KR20200036583A - 금속폼의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 출원은 금속폼의 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원에서는 목적하는 특성을 가지는 금속폼을 간단하고 효과적으로 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.

Description

금속폼의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR METAL FOAM}

본 출원은 금속폼의 제조 방법에 관한 것이다.

금속폼(metal foam)은 경량성, 에너지 흡수성, 단열성, 내화성 또는 친환경 등의 다양하고 유용한 특성을 가진다. 이에 따라, 금속폼은 경량 구조물, 수송 기계, 건축 자재 또는 에너지 흡수 장치 등을 포함하는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 또한, 금속폼은 높은 비표면적을 가질 뿐만 아니라, 액체, 기체 등의 유체 또는 전자의 흐름을 보다 향상시킬 수 있으므로, 열 교환 장치용 기판, 촉매, 센서, 액츄에이터, 2차 전지, 연료 전지 등에 적용되어 유용하게 사용될 수 있다.

일반적으로, 금속폼은 금속 분말을 함유하는 슬러리의 발포 공정에서, 슬러리에 함유된 발포제 때문에, 발포 과정에서 그 부피가 과도하게 증가하고, 금속폼에 균열이 발생하는 문제가 있다. 이러한 이유로, 금속폼은 슬러리를 두껍게 코팅하고, 고습도 조건에서 발포하는 방법으로 제조되고 있다.

본 출원은, 목적하는 특성의 금속폼을 효과적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.

본 출원에서 용어 금속폼은, 금속을 주성분으로 포함하는 다공성 구조체를 의미한다. 상기에서 금속을 주성분으로 한다는 것은, 금속폼의 전체 중량을 기준으로 금속 또는 금속 합금의 비율이 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상인 경우를 의미한다. 상기 주성분으로 포함되는 금속의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 100 중량%일 수 있다.

본 출원에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 해당 물성에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 그 물성은 상온에서 측정한 것이다. 용어 상온은 가온 또는 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 예를 들면, 약 10°C 내지 30°C의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23°C 또는 약 25°C 정도의 온도를 의미할 수 있다.

본 출원에서, 단위 "중량부"는 어떤 성분의 다른 성분에 대한 상대적인 중량을 의미하며, g, kg, lb 등의 절대적 수치를 의미하는 것은 아니다.

본 출원의 금속폼의 제조 방법은 금속 분말을 포함하는 슬러리로 형성된 금속폼 전구체를 발포시키는 단계를 적어도 포함한다. 본 출원에서 용어 금속폼 전구체는, 상기 소결 등과 같이 금속폼을 형성하기 위해 수행되는 공정을 거치기 전의 구조체, 즉 금속폼이 생성되기 전의 구조체를 의미한다. 또한, 상기 금속폼 전구체는, 다공성 금속폼 전구체라고 호칭되더라도 반드시 그 자체로 다공성일 필요는 없으며, 최종적으로 다공성의 금속 구조체인 금속폼을 형성할 수 있는 것이라면, 편의상 다공성 금속폼 전구체라고 호칭될 수 있다.

상기 금속폼 전구체는 필름, 시트 또는 층의 형태일 수 있으며, 이에 따라 제조되는 금속폼도 필름, 시트 또는 층의 형태일 수 있다.

본 출원에서는 특정 슬러리로 금속폼 전구체를 일정 두께로 성형한 후에 특정 습도 조건에서 발포 공정 등을 진행하여 금속폼을 형성한다. 이러한 방식에 의해서 표면에 크랙 등의 결점(defect)이 없고, 목적하는 기공 특성을 가지는 금속폼을 효과적으로 제조할 수 있다.

예를 들어서, 상기 발포 공정 등은, 65% 미만의 상대 습도 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 발포 공정 등은, 다른 예시에서, 60% 이하, 55 % 이하, 50 % 이하, 45 % 이하 또는 40 % 이하의 상대 습도 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 상대습도는, 다른 예시에서 20% 이상, 25 % 이상 또는 30 % 이상일 수 있다. 하나의 예시에서 본 출원의 금속폼의 제조 방법의 각 공정에서는 공정 습도 분위기가 별도로 조절되지 않을 수 있다. 즉, 상기한 범위의 습도 분위기는 본 출원의 방법에서, 발포 시 고습의 분위기를 조성하는 별도의 장치가 사용되지 않아서 형성되는 것일 수 있다.

본 출원에서 상기 금속폼 전구체는, 금속 분말, 수성 용매, 유기 용제 및 계면활성제를 적어도 포함하는 슬러리를 사용하여 형성할 수 있다.

금속 분말의 구체적인 종류는, 목적에 따라 정해지는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니다. 금속 분말로는, 예를 들면, 구리 분말, 몰리브덴 분말, 철 분말, 니켈 분말, 코발트 분말, 은 분말, 백금 분말, 금 분말, 알루미늄 분말, 크롬 분말, 인듐 분말, 주석 분말, 마그네슘 분말, 인 분말, 아연 분말 및 망간 분말로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 분말, 상기 중 2종 이상이 혼합된 금속 분말 또는 상기 금속 중 2종 이상의 금속의 합금의 분말 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

금속 분말(Metal Powder)의 크기도 목적하는 기공률이나 기공 크기 등을 고려하여 선택되는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 상기 금속 분말의 평균 입경은, 약 0.1㎛ 내지 약 200㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 0.5㎛ 이상, 약 1㎛ 이상, 약 2㎛ 이상, 약 3㎛ 이상, 약 4㎛ 이상, 약 5㎛ 이상, 약 6㎛ 이상, 약 7㎛ 이상 또는 약 8㎛ 이상일 수 있다. 상기 평균 입경은 다른 예시에서 약 150㎛ 이하, 100㎛ 이하, 90㎛ 이하, 80㎛ 이하, 70㎛ 이하, 60㎛ 이하, 50㎛ 이하, 40㎛ 이하, 30㎛ 이하 또는 20㎛ 이하일 수 있다. 금속 분말로는 서로 평균 입경이 상이한 금속 분말의 혼합을 적용할 수도 있다. 상기 평균 입경은, 목적하는 금속폼의 형태, 예를 들면, 금속폼의 두께나 기공률 등을 고려하여 적절한 범위를 선택할 수 있다. 본 명세서에서 금속 분말의 평균 입경은, 공지의 입도 분석 방식에 의해 구해질 수 있고, 예를 들면, 상기 평균 입경은, 소위 D50 입경일 수 있다.

금속 분말의 형태도 목적하는 기공률이나 기공 크기 등을 고려하여 선택되는 것으로서, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 상기 금속 분말은 수지상(dentritic)의 금속 분말일 수 있다.

슬러리 내에서 금속 성분(금속 분말)의 비율은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 점도나 공정 효율 등을 고려하여 선택될 수 있다. 일 예시에서 슬러리 내에서의 금속 성분의 비율은 중량을 기준으로 0.5 내지 95 % 정도일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 1% 이상, 약 1.5% 이상, 약 2% 이상, 약 2.5% 이상, 약 3% 이상, 약 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상이거나, 약 90% 이하, 약 85% 이하, 약 80% 이하, 약 75% 이하, 약 70% 이하, 약 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 10% 이하 또는 5% 이하 정도일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

상기 금속폼 전구체를 형성하는 슬러리는, 금속 분말과 수성 용매와 유기 용매 및 계면활성제를 포함한다.

슬러리 내에서 상기 수성 용매, 유기 용제 및 계면활성제의 비율 및 종류를 조절하게 되면, 금속폼 전구체 내에서 미세 에멀젼이 형성되고, 이러한 에멀젼은 금속폼의 기공 특성을 결정할 수 있다. 필요한 경우에 상기 금속폼 전구체는 발포 공정을 거칠 수도 있다. 예를 들어, 상기 유기 용제 및 수성 용매간의 증기압의 차이로 인해서 보다 큰 증기압을 가지는 성분이 발포 과정에서 기화되면서 금속폼의 기공 특성을 제어할 수 있다.

상기에서 수성 용매로는, 물 또는 기타 극성 용매를 적용할 수 있으며, 대표적으로는 물이 적용될 수 있다. 이러한 수성 용매는 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 60 중량부 내지 140 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 수성 용매의 비율은 다른 예시에서 70 중량부 이상 또는 80 중량부 이상일 수 있고, 130 중량부 이하, 또는 120 중량부 이하일 수도 있다.

유기 용제로는, 적절한 종류가 선택될 수 있다. 예를 들면, 유기 용제로서, 상기 수성 용매 및 후술하는 계면활성제의 작용을 통해 에멀젼을 형성할 수 있고, 적절한 증기압을 가져서 기화에 의해 발포 공정을 진행시킬 수 있는 것이 선택될 수 있다. 이러한 유기 용제로는, 예를 들면, 탄화수소계 유기 용제를 적용할 수 있다. 상기 탄화수소계 유기 용제로는, 탄소수 4 내지 12의 유기 용제가 적용될 수 있으며, 구체적인 예로는 n-펜탄, 네오펜탄, 헥산, 시클로헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄, 옥탄, 톨루엔, 벤젠, 이소프로필에테르 등이 적용될 수 있다. 이러한 유기 용제는 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 5 중량부 이하의 비율로 포함될 수 있다. 적절하게는 유기 용제의 비율은 금속 분말 100 중량부 대비 대략 4.5 중량부 이하, 4 중량부 이하, 3.5 중량부 이하, 3 중량부 이하, 2.5 중량부 이하, 2 중량부 이하, 1.5 중량부 이하, 1 중량부 이하 또는 0.9 중량부 이하의 비율로 포함될 수 있다. 특히 본 출원의 제조 방법상 유기 용제의 비율은 상기 범위에서 가급적 적은 것이 금속폼의 물성을 고려하여 적절할 수 있다. 상기 비율은, 일 예시에서 금속 분말 100 중량부 대비 0.01 중량부 이상, 0.05 중량부 이상, 0.1 중량부 이상, 0.15 중량부 이상, 0.2 중량부 이상, 0.25 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.35 중량부 이상, 0.4 중량부 이상, 0.45 중량부 이상, 0.5 중량부 이상, 0.55 중량부 이상, 0.6 중량부 이상, 0.65 중량부 이상 또는 0.7 중량부 이상일 수 있다.

금속폼 전구체 내에서의 적절한 미세 에멀젼을 형성 및/또는 전술한 기화의 적합한 조절을 위해서 계면활성제가 포함될 수 있다.

계면활성제는, 적용된 수성 용매 및 유기 용제를 고려하여 상기 에멀젼을 형성할 수 있도록 선택되는 것이라면 특별한 제한 없이 다양한 종류가 사용될 수 있다.

예를 들면, 계면활성제로는, 양쪽성 계면활성제, 비이온 계면활성제 및 음이온 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 상기 중에서 2종 이상의 혼합물을 적용할 수 있다. 경우에 따라서는 양쪽성 계면활성제, 비이온 계면활성제 및 음이온 계면활성제 중에서 어느 한 종류의 계면활성제가 사용되는 경우에도 그 한 종류 내에서 서로 다른 구조의 2 이상의 계면활성제의 혼합이 적용될 수도 있다.

음이온 계면활성제는, 공지된 바와 같이 계면 활성을 나타내는 부분이 음이온인 경우를 의미할 수 있다. 음이온 계면활성제로는, 예를 들면, 카복실레이트(carboxylate) 계면활성제, 설페이트(sulfate) 계면활성제, 이세티오네이트(isethionate) 계면활성제, 설포석시네이트(sulfosuccinate) 계면활성제, 타우레이트(taurate) 계면활성제 및/또는 글루타메이트(glutamate) 계면활성제가 적용될 수 있다.

상기에서 카복실레이트 계면활성제로는, 지방산계 계면활성제로서, 지방산과 알칼리 금속염의 비누화 반응에 의해 생성되는 계면활성제가 적용될 수 있다. 이 경우, 기포 안정성의 확보를 위해서 탄소수 12 내지 22개의 지방산이 적용된 계면활성제가 적절할 수 있다. 이러한 지방산의 예로는 라우릭산, 미리스틱산, 팔미틱산, 올레인산, 리놀레익산, 스테아린산 및/또는 베헤닉산 등이 예시될 수 있다. 상기 알칼리 금속염으로는 수산화 칼륨이나, 수산화 나트륨 등이 적용될 수 있고, 균일한 폼 형성을 위해서 pH 영역이 6 내지 12 정도가 되도록 상기 알칼리 금속염의 비율이 조절될 수 있다.

상기에서 설페이트(sulfate) 계면활성제로는 탄소수 8 내지 20의 알킬 설페이트염이나, 에틸렌옥시드의 부가 몰수가 2 내지 30의 범위 내이며, 탄소수 10 내지 40의 알킬에테르설페이트염 등이 적용될 수 있고, 이세티오네이트(isethionate) 계면활성제로는, 탄소수 10 내지 20의 알킬기를 포함하는 알킬 이세티오네이트염 등이 적용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

비이온 계면활성제는, 공지된 바와 같이 이온으로 분리되지 않는 계면활성제를 의미할 수 있다. 비이온 계면활성제로는, 알킬 폴리글리코사이드계 계면활성제, 지방산 알카놀 아마이드계 계면활성제, 아민옥사이드계 계면활성제, 에틸렌옥사이드 부가 고급 알코올계 계면활성제, 및/또는 에틸렌옥사이드가 부가된 오일계 계면활성제(ex. Ethoxylated castor oil 등) 등이 적용될 수 있다.

양쪽성 계면활성제는, 음이온 부위와 양이온 부위를 동시에 가지는 계면활성제이며, 예를 들면, 베타인계 또는 설테인계 계면활성제가 적용될 수 있다. 베타인계로는 코카미도프로필 베타인, 라우라미도프로필 베타인, 코코베타인 또는 라우릴 베타인 등이 예시될 수 있고, 설테인계로는, 라우릴하이드록시설테인, 라우라미도프로필하이드록시 설테인, 코카미도프로필하이드록시 설테인 및/또는 코코 설테인 등이 예시될 수 있다.

계면활성제는, 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 1 내지 15 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 1.05 중량부 이상, 1.1 중량부 이상, 1.15 중량부 이상, 1.2 중량부 이상, 또는 1.25 중량부 이상일 수 있고, 14.5 중량부 이하, 14 중량부 이하, 13.5 중량부 이하, 13 중량부 이하, 또는 12.5 중량부 이하 정도일 수 있다. 슬러리는, 상기 성분 외에도 필요한 성분을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 슬러리는 바인더를 추가로 포함할 수 있다.

바인더로는, 특별한 제한 없이, 예를 들면, 수용성을 가지는 바인더나, 슬러리의 제조 시에 적용된 금속 성분, 수성 용매, 유기 용제 및/또는 계면활성제 등의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 바인더로는, 메틸 셀룰로오스 또는 에틸 셀룰로오스 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 가지는 알킬 셀룰로오스, 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬렌 단위를 가지는 폴리알킬렌 카보네이트 또는 폴리비닐알코올 또는 폴리비닐아세테이트 등의 폴리비닐알코올계 바인더 (이하, 폴리비닐알코올 화합물로 호칭할 수 있다.) 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

바인더는, 슬러리 내에서 금속 분말 100 중량부 대비 10 내지 20 중량부의 비율로 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 10.5 중량부 이상, 11 중량부 이상, 11.5 중량부 이상, 12 중량부 이상, 또는 12.5 중량부 이상이거나, 19 중량부 이하, 18 중량부 이하, 17 중량부 이하, 16 중량부 이하, 15 중량부 이하, 14 중량부 이하, 13 중량부 이하일 수 있다. 이러한 비율 하에서 목적하는 기공 특성의 금속폼을 효과적으로 제조할 수 있다.

본 출원의 경우, 금속폼의 제조 과정에서 사용되는 슬러리는, 가소제로서 작용하는 성분을 실질적으로 포함하지 않을 수 있다. 본 출원의 슬러리가 어떤 성분을 실질적으로 포함하지 않는다는 것은, 해당 성분의 비율이 상기 금속 분말 100 중량부 대비 1 중량부 이하, 0.5 중량부 이하, 0.1 중량부 이하, 0.05 중량부 이하 또는 0.01 중량부 이하이거나, 혹은 실질적으로 0 중량부인 경우이다.

통상적으로 발포법에 적용되는 슬러리는 발포 과정에서의 결점 방지 등의 방지를 위해 가소제를 적용하는데, 본 출원에서는 이러한 가소제의 적용 없이 공정을 진행하여 우수한 특성의 금속폼을 형성할 수 있다. 통상 금속폼 제조 과정에서 사용되는 가소제는 에틸렌글리콜과 같은 다가 알코올, 트리스(2-에틸헥실) 포스페이트와 같은 에테르계 화합물 또는 비스(2-에틸헥실)프탈레이트와 같은 에스테르계 화합물이다. 따라서 본 출원의 슬러리는 상기 다가 알코올, 에테르, 또는 에스테르를 포함하지 않거나, 포함하더라도 상기 범위의 비율로 포함할 수 있다.

다만, 슬러리는 상기 언급한 성분 외에 추가적으로 필요한 공지의 첨가제를 포함할 수도 있다.

상기와 같은 슬러리를 사용하여 상기 금속폼 전구체를 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 금속폼의 제조 분야에서는 금속폼 전구체를 형성하기 위한 다양한 방식이 공지되어 있고, 본 출원에서는 이와 같은 방식이 모두 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 금속폼 전구체는, 적정한 틀(template)에 상기 슬러리를 유지하거나, 혹은 슬러리를 적정한 방식으로 코팅하여 상기 금속폼 전구체를 형성할 수 있다.

본 출원의 하나의 예시에 따라서 필름 또는 시트 형태의 금속폼을 제조하는 경우에는 코팅 공정을 적용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 적절한 기재상에 상기 슬러리를 코팅하여 전구체를 형성한 후에 후술하는 소결 공정을 통해서 목적하는 금속폼을 형성할 수 있다.

이와 같은 금속폼 전구체의 형태는 목적하는 금속폼에 따라 정해지는 것으로 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예시에서 상기 금속폼 전구체는, 필름 또는 시트 형태일 수 있다. 예를 들면, 상기 전구체가 필름 또는 시트 형태일 때에 그 두께는 300㎛ 이하 정도 또는 250㎛ 이하 정도일 수 있다. 이러한 범위로 두께를 제어함으로써, 목적에 따라 적합한 특성의 금속폼의 제조가 가능하다. 상기 두께는 다른 예시에서 약 50㎛ 이상 정도, 70㎛ 이상 정도, 90㎛ 이상 정도, 110㎛ 이상 정도, 130㎛ 이상 정도 또는 150㎛ 이상 정도로 제어될 수 있다.

상기 금속폼 전구체의 형성 과정에서, 수행되는 발포 공정에 의해서 미세 에멀젼이 기화되면서 발포가 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 발포 공정은, 성형된 슬러리를 약 20°C 내지 100°C의 범위 내의 온도에서 적정 시간 동안 유지하여 수행할 수 있다. 상기 온도는 다른 예시에서 약 25°C 이상, 30°C 이상, 35°C 이상 또는 40°C 이상이거나, 95°C 이하, 90°C 이하, 85°C 이하, 80°C 이하, 75°C 이하, 70°C 이하, 65°C 이하, 60°C 이하 또는 55°C 이하 정도일 수도 있다. 상기 발포공정의 유지 시간은 목적하는 발포 정도를 고려하여 선택될 수 있으며, 대략 1분 내지 1 시간의 범위 내일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 금속폼 전구체의 형성 과정에서는 적절한 건조 공정이 수행될 수도 있다. 예를 들면, 상기 발포 공정 후에 일정 시간 건조하여 금속폼 전구체가 형성될 수도 있다. 상기 건조의 조건은 특별한 제한이 없으며, 예를 들면, 슬러리 내에 포함된 용매가 목적 수준으로 제거될 수 있는 수준에서 제어될 수 있다. 예를 들면, 상기 건조는, 발포된 슬러리를 약 50°C 내지 250°C, 약 70°C 내지 180°C 또는 약 90°C 내지 150°C의 범위 내의 온도에서 적정 시간 동안 유지하여 수행할 수 있다. 건조 시간도 적정 범위에서 선택될 수 있다.

상기와 같은 방식으로 형성된 금속폼 전구체를 소결하여 금속폼을 제조할 수 있다. 이러한 경우에 상기 금속폼을 제조하기 위한 소결을 수행하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 소결법을 적용할 수 있다. 즉, 적절한 방식으로 상기 금속폼 전구체에 적정한 양의 열을 인가하는 방식으로 상기 소결을 진행할 수 있다.

이 경우 소결의 조건은 적용된 금속폼 전구체의 상태, 예를 들면, 금속 분말의 종류, 수성 용매, 유기 용제 및/또는 계면활성제의 양이나 종류 등을 고려하여, 금속 분말이 연결되어 다공성 구조체가 형성되도록 제어될 수 있고, 구체적인 조건은 특별히 제한되지 않는다.

예를 들면, 상기 소결은, 상기 전구체를 약 500°C 내지 2000°C의 범위 내, 700°C 내지 1500°C의 범위 내 또는 800°C 내지 1200°C의 범위 내의 온도에서 유지하여 수행할 수 있고, 그 유지 시간도 임의적으로 선택될 수 있다. 상기 유지 시간은 일 예시에서 약 1분 내지 10 시간 정도의 범위 내일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 출원에 따라 제조된 금속폼은 다공성의 금속 구조체가 필요한 다양한 용도에서 활용될 수 있다. 특히, 본 출원에 따르면, 다양한 용도에 활용될 수 있고, 기계적 강도가 우수하며, 얇은 필름 또는 시트 형태의 금속폼을, 빠르고 쉽게 제조할 수 있어서, 그 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 출원에서는 목적하는 특성을 가지는 금속폼을 간단하고 효과적으로 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.

도 1 내지 4는 각각 실시예 1 내지 4의 금속폼의 사진이다.
도 5 내지 6은 각각 비교예 1 내지 2의 금속폼의 사진이다.
도 7는 비교예 2에서 제조된 금속폼 표면을 주사 전자 현미경(SEM, scanning electron microscope)으로 촬영한 사진이다.

이하 본 출원에 대해서 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다. 하지만, 하기 실시예는 본 출원의 하나의 예시를 보다 구체적으로 설명한 것이고, 본 출원의 내용을 제한하는 것은 아니다.

실시예 1.

수성 용매로서 물 7 g, 바인더로서 메틸 셀룰로오스 및 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 각각 0.33 g 및 0.67g, 계면활성제로서 시판되는 양쪽성 계면활성제 0.4 g, 가소제로서 에틸렌글리콜 0.3 g 및 유기 용제로서 n-헥산 0.1 g이 혼합된 혼합물에, 구리 분말 8 g을 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 구리 분말로는 평균 입경(D50 입경)이 장축 방향으로 약 60 ㎛ 정도인 수지상(dentrite)의 구리 분말(Makin metal powder社, Dentritic copper powder)을 적용하였다. 상기 슬러리를 필름 형태로 코팅하여 두께 약 100 ㎛의 금속폼 전구체를 형성하였다. 상기 금속폼 전구체를 35℃의 온도 및 35% 의 상대 습도를 유지하는 오븐에서 약 1분간 유지하여 발포하였다. 상기 발포된 금속폼 전구체를 100℃의 온도를 유지하는 오븐에서 건조 처리하였다. 이어서, 상기 건조된 금속폼 전구체를 1000℃의 온도의 환원 분위기에서 소결하여, 필름 형태의 금속폼을 제조하였다. 도 1은 실시예 1에서 제조된 금속폼의 사진이다. 도 1에 따르면, 얇은 두께를 가지고, 표면 크랙(crack)이 관찰되지 않는 금속폼을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

실시예 2

수성 용매로서 물 7 g, 바인더로서 메틸 셀룰로오스 및 히드록시프로필 메틸셀룰로오스를 각각 0.33 g 및 0.67 g, 계면 활성제로서 시판되는 양쪽성 계면활성제 0.4g, 가소제로서 에틸렌글리콜 0.3 g, 및 유기 용제로서 n-헥산 0.1g이 혼합된 혼합물에, 구리 분말 8 g을 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 구리 분말로는 평균 입경(D50 입경)이 장축 방향으로 약 60 ㎛ 정도인 수지상의 구리 분말(Makin metal powder社, Dentritic copper powder)을 적용하였다. 상기 슬러리를 필름 형태로 코팅하여 두께 약 300 ㎛의 금속폼 전구체를 형성하였다. 상기 금속폼 전구체를 35℃의 온도 및 35%의 상대습도를 유지하는 오븐에서 약 1분간 발포하였다. 상기 발포된 금속폼 전구체를 100℃의 온도를 유지하는 오븐에서 건조 처리하였다. 이어서, 상기 건조된 금속폼 전구체를 1000℃의 온도를 유지하는 오븐에서 소결하여 금속폼을 제조하였다. 도 2는 실시예 2에서 제조된 금속폼의 사진이다. 도 2에 따르면, 실시예 1과 마찬가지로, 얇은 두께를 가지고, 표면 크랙(crack)이 관찰되지 않는 금속폼을, 비습식 방법으로 제조할 수 있음을 알 수 있다.

실시예 3

수성 용매로서 물 7 g, 바인더로서 메틸 셀룰로오스 및 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 각각 0.33 g 및 0.67 g, 계면 활성제로서 시판되는 양쪽성 계면활성제 0.4g 및 유기 용제로서 n-헥산 0.06 g이 혼합된 혼합물에, 구리 분말 8 g을 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 구리 분말로는 평균 입경(D50 입경)이 장축 방향으로 약 60 ㎛ 정도인 수지상의 구리 분말(Makin metal powder社, Dentritic copper powder)을 적용하였다. 상기 슬러리를 필름 형태로 코팅하여 두께 약 175 ㎛의 금속폼 전구체를 형성하였다. 상기 금속폼 전구체를 35℃의 온도 및 35 %의 상대습도를 유지하는 오븐에서 약 1분간 발포하였다. 상기 발포된 금속폼 전구체를 100℃의 온도를 유지하는 오븐에서 건조 처리하였다. 이어서, 상기 건조된 금속폼 전구체를 1000℃의 온도를 유지하는 오븐에서 소결하였다. 소결된 금속폼 전구체를 세척하여, 필름 형태의 금속폼을 제조하였다. 도 3은 실시예 3에서 제조된 금속폼의 사진이다. 도 3에 따르면, 표면에 균열이 없고, 얇은 두께를 가지는 금속폼을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

실시예 4

수성 용매로서 물 7 g, 바인더로서 메틸 셀룰로오스 및 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 각각 0.33 g 및 0.67 g, 계면 활성제로서 시판되는 양쪽성 계면활성제 0.4g 및 유기 용제로서 n-헥산 0.06 g이 혼합된 혼합물에, 구리 분말 8 g을 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 구리 분말로는 평균 입경(D50 입경)이 장축 방향으로 약 60 ㎛ 정도인 수지상의 구리 분말(Makin metal powder社, Dentritic copper powder)을 적용하였다. 상기 슬러리를 필름 형태로 코팅하여 두께 약 225 ㎛의 금속폼 전구체를 형성하였다. 상기 금속폼 전구체를 35℃의 온도 및 35 %의 상대습도를 유지하는 오븐에서 약 1분간 발포하였다. 상기 발포된 금속폼 전구체를 100℃의 온도를 유지하는 오븐에서 건조 처리하였다. 이어서, 상기 건조된 금속폼 전구체를 1000℃의 온도를 유지하는 오븐에서 소결하였다. 도 4에 따르면, 표면에 균열이 없고, 얇은 두께를 가지는 금속폼을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

비교예 1

수성 용매로서 물 7 g, 바인더로서 메틸 셀룰로오스 및 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 각각 0.33 g 및 0.67 g, 계면 활성제로서 시판되는 양쪽성 계면활성제 0.4g 및 유기 용제로서 n-헥산 0.06 g이 혼합된 혼합물에, 구리 분말 8 g을 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 구리 분말로는 평균 입경(D50 입경)이 장축 방향으로 약 60 ㎛ 정도인 수지상의 구리 분말(Makin metal powder社, Dentritic copper powder)을 적용하였다. 상기 슬러리를 필름 형태로 코팅하여 두께 약 800 ㎛의 금속폼 전구체를 형성하였다. 상기 금속폼 전구체를 35℃의 온도 및 35%의 상대습도를 유지하는 오븐에서 약 1분간 발포하였다. 발포 후, 상기 발포된 금속폼 전구체를 100℃의 온도를 유지하는 오븐에서 건조 처리하였다. 이어서, 상기 건조된 금속폼 전구체를 1000℃의 온도를 유지하는 오븐에서 소결하였다. 소결된 금속폼 전구체를 세척하여, 필름 형태의 금속폼을 제조하였다. 도 5는 비교예 1에서 제조된 금속폼의 사진이다. 도 5에 따르면, 슬러리 코팅 시의 두께가 본 출원에 따른 범위를 벗어나는 경우, 본 출원의 방법을 통해 금속폼을 제조 시, 표면에 균열이 발생하는 것을 알 수 있다.

비교예 2

수성 용매로서 물 7 g, 바인더로서 메틸 셀룰로오스 및 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 각각 0.33 g 및 0.67 g, 계면 활성제로서 시판되는 양쪽성 계면활성제 0.4g 및 유기 용제로서 n-헥산 0.1 g이 혼합된 혼합물에, 구리 분말 8 g을 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 구리 분말로는 평균 입경(D50 입경)이 장축 방향으로 약 60 ㎛ 정도인 수지상의 구리 분말(Makin metal powder社, Dentritic copper powder)을 적용하였다. 상기 슬러리를 필름 형태로 코팅하여 두께 약 400 ㎛의 금속폼 전구체를 형성하였다. 상기 금속폼 전구체를 35℃의 온도 및 35%의 상대습도를 유지하는 오븐에서 약 1분간 발포하였다. 상기 발포된 금속폼 전구체를 100℃의 온도를 유지하는 오븐에서 건조 처리하였다. 이어서, 상기 건조된 금속폼 전구체를 1000℃의 온도를 유지하는 오븐에서 소결하였다. 소결된 금속폼 전구체를 세척하여, 필름 형태의 금속폼을 제조하였다. 도 6은 비교예 2에서 제조된 금속폼의 사진이다. 도 6에 따르면, 슬러리 코팅 시의 두께가 본 출원에 따른 범위를 벗어나는 경우, 본 출원의 방법을 통해 금속폼을 제조 시, 표면에 균열이 발생하는 것을 알 수 있다. 도 7은 비교예 2에서 제조된 금속폼의 SEM 사진이다. 도 7에 따르면, 슬러리 코팅 시의 두께가 본 출원에 따른 범위를 벗어나는 경우, 제조된 금속폼 내에서 슬러리가 과발포되어 다수의 기공 결함(defect)이 발생하는 것을 알 수 있다.

Claims (13)

1. 금속 분말, 수성 용매, 유기 용제 및 계면활성제를 포함하는 슬러리로 성형된 두께 300 ㎛ 이하인 필름 형태의 금속폼 전구체를 65% 미만의 상대 습도 분위기에서 발포시키는 단계를 포함하는 금속폼의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 슬러리는 유기 용제를 금속 분말 100 중량부 대비 1 중량부 이하로 포함하는 금속폼의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 슬러리 내에서 다가 알코올, 에테르, 또는 에스테르의 함량이 금속 분말 100 중량부 대비 1 중량부 이하인 금속폼의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 금속 분말은 구리 분말, 인 분말, 몰리브덴 분말, 아연 분말, 망간 분말, 크롬 분말, 인듐 분말, 주석 분말, 은 분말, 백금 분말, 금 분말, 알루미늄 분말 및 마그네슘 분말로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나, 상기 중 2종 이상의 혼합 또는 상기 중 2종 이상의 합금 분말 금속폼의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 계면활성제가 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제 및 음이온성 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 금속폼의 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 계면활성제는 카르복실레이트계 음이온성 계면활성제, 설페이트계 음이온성 계면활성제, 이세티오네이트계 음이온성 계면활성제, 설포석시네이트계 음이온성 계면활성제, 타우레이트계 음이온성 계면활성제, 글루타메이트계 음이온성 계면활성제; 베타인계 양쪽성 계면활성제, 설테인계 양쪽성 계면활성제; 알킬폴리글루코사이드계 비이온성 계면활성제, 지방산 알카놀 아마이드계 비이온성 계면활성제, 아민옥사이드계 비이온성 계면활성제, 에틸렌옥사이드 부가 고급 알코올계 비이온성 계면활성제 및 에틸렌옥사이드 부가 오일계 비이온성 계면활성제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 방열필름의 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서, 계면활성제는 금속 분말 100 중량부 대비 1 내지 15 중량부로 슬러리에 포함되는 금속폼의 제조 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 슬러리는 금속 분말을 30 중량% 이상으로 포함하는 금속폼의 제조 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 바인더를 추가로 포함하는 금속폼의 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 바인더는 알킬 셀룰로오스, 폴리알킬렌 카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리알킬렌 옥시드 또는 폴리비닐 아세테이트인 금속폼의 제조 방법.
11. 제 9 항에 있어서, 슬러리는 바인더를 금속 분말 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 20 중량부로 포함하는 금속폼의 제조 방법.
12. 제 1 항에 있어서, 발포 공정은 금속폼 전구체를 20°C 내지 100°C의 범위 내의 온도에서 유지하여 수행하는 금속폼의 제조 방법.
13. 제 1 항에 있어서, 발포 공정에 이어서 발포된 금속폼 전구체를 소결하는 공정을 추가로 수행하는 금속폼의 제조 방법.

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