산업기술 통합검색
높은 열전도도의 특성을 나타내는 AlN 의 분말합성에 관한 기술로서 탄소환원법에 의한 고기능성의 분말을 제조하는 기술탄소환원법에 의한 AlN의 분말은 전량 수입에 의존하고 있는 바 고순도의 알루미늄의 원료을 사용하고 환원법에 의한 질화반응을 이르켜 평균 입경이 0.3 미크론 이하의 입자를 얻는 기술이다.고열전도성 AlN의 분말의 합성 및 전자부품의 고집적화에 따른 열확산성 재료의 개발로 불량율 감소의 유발과 열전재료의 응용력의 제고로 그 경제적 가치는 매우 높다.
국내에 외국산과 유사한 품위의 세리사이트가 부존되어 있음을 확인하였고, 이원광으로 물리화학적으로 정제하고, 표면을 개질한 다음 여성용 고형 분제(foundation) 화장품을 시제품으로 제조하여 외국산과 품질비교한 결과, 일본산 고품위질에는 다소 미급했으나 일반적인 수입품보다는 우수한 특성을 보여주어 향후 개발의 가치가 있었다.국내에 매장되어 있는 견운모질 광물을 개발하여 원광에 혼재되어 있는 불순물을 제거가 되도록 물리 화학적으로 정제한 다음, 화장품 첨가에 적합한 입도를 갖도록 입도제어 및 건조 분체 제조한다. 무기첨가제의 순도는 Sericite함량을 90%이상으로 향상시키고, 내수성 및 내유성등의 기능을 갖도록 표면개질한 결과 톤당 일천만원이상 호가하는 화장품 첨가제로 적합한 결과를 얻었다.화장품원료로 전량수입에 의존하고있는 견운모를 국산화하여 수입대체가 될 수 있는 양질의 세리사이트를 개발함으로서 일반적으로 사용되고있는 저부가가치의 도자기소지 및 도자기원료보다 고부가가치를 창출할 수 있는 정제원료를 생산하고자 한다.
시멘트 제품 제조회사에서 레미콘 및 시멘트 2차제품의 품질의 균질성 및 강도의 증진을 위하여 채취된 골재에 혼재되어있는 불순물인 토분을 물로 수세 제거하는 시설을 설치하여 정제된 골재를 사용하고 있다. 이때 생성되는 부산물인 토분 스럿지를 점토제품(벽돌 또는 기와)의 유약 및 소지의 융제등 요업제품에 사용되도록함으로서 공해물의 처리와 폐기물의 재활용을 기하고자 한다.본 기술은 시멘트제조용 수세정제골재부산물을 이용한 점토제품 제조방법에 관한 것이다.이를 위하여 본 기술은 수세정제골재부산물을 주원료로 사용하여 점토 벽돌 및 점토기와를 제조함에 있어서 상기방법으로 부산물을 100％사용하여 1075℃부터 1175℃까지 소성하여 소결된 점토제품을 제조하는 단계, 상기방법으로 부산물을 10∼50%로, 실트를 30%로 고정하고, 점토를 30∼60%로 조합하여 1170℃부터 1200℃로 소성하여 소결된 점토제품소지를 제조하는 단계, 상기방법으로 부산물을 70∼90%, 석회석을 10∼30%의 범위로 조절하면서 1075℃부터 1175℃까지 소성하여 유약을 제조하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.부산물 만을 사용하여 1075∼1175℃까지 25℃간격으로 소성했을 때 1175℃이하의 저온에서 소결 또는 용융되어 점토제품의 소지 및 유약의 주원료로 사용되는 결과를 얻었으며 건축용 점토벽돌의 소지 및 유약에 적용하였을 때 소지에서는 10∼40%를 그리고 유약에서는 60∼90%까지 사용할 수 있는 결과를 얻음으로서 부산물의 재활용이 가능하여 공해문제 해결과 폐기물의 요업원료화가 가능하게 되었다.
청자소지를 이용하여 청자기와를 제조하였다. 본 기술의 청자기와는 재래식 전통기와 와 치수를 같게 하여 시공자의 편의를 도모하는 한편, 내구성 및 색상이 도자기질 중 최상품인 자기질로 제작하여 전통 가옥의 분위기를 개선하고, 한식형이 요구되는 공용건물 및 서비스 내외장 장식 구조물로 활용되는 등 고래로부터 전래된 우리나라 대표적 도자기의 활용과 부가가치를 극대화하고자 하였다.본 기술은 우리나라 대표적 전통 도자기인 청자 소지 및 유약을 이용하여 한식 기와와 같은 모양으로 제조하는 방법에 관한 것이다. 1,2차 점토와 도석을 사용하여 청자기와용 청자소지를 개발하였고, 이 소지를 압출식 및 압착식으로 성형하여 한식 기와와 같은 치수로 제작하였다. 한편, 규석, 장석, 석회석, 산화철 및 함철 점토 등을 사용한 유약을 제조하여 기 성형된 반제품에 청자기와용 청자유약으로 시유한 다음 1250℃에서 소성함으로서 청자색을 띠고 흡수율 및 강도 등이 기존의 기와보다 현저히 개선된 자기질 청자기와를 개발하고자 하였다.국내에서 유통되고 있는 KS 표시품에 비해 휨파괴하중은 88%(약 1배) 흡수율은 약 3배의 좋은 결과가 나타나 내구성 및 강도의 현저한 개선이 예상되고 동파 시험에서는 비교시료보다 3배 이상의 반복에서도 전혀 이상이 없는 우수한 결과로 나타나서 전통기와에서 항상 문제점으로 제기 되고 있는 동파 결점이 해결되는 효과도 기대 할 수 있게되었다. 특히, 청자와 같은 미려한 색감은 전통가옥 뿐 만 아니라 현대인들이 표방하는 복고풍의 건축문화 재료로 적합하리라 판단된다.
펼친책의 좌측을 집은 집게의 구멍으로 연결끈이 나와 바닥에 고정된 썩션과 이어짐으로서 펼친책이 고정될 수 있는 펼친책 고정시키는 편리한 용품펼친책이 고정될 수 있는 값싸고 가벼운 용품으로서 소지가 간편함
본 발명의 주요 내용은 다음과 같다.1. 반응고 및 반용융 공정에 응용하기 위하여 소재의 유도가열 조건이 구상화에 미치는 영향, 구상화 기구 및 조대화 현상을 예방하기 위한 방안을 학술적으로 체계화하였다.2. ALTHIX 86S 합금의 결정립 성장기구를 제안하여 그 결과를 코일설계에 이용하도록 하였다.3. ALTHIX 86S 합금은 아공정 조성의 합금이지만 Cu와 Si의 상호작용으로 인하여 과공정 조성의 A390 합금 (Si 함량이 증가함에 따라 고액 공존영역이 증가하고 액상편석의 발생 가능성이 높음)과 유사한 양상을 보이며 내부적인 mechanism (liquid segregation, grain growth, coarsening)도 과공정 조성의 합금과 유사하다는 사실을 학술적으로 입증하였다.4. A356 합금의 유도가열에서 있어서 조대화 현상을 예방하기 위한 구상화 조직의 제어 방법을 제안하였다.5. 주조용 및 전신계 (구조용) 알루미늄 합금의 결정립 성장기구 및 구상화 기구를 통하여 반응고 및 반용융 성형에 적합한 미세조직 제어 방안을 제안하였다.6. ALTHIX 86S의 다출력 유도가열을 통하여 높은 출력에서 급속 재가열되는 구간의 경우는 고상과 액상의 비가 위치에 따라서 달라질 수 있으므로 다출력 유도가열시 Th2는 구상화의 관점뿐만 아니라 고상과 액상이 균일하게 분포된 빌렛을 얻는데 중요한 실험 변수임을 파악하였다.본 발명의 기술적 특징은 다음과 같다.1. 아공정 조성의 ALTHIX 86S (Al-6%Si-3%Cu-0.3%Mg)가 Si와 Cu의 복합적인 상호작용에 의하여 과공정 합금과 유사한 양상 (Grain growth, segregation)을 가진다는 사실을 검증 받음으로써 금속 및 재료관련 분야에 크게 공헌하였으며, 철저한 해외 연구 및 분석을 통하여 반응고 및 반용융 성형과 관련된 산업체 및 Engineer에게 아주 유용한 정보를 제공하였다.2. 반응고 및 반용융 공정에 응용하기 위하여 주조용 및 전신계 (구조용) 알루미늄 합금 소재의 유도가열 조건이 구상화에 미치는 영향, 결정립 성장, 구상화 기구 및 조대화 현상을 예방하기 위한 방안을 학술적으로 체계화한 논문으로서 학술적 가치가 높다고 평가한다. 구조용강의 반용융 성형을 위한 재가열 조건을 확보하는 데 기여하였으며, 향후 대형 고강도 구조물의 성형공정에 활용되어 질 것이다. 3. 알루미늄 A356 소재를 이용한 반응고 및 반용융 성형공정에 있어서 균일 가열을 위한 최적 코일설계로부터 우수한 기계적 성질을 얻기 위한 게이트 설계까지 전반적인 반응고 및 반용융 성형공정에 관해서 기술한 우수한 논문으로서 반응고 및 반용융 성형과 관련된 Engineer에게 우수한 연구결과를 볼 수 있는 기회를 부여하였다.
반용융 주조공정 (Semi-solid die casting)은 주조와 단조의 장점 및 우수한 기계적 성질을 겸비하고 있으며, 특히 자동차 분야에서 서스펜션 부품과 내압성 부품의 제조에 이용되고 있다. 다량의 제품을 생산하기 위한 합금의 선택은 현재 A356과 A357로 제한되어 있지만 제품의 품질에 대한 요구는 공정의 인기 및 높은 응용성과 함께 증가하고 있다. 높은 강도와 인성이외에도 필요 사양들은 내마모성, 강성의 증가, 값비싼 열처리 없이도 충분한 강도와 인성 및 전기 분해 능력 등의 성질들에 초점을 맞추고 있다. 이러한 필요 사양들은 단일 합금이나 합금 계열로는 동시에 충족될 수 없으며, 특정한 용도에 적합한 합금의 선택이 필요하다. 합금의 선택의 범위는 전신계 및 주조용 합금의 전영역이지만, 대부분의 합금들이 주조용이나 단조용에 적합하도록 최적화되어 있다는 사실에 유념해야 한다. 현재까지 여러 합금들의 반용융 주조성을 평가하기 위한 평가기준이 부족하여 반용융 주조성 평가에 관한 종합적인 연구가 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서, 본 발명은 알루미늄 합금 및 금속기지 복합재료의 반용융 주조성 및 기계적 특성을 분석 평가하기 위한 새로운 평가기준에 대해 기술하고자 한다. 성형 공정시에 재료 체적의 40∼60 %가 액상 상태라는 사실이 반용융 주조의 특징이며, 재료는 몰드내에서 응고되어야 한다. 액상이 기존의 주조 법칙을 따르기 때문에, 합금의 주조성은 반용융 주조성 및 성형성 평가에 중요한 역할을 한다. 참고 문헌에서, 알루미늄 합금들의 주조성은 척도 1 (주조하기 어려운 경우)∼4 (주조하기 용이한 경우)까지로 분류되어 있다. 주조하기 어렵다고 나타난 합금들은 고온 크랙과 수축 기공의 형성에 두드러진 민감성을 나타내고 있다. 일반적인 전신계 합금들은 보통 주조할 수 없다고 간주된다. 주조용 합금 이외의 다른 합금들의 반용융 주조성 및 성형성은 주조용 합금의 주조성과 유사하게 분류될 수 있으며 다음과 같은 5가지 평가기준을 확립할 수 있다.● 합금은 전체 체적의 40 %∼50 %의 저융점 공정을 형성한다.● 고상율 (fs) 곡선은 작업 영역에서 낮은 구배를 나타낸다.● α상은 재가열된 상태에서 100 μm 이하의 구상화 조직을 나타낸다.● 액상은 2보다 큰 주조성을 가진다.● 재가열된 빌렛은 안정성을 잃지 않거나, 용융 금속의 metal loss는 10 % 를 초과하지 않고, 액상의 비율이 40 %를 넘게 까지 가열될 수 있다. 위의 기준을 평가하고자 하는 합금에 적용할 때, 각 평가 항목에 해당되는 경우 1 포인트씩 합산하면 된다. 0 포인트 합금은 반용융 주조하기가 매우 어려운 합금인 반면에 5 포인트 합금은 최적의 반용융 주조성을 가진다.
오늘날 주로 반용융 주조 (Semi-solid die casting)용으로 사용되는 합금들은 A356과 A357같은 소수의 주조용 합금들로 한정되어 있다. 이러한 합금들은 반용융 주조용으로 아주 적합하다고 알려져 있으나, 신기술의 보급은 특정한 기계적 성질을 가진 새로운 합금들에 대한 관심을 고조시키고 있다. 앞서 기술한 합금으로부터 높은 강도와 신장율 (elongation) 외에도 내마모성, 높은 탄성 계수, 전기 분해 특성 또는 값 비싼 열처리를 하지 않고도 높은 강도와 신장율을 얻을 수 있어야 한다. 이러한 필요 사양들은 오직 하나의 합금이나 합금계열에 의해서 충족될 수 없으며, 특정한 용도에 적합한 마춤 합금 (tailored alloy)의 개발에 의해서 해결될 수 있다. 대부분의 일반적인 합금들은 주조 (주조용 합금)나 단조 (전신계 합금) 공정에 적합하도록 최적화되어 있다. 현재까지 기본적인 공정 변수들의 영향에 대해서만 보고되고 있을 뿐 반용융 주조성 평가에 대한 종합적인 연구결과는 보고되지 않고 있다. 따라서, 본 발명에서는 아공정 합금 (A356, A357), 과공정 합금 (AlSi17CuMgNi, AlSi25CuMgNi), 전신계 합금 및 금속기지 복합재료의 반용융 주조성 및 기계적 특성 평가를 위한 새로운 실험적 분석법을 제시하고자 한다.3.1 아공정 A356 및 A357 합금 두 합금 모두 반용융 주조에 매우 적합하고 테스트한 다른 합금들을 비교하기 위한 기준으로 사용될 수 있다. 테스트한 부품은 결함이 없었고 유동 프런트는 적당하게 refuse 되었다. 부품의 단면의 변화는 유동 거동에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 3.2 A356 + 16% SiCp 및 A359 + 20% SiCp 금속기지 복합재료 복합재료의 경우에도 반용융 주조성의 평가가 가능하다. A359 + 20 % SiC의 금속기지 복합재료 (MMC)의 경우에는, 기지재가 70 %의 공정을 함유하고 있지만, 많은 강화 재 (SiCp) 입자들이 전체 액상율을 거의 50 % 까지 감소시킨다.3.3 과공정 AlSi17CuMgNi 및 AlSi25CuMgNi 합금 두 합금 모두 높은 Si 함유율에도 불구하고 우수한 반용융 주조성을 가진다. Si 입자들은 반용융 주조중에 2차 고상처럼 거동하고 액상은 저융점 공정을 함유하고 있는 Cu, Mg 및 Ni로 구성되어 있다. 3.4 전신계 Al5754 및 Al2024 합금 두 합금 모두 반용융 주조가 가능하지만, 합금 Al5754의 경우에는 공정 (eutectic)의 부족과 Al2024의 경우에는 나쁜 주조성으로 인하여 고온 크랙 민감성이 상대적으로 높다. 두 합금 모두 재가열 조건에서 미세한 구상화 조직을 얻을 수 있으며, 좋은 유동성을 가진다.3.5 전신계 Al6082 및 Al7075 합금 전신계 합금 Al6082와 Al7075는 특히 고온 크랙에 민감하다. Al6082와 Al7075는 아주 복잡한 부품들을 생산하는 데 이용되어 왔지만, 유동 프런트가 용해될 때 문제가 될 것같다.
자동차 부품의 품질 향상, 에너지 및 비용 절감 등의 요구에 따라 후가공을 최소화 시킬 수 있는 새로운 고정밀 가공의 필요성이 대두되고 있다. Semi-solid Forming은 전자기 교반 또는 열간 압출공정에 의해 제조된 알루미늄 빌렛을 고체와 액체가 동시에 공존하는 상태 (반용융 상태)로 가열한 후, 복잡한 3차원 형상의 부품을 성형하는 기술로서 부품 및 소재 산업분야에서 미국, 일본, 유럽 등에서 각광을 받고 있는 새로운 고정밀 가공기술이다. Semi-solid Forming은 주조와 단조의 장점 및 우수한 기계적 성질을 겸비하고 있으며, 특히 자동차 분야에서 서스펜션 부품과 내압성 부품의 제조에 이용되고 있다. 다량의 제품을 생산하기 위한 합금의 선택은 현재 A356과 A357로 제한되어 있지만 제품의 품질에 대한 요구는 공정의 인기 및 높은 응용성과 함께 증가하고 있다. 앞서 기술한 합금으로부터 높은 강도와 신장율 (elongation) 외에도 내마모성, 높은 탄성 계수, 전기 분해 특성 또는 값 비싼 열처리를 하지 않고도 높은 강도와 신장율을 얻을 수 있어야 한다. 이러한 필요 사양들은 오직 하나의 합금이나 합금계열에 의해서 충족될 수 없으며, 부품 특성에 일치한 마춤 합금 (tailored alloy)의 개발, 실용화가 시급하다고 사료된다. 따라서, 본 발명에서는 Cu를 함유함에 따라 시효 경화 (aging hardening)를 얻을 수 있는 아공정 (hypoeutectic) A319 합금에 의해 제조된 Air Compressor 제품의 특성 (미세조직 및 기계적 성질)에 대한 정량적인 평가를 통하여 제품의 신뢰성을 향상시키고자 한다. 지금까지의 연구, 개발과 생산화는 범용성이 비교적 높은 Al-Si-Mg계 합금인 A356 및 A357에 의한 것이 대부분이다. 그러나, Semi-solid Forming 부품의 보다 폭 넓은 시장 전개를 위해서는 부품 특성에 일치한 합금 재질의 개발, 실용화가 시급하다고 사료된다. 따라서, 본 발명에서는 청정 반용융 성형기술의 응용의 일환으로 Cu를 함유함에 따라 시효 경화 (aging hardening)를 얻을 수 있는 고강도 A319 (Al-6%Si-3%Cu-0.3%Mg) 합금에 의해 제조된 Air Compressor 제품의 미세조직 및 기계적 성질을 조사하였다.
청정 반용융 성형 (Clean Semi-Solid Forming) 공정의 개요 및 특징은 다음과 같다. (1) 알루미늄 빌렛을 주입 중량에 따라 소정의 길이로 절단 (2) 빌렛의 종류 및 크기에 따른 코일 설계 (3) 복수 코일을 구비한 유도가열 장치를 이용하여 고상과 액상이 공존하 는 상태까지 가열 (4) 금형 내로 반용융 소재 이송 (5) 펀치에 의한 가압 성형 (6) 제품 취출 (eject) 알루미늄 빌렛을 소정의 길이로 절단한 후 설계된 유도가열 시스템을 이용하여 고상율 50∼60 % (절단했을 때 연한 cheese 같은 상태)가 될 때까지 가열한다. 재가열시에 균일한 재료 유동 및 우수한 치수 안정성을 부여하기 위해서는 반용융 빌렛을 금형 내로 이송 후 반용융 성형기를 이용하여 저가압으로 충진 시킨다. 현재 사용되고 있는 반용융 성형기는 수평형 다이캐스팅기에 의한 수평 사출방식 및 수직형 프레스에 의한 하향 사출 방식이 대부분 이지만, 사출 방향이 상향하는 새로운 Clean Semi-Solid Forming법에 대한 연구가 진행되고 있다. 이 새로운 성형법은 금형내의 반용융 재료에 공기의 유입이 적고, 층류 상태에서 재료가 캐비티 (cavity)내에 충진되기 때문에 제품의 내부 결함이 적을 뿐만 아니라 빌렛의 유도가열, 이송, 가압성형 및 제품의 취출 등 일련의 공정이 자동화되고 있다. 또, 공정 수의 단축 및 내환경성이 일반적인 주조법에 비해서 개선될 수 있다. 현재는 중강도로 내부식성이 우수한 A357 및 고강도 A319 합금을 이용한 Semi-Solid Forming 제품이 개발 완료단계에 있다. 과공정 (hypereutectic) Al-Si계 합금의 경우 초정 Si상이 모상에 정출하기 때문에 내마모성이 우수하고, 엔진용 피스톤 및 비디오용 헤드 등의 접동 부품에 많이 사용되고 있다. 따라서, 본 발명에서는 대표적인 과공정 Al-Si계 합금인 A390 (Al-17%Si-4.5%Cu- 0.5%Mg)을 이용하여 청정 반용융 성형법에 의해 시험적으로 제조된 Transmission 부품의 미세조직 및 기계적 성질 (마모, 경도)에 관해서 기술한다.
반용융 성형공정에서 가능한 빨리 그리고 균일하게 반용융 상태로 빌렛을 재가열하기 위해서는 유도 코일의 설계는 실제로 중요한 측면이다. 코일과 빌렛을 구성하는 실제 시스템에서는, 빌렛의 전체 길이에 걸쳐서 유도 열량은 보통 등분포하지 않고, 그 결과로 비균일 온도 분포가 생긴다. 따라서 코일 설계의 최적화를 위한 중요한 점이 코일 길이와 빌렛 길이 사이의 정확한 관계를 규정하는 것이다. 따라서 본 발명에서는 반용융 소재의 종류와 크기에 따라서 구상화된 조직을 얻을 수 있는 상용 유도 가열 시스템의 코일의 크기를 정 홍규가 제안한 방법을 이용하여 설계하였다. 특히 수직형 빌렛 가열의 경우, 반용융 상태에서의 빌렛의 안정성이 주요한 고려 사항이다. 빌렛의 안정성은 액상율의 증가에 따라 감소하기 때문에, 빌렛이 자중에 의해 과도하게 변형되기 전까지 가열할 수 있는 최대 액상율이 존재한다. 액상 함유량과 미세조직의 제어의 관점에서 가열 공정 중에 액상율은 정밀하고 재생 가능한 방법으로 조절할 수 있어야 한다. 따라서, 사용되는 유도가열 시스템은 빌렛의 액상율을 직접 측정하고 제어할 수 있어야 한다. 다이에 충진시 균일한 재료 유동성을 위해서는 반용융 합금은 재가열된 상태에서 100 m 이하의 미세한 구상화 조직을 얻을 수 있어야 하고 형상계수 (form factor)는 점성을 감소시키기 위해서 가능한 1에 근접해야만 한다. 구형의 경우 형상계수가 1의 값을 가진다. A356의 경우, 0.6∼0.7의 형상계수 값을 가지며 재가열시에 균일한 재료 유동 및 우수한 치수 안정성을 부여한다. 여러 가지 형태의 코일이 미치는 영향을 조사하기 위해서, 다음의 예에 대한 계산을 수행하였다 : * 냉각 Canal이 있는 단 일층 코일 * 냉각 Canal이 있는 이 중층 코일 * 다층 Band Coil 기존의 코일에서 표면 효과 (Skin Effect)와 근접 효과 (Proximity Effect) 때문에, 전류는 오직 전도자 (Conductor)의 좁은 영역에서 유동하고 따라서 실제 저항성은 직류와 비교해 볼 때 성장한다. Band Winding을 사용하면, 이러한 효과들이 훨씬 작아지고 기존의 코일을 대신해서 몇 개의 평형 코일을 사용하면, 코일 손실을 줄일 수 있다. 이러한 사실은 다층 Band-Coil을 이끌어 낸다. 몇 개의 코일들의 도입으로 인하여 부가적인 손실들이 발생되며 이러한 손실들이 전도자(Conductor)의 높이에 종속적이라는 사실을 보여 주고 있다. 그러므로 우리는 Band-Coil을 사용함으로써 더 향상된 효율을 기대할 수 있으며, 실례에서 그 진보 성을 입증할 수 있다.
수직형 유도가열 시스템의 결점을 보완하고, 재가열의 시간단축 및 균일한 온도구배를 얻기 위해서 수평형 유도가열 시스템을 설계, 제작하였다. 알루미늄 소재의 재가열을 목적으로 한 다단 고주파 유도로 가열장치로서 최대가열 알루미늄 소재의 규격은 Φ5"×100mm, Φ3"×150mm이고 용량은 50kw, 주파수는 350 Hz이다. 이 시스템은 시간-출력, 시간-온도를 단계별 개별 동작 및 제어가 가능하며 시간, 출력, 온도에 대한 제어결과를 Real time으로 받아서 연구·분석자료로의 활용을 위해 소재가열을 위한 고주파 전원장치, 연속적인 소재 공급을 위한 다단가열 Index장치로 구성되어 있으며, 이러한 장치는 컴퓨터에 의해 자동제어 되고 있다. 다단 고주파 유도로 장치의 제어를 위한 주 조작화면에서는 설정된 제어 pattern 및 가열기동시 생성된 data를 표시해 주는데 제어를 위해 입력한 3단 재가열 설정값을 그래프로 표시 및 온도제어 중에 생성된 real data를 화면에 표시해준다. 코일과 슬러그의 끝단에서 가열 양상의 불균일성은 이 영역에서 전자기장의 뒤틀림 (Distortion)과 관계있다. 이 뒤틀림을 전자기 끝단 효과라고 한다. 일반적으로 말해서, 전자기 끝단 효과는 유도 가열에서 가장 복잡한 문제들 중의 하나라고 사료된다. 이 효과는 슬러그 끝단의 과열(Overheating)이나 아열 (Underheating)의 결과라 할 수 있다. 원하는 온도 분포는 주파수, 코일과 슬러그의 기하학적 형상(슬러그와 코일 사이의 간격과 코일의 돌출을 포함해서), 슬러그의 기계적 성질, 방사율, 코일 내화성 재료 (Coil Refractory), 전력 밀도 및 주기 시간에 종속적이다. 확실히, 최신의 수치 해석법만이 전자기 끝단 효과를 정확히 계산할 수 전산 기법으로 적용될 수 있으며, 조형 시간 및 달러를 절약할 수 있고, 신뢰성 있고 경쟁력있는 제품의 제조를 촉진할 수 있다. 일반적으로 말해서, 알루미늄 슬러그를 유도 가열할 때 전자기 끝단 효과의 출현에는 2가지의 극단적인 경우가 있다. 첫 번째로 슬러그의 왼쪽 끝단에 위치한 영역에서의 자기장과 전력 밀도 분포가 발생하는 것을 고려해 보자. 위에서 언급된 요소들의 적절하지 않은 조합은 슬러그의 끝단에서 아열 (Underheating) 또는 과열(Overheating)을 유발할 수 있다. 본 발명은 전자기 끝단 효과 영역이 슬러그 직경의 1.5배보다 작게 (일반적으로, 슬러그 직경의 0.6∼1.2) 슬러그의 중앙 부위로 확장되고 있음을 보여 주고 있다. 더 높은 주파수와 큰 코일 돌출은 슬러그의 왼쪽 끝단 부위에서 전력 과잉을 유발할 것이다. 그 결과로, 그 부위에서 눈에 띄게 과열과 용해 현상이 발생할지도 모른다. 반용융 빌렛을 이용하여 부품을 개발하기 위해서는 다단 고주파 시스템으로써 짧은 시간동안에 빌렛을 원하는 온도로 가열하기 위해서는 고주파 코일 Cell을 여러 개 부착할 수 있다. Heating Cell의 부착개수는 생산속도와 밀접한 관계가 있다. 일반적으로 빌렛의 크기가 3인치 이내인 경우는 수직으로 가열하기도 하나 5인치 이상인 경우는 소재용기 속에 빌렛을 주입하여 수평으로 가열한 후 금형에 이송하여 성형을 한다. 위의 이유는 가열시 소재의 중력으로 인하여 빌렛이 원소재의 형상을 유지할 수 없을 때는 자동이송이 어렵기 때문이다. 이때 재가열 방법에 필요한 입력 data는 시간-온도, 시간-출력으로 제어할 수 있다.
1. 고상과 액상의 분리계수를 도입한 반용융 소재의 새로운 유동응력-변형 율 식을 제안하였으며 금형설계에 있어서 액상제어가 가능하도록 학술적 으로 체계화하였다.2. 임의 형상의 금형에 대하여 반용융 재료의 성형공정을 해석할 수 있는 해석방법을 제안하였다.3. 학술적으로 체계화된 알고리즘을 이용하여 반응고 및 반용융 공정설계 자동화를 위한 프로그램을 개발하였다.4. 금형온도의 영향을 무시한 등온 (isothermal)조건에서 해석을 수행하였 을 때에는 반용융 재료의 성형공정에서 유동결함으로 나타나는 표면결함 을 예측할 수 없을 뿐만 아니라 편석현상이 발생하는 위치를 정확히 파 악할 수 없었다. 반용융 재료의 충전동안 유동결함을 예측하기 위해서 는 금형온도를 고려한 열전달 해석이 병행되어야 하므로 금형의 온도를 고려한 비등온(non-isothermal)해석을 수행하였다.1. 반용융 성형공정 해석시 이론해석과 실험해석을 비교한 결과 이론해석 의 문제점을 파악하였으며, 프로그램 개발에 필요한 향후 연구방향을 제 시하였다. 2. 반용융 성형공정에서 액상편석을 제어하기 위한 이론해석의 Model을 제 시하였다.3. 반용융 재료의 압축성형에서 나타나는 특이한 현상 (압축이 됨과 동시 에 액상이 소재의 표면 쪽으로 유출된 후 다시 강점소성 재료의 성질을 가지고 압축되어지기 때문에 변형율의 증가와 더불어 응력의 증감이 나 타나는 현상)을 통하여 반용융 성형공정 해석의 타당성을 검증하였다.4. 반용융 소재에 대한 새로운 유동 응력식을 이용함으로써 반응고 및 반용 융 성형시 고상입자의 변형, 액상편석, 성형하중 및 고상율의 분포를 정 확히 예측할 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명의 주요 내용은 다음과 같다. 지금까지 발표되어진 연구는 A356 및 A357의 다출력 유도가열 조건에 관해 조사한 것이 유일하고, 실제 공정 시간 및 생산 비용 절감을 위하여 고강도의 A319 소재를 이용한 다출력 유도가열에 관한 기술개발 사례는 보고되지 않고 있다. 또한, 다출력 유도가열 공정에 있어서 다출력 유도가열 조건이 구상화 조직에 미치는 영향을 조사한 보고는 아직까지 발표되지 않고 있다. 따라서, 본 발명에서는 반용융 성형공정에 필요한 A319 합금의 최적 다출력 유도가열 조건을 조사하기 위하여 유도로의 단계별 출력, 재가열 온도 등을 변수로 하여 재가열 조건에 따른 구상화 정도를 파악하였다. 특히 공정 시간 단축을 위한 유도로의 출력 변화에 초점을 맞추었다.본 발명의 기술적 특징은 다음과 같다. 이상의 다출력 유도가열 실험을 통해서 빌렛 전체의 온도분포 및 구상화는 단계별 출력 및 Th2 (두 번째 스텝에서의 유지 온도)에 크게 의존함을 알 수 있었다. Th2가 높을수록 표면 과열 현상 및 고상/액상의 편석현상이 증가하고, 고상입자에서의 응집현상이 촉진됨과 동시에 초정 α의 미세화보다는 성장과 합체에 의한 조대화 현상이 지배적으로 발생할 뿐만 아니라 고상입자 사이에 있는 액상영역이 시간이 지남에 따라 중력의 작용에 의하여 고상입자 사이로 유동하기 때문에 기공이 발생하여 바람직하지 못한 결과를 초래하였다. 본 발명에서 제안한 다출력 유도가열 조건의 적합성이 입증되었으며, 다출력 유도가열에서는 정확한 온도 제어와 시편의 균일한 온도분포를 위해서 높은 출력에서 빌렛을 공정온도 범위(공정온도보다 약 10℃정도 낮음)까지 급속 재가열하고, 낮은 출력에서 재용해 및 반경 방향으로 고상율의 균일화가 되도록 빌렛을 재가열해야 한다는 사실을 알 수 있었다.
유도가열은 표면에서부터 빌렛의 내부로 열전도에 의한 열전달이 일어나 가열된다. 그러므로, 유도가열을 이용하여 소재를 가열할 경우 열 유동에 대한 연구가 필요하다. 또한, 반용융 소재의 종류와 크기에 따라서 재가열 조건이 다르기 때문에 반용융 단조 및 주조를 위해서는 재가열 조건에 관한 D/B 구축이 극히 중요하다. 따라서 본 발명에서는 재가열시 빌렛의 온도 구배를 줄일 수 있고, 구상화된 조직을 얻을 수 있는 코일의 크기를 이론적으로 제안하여 설계한 후 코일을 제작하였으며, 유도가열 공정 시뮬레이션을 통하여 코일설계의 타당성을 검증하였다. 또한, 시뮬레이션의 결과를 유도가열 실험에 적용하여 반용융 소재의 종류, 직경 및 길이가 다양하게 변할 때 반용융 단조 및 주조공정에 이용할 수 있는 재가열 조건을 도출하였다. 유도가열 공정은 열전달, 전자기 효과들의 상호작용을 포함한다. 기하학적인 변수들뿐만 아니라 각각의 효과들에 대한 소재의 물성치는 유도가열 공정거동을 제어한다. 유도 코일설계와 유도가열 공정 시뮬레이션의 목적은 빌렛의 크기, 코일의 크기, 입력 주파수와 같은 다양한 공정변수의 영향을 결정하기 위한 유한요소 시뮬레이션 방법을 개발하기 위함이다. 유도 코일설계와 유도가열 공정 시뮬레이션을 위해서, 범용 유한요소 코드인 ANSYS TM을 사용하였다. ANSYS TM은 와전류의 유도로 인한 주울 가열과 전도, 대류 및 복사로 인한 열전달을 동시에 모델링할 수 있다. 더욱이 ANSYS TM은 문자와 숫자를 포함하는 변수들(alphanumeric variables)로 모델을 설정하는 데 사용되는 PDL(Parametric Design Language)이라는 기능을 가졌다. PDL은 기하학적인 형상, 재료의 물성치 및 제어 루프 순서의 변경을 손쉽게 한다. 유도가열 공정 시뮬레이션에 필요한 물성치는 유도 코일설계를 토대로 하였다. 반용융 소재(SSM)의 열해석에 사용된 경계조건에서 알 수 있듯이 주울 가열에 의해 빌렛의 표면이 가열되며 열전도에 의해 빌렛의 표면으로부터 중심까지 열 확산이 일어난다. 또한, 유도가열에서는 빌렛 표면의 열 대류와 열 복사 손실이 고려되어야 한다. 고상율 55%로 재가열된 A356 및 A319 소재의 온도분포에 대한 시뮬레이션 결과에서 볼 수 있듯이 열전도도가 작은 A319(109W/mK)가 A356(159W/mK)보다 원하는 고상율까지 가열하는 데 많은 시간을 필요로 함을 알 수 있다. 유도 코일설계를 토대로 한 시뮬레이션 결과를 통하여, 빌렛을 가열하는 데 필요한 총 에너지는 빌렛의 질량, 열 및 전자기 물성치의 함수이지만 그 관계는 비선형적이라는 사실을 알 수 있었다. 반용융 소재의 종류 및 크기에 따른 최적 코일설계를 토대로 한 유도가열 공정 시뮬레이션 모델은 반용융 소재의 종류 및 크기에 따라서 전자기 끝단효과의 방지, 균일한 온도분포 및 미세한 구상화 조직을 얻을 수 있는 재가열 D/B 구축 및 리드 타임(lead time) 단축에 유용할 것으로 사료된다.
지금까지 발표되어진 연구에서는 코일설계에 있어서 정량적인 것보다 경험적, 실험적 현장 지식을 바탕으로 하여 코일의 직경과 길이를 구하였으나 본 발명에서는 이론적인 유도코일 설계를 기초로 하여 범용 코드인 ANSYSTM를 이용한 수치해석 결과를 이용하여 FORTRAN Code로 코일 길이, 온도와 시간을 매개변수로 하여 요구하는 고상율(fs)에 따른 요구 온도(Tm), 총 재가열 시간(tm)과 유효 코일 길이(H)에 따른 마지막 유지 시간(th3) 및 재가열 총 시간(tW)의 항으로 표현된 목적함수(Objective Function)를 도입하여 최적화 기법으로 최적의 코일 길이(Hopt)를 제안하고자 한다. 또한, 수치해석 및 FORTRAN Code로 해석적인 검증을 통하여 코일을 제작하였으며, 유도가열 실험을 통하여 코일설계의 최적화에 대한 타당성을 실험적으로 검증하였다. 이상의 과정을 거쳐 유도가열 공정설계 자동화를 위한 CAE 시스템을 개발하고자 한다. 본 저자는 유도코일 설계의 최적화를 위해서 다음과 같이 5가지의 과정을 도입하였다. (1) 전자기 끝단 효과(가열 불균일 양상의 일종)를 최소화하기 위하여 정 홍규가 제안한 이론적인 코일 설계법을 통한 빌렛 길이와 코일 길이 사이의 정량적인 관계 규정 (2) 유도코일 설계 결과를 기초로 한 CAE 결과를 통해서 빌렛 내부의 온 도 분포를 예측 (3) 최적화 기법을 도입하여 목적함수를 제안 (4) 미세한 구상화 조직을 얻기 위한 유도가열 실험에 적용 (실험적 검증) (5) 유도가열 공정설계 자동화를 위한 CAE 시스템을 개발
본 발명은 음식물을 조리하거나 보관하는데 사용하는 실용 도자기나 감상을 주목적으로 제조되는 예술용 도자기 제품의 표면에 칠해지는 유약의 제조방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 인체에 유해하고 값이 비싼 광명단 등 화학물질을 함유하지 않기 때문에 대기, 수질, 토양 등의 환경오염을 일으키지 않고, 인체에 전혀 무해하며, 또한 유약제조시 비용의 절감을 꾀할 수 있으며, 더욱이 별도의 안료를 넣지 않고 제조함으로써 중국 송(宋)·명(明) 시대에 붉은 채색을 띠도록 만든 자기인 일명 `진사`의 색감과 미감을 그대로 재현하여 동양적인 자연미를 발산하고 표면이 미려하도록 하는 유약의 제조방법에 관한 것이다.일반적으로 유약이란, 도자기의 표면에 점착되는 얇은 유리층으로서 자기의 흡수성을 저하시키고 심미감을 표출시킴은 물론 도자기에 대해 튼튼한 강도를 부여하는 것이다. 즉, 유약은 도자기나 옹기류 등의 표면에 칠해지고 열처리 융착되어 그 표면에 광택 또는 무광택의 표면층을 형성시키기 위하여 사용되는 제제로서, 투수성을 없애고 미적 효과를 크게 하고 아울러 도자기를 튼튼하게 하는 효과를 부가하는 것이다.종래의 유약은 통상 장석, 규석, 석회석, 광명단, 활석, 형석, 골분,카르복시메틸셀룰로오스를 주성분으로 하고 여기에 소량의 안료가 첨가되어 이루어져 있다. 그런데 이들 성분 중에서 납 또는 산화납을 40℃ 이상으로 가열하여 얻어지는 광명단은, 인체에 해로운 오염물질일 뿐 아니라 칠작업 과정에서 작업환경을 오염시키고, 또한 소성과정에서 배연과 함께 공기중으로 발산되어 오염을 일으키는 유독물질로 알려져 있다. 다만, 상기한 광명단은 유약의 조성시 용융제로서 필요한 물질이기 때문에 그 유독성을 알면서도 사용하지 않을 수 없었다.또한 종래의 도자기용 유약은 별도의 안료를 섞음으로써 도자기의 색을 냈으나, 이는 과거 중국이나 고려, 조선시대의 청자나 백자와 같은 고급스러우면서도 은근한 자연미를 살리지는 못하는 한계가 있었다.본 발명은, 황토흙을 채취하여 물에 풀어 흙물을 만들고 80~100목의 채를 이용하여 한 번 걸러준 후, 채를 통과한 흙물 중 아래에 가라앉은 고운 황토만을 채취하고, 석회석 원석인 횟돌을 초벌구이할 때 지름 5~15㎝ 정도로 잘게 부수어 700~1000℃의 열을 가하여 구운 후, 쇠절구를 이용하여 가루로 만든 다음, 이를 80~100목의 채를 통과시킴으로써 석회석을 준비하고, 철광석 원석을 채취하여 지름이 약 5~10㎝ 정도의 크기로 만들고, 작게 만든 철광석 원석을 1200~1550℃의 열을 가하면서 쇠절구로 가루를 만든 후, 가루로 만든 철광석을 80~100목 채를 이용하여 한 번 걸러줌으로써 산화철을 준비하고, 코발트를 준비하고, 사토질의 흙을 채취하여 물에 풀어서 80~100목의 채를 이용하여 고운 사토질의 평유를 만든 다음, 물과 함께 황토흙 43%, 석회석 10%, 산화철 20%, 코발트 7%, 평유 20%의 비율로 혼합하고, 혼합된 재료를 교반기에 30분 이상 교반시킨 후, 100목 짜리 채로 걸러줌으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 도자기용 유약의 제조방법을 제공한다. 아울러, 상기와 같은 방법으로 제조된 도자기용 유약을 도자기에 도포하는 방법을 제공하는 바, 이는 성형작업이 된 도자기에서 굽깍기 작업이 끝나면 바로 분청(백상감) 칠하기를 하고, 분청칠하기 작업을 마치고 바로 상기와 같이 제조된 유약을 시유한 다음 초벌구이를 하되 가마는 전통 망둥이 가마를 사용하며 화목은 소나무 장작만 사용하도록 하고 가마의 맨 앞쪽에 도자기를 놓고 소성온도는 약 1250~1550℃로 하는 것을 특징으로 한다.즉, 광명단 등 유해 화학물질과 별도의 안료를 함유하는 종래의 유약이 가지는 문제점을 근본적으로 해결하여, 환경오염을 유발하지 않고 인체에 전혀 무해하며, 중국 송(宋)·명(明) 시대에 붉은 채색을 띠도록 만든 자기인 일명 `진사`의 색감과 미감을 그대로 재현함으로써 최대한 자연미를 살릴 수 있는 도자기용 유약이다.환경오염을 유발하지 않고 인체에 전혀 무해하며, 중국 송(宋)·명(明) 시대에 붉은 채색을 띠도록 만든 자기인 일명 `진사`의 색감과 미감을 그대로 재현함으로써 최대한 자연미를 살릴 수 있음.
본 발명은 금속섬유 제조장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 금속판재를 유도코일로 용융시킨 후 봉 형상의 회전디스크에 접촉시켜 섬유로 뽑아낼 수 있는 금속섬유 제조장치 및 방법에 관한 것이다.일반적으로 금속섬유는 윤활유·정유의 필터링 시스템, 도전성 플라스틱의 충진제에 사용되는 것으로써, 종래에는 다수개의 금속봉을 용융시켜 금속섬유를 제조하였으나, 금속봉과 금속봉 사이에 간격이 있으므로 가열장치에 의해 금속봉을 용융시키는데 불필요하게 낭비되는 전력손실이 커서 소비 전력량 대비 금속섬유의 생산효율이 낮다. 또한, 다수개의 금속봉을 공급하는 장치가 필요하여 설비가 복잡하고 설비의 관리도 쉽지 않으며, 다수개의 금속봉을 동일한 온도를 유지시켜주거나 동일한 속도로 움직여주기 위한 복잡한 제어장치가 필요한 문제가 있다. 본 발명의 금속섬유 제조방법은 프레임 속의 공기를 제거하여 진공으로 만들고, 금속판재의 끝을 2개의 유도코일의 사이로 낙하시켜 상기 유도코일에서 발생하는 열로 상기 금속판재의 끝을 가열하여 용융시키고, 상기 금속판재를 서서히 밑으로 이동시켜 용융된 상기 금속판재의 끝이 상기 유도코일 하부에서 고속으로 회전하고 있는 봉 형상의 회전디스크의 날에 닿도록 하여, 상기 회전디스크의 날에 의해 금속섬유를 뽑아내고 뽑아진 금속섬유를 응고시키는 단계로 구성된다. 본 발명은 봉이 아닌 금속판재를 이용하여 금속섬유의 생산효율을 높이고, 설비도 단순하게 하고, 제어장치도 간편하게 한 금속섬유 제조장치 및 방법이다.봉이 아닌 금속판재를 이용하여 금속섬유의 생산효율 향상.설비가 단순하고, 제어장치도 간편함.
본 기술은 고분해능(Highr esolution )XRD를 이용하여 에피층 또는 반도체 박막 등의 단결정 또는 단결정에 가까운 박막의 구조특성을 평가하는 기술로서 반도체산업의 발전과 함께 그 필요성이 점점 더 요구되는 기술이다. 에피층 박막을 이용하는 반도체 또는 광전자 소자의 요구되는 성능과 내구성은 재료의 구조특성 및 결정성과 직접 연관이 있으므로 비파괴적인 고분해능 X-선 평가기술은 소자특성을 간접적으로 평가하는 기술로 활용된다. 본 기술은 에피층의 결성성과 결함, 스트레인, 두께, 표면/ 계면특성 등의 구조적 특성을 로킹커브 또는 역격자공간 산란강도 분포도(reciprocal space mapping : RSM)등의 측정을 통하여 평가한다.반도체 또는 광전소자를 제조하는 산업분야. 특히 에피층을 이용하는 화합물 반도체 또는 실리콘을 응용하는 반도체 산업에서 활용가능.
반도체 재료의 광 발광을 측정한 후 그 측정 데이터를 보며 반도체 재료의 내부 에너지 전자구조나 결점에 대한 특성을 분석하는 기술로써, 반도체의 재료개발이나 소자 개발시 활용되는 기술이다. -간단한 장치로 측정된 반도체 재료의 광 데이터로 재료의 특성을 알아낼 수 있다. 반도체 재료 개발이나 소자 개발시 광측정 데이터의 분석능력 확대.-반도체 및 관련 신소재 재료를 개발할 때 그 재료의 광 특성을 평가함으 로써 보다 나은 재료 개발에 유용하게 쓰인다.