KR960014946B1 - 금속, 합금, 세라믹 재료의 제조 방법 - Google Patents

금속, 합금, 세라믹 재료의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

내용없음.

Description

금속, 합금, 세라믹 재료의 제조 방법
본 발명은 금속 합금 및 세라믹 재료의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속, 합금 또는 세라믹 재료를 제조하기 위한 환원성 금속 화합물의 기계적 활성화에 의한 화학 환원 방법(mechanically activated chemical reduction)에 관한 것이다.
대부분의 금속 원소는 자연산으로는 광석체중의 산화물, 유화물 또는 인산염으로서 산출된다. 통상, 정련 과정은 광석으로부터 순수 산화물, 유화물 및/또는 인산염을 분리하는 공정 및 산화물, 유화물 및/또는 인산염을 순수 금속으로 전환시키는 하나 이상의 환원 공정을 포함한다.
환원 공정은 정련한 특정 원소에 특유한 것이기는 하지만, 통상 산화물, 유화물 및/또는 인산염을 또 다른 보다 전기적으로 양성을 가진 원소에 의해 환원시키는 화학 반응 또는 전위에 의해 추진되는 전기 화학 반응을 포함한다. 화학 반응 공정은 충분히 높은 반응 속도를 얻을 수 있도록 흔히 기체 또는 액체 상의 환원제와 함께 고온을 필요로 한다.
종래의 대부분의 공정에서는, 차후 다른 금속과 혼합되어 다양한 용융 기법 및 주조 기법에 의해 합금을 형성하게 될 순수 금속이 제조된다. 순수 금속으로 합금을 제조하는 것이 기술적으로 어렵고 비용이 많이 드는 특정한 경우에는, 적절히 혼합된 금속 산화물의 혼합물을 가지고 시작되는 화학 환원 공정이 구성될 수도 있다. 산화물의 혼합물은 적절한 환원제와 고온을 가함으로써 단일 단계로 직접 소정의 합금 조성물로 환원된다. 이러한 공정중에는 희토류 자석의 제조에 사용되는 환원 확산 공정 및 공동 환원(co-reducion)공정이 포함된다. 이들 공정은 환원제로서 칼슘을 사용하며, 1000℃를 넘는 온도로 가열하는 과정을 포함한다. 순수 성분들의 용융에 의한 합금 제조 공정을 대체하는 공정으로 기계적 합금화 공정이 알려져 있다. 기계적 합금화 공정에 의해, 용융되거나 고온을 가할 필요없이 순수 성분의 분말로부터 합금을 제조할 수 있다. 기계적 합금화 공정은 고출력 볼 밀(high energy ball mill)에서 수행될 수 있다. 볼 밀에서의 분쇄 동작에 의해, 볼-분말-볼 및 볼-분말-용기간의 충돌중에 분말 입자의 파쇄 및 냉간 용접이 반복적으로 일어난다. 합금화 공정은 비금속 성분이 제거되어 원자적으로 순수해진 상태로 냉간 용접에 의해 결합되는 표면을 가로질러 상호 확산 반응이 이루어어짐으로써 진행된다. 충분한 시간이 주어지면, 기계적 합금화 공정에 의해 원자 수준의 순수 합금이 생성될 수 있다. 종래의 방법으로는 제조될 수 없는 특정 합금을 기계적 합금화 공정에 의해 제조할 수 있음이 밝혀진 바 있다. 또한, 기계적 합금과 공정은 특히 원소 분말이 높은 발열 반응열을 나타낼 경우의 무정질 합금, 금속간 화합물 및 분산 경화 합금을 제조하는데 사용될 수 있음도 밝혀진 바 있다.
본 발명은 환원성 금속 화합물로부터 금속 또는 합금을 제조하기 위한 새로운 화학 환원 공정에 관한 것으로, 이러한 공정을 "기계적 활성화에 의한 화학 환원 방법"으로 지칭한다. 기계적 활성화에 의한 화학 환원 공정은 근본적으로 기계적 합금화 방법을 응용한 것이다. 기계적 활성화에 의한 화학 환원 공정중, 기계적 동작의 결과로서 화학 환원 반응이 발생되며, 이에 의해 금속 화합물이 금속 또는 합금으로 환원된다.
또한, 본 발명에 따른 기계적 활성화에 의한 화학 공정 공정은 세라믹 재료, 즉 금속 및 비금속의 화합물로 된 하나 이상의 상을 포함하는 재료의 제조에 까지 확대 적용된다. 따라서, 본 발명의 공정에 의해, 순순 금속 및 이 금속의 다른 금속 또는 메탈로이드와의 합금으로부터 역시 금속 및/또는 메탈로이드를 그 조성에 포함할 수 있는 세라믹 재료에 이르기까지 광범위한 생성물이 제조될 수 있다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 환원성 금속 화합물과 하나 이상의 환원제와의 혼합물을 기계적으로 활성화시켜 금속 또는 합금 생성물을 생성하는 단계; 선택적으로 비금속 또는 비금속을 제공하는 화합물을 반응 혼합물에 포함시켜 세라믹 재료 생성물을 생성하는 단계; 및/또는 선택적으로 하나 이상의 다른 금속 또는 메탈로이드를 반응 혼합물에 포함시켜 세라믹 재료 또는 합금 생성물중에 혼입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속, 합금 또는 세라믹 재료의 제조 방법이 제공된다.
따라서, 본 발명의 일측면에서는, 환원성 금속 화합물이 하나 이상의 환원제의 존재하에 기계적으로 활성화되어 금속 생성물을 생성한다.
본 발명의 다른 일측면에서는, 2개 이상의 환원성 금속 화합물이 금속 혼합물 또는 합금 생성물을 생성하는데 사용될 수 있다.
이와는 다르게 또는 이에 부가하여, 또 다른 금속 및/또는 메탈로이드가 반응 혼합물에 포함되어 금속, 금속 화합물 또는 합금 생성물중에 혼입될 수 있다.
또 다른 실시에서는, 비금속 또는 비금속을 제공하는 화합물이 반응 혼합물에 포함되어 세라믹 재료를 생성할 수 있다.
이에 또 다시, 또 다른 금속 및/또는 메탈로이드가 반응 혼합물에 포함되어 세라믹 재료 생성물중에 혼입될 수 있다.
특히 적합한 실시예에서는, 고출력 볼 밀에서 기계적 활성화가 이루어진다. "고출력 분쇄"라는 용어는 볼의 대부분이 연속적으로 및 운동학적으로 상대 운동의 상태로 유지되고 볼에 전달된 에너지가 볼-분말-볼 및 볼-분말-용기간의 충돌중에 분말 입자를 파쇄 및 용접하는데 충분하게 될 정도로 높은 기계적 에너지가 전체 장입물에 가해질때 볼 밀내에서 전개되는 상황을 지칭하는 것이다.
고출력 볼 밀에서는, 금속 화합물, 비금속 또는 비금속을 제공하는 화합물 및 환원제 입자와 같은 고체 입자가 반복적으로 변형되고, 파쇄되며, 용접된다. 충돌하는 볼 사이에 입자들이 포획될때, 충격력에 의해 입자들이 변형되고 파쇄되어 원자적으로 순수해진 새로운 표면이 생성된다. 이들 순수해진 표면이 접촉하면, 서로에 용접된다. 이들 표면은 산화되기 쉽기 때문에, 불활성 분위기 또는 환원성 분위기에서 분쇄 작업을 수행하는 것이 적합하다.
고출력 볼 밀은 임의의 적절한 공지의 형태의 것으로 될 수 있다. 예컨대, 이러한 볼 밀은 일련의 임펠러가 내장된 수직 드럼을 구비할 수 있다. 강력한 모터에 의해 임펠러가 회전되며, 임펠러는 다시 드럼내의 볼을 교반하게 된다. 이러한 기계는 종래의 밀의 전형적인 분쇄 속도보다 10배 이상 높은 분쇄 속도를 달성할 수 있다. 흔히 "마멸 분쇄기(attritor)"로서 알려진 이러한 형태의 밀은 미국특허 제2,764,359호 및 페리(Perry)의 화학 공학 핸드북(Chemical Engineer's Handbook) 제5판(1973) 8-29면 내지 8-30면에 개시되어 있다. 이와는 다르게, 고출력 볼 밀은 미국특허 제4,627,959호에 개시된 것과 같은 중력 작용식 볼 밀로 될 수도 있다.
기계적 활성화는 고출력 볼 밀 이외는 다른 수단에 의해 달성될 수도 있음을 이해해야 한다. 본 명세서에서의 "기계적 활성화"라는 용어는 기계적 수단에 의해 분말 입자를 변형, 용접 및 파쇄시키는 임의의 공정을 포함하는 것으므로, 냉각 압연 또는 압출과 같은 공정도 포함하는 것이다.
편의상, 본 발명의 적합한 측면 및 특징에 관한 이후의 설명에서는 고출력 볼 밀에 의한 기계적 활성화에 대해 언급하기로 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 기술에 한정되는 것은 아니며, 동일한 효과를 가지는 다른 기계적 활성화 공정이 볼 밀에 의한 분쇄를 대체할 수 있음을 알아야 한다.
환원제는 고체, 액체 또는 기체로 될 수 있으며, 필요시에는 2개 이상의 환원제가 사용될 수도 있다. 고체 환원제의 경우에는, 금속 화합물과 환원제 입자가 다져지고 용접되는 동안에 계면 또는 그 가까이에서 환원 반응이 발생된다. 이러한 공정은 금속, 합금 또는 세라믹 재료가 형성될 때까지 지속된다.
액체 또는 기체 상의 환원제의 경우에는, 볼/분말간의 충돌에 의해 생성된 금속 화합물의 신규 표면들이 접촉된 결과로서 반응이 일어난다. 공정의 효율은 환원될 금속 화합물의 성질 및 사용되는 공정 처리 변수에 의존한다. 공정 처리 변수는 충돌 에너지, 충돌 빈도, 볼/분말 질량비, 볼 질량, 볼의 수, 분쇄 시간, 온도, 분위기 및 윤활제를 포함한다. 윤활제 또는 다른 공정 조절제를 첨가함으로써, 금속 화합물의 환원을 촉진하는 환경이 조정된다. 윤활제 또는 다른 공정 조절제는 파쇄 및 용접의 속도를 조절하고 열 분산제로서 작용하여 연소를 방지할 수 있다.
공정 처리 변수는 처리되는 물질의 성질 및 채용되는 기계적 활성화 방식에 의존한다. 예를 들어, 고출력 볼 밀에 대해서는 다음의 공정 처리 변수가 적합하다.
충돌 에너지 : 0.1 내지 1.0J, 보다 적합하게는 0.25J
충돌 빈도 : 1-200Hz
볼/분말 질량비 : 2.0 내지 40 : 1, 보다 적합하게는 10 : 1 내지 30 : 1
분쇄 시간 : 72시간 미만, 보다 적합하게는 24시간 미만
분위기 : 기체 수소 또는 불활성 기체, 예컨대 100ppm 미만의 잔류 산소 및 수증기의 함량을 가진 이르곤 또는 질소
윤활제 : 임의의 불활성 액체, 예컨대 무수 톨루엔
고출력 볼 밀에 의한 분쇄중에는 충돌 과정에 의해 발생된 열로 인해 볼 밀내의 온도가 상승한다. 또한, 기계적 환원 반응의 발열 성질에 의해 추가로 온도가 상승한다. 특정한 경우에는, 성분들의 자기-연소가 발생되어 분말의 용융이 일어날 정도로 반응 속도가 높게 된다. 이러한 자기-연소 과정은 "자기 전파 고온 합성(self-propagating high temperature synthesis)"로서 알려져 있다. 자기-연소중에 형성된 생성물은 후속 분쇄에 의해 추가로 환원될 수 있다.
연소에 필요한 분쇄 시간은 최초 분쇄 기간 이후 볼 밀의 작동을 중지하고, 일정기간 동안 분말을 정지시키후, 분쇄 공정을 다시 시작함으로써 상당히 단축될 수 있다. 이러한 과정은 연속 분쇄중에는 연소가 일어나지 않는 분쇄 반응에 연소를 일으키는데 또한 사용될 수 있다.
본 발명의 공정은 기계적 활성화의 결과로서 직접 초미립자 크기의 금속, 합금 또는 세라믹 재료의 입자를 생성하는 데에도 사용될 수 있다. 이러한 초미립자는 1마이크론 이하의 입자 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 공정은 산화물, 유화물, 할로겐화물, 수화물, 질화물, 탄화물 및/또는 인산염을 포함하는 광범위한 금속 화합물의 환원에 적용될 수 있다. 유일한 제한은 환원 공정에 수반되는 음의 자유 에너지 변화가 있어야 한다는 점이다. 고체 반응 물질의 입자는 기계적 활성화 과정중 파쇄되어 새로운 표면이 환원제에 노출되도록 하는 것이 필요하다. 파쇄는 시스템중에서 발생되는 화학 반응의 결과로서 일어날 수도 있다.
전술한 바와 같이, 환원제는 고체, 액체 또는 기체로 될 수 있다. 추천할 만한 고체 환원제는 칼슘, 마그네슘 및 나트륨과 같은 높은 음전기를 가진 고체를 포함한다. 적합한 액체 환원제는 탄화수소에 용해된 리튬 알킬류, 액체 암모니아에 용해된 알칼리 금속 및 나트륨-칼륨 합금을 포함한다. 기체 환원제는, 예컨대 수소, 염소 및 일산화탄소를 포함한다.
기계적 활성화의 완료시, 환원제는 전형적인 화학적 수단에 의해 반응 생성물로부터 제거될 수 있다. 예컨대, 환원제로서 칼슘 금속이 사용된 경우, 생성된 칼슘 산화물은 물과의 반응에 의해 수화될 수 있다. 그후, 생성된 칼슘 수화물을 적절한 용매에 용해시키고 여과하여 제거할 수 있다. 특정한 경우에는, 공정의 완료시에도 환원제 원소를 제거할 필요가 없다. 예컨대, 반응중 생성된 산화물 입자는 추후에 분산 경화 합금중에서 경화상의 주성분을 형성할 수 있다.
전술한 설명으로부터, 본 발명은 특정 금속 화합물 또는 환원제의 사용에 한정되는 것이 아님을 알 수 있다. 또한, 환원할 물질 또는 환원제는 하나 이상의 물질이 고체라는 조건하에 고체, 액체 또는 기체로 될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "합금"이란 용어는 2개 이상의 금속 및/또는 메탈로이드의 친화적 결합으로부터 형성되는 금속상 고체를 지칭하는 것이다. 본 발명에 의해 제조되는 합금은 주원소가 전이금속 군 또는 란탄족(회토류)에 속하는 합금을 포함하며, 모든 이원 합금, 삼원 합금 및 그 이상의 원소를 가진 합금을 또한 포함한다. 부수되는 첨가물은 예컨대 Nd16Fe26B8과 같은 희토류 영구 자석재의 제조시 첨가되는 붕소 또는 탄소 등의 메탈로이드 또는 비금속을 포함한다.
본 발명의 합금은 단일 상의 고용체, 화학량론 화합물(stoichiometric compound)로 되거나, 각각의 상이 고용체 또는 화학량론 화합물로 되는 2개 이상의 상으로 구성될 수 있다. 본 발명의 공정에 의해 제조될 수 있는 금속 및/또는 합금은 예컨대 구리, 아연, 철, 타탄, 알파 또는 베타 황동(CuZn), NiTi, SmCo5및 미쉬 금속(Misch metal)을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "세라믹 재료"라는 용어는 금속과 비금속의 화합물로 된 하나 이상의 상을 함유하는 재료를 지칭한다. 세라믹 재료는 금속 및 합금을 제외한 화학적으로 무기질인 모든 공학 재료 또는 생성물(또는 그 일부분)을 포함한다. 본 발명의 공정에 의해 제조될 수 있는 형태의 세라믹 재료는 세라믹 붕화물, 세라믹 탄화물, 세라믹 질화물 및 세라믹 산화물을 포함하낟. 예컨대, 다음의 반응에 의해 티탄 붕화물 및 지르코늄 탄화물이 제조될 수 있다;
본 발명의 공정은 예컨대 다음의 반응에 나타낸 바와 같은 세라믹 초전도체의 제조에도 사용될 수 있다 :
상기 반응의 장점중 하나는 초전도체의 산소 함량이 열처리에 의해서가 아니라 화학량론적 관계에 의해 고정된다는 점이다.
전술한 기계적 활성에 의한 화학 환원 공정은 또한 종래 처리 공정에 비해 우수한 다음과 같은 다수의 장점을 가진다 :
1. 고온을 사용하지 않고서도 직접 환원성 금속 화합물로부터 거의 순수한 금속을 형성할 수 있다.
2. 우선 금속 화합물을 순수 금속으로 처리한 다음 순수 금속들을 결합하여 합금을 형성하는 작업을 하지 않고서도 직접 금속 화합물로부터 결정질 또는 무정질 합금을 형성할 수 있다.
3. 우선 덩어리 형태의 금속, 합금 또는 세라믹 재료를 생성한 다음 분말 형태로 전환하는 작업을 하지 않고서도 직접 분말 생성물을 형성할 수 있다.
4. 우선 금속, 합금 또는 세라믹 재료를 제조한 다음 극히 미세한 크기의 입자를 생성하는 작업을 하지 않고서도 직접 초미립자 크기의 금속, 합금 또는 세라믹 재료의 입자를 형성할 수 있다.
1 내지 4항의 장점은 종래의 고온(용융/주조 또는 분말 야금) 기술을 사용해서는 제조하기 곤란한 회토류와 같은 반응성 원소 및 합금의 경우 그 의미가 매우 크다. 결과적으로 생성된 생성물은 광범위한 분말 야금 분야에 적용하기 적합하다.
이후로 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 이들 실시예를 결코 본 발명을 한정하기 위한 것으로 해석해서는 안된다.
톨루엔을 윤활제로 사용하고 SPEX 모델 8000 믹서/밀, 경화 강철제 소형 용기 및 3개의 텅스텐 탄화물 볼을 사용하여 불활성 분위기(N2가스)중에서 구리 산화물 및 칼슘을 분쇄하였다. 볼의 총 질량은 약 24그램이었고 볼 대 분말의 질량비는 약 3 : 1이었다. 동일한 원자 질량의 구리(구리 산화물) 및 칼슘을 10%의 칼슘 추가분과 함께 24시간 동안 분쇄하였다. 분쇄에 의해 다음의 반응이 일어나는 것으로 판명되었다 :
이러한 반응은 시간의 함수로서 점진적으로 진행되어 24시간의 분쇄후 반응이 완료되었다.
분쇄의 완료시, 물과의 반응에 의해 CaO를 수화시키는 과정을 포함하는 전형적인 기술을 사용하여 칼슘 산화물과 미반응 칼슘을 제거하였다. 그후, Ca(OH)2를 희석 무기산에 용해시키고 여과하여 제거하였다.
[실시예 2]
분말에 윤활제를 첨가하지 않고 텅스텐 탄화물 볼 대신 강철 볼을 사용한다는 점을 제외하고는 실시예 1에서와 동일하게 구리 산화물 및 칼슘을 함께 분쇄하였다. 24시간까지 수차례에 걸쳐 건식으로 분말을 분쇄하였다. 약 10분간의 분쇄후 환원 공정의 발열 반응열에 의해 분말의 자발적 연소 및 용융을 일으키기에 충분한 열이 발생되었다. 연소 공정과 결과 생성된 생성물의 검사를 통해, Cu, CuO, Ca, CaO, CaCu5, Cu2O 및 Cu2CaO3가 존재하는 것으로 밝혀졌다. 한번 더 24시간 분쇄한 후에는, 기계적 환원 및 합금화가 일어나 최종 상중에 CaO 및 Cu가 존재하였다.
[실시예 3]
실시예 2에서와 동일하게 구리 산화물 및 니켈을 분쇄하였다. 분쇄에 의해 다음의 환원 반응이 발생하였다 :
이러한 반응은 점진적으로 진행되어 24시간의 분쇄후 반응이 완료되었다. 실시예 2에서와 같은 자기-연소는 관찰되지 않았다.
[실시예 4]
동일한 원자 질량의 Zn(ZnO로서의 Zn)과 Cu(CuO로서의 Cu)를 10%의 과잉 칼슘과 함께 실시예 2 및 3에서와 동일하게 건식으로 분쇄하였다. 이 실험에서는 강철제 소형 용기를 0℃로 냉각하였으며, 불활성 분위기로서 아르곤 가스를 사용하였다. 분쇄의 완료시, 생성물은 β'CuZn 금속간 상과 CaO로 구성되었다. 해당 반응은 다음과 같다 :
[실시예 5]
총 질량 86그램의 8개의 스테인레스 강 볼을 사용하여 동일한 원자 질량의 티탄(액체 사염화티탄으로서의 티탄)과 마그네슘을 15%의 마그네슘과 함께 실시예 1에서와 동일하게 분쇄하였다. 분쇄의 의해 다음의 반응이 일어났다 :
이러한 반응은 시간의 함수로서 점진적으로 진행되어 16시간의 분쇄후에 반응이 완료되었다. 분쇄의 완료시 다음의 처리 과정중 하나를 사용하여 Ti로부터 MgCl2와 미반응 Mg를 제거하였다.
처리 과정 1에서는, 분쇄된 분말을 10% HCl 수용액중에서 세척하여 MgCl2와 Mg를 용해시킨후, 증류수중에서 세척하고 여과시켰다. 처리 과정 2에서는, 10-5로 리첼리(torr.)의 진공하에서 900℃ 24시간 동안 진공 증류를 함으로써 MgCl2와 Mg를 제거하였다. 처리 과정 1 및 2를 수행한 결과, 분말의 평균 크기는 각각 약 0.2 및 2㎛이었다.
[실시예 6]
용기를 냉각시켜 -55℃의 온도에서 분쇄를 수행한다는 점을 제외하고는 실시예 5에서와 동일하게 사염화티탄과 마그네슘을 함께 분쇄하였다. -55℃에서는 사염화티탄(융점=-24℃)이 고체이기 때문에, 분쇄는 고체 상태의 반응을 포함하였다. 3시간의 분쇄후 반응이 완료되었다.
[실시예 7]
Ti-6% V-4% Al을 형성하기 적절한 양의 TiCl4, VCl3및 AlCl3를 15%의 광잉 마그네슘과 함께 분쇄하였다. 실시예 5에서 설명한 바와 동일하게 분쇄를 수행하였으며, 18시간후에 합금 분말이 형성되었다.
[실시예 8]
동일한 원자 질량의 아연(ZnO로서의 아연)과 티탄올 10%의 과잉 티탄과 함께 실시예 1에서와 동일하게 건식으로 분쇄하였다. X-선 회절 분석 결과, 약 5시간후 다음의 시작되어 49시간후에 거의 완료되는 것으로 밝혀졌다 :
연소 반응은 일어나지 않았다.
열련의 별개 시험에서는 5.5시간 동안 시료를 분쇄하였다. 2 내지 13시간의 기간 동안 볼 밀의 작동을 중지하였다. 13시간 동안 정지 상태로 유지된 시료에서는 분쇄를 다시 시작한후 2초만에 연소가 일어났다. 연소에 필요한 시간은 시료의 유지 시간이 작을수록 커졌으며, 이에 따르면 6시간 동안 유지된 시료는 볼 밀을 다시 작동시킨후 73초가 지나서야 비로서 연소가 일어났다. 2시간 동안 정지 상태로 유지된 시료에서는 연소가 관찰되지 않았다. 13시간 동안 유지되고 난 후에는, 초기의 분쇄 시간이 클수록 연소에 필요한 시간이 작아지는 것으로 밝혀졌다; 예컨대, 5시간 동안 분쇄된 시료에서는 1초후 연소가 일어난 반면, 5시간 동안 분쇄한 시료에서는 3초 후에 연소가 일어났고 4.5시간 동안 분쇄된 시료에서는 연소가 일어나지 않았다.
[실시예 9]
실시예 1에서 동일하게 하기의 반응물들을 함께 분쇄함으로써 다음의 반응을 수행하였다. 모든 시험에서는 액 8그램의 분말을 사용하였으며, 약 10%의 과잉 화학량론 환원제를 포함시켰다. 분쇄 시간들은 수초로 부터 48시간까지의 범위에 걸친 것이었다.
[실시예 10]
YBa2Cu3O4.5의 전체 조성을 제공하는데 적절한 양의 Y2O3, Ba 및 CuO를 실시예 2에서와 동일하게 함께 분쇄하였다. 약 15분간의 분쇄후, 연소 반응에 다음의 반응이 일어났다 :
[실시예 11]
YBa2Cu3O7의 전체 구성을 제공하는데 적절한 양의 Y, BaO2및 CuO를 실시예 2에서와 동일하게 함께 분쇄하였다. 약 14분간의 분쇄후, 연소 반응에 다음의 반응이 일어났다 :

Claims (26)

  1. 하나 이상의 환원성 금속 화합물과, 상기 금속 화합물을 환원시킬 수 있는 하나 이상의 환원제와의 혼합물을 기계적으로 활성화시킴으로써, 환원성 금속 화합물이 환원제에 의해 음의 자유 에너지 변화를 가지는 반응으로 환원되어 금속 또는 합금 생성물을 생성하는 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 환원성 금속 산화물이 하나 이상의 환원제의 존재하에 기계적으로 활성화되어 금속 생성물을 생성하는 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 2개 이상의 환원성 금속 화합물이 하나 이상의 환원제의 존재하에 환원되어 금속 혼합물 또는 합금 생성물을 생성하는 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 또 다른 금속 및/또는 메탈로이드가 반응 혼합물에 포함되어 금속, 금속 혼합물 또는 합금중에 혼입되는 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 반응 혼합물은 고출력 볼 밀을 사용한 분쇄에 의해 기계적으로 활성화되는 것을 특징으로 하는 그속 또는 합금의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 기계적 활성화는 불활성 분위기 또는 환원성 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제항중 어느 한 항에 있어서, 반응 혼합물에 윤활제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 기계적 활성화가 간헐적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 환원성 금속 화합물은 금속 산화물, 금속 유화물, 금속 할로겐화물, 금속 수화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 및 금속 인산염중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 환원제는 칼슘, 마그네슘 및 나트륨중에서 선택된 고체인 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 환원제는 탄화수소에 용해된 리튬 알킬류, 액체 암모니아에 용해된 알칼리 금속 및 나트륨-칼륨 합금중에서 선택된 액체인 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 환원제는 수소, 염소 및 일산화탄소중에서 선택된 기체인 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법에 의해 제조된 금속 또는 합금은 초미립자 크기의 입자를 가지는 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  14. 하나 이상의 환원성 금속 화합물과, 상기 금속 산화물을 환원시킬 수 있는 하나 이상의 환원제와의 혼합물에 비금속 또는 비금속을 제공하는 화합물을 포함시켜 기계적으로 활성화시킴으로써, 환원성 금속 화합물이 환원제에 의해 음의 자유 에너지 변화를 가지는 반응으로 환원되어 세라믹 재료 생성물을 생성하는 것을 특징으로 하는 세라믹 재료의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 또 다른 금속 및/또는 메탈로이드가 반응 혼합물에 포함되어 세라믹 재료 생성물중에 혼입되는 것을 특징으로 하는 세라믹 재료의 제조 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 반응 혼합물은 고출력 볼 밀을 사용한 분쇄에 의해 기계적으로 활성화되는 것을 특징으로 하는 세라믹 재료의 제조 방법.
  17. 제14항 또는 제15항에 있어서, 기계적 활성화는 불활성 분위기 또는 환원성 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 세라믹 재료의 제조 방법.
  18. 제14항 또는 제15항에 있어서, 반응 혼합물에 윤활제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 세라믹 재료의 제조 방법.
  19. 제14항 또는 제15항에 있어서, 기계적 활성화가 간헐적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 또는 합금의 제조 방법.
  20. 제14항 또는 제15항에 있어서, 환원성 금속 화합물은 금속 산화물, 금속 유화물, 금속 할로겐화물, 금속 수화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 및 금속 인산염중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 세라믹 재료의 제조 방법.
  21. 제14항 또는 제15항에 있어서, 환원제는 칼슘, 마그네슘 및 나트륨중에서 선택된 고체인 것을 특징으로 하는 세라믹 재료의 제조 방법.
  22. 제14항 또는 제15항에 있어서, 환원제는 탄화수소에 용핵된 리튬 알킬류, 액체 암모니아에 용해된 알칼리 금속 및 나트륨-카륨 합금중에서 선택된 액체인 것을 특징으로 하는 세라믹 재료의 제조 방법.
  23. 제14항 또는 제15항에 있어서, 환원제는 수소, 염소 및 일산화탄소중에서 선택된 기체인 것을 특징으로 하는 세라믹 재료의 제조 방법.
  24. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 방법에 의해 제조된 금속 또는 합금은 초미립자 크기의 입자를 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 재료의 제조 방법.
  25. 제14항 또는 제15항에 있어서, 세라믹 재료 생성물은 세라믹 붕화물, 세라믹 탄화물, 세라믹 질화물 또는 세라믹 산화물인 것을 특징으로 하는 세라믹 재료의 제조 방법.
  26. 제14항 또는 제15항에 있어서, 세라믹 재료 생성물은 초전도체인 것을 특징으로 하는 세라믹 재료의 제조 방법.
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