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NTIS 바로가기한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.21 no.4, 2014년, pp.266 - 270
최진호 (한국기계연구원 부설 재료연구소 분말) , 정은미 (한국기계연구원 부설 재료연구소 분말) , 박다희 (한국기계연구원 부설 재료연구소 분말) , 양상선 (한국기계연구원 부설 재료연구소 분말) , 한유동 (한국기계연구원 부설 재료연구소 분말) , 윤중열 (한국기계연구원 부설 재료연구소 분말)
Metal foams have a cellular structure consisting of a solid metal containing a large volume fraction of pores. In particular, open, penetrating pores are necessary for industrial applications such as in high temperature filters and as a support for catalysts. In this study, Fe foam with above 90% po...
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핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
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honeycomb 구조의 세라믹 필터의 문제점은? | 산업의 발달에 따라 석유화학 필터, 소각로의 집진장치, 승용차 및 각종 내연기관의 배기가스 정화장치 등에 환경정화용 필터의 사용량이 증가하고 있는데 이러한 환경정화용 필터 소재로 사용되기 위해서는 개기공을 많이 포함하는 높은 기공율과 거대 기공 크기를 갖는 다공성 소재가 요구된다[1-4]. 현재 자동차 정화용 필터의 경우 honeycomb 구조의 세라믹 필터가 많이 사용되고 있으나 반복적인 고온의 배기가스 유입에 따른 배압특성의 저하, 취약한 내열충격성 등의 문제를 내포하고 있어, 최근에는 내열성과 내식성 등이 우수한 금속 소재를 사용하여 배압 특성이 좋은 다공성 금속으로 대체하고자 하는 연구가 이루어지고 있다[5-7]. 환경 정화용 다공성 금속의 주된 제조 방법은 주조 공정을 이용한 미국의 ERG사의 “Duocel”폼으로 개기공을 가지는 폴리머 폼에 뮬라이트, 페놀수지, 탄산칼슘 또는 석고와 같은 열 저항성이 높은 재료를 채운 다음 열처리를 통해 폴리머 폼을 제거한 후, 용융 금속을 주입하여 초기 폴리머 폼과 거의 유사한 금속 구조를 얻는 방식으로 다공성 금속을 제조하고 있다[8-9]. | |
본 논문에서 어떻게 슬러리 코팅 공정을 이용하여 Fe 폼을 제조하였는가? | 슬러리 코팅 공정을 이용하여 Fe 폼을 제조하는 공정도를 그림 1에 나타내었다. 먼저 증류수와 바인더를 38:2의 비율(wt%)로 혼합하여 바인더 용액을 제조한 후 바인더 용액과 분말의 비율(wt%)을 40:60이 되도록 분말을 첨가한후 약 5분동안 교반하여 슬러리를 제조하였다. 이 때 사용된 바인더는 Polyvinyl alcohol(PVA 1500[CH2CH(OH)], Junsei, Japan)이고, 평균입도가 약 106 µm를 갖는 Fe 분말(ASC 100.29, >99.5%, Höganäs, Sweden)과 평균입도 5 µm 이하인 Fe2O3 분말(≥ 99%, < 5 µm, Sigma-Aldrich, America)을이용하였으며, Fe와 Fe2O3 분말의 혼합 비율에 따른 기공 특성 변화를 살펴보기 위하여 Fe와 Fe2O3 분말을 (100:0), (70:30), (50:50), (30:70), (0:100)의 혼합비율(wt%)로 첨가하였다. 제조된 슬러리 속에 폴리우레탄 폼을 함침한 후 롤러(roller) 및 air blowing을 이용하여 과잉으로 코팅되어 폴리우레탄 폼(10 ppi, 에코텍, Korea)의 기공을 막고 있는 슬러리를 제거하고, 80oC에서 3시간 건조를 실시하였다. 바인더와 폴리우레탄 폼의 열분석 결과를 바탕으로[15] 폴리우레탄 폼 및 바인더를 완전히 제거하기 위해 Air 분위기에서 3oC/min로 700oC까지 가열하여 3시간동안 탈지를 실시하였고, 탈지된 시편은 다시 H2 분위기(99.999%, 0.3L/min)에서 1250oC에서 3시간 동안 소결하여 Fe 폼을 제조하였다. 이때 Fe 분말과 Fe2O3 분말의 혼합비율에 따른 슬러리의 점도(LVDV-II+P, Brookfield, America) 및 코팅 횟수에 따른 무게를 측정하였으며, 마이크로 X-ray 컴퓨터 단층 촬영(CT, computed tomography, Skyscan 1272, Bruker, America) 기술을 이용하여 제조된 Fe 폼의 기공 구조를 분석하고 주사전자현미경 (JSM-5800, Jeol, Japan) 과 X선 회절(Cu kα radiation, D-MAX 2200, Rigaku, Japan)을 이용하여 미세 조직과 상 분석을 실시하였다. | |
현재 자동차 정화용 필터는 무엇이 많이 사용되고 있는가? | 산업의 발달에 따라 석유화학 필터, 소각로의 집진장치, 승용차 및 각종 내연기관의 배기가스 정화장치 등에 환경정화용 필터의 사용량이 증가하고 있는데 이러한 환경정화용 필터 소재로 사용되기 위해서는 개기공을 많이 포함하는 높은 기공율과 거대 기공 크기를 갖는 다공성 소재가 요구된다[1-4]. 현재 자동차 정화용 필터의 경우 honeycomb 구조의 세라믹 필터가 많이 사용되고 있으나 반복적인 고온의 배기가스 유입에 따른 배압특성의 저하, 취약한 내열충격성 등의 문제를 내포하고 있어, 최근에는 내열성과 내식성 등이 우수한 금속 소재를 사용하여 배압 특성이 좋은 다공성 금속으로 대체하고자 하는 연구가 이루어지고 있다[5-7]. 환경 정화용 다공성 금속의 주된 제조 방법은 주조 공정을 이용한 미국의 ERG사의 “Duocel”폼으로 개기공을 가지는 폴리머 폼에 뮬라이트, 페놀수지, 탄산칼슘 또는 석고와 같은 열 저항성이 높은 재료를 채운 다음 열처리를 통해 폴리머 폼을 제거한 후, 용융 금속을 주입하여 초기 폴리머 폼과 거의 유사한 금속 구조를 얻는 방식으로 다공성 금속을 제조하고 있다[8-9]. |
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