KR20010086757A - A Process for Preparing Porous Aluminum Using Water Based Binder - Google Patents
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Abstract
알루미늄 분말 및(또는) 단섬유에 소결 공정을 거치지 않고, 결합제 용액으로서 수성 실리카 졸 용액을 함침시킨 후 과잉의 결합제 용액을 제거하고, 압력을 가해 성형하고 건조시키는 것을 포함하는 경사 기공 구조의 다공성 알루미늄재의 제조 방법이 개시되어 있다.Aluminum aluminum and / or short fibers are subjected to a sintering process, and then impregnated with an aqueous silica sol solution as a binder solution, followed by removal of excess binder solution, forming under pressure, and drying, and porous aluminum A method of making ash is disclosed.
본 발명의 방법에 따르면 경사 기공 구조의 다공성 알루미늄재의 기공도 조절이 용이하고, 제조되는 경사 기공 구조의 다공성 알루미늄재는 우수한 필터 효과 및 흡음 효과를 나타낼 뿐만 아니라 기계적 강도도 우수하다.According to the method of the present invention, it is easy to control the porosity of the porous aluminum material of the inclined pore structure, the porous aluminum material of the inclined pore structure to be produced not only shows excellent filter effect and sound absorption effect, but also excellent mechanical strength.
Description
본 발명은 금속 필터, 흡음재 등으로 사용될 수 있는 다공성 알루미늄재의 제조 방법, 구체적으로 알루미늄 분말 및(또는) 알루미늄 단섬유의 표면을 수성 결합제로 피복시킨 후 압력을 가해 판재와 같은 일정 형상을 갖는 필터 효과 및 흡음 효과가 우수한 다공성 알루미늄 재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides a method for producing a porous aluminum material that can be used as a metal filter, sound absorbing material, and the like, specifically, the surface of aluminum powder and / or aluminum short fibers is coated with an aqueous binder, and then subjected to pressure to apply a filter effect having a certain shape such as a sheet material. And a method for producing a porous aluminum material having an excellent sound absorption effect.
금속 필터, 흡음재 등으로 사용되는 다공성 알루미늄재의 제조법으로는 발포법, 소결법 등이 사용되고 있다. 발포법에서는 용융 알루미늄욕에 불활성 가스를불어넣거나 TiH2와 같은 발포제를 넣어 열분해시 발생되는 수소 가스를 이용하여 다공성 알루미늄재를 제조하며, 소결법에서는 구형, 침상 등의 알루미늄 분말을 제조한 다음, 여기에 저융점 합금의 결합제 분말을 일정 비율로 섞어 주형에 분산시킨 후 650℃ 전후의 온도에서 진공 소결하여 다공성 알루미늄재를 제조한다. 그러나, 다공성 알루미늄재를 제조하기 위해 발포법을 사용하는 경우 기공의 크기나 기공 분포의 제어가 기술적으로 어려워 필터 특성 및 흡음 특성이 떨어지므로 제조된 다공성 알루미늄재의 용도가 제한되는 단점이 있다. 또한, 소결법에 의해 제조된 다공성 알루미늄재는 필터 특성 및 흡음 특성은 우수하나, 결합재의 불균일한 분포로 인해 진공 소결 과정에서의 불량품 발생률이 높을 뿐만 아니라, 특히 진공 소결로의 크기에 의해 제품의 형상과 크기가 결정되므로 진공 소결로의 크기 증가에 따른 기술적인 제약과 장치비의 기하급수적인 증가가 단점이 된다.As a manufacturing method of the porous aluminum material used for a metal filter, a sound absorption material, etc., the foaming method, the sintering method, etc. are used. In the foaming method, a porous aluminum material is prepared by blowing an inert gas into a molten aluminum bath or adding a blowing agent such as TiH 2 using hydrogen gas generated during pyrolysis.In the sintering method, aluminum powders such as spheres and needles are prepared, and then The binder powder of the low melting point alloy is mixed in a predetermined ratio, dispersed in a mold, and vacuum sintered at a temperature of about 650 ° C. to prepare a porous aluminum material. However, when the foaming method is used to manufacture the porous aluminum material, it is difficult to control the size or pore distribution of the pores, so that the filter characteristics and the sound absorption properties are poor, which limits the use of the manufactured porous aluminum material. In addition, the porous aluminum material produced by the sintering method has excellent filter and sound absorption properties, but due to the nonuniform distribution of the binder, the incidence of defective products in the vacuum sintering process is high, and in particular, the shape and shape of the product As the size is determined, the technical limitations and the exponential increase of the equipment cost due to the size increase of the vacuum sintering furnace are disadvantages.
따라서, 본 발명자들은 이와 같은 종래의 알루미늄재 제조 방법들의 한계를 극복하기 위해 실시 예의 연구를 거듭한 결과 본 발명에 이르렀다.Therefore, the present inventors have led to the present invention as a result of repeated studies of the embodiment in order to overcome the limitations of such conventional aluminum manufacturing method.
본 발명의 목적은 발포 공정 또는 소결 공정을 거치지 않고 알루미늄 분말 및(또는) 단섬유의 표면을 수성 결합제로 피복시킨 후 압력을 가해 다공성 알루미늄재를 제조하는 방법, 및 필터 특성 및 흡음 특성이 우수한 다공성 알루미늄재를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to cover the surface of aluminum powder and / or short fibers with an aqueous binder without applying a foaming process or a sintering process, and then applying pressure to produce a porous aluminum material, and a porous filter having excellent filter characteristics and sound absorption characteristics. It is to provide an aluminum material.
본 발명의 상기 목적 및 다른 목적과 특징 및 장점은 후술하는 발명의 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more clearly understood by the following detailed description of the invention.
제1도는 본 발명에 따라 알루미늄 분말로 제조한 경사 기공 구조의 다공성 알루미늄재의 기공 확대 단면도.1 is an enlarged cross-sectional view of pores of a porous aluminum material having a gradient pore structure made of aluminum powder according to the present invention.
제2도는 본 발명에 따라 제조된 경사 기공 구조를 갖는 다공성 알루미늄재의 음성 주파수에 따른 흡음률의 변화.2 is a change in sound absorption rate according to the voice frequency of the porous aluminum material having a gradient pore structure prepared according to the present invention.
제3도는 본 발명에 따라 제조된 경사 기공 구조를 갖는 다공성 알루미늄재의 이물질 입자 크기에 따른 필터링 효율의 변화.3 is a change in the filtering efficiency according to the foreign matter particle size of the porous aluminum material having a gradient pore structure prepared according to the present invention.
본 발명은 발포 공정 또는 소결 공정을 거치지 않고 알루미늄 분말 및(또는) 단섬유의 표면을 수성 결합제로 피복시킨 후 압력을 가해 다공성 알루미늄재를 제조하는 방법, 및 필터 특성 및 흡음 특성이 우수한 다공성 알루미늄재에 관한 것이다.The present invention provides a method of manufacturing a porous aluminum material by applying pressure after coating the surface of aluminum powder and / or short fibers with an aqueous binder without undergoing a foaming process or a sintering process, and a porous aluminum material having excellent filter characteristics and sound absorption properties. It is about.
본 발명에 의한 다공성 알루미늄재의 제조 방법에 따르면, 다공성 알루미늄재의 제품 크기 또는 형상의 제약을 거의 받지 않고 다공성 알루미늄재를 제조하는 것이 가능하며, 소결법에 비해 다공성 알루미늄재의 기공도를 목적하는 최종 용도에 따라 자유로이 조절하는 것이 가능하여, 필터 특성 및 흡음 특성의 제어가 용이하다.According to the method for producing a porous aluminum material according to the present invention, it is possible to produce a porous aluminum material with almost no restrictions on the product size or shape of the porous aluminum material, according to the end use for the porosity of the porous aluminum material compared to the sintering method Since it is possible to adjust freely, it is easy to control a filter characteristic and a sound absorption characteristic.
본 발명에서 다공성 알루미늄재의 제조 방법은 알루미늄 분말 및(또는) 단섬유에 수성 결합제 용액을 함침시킨 후, 수성 결합제 용액이 함침된 알루미늄에 압력을 가하여 과잉의 결합제 용액을 제거하고 알루미늄을 성형하며, 생성된 알루미늄 성형체를 건조시키는 것을 포함한다.In the present invention, a method for producing a porous aluminum material is impregnated with an aqueous binder solution in aluminum powder and / or short fibers, and then applied to the aluminum impregnated with the aqueous binder solution to remove the excess binder solution and to form aluminum, Drying the formed aluminum compacts.
또한, 본원 발명은 직경이 상이한 세가지 분급의 알루미늄 분말이 연속적으로 적층된 다공성 경사 기공 구조의 알루미늄재를 제공한다. 본원 발명의 바람직한 실시태양에서 먼저, 디스크 형태의 홀더에 제1 층으로서 크기가 60 내지 180 ㎛인 가장 미세한 분말을 3 내지 4 mm 두께로 깔고, 그 위에 제2 층으로서 크기가 212 내지 300 ㎛인 중간 크기의 분말을 3 내지 4 mm 두께로 깔고, 이어서 제3 층으로서 크기가 300 내지 650 ㎛인 가장 조대한 분말을 3 내지 4 mm 두께로 깔아서 전체 두께가 약 9 내지 12 mm가 되도록 적층시킴으로써 경사 기공 구조의 다공성 알루미늄재를 제조할 수 있다.In addition, the present invention provides an aluminum material having a porous inclined pore structure in which three classes of aluminum powder having different diameters are continuously stacked. In a preferred embodiment of the present invention, first, the holder in the form of a disc is laid with the finest powder of 60 to 180 μm in size as the first layer, 3 to 4 mm thick, on top of which is 212 to 300 μm in size as the second layer. Beveled by laying medium to powder 3 to 4 mm thick, then laminating the coarse powder with a thickness of 300 to 650 μm as 3 to 4 mm thick as a third layer and laminating so that the total thickness is about 9 to 12 mm A porous aluminum material having a pore structure can be produced.
따라서, 본원 발명에 따라 제조된 다공성 알루미늄재의 기공 크기는 사용된 분말 크기에 의해 좌우되기 때문에 세층의 기공 크기도 달라지게 되고 미세한 기공에서 조대한 기공으로 연속적으로 변화되는 경사 기공 구조를 갖게 된다. 그 결과, 본원 발명의 다공성 알루미늄재를 사용하면 고주파, 중주파 및 저주파음을 모두 흡음할 수 있으며 상이한 크기의 물질을 필터하는데 유용하다.Therefore, since the pore size of the porous aluminum material prepared according to the present invention depends on the powder size used, the pore size of the three layers is also changed and has a gradient pore structure that is continuously changed from fine pores to coarse pores. As a result, the porous aluminum material of the present invention can absorb high frequency, medium frequency and low frequency sounds and is useful for filtering materials of different sizes.
또한, 본 발명에서 제조된 다공성 알루미늄재는 약 0.6 ㎏/㎠ 이상의 강도를 나타내므로 진동이 심한 운동기관에서도 흡음재나 필터재로 사용이 가능하다.In addition, since the porous aluminum material produced in the present invention exhibits strength of about 0.6 kg / cm 2 or more, it can be used as a sound absorbing material or a filter material even in an exercise engine with severe vibration.
본 발명에서 제조된 다공성 알루미늄재의 기공도는 다음과 같이 계산된다. 기공이 전혀 없는 알루미늄재의 밀도 (26.982 g/㎤)를 진밀도로 정의하고, 다공성 알루미늄재의 부피와 무게를 측정하여 계산된 밀도를 겉보기 밀도로 정의한다. 따라서, 다공성 알루미늄재의 기공도는 진밀도와 겉보기 밀도의 차를 진밀도로 나눈 값의 100분율로 표현된다.The porosity of the porous aluminum material produced in the present invention is calculated as follows. The density (26.982 g / cm 3) of the aluminum material without pores is defined as true density, and the density calculated by measuring the volume and weight of the porous aluminum material is defined as the apparent density. Therefore, the porosity of the porous aluminum material is expressed as a fraction of 100 obtained by dividing the difference between true density and apparent density by true density.
본 발명의 결합제로는 불연성이고 공해물질을 발생하지 않는 수성 결합제를 사용하며, 실리카를 사용하는 것이 바람직하다. 실리카는 물에 10 내지 20 중량%의 농도로 분산시킨 수성 실리카 졸 용액의 상태로 사용되며, 이 용액의 점도는 1 내지 3 센티포이즈인 것이 바람직하다. 실리카의 농도가 10 내지 20 중량%인 수성 실리카 졸 용액을 사용하는 경우, 필터 효과와 흡음 효과 및 기계적 강도가 우수한 연속 기공 구조의 다공성 알루미늄재가 제조되며, 상기 실리카의 농도가 10 중량%미만인 경우 다공성 알루미늄재가 목적하는 필터 효과 및 흡음 효과를 나타내지 않을 뿐만 아니라 결합 강도가 떨어지게 되고, 실리카의 농도가 20 중량%를 넘는 경우 지나치게 많은 분말간의 결합이 이루어져 오히려 필터 효과 및 흡음 효과가 떨어질 뿐만 아니라 원가를 상승시켜 경제적이지 못한 문제점이 있다.As the binder of the present invention, an aqueous binder which is nonflammable and does not generate pollutants is used, and silica is preferably used. Silica is used in the form of an aqueous silica sol solution dispersed in water at a concentration of 10 to 20% by weight, and the viscosity of the solution is preferably 1 to 3 centipoise. In case of using an aqueous silica sol solution having a concentration of silica of 10 to 20% by weight, a porous aluminum material having a continuous pore structure having excellent filter effect, sound absorption effect, and mechanical strength is produced, and when the concentration of silica is less than 10% by weight, The aluminum material does not exhibit the desired filter effect and sound absorption effect, but the bond strength is lowered. When the concentration of silica is more than 20% by weight, the bonding of too much powder is performed, and the filter effect and sound absorption effect are lowered, and the cost is increased. There is a problem that is not economic.
본 발명의 제조 방법에서는 알루미늄 분말 및(또는) 단섬유에 수성 실리카 졸 용액을 함침시킨 후 압력을 가하여 과잉의 결합제 용액을 제거하고 알루미늄을 성형하며, 과잉의 결합제 용액의 제거 후 성형 하중의 가감을 통해 최종 다공성 알루미늄재의 기공도를 조절하게 된다. 결합제 용액의 함침 후 제거해야 되는 양은 다공성 알루미늄재의 알루미늄에 대한 결합제의 피복 두께가 1 ㎛ 이하가 되도록 하는 양이다. 상기 피복 두께가 피복 두께가 1 ㎛를 초과하는 경우 지나치게 많은 분말간의 결합이 이루어져 오히려 필터 효과 및 흡음 효과가 떨어질 뿐만 아니라 원가를 상승시켜 경제적이지 못한 문제가 있다.In the production method of the present invention, the aluminum powder and / or short fibers are impregnated with an aqueous silica sol solution, and then pressurized to remove excess binder solution and to form aluminum, and to reduce the molding load after removing the excess binder solution. Through the porosity of the final porous aluminum material is controlled. The amount to be removed after the impregnation of the binder solution is such that the coating thickness of the binder on the aluminum of the porous aluminum material is 1 µm or less. When the coating thickness is greater than 1 μm, the coating thickness is too much, so that the powder is bonded to each other, and thus the filter effect and the sound absorption effect are lowered, and the cost is increased.
또한, 본 발명의 다공성 알루미늄재의 두께 및 크기는 사용되는 알루미늄의 양에 의해 조절이 가능하다.In addition, the thickness and size of the porous aluminum material of the present invention can be adjusted by the amount of aluminum used.
이하, 본 발명을 도면와 관련하여 보다 상세히 설명할 수 있다.Hereinafter, the present invention may be described in more detail with reference to the drawings.
제1도는 다공성 알루미늄재의 기공 구조를 조사하기 위해서 단면을 광학현미경으로 관찰한 사진으로서 제3 층에서 제1 층으로 갈수록 기공의 크기가 감소되고 기공이 연결되어 있으므로 소리의 파동 에너지가 기공을 통과하면서 열에너지로 변화되어 소음이 흡수되게 된다. 특히, 제3 층과 제2 층에서 주로 저주파음과 중주파음이 흡수되고, 제2 층과 제1 층에서 중주파음과 고주파음이 흡수되도록 분말 크기 분포를 배열한다. 아울러 본 발명에서 제조된 다공성 알루미늄재는 큰 기공에서 작은 기공으로 연결되어 배열되어 있기 때문에 공기 정화용 필터재로서 가능하다.1 is a photograph of the cross-section observed by optical microscope to investigate the pore structure of the porous aluminum material. As the pore size decreases and pores are connected from the third layer to the first layer, the wave energy of sound passes through the pores. It is converted into thermal energy and the noise is absorbed. In particular, the powder size distribution is arranged so that low and mid frequencies are mainly absorbed in the third and second layers, and mid and high frequencies are absorbed in the second and first layers. In addition, the porous aluminum material produced in the present invention is possible as an air purification filter material because it is arranged in a large pore to a small pore.
제2도는 본 발명에서 제조된 경사 기공 구조를 갖는 다공성 알루미늄재의 음성 주파수에 따른 흡음률의 변화를 나타낸 것으로서 고주파, 중주파 및 저주파음이 약 70 내지 80 % 이상이 흡음되고 있음을 보여준다.Figure 2 shows the change in the sound absorption rate according to the voice frequency of the porous aluminum material having a gradient pore structure manufactured in the present invention shows that the high frequency, medium frequency and low frequency sound is absorbed at least about 70 to 80%.
제3도는 본 발명에 제조된 다공성 알루미늄재의 이물질 크기에 따른 필터링 효율의 변화를 나타낸 것으로서 크기가 약 1 ㎛ 이상의 이물질을 약 85 % 이상 제거할 수 있는 우수한 필터링 효과를 보여준다.Figure 3 shows the change in the filtering efficiency according to the foreign matter size of the porous aluminum material prepared in the present invention shows an excellent filtering effect that can remove more than about 85% foreign matters of about 1 ㎛ or more in size.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
<실시예 1><Example 1>
알루미늄 분말을 크기에 따라서 60-180 ㎛, 212-300 ㎛, 300-650 ㎛ 등의 세가로 분급하여 사용하였다. 직경이 110 mm인 디스크 형태의 홀더에 제1층으로 가장 미세한 분말 (60-180 ㎛)을 3-4 mm 두께로 깔고, 제2 층으로서 그 위에 중간 크기의 분말 (212-300 ㎛)을 3-4 mm 두께로 뿌린 다음, 제3 층으로 가장 조대한 분말 (300-650 ㎛)을 3-4 mm 두께로 깔아서 전체 두께가 약 9-12 mm가 되도록 적층하였다. 결합제로서 실리카 농도가 10 중량%인 수성 실리카 졸 용액 1 g을 홀더에 부은 후 홀더를 가볍게 두드리거나 진동기로 진동시켜 수성 실리카 졸 용액이 알루미늄 분말에 고루 함침되어 알루미늄 분말이 홀더 전체에 걸쳐 고루 퍼지도록 하였다. 상기 알루미늄 분말에 압력을 가하여 과잉의 결합제 용액을 제거한 후 0.5-5 g/㎠의 성형 하중을 5-20 분 동안 가하여 알루미늄 분말 성형체를 제조하였다. 제조된 성형체를 홀더에서 꺼내어 건조기에서 건조시키므로써, 두께가 8-11 mm인 다공성 알루미늄 디스크를 제조하였다.Aluminum powder was classified and used in three sizes such as 60-180 μm, 212-300 μm, and 300-650 μm depending on the size. In a disk-shaped holder with a diameter of 110 mm, the finest powder (60-180 μm) is laid 3-4 mm thick as the first layer, and the medium powder (212-300 μm) 3 is placed thereon as the second layer. After sprinkling to -4 mm thickness, the coarser powder (300-650 μm) was spread to 3-4 mm thickness as the third layer and laminated to a total thickness of about 9-12 mm. Pour 1 g of an aqueous silica sol solution having a silica concentration of 10% by weight as a binder into the holder, and then tap the holder or vibrate with a vibrator so that the aqueous silica sol solution is impregnated evenly with the aluminum powder so that the aluminum powder is spread evenly throughout the holder. It was. An aluminum powder compact was prepared by applying pressure to the aluminum powder to remove excess binder solution and then applying a molding load of 0.5-5 g / cm 2 for 5-20 minutes. The prepared molded body was taken out of the holder and dried in a dryer to prepare a porous aluminum disk having a thickness of 8-11 mm.
제조된 다공성 알루미늄 디스크의 기공도를 측정한 결과, 기공도는 약 70-80 %를 나타내었다.As a result of measuring the porosity of the prepared porous aluminum disk, the porosity was about 70-80%.
<실시예 2><Example 2>
구상의 알루미늄 분말 대신에 알루미늄 단섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 다공성 알루미늄 디스크를 제조하였으며, 제조된 다공성 알루미늄 디스크의 기공도는 약 90% 이상이었다.A porous aluminum disc was manufactured in the same manner as in Example 1 except that short aluminum fibers were used instead of spherical aluminum powder, and the porosity of the prepared porous aluminum disc was about 90% or more.
본 발명의 방법에 따르면, 발포 공정 또는 소결 공정을 거치지 않고도 제품의 크기 또는 형상의 제약을 거의 받지 않고 기공도를 용이하게 조절하면서 다공성 알루미늄재를 제조할 수 있으며, 이와 같이 제조되는 다공성 알루미늄재는 우수한 필터 효과 및 흡음 효과를 나타낼 뿐만 아니라 기계적 강도도 우수하다.According to the method of the present invention, the porous aluminum material can be manufactured while easily controlling the porosity without being restricted by the size or shape of the product without undergoing the foaming process or the sintering process, and the porous aluminum material thus prepared is excellent. It not only shows the filter effect and the sound absorption effect, but also the mechanical strength is excellent.
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Patent event date: 20021029 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20020329 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |