[논문자료] 교반볼밀을 이용한 금속기반 복합재 제조공정에서 다른 분쇄매체차이에 대한 입자형상변화와 DEM 시뮬레이션 해석

출처: 픽사베이

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최근 분체공학 연구자들은 입자크기와 입자형상의 변화를 미립자 재료를 다루는 공정에 있어서 매우 중요한 물성이라 지적하고 있으며, 많은 연구가 행해지고 있다[1-10]. 따라서 입자크기와 입자 형상에 대한 연구는 화학, 제약, 안료, 식품 분야 등 특정한 산업에 서만이 아니라 다양한 거의 모든 산업에 그 필요성이 있다는 것으로 알려지고 있다. 특히 각 산업별 입자형상의 연구는 제약, Li-ion 배터리 응용, 전자 재료 등의 다양한 산업체의 요구에 따라 수행되고 있다[1-4]. 분체 입자의 형상은 분체의 여러가지 물성, 즉 유동 성, 충전성, 부착성 등에 영향을 미치는데다가 유체 내에서의 거동이나 빛과의 상호 작용이 달라져서 입도측정 결과에도 영향을 미치게 된다. 따라서분체의물성을측정하는데있어서도, 입도측정을 비롯한 각종 물성측정에 입자의 형상과 크기를 파악할 필요가 있다[5].

 

분체재료의 입자형상은 다양한 형태로 되어 있고, 예를 들면 구형이나, 육면체 등의 규칙적인 형상으로부터, 불규칙적인 판상, 괴상 등으로 존재한다. 따라서 입자형상을 사용하여 제품 성능을 향상시킬 수 있는 분야에는 금속과 세라믹 소결 성분의 재료 강도, 정제와 현탁액의 약물 입자의 생체 이용률, 미네랄 계열 코팅의 마감 품질, 태양광 패널 제조를 위한 SiC 연마재의 절삭 성능 향상 등을 들 수 있다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201723840540951

 

본 연구에서는 교반볼밀에서 구리/CNT 복합재를 제조하는 것을 목적으로, 세가지 종류의 분쇄매체를 사용하여, 다양한 실험 조건에서 입자형상 변화를 관찰하다. 각각 매체 종류별로의 복합재 제조 메커니즘을 규명하기 위하여, 매체의 운동을 3차원 DEM 시뮬레이션을 함으로써, 실험만으로는 찾아낼 수 없는 분쇄매체가 작용하는 힘, 매체거동 속도, 매체에 전달되는 에너지 분포를 해석하였다.

 

나타난 실험결과로는, 교반볼밀의 회전속도가 빨라질수록 입자 형상은 불규칙한 형상에서 판상으로 변화하였고, 밀링 시간이 길어질수록 더욱 더 명확한 경향을 보였다. 시뮬레이션 해석과 실제 실험 결과의 스냅샷 사진을 비교해 보면, 거의 완벽하게 일치하는 결과를 보였고, 샘플의 입자형상 변화와 비교할 경우 볼 재질에 따른 차이는 크게 관찰되지 않았다. 따라서, 이전의 전동볼밀의 실험에서와 비슷한 경향을 나타내어, 스테인리스는 금속기반 복합재 제조에 있어서는 오염의 원인이 될 수도 있고, 에너지 투입량도 많아 상대적으로 매체사용에 있어 장점이 없었으며, 알루미나와 지르코니아의 차이도 확인하기 어려워, 지르코니아 볼 사용의 장점을 찾기가 어려웠다.

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MDA / MDD / MDB

 

일신오토클레이브에서 소개하는 네오디윰 교반기

일신오토클레이브는 고온·고압 반응기 및 시스템을 제작하고 있으며 이러한 시스템 내에 반응효율과 반응속도 증가를 위해 필수적인 탈·부착형 교반기를 제작하고 있습니다. 일신오토클레이브의 Magnedrive는 ND(Neodymium, 네오디뮴) 자석을 이용한 교반기로 Tank, Vessel, Reactor안의 고온·고압 조건에서 고속으로 회전이 가능하며 가스, 액체, 고점도 시료의 확산과 분산을 용이하게 합니다. 또한 기존의 그랜드 패킹(Gland Packing)이나 메카니컬 씰(Mechanical Seal)의 면접촉으로 인한 내구성 약화 및 미세누수 등의 단점을 없앤 Packless Design으로 밀폐성이 우수하여 유독성 화학물질 실험이나 위험성이 따르는 공정에서도 누출 없는 교반을 제공합니다.

 

다양한 장비 사양 및 구동 방법에 따라 MDB 시리즈, MDD 시리즈, MDA 시리즈로 분류하며 압력, 용량, 온도, 구동방식 별로 선택하여 사용 할 수 있도록 제작하고 있습니다. 다양한 모양의 Impeller를 용도에 맞게 선택할 수 있으며, 금속소재, 베어링, 코팅방법, 벨트 타입 등도 고객이 원하시는 대로 선택 하실 수 있습니다. 대학교나 연구소의 실험실용 소형교반기부터 산업현장의 중, 대형 교반기까지 자체설계 및 제작생산이 가능합니다.

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