 압력변화로 측정이 가능하다. On the other hand, the pressure of the reaction vessel 100 is preferably measured by using a combination of a low-vacuum gauge and a high-vacuum gauge. For example, it is possible to measure a pressure change in a pressure measurement tank (not shown) that can be attached to the manifold portion 300.

이때, 측정된 온도 및 압력 자료는 데이터 획득부(600)의 PC로 전송되며, 다음 [수학식 1]과 같이 수소의 몰수 산출이 가능하며, 이에 따라 수소 또는 수소동위원소의 흡장률이 결정될 수 있는 것이다.At this time, the measured temperature and pressure data are transmitted to the PC of the data obtaining unit 600, and the number of moles of hydrogen can be calculated as shown in the following formula (1), whereby the absorption rate of hydrogen or hydrogen isotope can be determined It is.

[수학식 1][Equation 1]

n = P*V/(z*R*T)n = P * V / (z * R * T)

(여기서, n은 수소의 몰수, P는 상기 압력측정 탱크 내의 수소압력, V는 상기 압력측정 탱크 시스템의 부피, z는 수소의 비리얼 계수, R은 이상기체상수, T는 압력측정 탱크 내 수소 온도)
(Where n is the number of moles of hydrogen, P is the hydrogen pressure in the pressure measurement tank, V is the volume of the pressure measurement tank system, z is the virial coefficient of hydrogen, R is ideal gas constant, Temperature)

다음으로, 상술한 기체 제거 및 가열 단계(S20) 내지 흡장률 산출 단계(S50)를 순차적으로 반복함으로써 상기 금속 괴의 2차 파쇄가 이루어지게 되고, 2차 파쇄에 따른 흡장률을 산출하여 상기 1차 파쇄시의 흡장률과 비교하여 흡장률의 변화를 산출하게 된다(S60).Next, the above-described gas removal and heating step (S20) to the absorption rate calculation step (S50) are successively repeated to perform secondary fracture of the metal ingot, and the absorption rate along the secondary fracture is calculated, The change in the absorption rate is calculated in comparison with the absorption rate at the time of car breakage (S60).

그리고, 흡장률의 변화가 소정 값 이상인지 판단하게 된다(S70). Then, it is determined whether the change of the absorption rate is equal to or greater than a predetermined value (S70).

구체적으로, 상기 흡장률의 변화는 1차 파쇄시 90%의 흡장률에 이르는 시간과, 2차 파쇄시 90%의 흡장률에 이르는 시간을 측정하여 이들을 비교함으로써 이루어진다. 파쇄가 진척됨에 따라 상기 측정된 시간은 단축되는데, 상기 흡장률의 변화가 파쇄 단계별로 상기 소정 값 이상으로 차이가 나면 상기 기체 제거 및 가열 단계(S20)로 복귀하여 다시 파쇄가 이루어지게 된다. 즉, 흡장률의 변화가 현저할 경우 상기 파쇄 공정(S20 ~ S50)을 다시 거쳐서 3차 파쇄가 이루어지고, 이는 금속의 파쇄가 완료될 때까지 수차례 더 이루어질 수 있다.Specifically, the change in the absorbing rate is measured by measuring the time to reach the absorbing rate of 90% at the time of the primary crushing and the time to reach the absorbing rate of 90% at the time of the secondary crushing, and comparing them. As the crushing progresses, the measured time is shortened. If the change of the absorption rate is different by more than the predetermined value in each crushing step, the process returns to the gas removal and heating step (S20) and is crushed again. That is, when the change of the absorption rate is remarkable, the third crushing is performed again through the crushing steps (S20 to S50), which can be repeated several times until the crushing of the metal is completed.

이와 달리, 상기 흡장률의 변화가 상기 소정 값 미만으로 그다지 차이가 나지 않으면, 수소 또는 수소동위원소를 재주입하여 금속 괴를 파쇄하는 것을 종료하게 된다(S80). 본 발명에 있어서, 상기 소정 값은 약 0.5 ~ 3% 정도로 하여 미세한 입자 크기를 갖는 금속 분말을 얻을 수 있다.
Alternatively, if the change in the absorptance rate is not less than the predetermined value, the hydrogen or hydrogen isotope is re-injected to finish fracturing the metal ingot (S80). In the present invention, the predetermined value may be about 0.5 to 3% to obtain a metal powder having a fine particle size.

상술한 바와 같이 금속 괴의 파쇄가 종료되면, 제4 라인(L4)의 제4 밸브(V4)를 개방한 상태에서 불활성 기체 공급부(700)가 헬륨, 네온, 아르곤 등과 같은 불활성 기체를 반응용기(100)에 주입하게 된다(S90). 파쇄된 금속 분말에 공급된 불활성 기체는 금속 입자의 표면을 보호함으로써 금속 분말의 취급상 안전성을 확보할 수 있게 된다.
When the fourth valve V4 of the fourth line L4 is opened, the inert gas supply unit 700 supplies an inert gas such as helium, neon, argon, or the like to the reaction vessel 100) (S90). The inert gas supplied to the crushed metal powder can secure the handling safety of the metal powder by protecting the surface of the metal particles.

다음으로, 진공장치부(400)가 동작하여 반응용기(100)가 10-3 ~ 10-13 Torr의 내부 압력을 가진 진공 상태고 유지하고, 히팅부(200)가 동작하여 반응용기(100)의 내부 온도를 400 ~ 900℃로 가열함으로써 금속 분말 내에 잔류하는 수소 또는 수소동위원소를 제거하게 된다(S100). 이때, 금속 분말에 1GBq 미만의 삼중수소를 첨가함으로써 금속 분말의 잔류 수소량을 측정할 수 있다.
Next, the vacuum apparatus unit 400 operates to keep the reaction vessel 100 in a vacuum state having an internal pressure of 10 -3 to 10 -13 Torr, and the heating unit 200 is operated, Is heated to 400 to 900 DEG C to remove hydrogen or hydrogen isotope remaining in the metal powder (S100). At this time, the amount of residual hydrogen in the metal powder can be measured by adding less than 1 GBq of tritium to the metal powder.

마지막으로, 상기와 같은 공정을 통해 얻어진 금속 분말은 도 1에 도시된 제6 라인(L6)의 제6 밸브(V6)가 개방된 상태에서 금속 분말 저장부(20)로 이송된다. 그리고, 금속 분말 분류부(30)에서 메쉬 크기가 다른 다수의 체를 이용하여 금속 분말을 입자 크기별로 분류하게 된다(S110). 그리고, 분류된 금속 분말은 입자 크기에 따라 적합한 사용처로 이송된다.
Finally, the metal powder obtained through the above process is transferred to the metal powder storage part 20 in a state where the sixth valve (V6) of the sixth line (L6) shown in FIG. 1 is opened. Then, the metal powders are sorted by particle size using a plurality of sieves having different mesh sizes in the metal powder fractionator 30 (S110). Then, the classified metal powder is transferred to a suitable place according to the particle size.

(( 실험예Experimental Example ))

이하, 표 1을 참조하여 본 발명에 따른 금속 분말 제조장치를 이용하여 금속을 파쇄한 실험예를 설명하기로 한다.Hereinafter, an experimental example in which a metal is crushed by using the apparatus for manufacturing a metal powder according to the present invention will be described with reference to Table 1.

금속metal 시료량(g)Sample volume (g) 흡장 반복 횟수Number of times of storage recall 파쇄 금속의 입자 크기(μm)Particle size of fractured metal (μm) 감손우라늄(DU)Depleted uranium (DU) 2020 33 0.5 ~ 2.00.5 to 2.0 티타늄titanium 2020 55 10.0 ~ 100.010.0 to 100.0 지르코늄zirconium 2020 77 20.0 ~ 150.020.0 to 150.0

파쇄하고자 한 금속은 감손우라늄(DU), 티타늄, 지르코늄이고, 흡장 기체로는 수소를 사용하였다. 금속 괴를 반응용기(100)에 넣은 후, 반응용기(100)의 내부를 10-5torr 수준의 고진공 상태로 하였다. 그리고, 반응용기(100)를 500℃ 온도로 5시간 가열하였다. 그리고, 반응용기(100)를 상온까지 냉각시킨 후, 수소를 반응용기(100)에 주입하여 금속에 흡장시킴으로써 1차 파쇄를 수행하였다.The metals to be crushed were depleted uranium (DU), titanium and zirconium, and hydrogen was used as a storage gas. After the metal ingot was placed in the reaction vessel 100, the inside of the reaction vessel 100 was placed in a high vacuum state at a level of 10 -5 torr. Then, the reaction vessel 100 was heated at 500 DEG C for 5 hours. After the reaction vessel 100 was cooled to room temperature, hydrogen was injected into the reaction vessel 100 and was stored in the metal to perform primary crushing.

그리고, 다시 10-5torr 수준의 고진공 상태에서 반응용기(100)를 500℃의 온도로 5시간 가열하고, 수소를 주입하여 2차 파쇄를 수행하였다.Then, the reaction vessel 100 was heated at a temperature of 500 ° C. for 5 hours under a high vacuum of 10 -5 torr, and secondary fracture was performed by injecting hydrogen.

상기 과정들을 여러 차례 반복하여 얻어진 금속 분말의 입자 크기는 표 1에 도시된 바와 같다.
The particle size of the metal powder obtained by repeating the above-mentioned processes several times is as shown in Table 1.

상기 실험예의 결과값을 살펴보면, 파쇄하고자 하는 금속의 종류 및 흡장 반복 횟수에 따라 파쇄 금속의 입자 크기가 수백 ㎛ 이내인 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 금속 분말 제조장치 및 제조방법은 원자력 원료용 금속을 파쇄하는 데 있어 적합함을 알 수 있다. 이때, 체거름(sieving)을 통해 입자 크기별로 분급을 수행할 수 있음은 물론이다.
According to the results of the experimental example, the particle size of the fracture metal is several hundreds of 탆 or less depending on the type of metal to be crushed and the number of repeated occlusions. That is, it can be seen that the apparatus and the method for manufacturing a metal powder according to the present invention are suitable for crushing a metal for a nuclear power source. At this time, it is needless to say that classification can be performed by particle size through sieving.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the appended claims.

10 : 금속 괴 공급부
20 : 금속 분말 저장부
30 : 금속 분말 분류부
100 : 반응용기
200 : 히팅부
210 : 온도 조절부
300 : 매니폴드부
400 : 진공장치부
500 : 수소 기체 공급부
600 : 데이터 획득부
700 : 불활성 기체 공급부10:
20: metal powder storage part
30: metal powder classifying portion
100: reaction vessel
200:
210:
300: manifold portion
400: vacuum unit
500: hydrogen gas supply part
600: Data acquisition unit
700: inert gas supply unit

Claims (20)

금속 분말의 원재료인 금속 괴가 장입되는 반응용기;
상기 반응용기의 둘레에 배치되어 상기 반응용기에 장입된 금속괴를 가열하는 히팅부;
상기 반응용기와 연결된 매니폴드부;
상기 매니폴드부의 일측에 연결되고, 상기 매니폴드부에 진공을 형성하여 상기 반응용기의 기체를 외부로 배출시키는 진공장치부; 및
상기 매니폴드부의 타측에 연결되고, 상기 반응용기에 수소 또는 수소동위원소를 공급하는 수소 기체 공급부;를 포함하여 구성되며,
상기 금속 괴가 상기 수소 또는 수소동위원소를 흡장함으로써 상기 금속 분말로 파쇄되는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조장치.
A reaction vessel charged with a metal ingot as a raw material of the metal powder;
A heating unit disposed around the reaction vessel to heat a metal ingot charged in the reaction vessel;
A manifold portion connected to the reaction vessel;
A vacuum device connected to one side of the manifold part and forming a vacuum in the manifold part to discharge the gas of the reaction container to the outside; And
And a hydrogen gas supply unit connected to the other side of the manifold unit and supplying hydrogen or a hydrogen isotope to the reaction vessel,
And the metal ingot is disintegrated into the metal powder by occluding the hydrogen or hydrogen isotope.
제1항에 있어서,
상기 매니폴드부에 구비되어 상기 반응용기 내의 압력 및 온도를 측정하고, 전자계산기에 의해 상기 금속 괴의 흡장량 및 흡장속도를 산출하는 데이터 획득부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조장치.
The method according to claim 1,
Further comprising: a data acquiring unit provided in the manifold unit to measure a pressure and a temperature in the reaction vessel, and to calculate a storage amount and a storage speed of the metal mass by an electronic calculator.
제2항에 있어서,
상기 데이터 획득부는 격막 게이지, 부르돈 게이지, 전기용량 압력 게이지, 열전도를 이용하는 피라니 게이지 중 어느 하나의 저진공용 게이지를 포함하여 상기 반응용기 내의 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the data acquiring unit includes a gauge for low vacuum, which is one of a diaphragm gauge, a bourdon gauge, a capacitive pressure gauge, and a pyranie gauge using heat conduction to measure the pressure in the reaction vessel.
제2항에 있어서,
상기 데이터 획득부는 열음극형 이온화 게이지, 페닝 게이지, 트리거 게이지, 추출 게이지, 라페르티 게이지 및 헬머 게이지 중 어느 하나의 고진공용 게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소동위원소 흡장용 금속 분말 제조장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the data acquiring unit includes a gauge for high energy dissociation of any one of a hot cathode ionization gauge, a penning gauge, a trigger gauge, an extraction gauge, a laperty gauge, and a helmer gauge.
제2항에 있어서,
상기 데이터 획득부에서 산출된 상기 금속 괴의 흡장량 및 흡장속도에 기초하여 상기 히팅부, 진공장치부 및 상기 수소 기체 공급부의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조장치.
3. The method of claim 2,
Further comprising: a control unit for controlling operations of the heating unit, the vacuum device unit, and the hydrogen gas supply unit based on the storage amount and storage speed of the metal mass calculated by the data acquisition unit.
제1항에 있어서,
상기 반응용기에 상기 금속 괴를 공급하는 금속 괴 공급부 및
상기 반응용기로부터 상기 파쇄된 금속 분말을 공급받는 금속 분말 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조장치.
The method according to claim 1,
A metal mass supply unit for supplying the metal mass to the reaction vessel,
Further comprising a metal powder storage part for receiving the crushed metal powder from the reaction vessel.
제6항에 있어서,
상기 금속 분말 저장부에 저장된 상기 금속 분말을 메쉬 사이즈를 달리하는 다수의 체를 이용하여 크기별로 분류하는 금속 분말 분류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조장치.
The method according to claim 6,
Further comprising a metal powder separator for sorting the metal powders stored in the metal powder storage unit by size using a plurality of sieves having different mesh sizes.
제1항에 있어서,
상기 매니폴드부의 타측에 연결되고, 상기 반응용기에 헬륨, 네온, 아르곤을 포함한 불활성 기체를 공급하는 불활성 기체 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조장치.
The method according to claim 1,
And an inert gas supply unit connected to the other side of the manifold unit and supplying an inert gas including helium, neon, and argon to the reaction vessel.
제1항에 있어서,
상기 히팅부는 상기 금속 괴의 가열 온도를 조절하는 온도 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조장치.
The method according to claim 1,
Wherein the heating unit further comprises a temperature adjusting unit for adjusting a heating temperature of the metal ingot.
제1항에 있어서,
상기 진공장치부는 터보분자 펌프, 분자드래그 펌프, 크리오 펌프, 게터 펌프, 티타늄승화 펌프 및 스퍼터이온 펌프 중 어느 하나의 고진공 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조장치.
The method according to claim 1,
Wherein the vacuum unit comprises a high vacuum pump of any one of a turbo molecular pump, a molecular drag pump, a creep pump, a getter pump, a titanium sublimation pump and a sputter ion pump.
제10항에 있어서,
상기 진공장치부는 회전베인 펌프, 회전피스톤 펌프, 스크류 펌프, 클로 펌프, 액체링 펌프, 피스톤 펌프, 다이아그램 펌프 중 어느 하나의 보조 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the vacuum device further comprises an auxiliary pump selected from the group consisting of a rotary vane pump, a rotary piston pump, a screw pump, a claw pump, a liquid ring pump, a piston pump and a diaphragm pump.
제1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 괴 및 금속 분말은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 프랑슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 스칸듐, 이트륨, 란타넘, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 터븀, 디스프로슘, 홀뮴, 어븀, 툴륨, 이터븀, 루테튬, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 러더포듐, 악티늄, 토륨, 프로탁티늄, 감손 우라늄, 천연 우라늄, 농축 우라늄, 넵투늄, 플루토늄, 아메리슘, 퀴륨, 버클륨, 캘리포늄, 아이슈타이늄, 페르뮴, 멘델레븀, 노벨륨, 로렌슘, 바나듐, 나이오븀, 탄탈럼 및 더브늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조장치.
The method according to any one of claims 1 to 11,
Wherein the metal ingot and the metal powder are selected from the group consisting of lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, francium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, radium, scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, Gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, titanium, zirconium, hafnium, rutheroidium, actinium, thorium, propatinium, depleted uranium, natural uranium, enriched uranium, neptunium, plutonium, amerium, Wherein the metal powder is any one selected from the group consisting of bismuth, bismuth, calcium, bismuth, bismuth, calcium, bismuth, calcium, bismuth,
금속 분말의 원재료인 금속 괴를 반응용기에 장입하는 단계;
진공장치부가 상기 반응용기 내의 기체를 제거하고, 히팅부가 상기 금속 괴를 가열하는 단계;
수소 기체 공급부가 상기 반응용기에 수소 또는 수소동위원소를 주입하는 단계; 및
상기 수소 또는 수소동위원소가 흡장되어 상기 금속 괴가 파쇄되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조방법.
Charging a metal ingot, which is a raw material of the metal powder, into the reaction vessel;
Removing the gas in the reaction vessel and heating the metal ingot by a heating unit;
Injecting a hydrogen or hydrogen isotope into the reaction vessel; And
And storing the hydrogen or hydrogen isotope, thereby breaking the metal ingot.
제13항에 있어서,
상기 금속 괴가 파쇄되는 단계 이후에, 데이터 획득부가 상기 반응용기 내의 압력 및 온도를 측정하고, 전자계산기에 의해 상기 수소 또는 수소동위원소의 흡장률을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조방법.
14. The method of claim 13,
Further comprising the step of: after the step of crushing the metal ingot, the data acquiring unit measures the pressure and temperature in the reaction vessel, and calculating the absorption rate of the hydrogen or hydrogen isotope by an electronic calculator Powder.
제14항에 있어서,
상기 기체 제거 및 가열 단계 내지 상기 흡장률 산출 단계를 반복하여 상기 흡장률의 변화를 산출하는 단계;를 더 포함하고,
상기 흡장률의 변화는 상기 1차 파쇄시 90%의 흡장률에 걸리는 시간과, 상기 2차 파쇄시 90%의 흡장률에 걸리는 시간을 비교하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조방법.
15. The method of claim 14,
Further comprising repeating the gas removal and heating step and the absorption rate calculation step to calculate a change in the absorption rate,
Wherein the change of the absorption rate is performed by comparing a time taken for a 90% absorption rate at the time of the primary crushing and a time taken for a 90% absorption rate at the time of the secondary crushing.
제15항에 있어서,
상기 흡장률의 변화가 소정 값 이상인지 판단하는 단계를 더 포함하고,
상기 흡장률의 변화가 소정 값 이상인 경우 상기 기제 제거 및 가열 단계로 복귀하고,
상기 흡장률의 변화가 소정 값 미만인 경우 상기 금속 괴의 파쇄를 종료하여 금속 분말을 얻는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조방법.
16. The method of claim 15,
Further comprising the step of determining whether a change in the absorbing rate is equal to or greater than a predetermined value,
Returning to the base removal and heating step when the change in the absorption rate is equal to or greater than a predetermined value,
Wherein the metal powder is obtained by finishing the fracture of the metal ingot when the change of the absorbing rate is less than a predetermined value.
제16항에 있어서,
상기 금속 괴의 파쇄가 종료되면, 불활성 기체 공급부가 헬륨, 네온 및 아르곤을 포함하는 불활성 기체를 상기 금속 분말에 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조방법.
17. The method of claim 16,
Wherein the inert gas supplying portion injects an inert gas including helium, neon, and argon into the metal powder when the breaking of the metal ingot is completed.
제17항에 있어서,
상기 불활성 기체를 주입하는 단계 이후에, 상기 반응용기를 10-3 ~ 10-13 Torr의 진공 상태에서 400 ~ 900℃로 가열함으로써 상기 금속 분말 내에 잔류하는 수소 또는 수소동위원소를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조방법.
18. The method of claim 17,
After the step of injecting the inert gas, the step of removing the hydrogen or hydrogen isotope remaining in the metal powder by heating the reaction vessel to 400 to 900 ° C under a vacuum of 10 -3 to 10 -13 Torr ≪ / RTI >
제18항에 있어서,
상기 수소 또는 수소동위원소를 제거하는 단계 이후에, 메쉬 크기가 다른 다수의 체를 이용하여 상기 금속 분말을 입자 크기별로 분류하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조방법.
19. The method of claim 18,
Further comprising the step of classifying the metal powder by particle size using a plurality of sieves having different mesh sizes after the step of removing the hydrogen or hydrogen isotope.
제18항에 있어서,
상기 분류된 금속 분말에 1GBq 미만의 삼중수소를 첨가하여 상기 금속 분말의 잔류 수소량을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 분말 제조방법.19. The method of claim 18,
Further comprising adding less than 1 GBq of tritium to the classified metal powder to measure an amount of residual hydrogen in the metal powder.
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