KR100328921B1 - Method for preparing silica radom by sol-gel process - Google Patents

Method for preparing silica radom by sol-gel process Download PDF

Info

Publication number
KR100328921B1
KR100328921B1 KR1019970074914A KR19970074914A KR100328921B1 KR 100328921 B1 KR100328921 B1 KR 100328921B1 KR 1019970074914 A KR1019970074914 A KR 1019970074914A KR 19970074914 A KR19970074914 A KR 19970074914A KR 100328921 B1 KR100328921 B1 KR 100328921B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silica
slurry
sol
radome
prepare
Prior art date
Application number
KR1019970074914A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR19990055011A (en
Inventor
전명철
김선욱
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1019970074914A priority Critical patent/KR100328921B1/en
Publication of KR19990055011A publication Critical patent/KR19990055011A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100328921B1 publication Critical patent/KR100328921B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14Shaped 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/624Sol-gel processing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261Milling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/44Thickening, gelling or viscosity increasing agents
    • C04B2103/445Gelling agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C04B2235/724Halogenide content

Abstract

PURPOSE: A method for preparing a silica radome using the sol-gel method is provided, to reduce the amount of the impurities and to improve the sintering efficiency by employing the granulated fumed silica of high purity instead of the fused silica and to improve the relative density of the molded one by gelling the sol, thereby enhancing the mechanical strength of the silica radome. CONSTITUTION: The method comprises the steps of dispersing the fumed silica with a specific surface area of 20-300 m2/g into distilled water in the ratio of 1:99 to 40:60 by weight and homogenizing it to prepare a primary silica slurry; drying and calcining the primary silica slurry and pulverizing it mechanically to prepare a granular secondary silica slurry; re-dispersing the secondary silica slurry into distilled water in the ratio of 20:80 to 70:30 by weight and ball milling the solution to prepare the final slurry; adding a gelation accelerator to the final silica slurry to gel it; and drying, calcining and sintering the obtained silica molded one to prepare a silica radome. Preferably the gelation accelerator is a salt containing a fluoride ion.

Description

졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법{Method for preparing silica radom by sol-gel process}Method for preparing silica radom by sol-gel method

본 발명은 습식정수압성형법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초고속으로 비행하는 미사일에 사용될 수 있는 실리카레이돔을 과립화한 퓸드실리카를 원료로 사용하여 졸-겔(Sol-Gel)법으로 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing silica radome using wet hydrostatic molding, and more particularly, a sol-gel (Sol-) using a fumed silica obtained by granulating silica radome which can be used for a missile flying at high speed. Gel) method.

일반적으로 레이돔(radome)이라 함은 항공기 등의 외부레이더 안테나용 덮개를 말하는 것으로서 레이더의 안테나를 외장하여 보호해주는 구조재이다.Generally, a radome is a cover for an external radar antenna such as an aircraft, and is a structural material that protects an external radar antenna.

이러한 레이돔이 레이더의 안테나를 효과적으로 보호할 수 있기 위해서는 안테나의 전기적인 작용에 대한 간섭이 아주 작아야 한다.In order for such a radome to effectively protect the radar antenna, the interference of the antenna's electrical behavior must be very small.

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.Especially in the case of radome used in the super high speed missile radar having the supersonic speed of Mach 3 to Mach 5, the mechanical and electrical properties in the high temperature range of 500-800 ° C and the erosion by rain and sand, which are harsh environmental conditions Immunity should also be considered.

플라스틱으로 만든 레이돔은 마하 3이하의 초음속도영역에서는 정상적인 작동을 하지만 마하3보다 고속으로 비행하는 미사일에 사용하는 경우에는 정상적인작동을 하지 못한다.Radomes made of plastic operate normally in supersonic speeds below Mach 3 but not in missiles flying at higher speeds than Mach 3.

따라서 마하3이상의 고속으로 비행하는 미사일에는 세라믹재료로 만든 레이돔을 사용하여야 한다.Therefore, missiles flying at Mach 3 or higher speeds should use radome made of ceramic material.

종래에 고속으로 비행하는 미사일에 사용하기 위한 세라믹레이돔의 재료로는 알루미나(Al2O3), 슬립캐스팅한 용융실리카(slip-casted fused-silica) 및 코디어라이트(cordierite) 등을 사용하여 왔다.Conventionally, alumina (Al 2 O 3 ), slip-casted fused silica, and cordierite have been used as ceramic radome materials for use in high-speed missiles. .

알루미나의 경우 열충격저항성이 낮은 반면 유전상수가 커서 고온에서 사용할 때 열에 의한 충격을 많이 받게 되고 유전손실이 크다는 단점이 있다.Alumina has a low thermal shock resistance, but a large dielectric constant has a disadvantage of being subjected to a lot of heat shock and high dielectric loss when used at high temperatures.

코디어라이트의 경우 알루미나의 특성과 슬립캐스팅한 용융실리카의 특성의 중간적인 특성을 나타낸다. 따라서 600℃ 또는 그 이상의 온도에서 사용될 경우 tanδ의 손실이 0.01이상이 되어 유전손실이 상대적으로 높다는 단점이 있다.In the case of cordierite, there is an intermediate characteristic between the properties of alumina and that of slip cast molten silica. Therefore, when used at a temperature of 600 ℃ or more has a disadvantage that the loss of tanδ is more than 0.01, the dielectric loss is relatively high.

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.Molten silica manufactured by slip casting has excellent thermal shock resistance and has a very low dielectric constant, so it is widely used as a radome for high speed missiles. However, slip cast molten silica has a disadvantage of being vulnerable to erosion by rain and sand, which are environmental conditions.

슬립캐스팅한 용융실리카가 비와 모래에 의한 침식에 약한 것은 용융실리카의 기계적 강도가 낮기 때문이다.The slip cast molten silica is weak to rain and sand erosion because of the low mechanical strength of the molten silica.

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.The low mechanical strength of the molten silica melts because the thermal expansion coefficient does not coincide in the cooling process after firing because the molten silica is crystallized due to impurities present in the molten silica when the molten silica is molded and calcined at a high temperature of 1150-1200 ° C. Since the silica is destroyed, it is calcined at a low temperature. By this low temperature baking, the molten silica has a low density microstructure, and as a result, there is a problem of weakening rain and sand erosion.

실리카레이돔을 제조하는 종래의 방법으로는 용융실리카분말을 먼저 슬립캐스팅(Slip-casting), 정수압성형(Iso-static Pressing) 또는 사출성형법 등이 있다.Conventional methods for producing silica radome include melt-casting, slip-casting, iso-static pressing or injection molding.

이들 공법들은 먼저 원하는 형상의 성형체를 제조하고 이 성형체를 적당한 후처리를 거친 후 일정온도에서 소결하는 방식을 취하고 있다.These processes take the form of first producing a shaped body of desired shape, and then sintering at a constant temperature after the appropriate after-treatment.

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 증가할수록 수분의 확산경로가 길어져 두꺼운 착육체를 원할 경우 공정시간이 길어지는 문제점이 있다.In the case of the slip casting method, in the gypsum mold that is generally used, alkali-based impurities are adsorbed from the gypsum to the molded surface by direct contact with the surface of the gypsum. The molded body is destroyed by crystallization, and when the molded layer is manufactured by the gypsum mold, the thickness of the molded layer of the molded body increases, so that the diffusion path of moisture is long, and thus, the process time is long when a thick fleshed body is desired.

또한 착육층의 두께를 정밀하게 제어하기 힘들어 성형체자체나 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.In addition, it is difficult to precisely control the thickness of the ground layer so that the molded body itself or the sintered body after firing should be mechanically processed to have a desired dimension.The mechanical processing after firing requires a separate process and takes additional time, so it is economical. There is a problem that the fall, the molded article produced by the slip casting method is generally weak mechanical strength and the risk of breakage during processing.

정수압성형법의 경우 슬립캐스팅법에 비해 성형체의 강도가 증진되어 가공성은 우수하나 정수압성형시 몰드내로 장입되는 용융실리카분말의 충진이 건식상태에서이루어지므로 성형후 성형체내에 기공이 불균일하게 분포할 가능성이 크고 이는 소성시 소결의 불균일현상을 유발하게 되는 문제점이 있다.In the hydrostatic molding method, compared to the slip casting method, the strength of the molded body is improved and the workability is excellent.However, the filling of the molten silica powder charged into the mold during the hydrostatic molding is carried out in a dry state, so that there is a possibility of uneven distribution of pores in the molded body after molding. This is large and there is a problem that causes a non-uniform phenomenon of sintering when firing.

사출성형법의 경우 공정의 특성상 결합제로 첨가되는 유기물의 함량이 타공정에 비해 많아 성형후 이들 유기물의 제거가 힘들며, 특히 유기물제거시 많은 유독물질이 배출된다는 문제점이 있다.In the case of the injection molding method, due to the nature of the process, the amount of organic matter added as a binder is higher than that of other processes, and thus, it is difficult to remove these organic matters after molding, and there is a problem in that many toxic substances are released during the organic matter removal.

상기와 같은 종래의 성형법의 단점을 개선할 수 있는 방법으로 졸-겔법이 있다.The sol-gel method is a method that can improve the disadvantages of the conventional molding method as described above.

졸-겔법의 경우 성형체의 표면이 채용된 몰드의 표면에 의존하므로 매끄러운 몰드를 사용할 경우 성형체표면역시 같은 정도의 매끄러움을 가져 성형후 후가공이 거의 필요없으며 또한 두꺼운 기물도 쉽게 제조할 수 있는 장점이 있다.In the case of the sol-gel method, since the surface of the molded product depends on the surface of the mold to be employed, the surface of the molded product has the same smoothness as the surface of the molded product, which requires almost no post-molding after molding, and also has the advantage of easily manufacturing thick materials. .

또한 습식분산을 이용함으로써 균일한 기공분포를 갖고 첨가되는 유기물이 거의 없어 오염을 유발하지 않는다는 장점이 있다.In addition, the use of wet dispersion has the advantage that there is almost no organic substance added with uniform pore distribution and does not cause contamination.

그러나 용융실리카분말을 원료로 사용하는 측면에 있어서, 용융실리카분말내에 필연적으로 포함되는 불순물은 산세 및 수세공정을 거치더라도 극소량이 잔류하게 되어 고온소결시 결정화를 유발하는 단점이 있다.However, in terms of using molten silica powder, impurities inevitably contained in the molten silica powder remain in a small amount even after the pickling and washing process, which causes crystallization during high temperature sintering.

상기와 같은 원료상의 문제점을 개선하고자 고순도의 퓸드실리카분말을 이용하여 실리카졸을 만든 후 겔화시킴으로써 실리카성형체를 얻고자 하는 시도가 있어 왔으나, 퓸드실리카입자가 미세하여 겔내에 존재하는 기공도 미세하므로 건조시 모세관압력의 상승으로 인해 겔체가 클수록 쉽게 파괴되어 수십g의 건조겔체를 제조하는데는 성공하였으나 1kg 이상의 대형성형체는 제조하지 못하는 문제점이 있다.In order to improve the above problems of raw materials, attempts have been made to obtain silica molded bodies by making silica sol using high purity fumed silica powder and then gelling them, but the fine pores present in the gel due to fine fumed silica particles Therefore, due to the increase in capillary pressure during drying, the larger the gel body, the easier it is destroyed, and succeeded in producing a dry gel body of several tens of g, but there is a problem that can not produce a large molded body more than 1kg.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 불순물제거에 한계가 있는 용융실리카대신 고순도의 퓸드실리카를 과립화하여 원료로 사용하고 석고몰드 대신 고무몰드를 이용하여 성형체와의 접촉면에서 불순물의 유입이 일어나지 않도록 함으로써 불순물의 양을 감소시켜 소성온도를 증가시키고 실리카졸에 겔화촉진제를 첨가하여 겔화시킴으로써 기계적 강도가 우수한 실리카레이돔을 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention uses granules of high-purity fumed silica instead of molten silica, which has limitations in removing impurities, and uses them as raw materials. It is an object of the present invention to provide a method for producing a silica radome having excellent mechanical strength by reducing the amount of impurities to increase the firing temperature to increase the firing temperature and gelation by adding a gelling accelerator to the silica sol.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 비표면적이 20-300m2/g인 퓸드실리카를 증류수에 1:99 내지 40:60의 질량비로 분산한 후 균질화하여 1차실리카슬러리를 제조한 다음, 상기 1차실리카슬러리를 건조, 하소한 후 기계적으로 분쇄하여 과립상의 2차실리카슬러리를 제조한 다음, 상기 2차실리카슬러리를 증류수에 20:80 내지 70:30의 질량비로 재분산한 후 볼밀링을 하여 최종슬러리를 제조한 다음, 최종슬러리에 겔화촉진제를 첨가하여 겔화시킨 후, 형성된 실리카성형체를 건조, 하소, 소결하여 실리카레이돔을 제조하는 것을 특징으로 하는 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법이다.In order to achieve the above object, the present invention disperses fumed silica having a specific surface area of 20-300 m 2 / g in distilled water at a mass ratio of 1:99 to 40:60, and then homogenizes to prepare a primary silica slurry. After drying and calcining the primary silica slurry, mechanically pulverized to prepare granular secondary silica slurry, the secondary silica slurry is redispersed in distilled water at a mass ratio of 20:80 to 70:30, and then ball milling. To prepare a final slurry, followed by gelation by adding a gelling accelerator to the final slurry, and drying, calcining, and sintering the formed silica molded body to prepare a silica radome, wherein the method for producing a silica radome using the sol-gel method to be.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

종래에 사용하던 용융실리카가 불순물이 많고 불순물을 제거하는데 한계가 있기 때문에 본 발명에서는 용융실리카 대신 저가이면서 고순도인 퓸드실리카를 실리카레이돔의 원료로 사용한다.Since molten silica used in the prior art has a lot of impurities and there is a limit to removing impurities, in the present invention, low-cost and high-purity fumed silica is used as a raw material for silica radome instead of molten silica.

비표면적이 20-300㎡/g인 퓸드실리카를 실리카레이돔의 제조원료로 사용하며, 본 발명에 사용될 수 있는 퓸드실리카로는 이산화규소를 원료로 하며 비표면적이 50㎡/g이고 평균입자크기가 40nm인 에어로실 OX-50(Aero-sil OX-50: 독일 데구 사 제품, 이하 '에어로실 OX-50'이라 함) 등이 있다.Fumed silica having a specific surface area of 20-300 m 2 / g is used as a raw material for producing silica radome, and fumed silica that can be used in the present invention is made of silicon dioxide and has a specific surface area of 50 m 2 / g and an average particle size. 40-nm-size Aerosil OX-50 (Aero-sil OX-50 from Degu, Germany).

그러나 분말이 미세한 퓸드실리카를 물에 직접 분산시켜 슬러리를 제조하는 경우 실리카의 양이 소량인 분산에는 문제가 없으나 분말의 양이 40% 이상인 경우에는 점도가 급격하게 증가하여 분산이 극히 어려워지는 단점이 있다.However, when the slurry is prepared by dispersing fine fumed silica directly in water, there is no problem in dispersing a small amount of silica, but when the amount of the powder is 40% or more, the viscosity increases rapidly and dispersion becomes extremely difficult. There is this.

이러한 단점을 보완하기 위하여 먼저 실리카분말을 증류수에 대하여 1:99 내지 40:60의 질량비로 1차분산을 하여 균질하게 분산된 1차실리카졸을 얻는다.To compensate for this disadvantage, first, the silica powder is first dispersed in a mass ratio of 1:99 to 40:60 with respect to distilled water to obtain homogeneously dispersed primary silicaazole.

1차실리카졸은 110℃까지 승온하여 110℃에서 48시간이상 유지해줌으로써 완전히 건조된 실리카덩어리로 만든다.Primary silicasol is heated to 110 ℃ and maintained at 110 ℃ for more than 48 hours to form a completely dried silica mass.

건조된 실리카덩어리는 건식분쇄과정으로 분쇄한 후 체거름을 통해 0.5mm정도의 과립상으로 만들어준 후 공기중 400-1200℃에서 1-5시간 정도 하소하여 단단한 실리카과립을 만든다.The dried silica mass is pulverized by dry grinding process to make granules of 0.5mm size through sieving and calcined for 1-5 hours at 400-1200 ℃ in air to make solid silica granules.

이때 분말의 비표면적은 1차실리카졸의 비표면적과 비교할 때 거의 감소하지 않는다.At this time, the specific surface area of the powder is hardly reduced as compared with the specific surface area of primary silicasol.

열처리한 실리카과립을 2차증류수에 혼합한 후 블렌더에서 혼합하여 실리카과립이 어느 정도 유동성을 가지게 하는데, 이때 실리카졸의 pH는 4.5정도가 된다.The heat treated silica granules are mixed with secondary distilled water and then mixed in a blender to make the silica granules have some fluidity. The pH of the silica sol is about 4.5.

제조된 졸에 플루오르(F)이온을 함유한 염을 증류수에 대하여 0.1% 첨가한 후 볼밀링하여 점도가 낮고 분산이 잘된 실리카슬러리를 얻는다.A salt containing fluorine (F) ion is added to the prepared sol with 0.1% of distilled water, followed by ball milling to obtain silica slurry having a low viscosity and good dispersion.

이러한 점도감소와 분산성의 증가는 볼밀링에 의한 기계적 분산외에도 첨가해준 플루오르이온을 함유한 염의 영향에 기인한다. 첨가해준 염은 슬러리내의 증류수에 용해되면서 슬러리의 pH를 약 5.5로 변화시키는데 pH5.5내지는 슬러리의 분산이 용이하다.This decrease in viscosity and increase in dispersibility are due to the effect of salts containing fluorine added in addition to mechanical dispersion by ball milling. The added salt is dissolved in distilled water in the slurry to change the pH of the slurry to about 5.5, so that the pH is easily distributed to the slurry of 5.5.

볼밀링에 의한 최적분산은 볼밀링시간에 따른 분쇄물의 평균입도변화와 입도분포를 측정하여 결정하게 되는데 일반적으로 평균입도가 1㎛이하이어야 하며 보다 바람직하게는 0.5㎛이하이어야 한다. 분쇄물의 입도분포는 라디안타입이 되는 것이 바람직하다. 또한 하소온도가 높을수록 과립이 단단해지므로 볼밀링시간은 하소과정시 온도에 따라 달라진다.The optimum dispersion by ball milling is determined by measuring the average particle size change and particle size distribution of the mill according to the ball milling time. In general, the average particle size should be less than 1㎛ and more preferably less than 0.5㎛. The particle size distribution of the pulverized product is preferably radian type. In addition, the higher the calcination temperature, the harder the granules, so the ball milling time depends on the temperature during the calcination process.

제조된 실리카졸은 진공용기내에서 탈포작업을 수행하여 기포를 제거한 후 콘형의 몰드에 주입한다. 몰드주입후 몰드는 수분의 증발을 막기 위하여 밀봉하여 준다.The prepared silica sol is defoamed in a vacuum container to remove bubbles and then injected into a cone-shaped mold. After injection, the mold is sealed to prevent evaporation of moisture.

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.The mold uses a hard and water-prone material. Examples of molds that can be used include polypropylene molds, polystyrene molds, Teflon molds, wax molds, and the like.

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.The silica sol injected into the mold is gelled between 5 minutes and 24 hours. The completion time of the gelation reaction is generally within 3 hours, depending on the amount of solids and the amount of gelling accelerator. The gelation time is shortened when the temperature is increased.

겔화가 완료되면 24시간동안 유지한 후 실리카겔을 몰드로부터 제거하여 상온에서 건조를 한다.After gelation is completed, the mixture is maintained for 24 hours, and then the silica gel is removed from the mold and dried at room temperature.

이러한 습윤겔은 일반적인 상온의 공기중 건조를 통해서도 파괴가 되지 않는데, 이는 미세한 퓸드실리카입자의 1차슬러리건조물을 고온에서 하소함으로써 1차입자간의 강한 결합이 일어나고 1차입자의 결합체인 상대적으로 조대한 2차입자들사이에는 비교적 큰 기공이 존재하여 건조시 모세관압에 의한 압력이 그다지 크기 않기 때문이다.These wet gels are not destroyed even by drying in the air at normal temperature, which is achieved by strong calcination of the primary slurry dry matter of fine fumed silica particles at high temperature and a relatively coarse 2, which is a combination of primary particles. This is because relatively large pores exist between the indwelling particles, so that the pressure due to capillary pressure during drying is not so large.

성형체의 건조는 성형체의 두께에 따라 차이는 있으나 상온에서 14일 이상 유지하면 수분의 98%가 제거된다. 1차 건조겔을 다시 건조기를 이용하여 건조하는데, 시간당 5℃의 속도로 110℃까지 승온한 후 110℃에서 48시간정도 유지시켜 주면 실리카입자표면의 흡착수가 충분히 제거된다.Drying of the molded article is different depending on the thickness of the molded article, but if it is maintained at room temperature for 14 days or more, 98% of moisture is removed. The first drying gel is dried again using a drier, and the temperature is raised to 110 ° C. at a rate of 5 ° C. per hour and maintained at 110 ° C. for 48 hours to sufficiently remove the adsorbed water on the surface of the silica particles.

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.The dried gel is heated up to 900 ℃ 100 hours per hour and maintained at 900 ℃ for more than 20 hours. The calcination process at 900 ° C. completely removes the structural water of the silica, since the residual hydroxide (OH) group acts as a factor for crystallizing the silica during firing at a high temperature.

1100-1200℃에서 소결하며, 1100-1200℃에서 30분 이내로 소성한 후 상온까지 냉각하여 주면 실리카레이돔의 제조가 완료된다.After sintering at 1100-1200 ° C, firing at 1100-1200 ° C within 30 minutes, and cooling to room temperature, the production of silica radome is completed.

얻어진 소결체는 몰드면의 가공상태에 따라 그에 부합하는 매끄러운 면을 가지며 소결체의 수축률을 미리 제어할 경우 성형체나 소결체의 후가공이 거의 필요없는 정밀한 소결체가 얻어진다.The obtained sintered compact has a smooth surface corresponding to the processing state of the mold surface, and when the shrinkage ratio of the sintered compact is controlled in advance, a precise sintered compact which requires little post processing of the molded body or the sintered compact is obtained.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

[실시예]EXAMPLE

퓸드실리카분말로는 시중에서 시판되는 저가의 에어로실 OX-50(Aero-sil OX-50: 독일 데구사 제품)을 사용한다.As fumed silica powder, commercially available low-cost aerosil OX-50 (Aero-sil OX-50 manufactured by Degus Co., Germany) is used.

실리카분말을 증류수에 대하여 3:10의 질량비로 1차분산을 하여 균질하게 분산된 1차실리카졸을 얻고, 1차실리카졸을 110℃까지 승온하여 48시간 유지하면서 건조하여 실리카덩어리로 만든다.The silica powder was first dispersed in distilled water at a mass ratio of 3:10 to obtain homogeneously dispersed primary silica sol. The primary silica sol was heated to 110 ° C. for 48 hours, dried to form a silica mass.

실리카덩어리는 건식분쇄과정을 통해 0.5mm정도의 과립상으로 만들어 준 후 공기중 900-1100℃에서 1-5시간 하소하여 단단한 실리카과립으로 만든다.Silica mass is made into granules of about 0.5mm by dry grinding process and calcined at 900-1100 ℃ for 1-5 hours in air to make solid silica granules.

열처리한 분말을 2차증류수와 1:1의 질량비로 혼합하여 고속블렌더에서 10분간 혼합하고 증류수에 대하여 0.1%의 플루오르화암모늄을 첨가한 후 쿼츠 쟈와 볼을 이용하여 8시간동안 볼밀링을 한다.The heat-treated powder is mixed with secondary distilled water in a mass ratio of 1: 1, mixed in a high speed blender for 10 minutes, and 0.1% ammonium fluoride is added to distilled water, followed by ball milling for 8 hours using quartz jars and balls. .

볼밀링후 진공용기내에서 탈포작업을 하고 콘형의 폴리프로필렌몰드내에 주입한다. 실리카졸을 주입한 후 몰드는 수분의 증발을 막기 위하여 밀봉한다.After ball milling, defoaming is done in a vacuum container and injected into a cone-shaped polypropylene mold. After injection of the silica sol, the mold is sealed to prevent evaporation of moisture.

주입한 실리카졸을 60분간 겔화시키고 24시간동안 유지시킨 후 실리카겔을 몰드로부터 제거한다.The injected silica sol is gelled for 60 minutes, held for 24 hours, and then the silica gel is removed from the mold.

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.The silica gel was kept at room temperature for 14 days and dried, and then again heated to a temperature increase rate of 5 ° C. per hour to 110 ° C., and then dried at 110 ° C. for 48 hours. It heats and calcines, maintaining at 900 degreeC for 20 hours.

하소후 1150℃에서 2시간동안 소결하며, 1200℃에서 30분간 소성한다. 소결과 소성후에는 로냉각으로 상온까지 냉각한다.After calcination, the product was sintered at 1150 ° C. for 2 hours and calcined at 1200 ° C. for 30 minutes. After sintering and firing, cool to room temperature by furnace cooling.

상기의 공정에 의하여 얻어진 소결체를 XRD(X-Ray Diffraction Meter)로 분석한 결과 결정상인 크리스토발라이트(Cristobalite)의 양이 1% 미만이며, 소결체의 상대밀도는 94%이다.As a result of analyzing the sintered body obtained by the above process by XRD (X-Ray Diffraction Meter), the amount of cristobalite as a crystal phase is less than 1%, and the relative density of the sintered body is 94%.

상기와 같은 본 발명은 불순물제거에 한계가 있는 용융실리카 대신 고순도의 퓸드실리카를 과립화시켜 원료로 사용함으로써 불순물의 양을 줄여 소결성을 향상시키고, 겔화촉진제를 첨가하여 졸을 겔화시킴으로써 성형체의 상대밀도가 높아져 제조된 실리카레이돔의 기계적 강도가 높아지는 효과가 있다.In the present invention as described above, the high purity fumed silica is used as a raw material instead of molten silica, which is limited in removing impurities, thereby reducing the amount of impurities, thereby improving sintering properties, and adding a gelation accelerator to gel the sol to form a relative body of the molded body. The higher the density, the higher the mechanical strength of the manufactured silica radome.

또한 기계적으로 표면의 경면가공이 가능한 정밀몰드를 이용하여 소결체의 후가공을 최소화할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can minimize the post-processing of the sintered body by using a precision mold mechanically mirror surface processing.

따라서 상기의 방법으로 제조된 실리카레이돔은 기계적 강도가 높아 종래의 실리카레이돔과 달리 비와 모래에 의한 침식에 강한 특성을 가진다.Therefore, the silica radome produced by the above method has a high mechanical strength, unlike the conventional silica radome has a strong characteristic against erosion by rain and sand.

Claims (4)

비표면적이 20-300㎡/g인 퓸드실리카(fumed silica)를 증류수에 1:99 내지 40:60의 질량비로 분산한 후 균질화하여 1차실리카슬러리를 제조한 다음, 상기 1차실리카슬러리를 건조, 하소한 후 기계적으로 분쇄하여 과립상의 2차실리카슬러리를 제조하고, 상기 2차실리카슬러리를 증류수에 20:80 내지 70:30의 질량비로 재분산한 후 볼밀링을 하여 최종슬러리를 제조한 다음, 최종슬러리에 겔화촉진제를 첨가하여 겔화시킨 후, 형성된 실리카성형체를 건조, 하소, 소결하여 실리카레이돔을 제조하는 것을 특징으로 하는 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.Fumed silica having a specific surface area of 20-300 m 2 / g was dispersed in distilled water at a mass ratio of 1:99 to 40:60, and then homogenized to prepare a primary silica slurry, and then the primary silica slurry was prepared. Drying, calcining, and then mechanically pulverized to prepare granular secondary silica slurry, the secondary silica slurry was redispersed in distilled water at a mass ratio of 20:80 to 70:30, and then ball milled to prepare a final slurry. Next, after the gelling accelerator is added to the final slurry and gelled, the formed silica molded body is dried, calcined, and sintered to produce a silica radome. 제 1항에 있어서, 겔화촉진제는 플루오르이온을 함유한 염을 사용하는 것을 특징으로 하는 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.The method for producing silica radome using the sol-gel method according to claim 1, wherein the gelling accelerator uses a salt containing fluorine ion. 제 2항에 있어서, 플루오르이온을 함유한 염중 플루오르화암모늄을 사용하는 것을 특징으로 하는 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.The method for producing silica radome using the sol-gel method according to claim 2, wherein ammonium fluoride is used in a salt containing fluorine ions. 제1항에 있어서, 겔화촉진제의 첨가량은 0.01-10%로 하는 것을 특징으로 하는 졸-겔법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.The method for producing silica radome using the sol-gel method according to claim 1, wherein the amount of the gelling accelerator added is 0.01-10%.
KR1019970074914A 1997-12-27 1997-12-27 Method for preparing silica radom by sol-gel process KR100328921B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970074914A KR100328921B1 (en) 1997-12-27 1997-12-27 Method for preparing silica radom by sol-gel process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970074914A KR100328921B1 (en) 1997-12-27 1997-12-27 Method for preparing silica radom by sol-gel process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990055011A KR19990055011A (en) 1999-07-15
KR100328921B1 true KR100328921B1 (en) 2002-08-21

Family

ID=37479060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970074914A KR100328921B1 (en) 1997-12-27 1997-12-27 Method for preparing silica radom by sol-gel process

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100328921B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100419060B1 (en) * 1999-12-24 2004-02-14 재단법인 포항산업과학연구원 A method of preparing silica sleeve for hearth roll by sol-gel process

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990055011A (en) 1999-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3301635A (en) Molded amorphous silica bodies and molding powders for manufacture of same
JP4417679B2 (en) Method for producing opaque quartz glass composite material, composite material by the above method, and use thereof
JP2004131378A (en) Process for manufacturing opaque quartz glass material
KR100328921B1 (en) Method for preparing silica radom by sol-gel process
KR100328923B1 (en) Method for preparing silica radome by direct coagulation casting process
KR100328922B1 (en) Method for preparing silica radome by sol-gel process
KR100328945B1 (en) Method for preparing silica radome by direct coagulation casting process
KR100328920B1 (en) Method for preparing silica radome by sol-gel process
KR100302231B1 (en) Method for producing silica radome using sol-gel process
KR100328944B1 (en) Method for preparing silica radome by direct coagulation casting process
KR100328917B1 (en) Method for preparing silica radome by wet isostatic process
EP0390397A2 (en) A method of making alumina-silica glass and other powders
KR100302230B1 (en) Method for producing silica radome using wet hydrostatic pressure molding process
KR100328916B1 (en) Method for preparing silica radome by slip casting process
KR100328943B1 (en) Method for preparing silica radome by slip casting process
KR100328919B1 (en) Method for preparing silica radome by wet isostatic process
KR100328942B1 (en) Method for preparing silica radome by slip casting process
KR100328924B1 (en) Method for preparing silica radome by direct coagulation casting process
KR100328918B1 (en) Method for preparing silica radome by wet isostatic process
KR100302229B1 (en) Method for producing silica radome using slip casting process
KR100419060B1 (en) A method of preparing silica sleeve for hearth roll by sol-gel process
KR20070066729A (en) Fabrication method of high density & high fracture toughness silica radome
KR100417682B1 (en) A composition for molding silica sleeve and a method of preparing silica sleeve therefrom
KR100722378B1 (en) A method of preparing transparent silica glass
KR100477880B1 (en) A method of preparing silica sleeve for hearth roll

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