성형 방법

건식 분말 압축 • 플라스틱 성형 • 특수 성형 • 습식 가공

쿠어스텍은 다양한 기술 세라믹 성형 방식을 바탕으로 폭넓은 시제품 제작 및 가공 역량을 보유하고 있습니다. 이처럼 다양한 성형 공정을 활용할 수 있다는 점은, 독창적이고 까다로운 제품 개발과 생산 요구에 있어 쿠어스텍만의 강점이 됩니다.

쿠어스텍 엔지니어는 고객의 요구에 가장 적합한 성형 방식을 정확히 판단해, 가장 효율적이고 전문적인 방식을 도출해냅니다. 전 세계 생산 거점에서 확보한 성형 역량과 노하우는, 복잡한 형상이나 생산 규모에도 유연하게 대응 할 수 있도록 설계되어 있습니다.

쿠어스텍 엔지니어는 고객과 직접 협업하며, 요구사항에 가장 효율적인 성형 방법을 제안합니다. 어떤 부품 설계 든 쿠어스텍은 그에 맞는 성형 공정을 보유하고 있습니다.

튜브 옆에 서 있는 작업자

건식 분말 성형 공정

건식 분말 성형은 목표 형상에 따라 세 가지 방식으로 나뉘며, 각각의 공정은 요구에 맞춰 선택됩니다: 건식 프레싱, 등압 프레싱, 롤 압축 성형.

건식 프레싱
건식 프레싱은 연간 대량 생산에 적합한 성형 방식으로, 2톤에서 최대 1,500톤까지 다양한 압력 조건을 지원합니다. 단순한 형상부터 복잡한 맞춤형 부품까지 폭넓게 제작할 수 있어 고정밀 부품 생산에 효과적입니다.

프레싱 공정은 다이(die), 이젝터(ejector), 펀치(punch), 충전 슈(fill shoe)로 구성된 툴링을 통해 이루어지며, 먼저 충전 슈가 다이 캐비티에 세라믹 분말을 채워 넣고 표면을 평탄하게 정리합니다. 그 다음 펀치가 다이 안으로 내려오고, 이젝터가 동시에 하강하면서 분말을 압축합니다. 압축이 완료되면 이젝터가 성형된 부품을 밀어내고, 충전 슈가 이를 옆으로 밀어낸 뒤 새로운 분말을 다시 충전합니다.

프레싱이 끝난 뒤, 산화물 부품은 일반적으로 별도의 탈지 없이 소결 공정으로 바로 넘어갈 수 있지만, 비산화물은 소결로 내에서 바인더를 제거하기 어려워 별도의 탈지 단계가 필요한 경우도 있습니다.

첨단 세라믹용 건식 분말 성형 방식(건식 프레싱, 등압 프레싱, 롤 컴팩션)을 보여주는 그래픽

등압 프레싱

세라믹 분말을 성형할 때 모든 방향에서 동일한 압력을 가해 밀도를 균일하게 만드는 방식입니다. 소량 또는 중간 규모의 생산에 적합하며, 소결 시 수축 제어에 유리하고, 일정 크기 이상의 부품에도 효과적입니다.

공정에는 탄성체 재질의 몰드가 사용되며, 이 몰드 안에 세라믹 분말을 채워 밀봉한 후 압력 챔버에 넣고 액체로 감쌉니다. 이후 액체에 고압을 가해 몰드 안 분말을 고르게 압축합니다. 고무 몰드 안에 삽입된 금속 심봉(steel arbor)은 부품의 내부 형상을 만들어줍니다.

롤 컴팩션

이 공정은 주로 세라믹 기판을 제조할 때 사용되며, 바인더를 첨가해 가소화 된 스프레이 드라이 세라믹 분말을 원료로 사용합니다.

가소화 된 세라믹 소재를 롤 사이에 통과시켜 원하는 두께로 눌러 성형하며, 테이프 가장자리 등에서 생긴 여분의 소재는 잘라내어 재활용합니다. 압축된 테이프는 롤에 감아 저장합니다.

압축된 테이프는 이후 풀어서 소성로로 보내 바인더를 제거하고 소결 공정을 진행합니다.

습식 가공

습식 가공은 전자기기용 기판부터 바디 아머에 이르기까지 다양한 부품을 제조할 때 사용되는 공정입니다. 이 공정은 슬립 캐스팅과 테이프 캐스팅, 두 가지 방식으로 나뉩니다.

슬립 캐스팅

슬립 캐스팅은 바디 아머와 같은 기술 세라믹 부품 성형에 사용되는 공정입니다. 세라믹 분말을 액상 매질에 분산시켜 슬러리(슬립)를 만든 뒤, 이를 다공성 몰드에 부어 성형합니다. 몰드의 모세관 현상이 슬립 속 액체를 흡수하고, 상대적으로 입자가 큰 세라믹 분말이 몰드 벽에 쌓이며 두께를 형성합니다. 목표 두께에 도달하면 남은 슬립을 배출하고, 이후 건조된 그린 바디를 소성로에서 소결합니다.

대량 생산에서는 외부 압력을 가해 성형 속도를 높일 수 있으며, 이를 압력 캐스팅이라 합니다. 이 경우, 높은 압력을 견딜 수 있도록 다공성 플라스틱 몰드를 사용합니다.

테이프 캐스팅

테이프 캐스팅은 고급 박막 세라믹 기판 제조에 적합한 방식으로, 두꺼운 필름을 위한 롤 컴팩션과 달리 리소그래피 기반 전자회로에 더 적합합니다. 점화기 부품 등 특수 부품 제조에도 사용됩니다.

슬립 캐스팅과 유사하게, 세라믹 슬러리를 마일러(Mylar) 시트 위에 얇게 펼쳐 테이프 형태로 성형합니다. 마일러 시트가 이동하면서 닥터 블레이드를 지나고, 이때 테이프 두께가 조정됩니다. 성형된 테이프는 롤에 감긴 뒤, 소결 공정을 위해 다음 단계로 전달됩니다.

첨단 세라믹 부품 제조에 사용되는 습식 가공 방식(슬립 캐스팅, 테이프 캐스팅)을 보여주는 그래픽

플라스틱 성형

첨단 세라믹 성형 방식 중 세 번째는 플라스틱 성형입니다. 이 방식은 세라믹 분말을 가소성 매질에 분산시킨 혼합물을 금형에 압력을 가해 성형합니다.

플라스틱 성형은 공정 방식에 따라 압출 성형, 사출 성형, 습식 가공의 세 가지로 나뉩니다.

압출

압출 성형은 일정한 단면을 가진 길고 곧은 형상의 부품이나, 종횡비가 큰 부품을 연속적으로 생산하기에 적합한 공정입니다. 쿠어스텍은 수백 가지의 표준 형상을 압출 생산하고 있으며, 고객 맞춤형 압출 부품도 다수 제작하고 있습니다.

가소화 된 세라믹 혼합물을 압출 다이에 통과시켜 원하는 형상으로 성형하고, 소성 전 취급이 가능하도록 굳힙니다. 이후 소성에 앞서 목표 길이에 맞춰 절단합니다.

사출 성형

플라스틱 사출 성형과 유사하게, 세라믹 사출 성형은 바인더를 포함한 가소성 세라믹 혼합물을 금형에 주입한 뒤, 성형 후 바인더를 제거하는 방식입니다. 복잡한 3차원 형상과 대량 생산에 적합하지만, 소량 생산에도 적용할 수 있습니다.

공정은 피드 스크류 챔버에서 혼합물을 금형 캐비티로 밀어 넣는 방식으로 진행되며, 성형이 완료되면 금형이 열리고 부품이 배출됩니다. 이후 소결 전 탈지 공정을 거칩니다. 자세히 보기 >>

습식 성형

이 공정은 세라믹 분말에 물을 섞어 점토처럼 만든 뒤, 일반적으로 석고로 된 상·하부 금형 사이에 넣고 압력을 가해 성형하는 방식입니다. 성형 과정에서 부품에서 밀려 나온 물은 석고 금형이 흡수합니다.

첨단 세라믹 제조에 사용되는 플라스틱 성형 방식의 세 가지 공정(압출 성형, 사출 성형, 습식 성형)을 보여주는 그래픽

특수 성형

특수 성형: 화학 기상 증착과 가압 성형

화학 기상 증착(CVD)은 가스를 챔버 내에서 반응시켜 구조체를 형성하거나, 부품 표면에 고순도 세라믹 코팅을 입히는 공정입니다. 이 과정은 가스 밀폐형 반응기에서 세라믹 표면이나 기판 위에 다른 조성을 층층이 증착해 초고순도 세라믹을 만들어냅니다. 전구체 가스를 반응기로 주입한 뒤, 설정된 온도에서 반응을 유도하면 실리콘과 탄소 원자가 침착 되며 구조체 표면에 실리콘 카바이드(SiC)가 형성됩니다.

자립형 CVD 부품을 제작할 때는 흑연 기판 위에 SiC를 한 층씩 증착하고, 충분한 두께가 확보되면 흑연 툴링을 제거합니다. 코팅의 경우, CVD SiC는 미리 소결된 부품 표면에 입혀집니다. 이 반응은 약 1000°C의 고온에서 진행되므로, 코팅과 기판의 열팽창 계수가 일치해야 균열 없이 안정적인 결과를 얻을 수 있습니다. 이처럼 CVD는 반도체 제조 공정에 주로 사용되는 초고순도 세라믹을 만드는 독보적인 방식입니다.

압력 보조 성형: 핫 프레싱 및 핫 등압 프레싱

일부 소재는 고온과 압력을 동시에 가하는 가압 성형 공정을 통해 성형 및 소결해야 합니다. 이 방식은 소결 중에도 내화 소재가 목표 형상과 밀도를 안정적으로 유지할 수 있도록 합니다. 쿠어스텍은 두 가지 가압 성형 및 소결 방식을 제공합니다.

핫 프레싱은 성형과 소결이 동시에 이루어지는 동안 한 방향으로만 압력을 가하는 방식으로, 건식 프레싱과 유사한 공정입니다.

핫 등압 프레싱(HIP)은 등압 성형과 유사한 방식으로, 고온 상태에서 가압된 기체를 매개로 모든 방향에서 균일한 압력을 가합니다.