KR100796649B1

KR100796649B1 - 인성을 향상시키는 2차 상이 완전 고용상으로부터 상분리에의하여 형성된 세라믹과 서멧트 및 각각의 제조 방법

Info

Publication number: KR100796649B1
Application number: KR1020060055957A
Authority: KR
Inventors: 강신후
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2008-01-22
Also published as: EP2047005A4; EP2047005A1; WO2007148921A1; EP2047005B1; US20100273637A1; KR20070121197A; US8679220B2

Abstract

본 발명은 인성을 향상시키는 2차 상이 완전 고용상으로부터 상분리에 의하여 형성된 세라믹과 서멧트 및 각각의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 완전 고용상으로부터 상분리에 의하여 2차 상을 형성함으로써 용이하게 인성을 크게 향상시킬 수 있고 강도가 높은 등 기타 물성에서도 우수하므로 WC-Co 초경 재료를 대체하여 고강도와 고인성 절삭 공구의 제조를 가능하게 할 수 있다.

탄질화물, 탄화물, 완전고용체, 부분고용체, 휘스커, 고인성, 고강도

Description

인성을 향상시키는 2차 상이 완전 고용상으로부터 상분리에 의하여 형성된 세라믹과 서멧트 및 각각의 제조 방법{Ceramic and cermet having the second phase to improve toughness via phase separation from complete solid-solution phase and the method for preparing them}

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 제조된 (Ti,W)C 고용체 분말의 XRD 상분석 결과이다.

도 2 및 3은 각각 소결된 세라믹 및 서멧트 시편들의 미세조직을 나타내는 사진이다.

본 발명은 인성을 향상시키는 2차 상이 완전 고용상으로부터 상분리에 의하여 형성된 세라믹과 서멧트 및 각각의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 기계 제조업과 자동차 공업 등 기계 산업 분야에 사용되는 고속 절삭 공구 재료 및 금형 재료 등에 적용되는 것으로 전반적인 기계적 물성이 우수하고 특히 인성이 매우 우수한, 인성을 향상시키는 2차 상이 완전 고용상으로부터 상분리에 의하여 형성된 세라믹과 서멧트 및 각각의 제조 방법에 관한 것이다.
본 명세서에 있어서, "2차 상"은 완전 고용상으로부터 석출된 "석출 상"을 의미한다.

기계 산업에 필요한 금속 절삭 가공 등에 활용되는 주된 절삭 공구 또는 내마모성 공구들에는 WC 계열의 초경합금, TiC나 Ti(CN) 계열의 각종 서멧트(cermet) 합금, 기타 세라믹 또는 고속도강 등이 이용된다.

그 중에서 서멧트는 예컨대 (Ti,W)C, (Ti,W)(CN), TiC, Ti(CN)과 Ni, Co 및 Fe 등의 결합 상 금속을 주성분으로 하고 이에 주기율표 중에서 IVa, Va, VIa 족 금속의 탄화물, 질화물, 그리고 탄질화물 등을 첨가물로 함유하는 세라믹-금속 복합 분말의 소결체를 말한다.

상술하면, 서멧트는 TiC, Ti(CN), WC 등 이외에 Mo₂C, NbC, TaC 등의 경질 세라믹 분체 및 이들을 결합하기 위한 기지상인 Co, Ni, Fe 등의 금속 분체를 혼합하고 이들을 진공 또는 질소 분위기하에서 소결함으로써 제조된다.

상기 TiC는 경도(Vicker's hardness)가 3,200kg/mm²로 대단히 단단하고 녹는점이 3,423 내지 3,523K 상당히 높으며, 973K 까지는 비교적 우수한 내산화성을 가진다. 나아가, 내마모성, 내식성, 전자 방사성, 집광성 등 우수한 성질을 가진다. 따라서 TiC는 고속도 절삭 공구용 재료로서 WC-Co 합금을 대체해서 많이 사용되었다.

그러나, 상기 TiC를 이용하여 서멧트를 제조하는 경우, 소결 시 액상 금속으로서 Ni 등 결합상 금속을 사용하게 되는데, 이 경우, WC-Co 조합에 비해서 적심각(wetting angle)이 크기 때문에 TiC의 급속한 입 성장이 야기되고, 이에 따라 인성이 떨어진다는 문제점이 있었다.

그럼에도 불구하고 1956년 미국의 포드 자동차(Ford Mortor)에서는 TiC-Mo₂C-Ni 서멧트를 최초로 양산하였는데, 상기 서멧트는 비록 그 인성이 크게 개선되지는 못하였지만, 정밀 가공을 위한 고경도 공구 재료로서 중삭(semi-finishing)과 정삭(finishing) 등에 사용되었다.

1960년대나 1970년대에는 상기 TiC-Ni 서멧트 시스템이 가지는 가장 큰 약점인 인성을 개선하고자 상기 TiC-Ni 서멧트 시스템에 여러 종류의 원소를 첨가하는 시도가 있었지만 뚜렷한 성과를 거두지 못하였다.

그러던 중 1970년대에 TiC에 TiN을 첨가함으로써 열역학적으로 보다 안정한 상(相)인 Ti(CN)을 형성하게 되었는데, Ti(CN)은 TiC에 비해서 미세한 조직을 가지므로 인성을 어느 정도 개선할 수 있었고 그 외에도 화학적 안정성, 기계적 충격 저항성을 향상할 수 있었다.

한편, 인성의 향상을 위해 WC, Mo₂C, TaC, NbC 등 많은 첨가 탄화물을 사용하여 왔고, 지금까지도 Ti(CN)-M1C-M2C-…-Ni/Co 형태의 제품들은 상용화되고 있다.

인성의 향상을 위해 첨가 탄화물을 적용하는 경우, TiC계 혹은 Ti(CN)계 서멧트 소결체의 일반적인 미세구조는 유심구조(core/rim structure)로 관찰되며 이와 같은 유심구조의 경질 상을 Ni, Co 등의 결합 상이 둘러싸고 있다.

상기 유심구조중 코어(core)는 소결 중 액화된 금속 결합물(Ni, Co 등) 내에서 용해되지 않은 TiC 또는 Ti(CN)으로서 고경도를 가지는 조직이다.

반면 이들 코어 주변을 싸고 있는 주변의 림(rim) 조직은 코어의 성분인 TiC 혹은 Ti(CN)과 첨가 탄화물 간의 고용체(solid-solution : (Ti,M1,M2…)(CN)으로 나타난다)로 경도보다는 고인성을 갖는 조직이다.

이와 같이 서멧트는 림조직의 형성을 통하여 TiC-Ni 혹은 Ti(CN)-Ni 같은 단순계 서멧트가 가지고 있던 치명적인 약점인 인성의 문제를 어느 정도 해결하였다.

그러나, 이와 같이 인성의 문제가 해결되었다고 하더라도 상기 유심구조를 갖는 서멧트는 WC-Co의 초경 합금에 비하여는 여전히 인성이 낮다는 문제점이 있었으며, 따라서 아직까지도 WC-Co를 완전하게 대체하지 못하고 있다.

따라서 유심구조를 갖지 않는 완전 고용상의 형성을 통해 인성이 향상된 서멧트를 개발하고자 하는 시도가 스미토모(Sumitomo), 미츠비시(Mitsubishi) 등 공구회사들에 의해 꾸준히 이루어져 왔다.

그러나 고용상은 복합 분말의 소결 중에 형성되는 것으로서 그 형성되는 양이 소결 온도와 시간에 연관되어 있으므로 기존의 탄질화물 혼합 분말이나 제조 방법을 통해서는 완전 고용체만으로 구성된 서멧트는 실질적으로 얻을 수 없었다.

이에 본 발명자에 의하여 완전 고용상을 실질적으로 달성하는 고용체 분말과 서멧트 등이 개발된 바 있으며<대한민국 특허공개공보 제2005-0081553호 참조;2006.6.13. 등록결정됨>, 이에 따르면 인성을 크게 향상할 수 있었다.

그러나, 상기와 같이 완전 고용상을 형성시키거나 혹은 완전 고용상을 기초로 부분 고용상을 추가적으로 혼합하는 경우에도 그 인성을 더욱 크게 향상시킬 수 있고 강도가 높은 등 기타 물성에서도 우수한 서멧트와 그 제조 방법에 대하여는 아직 개발된 바 없다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 완전 고용상으로부터 상분리에 의하여 2차 상을 형성함으로써 용이하게 인성을 크게 향상시킬 수 있고 강도가 높은 등 기타 물성에 있어서도 우수하므로 WC-Co 초경 재료를 대체하여 고강도와 고인성 절삭 공구의 제조를 가능하게 할 수 있는, 인성을 향상시키는 2차 상이 완전 고용상으로부터 상분리에 의하여 형성된 세라믹과 서멧트 및 각각의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄 및 VIa 족 금속을 포함하여 선택되는 적어도 둘 이상의 금속의 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물;을 포함하여 이루어지는 고용체 분말의 소결체이고, 상기 소결체의 미세 구조 내에 완전 고용상과 함께 상기 완전 고용상으로부터 상분리되어진 인성을 향상시키는 2차 상이 존재하는 것을 특징으로 하는 세라믹에 의하여 달성된다.

상기 선택되는 VIa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 30~50mole%인 것이 바람직하다.

상기 선택되는 VIa 족 금속이 W 또는 Mo인 것이 바람직하다.

상기 티타늄 및 VIa 족 금속을 제외한 나머지 금속이 선택되는 경우 그 금속 의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 0.1~20mole%인 것이 바람직하다.

상기 소결체의 미세 구조 내에 완전 고용상과 함께 상기 완전 고용상으로부터 상분리되어진 인성을 향상시키는 2차 상이 존재하고, 상기 완전 고용상과 추가적으로 혼합된 부분 고용상이 같이 존재하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄 및 VIa 족 금속을 포함하여 선택되는 적어도 둘 이상의 금속의 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물; 및 니켈, 코발트 및 철로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 금속;을 포함하여 이루어지는 분말의 소결체이고, 상기 소결체의 미세 구조 내에 완전 고용상과 함께 상기 완전 고용상으로부터 상분리되어진 인성을 향상시키는 2차 상이 존재하는 것을 특징으로 하는 서멧트에 의하여 달성된다.

상기 선택되는 VIa 족 금속이 W 또는 Mo인 것이 바람직하다.

상기 티타늄 및 VIa 족 금속을 제외한 나머지 금속이 선택되는 경우 그 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 0.1~20mole%인 것이 바람직하다.

상기 소결체의 미세 구조 내에 완전 고용상과 함께 상기 완전 고용상으로부 터 상분리되어진 인성을 향상시키는 2차 상이 존재하고, 상기 완전 고용상과 추가적으로 혼합된 부분 고용상이 같이 존재하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 주기율표중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄 및 VIa 족 금속을 포함하여 선택되는 적어도 둘 이상의 금속의 산화물; 탄소 분말;을 원하는 조성에 따라 혼합하고, 또는 혼합 및 분쇄하여, 나노 크기의 결정립 분말을 제공하는 단계(S1-1); 상기 분말을, 환원, 탄화하거나 또는 환원, 탄질화하는 단계(S2); 및 제조된 분말을 소결하는 단계(S3);를 포함하며, 상기 소결 시 완전 고용상으로부터 상분리를 통하여 인성을 향상시키는 2차 상을 얻는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조 방법에 의하여 달성된다.

상기 선택되는 VIa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 30~50mole%이 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 선택되는 VIa 족 금속이 W 또는 Mo이 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 티타늄 및 VIa 족 금속을 제외한 나머지 금속이 포함되는 경우 그 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 0.1~20mole%가 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 세라믹 제조 방법은 소결 전 상기 분말을 경질상 TiC 또는 Ti(CN) 분말과 혼합하는 단계(S4);를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 S3 단계는 상기 분말을 질소 또는 질소를 포함하는 혼합가스 분위기에서 소결하는 것이 바람직하다.

상기 S3 단계는 상기 소결 시 질소 또는 질소를 포함하는 혼합가스로 구성된 0.1~100 torr 압력의 분위기가 조성된 로 내에서 가열하는 것이 바람직하다.

상기 S3 단계는 상기 가열 시 분당 1~30K의 승온 속도로 승온하고 1600~1900K의 소결 온도에서 소결하는 것이 바람직하다.

상기 소결시 또는 소결 후 핫프레스(hot press)나 열간 정수압(hot isostatic press; HIP)을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 세라믹 제조 방법은 결합상의 종류, 결합상의 양, 선택된 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 양, 질소 주입 양, 질소 주입 시간, 소결 시간, 승온 속도 또는 소결 온도를 조절하는 것에 의하여 상기 2차 상의 형상과 크기를 변화시키는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 니켈, 코발트 및 철로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 금속 산화물; 주기율표중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄 및 VIa 족 금속을 포함하여 선택되는 적어도 둘 이상의 금속의 산화물; 탄소 분말;을 원하는 조성에 따라 혼합하고, 또는 혼합 및 분쇄하여, 나노 크기의 결정립 분말을 제공하는 단계(S1-2); 상기 분말을, 환원, 탄화하거나 또는 환원, 탄질화하는 단계(S2); 및 제조된 분말을 소결하는 단계(S3);를 포함하며, 상기 소결 시 완전 고용상으로부터 상분리를 통하여 인성을 향상시키는 2차 상을 얻는 것을 특징으로 하는 서멧트의 제조 방법에 의하여 달성된다.

상기 선택되는 VIa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 30~50mole%이 되 도록 하는 것이 바람직하다.

상기 서멧트의 제조 방법은 소결 전 상기 분말을 경질상 TiC 또는 Ti(CN) 분말과 혼합하는 단계(S4);를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 서멧트의 제조 방법은 결합상의 종류, 결합상의 양, 선택된 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 양, 질소 주입 양, 질소 주입 시간, 소결 시간, 승온 속도 또는 소결 온도를 조절하는 것에 의하여 상기 2차 상의 형상과 크기를 변화시키는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따르는 인성을 향상시키는 2차 상이 완전 고용상으로부터의 상분리에 의하여 형성된 세라믹과 서멧트 및 각각의 제조 방법을 상술한다.

본 발명은 유심 구조를 가지지 않는 완전 고용상에 의하여 인성을 강화하는 것뿐만 아니라 고용체 분말이나 서멧트용 분말로부터 각각 세라믹이나 서멧트를 소결하는 경우에 상기 완전 고용상으로부터 상분리를 통하여 소결체의 미세 구조 내에 휘스커 상과 같은 2차 상이 존재하도록 하여 용이하게 인성을 더욱 향상시킨다.

나아가, 상기 완전 고용상에 부분 고용상을 추가적으로 혼합한 경우에도 상기 완전 고용상으로부터 2차 상을 분리 형성함으로써 인성을 향상하도록 한다.

우선, 본 발명에서는 완전 고용상을 가지는 세라믹 제조용 고용체 분말이나 이에 결합상 금속을 포함하는 서멧트용 분말을 제조하되, 상기 분말을 제조함에 있어서, 티타늄과 함께 열역학적으로 질소와 배타적인 성향을 가지는 주기율표중 VIa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물(예컨대, WC, MoC, Mo₂C, Cr₂C₃, VC)이 포함되도록 한다.

상기 탄화텅스텐(WC) 등과 같이 주기율표중의 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량 범위는 아래 실시예로부터 확인할 수 있듯이 2차 상을 용이하게 형성한다는 측면에서 특히 30~50mole%가 바람직하다. 특히, 50mole%를 넘어 55mole% 이상이 되는 경우에는 조대한 2차 상이 생성되므로 미세 구조의 조절이 어려워지게 된다.

완전 고용상을 형성하기 위하여 나노 크기를 가지거나 혹은 마이크론 크기를 가지는 주기율표중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄 및 VIa 족 금속을 포 함하여 선택되는 적어도 둘 이상의 금속의 산화물과 탄소 분말을 혼합하고, 분쇄하여, 최종적으로 나노 결정립 분말이 제공되도록 한다(즉, 결정립 사이즈를 나노 크기로 조절하는 과정을 수행한다)(S1-1).

이를 위하여 혼합한 산화물과 탄소 분말(아래에서 설명하는 바와 같이 서멧트의 경우 금속 분말 또는 그 산화물)을 섞어 고에너지 볼 밀링(high energy ball miling)을 사용하여 나노 크기의 결정립을 가지도록 분쇄한다. 분쇄 과정에서는 상기 볼 밀링만으로도 용이하게 나노 크기의 결정립을 가지는 분말을 제공할 수 있다. 물론, 처음부터 나노 크기의 산화물(아래에서 설명하는 바와 같이 서멧트의 경우 나노 크기의 금속 분말 또는 그 산화물)을 사용하는 경우에는 탄소 분말과 혼합한 뒤 분쇄 없이 사용할 수도 있지만 필요에 따라서는 더욱 분쇄하도록 한다.

상기 혼합량은 분말의 설정된 조성에 따라 적절히 선택할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 고용체 분말 중에 고용되는 금속의 경우 그 금속의 고용도 범위에서 모두 완전 고용상의 형성이 가능하다.

서멧트용 분말의 경우 나노크기나 마이크론 크기를 가지는 결합상 금속 또는 그 산화물을 함께 혼합하고 마찬가지로 필요에 따라 분쇄하여 나노크기의 결정립 분말이 되도록 한다(S1-2).

이어서 상기 제공된 분말은 환원하고 탄화하거나 환원하고 탄질화, 즉 탄화한 후 질소를 진공로에 주입하여 질소분위기 하에서 환원 및 탄화된 분말을 질화하는 것에 의하여, 탄화물이나 탄질화물 또는 이들의 혼합물을 형성한다(S2).

상기 환원, 탄화 또는 환원, 탄질화 시, 진공 또는 수소 분위기에서 바람직 하게는 1273 내지 1773K의 온도 범위(1000 내지 1500℃의 온도 범위), 더욱 바람직하게는 1273 내지 1573K의 온도 범위(1000 내지 1300℃의 온도 범위)하에서 3시간 이하로 열처리하여 환원, 탄화 또는 환원, 탄질화를 수행하면 경제성과 완전 고용상에 대한 실현성을 극대화할 수 있다.

상기 제조된 탄질화물 나노 분말의 경우 특히 산소의 함유량이 중요한데, 일반적으로 산소의 함유량이 증가하면 기공의 형성을 초래하기 쉬우므로, 최소의 산소와 이에 따른 적정 탄소 및 질소 량을 확보하는 것이 필요하다.

상기 처리 조건하에서 질소 량은, 공정 온도와 분말 합성시의 질소 분압 및 분말 내에 첨가되는 탄소의 양에 따라 선택 가능하고 안정적인 조성으로서, C/N(몰비)이 3/7, 5/5, 7/3것이 바람직하다. 한편, 아래 실시예에서 보는 바와 같이 탄질화물의 경우 소결 시 2차 상의 분리를 더욱 용이하게 할 수 있으므로 바람직하다.

이와 같이 열역학적으로 질소와 배타적인 성향을 가지는 주기율표중 VIa 족 금속의 탄화물, 탄질화물, 또는 그 혼합물을 포함하면서 결정립 사이즈를 나노 크기로 조절하여 완전 고용상을 가지는 고용체 분말이나 서멧트용 분말을 얻은 후, 이를 진공 소결이나, 분위기 소결에 의하여 소결하면서 상분리를 수행하면 소결체의 미세 구조 내에서 완전 고용상과 함께 휘스커 상과 같은 2차 상을 얻을 수 있게 된다(S3).

상기 휘스커 상은 액상 즉, 결합상이 많아지면 표면 에너지 변화로 각진 형상이나 둥근 형상과 같이 그 형상이 여러 가지로 변화하여 나타나게 될 수 있다.

이러한 2차 상들은 세라믹이나 서멧트의 미세 구조내에 균일하게 분포함에 따라서 인성을 크게 향상시킨다.

한편, 본 발명에서는 상기 소결 시 일반 진공 소결 조건이 아니라 특히 질소 분위기 즉, 질소 또는 질소를 포함하는 혼합가스와 고온에서 작용시켜 소결함으로써 탄화텅스텐(WC) 또는 탄화몰리브데늄(Mo₂C)등의 주기율표중의 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물이 소결 중 휘스커 상 내지 이로부터 변형된 각지거나 둥근 2차 상으로 석출되는 것을 용이하게 한다. 즉, 상기 소결 시 질소 분위기를 이용하는 것에 의하여 2차 상의 형성을 매우 용이하게 할 수 있다.

구체적으로, 상기 소결 시 질소 또는 질소를 함유하는 혼합가스로 구성된 0.1~100 torr 압력의 분위기가 조성된 로 내에서 가열하는데, 가열 시, 특히 소결 온도에 도달하기 위하여 분당 1~30K의 승온 속도로 가열하며, 소결 시의 온도는 1600~1900K의 온도로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 온도가 1600K보다 낮으면 충분한 치밀화를 달성하기 어렵고, 상기 온도가 1900K보다 높으면 치밀화의 어려움이 발생할 뿐 아니라 경제적인 관점에서도 지나치게 높다. 한편, 상기 소결 시의 시간은 약 1 시간 정도로 한다.

예를 들어 소결 과정을 설명하면, 본 발명에서는 1473K으로부터 승온하면서 1783K에서 대략 1시간을 유지하면서 소결을 하고 다시 1473K까지 냉각한다. 한편, 이때의 승온 속도는 2.7K/min으로 하며, 상기 승온, 소결, 냉각 과정 동안 질소를 5 torr 또는 40 torr로 주입한다. 이때, 5 torr의 경우와 같이 질소가 상대적으로 덜 주입되는 경우에는 1623K에서부터 시작하여 1783K까지 승온하는 것과 같이 승온 구간을 상대적으로 짧게 할 수 있다.

한편, 상기 소결 과정 중 혹은 소결 후에 핫프레스(hot press)나 열간 정수압(hot isostatic press; HIP) 등을 사용할 수 있다.

이러한 본 발명의 과정에 따르면 유심구조를 갖는 것이 아닌 완전 고용상으로 이루어진 균일한 미세 구조를 얻을 수 있고, 이러한 완전 고용상으로부터 직접적으로 2차 상을 얻어내는 것이 가능하다. 따라서 WC 또는 Mo₂C 탄화물 등의 추가 혼합 과정을 거치지 않고도 미세한 휘스커 상과 같은 2차 상을 보유하는 세라믹 혹은 서멧트를 제공할 수 있게 된다.

나아가, 본 발명에서는 상기한 고용체 분말 또는 서멧트용 분말을 소결 전 특히 TiC, Ti(CN) 등의 경질상 탄화물이나 탄질화물과 추가적으로 혼합하는 것에 의하여 이미 존재하던 완전 고용상 이외에 경질 상을 포함하는 부분 고용상이 더 존재하도록 할 수도 있다(S4).

이러한 완전 고용상 이외에 부분 고용상을 더 포함하는 고용체 분말 또는 서멧트 분말을 소결하되, 이미 존재하던 완전 고용상으로부터 2차 상을 분리하면 완전 고용상과 함께 부분 고용상이 존재하는 경우에도 인성을 향상하는 것이 가능하게 된다.

위와 같이 제조함으로써 본 발명은 완전 고용상이나 부분 고용상과 휘스커를 포함하는 미세구조에 있어서, 예컨대 길이가 5㎛ 이상이 되며 가로 세로 비(aspect ratio)가 1:10 이상이 되는 휘스커를 제공할 수 있다. 상기 휘스커의 크기는 다양 하게 조절가능한데, 즉, 주기율표중의 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 양, 질소 주입 양과 질소 주입 시간 등의 질소 주입 조건, 소결 시간, 승온 속도, 소결 온도 등의 소결 조건을 조절함에 의해, 휘스커 크기를 조절할 수 있으며, 서브마이크론 크기(100nm 초과, 1㎛ 미만), 마이크론 크기(수 ㎛)에 대하여 모두 제조 가능하게 된다.

한편, 본 발명은 완전 고용상 혹은 부분 고용상을 포함하는 미세구조에 있어서, 상기 휘스커 형상 외에 구형 등의 다양한 형태의 2차 상을 형성할 수도 있다. 즉, Ni, Co, Fe 등 결합상의 양과 주기율표중의 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 양, 질소 주입 양과 질소 주입 시간과 같은 질소 주입 조건, 소결 시간, 승온 속도, 소결 온도 등의 소결 조건을 조절함에 의해, 상기 형상을 조절할 수 있게 되며, 서브마이크론 크기(100nm 초과, 1㎛ 미만), 마이크론 크기(수 ㎛)에 대하여 모두 제조 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 단지 하기 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것이며, 첨부된 특허청구범위내에서 다양한 형태의 변형이 가능하다.

고용체 및 서멧트 분말 제조

먼저 간단한 고용체 및 서멧트 분말 목표 조성을 선택하고 이를 위해 각 함 량에 따라 50nm 크기의 응집체인 TiO₂, WO₃ 산화물들을 준비하였다. 상기 고용체 분말 또는 서멧트 분말의 목표 조성은 다음과 같다.

(i) (Ti₀ _.8W₀ _.2)C (Ti:W mole% 비율 80:20) 고용체 분말 조성;

(ii) (Ti₀ _.7W₀ _.3)C (Ti:W mole% 비율 70:30) 고용체 분말 조성;

(iii) (Ti₀ _.6W₀ _.4)C (Ti:W mole %비율 60:40) 고용체 분말 조성;

(iv) (Ti₀ _.5W₀ _.5)C (Ti:W mole %비율 50:50) 고용체 분말 조성;

(v)는 상기 (i)~(iv)에 20wt.%Ni의 결합상을 섞거나 혹은 2.5~5.0wt.%의 다양한 결합상(Co, Fe, FeCoNi)을 섞은 (Ti₁ _-x,W_x)C-Me 형태의 서멧트 분말 조성.

나아가, 상기 모든 조성에 대하여 탄질화물도 목표 조성으로서 선택하여 제조하였다.

한편, 성분 분석 결과 상기 (i)~(iv)의 세라믹 조성은 밀링 중 밀링 jar와 ball에서 유입된 금속인 Ni, Co, Cr, Fe 또는 이들의 혼합물인 Me를 포함하는 (Ti,W)C-Me 또는 (Ti,W)(CN)-Me이었고, 상기 Me의 양은 소결 후 SEM, TEM, EDS를 통해 3.5~5.0 wt.% 정도임이 밝혀졌다.

탄소 분말과 상기 준비된 산화물을 혼합하고, 분쇄한 분말을 진공 분위기의 1473K 온도에서 1시간 동안 열처리하여 환원 및 탄화 과정을 거치거나, 환원 및 탄질화 과정을 거쳤다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 제조된 (Ti,W)C 고용체 분 말[(i)~(iv)의 조성의 탄화물]의 XRD 상분석에 대한 결과이다.

도 1a는 마이크론 크기의 TiO₂, WO₃, C를 혼합 및 분쇄 후 산화물이 비정질 내지 나노 결정립이 되었음을, 도 1b는 TiO₂, WO₃, C의 혼합물로부터 여러 (Ti₁ _- _xW_x)C 조성의 완전 고용체 분말들이 제조되었음을 보여준다. 여기서, 밀링 중 유입된 Ni, Co, Cr, Fe의 혼합물에 관한 peak는 양이 적기 때문에(<5wt.%) 나타나지 않았다.

도 1b에서 알 수 있듯이, 상기 형성된 고용상은 단일상 (monolithic), 즉, 완전 고용상이었다. 한편, 도 1b에서 (Ti₀ _.5W₀ _.5)C의 경우 WC가 단일 고용상과 혼합된 형태로 존재함을 보여 주는데, 이는 (Ti₀ _.5W₀ _.5)C의 목표 조성에 고용되지 못한 잉여 WC에 기인한 것이다.

참고로, 앞서 설명한 바와 같이, 고용체 분말 중에 고용되는 금속은 그 금속의 고용도 범위에서 모두 완전 고용상의 형성이 가능하며, 예를 들어, WC가 고용되는 경우, 그 고용양은 15wt.%(4.5mole%), 30wt.%(9.7mole%), 60wt.%(27.3mole%), 및 80wt.%(50 mole%)에 대하여 모두 가능하다. 한편, 그 외에 기타 Mo₂C, NbC첨가 탄화물 등의 경우에도 각각의 가능한 고용도 범위(<10mole%)에서 완전 고용상을 형성할 수 있다.

소결

이와 같이 상기 제조 방법에 의해 제조된 분말을 10^-2Torr의 진공에서 소결[1783K(1510℃), 1시간] 하였다. 또한, 상기 제조 방법에 의해 제조된 분말을 5~40torr 압력의 질소 분위기에서 소결하되, 이때, 승온 온도[1473K(1200℃)]부터 소결 온도[1783K(1510℃), 1시간]를 거쳐 냉각 온도[1473K(1200℃)]에 이르기까지 각 온도 구간에서 질소를 주입하거나, 한편, 승온 온도[1623K(1350℃)]를 달리하여 소결하거나, 상기 질소 주입을 일부 온도 구간에 대하여만 실시하여 소결하였다. 이하에서 상술한다.

도 2는 소결된 세라믹 시편들의 미세조직을 나타내는 사진이다.

도 2a는 상기 (iii) 조성 (Ti₀ _.6W₀ _.4)C (Ti:W mole %비율 60:40)[더욱 정확하게는 (Ti₀ _.6W₀ _.4)C-5wt.%Me]을 진공 소결하거나, 5torr 또는 40 torr 압력의 질소 분위기에서 소결하되, 승온 온도[1623K(1350℃)]에서 소결 온도[1783K(1510℃), 1시간]까지만 질소를 부분적으로 주입하거나, 혹은 승온 온도[1473K(1200℃)]부터 소결 온도[1783K(1510℃), 1시간]를 거쳐 냉각 온도[1473K(1200℃)]에 이르기까지 전체 온도 구간에서 모두 질소를 주입하며 소결한 소결체의 표면 및 내부 미세 구조를 나타내는 것이다.

도 2b는 상기 (iv) 조성(Ti₀ _.5W₀ _.5)C (Ti:W mole %비율 50:50)을 진공 소결하거나, 5torr 또는 40 torr 압력의 질소 분위기에서 소결하되, 승온 온도[1623K(1350℃)]에서 소결 온도[1783K(1510℃), 1시간]까지만 질소를 부분적으로 주입하거나, 혹은 승온 온도[1473K(1200℃)]부터 소결 온도[1783K(1510℃), 1시간]를 거쳐 냉각 온도[1473K(1200℃)]에 이르기까지 전체 온도 구간에서 모두 질소를 주입하며 소결한 소결체의 표면 및 내부 미세 구조를 나타내는 것이다.

도 2c는 탄질화물인 (Ti₀ _.5W₀ _.5)(CN)을 진공 하에서 1783K(1510℃)에서 1시간 소결하거나, 소결[1783K(1510℃), 1시간 및 1723K(1450℃), 1시간] 및 냉각 동안 5torr 또는 1torr 질소를 주입하며 소결하거나, 승온 시점[1473K(1200℃)]에서 소결 과정[1783K(1510℃), 1시간]을 거쳐 냉각 시점[1473K(1200℃)]까지 질소를 전체적으로 주입하며 소결한 경우를 나타내는 것이다.

도 2에서 알 수 있듯이, 상기 (Ti,W)C 또는 (Ti,W)(CN) 고용체 분말은 유심 구조를 보이지 않는 완전 고용상 구조를 가지는 것이고, 나아가, 완전 고용상과 함께 10㎛ 크기의 휘스커 등의 2차 상이 그 표면이나 내부에 균일하게 분포하는 미세조직임을 확인할 수 있었다.

한편, 도 2로부터 알 수 있듯이, 상기 고용체 분말을 이용하되, 특히 소결시 질소를 주입하거나, 탄질화물을 형성하는 것과 같이, 질소를 이용하는 것에 의하여, 종횡비가 다양한 휘스커를 제조할 수 있으며 또한 휘스커의 양을 조절할 수 있음을 알 수 있었다.

특히, 질소의 압력이 증가할수록, 그리고, (Ti,W)C 또는 (Ti,W)(CN)에 W의 양이 많을수록 휘스커의 양이 증가함을 알 수 있었다.

한편, 도 2c에 나타난 바와 같이, 상기 (Ti₀ _.5W₀ _.5)(CN) 고용체 분말을 사용한 경우 진공 소결 중에도 많은 휘스커 형태의 WC가 분리 석출되었으며 질소를 주입하며 소결한 경우에는 더욱 많은 휘스커 형태의 WC가 분리 석출되었다. 나아가, 사용한 소결 온도[1783K(1510℃) 및 1723K(1450℃)]에 따라 소결 기공 정도가 달라졌으 나 석출된 WC 2차상의 형상과 양은 크게 다르지 않았다. 단지 전 구간에 걸쳐서 질소를 투입하고 소결 시간을 2시간으로 한 경우에는 종횡비가 다양하고 휘스커 형태에서 다소 다른 비정규(irregular) 형상의 WC 2차상이 형성됨을 알 수 있었다.

도 3은 소결된 서멧트 시편의 미세조직을 나타내는 사진이다.

도 3a는 상기 (v)의 일부 조성[(Ti,W)C-20wt.%Ni; WC의 함량은 30mole%, 40mole%, 50mole%]을 40torr 압력의 질소 분위기에서 소결한 소결체의 표면 및 내부의 미세 구조를 나타낸다. 이때, 승온 온도[1473K(1200℃)]부터 소결 온도[1783K(1510℃), 1시간]를 거쳐 냉각 온도[1473K(1200℃)]에 이르기까지 전체 온도 구간에서 질소를 전체적으로 주입하며 소결하였다.

도 3b에서는 2.5~5.0wt.%의 다양한 결합상(Co, Fe, FeCoNi)을 섞은 (Ti₁ _-x,W_x)C-Me 형태의 서멧트 분말을 소결하였다. (Ti₀ _.5,W₀ _.5)C-5Fe 및 (Ti₀ _.5,W₀ _.5)C-2.5Co에 대하여는 진공 소결을 하거나 소결 및 냉각 과정에서 5torr의 질소를 주입하였고, (Ti₀ _.6,W₀ _.4)C-5FeCoNi의 경우 전 온도 구간에서 질소를 주입하였다.

도 3c에서는 2.5~5.0wt.%의 결합상(Co)을 섞은 (Ti₁ _-x,W_x)(CN)-Co 형태의 서멧트 분말을 소결하였다. (Ti₀ _.5,W₀ _.5)(CN)-5Co 및 (Ti₀ _.5,W₀ _.5)(CN)-2.5Co에 대하여 진공 소결을 하거나 소결 및 냉각 과정에서 5torr의 질소를 주입하였다.

도 3에서 알 수 있듯이, (Ti,W)C-Me 및 (Ti,W)(CN)-Me 서멧트 분말을 사용한 경우에도, 완전 고용상으로부터 2차 상이 형성되는 것을 확인 할 수 있었다.

도 3a에서 알 수 있듯이, (Ti₁ _-x,W_x)C-Me 서멧트 분말을 사용하고 40torr의 질소를 주입하며 소결한 경우 다소 둥근 형상의 WC와 고용상이 균일하게 분포하고 치밀화된 미세 구조를 가진 소결체를 제조할 수 있다. 또한, (Ti, W)C 내에 W의 양이 증가할수록 2차 상의 크기가 증가함을 관찰할 수 있었다.

도 3b 및 3c에서 알 수 있듯이, 결합상의 종류에 따라 그리고 분위기 여부 및 질소 주입시기에 따라 2차 상의 형상과 양은 변화하는 것을 알 수 있다. Co 결합상이 많을수록 둥근 2차 상을 형성하였고, 도 3c의 (Ti₀ _.5,W₀ _.5)(CN)-2.5Co 서멧트는 도 3b의 (Ti₀ _.5,W₀ _.5)C-2.5Co 서멧트에 비하여 동일한 질소 분위기 조건에서 휘스커 2차 상의 석출이 용이한 것으로 나타났다.

하기 표 1은 상기 각각의 세라믹의 물성, 특히 인성과 경도를 나타내는 결과로 물성의 값은 5개 측정치의 평균값을 나타내고 있다.

물질	Hv20 (GPa)	KIC (MPa.m^1/2)
(Ti₀ _.7W₀ _.3)C의 세라믹 (진공 소결)	19.2±0.1	6.4±0.2
(Ti₀ _.6W₀ _.4)C의 세라믹 (진공 소결)	20.5±0.3	7.7±0.2
(Ti₀ _.5W₀ _.5)C의 세라믹 (진공 소결)	18.9±0.2	7.2±0.2
(Ti₀ _.5W₀ _.5)C의 세라믹 (질소 분위기 소결)	19.1±0.5	9.0±1.0

하기 표 2는 비교예들로서 기존 구조재료들의 물성, 특히 인성과 경도를 나타내는 결과로 물성의 값은 5개 측정치의 평균값을 나타내고 있다

물질	Hv20 (GPa)	KIC (MPa.m^1/2)
Al₂O₃	19.0~20.6	2.5~3.3
Si₃N₄	14.2±1.0	6.6±0.5
Al₂O₃/TiC	19.1~20.5	4.5~4.9
Al₂O₃/Ti(C,N)	18.9~21.0	4.5~4.0
Al₂O₃/ZrO₂	17.0	4.5
SiC/B₄C	30.2±2.4	4.2±0.1
Si₃N₄/TiB₂	17.4	4.9

상기 표 1 및 2에서 세라믹의 경도(H_v) 및 인성(K_IC) 측정치는 20kg 하중을 이용한 Vicker's 경도계를 사용한 것이다. 다른 재료들은 10~30Kg의 하중을 이용하여 측정한 것이다.

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 세라믹이 2차 상을 함유하게 되면 경도와 인성이 동시에 개선되는 것을 볼 수가 있다. 특히, 질소 분위기에 소결한 경우에는 인성(K_IC)이 9MPa.m^1/2 이상이 되는 것을 확인할 수 있었는데, 이는 표 2에서 알 수 있듯이 일반 구조 세라믹에서는 얻기 어렵다.

한편, 상기 표 1은 세라믹에 대하여 보여주지만 서멧트의 경우에도 2차 상이 형성되는 경우 마찬가지로 경도와 특히 인성이 향상되었다.

본 발명에 따르면 완전 고용상으로부터 상분리에 의하여 2차 상을 형성함으로써 용이하게 인성을 크게 향상시킬 수 있고 강도가 높은 등 기타 물성에 있어서도 우수하므로 WC-Co 초경 재료를 대체하여 고강도와 고인성 절삭 공구의 제조를 가능하게 할 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims

주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄 및 VIa 족 금속을 포함하여 선택되는 적어도 둘 이상의 금속의 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물;을 포함하여 이루어지는 고용체 분말의 소결체이고,

상기 소결체의 미세 구조 내에 완전 고용상과 함께 상기 완전 고용상으로부터 상분리되어진 인성을 향상시키는 2차 상이 존재하는 것을 특징으로 하는 세라믹.
제 1 항에 있어서,

상기 선택되는 VIa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 30~50mole%인 것을 특징으로 하는 세라믹.
제 1 항에 있어서,

상기 선택되는 VIa 족 금속이 W 또는 Mo인 것을 특징으로 하는 세라믹.
제 1 항에 있어서,

상기 티타늄 및 VIa 족 금속을 제외한 나머지 금속이 선택되는 경우 그 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 0.1~20mole%인 것을 특징으로 하는 세라믹.
제 1 항에 있어서,

상기 소결체의 미세 구조 내에 완전 고용상과 함께 상기 완전 고용상으로부터 상분리되어진 인성을 향상시키는 2차 상이 존재하고, 상기 완전 고용상에 추가적으로 혼합된 부분 고용상이 더 존재하는 것을 특징으로 하는 세라믹.
주기율표 중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄 및 VIa 족 금속을 포함하여 선택되는 적어도 둘 이상의 금속의 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물; 및 니켈, 코발트 및 철로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 금속;을 포함하여 이루어지는 분말의 소결체이고,

상기 소결체의 미세 구조 내에 완전 고용상; 및 상기 완전 고용상으로부터 상분리 과정을 통하여 얻어진 인성을 향상시키는 2차 상;이 존재하는 것을 특징으로 하는 서멧트.
제 6 항에 있어서,

상기 선택되는 VIa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 30~50mole%인 것을 특징으로 하는 서멧트.
제 6 항에 있어서,

상기 선택되는 VIa 족 금속이 W 또는 Mo인 것을 특징으로 하는 서멧트.
제 6 항에 있어서,

상기 티타늄 및 VIa 족 금속을 제외한 나머지 금속이 선택되는 경우 그 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 0.1~20mole%인 것을 특징으로 하는 서멧트.
제 6 항에 있어서,

상기 소결체의 미세 구조 내에 완전 고용상과 함께 상기 완전 고용상으로부터 상분리되어진 인성을 향상시키는 2차 상이 존재하고, 상기 완전 고용상에 추가적으로 혼합된 부분 고용상이 더 존재하는 것을 특징으로 하는 서멧트.
주기율표중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄 및 VIa 족 금속을 포함하여 선택되는 적어도 둘 이상의 금속의 산화물; 탄소 분말;을 원하는 조성에 따라 혼합하고, 또는 혼합 및 분쇄하여, 나노 크기의 결정립 분말을 제공하는 단계(S1-1);

상기 분말을, 환원, 탄화하거나 또는 환원, 탄질화하는 단계(S2); 및

제조된 분말을 소결하는 단계(S3);를 포함하며,

상기 소결 시 완전 고용상으로부터 상분리를 통하여 인성을 향상시키는 2차 상을 얻는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 선택되는 VIa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 30~50mole%이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 선택되는 VIa 족 금속이 W 또는 Mo이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 티타늄 및 VIa 족 금속을 제외한 나머지 금속이 포함되는 경우 그 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 0.1~20mole%가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 세라믹 제조 방법은 소결 전 상기 분말을 경질상 TiC 또는 Ti(CN) 분말과 혼합하는 단계(S4);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 S3 단계는 상기 분말을 질소 또는 질소를 포함하는 혼합가스 분위기에서 소결하는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 S3 단계는 상기 소결 시 질소 또는 질소를 포함하는 혼합가스로 구성된 0.1~100 torr 압력의 분위기가 조성된 로 내에서 가열하는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 S3 단계는 상기 가열 시 분당 1~30K의 승온 속도로 승온하고 1600~1900K의 소결 온도에서 소결하는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 소결시 또는 소결 후 핫프레스(hot press)나 열간 정수압(hot isostatic press; HIP)을 사용하는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

결합상의 종류, 결합상의 양, 선택된 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 양, 질소 주입 양, 질소 주입 시간, 소결 시간, 승온 속도 또는 소결 온도를 조절하는 것에 의하여 상기 2차 상의 형상과 크기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조 방법.
니켈, 코발트 및 철로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 금속 산화물; 주기율표중 IVa, Va, 및 VIa 족 금속으로부터 티타늄 및 VIa 족 금속을 포함하여 선택되는 적어도 둘 이상의 금속의 산화물; 및 탄소 분말;을 원하는 조성에 따라 혼합하고, 또는 혼합 및 분쇄하여, 나노 크기의 결정립 분말을 제공하는 단계(S1-2);

상기 분말을, 환원, 탄화하거나 또는 환원, 탄질화하는 단계(S2); 및

제조된 분말을 소결하는 단계(S3);를 포함하며,

상기 소결 시, 완전 고용상으로부터 상분리 과정을 수행하여 인성을 향상시키는 2차 상을 얻는 것을 특징으로 하는 서멧트의 제조 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 선택되는 VIa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 30~50mole%이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 서멧트의 제조 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 선택되는 VIa 족 금속이 W 또는 Mo이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 서멧트의 제조 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 티타늄 및 VIa 족 금속을 제외한 나머지 금속이 포함되는 경우 그 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 함량은 전체 복합탄화물, 복합탄질화물 또는 이들의 혼합물에 대하여 0.1~20mole%가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 서멧트의 제조 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 서멧트의 제조 방법은 소결 전 상기 분말을 경질상 TiC 또는 Ti(CN) 분말과 혼합하는 단계(S4);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서멧트의 제조 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 S3 단계는 상기 분말을 질소 또는 질소를 포함하는 혼합가스 분위기에서 소결하는 것을 특징으로 하는 서멧트의 제조 방법.
제 26 항에 있어서,

상기 S3 단계는 상기 소결 시 질소 또는 질소를 포함하는 혼합가스로 구성된 0.1~100 torr 압력의 분위기가 조성된 로 내에서 가열하는 것을 특징으로 하는 서 멧트의 제조 방법.
제 27 항에 있어서,

상기 S3 단계는 상기 가열 시 분당 1~30K의 승온 속도로 승온하고 1600~1900K의 소결 온도에서 소결하는 것을 특징으로 하는 서멧트의 제조 방법.
제 21 항에 있어서,

상기 소결시 또는 소결 후 핫프레스(hot press)나 열간 정수압(hot isostatic press; HIP)을 사용하는 것을 특징으로 하는 서멧트의 제조 방법.
제 21 항에 있어서,

결합상의 종류, 결합상의 양, 선택된 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 탄질화물 또는 이들의 혼합물의 양, 질소 주입 양, 질소 주입 시간, 소결 시간, 승온 속도 또는 소결 온도를 조절하는 것에 의하여 상기 2차 상의 형상과 크기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 서멧트의 제조 방법.