KR100328945B1 - Method for preparing silica radome by direct coagulation casting process - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for preparing a silica radome using the solidification is provided, to reduce the amount of the impurities and to increase the sintering temperature by employing the granulated fumed silica of high purity and improved adsorbing velocity and the super microparticle silica particle obtained by the hydrolysis of a silicon-based alkoxide as a source material and to solidify the sol by controlling the pH, thereby enhancing the sintering efficiency and the mechanical strength of the silica radome. CONSTITUTION: The method comprises the steps of mixing the fumed silica with a specific surface area of 20-300 m2/g and the hydrolyzed silicon-based alkoxide in the ratio of 99:1 to 70:30 by weight; mixing them with distilled water to make the content of the total silica be 20-80% to the distilled water and dispersing it to prepare a silica slurry; adding a strong base containing ammonium ions to the silica slurry to adjust pH to be 9.5-13.5, maintaining the pH for 24 hours at a room temperature, and defoaming it; adding a pH lowering agent to the solution to adjust pH to be 7.5-9.5 to solidify the solution; and drying, calcining and sintering the molded one to prepare a silica radome. Preferably the strong base is tetramethylammonium hydroxide or tetraethylammonium hydroxide; and the pH lowering agent is methyl formate.

Description

응고법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법{Method for preparing silica radome by direct coagulation casting process}Method for preparing silica radome by coagulation method {Method for preparing silica radome by direct coagulation casting process}

본 발명은 응고법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초고속으로 비행하는 미사일에 사용될 수 있는 실리카레이돔을 퓸드실리카(fumed silica)와 실리콘계 알콕사이드의 가수분해물을 원료로 하여 응고법으로 성형하여 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a silica radome using a coagulation method, and more particularly, a silica radome which can be used for a high-speed missile flying as a raw material of a hydrolyzate of fumed silica and silicon-based alkoxide as a coagulation method. It relates to a method for molding.

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 마하3이하의 초음속도영역에서는 정상적인 작동을 하지만 마하3보다 고속으로 비행하는 미사일에 사용하는 경우에는 정상적인 작동을 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 성형체제조시 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 article increases, so that the diffusion path of moisture is longer, and thus, a process time is long when a thick textured 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 건식상태에서 이루어지므로 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 thus the workability is excellent. 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 단점이 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 in particular, many toxic substances are discharged when the organic matter is removed.

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 성형체표면도 같은 정도로 매끄러워 성형후 후가공이 거의 필요없으며 두꺼운 성형체를 쉽게 제조할 수 있는 장점이 있다.The sol-gel method is a method that can improve the disadvantages of the conventional molding method as described above. In the case of the sol-gel method, since the surface of the molded body depends on the surface of the mold to be employed, the surface of the molded body is also as smooth as the same, so that post-molding is hardly required after molding, and the thick molded body can be easily manufactured.

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.

반면 용융실리카에 졸-겔법을 적용하기 위해서는 분말의 입도를 작게 해야 하는데 분발의 입도를 줄이는데 수단적으로 제한이 있어 겔화가 용이하게 일어나지 않는다는 문제점이 있다.On the other hand, in order to apply the sol-gel method to the molten silica, the particle size of the powder should be small, but there is a problem in that the gelation does not occur easily because there is a limit in terms of reducing the particle size of the powder.

한편 일반적인 졸-겔법의 경우 졸에서 겔로의 전환반응인 겔화반응이 산화물표면의 수화에 의한 수산화기의 상호반응인 축중합반응에 의해 발생하거나 플루오르이온 등을 함유한 염 또는 겔화촉진제로 사용되는 기타 염의 첨가에 의한 이온치환반응에 의해 이루어짐으로써 생성되는 겔이 요변성(thixotropy)의 거동을 보인다.On the other hand, in the general sol-gel method, the gelation reaction, which is a sol-to-gel conversion reaction, is caused by a condensation polymerization reaction, which is an interaction of hydroxyl groups by hydration of an oxide surface, or a salt containing fluorine or other salts used as a gel accelerator. The gel produced by the ion exchange reaction by addition shows thixotropy behavior.

즉 일단 겔화반응이 완료되어 고형화상태가 되더라도 수분의 감소가 없는 건조초기 단계에서 외부에서 기계적인 응력이 가해질 경우 다시 유동성을 회복하는 특성이 있다.That is, even after the gelation reaction is completed and solidified, there is a characteristic of recovering fluidity again when mechanical stress is applied from the outside in the initial stage of drying without a decrease in moisture.

이러한 특성으로 인해 습윤겔의 강도가 비교적 약하게 되고 이는 상대적으로 큰 건조겔의 제조시 쉽게 파괴될 수 있다는 문제점이 있다.Due to this property, the strength of the wet gel is relatively weak, which has a problem in that it can be easily destroyed in the manufacture of a relatively large dry gel.

상기의 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 실리콘계 알콕사이드의 가수분해를 통해 얻어지는 초미세실리카입자와 수계분산 및 2차열처리공정에 의한 과립화를 통하여 착육속도를 향상시킨 고순도의 퓸드실리카를 혼합원료를 이용하여 불순물의 총체적인 양을 줄임으로써 소성온도를 증가시킨 후 pH조절로 졸을 응고시켜 소결성이 우수하고 기계적 특성이 우수한 실리콘레이돔을 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a mixture of ultra-fine silica particles obtained through hydrolysis of silicon-based alkoxide and high-purity fumed silica, which has been improved in the growth rate through granulation by aqueous dispersion and secondary heat treatment. The purpose of the present invention is to provide a method for producing a silicon radome having excellent sinterability and excellent mechanical properties by increasing the firing temperature by reducing the total amount of impurities and solidifying the sol by adjusting the pH.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 비표면적이 20-300m2/g인 퓸드실리카와 실리콘계 알콕사이드가수분해물을 퓸드실리카:실리콘계 알콕사이드가수분해물의 질량비가 99:1내지 70:30의 범위에 속하고 전체실리카의 함량이 증류수에 대하여 20-80%에 속하도록 증류수에 혼합하여 분산시킴으로써 실리카슬러리를 제조한 다음, 상기 실리카슬러리에 암모늄이온을 함유한 강염기를 첨가하여 pH를 9.5이상내지 13.5미만으로 조절하고 상온에서 24시간 유지한 후 탈포작업을 한 다음, pH강하제를 청가하여 pH를 7.5 이상 내지 9.5 미만으로 조절하여 응고시킨후 형성된 실리카 성형체를 건조, 하소, 소결하여 실리카레이돔을 제조하는 것을 특징으로 하는 응고법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법이다.In order to achieve the above object, the present invention provides a mass ratio of fumed silica and silicon alkoxide hydrolyzate having a specific surface area of 20-300 m 2 / g in the range of 99: 1 to 70:30 of fumed silica: silicone alkoxide hydrolyzate. Silica slurry was prepared by mixing and dispersing distilled water so that the total silica content was 20-80% with respect to distilled water, and then adding a strong base containing ammonium ions to the silica slurry to have a pH of 9.5 or more and less than 13.5. After adjusting to and maintaining at room temperature for 24 hours, and then defoaming, and after the pH lowering agent was added to coagulate by adjusting the pH to more than 7.5 to less than 9.5 to dry, calcined and sintered to form a silica radome Silica radome production method using a coagulation method characterized in that.

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

본 발명에서는 졸-겔법의 단점을 개선하기 위한 방법으로 응고법(Direct coagulation casting)을 사용하며, 응고법은 산화물졸내 고상입자의 표면전하를 이용하여 상호반발력에 의하여 분산을 시킨 후 다시 산이나 염기를 가하여 산화물고유의 등전점(Iso-Electric Point)영역으로 졸의 pH를 이동시킴으로써 정전기력에 의한 상호반발력을 제거해주면 입자간 반데르발스력에 의해 입자가 서로 강하게 들러붙어 고화되는 현상을 응용한 것이다.In the present invention, direct coagulation casting is used as a method for improving the disadvantages of the sol-gel method, and the coagulation method is dispersed by mutual repulsion using surface charge of solid particles in an oxide sol, and then acid or base is added again. When the pH of the sol is removed to the iso-electric point region of the oxide to remove the mutual repulsion by the electrostatic force, the particles are strongly adhered to each other by the van der Waals forces between the particles.

본 발명에서는 불순물의 함량이 많은 용융실리카 대신 실리콘계 알콕사이드의 가수분해물과 퓸드실리카를 실리카레이돔의 제조원료로 사용한다.In the present invention, a hydrolyzate of silicon-based alkoxide and fumed silica are used as a raw material for producing silica radome instead of molten silica having a large amount of impurities.

본 발명에 사용할 수 있는 실리콘계 알콕사이드로는 TEOS[tetraethylor thosilicate, Si(OC2H5)4], TMOS[tetramethylorthosilicate, Si(OCH3)4)] 등이 있다.Silicon alkoxides usable in the present invention include TEOS [tetraethylor thosilicate, Si (OC 2 H 5 ) 4 ], TMOS [tetramethylorthosilicate, Si (OCH 3 ) 4 )], and the like.

실리콘계 알콕사이드의 가수분해건조물은 실리콘계 알콕사이드를 증류수와 혼합하여 상온에서 격렬하게 교반하면서 가수분해를 시키고 가수분해가 완료되면 다시 온도를 80℃로 승온하여 4시간이상 유지하여 겔화시키는 과정으로 제조한다. 이때 반응이 진행되고 있는 용기는 밀봉하여 수분의 손실이 없도록 하며, 24시간정도 교반하면 가수분해가 완료된다.The hydrolyzate of the silicon-based alkoxide is prepared by mixing the silicon-based alkoxide with distilled water to undergo hydrolysis while vigorously stirring at room temperature, and then gelling it by maintaining the temperature at 80 ° C. for at least 4 hours when the hydrolysis is completed. At this time, the vessel in which the reaction is proceeding is sealed so that there is no loss of water, and the hydrolysis is completed by stirring for about 24 hours.

상기의 과정에서 얻어진 실리카겔(silica gel)은 수Å에서 수십Å의 실리카입자들이 연결된 구조이다.The silica gel obtained in the above process is a structure in which several to several tens of silica particles are connected.

다음단계로서 미세한 상용 실리카분말인 퓸드실리카를 증류수에 혼합하여 준다.As a next step, fumed silica, which is a fine commercial silica powder, is mixed with distilled water.

본 발명에 사용될 수 있는 퓸드실리카로는 이산화규소(silicon dioxide)를 원료로 하여 비표면적이 50m2/g이고 평균입자크기가 40nm인 에어로실 OX-50(Aero-sil OX-50: 독일 데구사 제품, 이하 "OX-50"이라 함) 등을 예로 들 수 있다.Fumed silica that can be used in the present invention is silicon dioxide, a specific surface area of 50 m 2 / g and an average particle size of 40 nm Aerosil OX-50 (Germany Old products, hereinafter referred to as "OX-50", and the like.

퓸드실리카수용성슬러리와 실리콘 알콕사이드의 가수분해물을 블렌더에서 혼합해주면 혼합물은 어느 정도의 유동성을 가지게 된다. 이 혼합물의 혼합도 및 분산도를 높여주기 위해서 볼밀링을 해주면 혼합도 및 분산도가 높아져 점도가 매우 낮고 분산이 잘 된 실리카졸(silica sol)이 얻어진다.When the fumed silica soluble slurry and the hydrolyzate of silicon alkoxide are mixed in a blender, the mixture has some fluidity. Ball milling to increase the mixing and dispersing of the mixture results in a high mixing and dispersing degree, resulting in a very low viscosity and well dispersed silica sol.

이때 퓸드실리카:실리콘계 알콕사이드가수분해물는 99:1 내지 70:30의 질량비로 혼합한다.At this time, the fumed silica: silicone alkoxide hydrolyzate is mixed in a mass ratio of 99: 1 to 70:30.

이상에서 얻어진 혼합실리카분말졸은 110℃까지 승온하여 48시간이상 유지해주어 완전히 건조된 실리카덩어리로 만든다.The mixed silica powder sol obtained above is heated to 110 ° C. and maintained for at least 48 hours to form a completely dried silica mass.

건조된 실리카덩어리는 건식분쇄과정을 통해 0.5mm정도의 과립상으로 만들어준 후 공기중 400-1200℃에서 1-5시간정도 하소하여 단단한 실리카과립을 만든다.The dried silica mass is made into granules of about 0.5mm through dry grinding process, and then calcined for 1-5 hours at 400-1200 ℃ in air to form hard silica granules.

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

열처리한 실리카과립을 2차증류수에 혼합한 후 블렌더에서 혼합하여 실리카과립이 어느 정도 유동성을 가지게 하고, 볼밀링을 하여 점도가 매우 낮은 슬러리를 얻는다.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, and ball milling to obtain a slurry having a very low viscosity.

실리카졸내 실리카의 함량은 증류수의 20-80%로 하는 것이 바람직하다.The content of silica in the silica sol is preferably 20-80% of the distilled water.

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.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.

최종적으로 제조한 실리카졸에 암모늄(NH3)이온을 함유한 강염기를 첨가하여 실리카졸의 pH를 9.5이상 내지 13.5 미만으로 조절한다. pH를 9.5이상 내지 13.5미만으로 조절할 수 있는 암모늄(NH3)이온을 함유한 강염기로는 테트라메틸암모늄하이드록사이드(Tetramethyl-ammoniumhydroxide: 이하 "TMAH"라 함), 테트라에틸암모늄하이드록사이드(Tetra- ethylammoniumhydroxide: 이하 "TEAH"라 함) 등이 있으며, 강염기의 첨가량은 실리카함량의 2.0%가 바람직하다.Finally, a strong base containing ammonium (NH 3 ) ions is added to the prepared silica sol to adjust the pH of the silica sol to more than 9.5 to less than 13.5. Examples of strong bases containing ammonium (NH 3 ) ions that can adjust the pH from 9.5 to less than 13.5 include tetramethylammonium hydroxide (hereinafter referred to as "TMAH") and tetraethylammonium hydroxide (Tetra). ethylammoniumhydroxide (hereinafter referred to as " TEAH "), and the addition amount of the strong base is preferably 2.0% of the silica content.

기포를 제거한 실리카졸에 응고촉진제인 pH강하제를 첨가하여 실리카졸의 pH를 7.5이상 내지 9.5미만으로 낮추어 준다. pH강하제로는 메틸포르메이트(Methyl Formate) 등을 예로 들 수 있다. pH강하제는 첨가한 염기에 대해 당량비로 1.2-1.4당량을 천천히 교반하면서 첨가하고 충분히 교반된 실리카졸을 콘형의 몰드에 부어준다. 몰드에 주입한 후 수분의 증발을 막기 위하여 몰드를 밀봉하여 준다.The pH of the silica sol is lowered to more than 7.5 to less than 9.5 by adding a pH lowering agent, a coagulant, to the silica sol from which bubbles are removed. Examples of the pH lowering agent include methyl formate and the like. The pH lowering agent is added while slowly stirring 1.2-1.4 equivalents in the equivalence ratio to the added base, and the sufficiently stirred silica sol is poured into the cone mold. After injection into the mold, the mold is sealed to prevent evaporation of moisture.

몰드는 단단하고 물에 대한 발성이 있는 몰드를 사용하는데, 폴리프로필렌(polypropylene)몰드, 폴리스티렌(polystyrene)몰드, 테플론(Teflon)몰드, 왁스(wax)몰드 등을 사용한다.The mold uses a hard and water-prone mold, such as polypropylene mold, polystyrene mold, Teflon mold, wax mold, and the like.

시간이 경과함에 따라 몰드내에 주입된 실리키졸의 pH가 급격히 떨어지기 시작하여 pH가 7.5-9.5가 되면 급격히 응고된다. 응고반응이 완결되기까지의 시간은 고체의 양과 응고촉진제의 양에 영향을 받지만 통상 5분에서 10분내에 이루어지는 것이 바람직하다. 온도를 상승시킬 경우 응고반응시간은 단축된다.As time passes, the pH of the silikisol injected into the mold begins to drop sharply and rapidly solidifies when the pH reaches 7.5-9.5. The time to completion of the coagulation reaction is influenced by the amount of solids and the amount of coagulation accelerator, but it is generally preferred to be within 5 to 10 minutes. Increasing the temperature shortens the solidification reaction time.

응고가 완료되면 48시간동안 유지한 후 실리카겔을 몰드로부터 제거하여 상온에서 건조한다. 성형체의 두께에 따라 차이는 있으나 상온에서 14일이상 유지하면 수분의 98%가 제거된다. 1차 건조겔을 다시 건조기를 이용하여 건조하는데, 시간당 4℃의 승온속도로 승온하여 110℃가 되도록 한 후 110℃에서 48시간정도 유지시켜 주면 실리카입자표면의 흡착수가 충분히 제거된다.After solidification is completed for 48 hours, the silica gel is removed from the mold and dried at room temperature. Although there is a difference depending on the thickness of the molded body, if it is kept at room temperature for 14 days or more, 98% of moisture is removed. The first drying gel is dried again using a drier. The temperature is increased to 4 ° C. per hour to 110 ° C. 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.

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)

실리콘계 알콕사이드의 가수분해건조물은 실리콘계 알콕사이드인 TEOS를 증류수와 1:4의 질량비로 혼합하여 상온에서 격렬하게 교반하면서 24시간동안 가수분해를 시킨 후 다시 온도를 80℃로 승온하고 80℃에서 4시간 유지하여 겔화시켜 제조한다. 이때 반응이 진행되고 있는 용기는 밀봉한다.The hydrolyzate of the silicon-based alkoxide was mixed with TEOS, which is a silicon-based alkoxide, in a mass ratio of 1: 4, hydrolyzed at room temperature for 24 hours with vigorous stirring, and then again heated to 80 ° C and maintained at 80 ° C for 4 hours. By gelation. At this time, the container in which the reaction is progressing is sealed.

퓸드실리카로는 시중에서 시판되는 저가의 에어로실 OX-50(Aero-sil OX-50: 독일 데구사 제품)을 사용하며, 에어로실 OX-50를 증류수에 1:5의 질량비로 혼합한다.Fumed silica is a commercially available low cost aerosil OX-50 (Aero-sil OX-50 from Degusa, Germany), and aerosil OX-50 is mixed in distilled water in a mass ratio of 1: 5.

퓸드실리카수용성슬러리:TEOS가수분해물을 6:5의 질량비로 혼합한 후 고속블렌더에서 10분간 혼합하고, 쿼츠 쟈와 볼을 이용하여 8시간동안 볼밀링을 한다.The fumed silica-soluble slurry: TEOS hydrolyzate was mixed in a mass ratio of 6: 5, then mixed in a high speed blender for 10 minutes, and ball milled for 8 hours using a quartz jar and a ball.

제조된 슬러리는 TEOS의 가수분해를 통해 얻어진 Å단위의 초미세입자와 평균입자크기 40nm의 입자들이 서로 강하게 결합된 평균입도 0.5㎛의 혼합실리카분말이 균일하게 분산된 실리카졸이다.The prepared slurry is a silica sol having a uniformly dispersed mixed silica powder having an average particle size of 0.5 μm in which the ultrafine particles having a unit size and the particles having an average particle size of 40 nm are strongly bonded to each other obtained through hydrolysis of TEOS.

볼밀링을 한 후 혼합실리카졸을 110℃까지 승온하여 48시간동안 건조하여 실리카덩어리를 만들며, 실리카덩어리를 건식분쇄과정을 통해 0.5mm정도의 과립상으로 만든 후 공기중 600℃에서 10시간 하소하여 단단한 실리카과립을 만든다.After ball milling, the mixed silica sol is heated up to 110 ° C and dried for 48 hours to make silica lumps. Makes solid silica granules.

열처리한 분말을 2차증류수에 1:1의 질량비로 혼합하여 고속블렌더에서 10분간 혼합하고, 쿼츠 쟈와 볼을 이용하여 8시간 볼밀링을 하여 점도가 매우 낮은 슬러리를 얻는다.The heat-treated powder is mixed with secondary distilled water at a mass ratio of 1: 1, mixed in a high speed blender for 10 minutes, and ball milled for 8 hours using a quartz jar and a ball to obtain a slurry having a very low viscosity.

볼밀링후 실리카졸에 TMAH를 실리카에 대하여 2.0% 첨가하고 1시간동안 교반한 후 상온에서 24시간 유지시키고 탈포작업을 한다. 탈포작업후 실리카졸에 TMAH와 당량비로 1.3당량의 메틸포르메이트를 천천히 교반하면서 첨가한다.After ball milling, TMAH was added 2.0% to silica sol in silica sol, stirred for 1 hour, maintained at room temperature for 24 hours, and defoaming. After the defoaming operation, 1.3 equivalents of methyl formate were added to the silica sol in an equivalence ratio with TMAH slowly stirring.

충분히 교반이 된 후 실리카졸을 콘형의 폴리프로필렌몰드에 주입하여 7분간 응고반응을 시킨 후 24시간동안 유지해 준 다음 실리카성형체를 몰드로부터 제거하여 부드러운 스폰지위에 위치시킨다.After being sufficiently stirred, silica sol was injected into a cone-shaped polypropylene mold, followed by coagulation for 7 minutes, and maintained for 24 hours. The silica molded body was removed from the mold and placed on a soft sponge.

얻어진 성형체는 상온에서 14일 유지하여 건조한 후 다시 건조기로 시간당 4℃의 승온속도로 승온하여 110℃가 되도록 한 후 110℃에서 48시간 유지시켜 건조한다.The obtained molded product is maintained at room temperature for 14 days, dried, and then again heated to a temperature increase rate of 4 ° C. per hour to 110 ° C. and then dried at 110 ° C. for 48 hours.

건조된 겔은 900℃까지 시간당 100℃로 승온하여 900℃에서 20시간 유지하면서 하소하였고, 하소후 1150℃에서 2시간동안 소결하며, 1200℃에서 30분간 소성한다. 소결과 소성후에는 로냉각으로 상온까지 냉각한다.The dried gel was calcined while maintaining the temperature at 100 ° C. to 900 ° C. for 20 hours at 900 ° C., followed by sintering at 1150 ° C. for 2 hours, and calcining 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 compact 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 compact is 94%.

상기와 같은 본 발명은 실리콘계 알콕사이드의 가수분해물와 퓸드실리카를 원료로 사용함으로써 불순물의 함량을 낮추어 소결성을 향상시키고, 불순물의 제거로 소성온도에서의 겔성형체의 결정화를 지연시키며, 강알칼리를 첨가한 후 응고제로서 pH강하제를 첨가하여 졸을 응고시켜 성형체를 제조함으로써 소결성이 우수하고 기계적 특성이 우수한 실리콘레이돔을 제조할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention uses the hydrolyzate of silicon-based alkoxide and fumed silica as raw materials to lower the content of impurities to improve sinterability, to delay the crystallization of the gel molded body at firing temperature by removing impurities, and then to add strong alkali. By adding a pH lowering agent as a coagulant to solidify the sol to prepare a molded body, there is an effect that can be produced a silicon radome excellent in sinterability and excellent mechanical properties.

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 (7)

비표면적이 20-300m2/g인 퓸드실리카(fumed silica)와 실리콘계 알콕사이드가수분해물을 퓸드실리카:실리콘계 알콕사이드가수분해물의 질량비가 99:1 내지 70:30에 속하고 전체실리카의 함량이 증류수에 대하여 20-80%에 속하도록 증류수에 혼합하여 분산시킴으로써 실리카슬러리를 제조한 다음, 상기 실리카슬러리에 암모늄이온을 함유한 강염기를 첨가하여 pH를 9.5이상 내지 13.5미만으로 조절하고 상온에서 24시간 유지한 후 탈포작업을 한 다음, pH강하제를 첨가하여 pH7.5이상 내지 9.5미만으로 조절하여 응고시킨후 형성된 실리카성형체를 건조, 하소, 소결하여 실리카레이돔을 제조하는 것을 특징으로 하는 응고법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.The mass ratio of fumed silica and silicon alkoxide hydrolyzate having a specific surface area of 20-300 m 2 / g is in the range of 99: 1 to 70:30 and the content of total silica is distilled water. Silica slurry was prepared by mixing and dispersing in distilled water so as to belong to 20-80% with respect to the silica slurry, and then adding a strong base containing ammonium ion to the silica slurry to adjust the pH to 9.5 to less than 13.5 and maintained at room temperature for 24 hours. After the defoaming, and then adding a pH lowering agent to coagulation by adjusting to pH 7.5 or more and less than 9.5, the formed silica molded body is dried, calcined, and sintered to produce a silica radome using a coagulation method. Manufacturing method. 제1항에 있어서, 강염기는 테트라메틸암모늄하이드록사이드(TMAH), 테트라에틸암모늄하이드록사이드(TEAH)중 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 응고법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.The method of claim 1, wherein the strong base is one of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) and tetraethylammonium hydroxide (TEAH). 제1항에 있어서, 강염기의 첨가량은 실리카함량의 2.0%로 하는 것을 특징으로 하는 응고법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.The method for producing silica radome using the coagulation method according to claim 1, wherein the addition amount of the strong base is 2.0% of the silica content. 제1항에 있어서, pH강하제로는 메틸포르메이트를 사용하는 것을 특징으로 하는 응고법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.The method for preparing silica radome using the coagulation method according to claim 1, wherein methyl formate is used as the pH lowering agent. 제1항에 있어서, pH강하제의 첨가량은 강염기의 첨가량에 대한 당량비로 1.2-1.4로 하는 것을 특징으로 하는 응고법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.The method for preparing silica radome using the coagulation method according to claim 1, wherein the addition amount of the pH lowering agent is 1.2-1.4 in an equivalent ratio to the addition amount of the strong base. 제1항에 있어서, 응고시간을 5-10분으로 하는 것을 특징으로 하는 응고법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.The method for producing silica radome using the coagulation method according to claim 1, wherein the coagulation time is 5-10 minutes. 제1항에 있어서, 실리콘계 알콕사이드의 가수분해물은 실리콘계 알콕사이드를 산수용액을 첨가하여 pH1.0-2.5로 조정한 증류수와 혼합하여 상온에서 격렬하게 교반하면서 가수분해시키고 가수분해가 완료되면 다시 온도를 80℃로 승온하고 80℃에서 4시간 유지하여 겔화시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 응고법을 이용한 실리카레이돔의 제조방법.The hydrolyzate of the silicon-based alkoxide is mixed with distilled water adjusted to pH 1.0-2.5 by adding an acid aqueous solution, hydrolyzed with vigorous stirring at room temperature, and then again heated to 80 when hydrolysis is completed. A method for producing silica radome using a coagulation method, characterized in that the product is heated to ℃ and kept at 80 ℃ for 4 hours to gelate.
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