KR100463921B1

KR100463921B1 - 알루미나계 주물용 세라믹 필터 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100463921B1
Application number: KR10-2002-0014854A
Authority: KR
Inventors: 박경순; 호명석; 이태섭
Original assignee: 박경순; 호명석
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2004-12-30
Also published as: KR20030075573A

Abstract

용융금속을 여과하여 주물에 존재하는 불순물의 함량을 저하하고, 용융금속의 유속을 조절할 수 있도록 하는 알루미나계 주물용 세라믹필터 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 상기 제조방법은 알루미나 40∼70 중량%, 탄화규소 0∼20 중량%, 마그네시아 0∼5 중량%, SiO₂0∼5 중량%, 유기용매 20∼50 중량%, 점토 1∼5 중량%, 결합제 1∼5 중량%, 분산제 0.5∼3 중량%, 가소제 1∼8 중량% 등을 함유하는 슬러리(slurry)를 제조하는 단계; 연질 폴리우레탄 폼(foam)(3∼100ppi)을 슬러리에 함침한 후 압축과 이완을 반복하여 폴리우레탄 폼 위에 슬러리를 균일하게 코팅하는 단계; 코팅된 시편을 건조하는 단계; 및 건조된 시편을 소성로에 넣고, 400∼600℃ 온도에서 1∼3시간 가열하여 1차 소성한 후, 1,250∼1,400℃의 온도로 상승시켜 2∼5시간 동안 유지하여 2차 소성하는 단계를 포함한다.

Description

알루미나계 주물용 세라믹 필터 및 그 제조방법{ALUMINA BASED CERAMIC FILTER FOR CASTING AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 알루미나계 주물용 세라믹필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 용융금속을 여과하여 주물에 존재하는 불순물의 함량을 저하하고, 용융금속의 유속을 조절할 수 있도록 하는 알루미나계 주물용 세라믹필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 용융금속 여과용 세라믹필터는 고온 강도 및 열 충격저항의 부족으로 인하여 주형에 용융금속의 주입시 필터 형태를 유지하지 못 하였고, 운송이나 취급 중 잔부스러기가 발생되어 주물의 품질에 심각한 문제를 발생시켰으며, 용융금속주입시 용융금속의 유동성이 좋지 않아 주형 내에 다량의 기포가 존재하여 주물의 물성에 악영향을 주었다. 특히, 인산염계 바인더를 첨가한 세라믹필터는 용융금속 주입시 철과 세라믹필터에 있는 인산염이 반응하여 주물의 특성을 크게 저하시킨다.

현재 일본의 브릿지스톤(Bridge Stone), 유럽의 하이텍세라믹스(Hitech Ceramics), 미국의 셀레(Selee), 독일의 드라카(Draka), 및 영국의 포세코(Foseco) 등의 외국 업체가 국내에 세라믹 여과 필터를 공급하고 있다.

대한민국 특허 공고 90-771호는 탄화규소 20∼70wt%를 포함하는 세라믹필터에 관한 것으로 강산과 철이 반응하여 겔화가 진행되는 관계로 철분이 함유된 내화물 원료를 사용할 수 없다는 문제가 있었다. 즉, 내화물을 혼합한 후 겔화가 진행되므로 혼합한 후 약 24시간 동안 숙성한 후 다시 혼합하여 사용함으로 생산비가 높아지고, 공정이 복잡하여지고, 많은 설비투자가 요구된다.

이외에도, 미국 특허번호 제3,524,548호에는 유리질 결합제와 내화물 입자들을 포함하는 용융 알루미늄의 여과를 위한 다공성의 필터 매개체가 개시되어 있다. 상기 유리질 결합제는 필수적으로 붕소 산화물, 칼슘 산화물 및 알루미늄 산화물을 함유하고 있으며 10wt 중량% 이하의 실리카를 함유하고 있다.

영국 특허번호 제1428437호는 성형, 건조 및 1000℃ 이상의 온도에서 소성함으로써 제조되는 용융 알루미늄용 필터 매개체를 개시하고 있다.

이와 같이, 용융금속의 여과를 위한 세라믹 필터 매개체에 대한 연구와 요구가 지속적으로 이루어지고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고온강도, 내열충격성, 열팽창계수, 내식성 및 용융금속의 불순물 여과 능력이 우수한 알루미나계 주물용 세라믹필터 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 용융금속의 주입시 용융금속의 유동성을 양호하게 하는 알루미나계 주물용 세라믹필터 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에서 실시예 1에 의해 제조된 시편을 나타낸 사진.

도 2는 본 발명에서 실시예 2에 의해 제조된 시편을 나타낸 사진.

도 3은 본 발명에서 실시예 3에 의해 제조된 시편을 나타낸 사진.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 알루미나계 주물용 세라믹필터는 알루미나 40∼70 중량%, 탄화규소 0∼20 중량%, 마그네시아 0∼5 중량%, SiO₂0∼5 중량%, 유기용매 20∼50 중량%, 점토 1∼5 중량%, 결합제 1∼5 중량%, 분산제 0.5∼3 중량%, 가소제 1∼8 중량% 등을 함유하는 슬러리를 폴리우레탄 폼 위에 코팅(coating)하여 제조된다.

또한, 본 발명에 따른 알루미나계 주물용 세라믹필터의 제조방법은 알루미나 40∼70 중량%, 탄화규소 0∼20 중량%, 마그네시아 0∼5 중량%, SiO₂0∼5 중량%, 유기용매 20∼50 중량%, 점토 1∼5 중량%, 결합제 1∼5 중량%, 분산제 0.5∼3 중량%, 가소제 1∼8 중량% 등을 함유하는 슬러리를 제조하는 단계; 연질 폴리우레탄 폼을 슬러리에 함침한 후 압축과 이완을 반복하여 폴리우레탄 폼 위에 슬러리를 균일하게 코팅하는 단계; 코팅된 시편을 건조하는 단계; 및 건조된 시편을 소성로에 넣고, 400∼600℃ 온도에서 1∼3시간 가열하여 1차 소성한 후, 1,250∼1,400℃의 온도로 상승시켜 2∼5시간 동안 유지하여 2차 소성하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 코팅 단계는 폴리우레탄 폼 위에 흐르는 여분의 슬러리를 제거하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 건조단계는 상온에서 20∼40시간 동안 건조할 수도 있고, 건조기 안에 시편을 넣고 80∼150℃에서 1∼3시간 동안 건조할 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 알루미나계 주물용 세라믹필터 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 알루미나계 주물용 세라믹필터의 제조방법은 크게 액상의 슬러리를 제조하는 단계, 연질 폴리우레탄 폼 위에 상기 슬러리를 코팅하는 단계, 코팅된 시편을 건조하는 단계, 건조된 시편을 소성하는 단계, 및 소성이 완료된 시편을 냉각하는 단계를 포함한다.

각각의 공정을 보다 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다.

[슬러리 제조단계]

알루미나 40∼70 중량%, 탄화규소 0∼20 중량%, 마그네시아 0∼5 중량%, SiO₂0∼5 중량%, 유기용매 20∼50 중량%, 점토 1∼5 중량%, 결합제 1∼5 중량%, 분산제 0.5∼3 중량%, 가소제 1∼8 중량% 등을 혼합하여 슬러리를 제조한다.

이러한 원료를 사용하여 제조한 슬러리는 유동성이 우수하였고 폴리우레탄 폼 위에 코팅이 잘 되었다.

[폴리우레탄 폼 위에 슬러리를 코팅하는 단계]

폴리우레탄 폼(3∼100 ppi)을 슬러리에 함침한 후, 3∼7회 압축과 이완을 반복하여 폴리우레탄 폼 위에 슬러리를 균일하게 코팅한다. 코팅한 후 폴리우레탄 폼 위에 있는 여분의 슬러리를 제거하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 폴리우레탄 폼의 크기는 가로 50∼300mm, 세로 50∼300mm, 높이 10∼50mm이다.

[건조 단계]

코팅된 시편을 상온에서 20∼40시간 동안 건조하거나, 건조기 안에 시편을 넣은 후 80∼150℃에서 1∼3시간 건조한다.

[소성 단계]

건조된 시편을 소성로에 넣고, 400∼600℃ 온도에서 1∼3시간 동안 가열하여 1차 소성한다. 이 과정에서 폴리우레탄 폼과 사용 원료인 유기물이 타서 없어지게 된다. 그 후 1,250∼1,400℃의 온도로 상승시켜 2∼5시간 동안 유지하여 2차 소성한다.

[냉각 단계]

소성이 완료된 시편을 로냉시켜 세라믹필터를 제조한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 주물용 세라믹필터 제조방법은 상기에 언급된 제조방법으로 폴리우레탄 폼 위에 다른 조성을 가진 슬러리를 두번 코팅함으로써,코팅 두께를 균일하고 두껍게 제조할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 주물용 세라믹필터 제조방법은 상기에 언급된 조성물의 슬러리를 제조하고, 폴리우레탄 폼 위에 상기 슬러리를 코팅하며, 코팅된 시편을 건조하여 1차 코팅을 완료한다. 그 후에, 1차 코팅된 시편을 상기 슬러리보다 더 큰 유동성을 가진 슬러리에 함침하여 2차 코팅을 하고, 코팅된 시편을 건조하며, 건조된 시편을 소성하고, 및 소성이 완료된 시편을 냉각하여 세라믹필터를 제조한다.

이하, 본 발명에 따른 알루미나계 주물용 세라믹필터의 다양한 제조방법의 실시예를 서술하였다.

<실시예 1>

알루미나 225g, 탄화규소 25g, 유기용매 175g, 점토 10g, 결합제 15g, 분산제 2.5g, 가소제 25g 등의 원료가 잘 섞일 수 있도록 볼 밀링(ball milling)하여 슬러리를 제조한다. 100 ×100 ×15mm 크기의 폴리우레탄 폼을 슬러리에 함침한 후, 5회 압축-이완을 반복하여 슬러리를 폴리우레탄 폼 위에 균일하게 코팅하고, 폼 위에 있는 여분의 슬러리를 제거한다. 상온에서 24시간 건조한 후, 480℃에서 1시간 동안 가열하고, 1,350℃에서 3시간 동안 가열하고, 로냉하여 시편을 제조한다.

이러한 공정으로 제조된 시편이 도 1에 도시되어 있으며, 제조한 시편의 열팽창계수는 55∼295℃에서 6.21 ×10^-6/℃이고, 305∼1200℃에서 8.43 ×10^-6/℃인 것으로서 양호한 열팽창계수 범위 내에 있는 것을 알 수 있다.

또한, 제조한 시편으로 주철 용융금속을 여과한 결과, 불순물 여과 능력이 좋았고, 여과시 양호한 고온강도, 내열 충격성, 내식성 등을 가지고 있었다.

<실시예 2>

알루미나 250g, SiO₂25g,MgO 15g, 유기용매 225g, 점토 10g, 결합제 15g, 분산제 2.5g, 가소제 25g 등이 잘 섞일 수 있도록 볼 밀링하여 슬러리를 제조한다. 그 후, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 150 ×100 ×20 mm 크기의 폴리우레탄 폼을 이용하여 세라믹 필터를 제조한다.

이렇게 해서 제조된 시편이 도 2에 도시되어 있으며, 제조한 시편은 용융 금속에 있는 불순물의 여과 능력이 좋았고, 여과시 양호한 고온강도, 내열 충격성, 내식성 등을 가지고 있었다.

<실시예 3>

알루미나 250g, SiO₂25g, MgO 15g, 유기용매 225g, 점토 10g, 결합제 15g, 분산제 5g, 가소제 20g 등이 잘 섞일 수 있도록 볼 밀링하여 슬러리를 제조한다. 200 ×100 ×15 mm 크기의 폴리우레탄 폼을 슬러리에 함침한 후, 5회 압축-이완을 반복하여 슬러리를 폴리우레탄 폼 위에 균일하게 코팅시키고, 폴리우레탄 폼 위에 있는 여분의 슬러리를 제거하고, 상온에서 24시간 동안 건조한다(1차 코팅). 그 후, 알루미나 210g, MgO 15g, 유기용매 225g, 점토 8g, 결합제 12g, 분산제 3g, 가소제 25g 등을 포함한 슬러리에 1차 코팅된 시편을 함침하여 코팅 두께가 균일하고 두꺼운 시편을 제조한다(2차 코팅). 그 후, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 시편을 제조한다.

이렇게 해서 제조된 시편이 도 3에 도시되어 있으며, 제조한 시편은 용융 금속에 있는 불순물의 여과 능력이 좋았고, 여과시 양호한 고온강도, 내열 충격성, 내식성 등을 가지고 있었다.

<실시예 4>

알루미나 290g, 유기용매 225g, 점토 5g, 결합제 10g, 분산제 2.5g, 가소제 20g 등이 잘 섞일 수 있도록 볼 밀링하여 혼합하고 슬러리를 제조한다. 그 후, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 시편을 제조한다. 제조한 시편은 용융 금속에 있는 불순물의 여과 능력이 좋았고, 여과시 양호한 고온강도, 내열 충격성, 내식성 등을 가지고 있었다.

<실시예 5>

알루미나 200g, 탄화규소 50g, 유기용매 175g, 점토 20g, 결합제 10g, 분산제 5g, 가소제 20g 등을 혼합한다. 그 후, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 시편을 제조한다. 제조한 시편은 용융 금속에 있는 불순물의 여과 능력이 좋았고, 여과시양호한 고온강도, 내열 충격성, 내식성 등을 가지고 있었다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미나계 주물용 세라믹필터에 용융금속을 주입하면, 세라믹필터에 있는 기공을 통해 용융금속이 유동하여 유속이 잘 조절되고, 주물에 있는 불순물의 함량이 저하된다. 이때 가장 중요한 것이 필터 자체의 고온강도 및 내열충격성등이다. 즉, 용융금속의 온도가 아무리 높아도 세라믹 필터는 변형이나 파괴되지 않고 형상을 그대로 유지하여야 한다.

상기에 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미나계 주물용 세라믹필터 및 그 제조방법에 의하면, 고온강도, 내열충격성, 열팽창계수, 내식성 및 용융금속에 있는 불순물의 여과 능력이 우수하고, 용융금속의 유동성을 양호하게 함으로써, 주물 내에 존재하는 불순물의 함량을 크게 저하시키고, 용융금속의 유속을 조절할 수 있다.

한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

알루미나 40∼70 중량%, 탄화규소 0∼20 중량%, 마그네시아 0∼5 중량%, SiO₂0∼5 중량%, 유기용매 20∼50 중량%, 점토 1∼5 중량%, 결합제 1∼5 중량%, 분산제 0.5∼3 중량%, 가소제 1∼8 중량% 등을 함유하는 슬러리를 폴리우레탄 폼 위에 코팅하여 제조되는 것을 특징으로 하는 알루미나계 주물용 세라믹필터.
알루미나 40∼70 중량%, 탄화규소 0∼20 중량%, 마그네시아 0∼5 중량%, SiO₂0∼5 중량%, 유기용매 20∼50 중량%, 점토 1∼5 중량%, 결합제 1∼5 중량%, 분산제 0.5∼3 중량%, 가소제 1∼8 중량% 등을 함유하는 슬러리를 제조하는 단계;

폴리우레탄 폼을 슬러리에 함침한 후 압축과 이완을 반복하여 폴리우레탄 폼 위에 슬러리를 균일하게 코팅하는 단계;

코팅된 시편을 건조하는 단계; 및

건조된 시편을 소성로에 넣고, 400∼600℃ 온도에서 1∼3시간 동안 가열하여 1차 소성한 후, 1,250∼1,400℃의 온도로 상승시켜 2∼5시간 동안 유지하여 2차 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미나계 주물용 세라믹필터의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 코팅단계는,

폴리우레탄 폼 위에 흐르는 여분의 슬러리를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미나계 주물용 세라믹필터의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 건조단계는,

상온에서 20∼40시간 동안 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미나계 주물용 세라믹필터의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 건조단계는,

건조기 안에 시편을 넣고 80∼150℃에서 1∼3시간 동안 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미나계 주물용 세라믹필터의 제조방법.
제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 알루미나계 주물용 세라믹필터.