KR20210131787A - 분무조립체 및 이를 포함하는 금속분말 제조장치 - Google Patents

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KR20210131787A
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이상현
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 금속분말 제조장치는 아토마이징 효율을 향상시킨 분무조립체로서 용융금속액 분사줄기를 향하여 유체를 분사하는 유체분사노즐이 용융금속을 분열시키기 위해 분사되는 경로를 최단경로로 형성되게 하여 유체의 분사 압력 손실을 최소화할 수 있어 용융금속을 효율적으로 분열시킬 수 있는 특징이 있다.
본 발명의 다른 측면인 오리피스를 포함하는 금속분말 제조장치는 냉각수 분사노즐은 부채꼴 형태로 냉각수를 분사하고 서로 다른 높이에 구비된 냉각수 분사노즐은 챔버의 내벽과 이루는 경사각이 냉각수 분사노즐의 높이가 낮아짐에 따라 증가하도록 구비되어 용융금속 액적의 비산거리의 편차를 줄여 균일한 성상을 갖는 금속분말을 효율적으로 제조할 수 있는데 특징이 있다.

Description

분무조립체 및 이를 포함하는 금속분말 제조장치{Atomizing assembly and metal powder manufacturing device comprising the same}
본 발명의 일 측면은 금속용융액을 분열시켜 분무하는 분무조립체 및 이를 포함하는 금속 분말 제조장치에 관한 것이다.
각종 산업용으로 사용되는 순금속(Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Al,Ti), 합금(철(Fe)계-비철(Al,Cu,Ni,Co,Ti)계, 비교적 저융점 세라믹 분말(CuO,SnO,PbO,B2O3) 및 그들 복합체의 원료를 고온 용해하여 고상분말로 제조하기 위해서는, 보통 전통적으로 알려진 분무법(atomization process)과 원심분리법(centrifugal process)이 사용된다.
전자의 분무법은, 각종 순금속 및 합금분말을 제조할 목적으로 진공 혹은 불활성 분위기에서 원료금속 잉곳(ingot)을 도가니에 장입하여 고주파 유도로나 아크로로 완전하게 용융하여 미세관을 통과하는 액상의 금속을 냉각매체(N2,Ar,He,공기,물 또는 그 혼합물)로 고압 분무시켜 미세한 분말형태로 제조하는 방법으로서, 이러한 방법으로 얻어지는 분말에 산화가 문제될 경우에는 주로 불활성 가스(N2,Ar,He)를 사용하지만, 산화문제가 없을 때는 공기, 고압수(H2O) 또는 물과 가스(공기,N2 )를 사용하여 제조하며, 용탕온도, 가스압력, 환상노즐의 사이즈의 공정변수에 따라 합금분말의 사이즈, 형상 및 입도분포가 다른 분말이 얻어진다.
이러한 분무법은 냉각매체의 종류에 따라 가스분무법과 수분사법으로 구분되며, 우선 가스분무법은 냉각매체로 불화성 가스(N2,Ar,He)나 공기(air)를 사용하므로 냉각효과가 낮기 때문에 합금분말의 경우 미세편석이 발생하여 균질한 합금분말을 얻을 수 없으며, 사용하는 가스의 가격이 비교적 고가이기 때문에 생산코스트 상승이 문제된다.
한편, 수분사법은 비교적 저렴한 물(H2O)을 사용하므로 분말제품의 생산 코스트를 절감할 수 있으며, 냉각효과가 크기 때문에 미세편석을 줄일 수 있지만, 특히 제조된 분말의 표면산화 및 고압 수 발생장치의 설비비가 고가인 문제가 있고, 금속분말의 평균 입경을 낮추기 위해서는 수압을 높이거나 물의 분사 노즐 각도를 높이는 방법이 적용되었으나, 이러한 방법에 의해서는 분말의 평균 입경을 5㎛이하로 형성하는 것이 매우 어렵고, 일부 제조되는 분말 표면에 초 미립의 위성 분말이 많이 부착되어 제조되는 문제점이 발생하였다.
최근에는 금속 3D 프린팅 기술의 적용분야가 확장되고 그 파급효과가 커짐에 따라 해당 기술에 대한 관심이 커지고 있지만, 금속 3D 프린팅 기술에 대한 연구는 초보적 수준에 불과하고 플라스틱 3D 프린팅 장비 대비 상용화가 어려워 3D 프린팅용 분말 소재의 개발이 활발하게 진행되고 있다.
3D 프린팅 공정에 사용되는 금속분말은 거의 대부분이 가스아토마이징(Gas atomizing) 방법으로 제조된 구형 분말이 사용된다. 이는 구형이 유동성이 뛰어나 균일한 분말층의 도포나 토출에 유리하여 조형체의 밀도나 기계적 물성의 향상시킬 수 있기 때문이다.
현재 공급되는 금속분말 소재는 제조수율이 매우 낮아 비싼 가격에 공급되고 있으며, 이는 일반적으로 PBF(Power Bed Fusion)방식의 3D 프린팅에 사용되는 금속분말의 경우, 10 ~ 45 μm 크기의 구형분말이 사용되는데에 비해, 일반적인 가스아토마이징 방법을 이용하는 경우 분말의 입도가 약 80μm 크기인 10 ~ 200μm 의 넓은 입도분포를 갖는 분말이 제조되어, 이 중 10 ~ 45μm 크기의 분말은 약 10 ~ 15% 정도에 불과하기 때문이다.
이와 같은 이유로 금속분말의 제조장치는 최근까지 꾸준히 연구되고 있으며, 제품의 목적, 용도 등에 따라 우수한 구형성능을 갖고 입경이 미세한 금속분말의 제조 방식에 대한 시장의 요구가 지속되고 있다.
한국등록특허 제10-1319028호
본 발명의 일측면은, 용융금속에 유체분사노즐의 유체분사 압력을 효율적으로 전달하여 미세한 입경을 가지는 금속분말을 분무해 제조하면서, 금속분말의 구형성 및 냉각속도를 향상시킬 수 있는 금속분말 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은,
중공관체로서 본체와 상기 본체 내부에 형성된 중공관을 구비하여, 상기 중공관을 흐르는 용융금속액을 외부로 분사하는 분사관; 및
상기 분사관이 장착되는 유체분사노즐로서, 노즐본체와 상기 분사관이 관통하여 장착될 수 있는 관통홀과 상기 분사관에서 분사되는 용융금속액 분사줄기에 유체를 분사하는 유체분사부를 포함하는 노즐을 포함하며,
상기 분사관은 상기 관통홀을 관통하여 상기 관통홀 외부로 돌출된 돌출단부를 갖는 분무조립체이다.
여기에서, 상기 유체분사부는 상기 노즐본체에 구비되는 유체공급관과, 상기 유체공급관에서 공급되는 상기 유체를 외부로 분사하는 유체분사구를 포함하는 것이 좋다.
이 때, 상기 유체분사구는 상기 용융금속액 분사줄기가 분열되는 분열지점 까지 최단경로로 상기 유체를 분사하는 것이 좋다.
또, 상기 돌출단부는 상기 유체분사구에서 분사되는 상기 유체에 상기 최단경로를 제공하기 위하여 경사면을 갖는 것이 좋으며,
상기 분열지점과 상기 돌출단부 사이의 거리는 2mm 내지 10mm인 것이 좋고,
상기 분열지점과 상기 유체분사구 사이의 거리는 5mm 내지 45mm인 것이 좋다.
이 때, 상기 유체분사구는 상기 용융금속액 분사줄기에 상기 유체를 10° 내지 80° 각도로 분사하는 것이 바람직하며,
상기 관통홀의 상부에 구비되고, 상기 분사관이 상기 관통홀을 관통시 상기 분사관의 본체 외부에 장착되어 상기 돌출단부의 길이를 조절하는 분사관지지체를 더 포함할 수 있고,
상기 유체분사구는 상기 분사관을 둘러싸는 환형의 노즐인 것이 바람직하며,
상기 돌출단부는 상기 유체분사구에서 분사되는 상기 유체에 상기 최단경로를 제공하기 위하여 가이드구조를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면은 전술한 분무조립체를 포함하며,
분열된 용융금속액적을 냉각시키는 챔버; 및
상기 챔버의 내벽에 구비되어 상기 분열된 용융금속액적을 냉각시키는 냉각수 분사노즐을 포함하고,
상기 냉각수 분사노즐은 부채꼴 형태로 냉각수를 분사하는 냉각수 분사노즐을 포함하는 금속분말 제조장치이다.
본 발명의 일측면에 따른 분무조립체는 용융금속액 분사줄기에 상기 유체를 최단경로로 분사하여 분사된 유체의 압력이 효과적으로 용탕줄기에 전달되므로 용융금속의 분열 효율이 우수하여 용융금속의 액적이 미세하게 분열되어 분무될 수 있다.
또한, 비산된 용융금속 액적을 냉각하는 챔버에 구비되는 냉각수 분사노즐이 용융금속 액적의 직경에 따라 달라지는 낙하 경로에 맞추어 적합한 비행거리를 가지도록 냉각수를 분사하여 분무된 금속분말의 구형성능을 높일 수 있고, 제트노즐은 평평한 부채꼴의 형태로 냉각수를 분사하여 원뿔형태의 냉각수 분사에 비해 분사면적이 넓고 냉각수가 집중분사되어 냉각효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면인 분무조립체의 구조를 나타낸 단면도이고,
도 2는 분무조립체의 다른 실시예의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 측면인 금속분말 제조장치의 단면을 개략적으로 나타낸 단면도이며,
도 4는 도 3의 금속분말 제조장치를 개략적으로 나타낸 투시도이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.
본 명세서에서 제트노즐이란 증기나 액체, 기체 등이 고속으로 분출되도록 분사하는 분출구를 말한다. 제트노즐이라는 표현이 사용되는 경우 관의 단면적을 좁게하여 유체의 속도를 높이는 방식의 노즐과 압력을 가하여 유체를 분사하는 방식 등 고속으로 유체를 분사할 수 있는 분출구 등을 포함하여 넓게 해석된다.
아토마이징(Atomizing)이란, 액체를 작은 분말형태로 분열시켜 분무화하는 것을 의미하며, 이하에서는 일 예시로 용융금속액 줄기에 고압의 유체를 분사하여 미세한 액적 형태로 만드는 것을 의미한다.
최단경로란, 어느 한 지점 또는 영역으로부터 다른 지점 또는 영역까지 평면 혹은 공간 상에서 연결될 수 있는 가장 짧은 거리를 의미하지만, 반드시 가장 짧은 하나의 경로를 의미하는 것으로 한정되지 않으며, 일반적인 다른 경로에 비해 짧고, 직선에 가까운 형태를 가지는 경로들을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 측면은 용융금속액에 유체를 분사하여 분열시키는 분무조립체(Atomizing assembly)이다. 분무조립체는 분사관, 유체분사노즐을 포함하여 이루어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 분무조립체를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 분사관은 용융된 금속을 흘려보내는 토출구를 의미한다. 분사관은 중공관체 형태의 본체를 포함하며, 본체의 내부에는 중공관이 형성되어 공급되는 용융금속액이 중공관을 통해 분사관의 단부를 거쳐 외부로 분사된다. 본체의 외경은 변화될 수 있으나 일정하게 구성되는 것이 바람직하고, 내부의 중공은 내경이 일정하거나 오리피스를 포함하여 내경이 변화하는 구조일 수 있다.
분사관의 일측 단부는 용융금속을 공급하는 용기 또는 용해로의 하부에 연결될 수 있으며, 타측 단부는 외부로 돌출되는 돌출단부를 포함하고, 토출구를 통해 중공을 흘러내린 용융금속액을 분사할 수 있다.
분사관의 내경은 1mm 내지 7mm 범위로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 2mm 내지 5mm 인 것이 좋으며, 분사관의 외경은 9mmm 내지 30mm인 것이 좋고, 바람직하게는 10mmm 내지 20mm인 것이 좋다.
분사관의 직경이 해당 범위보다 작은 경우 유체의 분사에 의한 미세한 입경의 금속분말을 형성에 유리하지만 흘러내리는 용융금속의 유량이 적어 금속분말의 생산량이 적어지고, 용융금속의 냉각에 의한 분사관의 막힘이나 좁아짐의 문제가 발생할 가능성이 높은 문제점이 있다.
분사관의 내경은 사용되는 용융금속의 조성, 온도, 점도 및 제조 목표 분말의 입경 등에 따라 다르게 적용될 수 있지만, 해당 범위보다 큰 경우 흘러내리는 유량이 증가하여 유체분사노즐에 의한 분무화, 즉, 아토마이징의 효율이 떨어지고, 분말의 냉각 효율이 감소하여 제조되는 금속분말의 품질이 저하된다.
분사관의 형상은 제한되지 않으나 중력에 의해 용융금속액이 낙하하는 연직방향으로 형성되는 중공체 형상인 것이 바람직하다. 분사관의 형상에 따라 분사관의 토출구에서 흘려보내는 용융금속 용탕이 유체분사노즐에서 분사되는 유체에 의해 분열되는 효율이 달라질 수 있다.
분사관의 형태, 직경 및 길이에 따라 흘러내리는 용융금속의 속도와 유량이 달라질 수 있고, 용융금속의 온도와 조성에 따른 점도, 압력에 따라 용융금속의 유속이 조절될 수 있다. 제조되는 금속분말의 입경 및 냉각속도는 위와 같은 요소에 의해 달라질 수 있다.
유체분사노즐은 노즐본체의 중앙에 노즐본체를 관통하며 형성되는 관통홀이 존재하고, 관통홀의 주변에 형성되며 외부로 유체를 분사하는 유체분사구가 형성되며, 관통홀의 상부에 분사관지지체를 포함할 수 있다.
유체분사노즐은 분사관 또는 분사관과 결합된 용융금속 공급용기의 하부에서 결합되어 용융금속액 분사줄기에 대해 유체를 분사하여 분열시킨다. 관통홀은 분사관이 관통할 수 있도록 분사관의 외경보다 큰 내경을 가지고, 길이는 분사관의 길이보다 작게 이루어져 분사관의 돌출단부가 형성되는 것이 바람직하다.
분사관의 길이보다 노즐본체의 길이가 길어 분사관의 단부가 돌출되지 않는 경우에는 분사관의 토출구에서 분사되는 용융금속액이 주변으로 분출되거나 튀어나가는 현상에 의해 유체분사구 주변에 용융금속액이 접촉되어 분사구를 막거나 분사구의 방향 및 직경을 변화시킬 수 있는 문제점이 있다.
노즐 본체에는 유체공급관이 구성된다. 유체공급관은 외부로부터 유체를 공급받아 보관 또는 이송하는 내부공간으로, 유체분사구를 통하여 외부로 유체를 분사한다. 유체공급관의 형태는 제한되지 않으나, 분사구의 형태 또는 배열과 유사한 형상으로 이루어지는 것이 좋고, 예를 들어 분사구가 환형의 슬릿 형태인 경우에 유체공급관 또한 환형으로 이루어진다.
유체분사구는 유체공급관으로부터 유체를 공급받아 유체를 분사하는 장치로 그 형태는 제한되지 않는다. 유체분사구는 슬릿 또는 홀 형태일 수 있으며, 관통홀을 따라 관통홀의 주변 둘레에 형성된다. 유체분사구와 관통홀의 둘레인 외주면과의 거리는 5mm 내지 40mm일 수 있고, 바람직하게는 7mm 내지 20mm인 것이 좋다.
유체분사노즐(12)이분사되는 유체는 제한되지 않으나 기체를 사용하는 것이 좋고, 사용되는 기체는 금속과의 반응성이 없는 기체인 것이 좋으며, 바람직하게는 질소와 같이 반응성이 낮은 가스 또는 아르곤 등의 불활성 기체인 것이 좋다.
유체분사구의 방향은 분사관에서 용융금속이 흘러내리는 직선 또는 용융금속 분사줄기를 중심축이라 할 때, 중심축을 향하도록 유체분사노즐의 하부로 배치된다. 유체분사노즐(12)의 유체분사구 방향이 분사줄기와 이루는 각도는 제한되지 않으나, 분사줄기와 예각을 이루면서 중력방향을 향해 기체가 분사되도록 배치된다. 유체분사구가 분사줄기와 이루는 각도는 10°내지 80°이고, 바람직하게는 20°내지 60°일 수 있다.
유체분사구에서 분사되는 유체는 용융금속을 향하여 분사되어 압력을 전달하고, 압력에 의해 분사줄기가 분열되어 미세한 직경을 갖는 액적형태로 아토마이징된다. 유체분사구의 분사각도가 클수록 충돌이 크게 일어나 아토마이징 효과가 크고, 각도가 작을수록 상대속도가 감소하므로 아토마이징 효과가 감소한다.
유체분사구에서 분사된 유체는 분사구에서 멀리 떨어질수록 압력이 급격하게 감소하므로, 유체가 분사줄기와 접촉하여 분열이 일어나는 분열지점과 유체분사구와의 거리는 짧을수록 분사압력 대비 아토마이징 효율이 향상되는 효과가 있다. 일반적으로 분사각도가 클수록 유체분사구와 분열지점의 거리가 짧게 형성될 수 있으므로 분사각을 크게하거나 유체분사구를 분사관과 가깝게 배치하는 것이 아토마이징 효율을 높일 수 있다.
분무조립체는 분사관과 유체분사노즐의 관통공의 결합 시 분사관의 위치 및 돌출단부의 길이를 조절할 수 있는 분사관지지체를 더 포함할 수 있다.
분사관지지체는 내경 및 외경을 갖는 환형의 형태일 수 있으며, 관통공의 상부에 구비되어 관통공의 내경보다 큰 외경을 가지며, 분사관지지체의 내경은 분사관의 외경과 같거나 유사하여 마찰력 및 지지 기능을 발휘할 수 있다. 분사관지지체는 분사관이 관통공의 관통시 흔들림이나 움직임을 방지하며, 분사관지지체의 두께에 따라 돌출단부의 길이가 조절될 수 있다.
돌출단부의 길이는 1mm 내지 10mm일 수 있고, 바람직하게는 2mm 내지 7mm인 것이 좋다.
분사관은 관통공에 결합되어 용융금속을 분사하고, 관통공의 주변에 형성된 유체분사구에서 분사된 유체가 분사줄기의 분열지점에서 충돌하여 아토마이징이 이루어진다.
분사관 돌출단부의 토출구와 유체분사노즐의 유체분사구에 의해 용탕의 분열이 시작되는 지점인 분열지점 사이의 거리는 2mm 내지 10mm일 수 있고, 바람직하게는 3mm 내지 5mm일 수 있다.
분사관의 토출구와 유체분사노즐의 유체분사구에 의해 용탕줄기의 분열이 시작되는 분열지점의 위치는 가까울수록 아토마이징의 효율이 증가되는 장점이 있지만, 위 범위보다 더 가까운 경우에는 분사관의 토출구 부근에서 용탕줄기의 급격한 냉각에 의해 토출구 막힘 현상이 일어날 수 있다.
유체분사노즐에서 분사되는 유체는 유체분사구의 방향을 향하여 분사되는데, 이 때 유체분사구의 방향과 분사관의 위치에 의해 결정되는 분열지점의 위치는 아토마이징 효율에 중요한 영향을 미칠 수 있다.
분열지점의 위치에 대하여 분사관 토출구와의 거리, 유체분사구와의 거리의 두가지 거리가 아토마이징 효율에 영향을 줄 수 있다. 분사관 토출구와의 거리는 용융금속의 온도에 영향을 줄 수 있고, 유체분사구와의 거리는 분열을 일으키는 유체의 압력에 영향을 주므로 아토마이징 효율과 관련이 있다.
효과적인 아토마이징을 위하여 유체분사구와 분열지점의 거리는 가까울 수록 좋으며, 이 때 유체의 분사방향이 용융금속액 분사줄기와 이루는 분사각은 큰 것이 유리하다.
유체분사구와 분사관의 거리가 가까운 경우 위와 같은 조건이 쉽게 만족될 수 있다. 그러나, 분사관의 형태 및 돌출단부의 형태에 따라 돌출단부의 모서리에 의해 유체분사구로부터 분사된 유체가 최단경로로 분사되지 못하고 돌출단부에 부딪히거나 비효율적인 경로로 분사되는 문제가 있다.
위와같은 조건을 만족시키면서 문제점을 극복하여 아토마이징 효율을 극대화 하기 위하여 본 발명의 일 실시예는 분사관의 돌출단부에 유체의 분사경로를 유도하여 최단경로로 유체가 분사될 수 있도록하는 가이드구조, 예를들어 경사면, 단부로 갈수록 두께가 얇아지는 형태의 테이퍼(tapered)면, 통과홀 또는 단면이 호 또는 사이클로이드 곡선인 구조 등을 포함한다.
경사면은 원뿔 혹은 원뿔대의 일부 형상을 포함할 수 있으며, 분사관 중심축에 대하여 대칭으로 형성되는 것이 좋다. 분사관의 중심축을 포함하는 가상의 평면으로 자른 단면에서 분사관 둘레면의 양 경사면의 연장선은 중심축 상에서 만나고 연장선이 중심축과 이루는 각을 테이퍼각이라고 할 때, 테이퍼각은 00° 내지 90°일 수 있고, 바람직하게는 10° 내지 70° 인 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 20 내지 60°인 것이 좋다. 이는 유체분사구의 각도에 따라 결정될 수 있으며, 유체분사구의 각도로부터 -10° 내지 +10°도의 범위 내로 이루어지는 것이 바람직하다.
테이퍼각이 해당 범위보다 큰 경우, 예를들어 가이드구조를 갖지 않는 중공관체 형태로 경사각이 90도 인 경우, 유체분사노즐의 위치 및 분사각도가 제한되어 분사관 토출구와 유체분사노즐에 의해 용탕이 분열되는 지점의 거리가 증가하게 되고, 해당범위보다 작게 형성되는 경우 단부 둘레의 두께가 얇아지게 되어 내구성 및 내열성이 떨어져 오리피스의 수명이 짧고 고장이 쉬운 문제가 있다.
유체분사구의 분사방향은 돌출단부의 경사면과 인접하게 형성되어 분사되는 유체가 분사방향을 따라 이동하고, 이 때, 돌출단부에 부딪히는 경우 분사된 유체의 흐름이 불균일해지고, 압력이 용탕줄기를 액적으로 분열시키는데 온전히 사용되지 않아 장치의 효율이 떨어지게 된다.
반대로, 분사방향이 돌출단부 토출구와 너무 멀어지는 경우, 유체분사구로부터 금속용탕까지의 이동거리가 길어져 분사된 유체의 압력이 금속용탕에 부딪히기 까지 급격히 감소해 미세한 입경의 액적을 형성하기 어려워진다.
도 2는 본 측면의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다. 가이드구조는 경사면이 아닌 통과홀을 포함할 수 있다. 가이드구조는 분사관의 돌출단부에 유체가 통과할 수 있는 터널 형태의 통과홀을 구비하여 유체가 이동하기위한 최단경로를 유도한다. 통과홀의 구멍 크기는 일정할 수 있고, 진행방향에 따라 넓어지는 구조를 포함할 수 있다.
이 ‹š, 줄-톰슨 효과에 의해 분출되는 유체는 통과홀을 통과하면서 좁은 구멍을 통과하게 되고, 이 때, 통과홀의 통과 전후의 유체의 압력이 변하게 되면서 분사되는 유체의 놈도가 더욱 하강하게 된다. 이로 인해 금속용탕에 접촉시 유체의 온도가 더욱 낮아지므로, 용융금속의 냉각속도가 더욱 향상되고, 높은 냉각속도로 인하여 냉각되는 금속의 비정질 비율이 더욱 높아지는 유리한 효과를 갖는다. 이러한 효과는 고압으로 분사되는 유체가 분사되는 유체분사구와 통과홀 사이의 거리가 가깝기 때문에 이루어질 수 있으며, 유체분사구와 통과홀 사이의 거리가 10mm이하, 또는 5~10mm 범위인 경우에 극대화된다.
가이드구조가 사이클로이드 곡선을 포함하여 이루어지는 경우, 직선인 경우 유체분사구에서 분사되는 유체의 운동방향과 돌출단부의 면의 방향의 차이로 인해 발생하는 유체의 운동에너지 손실을 최소화할 수 있다. 유체분사부의 분사방향과 가이드구조의 면이 평행하더라도 분사되는 유체는 복잡한 방향성을 갖는데, 이 때 가이드구조 면과의 충돌에 의해 유체의 에너지가 손실될 수 있고, 금속용탕의 아토마이징 및 냉각 효율이 일부 감소된다. 이러한 에너지 손실을 최소화하기 위하여 사이클로이드 구조가 도입될 수 있다. 사이클로이드는 평면상을 구르는 원의 한 점의 자취가 이루는 곡선을 의미한다. 사이클로이드는 중력에 의해 자유낙하하는 물체보다 더 빠른 낙하속도를 제공하는 성질을 가지며, 유체분사부에서 분사되는 유체는 사이클로이드의 곡면을 따라 에너지의 손실을 최소화하며 빠르게 가이드부재를 통과해 금속용탕의 분열지점에 이를 수 있다. 가이드구조의 곡면에서 운동에너지의 손실은 최소화되며, 유체가 곡면을 통과하는 속도가 빠르므로 아토마이징 및 냉각효율이 상승하는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예인 분무조립체는 돌출단부에 경사면과 같은 가이드구조를 가지므로 분사된 유체가 돌출단부에 부딪히지 않고 경사면을 따라 자연스럽게 이동하여 가까운 거리에서 용탕줄기에 압력을 전달할 수 있어 분열 효율이 향상된다.
유체분사노즐의 유체분사구가 중심축과 직각을 이루는 경우 서로 다른 노즐에서 분사되는 분사 가스끼리 충돌하여 용융 액적이 비산되는 방향이 일정하지 않아 금속분말의 품질이 좋지 않고, 특히 분사가스에 의해 용융 액적이 분사관을 향해 비산되어 토출구를 막거나 좁게 할 가능성이 있어 바람직하지 않다.
유체분사구는 복수개로 구성되어 관통공의 주변에 환형으로 배치될 수 있다. 복수의 유체분사구는 분사줄기가 지나는 지점을 향해 유체를 분사하도록 구성될 수 있다. 이 경우에 흘러내리던 금속용융액은 분사되는 가스에 의해 미세한 용융 액적(droplet)으로 비산되어 원뿔 형상을 이루며 챔버 내부로 떨어진다.
본 발명의 다른 측면은 용융금속 공급용기, 분무조립체, 챔버, 냉각수분사노즐을 포함하는 금속분말 제조장치이다.
용융금속 공급용기(10)는 용융 금속 용탕을 담고 있는 용기를 의미하고, 용융금속 공급용기(10)의 밑면에는 오리피스(11)가 구비될 수 있어 용융금속이 중력에 의해 연직방향으로 흘러내릴 수 있다. 용융금속의 종류와 조성은 제한되지 않으며, 예를 들어 Ti 및 Al과 같은 활성이 높은 금속이 포함될 수 있다.
또한, 자성이 있는 금속이나 합금 및 이를 제조하기 위한 조성의 용융금속, 예를들어, Fe-Si-B계 비정질 금속, Fe-Si-B-P계 비정질 금속, Fe-Si-B-Nb-Cu계 나노 결정 금속, Fe-Ni-M (metalloid)-T(other transition metal)등의 철계 비정질 금속분말을 제조하기 위한 조성의 금속들이 사용될 수 있으며, 용융금속은 냉각되어 연자성의 비정질 분말로 제조될 수 있다.
분무조립체는 용융금속 공급용기로부터 용융금속액을 일정한 유량으로 제공하며 내부에 중공관을 갖는 중공관체인 분사관과 분사관이 장착되는 유체분사노즐을 포함하며, 전술한 분무조립체가 사용되는 것이 바람직하다.
챔버(Chamber)는 내부에서 용융금속입자들의 냉각이 이루어지는 곳으로, 내부에 공간을 가지는 통형체로 구성되는 것이 바람직하다. 챔버(1)는 용융금속 공급 용기의 아래에 위치한다. 챔버(1)의 형태는 제한되지 않으나, 원통형으로 이루어지는 것이 바람직하며, 챔버(1)의 내경은 상부에서 크고 하부로 갈수록 작아질 수 있다. 챔버(1)의 상부에서의 내경 D1과 챔버(1)의 하부에서의 내경 D2의 비율인 D1/D2는 1 내지 3 의 범위일 수 있으며 바람직하게는 1.2 내지 2.5인 것이 좋다.
챔버(1)의 중심축은 용융금속 공급 용기의 오리피스(11)와 일치하게 설치될 수 있고, 냉각수분사노즐의 각도 및 배치 형태에 따라 오리피스(11)가 챔버(1)의 중심축과 일치하지 않을 수 있으며, 챔버(1)의 중심축이 연직방향과 평행하지 않고 일정한 각도를 이루도록 비스듬하게 구성될 수 있다.
흘러내리는 용융금속이 비산되는 거리를 확보하여 구형성능을 향상시키기 위하여 챔버(1)의 길이는 챔버(1) 상부의 내경의 1배 내지 5배 범위인 것이 좋으며, 바람직하게는 1.5배 내지 4배 범위인 것이 좋다.
챔버(1)의 길이 대 직경비가 해당 범위를 벗어나는 경우 냉각수 분사노즐(20)의 설치 높이 간격이 멀어지고 냉각수 분사노즐의 각도를 조절하여 용융금속 액적의 비산거리를 조절할 수 있는 범위가 좁아지거나 용융금속과 냉각수 분사 노즐과의 거리가 멀어져서 용융금속 액적이 구형화되기 전에 냉각될 수 있어 냉각 효율이 떨어질 수 있다.
상부와 하부의 직경 및 챔버의 길이 비율이 해당 범위내에 있을 경우 챔버 의 하부에서 냉각수에 의한 냉각이 집중적으로 이루어질 수 있어 용융금속의 냉각효율이 상승한다.
냉각수 분사노즐은 챔버(1)의 내면에 배치되어 액적화 된 용융금속을 냉각시키는 냉각수를 분사하는 분사구이다. 냉각수 분사노즐은 냉각수를 고속으로 분사할 수 있도록 제트노즐(jet nozzle)이 사용될 수 있다.
챔버의 내벽에 구비되는 냉각수 분사노즐 중 가장 상부에 위치하는 냉각수 분사노즐을 제1냉각수 분사노즐(21)이라고하고, 제1냉각수 분사노즐(21)이 위치하는 높이를 제1높이라고 정의 한다. 제1냉각수 분사노즐(21)은 하나의 냉각수 분사노즐일 수 있고, 동일한 제1높이를 가지는 복수개의 냉각수 분사노즐을 포함할 수 있다.
제1높이보다 낮은 높이에 위치하는 냉각수 분사노즐 중 가장 높은 위치를 가지는 냉각수 분사노즐을 제2냉각수 분사노즐(22)이라하고, 제2냉각수 분사노즐(22)이 위치하는 높이를 제2높이라고 정의한다. 제2냉각수 분사노즐(22)은 하나의 냉각수 분사노즐일 수 있고, 동일한 제2높이를 가지는 복수개의 냉각수 분사노즐을 포함할 수 있다.
마찬가지로 제3높이, 제4높이와 제3냉각수 분사노즐(23) 및 제4냉각수 분사노즐(24)이 정의될 수 있다. 제(n-1)높이보다 낮은 높이에 위치하는 냉각수 분사노즐 중 가장 높은 위치를 가지는 냉각수 분사노즐을 제n냉각수 분사노즐이라하고, 제n냉각수 분사노즐이 위치하는 높이를 제n높이라고 정의한다.
경사각은 냉각수 분사노즐의 냉각수 분사방향이 챔버의 내벽과 연직방향으로 이루는 각도를 의미하는 것으로 해석될 수 있으며, 분사방향의 가상의 직선이 챔버의 내벽과 만나는 점에서 챔버의 내벽에 접하는 접평면과 가상의 직선이 이루는 각도로 해석될 수 있다.
제1냉각수 분사노즐(21)의 경사각을 제1경사각, 제2냉각수 분사노즐(22)의 경사각을 제2경사각이라 하고, 마찬가지로 제3냉각수 분사노즐(23)의 경사각을 제3경사각, 제4냉각수 분사노즐(24)의 경사각을 제4경사각이라 하며, 제n냉각수 분사노즐의 경사각을 제n경사각이라 한다.
제1높이에 위치하는 제1냉각수 분사노즐(21)이 복수개인 경우, 복수개의 냉각수 분사노즐은 모두 같은 제1경사각을 갖거나 둘이상의 제1경사각을 가질 수 있다. 냉각수 분사노즐(20)의 배치는 제한되지 않으나 중심축을 기준으로 회전대칭을 이루거나 각각의 냉각수 분사노즐(20) 사이의 거리가 최대가 되도록 배치되는 것이 균일한 금속분말의 냉각을 위해 바람직하다.
예를 들어 2개의 냉각수 분사노즐(20)은 중심축을 기준으로 서로 마주보도록 배치되는 것이 좋고, 3개의 냉각수 분사노즐(20)은 서로 중심축을 기준으로 120도의 각도를 이루며 정삼각형 형태로 배치되는 것이 좋다. 본 발명의 일 실시예는 냉각수 분사노즐(20)이 중심축을 기준으로 대칭적으로 배치되는 구조를 이룬다.
서로 다른 높이를 가지는 냉각수 분사노즐들은 도 2에서와 같이 엇갈리게 배치될 수 있다. 도 2에 나타난 실시예에서는 제1냉각수 분사노즐(21)은 제2냉각수 분사노즐(22)과 서로 엇갈리게 배치되고, 제2냉각수 분사노즐(22)과 제3냉각수 분사노즐(23)이 엇갈리게 배치된다.
냉각수 분사노즐(20)은 챔버(1)의 중심축을 향하여 냉각수를 분사하고, 노즐의 분사방향은 경사각을 가진다. 경사각은 냉각수 분사노즐의 높이가 낮아질수록 증가되도록 이루어질 수 있다. 제1경사각은 10°이상이고, 60°이하로 이루어지며, 바람직하게는 10°내지 30°범위인 것이 좋다. 이후 제2경사각은 제1경사각과 동일하거나 더 크며, 제1경사각과의 차이가 0°이상 30°이하일 수 있고, 바람직하게는 5°내지 15°범위인 것이 좋다.
제3경사각은 제2경사각과 동일하거나 더 크며, 제2경사각과의 차이가 0°이상 30°이하일 수 있고, 바람직하게는 5°내지 15°범위인 것이 좋다.
제1냉각수 분사노즐(21)이 챔버(1)의 내벽과 이루는 제1경사각을 θ11이라하고, 제n냉각수 분사노즐의 제n경사각을 θ1n 이라고 하면, 2보다 큰 n에 대하여θ11 ≤ θ12 … ≤ θ1n 와 같은 관계가 성립할 수 있고, 바람직하게는 θ11 < θ12 < … < θ1n 의 관계가 성립하는 것이 좋다. 제n경사각은 제n-1경사각과 동일하거나 더 크며, 제n-1경사각과의 차이가 0°이상 30°이하일 수 있고, 바람직하게는 5°내지 15°범위인 것이 좋다.
냉각수 분사노즐(20)이 경사각을 가지며 냉각수를 분사하여 유체분사노즐(12)에 의해 비산되는 금속 액적의 직경에 따라 다른 비행거리가 제공될 수 있다. 비산되는 용융금속 액적은 직경이 클수록 질량이 크므로 운동에너지가 크고 유체의 저항을 적게 받아 중력방향에 가까운 비행경로를 가지고, 직경이 작은 액적은 질량이 적으므로 운동에너지가 상대적으로 작고 분사되는 유체의 저항을 받아 중력방향과 큰 분사각도를 이루며 퍼지는 비행경로를 갖는다.
냉각수가 수평방향으로 분사되는 경우 직경이 큰 액적의 비행거리가 짧아지게 되고, 냉각수가 챔버(1)의 내벽에만 형성되는 경우 직경이 큰 액적의 비행거리가 길어지게 되는 차이가 발생한다. 냉각수가 중심축을 향하여 챔버(1)의 내벽과 일정 각도 범위에서 분사되는 경우 직경이 큰 액적과 직경이 작은 액적의 비행거리를 조절할 수 있다.
비행거리가 너무 짧은 경우 표면장력에 의한 입자의 구형화가 잘 이루어지지 않아 구형성능이 떨어지고, 비행거리가 너무 큰 경우 냉각속도가 낮아 비정질이 형성되지 않으므로 비정질이 형성되면서도 구형성능이 좋은 비행거리의 조절이 필요하므로 냉각수 분사노즐(20)의 각도 및 설치 위치를 조절하여 효율적인 금속분말의 생산이 이루어질 수 있다.
높이가 낮아질수록 경사각이 증가하는 배치는 챔버(1)의 중심축에 가까워질수록 냉각수 분사노즐에서 분사되는 냉각수 단계의 간격을 좁게하는 효과가 있다. 직경의 크기가 큰 금속 액적일 수록 중심축에 가까운 비행경로를 가지므로 복수의 냉각수층을 빠른 속도로 통과하며 높은 냉각속도를 가지게 되어 냉각효율이 높아진다.
냉각수 분사노즐(20)의 경사각은 조절될 수 있다. 단일한 조성의 용융금속으로부터 다른 성상을 가진 분말을 제조하기 위한 경우 또는 용융금속의 조성이 변하는 경우에 동일하거나 더 좋은 성상을 가진 분말을 제조하기 위한 경우에 냉각수의 분사 각도를 조절하여 용융 금속 액적의 비산거리 및 냉각속도를 조절할 수 있고, 비정질의 비율이나 구형성능이 더 높은 분말을 형성할 수 있다. 경사각의 조절 범위는 상하로 30도 범위로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 챔버의 냉각수 분사 각도를 나타낸 투시도이다. 챔버의 내벽에 설치된 냉각수 분사노즐(20)의 냉각수 분사형태가 파선으로 나타난다. 냉각수 분사노즐(20)의 냉각수 분사 형태와 냉각수 분사노즐(20)로부터 분사되는 냉각수의 분사각이 냉각수 분사노즐의 높이에 따라 달라진다.
분사노즐에서 분사되는 냉각수는 평평한 부채꼴의 형태로 분사되며, 이 때 부채꼴의 중심각을 분사각으로 정의한다. 분사각은 30°내지 130°범위일 수 있고, 바람직하게는 35°내지 110°, 더욱 바람직하게는 40°내지 90°범위로 이루어질 수 있다.
냉각수 분사노즐(20)의 부채꼴 형태의 분사는 원뿔형태의 분사에 비해 냉각수를 집중하여 분사하므로 냉각수가 높은 밀도로 분사되어 냉각효율이 높아지고 금속분말 표면의 수증기층 제거가 용이한 장점이 있으며, 부채꼴의 형태로 분사되며 넓은 접촉면적을 가져 챔버의 중심축에서 멀어져서 낙하되는 용융 금속 액적까지 접촉하여 냉각시킬 수 있다.
제1냉각수 분사노즐(21)이 복수개의 냉각수 분사노즐(20)들을 포함하는 경우, 제1냉각수 분사노즐(21)은 동일한 분사각을 가질 수 있고, 분사각은 분사노즐의 높이에 따라 다양한 분사각을 가지도록 구비돨 수 있다.
도 2 에 나타난 실시예에서 분사각은 냉각수 분사노즐(20)의 높이가 낮아질수록 증가한다. 제1냉각수 분사노즐(21)의 분사각을 θ21이라하고, 제n냉각수 분사노즐의 분사각을 θ2n 이라고 하면, 2보다 큰 n에 대하여 θ21 ≤ θ22 ≤ … ≤ θ2n 또는 θ21 < θ22 < … < θ2n 의 관계가 성립할 수 있다.
냉각수 분사노즐(20)의 분사각이 높이가 낮아질수록 증가하는 구성은 챔버(1)의 하단으로 갈수록 금속 액적의 냉각이 많이 이루어져 하나의 금속 액적에 대한 냉각수의 집중분사 냉각효율이 감소하므로 접촉면적을 최대화하여 많은 수의 금속 액적과 접촉하여 전체 냉각 효과를 향상시키는데 유리한 효과를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예인 금속분말 제조장치를 나타낸 평면도이다. 제1냉각수 분사노즐(21) 내지 제4냉각수 분사노즐(24)은 각각의 높이에서 4개의 냉각수 분사노즐로 구비되어 있으며, 서로 90도씩 떨어지도록 배치된다. 제2냉각수 분사노즐(22)은 제1냉각수 분사노즐(21)과 45도 회전되어 배치되고 서로 엇갈리는 형태를 나타낸다. 제3냉각수 분사노즐(23)은 제3높이에서 제1냉각수 분사노즐(21)과 동일한 배치를 가지고, 제4냉각수 분사노즐(24)은 제4높이에서 제2냉각수 분사노즐(22)과 동일한 배치를 갖는다. 이러한 교차되는 형태의 노즐 배치로 인해 형성되는 냉각수의 단계는 넓은 접촉면적을 가지고 효율적인 냉각수 단계가 형성되도록 한다.
냉각수 분사노즐의 분사 형태는 평평한 부채꼴의 형태로 분사되는 노즐을 포함하며 원뿔형태의 분사 노즐을 포함할 수 있다. 복수개의 냉각수 분사노즐은 일부는 평평한 부채꼴 형태로 분사되고 일부는 원뿔 형태로 분사되며 다양한 냉각수 분사 방식이 사용될 수 있다.
냉각수 분사노즐(20)에서 분사되는 냉각수는 고압, 고속으로 분사될수록 용융금속 액적을 추가적으로 분열시키거나 냉각수와 용융금속 액적의 접촉으로 형성되는 용융금속 액적 표면의 수증기층을 깨뜨려 열 교환 효율이 좋아져 냉각속도를 향상시키고 생성되는 금속분말의 비정질 정도를 높일 수 있다. 냉각수의 압력은 80 bar 내지 150 bar일 수 있고, 바람직하게는 90 bar ~ 130bar 인 것이 좋으며, 냉각수의 분사 속도는 제한되지 않고, 해당 냉각수의 압력 범위에서 노즐의 구성에 의해 얻어질 수 있는 분사 속도를 포함하여 구성될 수 있다.
냉각수 분사노즐의 각도를 조절할 수 있는 각도조절수단이 금속분말 제조장치에 추가로 더 포함될 수 있다. 각도조절수단은 냉각수 분사노즐을 챔버의 내벽에 연결하며 냉각수 분사노즐의 분사방향을 조절할 수 있게 한다.
냉각수 분사노즐의 각도를 조절할 수 있으므로, 동일한 조성의 용융금속에서는 비산거리를 길게 조절하여 금속분말의 입자 형태를 더 구형에 가깝도록 조절할 수 있고, 비산거리를 상대적으로 짧게 하면서 액적화된 금속의 냉각속도를 증가시켜 제조되는 금속분말의 비정질 비율이 높아지도록 조절할 수 있다.
이러한 분사각도는 용융금속의 조성 및 제조하고자 하는 금속분말의 구체적인 성상 등에 따라 조절될 수 있으므로, 동일한 장치에서 다양한 특성의 금속분말을 제조할 수 있다.
또한, 용융금속의 조성이 달라지는 경우 동일한 냉각수 분사노즐 각도에서도 입자의 냉각에 의한 비정질 비율 및 표면장력에 의한 구형성 정도가 달라질 수 있는데, 냉각수분사노즐을 조절하여 금속 조성에 최적화된 비산거리 및 냉각속도로 생산할 수 있다.
용융금속의 조성이 변하지 않고 목표 성상이 달라지는 경우에도 마찬가지로 냉각수 분사노즐의 각도를 조절하면 새로운 설비나 투자가 없이도 구형성능이 향상되거나, 분말의 입도가 균일해지는 등의 차이를 얻을 수 있다.
냉각수 분사노즐(20)이 용융금속 액적이 노즐로 비산되어 냉각되며 노즐의 분사구를 막거나 좁아지게 하여 냉각수 분사노즐(20)의 분사에 방해가 되는 경우나 냉각수가 챔버의 내면을 따라 흘러내려 냉각수 분사노즐의 분사를 방해하는 경우를 방지하기 위하여 챔버(1)는 내벽에 냉각수 분사노즐(20)을 덮는 형태의 가림판(30)을 포함하여 냉각수 분사노즐(20)을 보호한다.
가림판은 냉각수 분사노즐(20)의 상부에 설치되어 냉각수 분사노즐(20)의 분사경로를 가리지 않으면서 비산되는 금속 액적으로부터 냉각수 분사노즐(20)을 덮거나 둘러싸는 기능을 발휘할 수 있는 형태라면 그 구조에 제한되지 않는다. 가림판(30)은 평평한 판 형태일 수 있고, 평면 판이 접힌 형태일 수 있으며, 곡면으로 이루어지거나 구면의 일부 또는 냉각수 분사노즐의 상부와 하부를 모두 둘러싸며 분사경로에 해당하는 부분만이 개방되는 형태일 수 있다.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 챔버 10 : 용융금속 공급용기
11 : 분사관 12 : 유체분사노즐
13 : 돌출단부 14 : 가이드구조
15 : 노즐본체 16 : 유체공급관
17 : 유체분사구 18 : 분사관지지체
20 : 냉각수 분사노즐 21 : 제1냉각수 분사노즐
22 : 제2냉각수 분사노즐 23 : 제3냉각수 분사노즐
24 : 제4냉각수 분사노즐 30 : 가림판

Claims (11)

  1. 중공관체로서 본체와 상기 본체 내부에 형성된 중공관을 구비하여, 상기 중공관을 흐르는 용융금속액을 외부로 분사하는 분사관; 및
    상기 분사관이 장착되는 유체분사노즐로서, 노즐본체와 상기 분사관이 관통하여 장착될 수 있는 관통홀과 상기 분사관에서 분사되는 용융금속액 분사줄기에 유체를 분사하는 유체분사부를 포함하는 유체분사노즐을 포함하며,
    상기 분사관은 상기 관통홀을 관통하여 상기 관통홀 외부로 돌출된 돌출단부를 갖는 분무조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체분사부는 상기 노즐본체에 구비되는 유체공급관과, 상기 유체공급관에서 공급되는 상기 유체를 외부로 분사하는 유체분사구를 포함하는 분무조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유체분사구는 상기 용융금속액 분사줄기가 분열되는 분열지점까지 최단경로로 상기 유체를 분사하는 분무조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌출단부는 상기 유체분사구에서 분사되는 상기 유체에 상기 최단경로를 제공하기 위하여 경사면을 갖는 분무조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분열지점과 상기 돌출단부 사이의 거리는 2mm 내지 10mm인 분무조립체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 분열지점과 상기 유체분사구 사이의 거리는 5mm 내지 45mm인 분무조립체.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 유체분사구는 상기 용융금속액 분사줄기에 상기 유체를 10° 내지 80° 각도로 분사하는 분무조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀의 상부에 구비되고, 상기 분사관이 상기 관통홀을 관통시 상기 분사관의 본체 외부에 장착되어 상기 돌출단부의 길이를 조절하는 분사관지지체를 포함하는 분무조립체.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 유체분사구는 상기 분사관을 둘러싸는 환형의 노즐인 분무조립체.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 돌출단부는 상기 유체분사구에서 분사되는 상기 유체에 상기 최단경로를 제공하기 위하여 가이드구조를 갖는 분무조립체.
  11. 제1항 내지 10항의 분무조립체를 포함하며,
    분열된 용융금속액적을 냉각시키는 챔버; 및
    상기 챔버의 내벽에 구비되어 상기 분열된 용융금속액적을 냉각시키는 냉각수 분사노즐을 포함하고,
    상기 냉각수 분사노즐은 부채꼴 형태로 냉각수를 분사하는 냉각수 분사노즐을 포함하는 금속분말 제조장치.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101319028B1 (ko) 2011-12-07 2013-10-15 재단법인 포항산업과학연구원 금속 분말의 수분사 제조장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101319028B1 (ko) 2011-12-07 2013-10-15 재단법인 포항산업과학연구원 금속 분말의 수분사 제조장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11817392B2 (en) 2020-09-28 2023-11-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Integrated circuit
US11967560B2 (en) 2020-09-28 2024-04-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Integrated circuit

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