초록 ▼

1. 과제개발목표
티타늄 분말을 사용하여 신소결 공정 도입에 의한 티타늄 필터 개발
2. 과제개발의 목적 및 중요성
정수용 필터는 현재 주로 활성탄을 여과 필터로 사용하고 있으나, 내압, 내열, 내식성 및 내구성이 요구되는 공장용 정수 필터는 주로 stainless steel fiber를 직조하여 사용하고 있다.
본 과제의 목적은 기존 활성탄 여과 필터에 비해 내식성과 수명이 길고, 금속 fiber 직조 필터에 비해 유해물질 제거 능력이 우수할 것으로 예상되는 티타늄 분말을 이용하여 정수 필터를 제조하려는 것으

1. 과제개발목표
티타늄 분말을 사용하여 신소결 공정 도입에 의한 티타늄 필터 개발
2. 과제개발의 목적 및 중요성
정수용 필터는 현재 주로 활성탄을 여과 필터로 사용하고 있으나, 내압, 내열, 내식성 및 내구성이 요구되는 공장용 정수 필터는 주로 stainless steel fiber를 직조하여 사용하고 있다.
본 과제의 목적은 기존 활성탄 여과 필터에 비해 내식성과 수명이 길고, 금속 fiber 직조 필터에 비해 유해물질 제거 능력이 우수할 것으로 예상되는 티타늄 분말을 이용하여 정수 필터를 제조하려는 것으로, 기존의 필터와 동일한 구조내에 활성탄을 티타늄 필터로 교체하려는 것이다.
티타늄 필터의 경우, 활성탄에 비해 내압, 내열, 내식성과 내구성이 우수하여 기존의 필터 교환 주기를 증가시킬 수 있다. 또한, 기존의 스테인레스 스틸 fiber 직조형 필터에 비해 유해 물질 제거 능력이 우수하면서도 내압, 내열 특성이 우수하기 때문에 대형 plant 및 공장에서의 대형 필터로서 응용 전망이 밝다.
3. 과제개발의 내용 및 범위
1) 티타늄 필터 설계 기술 연구
- 티타늄 필터 pore 크기 제어를 위한 티타늄 분말 조건 설정
- 티타늄 분말의 소결시 상대 밀도 설정
2) 티타늄 분말 제어 소결 기술 연구
- 티타늄 분말의 spark plasma sintering 거동 연구
- 티타늄 분말을 이용한 필터 제조를 위한 소결 조건 연구
3) 티타늄 필터 제조 및 특성 평가
- 티타늄 필터 시제품 제조
- 티타늄 필터 미세조직 평가 연구
- 티타늄 필터의 강도 및 투과성 평가 연구
4. 과제개발 결과
1) 티타늄 필터 설계 기술 연구
티타늄 필터의 pore 크기는 티타늄 분말이 크기가 균일하고, 형상이 구형이라고 가정할때, 분말 크기의 15%임을 알아내었다. 즉, filtering target 크기의 6.67배 정도의 분말을 설정하여야 한다. 티타늄 분말이 완전 조밀 충진된 상태에서 목(neck)이 약간 성장하여 적절한 강도와 pore channel을 가지는 상대 밀도는 74%이다.
2) 티타늄 분말 제어 소결 기술 연구
티타늄 분말의 상대 밀도는 소결 온도가 증가함에 따라 증가하며, 550℃이상에서 분말의 탈착이 일어나지 않는 적절한 강도를 유지하며 650℃까지 필터로서 사용 가능한 높은 open pore 비율을 나타내었다.
3) 티타늄 필터 제조 및 특성 평가
소결 온도 550℃, 650℃에서 직경 10mm, 높이 10mm의 원통형 티타늄 필터 시제품이 제조되었다. 티타늄 필터의 압축 강도는 550℃, 650℃조건 모두 100MPa 이상의 높은 강도를 나타내었으며, Ti-6Al-4V 필터의 강도가 Ti 필터의 강도 보다 약간 낮은 반면 높은 잔류염소 제거율을 나타내었다.
5. 기대효과
티타늄 분말을 이용한 필터는 활성탄에 비해 우수한 내압, 내열, 내식성과 내구성을 가지고 있으며, 기존의 스테인레스 스틸 fiber 직조형 필터에 비해 유해물질 제거 능력이 우수하면서도 내압, 내열 특성이 우수하여 잠재적 시장이 매우 크다.
현재 티타늄을 이용한 정수 필터 개발이 일본과 중국에서 시도되고 있으나, 널리 사용되지 못하고 있으며 활용 범위가 공장용 필터에 한정되어 있는 실정이다. 따라서 기술상의 문제를 조기에 해결하는 경우, 국내 및 해외 시장에서 독점적인 기술력을 확보할 수 있으므로 향후 발전 가능성이 막대할 것으로 기대된다.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...3
• 요약서(초록) ...4
• 목차 ...6
• 제 1 장 서론...7
• 제 2 장 연구개발 수행 내용 및 결과...9
• 제 1 절 티타늄 필터 설계...9
• 1. 티타늄 필터 Pore 크기 제어를 위한 티타늄 분말 조건 설정...9
• 2. 티타늄 분말의 소결시 상대 밀도 설정...9
• 3. 티타늄 필터 제조용 Ti 및 Ti-6Al-4V 합금 분말의 특성 분석...9
• 제 2 절 티타늄 분말의 소결 기술 연구...16
• 1. Spark Plasma Sintering 공정...16
• 2. 티타늄 분말을 이용한 필터 제작를 위한 소결 조건...17
• 제 3 절 티타늄 필터 제조 특성 평가...21
• 1. 티타늄 필터 시제품 제조...21
• 2. 티타늄 필터의 상대밀도 및 미세조직 평가...21
• 가. 티타늄 필터의 상대 밀도...21
• 나. 티타늄 필터의 미세조직...21
• 다. 티타늄 필터의 소결 온도에 따른 Open Pore의 비율...25
• 3. 티타늄 필터의 압축 강도...25
• 4. 티타늄 필터의 잔류 염소 흡착능력 평가...26
• 제 3 장 결론...31
• 제 4 장 기대 효과...32
• 제 5 장 참고문헌...33