KR20200050558A - 인성이 향상된 서멧트 및 그의 제조방법 - Google Patents

인성이 향상된 서멧트 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존의 유심구조 서멧트의 낮은 인성과 유심구조가 없는 서멧트의 낮은 경도를 극복하여, 이들보다 우수한 인성을 가지는 서멧트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 일 관점에 따르면, 주기율표 중 IVa족, Va족, 및 VIa족 금속으로부터 Ti를 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 탄화물의 완전 고용상이고, 코어 영역 및 림 영역으로 이루어진 유심구조를 가지는 입자; 및 금속으로 이루어진 바인더;를 포함하는 서멧트가 제공된다.

Description

인성이 향상된 서멧트 및 그의 제조방법 {Cermet having improved toughness and method for manufacturing the same}
본 발명은 절삭가공이나 채굴 등에 사용되는 우수한 인성을 가지는 서멧트 및 그 제조방법에 대한 것이다.
절삭가공, 채굴 등에 활용되는 주된 절삭 공구 또는 내마모성 공구에는 WC 기반의 초경합금, TiC 혹은 Ti(CN)기반의 각종 서멧트(cermet)합금, 기타 세라믹, CBN 또는 고속도공구강 등이 사용되고 있다.
그 중에서, 서멧트는 일반적으로 경질상의 TiC 혹은 Ti(CN)과, 바인더인 Ni, Co 및 Fe 등의 금속을 주성분으로 하여, 주기율표상의 Ⅳa,Ⅴa 및 Ⅵa 족 금속의 탄화물, 질화물 및 탄질화물 등을 첨가물로 함유하는 세라믹 기지상 복합 소결체를 말한다. 상기 서멧트의 제조는 TiC 또는 Ti(CN)등 이외에 WC, NbC, TaC, Mo2C등의 경질의 첨가 탄화물 및 이들을 결합하기 위한 기지상인 Co, Ni 및 Fe등의 금속 분말을 혼합하여, 이들을 진공 혹은 가스 분위기하에서 소결을 하여 제조된다. 이와 같은 서멧트의 최초 양산은, 1956년 미국의 포드 자동차(Ford Motor)에서 제조된 TiC-Mo2C-Ni 서멧트인데, 비록 인성의 개선이 부족하였지만, 정밀 가공을 위한 고경도 공구 재료로서 중삭(semi-finishing)과 정삭(finishing)등에 사용되었다. 1960년대 및 1970년대에는 상기 TiC-Ni 서멧트 시스템이 가지는 큰 약점인 인성을 개선하고자 여러 종류의 원소를 첨가하는 시도가 진행되었으나, 뚜렷한 성과를 거두지는 못하였다.
그러던 중 1970년대 TiC에 TiN을 첨가하여 열열학적으로 보다 안정한 상인 Ti(C,N)이 합성되었으며, 이에 따라 어느 정도의 인성 개선이 있었다. Ti(C,N)은 TiC에 비해서 미세한 조직을 가지고 있어서 인성이 개선될 수 있었고, 그 외에도 화학적 안정성, 기계적 충격 저항성을 향상할 수 있었다. 한편, 인성의 향상을 위해 WC, MO2C, TaC, NbC 등 많은 첨가 탄화물을 사용하여 왔고, 지금까지도 다양한 제품들이 상용화되고 있다. 이처럼 인성의 향상을 위해 탄화물을 첨가하는 경우, TiC계 혹은 Ti(CN)계 서멧트 소결체의 일반적인 미세구조는 유심구조로 관찰되는데, 이와 같은 유심구조의 경질상은 Ni, Co 및 Fe 등의 바인더(binder)에 둘러싸이게 된다.
상기 유심구조 중 코어(core) 영역은 소결 중 액화된 금속 바인더(Ni, Co, Fe 등) 내에서 용해되지 않은 TiC 또는 Ti(CN)으로써 고경도를 가지는 조직이다. 반면에 이들 코어(core) 주변을 싸고 있는 주변의 림(rim) 영역은 액화된 금속 바인더(Ni, Co, Fe 등)에 부분적으로 용해된 코어의 성분인 TiC 혹은 Ti(CN)과, 용해된 첨가 탄화물 간의 고용상(solid-solution : (Ti,Me1,Me2,…)(C,N) 등의 형태로 나타남)로 코어보다는 높은 인성을 가지는 경질상이다. 림 영역은 금속 바인더 (Ni, Co, Fe 등)과의 적심성이 좋기 때문에 소결이 잘 되게하고 인성을 향상시키는 등의 효과를 나타낸다. 이와 같이, 서멧트는 림조직의 형성을 통하여, TiC-Ni혹은 Ti(CN)-Ni 같은 단순계 서멧트가 가지고 있던 치명적인 약점인 낮은 적심성의 문제를 해결하여 인성을 어느 정도 높일 수 있었다.
그러나, 상기 유심구조를 갖는 서멧트의 경우, 여전히 WC-Co등의 초경 합금에 비하여 6~8MPa·m1/2 수준으로 인성이 상당히 낮으며 여전히 WC-Co를 완전히 대체하지 못하고 있다. 그 이유는 상기 유심구조의 코어/림 계면에 상당히 높은 변형 에너지가 축적되어 있기 때문에 기계적인 충격이 가해지는 환경에서 쉽게 깨지는 것에 기인하는 것으로 밝혀졌다.
이에, 유심구조를 갖지 않는 완전 고용상의 형성을 통해, 인성이 더욱 향상된 서멧트를 개발하고자 하는 시도가 스미토모(Sumitomo) 등의 공구회사 및 여러 연구진들에 의해 꾸준히 이루어져 왔다. 유심구조를 갖지 않는 완전 고용상 서멧트의 경우는 11~14 MPa·m1/2 수준으로 WC-Co등의 초경합금에 준하는 인성을 확보할 수 있으나, 그 대가로 경도의 저하가 매우 커 뚜렷한 성과를 거두지는 못하였다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 유심구조 서멧트의 낮은 인성과 유심구조가 없는 서멧트의 낮은 경도를 극복하여, 이들보다 훨씬 높은 인성을 가지는 서멧트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 주기율표 중 IVa족, Va족, 및 VIa족 금속으로부터 Ti를 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 탄화물의 완전 고용상이고, 코어 영역 및 림 영역으로 이루어진 유심구조를 가지는 입자 및 금속으로 이루어진 바인더를 포함하는 서멧트가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 코어 영역에서의 VIa족 금속의 조성은 상기 림 영역에서의 조성에 비해 더 낮은 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 림 영역에서의 격자상수는 상기 코어 영역에서의 격자상수에 비해 더 큰 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 림 영역은 상기 코어 영역과 대비하여 압축응력 상태를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 코어 영역와 림 영역의 계면에서 VIa 족 원소의 조성은 상기 코어 영역쪽에서 림 영역쪽으로 점진적으로 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 코어 영역 및 상기 림 영역에서의 VIa 족의 조성의 차이는 1at% 내지 10at%의 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 VIa 족 원소는 W 및 Mo 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 금속의 탄화물의 완전 고용상은 TiC 및 WC의 고용체로서 NaCl형 면심입방구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 바인더는 Ni, Co 및 Fe 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 주기율표 중 IVa 및 VIa 족 금속으로부터 Ti를 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속 탄화물이 완전 고용된 완전 고용상 탄화물 분말; Va 및 VIa 족 금속으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 탄화물 분말을 포함하는 첨가제; 및 1종 이상의 금속 분말; 을 포함하는 혼합분말을 소결하여 서멧트를 제조하는 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 소결하는 단계는, 상기 제 1 완전 고용상 탄화물 분말이 상기 바인더에 완전 고용되는 단계; 및 상기 바인더로부터 상기 제 1 완전 고용상 탄화물과 상이한 조성을 가지는 제 2 완전 고용상 탄화물이 석출되는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 완전 고용상 탄화물이 석출되는 단계는, 코어 영역이 석출되는 단계; 및 상기 코어 영역이 석출된 후 상기 코어 영역의 주변에 상기 코어 영역에 비해 VIa족 금속의 조성이 상대적으로 더 높은 림 영역이 석출되는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 완전 고용상 분말은 평균 크기가 60nm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, TiC 및 WC의 고용체로서 NaCl형 면심입방구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 첨가제는, WC, Mo2C, TaC, NbC 및 VC 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면,상기 금속 분말은 Ni 분말, Co 분말 및 Fe 분말 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예를 따르는 서멧트는 종래와 차별화된 미세구조를 가지며, 이로 인하여 매우 우수한 인성을 가짐에 따라 제품의 기계적 특성을 현저하게 향상시키는 효과를 달성한다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실험예를 따르는 서멧트 제조에 사용된 (Ti0.88W0.12)C 분말을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과다.
도 2는 상기 (Ti0.88W0.12)C 분말의 X-선 회절 분석 결과이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 서멧트의 X-선 회절 분석 결과이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 서멧트의 미세조직을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 서멧트의 미세조직을 투과전자현미경(TEM)으로 관찰한 결과이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 서멧트의 코어 영역 및 림 영역에서의 W 함량을 분석한 결과이다.
도 7은 본 발명의 실험예에 따른 서멧트의 탄화물 입자를 조성 분포를 분석하기 위한 라인 스캐닝 결과이다.
도 8은 발명의 실험예에 따른 서멧트의 탄화물 입자의 투과전자현미경으로 관찰한 결과이다.
도 9는 본 발명의 실험예에 따른 서멧트의 비커스 경도 및 파괴인성을 분석한 결과이다.
도 10은 본 발명의 실험예에 따른 서멧트의 균열 형태를 관찰한 결과이다.
도 11 및 도 12는 각각 본 발명의 실험예에 따른 서멧트의 탄화물 입자를 투과전자현미경(TEM) 및 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과이다.
도 13는 본 발명의 실험예에 따른 서멧트의 비커스 경도(Hv30) 및 인성(toughness) 결과를 상용 WC-Co 초경재료, 상용 서멧트 및 문헌에 보고된 서멧트의 결과와 같이 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 서멧트는 경질상의 완전 고용상을 이루는 탄화물 입자 및 이를 결합시키기 위한 금속 바인더를 포함한다.
상기 완전고용상을 이루는 금속 탄화물은 Ti를 필수적으로 포함하는 IVa족 금속의 탄화물과, Va족 및 VIa족 금속의 탄화물 중의 어느 하나 이상과 완전고용상을 이루는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄화물 입자는 TiC와, Va족 및 IVa족 금속 탄화물 중 어느 하나 이상이 서로 완전고용상을 이루는 것일 수 있다. Va족 금속 탄화물은 VC, TaC, NbC를 포함할 수 있으며, VIa족 금속 탄화물은 WC, Mo2C 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 완전 고용상 탄화물 입자는 기본적으로 NaCl 형 면심입방구조를 가지는 TiC 격자 내에서 Ti 원자의 일부가 다른 금속원자로 치환된 구조를 나타낼 수 있다. 이때 치환되는 금속원자는 IVa, Va 및 VIa 족 금속원자 중 어느 하나 이상 일 수 있다. 상기 고용되는 금속원자는 TiC의 고용한도까지 첨가된다. 고용한도를 넘어갈 경우 완전 고용상 탄화물 외에 제 2의 탄화물이 석출되게 된다. 예를 들어 완전 고용상 (Ti, W)C에 있어서, W의 함량이 고용한도를 초과할 경우 WC가 제 2의 탄화물로서 석출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의할 때, 상기 완전 고용상 탄화물 입자는 코어 영역과 림 영역을 가지는 유심구조를 이루는 특징을 가진다. 코어 영역과 림 영역은 동종의 원소로 이루어지고 동일한 결정구조를 가지나, 동종의 원소 간의 조성 차이가 존재하며, 이러한 조성 차이로 인해서 코어 영역와 림 영역으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 탄화물 입자가 TiC 및 WC가 완전고용상로 이루어진 NaCl형 면심입방구조의 (Ti, W)C일 경우, 코어 영역에서의 W 함량이 림 영역에서의 W 함량에 비해 더 작은 값을 가질 수 있으며, 따라서 상대적으로 코어 영역에서의 Ti 함량이 림 영역에서의 Ti 함량에 비해 더 큰 값을 가질 수 있다. 다만, 상기 탄화물 입자는 유심구조를 가지나, 상기 코어 영역과 림 영역의 경계는 조성의 변화가 점진적으로 연속적으로 일어나게 된다. 따라서 코어 영역과 림 영역의 경계가 뚜렷하지 않고 불분명하게 나타날 수 있다. 상기 코어 영역 및 상기 림 영역에서의 VIa 족, 예를 들어 W의 조성의 차이는 1 at% 내지 10at%의 값을 가질 수 있다.
상기 완전 고용상 탄화물 입자는 동일한 격자구조를 가지면서도 국부적으로 조성의 가지는 특징으로 인하여 국부적으로 응력상태의 차이가 존재한다. 본 발명의 실시예를 따르는 금속 탄화물 입자는 림 영역에서의 격자상수가 코어 영역에서의 격자상수에 비해 더 큰 값을 나타내며, 따라서 이러한 격자상수의 차이로 인하여 림 영역에서는 압축응력 상태를 나타나게 된다. 예를 들어, 탄화물 입자가 TiC-WC의 완전고용상로 이루어진 (Ti, W)C일 경우, 원자와 치환되는 다른 원자들 간의 원자반경의 차이로 인하여 원자의 치환에 따라 TiC 격자의 격자상수는 변화하게 된다. 치환되는 입자가 Ti에 비해 원자반경이 큰 경우에는 격자상수는 증가하게 되며, 치환되는 금속원자의 함량이 증가할수록 격자상수의 증가분은 더 크게 될 것이다. 예를 들어, 탄화물 입자가 TiC 및 WC가 완전고용상로 이루어진 (Ti, W)C일 경우, W의 원자반경은 Ti의 원자반경에 비해 더 큰 값을 가지며, 따라서 W의 함량이 높은 림 영역이 코어 영역에 비해 더 큰 격자상수를 나타내고, 또한 압축응력을 나타내게 된다.
이러한 조성의 변화가 점진적으로 일어나는 코어/림 구조의 유심구조와 압축응력 상태의 림 영역을 가지는 탄화물 입자로 인하여 본 발명의 서멧트는 종래에 비해 월등하게 우수한 인성특성을 나타내게 된다.
종래의 서멧트에서의 유심구조는 코어 영역과 림 영역의 계면에서 조성의 변화가 급격하며, 이러한 계면 구조에서는 코어/림 계면에 상당히 높은 변형 에너지가 축적되어 있기 때문에 기계적인 충격이 가해지는 환경에서 쉽게 깨지는 것으로 알려져 있다.
이에 비해 본 발명의 실시예를 따르는 서멧트는 코어 영역 및 림 영역 계면에서의 조성 변화가 연속적이고 점진적이기 때문에 급격한 조성 변화에 따른 스트레스에 기인한 인성의 저하 문제를 해결할 수 있다.
한편, 종래부터 코어/림 구조의 완전 고용상 서멧트로서, Ti(CN) 분말을 사용한 것이 알려져 있다. 종래의 완전 고용상 서멧트와 비교할 때, 본 발명의 완전 고용상 서멧트는 서로 다른 탄화물 간의 완전 고용상라는 점에 차이가 있다. 즉, 본 발명에는 종래의 알려진 Ti(CN) 완전 고용상와 달리 N를 포함하지 않으며, 이로 인해 N과 친화도가 높지 않은 금속 성분, 예를 들어 W의 함량이 본 발명의 경우에 더 높게 나타나게 된다. 또한 본 발명의 완전 고용상 서멧트의 완전 고용상 탄화물은 하나의 금속원자를 다른 금속원자가 치환하는 치환형 고용상이므로 고용상 내에서의 격자 왜곡이 종래의 Ti(CN)에 비해 더 높은 정도를 나타내는 차이점을 보인다.
이러한 미세구조를 가지는 서멧트는 완전고용상을 이루는 금속 탄화물 분말 및 금속 탄화물 첨가제 분말을 바인더를 이루는 금속분말을 혼합한 혼합분말을 소결하여 제조한다. 소결체를 제조하는 방법은 고온 소결, 가압 소결, 통전 가압 소결 등이 이용될 수 있으며, 세멧트 제조를 위한 분말 혼합, 성형 및 소결에 이르는 일련의 공정은 해당 분야의 주지 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명에 있어서는 원료로 사용되는 완전 고용상 탄화물 입자의 크기를 종래에 비해 더 작은 값이 되도록 조절할 필요가 있다. 이하 이러한 이유에 대해서 기술한다.
탄화물이 용해되는 양은 아래 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
:용해된 탄화물 i의 평균 농도( mol/cm3,)
Figure pat00003
: 탄화물 i의 중량당 평균 표면적(cm2/g),
Figure pat00004
: 탄화물 i 입자의 농도 (g/cm3)
Figure pat00005
: 탄화물 i의 평균 용해 속도 (mol·(cm2·s)-1)
Figure pat00006
: 용해 시간(초)
결이 진행되는 동안 소결체를 구성하는 탄화물이 용해된 양은 기본적으로 탄화물의 열역학적인 안정도에 의해 지배받게 된다. 일반적으로 고용상을 가지는 탄화물, 예를 들어 TiC와 WC의 고용상인 (Ti, W)C 의 경우에는 고용상이 아닌 단상의 탄화물, 예를 들어 TiC 및 WC 보다 열역학적으로 높은 안정성을 가지며, 이에 따라 용해속도가 느리다. 따라서, 수학식 1을 참조할 때, 해당 고용상 탄화물의 용해되는 양(
Figure pat00007
값)을 향상시키기 위해서는 사용하는 분말의 표면적을 가능한 작게 하여야 한다. 즉, 수학식 1에서,
Figure pat00008
는 소결 조건 및 조성이 결정되면 고정되는 값이다. 따라서,
Figure pat00009
값을 조정함으로써, 동일한 시간 동안
Figure pat00010
값을 크게 할 수 있다.
이러한 이유에서, 소결체를 제조하기 위한 사용되는 원료 탄화물이 고용상 탄화물일 경우에는 고용상이 아닌 통상의 탄화물을 사용할 때에 비해 상기 원료 탄화물의 크기를 작게함으로써 표면적을 증가시켜 보다 빠르고 균일하게 소결체를 제조할 수 있게 된다. 본 발명의 실시예에 의할 경우 고용상을 가지는 탄화물의 입자 평균 크기(입도)는 60nm 이하(0초과), 바람직하게는 5nm 내지 50nm, 더욱 바람직하게는 10nm 내지 40nm 범위를 가질 수 있다.
금속탄화물 첨가제는 Va 및 VIa족 금속으로부터 W을 포함하여 선택되는 하나 이상의 금속 탄화물 분말을 포함한다. 예를 들어 WC, Mo2C, TaC, NbC, VC 등을 포함할 수 있다. 상기 금속탄화물 첨가제는 상기 완전 고용상 탄화물 분말과 혼합되어 소결되는 과정에서 상기 완전 고용상 탄화물 분말 입자의 내부로 상기 완전 고용상 탄화물에 포함된 금속성분의 적어도 1종과 동일한 금속을 공급하는 공급제로의 역할을 수행할 수 있다. 이러한 금속탄화물의 첨가로 인하여 서멧트의 기계적 특성, 예를 들어 경도 또는 인성이 향상될 수 있다. 금속탄화물 첨가제는 1 내지 5㎛, 바람직하게는 2 내지 4㎛ 범위를 가질 수 있다.
바인더(Binder)는 소결 중 용융되어 미용융된 탄화물 입자들을 결합시키는 역할을 수행하는 1 종 이상의 금속으로 이루어진다. 상기 바인더는 예를 들어 Ni, Fe, Co와 같은 금속 중에서 선택될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 상술한 기술적 사상을 적용한 실험예를 설명한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예에 의해서 한정되는 것은 아니다.
[실험예]
표 1에는 서멧트 제조를 위해 원료로 사용된 분말의 종류 및 조성이 나타나 있다. 조성은 중량%(wt%)로 나타낸 것이다.
실험예 (Ti0.88W0.12)C WC Mo2C NbC TaC Ni Co
1 70 10 0 0 0 20 0
2 60 20 0 0 0 20 0
3 50 30 0 0 0 20 0
4 40 40 0 0 0 20 0
5 40 40 0 0 0 10 10
6 55 30 0 0 0 15 0
7 40 30 5 3 2 20 0
실험예 제조에 사용된 완전 고용상 분말인 (Ti0.88W0.12)C 분말은 TiO2, WO3, C(graphite)를 몰분율에 맞게 정량하여 고에너지 밀링를 수행한 후 1150℃에서 4시간 동안 탄화환원하여 제조하였다. 도 1은 제조된 (Ti0.88W0.12)C 분말을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과이며, 도 2는 X-선 회절 분석 결과이다. 해당 분말의 입도 및 비표면적을 알 수 있는 BET 결과를 표 2에 나타내었다.
분말 입도(㎛) BET 표면적(m2/g)
(Ti0.88W0.12)C 0.03a/0.029b 35.685
WC 2.73 -
Ni 2.40 -
aParticle size by BET measurement
bCrystallite size calculated by the Rietveld refinement method
도 1 및 표 2를 참조하면, (Ti0.88W0.12)C 분말은 대략 구형으로서 약 30nm에 해당되는 분말 크기를 나타었으며, BET 값은 약 35.6m2/g을 나타내었다. 한편, 표 2에는 실험예 제조에 사용된 WC 및 Ni 분말의 입도가 같이 표시되어 있다.
도 2의 X-선 회절분석 결과를 참조하면, (Ti1-xWx)C 분말은 NaCl형 면심입방구조인 TiC 결정구조를 나타내는 단상으로 이루어져 있음을 알 수 있다. 즉, 상기 (Ti0.88W0.12)C은 기본적으로 TiC 결정구조의 격자를 가지되 TiC 격자 내 Ti 원자가 W으로 치환되어 고용된 결정구조를 가지는 것으로 해석된다. 이로부터 상기 (Ti0.88W0.12)C 분말은 TiC와 WC가 완전히 고용된 단상을 가짐을 확인할 수 있다.
표 1에 나타낸 분말들을 볼-밀을 이용하여 혼합한 후 원통형 다이 내에서 150MPa로 일축 가압하여 성형체를 만들고, 상기 성형체를 진공로에 투입하고 1510℃에서 1시간 소결하여 서멧트를 제조하였다.
도 3에는 소결이 완료된 후 실험예 4에 해당되는 소결체에 대한 X-선 회절분석의 결과가 나타나 있다.
도 3의 X-선 회절 분석 결과를 참조하면, TiC 및 WC의 완전고용상인 (Ti,W)C 회절 피크와 니켈 바인더(binder)에 해당되는 회절 피크만이 발견되는 것을 확인할 수 있다. 이로부터 상기 소결체를 구성하는 유심 구조의 탄화물은 단상의 완전 고용상임을 확인할 수 있다. 또한 X-선 회절피크 중 (220) 피크를 이용하여 브래그의 법칙으로부터 얻은 격자상수는 4.3087Å 값을 나타내었으며, 이는 후술하는 투과전자현미경의 전자회절로부터 도출된 값과 매우 유사하였다.
도 4에는 실험예 1 내지 4의 서멧트의 미세조직을 FESEM-BSE로 관찰한 결과가 나타나 있다. 도 4의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 본 실험예들에 따른 서멧트는 (Ti, W)C 입자들과 이를 주변에서 결합시키는 바인더(binder)으로 구성되어 있다. 도 4(a)를 참조하면, WC의 첨가량이 10wt%인 실험예 1의 경우에는 어두운 림 영역과 밝은 코어 영역이 뚜렷하게 관찰되었으며, WC의 첨가량이 20wt%인 실험예 2의 경우에도 유사한 결과가 나타났다. FESEM-BSE로 관찰한 경우, 원자 번호에 민감한 후방 산란 전자 신호에 의한 밝기 대비(contrast)를 제공한다. FESEM-BSE로 관찰한 사진의 밝은 영역은 원자번호가 크고 무거운 원소가 집중되어 있는 영역에 해당된다. 이로부터 실험예 1 및 2의 경우, 상대적으로 밝은 코어 영역(흰색 화살표)은 어두운 림 영역(검정색 화살표)에 비해 텅스턴(W)의 첨가량이 더 많을 것으로 유추할 수 있다. 또한, 도 4의 (a) 및 (b)에 표시한 바와 같이, 서멧트의 입자 형상은 상대적으로 각형(facet)을 가지며, 입자 크기가 평균에 비해 현저하게 큰 비정상 입자가 종종 관찰되었다.
이에 비해 WC의 첨가량이 30wt% 및 40wt%인 실험예 3 및 4의 경우에는, WC의 첨가량이 20wt% 이하인 실험예 1 및 2와 비교하여 미세 구조에서 뚜렷한 차이를 나타냈다. 도 4의 (c) 및 (d)를 참조하면, 입자 크기가 비정상적으로 큰 입자가 더 이상 관찰되지 않으며 입자 모양이 상대적으로 둥근 형태(rounded shape)를 가지고 있음을 확인할 수 있다. 이것은 (Ti, W)C 고용체 입자의 표면 이방성이 WC 함량이 증가함에 따라 감소함을 의미한다.
또한, WC의 함유량이 30wt%인 실험예 3의 경우, 코어 영역와 림 영역 간의 밝기 차이가 두드러지지 않아 코어 영역과 림 영역의 경계가 불분명하게 나타난다. 더 나아가 WC의 함율량이 40wt%인 실험예 4의 경우에는 오히려 코어 영역이 림 영역에 비해 더 어둡게 나타나는 밝기의 반전이 나타나게 된다. 이는 실험예 3의 경우에는 코어 영역과 림 영역에서의 W의 함량이 유사한 정도를 나타내며, 실험예 4의 경우에는 오히려 림 영역에서의 W 함량이 코어 영역에 비해 더 높은 것을 의미한다.
이러한 본 발명의 실험예를 따르는 서멧트에 있어서, 유심 구조는 (Ti0.88W0.12)C 나노 입자의 완전한 고용 및 균일한 석출을 통해 코어/림 구조가 형성되는 것으로 해석되며, 이러한 유심 구조 생성 메커니즘에 따라 종래의 코어/림 구조와는 상이한 구조를 나타내는 것으로 판단된다.
종래의 Ti(CN) 기반 서멧트의 코어 영역은 부분적으로 고용된 Ti(CN) 입자에 해당된다. 따라서, 기존의 Ti(CN) 기반 서멧트의 경우 코어/림 경계를 기준으로 구성 원소의 함량이 급격하게 차이가 났으며, 이로 인해 큰 격자 변형이 코어/림 경계면에 형성되었다. 이러한 큰 격자 변형으로 인하여 코어/림 경계 부분에서는 높은 스트레스를 나타내었다.
그러나, 본 발명의 실험예 경우에는 소결 중에 (Ti0.88W0.12)C 나노 입자가 금속 바인더에 완전 고용된 후 균일하게 석출되면서 코어/림 구조를 형성하게 되며, 따라서 종래와 달리 코어/림 경계면에서의 원소 함량의 급격한 차이를 나타내지 않는다. 이는 코어/림 경계 부분에서의 스트레스가 종래의 코어/림 구조에 비해 상당 히 이완된 상태임을 의미한다.
도 5에는 실험예 1 내지 4에 해당되는 서멧트 내 존재하는 상들의 국부적인 조성을 STEM-EDS(a scanning transmission electron microscope - Energy dispersive spectroscopy)를 사용하여 분석한 결과로서, STEM-EDS를 통해 분석된 국부 스폿(spot)을 보여주는 HAADF(High-angle annular dark-field) 결과이다. HAADF 분석결과는 높은 원자 번호를 가지는 원소에 특히 민감한 Z-콘트라스트 신호를 제공하며, 따라서 밝은 영역은 무거운 금속원소가 집중된 영역에 해당된다. 도 5의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 코어 영역 및 림 영역에서의 밝기 결과가 도 4에 나타낸 결과와 동일한 경향을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 5에 노란색 원으로 표시된 부분이 국부적인 조성을 분석한 영역이며, 그 분석 결과가 도 6에 나타나 있다. 도 6의 (a)는 코어 영역 및 림 영역에서의 W의 함량(at%)을 나타내며, (b)는 Ni 바인더 내에서의 W 및 Ti의 함량(at%)을 나타낸다.
도 6의 (a)를 참조하면, 코어 영역에서의 W 농도는 첨가된 WC 함량에 관계없이 대략 일정한 반면, 림 영역에서의의 W 농도는 첨가된 WC 함량에 큰 영향을 받는 것을 확인할 수 있다. 또한 실험예 1 내지 4의 세멧트에 있어서 코어 영역의 W 함량은 약 40at%로서 이는 서멧트 제조 단계에서 원료로 투입된 (Ti0.88W0.12)C 분말과 대비할 때 완전히 다른 값으로서, 월등하게 높은 값을 나타낸다. 이를 구분하기 위하여 서멧트 제조을 위해 원료로 사용된 (Ti, W)C 분말을 제 1 완전 고용체 탄화물로 지칭하고, 서멧트 제조를 위해 소결하는 단계에서 석출되는 (Ti, W)C 완전 고용체 입자를 제 2 완전 고용체 탄화물로 지칭할 수 있다.
이러한 코어 영역 및 림 영역에서의 W 조성의 분포는, 상술한 바와 같이, (Ti0.88W0.12)C 분말이 소결과정에서 바인더에 완전히 고용된 후 다시 균일하게 석출되면서 서멧트의 코어/림 구조를 형성하기 때문이다. 코어 영역은 소결 중 특정온도에서 석출되어 형성되며, 따라서 코어 영역은 형성시 열역학적 평형에 가까운 조성, 예를 들어 30 내지 50at%을 나타내게 된다. 한편 림 영역은 코어 영역의 형성 이후에 상기 코어 영역의 주변에 형성되기 때문에, Ni 바인더 내에 W이 충분히 존재하는 경우 림 영역에서의 W 함량은 고용도 한계까지 수용될 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 첨가된 WC의 함량이 높을수록 Ni 바인더 내 W 함량이 높았으며, 이에 따라 상대적으로 Ti의 함량은 감소되었다. 이러한 Ni 바인더 내 W 함량과 유사하게 림 영역에서의 W 함량도 WC 함량에 따라 유사한 결과를 나타내었다. 구체적으로 도 6의 (a)를 참조하면, 첨가된 WC의 함량이 10 및 20wt%인 경우에는 림 영역에서의 W의 농도는 코어 영역에 비해 훨씬 낮은 값을 나타내었으며, WC의 함량이 30wt%인 경우에는 코어 영역에서의 농도와 거의 유사한 값은 나타내었다. WC가 40wt%일 경우에는 코어 영역과 림 영역에서의 W 함량의 역전이 일어나서 림 영역에서의 W 함량이 더 높은 값을 나타내었다. 이러한 조성 분석의 결과는 도 4 및 5에 도시된 FESEM-BSE 및 HAADF 분석 결과와 일치하는 것이다.
도 5의 (d)를 참조하면 상대적으로 어두운 코어 영역 부분이 탄화물 입자의 중심부에 형성되어 있으며, 상대적으로 밝은 영역인 림 영역이 코어 영역의 주변부에 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 코어 영역과 림 영역에서의 W 성분을 분석한 결과, 코어 영역에서는 41.4at% 였으며, 림 영역에서는 47.2%로서 림 영역에서의 W 함량이 코어 영역에 비해 더 높은 것을 알 수 있다. 이에 따라 상대적으로 코어 영역에서의 Ti의 함량은 림 영역에 비해 더 높은 값을 나타내게 된다.
탄화물 입자 내에서의 영역에 따른 조성의 분포를 확인하기 위하여 실험예 4에 해당되는 소결체에 대해서 탄화물 입자의 림 영역에서 코어 영역을 거쳐 다시 림 영역까지 라인 스캐닝(line scanning)을 수행하였으며, 그 결과가 도 7에 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 림 영역에서 코어 영역으로 진행되면서 W의 함량이 연속적으로 감소하였다가 코어 영역에서는 림 영역에 비해 낮은 값을 유지한다. 다음, 다시 림 영역으로 들어가면서 코어 영역과 림 영역의 경계 부분에서 W의 함량이 연속적 증가되는 것으로 확인할 수 있다. 이에 따라 Ti는 W의 변화와 반대 양상으로 연속적인 증감형태를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 실험예 1의 소결체에서는 코어 영역에서 W의 함량이 림 영역에 비해 낮은 값을 나타냄을 알 수 있다. 특히 코어 영역과 림 영역의 경계면에서는 W의 함량이 계단형태의 급격한 변화가 아니고 연속적이고 점진적으로 조성 변화가 일어남을 알 수 있다. 이러한 계면 구조로 인하여 탄화물 입자를 관찰 시 코어 영역과 림 영역의 경계가 불분명하게 나타나는 것으로 판단된다. 이러한 계면 구조는 서멧트의 인성 향상에 기여하게 되며, 이에 대해서는 후술하도록 한다.
도 8에는 실험예 4에 해당되는 소결체 내의 탄화물을 투과전자현미경으로 관찰하고, 코어 영역 및 림 영역에 대해서 전자 회절 분석을 수행할 결과가 나타나 있다. 도 8의 (a)는 림 영역의 전자 회절 분석 결과이고, (c)는 코어 영역의 전자 회절 분석 결과이다.
도 8의 (a) 및 (c)를 참조하면, 코어 영역 및 림 영역 모두 동일한 NaCl형 면심입방구조의 결정구조를 나타냄을 알 수 있으며, 이는 도 3의 X-선 회절 분석 결과와 일치하는 결과이다. 그러나 코어 영역에서의 격자상수는 4.2952Å임에 비해 림 영역에서의 격자상수는 4.40022Å로서 림 영역에서의 격자상수가 더 큰 값을 나타내었다. 즉 탄화물의 평균 격자상수는 약 4.34Å로서 XRD 피크 분석에서 나온 결과(도 3)와 거의 일치하나, 탄화물 내에서 국부적으로는 격자상수의 차이를 나타낸다.
이러한 탄화물 입자 내 격자상수의 차이는 조성의 차이에 기인한다. 상술한 바와 같이 탄화물 입자는 TiC과 WC의 완전고용상으로서, TiC 결정구조 내에서 Ti 원자 자리를 W이 치환한 결정구조를 가진다. W의 원자반경이 Ti의 원자반경에 비해 더 큰 값을 가지므로 치환된 W의 함량이 증가할수록 격자상수는 증가하게 된다. 상술한 바와 같이 림 영역에서의 W의 함량이 코어 영역에 비해 더 높은 값을 가지며, 따라서 이러한 W 함량의 차이로 인하여 림 영역에서의 격자상수가 더 큰 값을 가지게 된다.
이러한 탄화물 입자 내 코어 영역과 림 영역 간의 격자상수 차이로 인하여 림 영역에서는 압축응력 상태가 된다. 즉 서로 다른 격자상수를 가지는 단상의 탄화물 내에서는 격자상수가 큰 영역에서 압축응력을 받게 되며, 반대로 격자상수가 작은 영역에서 상대적으로 인장응력이 형성되게 된다. 본 실험예에서는 W의 함량이 높은 림 영역에서 격자상수가 더 크며 이로 인해 큰 림 영역에서 압축응력이 형성되게 된다. 이러한 유심 구조를 가지는 탄화물 구조에서 림 영역에서의 압축응력을 가짐에 따라 소결체의 인성이 향상되는 효과를 나타내게 된다.
본 실험예에 따른 서메트는 경질상인 탄화물 입자가 단상의 완전고용상을 이루나, 조성차이에 의해 코어/림의 유심구조를 갖는다. 그러나 코어 영역와 림 영역의 경계면에서는 조성의 변화가 점진적이고 연속적으로 변화되며, 림 영역에서는 압축응력을 가지는 구조를 가지면, 이러한 탄화물 입자의 구조는 인성 향상의 중요한 요인으로 작용하게 된다.
도 9에는 WC 함량에 따른 서멧트의 비커스 경도(Hardness) 및 파괴인성(Toughness)을 측정한 결과가 나타나 있다. 비커스 경도는 로딩 시간 15초 동안 30kg 하에서 5회 압입에 대한 평균값을 취하여 구하였으며, 파괴인성은 비커스 경도 측정 후 크랙의 길이를 이용하여 도출하였다.
도 9을 참조하면, 비커스 경도의 경우 WC 첨가량의 변화에 관계없이 거의 일정한 값을 유지하였다. 이에 비해 파괴인성의 경우에는 WC가 30wt% 이상 첨가되는 경우 급격하게 향상되는 결과를 나타내었다. 특히, 첨가량이 40 wt% 일 경우, 파괴인성은 약 22 MPam1/2로 종래와 비교할 때 매우 높은 값을 나타내었다.
WC의 첨가량이 30wt%인 경우, 도 6의 (a)에 도시된 것과 같이 코어 영역과 림 영역의 W 함량이 유사하며, 따라서 코어/림 경계면에서의 격자변형의 최소화에 기인하여 인성의 향상이 나타나는 것으로 판단된다. 한편, WC의 첨가량이 40wt% 인 경우, WC의 첨가량이 30wt%인 경우에 비해 더 우수한 파괴인성을 나타내었으며, 이러한 원인은 이미 상술한 바와 같이 림 영역에서의 압축응력에 의한 것으로 판단된다.
도 10은 실험예 1 내지 4에 해당되는 서멧트의 압입으로 인한 균열(crack)의 형태를 나타낸다.
실험예 입내 균열 비율(%) 입자간 균열 비율(%)
실험예 1
Figure pat00011
Figure pat00012
실험예 2
Figure pat00013
Figure pat00014
실험예 3
Figure pat00015
Figure pat00016
실험예 4
Figure pat00017
Figure pat00018
도 10을 참조하면, 제조된 서멧트는 첨가된 WC의 함량에 따라 탄화물과 바인더 사이의 경계를 따라 생기는 입자간 균열(inter-granular fracture, 도 10의 흰색 화살표) 또는 탄화물 입자의 내부를 통과하는 입내 균열(trans-granular fracture, 도 10의 흑색 화살표)의 형태를 나타내었다. 표 3에는 각 실험예에 따른 균열 형태의 비율이 나타나 있다. 도 10의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, WC의 첨가량이 20wt% 이하인 경우에는 주로 입내 균열 형태가 발생되었으며, 도 10의 (c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이 WC의 첨가량이 30wt% 이상인 경우에는 주로 입자간 균열 형태가 나타났다. 특히 WC의 첨가량이 40wt%인 실험예 4의 경우에는 입자간 균열의 비율이 거의 90%에 달하였다.
도 10의 (a) 및 (b)에 나타난 입내 균열은 취성 재료의 클리비지 면(cleavage plane)을 따라 직선적으로 진행된 매끈한 형상을 나타낸 반면, 도 10의 (c) 및 (d)에 나타난 입자간 균열은 연성 재료에서 전형적으로 관찰되는 매우 거친 형상을 나타냈다.
입자간 균열의 비율은 WC 첨가량의 증가에 따라 증가하며, 이는 탄화물 입자의 절단면을 따른 파단 에너지의 증가와 관련이 있을 수 있다. 이는 WC의 첨가량이 증가함에 따라 코어/림 경계면에서의 W 농도차이에 의한 격자 변형 에너지가 감소했기때문으로 판단된다.
한편, 코어/림 경계면에서의 W 함량의 차이는 WC의 첨가량이 40wt%인 실험예 4의 경우가 WC의 첨가량인 30wt%인 실험예 3에 비해 더 큰 값을 보이나, 입자간 균열의 비율은 실험예 4에서 더 큰 값을 나타냈다. 이것은 림 영역에서의 W 함량의 증가가 탄화물 입자의 클리비지 면(cleavage plane)을 따른 입내 파괴 에너지를 증가시킬 수 있음을 의미한다.
탄화물 입자의 크기 및 형상도 균열 발생 및 성장의 형태에 영향을 줄 수 있다. 탄화물 입자의 크기가 클수록 전파되는 균열의 굴절되기 어려우며, 둥근 형상을 가질수록 전파되는 균열의 굴절 기능성이 더 높아지게 된다. 따라서 도 10의 (c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이, 탄화물 입자의 크기가 상대적으로 작고 둥근 형상을 가지는 실험예 3 및 4의 경우에 입자간 균열이 발생될 확률이 많아지게 된다.
표 1의 실험예 5 내지 7에는 바인더로 Ni외에 Co를 추가하거나 첨가되는 탄화물로 WC 외에 Mo2C, NbC, TaC을 더 추가하여 제조한 서멧트의 구체적인 제조 조성이 나타나 있다.
도 11의 (a) 내지 (c)는 각각 실험예 5 내지 실험예 7에 해당되는 분말들로부터 제조한 서멧트의 미세구조를 주사전자현미경으로 관찰한 결과이다.(도 11의 수정이 필요합니다 -> 수정 완료 했습니다.) 도 11을 참조하면, 실험예 5 내지 7을 따르는 서멧트들은 탄화물 입자의 중심에는 상대적으로 어두운 부분인 코어 영역이 형성되어 있고, 상기 코어 영역 주변에는 상대적으로 밝은 부분인 림 영역이 형성된 유심구조를 가짐을 확인할 수 있다.
도 12는 실험예 7의 서멧트의 탄화물 입자를 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하고 특정 부분의 성분을 분석한 결과이다. 도 12를 참조하면, 실험예 7((Ti,W)C-30WC-5Mo2C-3NbC-2TaC-20Ni)의 서멧트도 역시 상대적으로 밝은 영역인 림 영역이 코어 영역의 주변부에 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 또한 실험예 4과 같이 코어 영역에서의 W의 함량이 림 영역에서의 함량보다 더 낮은 값을 나타내었으며, W과 같은 VIa족 금속인 Mo의 함량 또한 림 영역에서 더 높은 값을 나타내었다.
도 13은 실험예 4 내지 7에 해당되는 시편의 비커스 경도(Hv30) 및 인성(toughness) 결과를 상용 WC-Co 초경재료, 상용 서멧트 및 문헌에 보고된 서멧트의 결과와 같이 나타낸 것이다. 도 9의 좌측 상단에 1), 2), 3) 및 4)로 표시된 값이 각각 실험예 4, 5, 6 및 7에 해당되는 값이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 실험예를 따르는 서멧트는 종래의 상용 서멧트나 상용 WC-Co 초경재료에 비해 월등하게 우수한 인성을 나타낸다. 문헌에 보고된 서멧트에 비해서도 유사하거나 다소 작은 경도값을 나타내나 인성은 월등하게 우수한 값을 나타냄을 확인할 수 있다. 따라서, 저인성으로 제한적인 응용분야에서 사용되었던 종래의 여러 서멧트와 달리, 서멧트의 응용을 크게 넓힐 수 있음이 예상된다. 이와 같이 본 발명의 제조 방법을 이용한 서멧트는 기존의 서멧트 및 초경재료가 가지고 있던 저인성의 문제를 크게 향상시킬 수 있다. (바인더 및 첨가 탄화물 함량 조절에 따른 경도와 인성의 조율에 따라 경도 : 10~15GPa, 인성 : 15~40MPa·m1/2 수준 확보 가능)
본 발명을 통하여 통상적인 서멧트와 달리 대폭 향상된 인성을 가지게 되었으므로, 고인성을 요구하는 다양한 극한환경 분야 (국방, 항공, 우주, 해양, 핵융합 발전) 및 베어링 등에 적용이 가능할 것으로 보인다. 구체적인 예시로써는 고온구조재료, 탱크 등의 장갑, 운동에너지탄의 탄자, 핵융합로 내부 극한환경 소재 등이다. 또한, 본 발명에서 제조된 서멧트 모재에 일반적으로 공구재료에 행하는 세라믹코팅(Al2O3,TiN 및 TiAlN 등)을 적용하여 부족한 경도를 보완 시 기존의 공구재료보다 더욱 긴 수명이 확보된 절삭공구로 활용될 수 있을 것으로 보인다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 주기율표 중 IVa족, Va족, 및 VIa족 금속으로부터 Ti를 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속의 탄화물의 완전 고용상이고, 코어 영역 및 림 영역으로 이루어진 유심구조를 가지는 입자; 및
    금속으로 이루어진 바인더;를 포함하고,
    코어 영역에서의 VIa족 금속의 조성은 상기 림 영역에서의 조성에 비해 더 낮으며,
    상기 림 영역에서의 격자상수는 상기 코어 영역에서의 격자상수에 비해 더 큰 값을 가지는,
    인성이 향상된 서멧트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 림 영역은 상기 코어 영역과 대비하여 압축응력 상태를 가지는,
    인성이 향상된 서멧트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어 영역와 림 영역의 계면에서 VIa 족 원소의 조성은 상기 코어 영역쪽에서 림 영역쪽으로 점진적으로 증가하는,
    인성이 향상된 서멧트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어 영역 및 상기 림 영역에서의 VIa 족의 조성의 차이는 1 at% 내지 10at%를 가지는,
    인성이 향상된 서멧트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 VIa 족 원소는 W 및 Mo 중 어느 하나 이상을 포함하는,
    인성이 향상된 서멧트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속의 탄화물의 완전 고용상은,
    TiC 및 WC의 고용체로서 NaCl형 면심입방구조를 가지는,
    인성이 향상된 서멧트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    바인더는 Ni, Co 및 Fe 중 어느 하나 이상을 포함하는
    인성이 향상된 서멧트.
  8. 주기율표 중 IVa 및 VIa 족 금속으로부터 Ti를 포함하여 선택되는 둘 이상의 금속 탄화물이 완전 고용된 제 1 완전 고용상 탄화물 분말 ;
    Va 및 VIa 족 금속으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 탄화물 분말을 포함하는 첨가제; 및
    1종 이상의 금속 분말을 포함하는 바인더;
    을 포함하는 혼합분말을 소결하는 단계를 포함하는,
    인성이 향상된 서멧트 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 소결하는 단계는,
    상기 제 1 완전 고용상 탄화물 분말이 상기 바인더에 완전 고용되는 단계; 및
    상기 바인더로부터 상기 제 1 완전 고용상 탄화물과 상이한 조성을 가지는 제 2 완전 고용상 탄화물이 석출되는 단계를 포함하고,
    인성이 향상된 서멧트 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 완전 고용상 탄화물이 석출되는 단계는,
    코어 영역이 석출되는 단계; 및
    상기 코어 영역이 석출된 후 상기 코어 영역의 주변에 상기 코어 영역에 비해 VIa족 금속의 조성이 상대적으로 더 높은 림 영역이 석출되는 단계를 포함하는,
    인성이 향상된 서멧트 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 완전 고용상 탄화물 분말의 평균 크기는 60nm 이하(0초과)의 범위를 가지는,
    인성이 향상된 서멧트 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 완전 고용상 탄화물은 TiC 및 WC의 고용체로서 NaCl형 면심입방구조를 가지는,
    인성이 향상된 서멧트 제조방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속 분말은 Ni 분말, Co 분말 및 Fe 분말 중 어느 하나를 포함하는,
    인성이 향상된 서멧트 제조방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 첨가제는, WC, Mo2C, TaC, NbC 및 VC 중 어느 하나 이상을 포함하는,
    인성이 향상된 서멧트 제조방법.
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