합금의 정의와 성분 및 제조 방법에 따른 조직과 성질의 변화 특성, 그리고 이에 따른 합금 발명의 특허 기재 요건 doc_id PCY_201511130605328501_2

사전(辭典)에 기재된 합금의 정의를 살펴보면 다음과 같다. 합금(alloy)은 2종 이상의 금속 혹은 금속과 금속 이외의 원소로 구성되며 금속적인 성질을 나타내는 물질을 말한다. 금속 조직학적으로는 성분원소가 원자로 혼합한 고용체 성분원소끼리의 화합물(금속간화합물)을 만들기도 하며 고용체와 금속간화합물의 혼합물로도 합금이 얻어진다. 조성이 완전히 동일한 합금이라도 온도에 따라 합금을 구성하는 상의 양과 형태가 달라지기 때문에 열처리 방법에 따라 성질이 크게 변하는 경우가 많다. 합금[alloy]은 두 가지 이상의 금속을 각각의 녹는점 이상의 온도에서 혼합하여 고체화시킨 것. 구리, 니켈, 금과 백금 등은 모든 비율에 균일하게 섞여 녹아 고용체를 만드나 알루미늄과 구리, 구리와 주석, 마그네슘과 은 등은 혼합의 비에 따라 고용체, 금속간화합물 또는 그들의 혼합물로 된다. 합금의 성질은 이 조직상태에 따라 크게 달라진다. 따라서 어느 금속에 적당한 성분을 적당한 비율로 배합함으로써, 각 성분의 금속과는 다른 물리적 화학적 성질을 가지게 하여, 그 실용 가치를 높일 수 있다. 합금(Alloy, Legierung)의 개념은 라틴어의 Ligare-「일체로 한다」로부터 도입되었고, 그리고 적어도 1개의 성분이 금속인 적어도 2개의 성분으로 이루어진 금속성 혼합물의 총칭이다. 더욱이 합금은 균일한 혼합물인 균일 합금과 불균일한 혼합물인 불균일 합금으로 구별된다. 예를 들면, 금(Au)-은(Ag)과 같이 농도 영역 전체에서 상호 가용인 합금 관여성분은 균일한 고체용액 즉 합금 기술분야에서는 고용체를 형성한다. 또한, 다른 합금으로는 아연(Zn)-납(Pb)과 같이 농도 영역 전체에서 상호 가용하지 않는 합금도 있는데 이러한 합금에서는 2상이 공존하고 있다. 한편, 기술적으로 의의가 있는 합금에서는 위에서 언급한 2개의 상으로 이루어진 혼합물의 형성상태가 구성원소의 농도에 따라 순차적으로 나타나는데 이러한 예로서는 대표적인 합금이 동(Cu)-아연(Zn)이다(도1 참조). 살피건대, 아연 약 30중량% 이하에서는 α 고용체(α상)이라고 표현되는 Cu-Zn 합금의 균일한 고용체를 형성하고, 그 결정구조가 면심입방격자(FCC)로서, 광범위한 조성범위에 걸쳐 생성하며, 더욱이 이 고용체는 황동(신주, Brass)로 알려져 있다. 합금발명은 다른 기술분야의 발명과는 달리, 동일한 구성성분과 동일한 조성범위로 이루어진 합금이라 할지라도, 응고, 열처리 및 소성변형 등 제조방법에 따라 조직상태가 달라지고, 그 결과로 그에 따른 특성 즉 성질도 달라지는 경우가 많다. 도 5의 TTT Diagram에서, 2개의 순차적으로 배열된 C자 형상의 TTT 곡선은, 왼쪽의 변태 개시선(C자형의 왼쪽 실선)을 나타내는 곡선과 오른쪽의 변태 종료선(C 자형의 오른쪽 실선)을 나타내는 곡선으로 구성된다. 일반적으로 변태가 가장 빨리 일어나는 선단 온도(540℃)보다 높은 온도에서 항온 변태를 시키면 펄라이트 조직이 형성되고, 선단 온도보다 낮은 온도에서 항온 변태를 시키면 베이나이트 조직이 생성된다. 펄라이트와 베이나이트는 모두 페라이트 상과 시멘타이트 상으로 구성되고 있으나, 펄라이트는 2상 즉 페라이트 상과 시멘타이트 상이 교대로 반복되는 층상조직을 나타내고 있고, 베이나이트는 침상에 가까운 형태를 나타낸다. 즉 페라이트는 연성이 좋으므로, 압연등의 가공에 의하여도 쉽게 소성변형이 일어나는 반면, 시멘타이트는 대단히 경하고, 취성이 크기 때문에 연성이 거의 없으며, 상온에서 압연 등의 가공에 의해서는 소성변형이 일어나지 아니하므로, 주조 등의 가공방법에 의해서만 성형이 가능하게 된다. 또한 ‘합금원소에 따른 공석 온도 그래프’를 통해서, 미량의 원소들이 강의 공석온도를 변화시키고, 특히 Ti(예를 들면, 티타늄, 니오븀 및 탄탈륨 등)의 합금 원소는 그 함유량을 1% 이내 범위로 변화시켜도 강의 강도 및 연성이 결정적으로 달라지는 것은 도 2의 합금원소에 따른 공석온도의 변화로부터 알 수 있다. Fe-Ti-C 상태도와 Fe-Fe3C 상태도를 비교하여 보면, Ti의 함량의 차이로 인하여 조직의 변화 즉 합금의 특성 즉 성질이 크게 변화하는 것은 도 3의 Fe+Ti+C 상태도로부터 확인할 수 있다. 화합물과 혼합물은 출발물질의 성질이 최종물질까지 그대로 유지되는 반면, 합금은 “같은 성분”이라도 응고, 열처리 및 소성변형에 따라 물리적·화학적·기계적 성질과 조직이 변화하게 되고, 또한 “구성성분으로서 금속 함유량의 극히 미세한 변화”로도 금속의 강도 및 연성이 결정적으로 영향을 받을 수 있다. 동일한 성분을 갖는 합금이라도 제조방법에 따라 그 특성 즉 성질이 변화함으로서, 그 함유하는 구성성분을 명확하게 구체적으로 기재하는 것은 당연하다 할 것이다. 이와 같이, 합금발명과 일반적인 화합·혼합조성물 발명 간의 차이점을 명확히 이해하여야만 올바른 합금관련 발명의 심사를 수행할 수 있다 할 것이다. 이와 관련된 보다 자세한 사항은 부록으로 첨부된 ‘유럽 특허청에서의 합금의 심사’에 대한 논문과 ‘조성물 발명의 특이성’에 관한 자료를 참조할 필요 가 있다. 발명의 설명은 기술문헌으로서의 역할과 아울러 청구범위를 해석하는 권리해설서로서의 역할을 담당한다. 따라서 발명의 설명에 대한 기재는 1) 그 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 사람(이하 ‘통상의 기술자’라 한다)이 그 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 명확하고 상세하게 적을 것 및 2) 그 발명의 배경이 되는 기술을 적을 것의 요건을 충족하여야 한다. 한편, 발명의 설명의 기재방법에 관하여 필요한 기재사항은 산업통상자원부령으로 정한다. 특허법 제 42조 제3항은 발명의 설명의 기재원칙을 의미한다 할 것이다. 그런데 합금발명의 경우, 앞에서 언급한 바와 같이, 합금을 구성하는 성분의 미세한 조성범위의 변화에 따라서도 합금의 특성에 결정적인 영향을 미칠 수 있을 뿐 아니라 동일한 구성성분으로 이루어진 합금이라도 제조방법에 따라서 조직 및 특성이 변화하는 특징이 있다 할 것이어서, 발명의 설명에 있어서 기재요건에 대하여 몇가지 중요한 특징이 있으어서, 이에 대하여는 아래에서 자세히 살펴보기로 한다. 일반적으로 청구범위는 권리요구서와 권리서로서의 역할을 하기 때문에 기재요건 및 방법이 법정화되어 있다. 청구범위에는 보호를 받으려는 사항을 적은 청구항이 하나 이상 있어야 하며, 그 청구항은 1) 발명의 설명에 의하여 뒷받침될 것, 2) 발명이 명확하고 간결하게 적혀 있을 것을 모두 만족하여야 한다. 또한 청구범위에는 보호받으려는 사항을 명확히 할 수 있도록 발명을 특정하는데 필요하다고 인정 되는 구조·방법·기능·물질 또는 이들의 결합관계 등을 적어야 한다. 그 밖의 청구범 위의 기재방법에 관하여 필요한 사항은 대통령령으로 정한다. 특허법 제42조의 제4 항은 청구항의 기재원칙을 의미한다 할 것이다. 그런데 합금발명의 경우, 앞에서 언급한 바와 같이, 합금을 구성하는 조성범위의 변화에 의하여 그 합금이 가지고 있는 성질이 결정적으로 변하므로, 합금을 구성하는 조성범위를 명확하게 한정하는 것과 불순물의 허용범위에 대한 명시적인 기재를 청구범위의 기재요건으로 채택하고 있다.