KR100538360B1 - Synthesis of Black Cubic Zirconia Single Crystals - Google Patents

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KR100538360B1 KR10-2003-0056998A KR20030056998A KR100538360B1 KR 100538360 B1 KR100538360 B1 KR 100538360B1 KR 20030056998 A KR20030056998 A KR 20030056998A KR 100538360 B1 KR100538360 B1 KR 100538360B1
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주기태
이재선
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Abstract

본 발명은 흑색 큐빅상 지르코니아 단결정의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상 안정화제로 산화칼슘(CaO) 또는 산화이트륨(Y2O3) 등이 첨가된 무색 또는 유색의 큐빅상 지르코니아 단결정을 탄소 환원분위기에서 진공 고온로에서 열처리하여 인조 보석으로서의 흑색 큐빅상 지르코니아 단결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing black cubic zirconia single crystals, and more particularly, calcium oxide (CaO) or yttrium acid (Y 2 O 3 ) as a phase stabilizer. The present invention relates to a method for producing black cubic zirconia single crystals as artificial gemstones by heat treatment of a colorless or colored cubic zirconia single crystal to which a back is added, in a vacuum reducing furnace in a carbon reduction atmosphere.

Description

흑색 큐빅상 지르코니아 단결정의 제조방법{Synthesis of Black Cubic Zirconia Single Crystals} Method for producing black cubic zirconia single crystals {Synthesis of Black Cubic Zirconia Single Crystals}

본 발명은 흑색 큐빅상 지르코니아 단결정의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상 안정화제로 산화칼슘(CaO) 또는 산화이트륨(Y2O3) 등이 첨가된 무색 또는 유색의 큐빅상 지르코니아 단결정을 탄소 환원분위기에서 진공 고온로에서 열처리하여 인조 보석으로서의 흑색 큐빅상 지르코니아 단결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing black cubic zirconia single crystals, and more particularly, calcium oxide (CaO) or yttrium acid (Y 2 O 3 ) as a phase stabilizer. The present invention relates to a method for producing black cubic zirconia single crystals as artificial gemstones by heat treatment of a colorless or colored cubic zirconia single crystal to which a back is added, in a vacuum reducing furnace in a carbon reduction atmosphere.

지르코니아는 용융점이 2,750 ℃로 매우 높기 때문에 도가니를 사용하지 않는 스컬 용융법(Skull Melting Method) 또는 부유대역법(Floating Zone Method)으로 단결정을 육성하고 있는데, 양산(量産)에는 주로 스컬 용융법을 적용하고 있다. 순수한 지르코니아(ZrO2)는 온도변화에 따라 상 구조가 변화하는 바, 고온에서는 등축정계(Cubic system)의 결정구조를 가지나 저온으로 냉각시키게 되면 단사정계(Monoclinic system), 사방정계(Orthorhombic system), 정방정계(Tetragonal system) 구조로 상 전이가 발생하여 부피변화를 초래하게 된다. 이에 상 안정제로 산화칼슘(CaO) 또는 산화이트륨(Y2O3)을 첨가하여 큐빅상 지르코니아 결정을 만들기도 한다. 상 안정제로서 산화이트륨(Y2O3)의 경우, 지르코니아 단결정 제조 시 통상적으로 10 내지 50 중량% 첨가하는데, 10 중량% 보다 적거나 50 중량% 보다 많을 경우 단결정의 품질이 저하되거나 육성이 잘 안 되는 어려움이 생긴다.Since zirconia has a very high melting point of 2,750 ° C, single crystals are grown by the skull melting method or the floating zone method without using a crucible.Scale melting is mainly applied to mass production. Doing. Pure zirconia (ZrO 2 ) has a phase structure that changes with temperature, and at high temperatures it has a crystal structure of cubic system, but when cooled to low temperature, it is monoclinic (Orthorhombic system), Phase transition occurs due to tetragonal system structure, resulting in volume change. As a phase stabilizer, calcium oxide (CaO) or yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is added to form cubic zirconia crystals. In the case of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) as a phase stabilizer, zirconia single crystals are usually added in an amount of 10 to 50% by weight. The difficulty arises.

인조보석으로서 흑색 지르코니아 보석은 투명한 무색 지르코니아 보석과의 흑백 조화로 주목을 받고 있고, 일반적으로 흑색 지르코니아 보석은 투명한 무색 지르코니아 단결정으로부터 제조하는 메카니즘에 대한 연구가 수행되고 있다. 그러나, 그 흑색이 곱지가 않고 또한 재현성이 부족하여 공장에서 양산화하는데 어려움을 겪고 있다.As artificial gems, black zirconia gemstones have attracted attention in black and white harmony with transparent colorless zirconia gemstones, and in general, studies have been conducted on a mechanism for producing black zirconia gemstones from transparent colorless zirconia single crystals. However, the black color does not multiply, and also lacks reproducibility, making it difficult to mass-produce in a factory.

투명한 무색 큐빅상 지르코니아 인조보석을 제조하는 일반적 방법에서는, 지르코니아(ZrO2) 분말에 큐빅상(Cubic phase)의 안정화제인 산화칼슘(CaO) 또는 산화이트륨(Y2O3)을 적당한 비율로 혼합하여 스컬 용융법(Skull Melting method)으로 단결정을 육성시키고, 이 단결정을 적당한 모양으로 자르고 그 표면을 연마하여 빛이 잘 굴절되도록 하여 제조하고 있다.In a general method for preparing a transparent colorless cubic zirconia artificial gemstone, zirconia (ZrO 2 ) The powder is mixed with calcium oxide (CaO) or yttrium oxide (Y 2 O 3 ), which is a stabilizer of the cubic phase, in a suitable ratio to cultivate a single crystal by the Skull Melting method, and the single crystal is formed into an appropriate shape. It is manufactured by cutting the light and polishing the surface to refract light well.

그리고, 흑색 큐빅상 지르코니아 인조보석을 제조하는 일반적 방법에서는, 투명한 무색 지르코니아 단결정 또는 유색의 지르코니아 단결정을 고온 진공로의 챔버(chamber)에 넣고서 1000 ℃ 내지 1400 ℃에서 4시간 이상 열처리하여 제조하고 있다. 흑색 지르코니아 단결정을 만드는데 사용되는 지르코니아 단결정은 투명한 단결정이거나 또는 유색의 단결정이거나 구분없이 사용되고 있으나, 보통 투명한 무색의 단결정을 주로 사용한다.In the general method for producing black cubic zirconia artificial gemstones, transparent colorless zirconia single crystals or colored zirconia single crystals are put in a chamber of a high temperature vacuum furnace and heat-treated at 1000 ° C. to 1400 ° C. for 4 hours or more. Zirconia single crystals used to make black zirconia single crystals are transparent single crystals or colored single crystals, and are used without distinction, but usually transparent colorless single crystals are mainly used.

흑색 지르코니아 단결정을 제조하기 위한 진공로에는, 통상적으로 길이가 10 ∼ 20 cm이고, 직경이 5 ∼ 10 cm인 투명 무색 지르코니아 단결정이 한번에 수십 개 또는 수백 개 정도가 들어간다. 수 십여 개 이상 한번에 열처리하게 되면 진공 고온로 챔버 가운데 부분의 지르코니아 결정들은 완전히 검은 색으로 안 되고 약간 투명한 것으로 남아있어 전체적으로 양품 수율이 낮아져 양산 시 커다란 문제점으로 되고 있는 실정이다. In the vacuum furnace for producing black zirconia single crystals, transparent dozens or hundreds of transparent colorless zirconia single crystals each having a length of 10 to 20 cm and a diameter of 5 to 10 cm are contained at a time. When dozens of heat treatments are performed at once, the zirconia crystals in the middle of the vacuum furnace chamber are not completely black but remain slightly transparent, resulting in a poor yield overall, which is a major problem in mass production.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 고온에서 유지시간을 24시간 이상 장시간 유지시키거나 또는 소량씩 열처리하고 있지만 생산성이 떨어지며 품질도 계속 양호하지 못하다. 따라서 생산성도 높으며 품질도 우수한 흑색의 지르코니아 단결정의 제조 기술개발의 필요성이 요구되고 있다. In order to solve this problem, the holding time at a high temperature for 24 hours or longer or a small amount of heat treatment, but the productivity is poor and the quality is not good. Therefore, there is a need for development of manufacturing technology of black zirconia single crystal having high productivity and high quality.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 한계를 극복하여 한번에 수십 내지는 수백개의 지르코니아 단결정을 열처리하는 높은 생산성을 가지며, 흑색 보석으로서 품질도 우수한 큐빅상 흑색 지르코니아 단결정의 제조방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing a cubic black zirconia single crystal having a high productivity for overheating dozens or hundreds of zirconia single crystals at a time and overcoming the limitations of the prior art as described above.

본 발명은 큐빅상의 무색 또는 유색 지르코니아 단결정을 고온 진공로 챔버내에서 열처리하여 흑색 지르코니아 단결정을 제조하는 방법에 있어서, 상기 열처리 공정을 탄소 환원분위기로 수행하는 것으로 그 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the colorless or colored zirconia single crystals of cubic phase are heat-treated in a high-temperature vacuum chamber to produce black zirconia single crystals, characterized in that the heat treatment is carried out in a carbon reducing atmosphere.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail as follows.

본 발명에 따른 큐빅상 흑색 지르코니아 단결정의 제조방법에서는 큐빅상의 무색 또는 유색 지르코니아 단결정을 열처리하여 큐빅상 흑색 지르코니아 단결정을 제조하되, 상기 열처리 공정을 탄소 환원분위기내에서 수행하는데 기술구성상의 가장 큰 특징이 있다.In the method for producing a cubic phase black zirconia single crystal according to the present invention, the cubic phase black zirconia single crystal is heat-treated to produce a cubic phase black zirconia single crystal, and the heat treatment process is performed in a carbon reducing atmosphere. have.

본 발명에서는 탄소 환원분위기를 조성하기 위한 탄소 공급원으로서, 흑연(graphite), 카본(carbon), 석탄, 숯, 구공탄 및 콜타르(coal tar) 등 중에서 선택 사용하며, 상기한 탄소 공급원은 입자(granule) 또는 분말(powder)과 같은 고체탄소 형태 또는 액체 탄소 형태로 사용될 수 있다. 이러한 탄소 공급원은 조금만 함유되어도 충분히 그 효과를 발현할 수 있는데, 경제적 또는 품질 면에서 무색 또는 유색의 지르코니아 단결정의 중량을 기준으로 탄소 공급원은 1 ∼ 50 중량% 범위로 사용하는 것이 보다 바람직하다.In the present invention, as a carbon source for forming a carbon reducing atmosphere, it is selected from graphite, carbon, coal, charcoal, gugong coal and coal tar, and the carbon source is a granule Or in solid carbon form such as powder or in liquid carbon form. The carbon source may be sufficiently contained even if it contains only a small amount, and it is more preferable to use the carbon source in the range of 1 to 50% by weight based on the weight of the colorless or colored zirconia single crystal in terms of economy or quality.

첨부도면 도 1은 본 발명에 따른 큐빅상 흑색 지르코니아 단결정을 제조하는 공정도로서, 본 발명의 제조방법은 큐빅상의 무색 또는 유색 지르코니아 단결정과 탄소 공급원을 혼합하는 단계와, 상기 혼합체를 진공 열처리로에서 열처리하는 단계를 포함한다.1 is a process chart for producing a cubic black zirconia single crystal according to the present invention, the method of the present invention is a step of mixing a cubic phase of colorless or colored zirconia single crystal and a carbon source, heat treatment the mixture in a vacuum heat treatment furnace It includes a step.

열처리에 사용되는 고온 진공로 챔버는 10-1 ∼ 10-5 torr의 진공도와 950 ℃ 내지 1,500 ℃의 고온이 유지되며, 이러한 열처리 공정은 0.5 ∼ 50 시간 수행된다.The high temperature vacuum chamber chamber used for the heat treatment is maintained at a vacuum of 10 −1 to 10 −5 torr and a high temperature of 950 ° C. to 1,500 ° C., and this heat treatment is performed for 0.5 to 50 hours.

종래 방법에 의해 일반적인 진공 고온으로 지르코니아 단결정의 열처리 공정을 수행하게 되면 다음 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 지르코니아 단결정으로부터 산소 기체가 발생되는 바, 지르코니아 결정으로부터 결합을 끊고 산소 기체가 나오려면 많은 에너지가 필요하다.When the heat treatment process of the zirconia single crystal is carried out by a conventional vacuum at a high temperature in a conventional manner, as shown in Scheme 1, oxygen gas is generated from the zirconia single crystal. Therefore, a large amount of energy is required to break the bond from the zirconia crystal and to release the oxygen gas. Do.

ZrO2(solid) → ZrO2-δ(solid) + O2(gas)↑ (흡열반응)ZrO 2 (solid) → ZrO 2-δ (solid) + O 2 (gas) ↑ (endothermic reaction)

즉, 일반적인 진공 고온으로 열처리하게 되면 지르코니아 고체 결정에서 Zr과 O의 결합을 끊는 에너지가 필요하며, 이 반응은 흡열반응이라 외부에서 계속 열을 가해주어야 한다. In other words, when the heat treatment is performed at a vacuum high temperature in general, energy that breaks the bond between Zr and O in the zirconia solid crystal is required. This reaction is endothermic, and thus, heat must be continuously applied from outside.

이에 반하여, 본 발명의 제조방법에 따라 탄소 환원분위기로 열처리하게 되면 다음 반응식 2에 나타낸 바와 같이, 고온 조건에서 지르코니아 단결정내의 O(solid)와 결정표면과 접해있는 탄소(C, solid)가 쉽게 반응하여 일산화탄소 기체(CO gas)를 생성시키고, 단결정 표면의 일산화탄소 기체(CO gas)가 강력한 환원제로 작용하여 지르코니아 결정은 계속 환원된다.On the contrary, when the heat treatment is performed in a carbon reducing atmosphere according to the preparation method of the present invention, as shown in the following Equation 2, O (solid) in the zirconia single crystal and carbon (C, solid) in contact with the crystal surface are easily reacted at high temperature. To generate a carbon monoxide gas (CO gas), the carbon monoxide gas (CO gas) on the surface of the single crystal acts as a powerful reducing agent, the zirconia crystal is continuously reduced.

ZrO2(s) + C(s) → ZrO2-δ(s) + CO(g)↑ ZrO 2 (s) + C (s) → ZrO 2-δ (s) + CO (g) ↑

ZrO2(s) + CO(g) → ZrO2-δ(s) + CO2(g)↑ (발열반응)ZrO 2 (s) + CO (g) → ZrO 2-δ (s) + CO 2 (g) ↑ (Exothermic Reaction)

즉, 본 발명의 제조방법으로 열처리하게 되면, 탄소의 존재로 산소가 아주 쉽게 일산화탄소 기체(CO gas)가 되어 진공으로 빠져나가게 되고, 이 반응은 발열반응이라 고온으로 계속 유지되므로, 지르코니아는 쉽게 환원될 수 있는 것이다. That is, when the heat treatment by the manufacturing method of the present invention, oxygen is very easily carbon monoxide gas (CO gas) due to the presence of carbon to be released into the vacuum, this reaction is exothermic reaction, so it is kept at high temperature, zirconia is easily reduced It can be.

또한, 본 발명이 열처리 과정에서 탄소 환원분위기를 조성하기 위해 사용하게 되는 탄소 공급원 예를 들면 흑연의 경우 열전도도가 약 0.2 cal/sec·㎠·℃·cm로서 안정화 지르코니아 보다 50 배 내지 100 배 크다. 따라서, 진공 고온로 챔버 내부까지 열을 잘 전도할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다. In addition, in the case of a carbon source, for example, graphite, which is used to form a carbon reducing atmosphere during the heat treatment, the present invention has a thermal conductivity of about 0.2 cal / sec · cm 2 · ° C · cm, which is 50 to 100 times greater than that of stabilized zirconia. . Therefore, the effect of being able to conduct heat well to the inside of the chamber at a vacuum high temperature can be obtained.

이에, 기존의 고온 열처리 반응이 흡열반응 조건을 유지하기 위해 많은 열에너지를 필요로 하는데 반하여, 본 발명에 따라 탄소 환원분위기를 조성하게 되면 반응 자체가 발열반응 조건으로 유지되어 적은 에너지로도 고온을 유지할 수 있었고, 또한 사용된 탄소 공급원 자체의 열전도 효과로 진공로의 대형 챔버 내부까지 짧은 시간에 고온으로 도달할 수 있으므로 생산성 향상 및 고품질의 흑색 지르코니아 단결정을 얻을 수 있게 된다.Therefore, while the existing high temperature heat treatment reaction requires a lot of heat energy to maintain the endothermic reaction conditions, when the carbon reduction atmosphere is formed according to the present invention, the reaction itself is maintained at an exothermic reaction condition to maintain a high temperature even with low energy. In addition, the thermal conduction effect of the carbon source itself used can reach high temperatures in a short time inside the large chamber of the vacuum furnace, resulting in improved productivity and high quality black zirconia single crystals.

첨부도면 도 2는 기존 방법에 따른 진공 고온 조건(1)(비교예)과 본 발명에 따른 탄소 환원분위기 조건(2)(실시예 3)에서 각각 제조된 큐빅상 흑색 지르코니아 단결정 및 박편에 대한 사진이다. 도 2의 사진에 의하면 본 발명의 제조방법으로 제조된 단결정의 품질이 훨씬 우수하다는 것을 육안으로 쉽게 관찰할 수 있다. 2 is a photograph of cubic black zirconia single crystals and flakes prepared under vacuum high temperature conditions (1) (comparative example) and carbon reduction atmosphere conditions (2) (example 3) according to the conventional method, respectively. to be. According to the photograph of Figure 2 it can be easily observed with the naked eye that the quality of the single crystal produced by the production method of the present invention is much better.

첨부도면 도 3은 본 발명에 따라 제조된 흑색 큐빅상 지르코니아 단결정(Good black, 실시예 3)과, 기존의 흑색 큐빅상 지르코니아 단결정(Bad black, 비교예)과, 큐빅상 무색 지르코니아 단결정(White)의 구조적 차이를 밝히기 위한 X-선 회절분석 스펙트럼이다. X-선 회절분석 스펙트럼으로서는 전혀 구분될 수 없었다.3 is a black cubic zirconia single crystal (Good black, Example 3) prepared according to the present invention, the existing black cubic zirconia single crystal (Bad black, Comparative Example), and cubic colorless zirconia single crystal (White) X-ray diffraction spectra to reveal the structural difference of. X-ray diffraction spectra were indistinguishable.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 다음의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.The present invention as described above will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1Example 1

ZrO2 50 중량%와 큐빅상(cubic structure) 안정제인 Y2O3 50 중량%의 조성을 가진 투명한 지르코니아 단결정(길이 10∼20 cm, 직경 5∼10 cm) 50 kg과, 직경 0.5∼1.5 cm의 흑연입자(graphite granule) 2 kg과의 혼합체를 고온 진공로의 챔버에 넣고 10-3 torr의 진공도 및 1,200 ℃의 온도 조건에서 4 시간 열처리하여 흑색의 지르코니아 단결정을 얻었다.50 kg of transparent zirconia single crystals (length 10-20 cm, diameter 5-10 cm) with a composition of 50% by weight ZrO 2 and 50% by weight Y 2 O 3 , a cubic structure stabilizer, 0.5-1.5 cm in diameter. The mixture with 2 kg of graphite granules was placed in a chamber of a high-temperature vacuum furnace and heat-treated for 4 hours at a vacuum of 10 -3 torr and a temperature of 1,200 ° C to obtain black zirconia single crystals.

실시예 2Example 2

ZrO2 70 중량%와 큐빅상(cubic structure) 안정제인 CaO 30 중량%의 조성을 가진 투명한 지르코니아 단결정(길이 10∼20 cm, 직경 5∼10 cm) 100 kg과, 직경 0.5∼1.5 cm의 흑연입자 5 kg과의 혼합체를 고온 진공로의 챔버에 넣고 10-4 torr의 진공도 및 1,000 ℃의 온도 조건에서 5 시간 열처리하여 흑색의 지르코니아 단결정을 얻었다.100 kg of transparent zirconia single crystal (10-20 cm in length, 5-10 cm in diameter) having a composition of 70% by weight of ZrO 2 and 30% by weight of CaO, a cubic structure stabilizer, and graphite particles having a diameter of 0.5-1.5 cm 5 The mixture with kg was put in a chamber of a high temperature vacuum furnace and heat-treated for 5 hours at a vacuum degree of 10 −4 torr and a temperature of 1,000 ° C. to obtain a black zirconia single crystal.

실시예 3Example 3

ZrO2 80 중량%와 큐빅상(cubic structure) 안정제인 Y2O3 20 중량%의 조성을 가진 투명한 지르코니아 단결정(길이 10∼20 cm, 직경 5∼10 cm) 20 kg과, 직경 0.5∼1.5 cm의 흑연입자 1 kg과의 혼합체를 고온 진공로의 챔버에 넣고 10-3 torr의 진공도 및 1,200 ℃의 온도 조건에서 3시간 열처리하여 흑색의 지르코니아 단결정을 얻었다.20 kg of transparent zirconia single crystals (length 10-20 cm, diameter 5-10 cm) with a composition of 80% by weight ZrO 2 and 20% by weight Y 2 O 3 as a cubic structure stabilizer, 0.5-1.5 cm in diameter. The mixture with 1 kg of graphite particles was put in a chamber of a high temperature vacuum furnace and heat-treated for 3 hours under a vacuum condition of 10 -3 torr and a temperature of 1,200 ° C to obtain a black zirconia single crystal.

상기 실시예 3의 방법으로 얻어진 흑색 지르코니아 단결정 및 박편(두께: 2 mm)에 대한 사진은 도 2(2)에 첨부하였다. 도 2(2)로 확인되는 바와 같은 양품의 흑색 지르코니아 단결정을 고온 챔버의 내 외부에 고르게 분포되어 있음을 확인할 수 있었다.Black zirconia single crystals and flakes (thickness: 2 mm) obtained by the method of Example 3 were attached to Fig. 2 (2). It can be seen that black zirconia monocrystals of good quality as shown in FIG. 2 (2) are evenly distributed inside and outside the high temperature chamber.

비교예Comparative example

상기 실시예 3의 방법으로 수행하되, 흑연입자를 혼합하지 않은 상태로 투명한 지르코니아 단결정을 고온 진공로의 챔버에 넣고 10-3 torr의 진공도 및 1,200 ℃의 온도 조건에서 3시간 열처리하여 흑색의 지르코니아 단결정을 얻었다.The zirconia single crystal was carried out by the method of Example 3, but the transparent zirconia single crystal was not mixed with graphite particles in a chamber of a high-temperature vacuum furnace and heat-treated at a vacuum degree of 10 -3 torr and a temperature of 1,200 ° C. for 3 hours. Got.

상기 비교예에 따른 기존 제조방법으로 얻어진 흑색 지르코니아 단결정 및 박편(두께: 2 mm)에 대한 사진은 도 2(1)에 첨부하였다. 도 2(1)로 확인되는 바와 같이 흑색 지르코니아 단결정은 그 흑색이 곱지가 않고, 또한 고온 챔버의 내 외부에 분포된 단결정의 색상이 고르지 않음을 확인할 수 있었다.Black zirconia single crystals and flakes (thickness: 2 mm) obtained by the conventional manufacturing method according to the comparative example was attached to Figure 2 (1). As confirmed by FIG. 2 (1), the black zirconia single crystal was not multiplied in black, and the color of the single crystal distributed inside and outside the high temperature chamber was not uniform.

본 발명은 무색 또는 유색 지르코니아 단결정을 열처리하여 흑색 지르코니아 단결정을 제조함에 있어, 상기한 열처리 공정을 탄소 환원분위기에서 수행함으로써 양품의 흑색 지르코니아 단결정을 양산하는 것이 가능해졌다. 이러한 제조방법은 지르코니아 단결정 이외의 다른 단결정에도 적용할 수 있는 가능성과 단결정의 색의 변화에 관한 기초기술로서 제시하였다.In the present invention, when black or zirconia single crystal is heat-treated by colorless or colored zirconia single crystal, it is possible to mass-produce black zirconia single crystal of good quality by performing the above heat treatment step in a carbon reducing atmosphere. This manufacturing method is proposed as a basic technique for changing the color of the single crystal and the possibility of applying to other single crystals other than the zirconia single crystal.

도 1은 본 발명에 따른 흑색 큐빅상 지르코니아 단결정의 제조방법에 대한 공정도이다.1 is a process chart for the production method of the black cubic zirconia single crystal according to the present invention.

도 2는 기존 방법에 따른 진공 고온 조건(1)과 본 발명에 따른 탄소 환원분위기 조건(2)에서 각각 제조된 흑색 큐빅상 지르코니아 단결정과 이의 박편(두께: 2 mm)에 대한 사진이다.FIG. 2 is a photograph of black cubic phase zirconia single crystals and their flakes (thickness: 2 mm) prepared under vacuum high temperature conditions (1) according to the conventional method and carbon reduction atmosphere conditions (2) according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 흑색 큐빅상 지르코니아 단결정(Good black)과, 기존의 흑색 큐빅상 지르코니아 단결정(Bad black)과, 무색 큐빅상 지르코니아 단결정(White) 각각에 대한 X-선 회절도이다.3 is an X-ray diffraction diagram of each of black cubic zirconia single crystals (Good black), conventional black cubic zirconia single crystals (Bad black), and colorless cubic zirconia single crystals (White) prepared according to the present invention. .

Claims (5)

큐빅상의 무색 또는 유색 지르코니아 단결정을 고온 진공로 챔버내에서 열처리하여 흑색 지르코니아 단결정을 제조하는 방법에 있어서, In the method for producing a black zirconia single crystal by heat-treating the cubic phase of colorless or colored zirconia single crystal in a high-temperature vacuum chamber chamber, 상기 열처리 공정은 10-1 내지 10-5 torr의 진공도, 950 ℃ 내지 1,500 ℃의 온도, 및 탄소 환원분위기 조건하에서 수행하는 것으로 특징으로 하는 큐빅상 흑색 지르코니아 단결정의 제조방법.The heat treatment process is a method of producing a cubic black zirconia single crystal, characterized in that carried out under a vacuum degree of 10 -1 to 10 -5 torr, a temperature of 950 ℃ to 1,500 ℃, and carbon reducing atmosphere conditions. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소 환원분위기를 조성하기 위한 탄소 공급원으로는 흑연(graphite), 카본(carbon), 석탄, 숯, 구공탄 및 콜타르(coal tar) 중에서 선택 사용하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method of claim 1, wherein the carbon source for forming the carbon reduction atmosphere is selected from graphite, carbon, coal, charcoal, ball coal, and coal tar. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소 공급원은 지르코니아 단결정 중량을 기준으로 1 ∼ 50 중량% 범위로 사용하는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method according to claim 1, wherein the carbon source is used in the range of 1 to 50% by weight based on the zirconia single crystal weight. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 열처리는 0.5 ∼ 50 시간 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법. The method of claim 1, wherein the heat treatment is performed for 0.5 to 50 hours.
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