초록 ▼

□ 최종목표
1. 100nm급 초경합금 환봉소재 제조공정 및 고품위 초경엔드밀 개발
2. 초경스크랩을 원료로 한 200nm급 복합 초경분말 재자원화 기술 개발
3. 0.5㎛급 초미립 PCD 소재 및 PCD공구 개발

□ 개발내용 및 결과
1. 100nm급 초경합금 환봉소재 제조공정 및 고품위 초경엔드밀 개발
가. 화학적 공정 이용 100nm급 초경 분말 합성 공정 개발
1) 액상 반응 이용 나노급 (W, Co) 복합 분말 전구체 제조
2) 복합 산화물 전구체 분말의 화학적 안정화 처리

□ 최종목표
1. 100nm급 초경합금 환봉소재 제조공정 및 고품위 초경엔드밀 개발
2. 초경스크랩을 원료로 한 200nm급 복합 초경분말 재자원화 기술 개발
3. 0.5㎛급 초미립 PCD 소재 및 PCD공구 개발

□ 개발내용 및 결과
1. 100nm급 초경합금 환봉소재 제조공정 및 고품위 초경엔드밀 개발
가. 화학적 공정 이용 100nm급 초경 분말 합성 공정 개발
1) 액상 반응 이용 나노급 (W, Co) 복합 분말 전구체 제조
2) 복합 산화물 전구체 분말의 화학적 안정화 처리 공정 개발
3) 공정 scale-up 기술 개발
가) 액상 공정 기반 분무 건조 공정 : 70kg/day급,
나) 염 제거, 화학적 안정화 설비 설계, 구축 : 13kg/day급
나. 연속 침탄 공정에 의한 나노급 WC/Co 분말 합성
1) 산화물 직접 침탄 공정에 의한 nano.-WC/Co분말 합성 :
(W, Co)Ox → nano. WC/Co
2) WC 입자 크기 : 83 nm급
다. 응용 가능 분야
1) 고경도 & 고인성 동시 향상 기대 → sharp edge 초경 제품 적용 가능
2) 초정밀 공구, knife등 절단, 절삭 공구, 정밀 내마모 부품 등
라. 분산 공정 안정화
1) 미립 분말의 응집현상을 제어하기 위하여 분산 공정 안정화(소형 볼 사용)
마. 소결 공정 개선을 통한 소결 조직 안정화
1) 최종 소결온도 55℃ Down, 냉각 시간 증가
사. 100nm급 WC분말을 활용한 초경환봉 제조
1) 초미립 분말의 분산성 최적화
2) 비정상 입자성장 억제를 위한 바인더 최적화 및 소결 공정 안정화
가) 초미립 분말의 분산성 최적화 및 비정상 입자 성작 억제기술 개발
나) 경도 2,008HV30 / 항절력 4,647MPa / 소결입자크기 0.24㎛
아. R부 정도 ±0.002mm 이내의 고정도 볼엔드밀 제조공정 기술 개발
1) 자루부 정도 향상 연삭기술 개발
2) 연삭프로그램 개선 및 연삭 숫돌 개선
3) 정유시스템 신규 도입
자. 피삭재(Al7075) 표면조도 향상을 위한 스퀘어엔드밀(ⵁ8) 제조
1) 자루부 정도 및 날부 정도 향상을 위한 연삭기술 개발
2) 인선부 미세치핑 최소화를 위한 연삭기술 개발
차. 선진사 대비 동등 이상의 수명을 가지는 고정도 볼엔드밀(R1) 제조
1) 형상최적화를 통한 고경도용 볼엔드밀 개발
2) 호닝기술 개발로 코팅 밀착력 향상 및 공구수명 향상
3) 내마모성 내열성이 우수한 고경도용 코팅개발

2. 초경스크랩을 원료로 한 200nm급 복합 초경분말 재자원화 및 제품화 기술개발
가. 스크랩 분리 정제 기술
1) 기존 공정
가) 고온, 고압을 사용한 W의 분해 공정 사용 : 공정비용 과다, 대기 환경오염 증대
나) 아연법등 기존 hard 스크랩 공정 : 스크랩 취득 원가 높음. 낮은 제품 품질
→ 사업화 어려움
2) 개발 공정
가) 마이크로 국부 반응 공정을 이용한 텅스텐 용해 반응
나) 국부적인 물질 분해 반응 분위기 형성
다) 용액을 통한 불순물 정제, 분리 가능하며, bottom up공정을 적용한 입자 미립화에 유리
라) 장점 : 스크랩 취득 비용이 낮고, 높은 물성 기대 : 200nm급 WC 분말 합성 가능
나. 입자 상 제어 및 입자 크기 제어
1) 중산 상 형성 회수 단계에서 입자 성장 제어 : 입자의 성장 제어 & 반응 제어동시 진행
2) 열 반응 공정 제어 : 환원/침탄 온도 제어 → WC 입자 크기 : < 200nm
다. 혼합 공정 개선을 통한 카본 편차 안정화
1) 기존 습식 공정에서 건식 공정으로 변경을 통한 카본 편차 안정화
2) 동일 시간 생산성 250% 향상
라. 합성 분말의 분쇄 분산 기술 개발
1) 응집 분말의 분쇄 분산 기술 적용을 통한 입자 Size 감소
2) 소형 볼 사용을 통한 소재 물성 향상(분산도 향상)
마. 전처리 및 산화 공정 안정화
바. 습식혼합 공정에서 건식혼합 공정으로 변경을 통한 카본 편차 안정화
사 . 환원/침탄 공정 안정화 및 분쇄 분산을 통한 미립 WC/Co 복합 분말 제조
아. 소재 제조 기술 개발
1) Hard 스크랩 생산량 681kg / 분말 입도 0.184㎛
2) 탄소량 편차 ±0.1% / 초경합금 소재 밀도 100%
3) 경도 1,706HV30 / 항절력 4,217MPa

3. 초미립 PCD 소재 및 PCD 인서트 공구 개발
가. 미립 다이아몬드 분말 제조 기술 개발
1) 강도 및 불순물 함량 고려한 파쇄 원료 선정
2) 분급 공정 개발을 통한 3㎛ 이하 분말 입자 크기 제어
나. 다이아몬드 표면 불순물 제거 기술 개발
1) 산처리 및 열처리 공정을 통한 다이아몬드 표면 불순물 제거
2) 불순물 함량이 다른 PCD 제조 및 내부성능평가 진행
3) 불순물 함량 감소에 따라 내마모성 향상 경향 확인
다. 초미립 다이아몬드 PCD 최적 조성 설계
1) Co binder 함량이 다른 PCD 소재 제조 및 소결 후 크랙 발생 수준 확인
2) 초미립 PCD 소결에 필요한 최적 Co binder 함량 도출
라. 초미립 PCD 소결 시간 및 온도 조건 설계
1) 초미립 PCD 소결 필요 시간 확인을 위한 시간 변경 소재 제조
2) 초음파 분석을 통해 소결 시간에 따른 PCD 소결체의 소결 상태 확인
마. 미세조직 균일성 확보 위한 혼합 공정 개발
1) Co binder 입자 미세화를 통한 미세조직 개선 확인
2) 액상 환원 혼합 공정 개발을 통한 Co nano화 기술 및 미세조직 균일성 확보
3) 고상 환원 혼합 공정 개발을 통한 미세조직 균일성 확보 및 생산성 향상
바. 비정상 입자성장 제어 기술 개발
1) 소결 온도 및 시간 조건 재정립을 통한 저온 소결 비정상 입자성장 제어 기술 개발
2) 고온 소결 조건 하 비정상 입자성장 제어 기술 개발
사. 소결 압력 향상 기술 개발
1) 셀 밀도를 증가시킨 PCD 소재 제조 및 내부성능평가 진행
2) 셀 밀도 증가에 따라 내마모성 향상 경향 확인
아. PCD 소재 정량적 분석 방법 도출
1) Raman spectroscopy, Nano-indentor를 통한 초미립 PCD 소재 정량 분석 진행
2) 다이아몬드 입자 크기가 큰 PCD 소재일수록 다이아몬드 peak indensity 및 vickers hardness 높음
3) 향후 동일한 입자 크기 PCD 간 정량적 비교 가능할 것으로 예상
자. 내부성능 평가를 통한 소재 성능 검증
1) A390(Si 17% Al 합금) 터닝, 밀링 내부성능 평가 진행
2) 2, 3, 4차년도 개발품 터닝 평가 결과 4차년도 개발품 가장 우수
3) 4차년도 개발품, 경쟁사 제품(S社, E社) 터닝 평가 결과 일진 개발품 가장 우수
4) 4차년도 개발품, 경쟁사 제품(E社) 밀링 평가 결과 동등 수준
(0.5㎛급 초미립 PCD소재, ∅60급 직경 PCD원판 소재 개발)
차. 다양한 형상의 PCD face milling tool 설계
1) 카트리지 타입 형상
2) 인서트 타입 형상
카. 공정별 PCD 가공 기술 개발
1) PCD 모재 커팅 : LASER full cutting
2) 황삭 : EDG
3) 정삭 : Grinding
4) 3D 형상 가공 : LASER ablation
타. PCD tip 브레이징 기술
1) PCD tip 형상과 초경 블랭크 간의 효과적인 접합 기술
파. 기능성을 부여한 PCD tool 개발
1) wiper type PCD tool
2) chip breaker type PCD tool
3) Negative Land type PCD tool
하. 정량적목표를 달성한 PCD tool 개발
1) 연삭면조도 0.071Ra(㎛), 절삭속도 2,500m/min, 공수수명 2km

□ 기술개발 배경
1. 초정밀 곡면가공 및 난삭재 가공을 위해서는 기존보다 매우 미세한 WC 분말입자를 사용한 초경합금 및 공구개발이 필요
2. 희소금속인 W, Co, Ni 등의 재자원화로 W의 수급 불안정 해소와 초경 원료의 안정적 수급, 초경합금의 고도 활용 및 현재 전량이 국외로 유출되는 초경합금 폐초경 스크랩의 재활용 기술개발이 필요
3. 자동차, 항공, 전자 산업의 경량화 추세에 따른 비철금속 수요증가와 선삭, 밀링, 드릴링 등의 영역에서 초미립 PCD 수요 확대

□ 핵심개발 기술의 의의
1. 100nm급 초경합금 환봉소재 제조공정 및 고품위 초경엔드밀 개발
가. 경도, 인성, 항절력 등의 기계적 특성이 우수한 nm급 초경합금의 상용화 기술을 개발하고, 이를 활용하여 고속·정밀가공용 초경엔드밀 공구 제조기술 개발
나. 외산 소재의 의존도가 높은 국내 초경 공구 시장의 원재료 국산화
다. 개발난이도 최상의 초미립(100nm) WC 분말을 이용한 초경환봉 제조 기술확보
라. 고경도 및 고성능 엔드밀의 수입품 비중을 낮추고 국내 점유율을 확보함으로 절삭공구의 국내 생산 제품 품질 경쟁력 확보
마. AL합금 및 비철 가공시 고품위의 표면을 요구하는 고객 요구사항 만족
2. 초경스크랩의 재자원화 기술 개발
가. 원료고갈에 대비한 유효 자원의 확보와 비용 절감을 통해 초경 재활용화 사업의 활성화
나. 초경합금 스크랩 상용화의 한계성을 극복하여 스크랩 고도 활용 기반을 확대
다. 국내 초경합금 제품의 가격·품질 경쟁력을 강화
라. 초경공구 사용 후 폐기되거나 국외로 반출되는 폐초경 스크랩을 국내에서 순환 이용하여 초경 원료의 자급률과 초경공구산업의 글로벌 경쟁력을 높임
3. 초미립 PCD 소재 개발 및 인서트 공구 개발
가. 신규개발을 통한 기존 미립 제품 대비 비약적인 성능향상
나. 개발난이도 최상의 초미립 PCD 제조 기술 확보
다. 경쟁사 대비 동등이상의 성능을 가지는 초미립 PCD 개발

□ 적용 분야
1. 100nm급 초경합금 환봉소재 제조공정 및 고품위 초경엔드밀 개발
가. 공구마모 및 공구수명이 현저하게 떨어지는 난삭재 가공 및 고경도 피삭재 가공 시장
나. 고품위의 표면품질이 요구되는 스마트폰 케이스 가공
다. 고정밀도를 요구하는 정밀금형 및 부품가공 시장
라. 높은 레벨의 표면거칠기를 요구하는 AL합금 및 비철계 가공 시장
2. 초경스크랩의 재자원화 기술 개발
가. 고정밀 절단 및 절삭 가공용 공구
나. 고내마모 소재
다. 재자원화로 초경비드 제작
라. 재자원화로 내마모용 초경 합금 원료 적용
3. 초미립 PCD 소재 개발 및 인서트 공구 개발
가. 높은 레벨의 표면거칠기를 요구하는 금속 가공
나. 알루미늄 합금과 같은 비철계 금속 가공

(출처 : 초록 - 3. 개발결과 요약 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 13
• 목차 ... 27
• 제 1 장 서론 ... 28
• 제 1 절 과제의 개요 ... 28
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 (기술개발 내용 및 방법) ... 61
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 61
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 63
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 99
• 제 4 절 수행 경과의 보안등급 ... 437
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 437
• 제 3 장 결과 ... 438
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 438
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 438
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 441
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 ... 444
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 446
• 1. 기술개발 추진 계략도 ... 446
• 2. 추진 전략 ... 447
• 3. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 449
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 452
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 453
• 제 5 절 안전관리 이행 현황 ... 454
• 제 4 장 사업화 계획 ... 456
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 456
• 제 2 절 사업화 계획 ... 461
• 1. 사업화 추진 ... 461
• 2. 사업화 계획 ... 461
• 3. 투자 계획 ... 464
• 4. 사업화 전략 ... 465
• 5. 사업화 실적 ... 471
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 478
• 부록. 공인시험성적서, 특허, 논문발표, 도면, 설계도 등 ... 480
• 끝페이지 ... 527