KR100328920B1 - 졸-겔법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 - Google Patents
졸-겔법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100328920B1 KR100328920B1 KR1019970074912A KR19970074912A KR100328920B1 KR 100328920 B1 KR100328920 B1 KR 100328920B1 KR 1019970074912 A KR1019970074912 A KR 1019970074912A KR 19970074912 A KR19970074912 A KR 19970074912A KR 100328920 B1 KR100328920 B1 KR 100328920B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- silica
- sol
- radome
- distilled water
- gel
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 203
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000001879 gelation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 150000003839 salts Chemical group 0.000 claims abstract description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 6
- -1 fluorine ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 15
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 4
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 8
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 7
- 229910002020 Aerosil® OX 50 Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 5
- 238000007569 slipcasting Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 2
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000462 isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 235000021110 pickles Nutrition 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000010947 wet-dispersion method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/624—Sol-gel processing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
- C04B2103/44—Thickening, gelling or viscosity increasing agents
- C04B2103/445—Gelling agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
- C04B2235/724—Halogenide content
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
본 발명은 볼밀링에 의한 분쇄로 비표면적이 증가되고 산세와 수세를 통하여 금속 및 알칼리이온이 제거된 용융실리카분말과 비표면적이 20-300m2/g인 퓸드실리카(fumed silica)를 용융실리카:퓸드실리카의 질량비가 70:30 내지 90:10에 속하고 전체실리카:증류수의 질량비가 20:80 내지 80:20에 속하도록 증류수에 혼합하고 암모니아수를 첨가해 pH5.5-6.0으로 조절하여 분산시킴으로써 실리카졸을 제조한 다음, 제조된 실리카졸에 겔화촉진제를 첨가하여 겔화시킨 후, 형성된 실리카성형체를 건조, 하소, 소결하여 실리카레이돔을 제조하는 것을 특징으로 하는 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법에 관한 것으로, 미세한 퓸드실리카입자가 용융실리카입자간 공극을 메워줌으로써 소결성이 향상되고 겔화촉진제의 첨가로 졸이 겔화됨으로써 성형체의 상대밀도가 높아져 제조된 실리카레이돔은 기계적 강도가 높아 종래의 실리카레이돔과 달리 비와 모래에 의한 침식에 강한 특성을 가진다.
Description
본 발명은 습식정수압성형법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초고속으로 비행하는 미사일에 사용될 수 있는 실리카레이돔을 용융실리카에 퓸드실리카(fumed silica)를 첨가하고 불순물을 인위적으로 제거한 후 졸-겔(Sol-Gel)법을 이용하여 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이돔(radome)이라 함은 항공기 등의 외부레이더 안테나용 덮개를 말하는 것으로서 레이더의 안테나를 외장하여 보호해 주는 구조재이다.
이러한 레이돔이 레이더의 안테나를 효과적으로 보호할 수 있기 위해서는 안테나의 전기적인 작용에 대한 간섭이 아주 작아야 한다.
특히 마하3 내지 마하5의 초음속도를 가지는 초고속미사일용 레이더에 사용되는 레이돔의 경우에는 500-800℃ 범위의 고온영역에서의 기계적 물성 및 전기적 물성과 가혹한 환경조건인 비와 모래에 의한 침식에 대한 내성도 고려하여야 한다.
플라스틱으로 만든 레이돔은 마하3이하의 초음속도영역에서는 정상적인 작동을 하지만 마하3보다 고속으로 비행하는 미사일에 사용하는 경우에는 정상적인 작동을 하지 못한다.
따라서 마하3이상의 고속으로 비행하는 미사일에는 세라믹재료로 만든 레이돔을 사용하여야 한다.
종래에 고속으로 비행하는 미사일에 사용하기 위한 세라믹레이돔의 재료로는 알루미나(Al2O3), 슬립캐스팅한 용융실리카(slip-casted fused-silica) 및 코디어라이트(cordierite) 등을 사용하여 왔다.
알루미나의 경우 열충격저항성이 낮은 반면 유전상수가 커서 고온에서 사용할 때 열에 의한 충격을 많이 받게 되고 유전손실이 크다는 단점이 있다.
코디어라이트의 경우 알루미나의 특성과 슬립캐스팅한 용융실리카의 특성의 중간적인 특성을 나타낸다. 따라서 600℃ 또는 그 이상의 온도에서 사용될 경우 tanδ의 손실이 0.01 이상이 되어 유전손실이 상대적으로 높다는 단점이 있다.
슬립캐스팅으로 제조된 용융실리카의 경우 열충격저항성이 우수하고 유전상수가 매우 낮은 특성을 가지고 있어 고속미사일용 레이돔으로 널리 사용되고 있다. 그러나 슬립캐스팅한 용융실리카는 환경조건인 비와 모래에 의한 침식에 약하다는 단점이 있다.
슬립캐스팅한 용융실리카가 비와 모래에 의한 침식에 약한 것은 용융실리카의 기계적 강도가 낮기 때문이다.
용융실리카의 기계적 강도가 낮은 것은 용융실리카를 성형한 후 1150-1200℃의 고온에서 소성할 경우 용융실리카내에 존재하는 불순물들로 인하여 용융실리카가 결정화되므로 소성후 냉각공정에서 열팽창계수가 일치하기 않아 용융실리카가 파괴되기 때문에 저온에서 소성을 하게 되는데, 이러한 저온소성에 의하여 용융실리카는 저밀도의 미세구조를 가지게 되고 그 결과 비와 모래에 의한 침식 등에 약해지는 문제점이 발생한다.
실리카레이돔을 제조하는 종래의 방법으로는 용융실리카분말을 먼저 슬립캐스팅(Slip-casting), 정수압성형(Iso-static Pressing) 또는 사출성형법 등이 있다.
이들 공법들은 먼저 원하는 형상의 성형체를 제조하고 이 성형체를 적당한 후처리를 거친 후 일정온도에서 소결하는 방식을 취하고 있다.
슬립캐스팅법의 경우 일반적으로 사용되는 석고몰드의 경우, 석고의 표면과 성형체가 직접 접촉함으로써 석고로부터 알칼리계 불순물이 성형체표면으로 흡착되어 성형체의 건조후 소성시 성형체표면에 흡착된 알칼리성분이 실리카성형체의 결정화를 유발하여 성형체가 파괴되고, 석고몰드에 의한 성형체 제조시 성형체의 착육층의 두께가 증가할 수록 수분의 확산경로가 길어져 두꺼운 착육체를 원할 경우 공정시간이 길어지는 문제점이 있다.
또한 착육층의 두께를 정밀하게 제어하기 힘들어 성형체 자체나 소성후의 소결체를 기계적으로 가공하여 원하는 치수를 가지도록 하여야 하는데, 소성후 기계적 가공을 하는 것은 별도의 공정을 요하고 별도의 시간이 소요되므로 경제성이 떨어지고, 슬립캐스팅법으로 제조된 성형체는 일반적으로 기계적 강도가 약하여 가공시 파괴될 위험이 크다는 문제점이 있다.
정수압성형법의 경우 슬립캐스팅법에 비해 성형체의 강도가 증진되어 가공성은 우수하나 정수압성형시 몰드내로 장입되는 용융실리카분말의 충진이 건식상태에서 이루어지므로 성형후 성형체내에 기공이 불균일하게 분포할 가능성이 크고 이는 소성시 소결의 불균일현상을 유발하게 되는 문제점이 있다.
사출성형법의 경우 공정의 특성상 결합제로 첨가되는 유기물의 함량이 타공정에 비해 많아 성형후 이들 유기물의 제거가 힘들며, 특히 유기물제거시 많은 유독물질이 배출된다는 단점이 있다.
상기와 같은 종래의 성형법의 단점을 개선할 수 있는 방법으로 졸-겔법이 있다.
졸-겔법의 경우 성형체의 표면이 채용된 몰드의 표면에 의존하므로 매끄러운 몰드를 사용할 경우 성형체표면 역시 같은 정도의 매끄러움을 가져 성형후 후가공이 거의 필요없으며 또한 두꺼운 기물도 쉽게 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한 습식분산을 이용함으로써 균일한 기공분포를 갖고 첨가되는 유기물이 거의 없어 오염을 유발하지 않는다는 장점이 있다.
반면 용융실리카에 졸-겔법을 적용하기 위해서는 분말의 입도를 작게 해야 하는데 분말의 입도를 줄이는데 수단적으로 제한이 있어 겔화가 용이하게 일어나지 않는다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 퓸드실리카분말을 첨가함으로써 비교적 입자가 큰 용융실리카사이의 기공을 메워줌으로써 소결성을 향상시키고 인위적인 방법으로 불순물을 제거하여 소결성을 향상시키며 실리카졸에 겔화촉진제를 첨가하여 겔화시킴으로써 기계적 강도가 우수한 실리카레이돔을 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 볼밀링에 의한 분쇄로 비표면적이 증가되고 산세와 수세를 통하여 금속 및 알칼리이온이 제거된 용융실리카분말과 비표면적이 20-300m2/g인 퓸드실리카를 용융실리카:퓸드실리카의 질량비가 70:30 내지 90:10에 속하고 전체실리카:증류수의 질량비가 20:80 내지 80:20에 속하도록 증류수에 혼합하고 암모니아수를 소량 첨가해 pH5.5-6.0으로 조절하여 분산시킴으로써 실리카졸을 제조하고, 제조된 실리카졸에 겔화촉진제를 첨가하여 겔화시킨 후, 형성된 실리카성형체를 건조, 하소, 소결하여 실리카레이돔을 제조하는 것을 특징으로 하는 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법이다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
실리카레이돔의 재료인 용융실리카 분말은 증류수와 1:100 내지 200:100의 질량비로 혼합한 후 볼밀링하여 용융실리카 수용액의 평균입도가 1㎛이하이며 보다 바람직하게는 0.5㎛이하가 되도록 입자를 분쇄한다. 분쇄물의 입도분포는 라디안분포가 되는 것이 바람직하다.
볼밀링에 의하여 용융실리카입자들의 크기가 감소하여 새로운 표면이 노출됨으로써 용융실리카의 비표면적이 상대적으로 증가하게 되어 수세과정에서 불순물제거효과가 커지게 된다. 따라서 용융실리카를 많이 분쇄할 수록 수세과정에서 물과 접촉하는 면적이 커져 불순물의 제거효과가 커지게 된다.
볼밀링하여 얻어진 용융실리카슬러리는 수분을 제거한 다음 산세를 행하는데, 용융실리카슬러리를 산수용액에 용해시켜 금속성분을 제거한 후 여과를 하여 액상인 금속성분이 용해된 산수용액을 제거한다.
여과한 후 2차증류수를 사용한 수세(water washing)공정을 연속적으로 실시한다. 수세작업은 용융실리카층을 통과한 수용액에서 산기가 검출되지 않을 때까지 계속한다.
산세와 수세를 마친 용융실리카덩어리는 건조기를 이용하여 수분을 완전히 제거하여 준다.
산세와 수세공정을 거친 용융실리카덩어리는 불순물의 양이 감소되는데 특히 철성분과 최초의 용융실리카분말에 존재하던 나트륨, 칼륨, 칼슘 등 알칼리원소의 양이 절반이하로 감소한다. 이는 산세과정에서 철성분이 용출되고 수세과정에서 알칼리이온이 제거되기 때문이다.
특히 볼밀링에 의해 용융실리카의 비표면적이 증가하여 증류수와 접촉하는 면적이 커지므로 알칼리이온의 제거효과가 커지게 된다.
금속 및 알칼리이온들은 용융실리카를 고온에서 소성하는 과정에서 실리카의 결정화를 심하게 유발시키므로 이들 원소를 제거함으로써 궁극적으로 실리카의 결정화를 억제할 수 있어 용융실리카의 소성온도를 증가시킬 수 있다.
상기의 공정을 거친 용융실리카는 평균입도를 0.1㎛이하로 떨어뜨리기가 어려운데 이는 분쇄공정의 특성상 볼밀공정으로는 용융실리카를 0.1㎛이하의 입도로 분쇄하기 어렵기 때문이다.
그러므로 불순물의 제거로 소성온도를 상승시키는 것만으로는 용융실리카의 고밀도화에 한계가 있게 된다.
따라서 본 발명에서는 용융실리카의 고밀도화를 위하여 초미세비정질실리카를 첨가하여 성형체의 소결성을 향상시키며,초미세비정질 실리카분말로는 비표면적이 20-300m2/g에 속하는 퓸드실리카(fumed silica)를 사용한다.
본 발명에 사용될 수 있는 퓸드실리카로는 이산화규소를 원료로 하며 비표면적이 50m2/g이고 평균입자크기가 40nm인 에어로실 OX-50(Aero-sil OX-50: 독일 데구사 제품, 이하 '에어로실 OX-50'이라 함) 등이 있다.
산세와 수세를 거친 용융실리카와 퓸드실리카를 증류수에 혼합하여 분산시킴으로써 실리카슬러리를 제조한다.
이때 용융실리카:퓸드실리카의 질량비가 70:30 내지 90:10에 속하도록 하고 용융실리카와 퓸드실리카혼합물:증류수의 질량비는 20:80 내지 80:20에 속하도록 한다.
용융실리카에 대한 퓸드실리카의 양이 지나치게 많으면 미세입자량의 증가로 인하여 겔화특성과 소결성은 상대적으로 더 우수해지나 겔형성시 오히려 성형밀도가 떨어지는 단점이 있다.
이는 성형체의 미세구조의 구성상 평균입도가 상대적으로 큰 용융실리카입자들 사이의 공극을 평균입도가 훨씬 작은 퓸드실리카가 채워줌으로써 성형밀도가 높아지게 되는데, 이들 한계를 벗어나면 오히려 성형밀도가 낮아져 미세입자에 의한 소결성 상승효과를 성형밀도가 상쇄시키기 때문이다.
따라서 용융실리카와 퓸드실리카는 질량비로 70:30 내지 90:10에 속하도록 하는 것이 바람직하다.
또한 실리카에 비해 증류수의 양이 지나치게 많은 경우에는 겔화반응이 잘 일어나지 않으며 생성된 겔의 강도가 지나치게 약하여 취급이 용이하지 않은 단점이 있고, 증류수의 양이 지나치게 적은 경우에는 균질혼합이 일어나기 어려운 단점이있다.
따라서 실리카:증류수의 적정혼합비는 용융실리카와 퓸드실리카의 혼합비에 따라 약간의 차이는 있으나 질량비로 20:80 내지 80:20에 속하도록 하는 것이 바람직하며, 슬러리내 최적고체함량은 40-60%이다.
상기의 실리카졸화합물의 pH는 실리카의 양에 따라 차이가 있으나 3.5-4.5에 속하게 된다. pH3.5-4.5에서는 실리카의 분산이 잘 이루어지지 않으므로 소량의 염기성수용액을 첨가하여 실리카슬러리의 pH가 5.5-6.0에 속하도록 한다.
이 슬러리를 다시 블렌더에서 혼합하여 유동성을 가지도록 하고 혼합도를 높여주기 위하여 볼밀링을 하면 점도가 매우 낮은 슬러리가 얻어진다.
최종적으로 제조한 이 실리카졸에 플루오르(F)이온을 함유한 염(salt)을 증류수에 대하여 0.01-10% 첨가해주고 다시 교반기로 혼합한다.
제조된 실리카졸은 진공용기내에서 탈포작업을 수행하여 기포를 제거한 후콘형의 몰드에 주입한다. 몰드주입후 몰드는 수분의 증발을 막기 위하여 밀봉하여 준다.
몰드는 단단하고 물에 대한 발성이 있는 것을 사용하는데, 사용될 수 있는 몰드로는 폴리프로필렌(polypropylene)몰드, 폴리스티렌(polystyrene)몰드, 테플론(Teflon)몰드, 왁스(wax)몰드 등이 있다.
몰드내에 주입된 실리카졸은 5분에서 24시간사이에 겔화가 되는데 겔화반응의 완결시간은 고체의 양과 겔화촉진제의 양에 따라 다르지만 통상 3시간내에 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 온도가 높아지는 경우 겔화시간은 단축된다.
겔화가 완료되면 48시간동안 유지한 후 실리카겔을 몰드로부터 제거하여 상온에서 건조를 한다.
성형체의 건조는 성형체의 두께에 따라 차이는 있으나 상온에서 14일이상 유지하면 수분의 98%가 제거된다. 1차 건조겔을다시 건조기를 이용하여 건조하는데, 시간당 5℃의 속도로 110℃까지 승온한 후 110℃에서 48시간정도 유지시켜 주면 실리카입자표면의 흡착수가 충분히 제거된다.
건조된 겔은 900℃까지 시간당 100℃씩 승온하여 900℃에서 20시간이상 유지한다. 900℃에서의 하소과정을 통하여 실리카의 구조수가 완전히 제거되는데, 이는 고온에서 소성시 잔류수산화(OH)기가 실리카를 결정화시키는 인자로 작용하기 때문이다.
상기의 건조 및 하소공정을 거친 건조겔의 상대밀도는 혼합비율에 따라 차이는 있으나 최고 75%의 상대밀도가 얻어진다.
1100-1200℃에서 소결하며, 1100-1200℃에서 30분 이내로 소성한 후 상온까지 냉각하여 주면 실리카레이돔의 제조가 완료된다.
얻어진 소결체는 몰드면의 가공상태에 따라 그에 부합하는 매끄러운 면을 가지며 소결체의 수축률을 미리 제어할 경우 성형체나 소결체의 후가공이 거의 필요없는 정밀한 소결체가 얻어진다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
[실시예]
순도 99.5%이상의 용융실리카분말에 증류수를 질량비로 1:1로 칭량하여 혼합하고 SUS제 쟈(Jar)와 볼(ball)을 이용하여 볼밀링한다.
볼밀링하여 얻어진 슬러리는 수분을 충분히 제거하여 10부피%의 염산수용액으로 산세한 후 2차증류수로 수세하고, 수세를 마친 용융실리카덩어리는 110℃에서 건조기로 24시간 건조시킨다.
소결성을 향상시키기 위하여 첨가하는 퓸드실리카로는 시중에서 시판되는 저가의 에어로실 OX-50(Aero-sil OX-50; 독일 데구사 제품)을 사용한다.
먼저 에어로실 OX-50과 건조된 용융실리카를 1:4의 비율로 혼합하여 전체실리카와 증류수를 질량비로 1:1이 되도록 칭량하여 혼합한 후 균일혼합기로 혼합한다. 이 실리카졸의 혼합물에 소량의 암모니아수를 첨가하여 pH를 5.7로 만들어 준 후 고속블렌더에서 10분간 혼합하고, 쿼츠 쟈와 볼을 이용하여 8시간동안 볼밀링을 한다.
볼밀링후 0.1%의 플루오르화암모늄(NH4F)을 첨가하여 교반기에서 혼합시킨 후 진공용기내에서 탈포작업을 하고 콘형의 폴리프로필렌몰드내에 주입한다. 실리카졸을 주입한 후 몰드는 수분의 증발을 막기 위하여 밀봉한다.
주입한 실리카졸을 60분간 겔화시키고 48시간동안 유지시킨 후 실리카겔을 몰드로부터 제거한다.
상기 실리카겔은 상온에서 14일 유지하여 건조한 후 다시 건조기로 시간당 5℃의 승온속도로 승온하여 110℃가 되도록 한 후 110℃에서 48시간 유지시켜 건조시키며, 건조된 겔은 900℃까지 시간당 100℃로 승온하여 900℃에서 20시간 유지하면서 하소한다.
하소후 1150℃에서 2시간동안 소결하며, 1200℃에서 30분간 소성한다. 소결과 소성후에는 로냉각으로 상온까지 냉각한다.
상기의 공정에 의하여 얻어진 소결체를 XRD(X-Ray Diffraction Meter)로 분석한 결과 결정상인 크리스토발라이트(Cristobalite)의 양이 1% 미만이며, 소결체의 상대밀도는 93%이다.
상기와 같은 본 발명은 미세한 퓸드실리카입자가 용융실리카입자간 공극을 메워줌으로써 소결성이 향상되고 겔화촉진제를 첨가하여 졸을 겔화시킴으로써 성형체의 상대밀도가 높아져 제조된 실리카레이돔의 기계적 강도가 높아지는 효과가 있다.
또한 기계적으로 표면의 경면가공이 가능한 정밀몰드를 이용하여 소결체의 후가공을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
따라서 상기의 방법으로 제조된 실리카레이돔은 기계적 강도가 높아 종래의 실리카레이돔과 달리 비와 모래에 의한 침식에 강한 특성을 가진다.
Claims (5)
- 볼밀링에 의한 분쇄로 비표면적이 증가되고 산세와 수세를 통하여 금속 및 알칼리이온이 제거된 용융실리카분말과 비표면적이 20-300m2/g인 퓸드실리카(fumed silica)를 용융실리카:퓸드실리카의 질량비가 70:30 내지 90:10에 속하고 전체실리카:증류수의 질량비가 20:80 내지 80:20에 속하도록 증류수에 혼합하고 염기성수용액을 첨가해 pH5.5-6.0으로 조절하여 분산시킴으로써 실리카졸을 제조한 다음, 제조된 실리카졸에 겔화촉진제를 첨가하여 겔화시킨 후, 형성된 실리카성형체를 건조, 하소, 소결하여 실리카레이돔을 제조하는 것을 특징으로 하는 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 겔화촉진제는 플루오르이온을 함유한 염을 사용하는 것을 특징으로 하는 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.
- 제 2항에 있어서, 플루오르이온을 함유한 염중 플루오르화암모늄을 사용하는 것을 특징으로 하는 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 겔화촉진제의 첨가량은 0.01-10%로 하는 것을 특징으로 하는 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 염기성수용액은 암모니아수용액으로 하는 것을 특징으로 하는 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970074912A KR100328920B1 (ko) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | 졸-겔법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970074912A KR100328920B1 (ko) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | 졸-겔법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19990055009A KR19990055009A (ko) | 1999-07-15 |
| KR100328920B1 true KR100328920B1 (ko) | 2002-08-21 |
Family
ID=37479059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019970074912A KR100328920B1 (ko) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | 졸-겔법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100328920B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100419060B1 (ko) * | 1999-12-24 | 2004-02-14 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 졸-겔법을 이용한 허스롤용 실리카질 슬리브의 제조방법 |
-
1997
- 1997-12-27 KR KR1019970074912A patent/KR100328920B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19990055009A (ko) | 1999-07-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100328920B1 (ko) | 졸-겔법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 | |
| KR100328923B1 (ko) | 응고법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 | |
| KR100302231B1 (ko) | 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법 | |
| KR101200718B1 (ko) | 슬립캐스팅 공법을 이용한 고밀도/고인성 실리카 레이돔의 제조방법 | |
| KR100328916B1 (ko) | 슬립캐스팅공법을이용한실리카레이돔의제조방법 | |
| KR100328921B1 (ko) | 졸-겔법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 | |
| CN106278308B (zh) | 一种添加富镁尖晶石微粉制备氧化锆质定径水口的方法 | |
| KR100328945B1 (ko) | 응고법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 | |
| KR100328943B1 (ko) | 슬립캐스팅공법을이용한실리카레이돔의제조방법 | |
| KR100328924B1 (ko) | 응고법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 | |
| KR100328917B1 (ko) | 습식 정수압성형법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 | |
| KR100328922B1 (ko) | 졸-겔법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 | |
| KR100381097B1 (ko) | 허스롤용 실리카 슬리브 제조방법 | |
| KR100302230B1 (ko) | 습식정수압성형법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법 | |
| KR100302229B1 (ko) | 슬립캐스팅공법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법 | |
| KR100328944B1 (ko) | 응고법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 | |
| KR100328942B1 (ko) | 슬립캐스팅공법을이용한실리카레이돔의제조방법 | |
| KR100328919B1 (ko) | 습식 정수압성형법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 | |
| KR100419060B1 (ko) | 졸-겔법을 이용한 허스롤용 실리카질 슬리브의 제조방법 | |
| KR100417682B1 (ko) | 실리카질 슬리브 성형용 조성물 및 이로부터 실리카질슬리브를 제조하는 방법 | |
| KR100328918B1 (ko) | 습식 정수압성형법을 이용한 실리카 레이돔의 제조방법 | |
| KR100477880B1 (ko) | 강판이송용 허스롤에 사용되는 실리카질 슬리브의 제조방법 | |
| KR100426121B1 (ko) | 실리카질 슬리브 성형용 조성물 및 이로부터 실리카질슬리브를 제조하는 방법 | |
| KR20020051387A (ko) | 비정질합금 제조용 실리카질 슬릿형 노즐의 제조방법 | |
| KR100425241B1 (ko) | 실리카질 슬리브 성형용 조성물 및 이로부터 실리카질슬리브를 제조하는 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20090305 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |