KR100490593B1 - 백탄이 함유된 세라믹 구이판 및 이 구이판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹분말, 카본블랙분말, 백탄분말을 적정무게비로 혼합한 혼합분말 내에 나무의 단면문양이 보존된 상태의 백탄덩어리를 적량 혼합하여 구이판 형상으로 가압성형한 성형체를 만들되, 이 성형체는 적어도 사용면 상에 상기 백탄덩어리의 단면문양이 보여지도록 하여 성형되며; 또한, 상기 성형체에는 용융상태의 금속실리콘을 함침되게 한 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 백탄이 함유된 세라믹 구이판에 관한 것이다.

이러한 세라믹 구이판은 대부분 탄소성분으로 이루어져 있기 때문에 탄소성분이 가지는 주지의 우수한 성향을 기본적으로 갖추고 있으며, 이와 아울러 물리적인 성질은 금속 구이판과 돌 구이판의 중간정도이며, 원적외선 방사율은 천연암석을 가공해서 만든 돌 구이판에 비견되는 정도로 높으며, 열전도율은 천연암석에 비해 우수하며, 마지막으로 외관미에 있어서 백탄덩어리의 문양이 그대로 보존된 채 성형되므로써 자연미가 가미된 것에 장점을 갖는다.

Description

백탄이 함유된 세라믹 구이판 및 이 구이판의 제조방법 {Ceramic roast plate and manufacturing method it}

본 발명은 탄화규소(세라믹),카본블랙, 금속실리콘, 백탄가루 및 백탄덩어리가 유기적으로 결합되어 이루어진 백탄이 함유된 세라믹 구이판 및 이러한 구이판의 제조방법에 관한 것이다.

현재까지 알려진 구이판을 살펴보면, 초기에는 금속판을 사용해 오다가 원적외선 방사효과가 고기맛을 좌우하는 것이 알려진 후에는 원적외선 방사율이 높은 천연암석을 판형으로 가공한 돌판을 사용하였으나, 천연암석은 자연채광으로부터 가공에 이르기까지 제작공정에 많은 비용과 기간이 소요되고, 금속재에 비해 열전도율이 낮아 열을 저장하는 축열시간이 길어지기 때문에 돌판이 달궈지기 전에는 고기를 구울 수 없을 뿐만 아니라 방열이 잘 이루어지지 않아 고기를 구울 때 쉽게 타는 문제점과, 무게가 무겁고 취성이 강해 외부충격에 의해 쉽게 깨지는 문제점도 있었다.

이에 따라, 이를 대치하기 위해서 금속판의 표면에 세라믹을 박형으로 코팅한 구이판이 제조되고 있는데, 그러나 이러한 구이판은 금속판에 비해 세라믹의 코팅층이 얇기 때문에 원적외선 방사율이 적고, 금속판과 세라믹 간의 열팽창계수차에 의해 세라믹 코팅층이 금속판으로부터 쉽게 분리될 수 있는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 세라믹 코팅층의 강도가 약해 열충격에 의해 쉽게 파손되는 단점이 있다.

또한, 상기 돌 구이판이나 금속 구이판은 표면이 치밀하기 때문에 육류구이시 발생되는 유지의 흡수율이 낮아 유지를 별도로 배출하는 구조를 갖거나 이러한 구조가 없는 경우에는 매번 유지를 제거해야 하는 문제점을 안고 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 백탄 및 백탄덩어리를 이용하여 제조되는 백탄이 함유된 세라믹 구이판과 이의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 탄소성형체 구이판은 대부분 탄소성분으로 이루어져 있기 때문에 탄소성분이 가지는 주지의 우수한 성향을 기본적으로 갖추고 있으며, 이와 아울러 물리적인 성질은 금속 구이판과 돌 구이판의 중간정도이며, 원적외선 방사율은 천연암석을 가공해서 만든 돌 구이판에 비견되는 정도로 높으며, 열전도율은 천연암석에 비해 우수하며, 마지막으로 외관미에 있어서 백탄덩어리의 문양이 그대로 보존된 채 성형되므로써 자연미가 가미된 것에 장점을 갖는다.

상기 목적을 구현하기 위한 본 발명의 백탄이 함유된 세라믹 구이판은, 세라믹분말, 카본블랙분말, 백탄분말을 적정무게비로 혼합한 혼합분말 내에 나무의 단면문양이 보존된 상태의 백탄덩어리를 적량 혼합하여 구이판 형상으로 가압성형한 성형체를 만들되, 이 성형체는 적어도 사용면 상에 상기 백탄덩어리의 단면문양이 보여지도록 하여 성형되며; 또한, 상기 성형체에는 용융상태의 금속실리콘을 함침되게 한 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 금속실리콘은 성형체 무게의 100~300중량%으로 하며, 또한 상기 세라믹분말의 함유량은 50중량%이하, 카본블랙분말의 함유량은 30중량%이하, 백탄분말 및 백탄덩어리의 함유량은 50중량%이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 구이판의 제조공정은 백탄분말, 세라믹분말, 카본블랙분말을 각각 준비하여 이를 적정 무게비로 혼합하는 단계; 습식혼합이 포함된 경우 한해서 혼합분말을 건조시키는 단계; 혼합분말을 미세하게 분쇄시키는 단계; 분쇄된 혼합분말중 체가름을 통해 125㎛이하의 혼합분말 만을 선별하는 단계; 선별된 혼합분말에 나무모양이 보존된 상태의 백탄덩어리와 유기결합제를 첨가한 상태에서 이를 성형기를 이용하여 구이판 형상으로 성형하되, 구이판의 표면에 백탄덩어리의 문양이 나타나도록 성형하는 단계; 성형체를 건조시키는 단계; 진공이나 불활성 가스분위기의 전기로에 성형물과 금속실리콘을 함께 넣고 고온가열하여 금속실리콘을 용융시킴에 따라 성형물의 기공으로 용융상태의 금속실리콘이 함침되게 하는 단계;로 이루어지며, 이후에 성형이 완료된 최종 성형체를 표면가공하는 단계;를 더 포함하나다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 탄소성형체 구이판은 탄소의 호효능을 활용한다는 기본적인 특징외에 버려지는 백탄가루를 활용한다는 점에서 경제적인 측면과 무게감량의 측면에 기여한다는 점에서 또한 특징이 있으며, 또한 나무형태가 보존된 상태이면서 탄질이 단단한 백탄덩어리를 활용하므로써 자연적인 문양이 살아있는 디자인이 가능하다는 점에서 또 다른 특징이 있다.

이러한 특징을 유지하면서도 기존의 금속 구이판이나 돌 구이판에 비해 기능성이나 물리적 성질이 우수한 구이판을 만들기 위해 다음과 같은 조성물의 배합이 필요하다.

즉, 도 1에서와 같이 본 발명의 세라믹 구이판(10)은 1000℃ 이상의 고온에서 제조되는 백탄분말에 세라믹분말(탄화규소 분말:SiC), 카본블랙분말을 적정 배합비(구체적인 배합비는 후술하기로 한다)로 혼합한 후 분쇄과정을 거쳐 125㎛이하의 미세분말 만을 선별하고, 선별된 미세혼합분말에 원형이 보존된 백탄덩어리(11)와 유기결합제를 적절히 혼합한 후 성형기를 이용하여 구이판 형상으로 가압 성형한다. 이때, 상기 백탄덩어리는 나무의 원형(단면문양)을 유지한 채 성형되게 하여 성형체의 사용면 상에 목재의 문양이나 형상이 육안상으로 보여지게 되므로써 자연적 미감이 나타나게 된다.

이후, 구이판 형상으로 성형된 구이판 성형체와 금속실리콘을 진공이나 아르곤 가스의 분위기의 전기로에 넣고 1500℃ 이상 가열하므로써 금속실리콘이 용융되면서 성형체의 기공(氣孔)내에 함침되게 하여 탄소화(SiC) 하므로써 제조된다. 이때, 금속실리콘의 양은 성형체의 특성에 맞는 양만큼 칭량하여 투입하면 되는데, 정확한 금속실리콘의 함량은 성형체 무게의 약 100~300중량% 범위내에서 결정된다. 여기서 금속실리콘의 양은 성형체의 기공에 영향을 준다. 아래의 표는 금속실리콘의 함량에 따른 기공율과 성형체의 밀도를 나타낸 것이다.(표 1)

금속실리콘 첨가량(무게%)	밀도(g/cm2)	기공율(%)
80	1.92	35
100	2.25	23
110	2.35	18
120	2.57	12
130	2.66	8
140	2.78	5

위 표에서 나타난 바와 같이 금속실리콘에 따라 기공의 양을 조절하여 원하는 기공을 갖는 성형체를 얻을 수 있다. 첨가되는 금속실리콘이 140(무게%)이상 넘어가게 되면 침투정도가 급격히 떨어지고, 300(중량%)이상 넘어가면 금속실리콘은 더 이상 침투되지 않고 성형체의 표면에 잔류하게 되므로 그 이상의 첨가는 불필요하다.이렇게 구성된 본 발명의 구이판은 아래의 표 1에서와 같은 물성값을 가지게 되며, 이 물성값을 보았을 때 대략 기존의 돌 구이판과 금속 구이판의 중간정도의 물성값을 나타내는 것으로 판단된다.

삭제

(표 2)

물리적 성질(physical properties)	값(values)
밀도	2 ~ 3 g/cm3
휨강도	20 ~ 40 kg/mm2
경도	1800 ~ 2500 HV
영률	3 ~ 5 (×104)kg/mm2
열팽창계수	3 ~ 5 (×106)/℃
열전도율	120 ~ 140 w/m-°k

상기한 본 발명 구이판의 제조방법을 도 2를 통해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

첫번 째 공정은 분말혼합과정으로서, 선정된 나무(목재)를 백탄화하는 과정에서 발생되는 백탄분말과, 세라믹 분말인 탄화규소(SiC) 및/또는 카본블랙분말을 준비하여 이를 적정 무게비로 혼합한다. 혼합과정은 분말혼합과 경우에 따라서 습식혼합이 추가되는데, 분말혼합은 준비된 분말들을 믹서에 넣어 2시간 이상 혼합하여 분말들을 적당히 혼합하는 과정이고, 습식혼합은 분말혼합이 적당히 이루어졌을 때 성형에 필요한 유기결합제와 물을 첨가하여 1시간이상 더 혼합하는 과정이다.

상기한 백탄분말과 세라믹 분말, 카본블랙분말의 함량비는 각각 50중량%이하, 50중량%이하, 30중량%이하로 하는 것이 바람직하며, 이때 백탄분말의 함량비는 후술될 백탄덩어리를 합산한 함량비를 말한다.

상기에서 세라믹 분말과 카본블랙분말을 첨가하는 이유는 세라믹 분말을 단독으로 사용할 경우, 세라믹 분말과 후술될 예정인 금속실리콘이 완전히 반응한 소결체가 제조되면 기계적인 특성이 향상되는 장점이 있으나, 세라믹과 실리콘의 반응에 의하여 β-SiC가 생성되는 반응속도가 늦기 때문에 미반응 세라믹이 소결체 내에서 종종 존재하게 되고, 전체 제조공정시간이 증가되는 단점이 있다. 한편 카본블랙을 단독으로 사용하는 경우에는 세라믹과는 달리 실리콘과의 반응속도가 매우 빨라 미반응 카본블랙이 남지 않아 전체 제조공정시간이 단축되는 장점은 있으나, 열역학적으로 탄소와 실리콘과의 반응이 발열반응이기 때문에 세라믹에 비해 활성이 좋은 카본블랙과 실리콘과의 β-SiC 생성반응시 심한 발열반응의 진행으로 인해 소결체가 파괴되거나 소결체에 균열이 존재하는 경우가 종종 발생하게 된다. 이에 따라 세라믹과 카본블랙을 2성분으로 하여 균일하게 혼함하므로써 기계적인 특성을 향상시키면서 소결후 균열 등의 결함이 없는 성형체를 제조할 수 있게 된다.

한편, 본 발명 구이판의 혼합요소중 하나인 상기 백탄은 주지되어 있듯이 숯을 굽는 끝마무리단계에서 요 안에 공기를 넣어 목재가 열분해할 때 발생하는 가스를 연소시키면서 거의 구어진 숯을 약 1,000℃의 고온으로 올리다 적당한 시점에서 빨갛게 단 숯을 요 입구에서 하나씩 빨리 꺼내 재와 흙과 수분을 혼합한 재료를 뿌려 냉각시켜 끄게 된다. 이 과정이 백탄제조의 핵심이고, 숯 표면에 재가 묻어 회백색을 띄게 되어 백탄이라 한다. 백탄은 경질로서 부딛칠 때 맑은 금속성 소리가 들리며, 불 붙이기가 어려우나 불이 붙으면 화력이 강하고 오래가는 것이 특징이다. 따라서, 백탄은 구이판의 경도를 고조시키는데 일조하게 된다.

두번째 공정으로, 습식혼합(Wet Mixing)이 있는 경우에 한해서 습식혼합된 분말을 건조시키게 된다. 건조과정은 혼합된 반죽상태의 혼합물을 100℃ 이상의 온도에서 10시간이상 건조하게 된다.

세번째 공정으로, 혼합분말을 미세하게 분쇄하여 과립(Granulated)분말화 한다.

네번째 공정으로, 분쇄된 과립분말을 체가름을 통해 125㎛이하의 미세한 과립분말 만을 선별하여 사용하고, 나머지 125㎛이상의 상대적으로 큰 과립분말은 수거하여 재분쇄하여 사용한다.

미세과립을 단일입도로 하여 성형체를 제조하는 경우에는 성형시 미립에 의한 분말의 충전도가 증가하게 되어 기공의 크기가 비교적 작게 형성되기 때문에 최종 반응소결온도에서 용융된 금속실리콘이 완전히 침투되게 하는 범위내에서 결정되어야 한다. 그 최적입도가 125㎛에 해당된다.

다섯번째 공정으로, 선별된 미세과립에 나무모양이 보존된 상태의 백탄덩어리와 유기결합제(binder)를 첨가하되, 유기결합제는 카르복시메틸 세룰로오즈(Carboxymethyl Cellulose)나 폴리비닐 피롤리돈(Polyvinyl Pyrollidone)등을 사용하고, 그 첨가량은 원료량에 대해 1 ~ 2중량%를 첨가한다. 물론, 상기 유기결합제는 상기에서 열거된 이외의 것을 사용할 수도 있다.

이후, 원료인 미세과립과 유기결합제가 혼합된 분말을 성형기를 이용하여 구이판 형상으로 성형한다. 이때, 백탄덩어리는 미세과립 위에 배열시킨 후 금형에 넣고 일축 또는 양축 가압법에 의해 약 300 ~ 500kg/㎠의 압력으로 성형체를 제조하게 된다.

이렇게 성형된 성형체의 모습은 도 1에서와 같은 형태로 된다. 도 1을 자세히 보면, 사용면인 윗면에 백탄덩어리의 단면문양이 드러난채 성형되어 있기 때문에 구이판 속에 나무가 심어져 있는 듯한 자연적인 심미감을 느낄 수 있다. 이때 백탄은 대나무백탄이나 참나무백탄등 문양을 갖는 백탄이 활용된다.

여섯번째 공정으로, 구이판 형태로 성형된 성형체를 건조시킨다.

일곱번째 공정으로, 성형체와 금속실리콘을 진공이나 불활성 가스분위기의 전기로에 함께 넣고 고온가열하여 금속실리콘을 용융시킴에 따라 성형체의 기공으로 용융상태의 금속실리콘이 함침되게 한다. 이를 액상반응소결법이라고 하는데, 이 액상반응소결법은 성형체와 금속실리콘을 약 1,550 ~ 1,650℃정도의 소결온도와 진공분위기의 전기로에 넣고 금속실리콘을 성형체와 반응시켜 용융, 침투된 실리콘과의 Si + C → SiC 반응에 의해 SiC를 생성시키는 것이다.

참고로, 액상반응소결법에 있어서 성형체 내에 포함된 유기결합제를 완전히 연소시키기 위해서, 전기로의 온도를 느린속도로 승온시키면서 얼마간 유지하는 온도 및 시간조절을 감행하므로써 성형체에 개기공(open pore)을 만들어주고, 이 개기공을 통해 용융된 금속실리콘이 성형체의 내부로 원활히 침투되게 해야한다.

마지막 공정으로, 소결이 완료된 최종 성형체를 제품으로 사용할 수 있을 정도의 표면조도를 갖도록 표면가공(그라인딩가공)을 하게 된다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명의 구이판은 백탄과 세라믹물질이 전체적으로 고르게 배열되어 있어 금속에 세라믹 코팅한 구이판 보다 원적외선 방사율이 훨씬 우수하고, 천연암석을 가공하여 제조된 구이판에 상응하는 원적외선 방사율을 가질 뿐만 아니라 천연암석에 비해 열전도율이 우수하여 조리시간이 단축되어 이에 따른 연료절감을 가져오게 된다.

또한, 백탄은 탈취, 흡수능력을 갖고 있기 때문에 고기 구이시 발생되는 유지(고기기름)가 구이판의 표면에 고이지 않고 내부로 스며들어 구이판 가열시 연소되므로써 콜레스테롤을 낮출 수 있으며, 또한 특유의 고기냄새를 탈취하고, 원적외선 방사로 인해 육질이 연하고 담백한 고기맛을 낼 수 있기 때문에 지금까지 알려진 구이판의 장점이 함축된 것이라고 할 수 있다.

아울러, 단조로운 형상의 기존 구이판과는 달리 구이판에 백탄의 문양이나 형상이 자연적으로 형성되므로써 자연친화적인 심미감을 느낄 수 있으며,

또한, 열전도율, 내열충격성, 기계적 강도 및 내식성 등의 특성이 우수하여 구이판으로서 매우 적합하다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹 구이판의 평면도

도 2는 본 발명에 따른 세라믹 구이판의 제작공정도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 세라믹 구이판 11 : 백탄덩어리

Claims (5)

1. 세라믹분말, 카본블랙분말, 백탄분말을 적정무게비로 혼합한 혼합분말 내에 나무의 단면문양이 보존된 상태의 백탄덩어리를 적량 혼합하여 구이판 형상으로 가압성형한 성형체를 만들되, 이 성형체는 적어도 사용면 상에 상기 백탄덩어리의 단면문양이 보여지도록 하여 성형되며; 또한, 상기 성형체에는 용융상태의 금속실리콘을 함침되게 한 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 백탄이 함유된 세라믹 구이판.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 금속실리콘은 성형체 무게의 100 ~ 300중량%인 것을 특징으로 하는 백탄이 함유된 세라믹 구이판.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 세라믹분말의 함유량은 50중량%이하이고, 카본블랙분말의 함유량은 30중량%이하이며, 백탄분말 및 백탄덩어리의 함유량은 50중량%이하인 것을 특징으로 하는 백탄이 함유된 세라믹 구이판.
4. 백탄분말, 세라믹분말, 카본블랙분말을 각각 준비하여 이를 적정 무게비로 혼합하는 단계;

   습식혼합이 포함된 경우 한해서 혼합분말을 건조시키는 단계;

   혼합분말을 미세하게 분쇄시키는 단계;

   분쇄된 혼합분말중 체가름을 통해 125㎛이하의 혼합분말 만을 선별하는 단계;

   선별된 혼합분말에 나무의 단면문양이 보존된 상태의 백탄덩어리와 유기결합제를 첨가한 상태에서 이를 성형기를 이용하여 구이판 형상으로 성형하되, 구이판의 표면에 백탄덩어리의 문양이 나타나도록 성형하는 단계;

   성형체를 건조시키는 단계; 및

   진공이나 불활성 가스분위기의 전기로에 성형체와 금속실리콘을 함께 넣고 고온가열하여 금속실리콘을 용융시킴에 따라 성형체의 기공으로 용융상태의 금속실리콘이 함침되게 하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 백탄이 함유된 세라믹 구이판의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 성형체에 금속실리콘이 함침되게 하는 단계 이후에, 성형체를 표면가공하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 백탄이 함유된 세라믹 구이판의 제조방법.