KR100575327B1 - 저팽창성 대형 세라믹평판 및 세터, 그리고 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의하면, 소결조제로서 첨가된 금속산화물을 1 내지 10중량% 함유하는 β-리티아휘석 또는 β-유크립타이트로 이루어지고, 휨강도가 250 내지 600kgf/㎠인, 길이 500mm이상, 폭 500mm이상, 그리고 두께 10mm이하인 것을 특징으로 하는 저팽창성 대형 세라믹평판 및 지르콘 1 내지 50중량%와, 상기 지르콘이외에 소결조제로서 첨가된 금속산화물을 0.05 내지 10중량% 함유하는 β-리티아휘석 또는 β-유크립타이트로 이루어지고, 직경이 0.8 내지 90㎛, 길이가 8 내지 90,000㎛인 공극이 랜덤하게 산포되어 있는 것을 특징으로 하는 저팽창성 대형 세라믹세터가 제공된다. 상기 대형의 세라믹평판은, 기계가공성, 저팽창성, 고강도 및 내고온크리프성을 지니므로, 절삭, 드릴링, 반턱쪽매이음처리나 접합부를 지니도록 하는 등의 처리에 의해 머플로의 내화성에 요구되는 복잡한 형상으로 할 수 있어, 소성로의 세터로서 사용할 수 있다.
Description
도 1은 본 발명에 의한 저팽창성 세라믹세터의 절단면의 주사전자현미경사진(SEM)(100×).
도 2는 도 1의 SEM의 스케치
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: β-리티아휘석 2: 공극
져열팽창성을 지니고, 기계가공가능하며, 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 대형의 세라믹스평판 및 높은 내마모성, 낮은 흡수성 및 높은 휨강도를 지니는 동시에 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 저열팽창성 세라믹세터에 관한 것이다.
최근, 플라즈마표시패널(이하, "PDP"라 칭함)이 집중적으로 개발되어 실용화되고 있다. 증대된 면적을 지닌 PDP를 얻기가 용이하기 때문에, PDP는, 벽걸이형의 와이드프레임 하이비젼TV세트의 선두표시패널로서 기대되고 있다. PDP제조법은 700℃의 최고온도에서의 몇몇 소성공정을 포함하고 있으므로, 성형제품이 설치 되는 세터와 머플로 이루어진 머플로 등의 대형소성로 및 건조로에 대한 전망있는간절한 요구가 있다. 이러한 대형머플로에 사용되는 내화물은, 내열충격성을 확고히 하기 위한 저팽창성뿐만 아니라 복잡한 형상에 대한 기계가공성도 지닐 필요가 있다. 특히, 세터는, 와이드프레임PDP 등의 무거운 성형제품하에 균열이나 슬래그(slag)가 전개되지 않도록 충분한 휨강도와 작은 고온크리프성을 지닐 필요가 있다. 또, 세터는, 상기 로내에 삽입할 때 알루미나노바닥롤러(hearth roller)와 접촉해서 분진을 발생하지 않도록 내마모성을 지닐 필요도 있다. 또한, 세터는 사용후 수세하여 오염물을 제거하므로, 수세직후 재사용할 수 있도록 낮은 흡수성을 지닐 필요도 있다.
열팽창계수가 1×10-6이하인 공지의 저팽창성 세라믹스로서는, β-리티아휘석세라믹스(Li2O-Al2O3-4SiO2), β-유크립타이트(eucryptite)세라믹스(Li
2O-Al2O3-2SiO2), β-석영 또는 β-리티아휘석유리세라믹스 및 석영유리가 있다. β-리티아휘석세라믹스 및 β-유크립타이트세라믹스는, 열팽창계수가 작고 내열충격성이 우수한 반면, 제조시에는, 소결에 있어서의 온도허용범위가 좁아 소결온도제어가 곤란하다고 하는 문제가 있다. JP-A-9-30860에는, 조악한 페탈라이트(petalite: 엽장석)분말과 미세한 페탈라이트분말로 이루어진 본체를 성형·가공함으로써 건조균열없이 고수율로 β-리티아휘석내화물을 제조할 수 있는 것이 개시되어 있다. 그러나, 이 수법에 의하면, 압연시의 성형성이 나쁘기 때문에, 가능한 최대크기, 즉 450mm×450mm×15mm(t)이상의 압연소성판을 제조하는 것은 곤란하다. 그밖에, 얻 어진 내화물은 휨강도가 나빠 대형로용의 세터로서의 사용에 견디지 못하고, 또한, 내마모성 및 물을 흡수하지 않는 특성(이하, "비흡수성"이라 칭함)이 부족하다.
β-석영 또는 β-리티아휘석유리세라믹스는, 석영유리보다도 열팽창계수가 작고, 높은 휨강도를 발휘하지만, 제조법에 있어, 장비의 초기 및 유지비가 상당히 많이 드는 고온용융공정과, 성형후의 결정화를 위한 어닐링공정을 필요로 하므로, 이것은 에너지소비 및 경제성의 면에서 바람직하지 않다.
석영유리는 높은 용융온도때문에 상기와 동일한 문제를 지닌다. 또, 석영유리로는 대형의 제품을 제조하기가 용이하지 않다. 또한, 석영유리는 내마모성 및 비흡수성이 불충분하므로 대형의 세터를 제조하는 데 부적합하다.
JP-A-58-76208에 의하면, 진공토련기로부터 소성체(plastic body)를 원통형상으로 압출하고, 이 압출된 원통형상물을 절단해서 펴서 얻어진 시트를 압연하고, 얻어진 압연성형시트를 건조·소성함으로써 제조할 수 있는 폭 300mm이상, 길이 300mm이상 및 두께 80mm이하인 박형·대형의 세라믹스는, 공업적 제조에 있어 적절하게 낮은 불량률을 지닌다. 그러나, 이와 같이 해서 얻어진 박형·대형의 세라믹스는 건조중에 균열개시가 완전히 없는 것은 아니다. 또, 이들은 상당히 낮은 휨강도를 지니므로, 소성로재료 혹은 세터로서 사용시에 충분한 주의를 필요로 한다.
JP-A-4-130053에는, β-리티아휘석 또는 β-유크립타이트 등의 리티아계 원료의 균일한 혼합물을 소성해서 얻어진, 5㎛이하의 지르콘입자를 해당 원료에 의거해서 100중량%이하 함유하는 저팽창성 세라믹스가 내열충격성 및 강도에 있어 우수 하다고 개시되어 있다. 그러나, 이 문헌에는, 내마모성 또는 흡수성에 대한 기준이 없다, 또한, 이 개시에 의해서는 450mm×450mm보다 크고 14mm보다 얇은 세터를 얻을 수 없다.
따라서, 종래의 기술에 있어서는, 저팽창성, 고강도, 고내마모성 및 저흡수성을 지니고, 길이 450mm이상, 폭 450mm이상 그리고 두께 14mm이하인 박형·대형의 세라믹세터를 제조하는 데 성공한 적이 없다.
본 발명의 목적은, 저팽창성뿐만 아니라 머플로재료로서의 사용에 요구되는 복잡한 형상으로의 기계가공성이 우수하고, 저렴한 비용으로 제조가 가능한 저팽창성의 대형 세라믹평판을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 대형소성로에 사용하기 위한 요구조건, 즉 저팽창성, 높은 휨강도, 내마모성 및 낮은 흡수성을 만족시키고, 저렴한 비용으로 제조가 가능한 저팽창성의 대형 세라믹세터를 제공하는 데 있다.
본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 대형의 세라믹평판을 제조할 때, 특정조성 및 특정입자크기를 지닌 본체를 이용한 수법으로 소결온도범위를 넓힐 수 있고, 또 용이하고 고수율로 소성을 행할 수 있는 것을 발견하였다. 또, 본 발명자들은, 얻어진 대형의 세라믹평판이 기계가공성, 저팽창성, 고강도 및 내고온크리프성을 지니므로, 절삭, 드릴링, 반턱쪽매이음(shiplap:치밀하게 겹쳐 접합부를 만들기 위해 단부를 L자형으로 절취하는 것)처리나 접합부를 지니도록 하는 등의 처리에 의해 머플로의 내화물에 요구되는 복잡한 형상으로 가공할 수 있어, 소성로의 세터 로서 사용가능한 것도 발견하였다.
상기 발견에 의거해서, 본 발명은, 제 1양상에 있어서, 소결조제로서 첨가된 금속산화물을 함유하는 β-리티아휘석 또는 β-유크립타이트로 이루어지고, 휨강도가 250 내지 600kgf/㎠인, 길이 500mm이상, 폭 500mm이상, 그리고 두께 10mm이하인 것을 특징으로 하는 저팽창성 대형 세라믹평판을 제공한다. 이 양상에 의한 대형세라믹평판은, β-리티아휘석 또는 β-유크립타이트로 이루어진 결정화유리의 우수한 내열성 및 내열충격성을 발휘한다. 이제까지 종래의 β-리티아휘석내화물에 의해서는 얻을 수 없었던 이러한 대형크기를 지니므로, 해당 세라믹평판은 대형 PDP제조에 사용되는 대형 소성로에 적합하다. 또, 적절한 휨강도를 지니므로, 절삭, 드릴링, 반턱쪽매이음처리나 접합부를 지니도록 하는 등에 의해 머플로의 내화물로서 요구되는 복잡한 형상으로 가공할 수 있다. 또한, 고온에서 만족스러운 내크리프성을 지니므로, 머플로의 내화물 혹은 대형 소성로의 세터로서 유용하다.
본 발명은, (1) 페탈라이트원료, 점토 및 소결조제로서의 금속산화물을 혼합·분쇄해서 평균입자크기가 3 내지 10㎛인 본체를 제작하는 공정, (2) 상기 본체를 물과 함께 반죽해서 소성체를 제작하는 공정, (3) 상기 소성체를 진공토련기에 의해 루프단면을 지닌 형상으로 압출하는 공정, (4) 압출물을 절단해서 펴서 얻어진 시트를 성형롤러에 의해 적어도 상기 압출방향과 동일한 방향으로 압연하여 압연시트를 얻는 공정, (5) 상기 압연시트를 소정의 형상으로 성형하는 공정 및 (6) 얻어진 성형체를 건조·소성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 전술한 저팽창성 대형 세라믹평판의 바람직한 제조방법도 제공한다. 이 방법에 의하면, 소결온도 범위를 넓힐 수 있고, 용이하고 고수율로 소성을 수행할 수 있어 비용저감을 가능하게 한다.
본 발명자들은, 공극이 랜덤하게 산포된 동시에 특정조성을 지닌 β-리티아휘석 또는 β-유크립타이트로 이루어진 저팽창성 세라믹평판이, 알려지지 않은 이유로, 저팽창성뿐만 아니라 우수한 휨강도, 높은 내마모성 및 낮은 흡수성을 발휘하므로 세터로서 적합한 것도 발견하였다.
상기 발견에 의거해서, 본 발명은, 제 2양상에 있어서, 지르콘과, 상기 지르콘이외에 소결조제로서 첨가된 금속산화물을 함유하는 β-리티아휘석 또는 β-유크립타이트로 이루어지고, 직경이 0.8 내지 90㎛, 길이가 8 내지 90,000㎛인 공극이 랜덤하게 산포되어 있는 것을 특징으로 하는 저팽창성 세라믹세터를 제공한다. 본 발명의 세터는, β-리티아휘석 또는 β-유크립타이트의 우수한 내열성 및 내열충격성을 발휘하며, 또, 메카니즘의 작용은 명료하지는 않지만, 낮은 팽창성뿐만 아니라 높은 내마모성, 낮은 흡수성 및 높은 휨강도도 지닌다. 따라서, 세터를 노바닥롤러에 접촉해서 노에 삽입할 때, 소성물을 오염시키는 분진을 발생시키지 않는다. 또, 세터가 소성물에 의해 오염된 경우에도, 수세후 바로 다음 소성작업에 응할 수 있다.
본 발명은, 또한, (1) 페탈라이트미분말과 지르콘미분말을 혼합·분쇄해서 평균입자크기가 1 내지 5㎛인 혼합분말을 제조하는 공정, (2) 상기 혼합분말과, 페탈라이트원료, 점토 및 금속산화물을 혼합·분쇄해서 평균입자크기가 2 내지 10㎛인 본체를 제작하는 공정, (3) 상기 본체를 물과 함께 반죽해서 소성체를 제작하는 공정, (4) 상기 소성체를 진공토련기에 의해 루프단면을 지닌 형상으로 압출하는 공정, (5) 압출물을 절단해서 펴서 얻어진 시트를 성형롤러에 의해 적어도 상기 압출방향과 동일한 방향으로 압연하여 압연시트를 얻는 공정, (6) 상기 압연시트를 소정의 형상으로 성형하는 공정 및 (7) 얻어진 성형체를 건조·소성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 저팽창성 대형 세라믹세터의 제조방법도 제공한다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예에 의해 상세히 설명한다.
본 발명의 제 1양상에 의한 저팽창성 대형 세라믹평판은, 예를 들면, (1) 페탈라이트원료, 점토 및 소결조제로서의 금속산화물을 혼합·분쇄해서 평균입자크기가 3 내지 10㎛인 분쇄혼합분말(본체)을 제작하는 공정(본체제작공정), (2) 상기 본체를 물과 함께 반죽해서 소성체를 제작하는 공정(반죽공정), (3) 상기 소성체를 진공토련기에 의해 루프단면을 지닌 형상으로 압출하는 공정(진공프레스공정), (4) 압출물을 절단해서 펴서 얻어진 시트를 성형롤러에 의해 적어도 상기 압출방향과 동일한 방향으로 압연하여 압연시트를 얻는 공정(압연공정), (5) 상기 압연시트를 소정의 형상으로 성형하는 공정(성형공정) 및 (6) 얻어진 성형체를 건조·소성하는 공정(건조·소성공정)을 구비한 방법에 의해 제조할 수 있다.
본체제작공정에 있어서는, 예를 들면, 조성 Li2O-Al2O3-8SiO2, 순도 98중량%인 페탈라이트원료, 목절점토(kubishi clay) 또는 규목점토(gaerome clay) 등의 점토 및 소결조제로서의 금속산화물의 혼합분말을, 평균입자크기가 3 내지 10㎛로 되도록 분쇄한다. 평균입자크기가 10㎛보다 큰 본체는 압연시 성형성이 나빠, 박판 으로 압연하는 것이 곤란하고, 소성후의 강도가 낮다. 또, 평균입자크기가 3㎛미만인 경우에는, 그로부터 형성된 박판이 건조균열을 빈번하게 일으켜, 얻어진 세라믹평판의 기계가공성을 저감시킨다.
소결조제로서 첨가할 수 있는 금속산화물로서는, 아연, 니켈, 지르코늄, 마그네슘, 티탄, 이트륨 등의 금속의 산화물을 들 수 있다. 이들 금속산화물은 개별적으로 또는 2종이상을 조합해서 사용할 수 있다.
혼합분말을 분쇄하는 방법은 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 소정량의 페탈라이트원료, 점토, 소결조제, 분산제 및 물을 혼합해서 볼밀에서 수십시간 분쇄하여 평균입자크기를 3 내지 10㎛로 하고, 얻어진 슬러리를 건조, 분해시키고, 필요에 따라, 체에 통과시켜, 분쇄혼합분말(본체)을 얻는다. 상기 본체는, 또, 소정의 평균입자크기를 지닌 페탈라이트원료 및 점토로 이루어진 제 1분쇄혼합물과, 소정의 평균입자크기를 지닌 금속산화물로 이루어진 제 2분쇄혼합물을 개별적으로 제조하고, 이들 제 1 및 제 2분쇄혼합물을 혼합함으로써도 얻을 수 있다.
본체중의 점토의 비율은 바람직하게는 20 내지 40중량%이다. 20중량%미만이면, 가소성이 대형평판으로 성형하는 데는 불충분하고, 40중량%를 초과하면 세라믹평판의 열팽창계수가 1×10-6을 초과한다.
소결조제로서의 금속산화물은, 결정핵화를 촉진하고, 또 소성중의 본체를 치밀화하는 작용을 한다. 소결조제로서의 금속산화물의 비율은 본체에 의거해서 1 내지 10중량%, 바람직하게는 2 내지 8중량%이다. 금속산화물의 양이 1중량%미만이면, 결정화에 시간이 걸리고, 얻어진 소결체가 높은 강도확보에 실패할 경향이 있다. 또, 금속산화물의 첨가량이 10중량%를 초과하면, 금속산화물이 용융하기가 거의 어렵고, 얻어진 생성물은 내고온크리프성이 열화하게 된다. 본체중의 페탈라이트원료의 비율은 바람직하게는 50 내지 75중량%범위이다.
반죽공정에 있어서는, 본체제작공정에서 제조된 본체에 물과 적절한 바인더를 혼합하고, 해당 혼합물을 니더(반죽기), 프렛밀(fret mill) 등에서 소정시간 반죽하여 소성체를 얻는다. 바람직한 실시예에 있어서는, 상기 혼합물, 특히 소성체에 강화섬유를 해당 소성체에 의거해서 0.05 내지 0.5중량% 첨가한다. 소성체에, 즉 가소성의 전개후에 첨가된 강화섬유는 잘 분산되어 균열방지에 더욱 효과적이다. 강화섬유의 첨가량이 0.05중량%미만이면, 균열방지에 불충분하고, 그 첨가량이 0.5중량%를 초과하면, 성형체를 트리밍하기 곤란하다. 사용가능한 강화섬유는 특히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 펄프, 폴리프로필렌섬유, 레이온섬유, 비닐론섬유, 나일론섬유, 아크릴섬유 및 탄소섬유를 들 수 있다.
진공프레스공정에서는, 반죽공정으로부터의 소성체를 진공토련기에 의해 루프단면을 지닌 형상으로 압출한다. 압출물의 형상은 루프단면을 지니는 한 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 원형, 반원형 또는 타원형단면을 지닌 원통을 들 수 있다. 그 중, 원형 단면을 지닌 원통형이 바람직하다.
압연공정에서는, 원통형 압출물을 절단해서 펴서, 얻어진 시트를 성형롤러에 의해 상기 압출방향과 동일한 방향으로 압연한다. 이 압연공정에서는, 압출방향으로 압연된 시트를 또 압출방향과 직교하는 방향으로 압연함으로써, 배향된 강화섬유에 기인한 제 1압연방향에서 발생하는 균열을 방지할 수 있으므로 바람직하다.
성형공정에서는, 압연된 시트를 소정크기 및 형상의 대형평판의 형태로 가공한다.
얻어진 소정형상의 박형·대형 성형시트는, 이어서 건조 및 소성을 행한다. 건조는 예를 들면 온풍건조기에 의해 70 내지 800℃에서 약 1시간 행한다. 소성은 통상 롤러노바닥로에서 1050 내지 1350℃의 소성온도에서 약 1시간 행한다.
이와 같이 해서 얻어진 본 발명의 제 1양상에 의한 저팽창성 세라믹평판은, β-리티아휘석 또는 β-유크립타이트로 이루어지고, 휨강도가 250 내지 600kgf/㎠를 지니며, 길이 500mm이상, 폭 500mm이상, 그리고 두께 10mm이하인 대형크기를 지닐 수 있다. 또, 열팽창계수는 1×10-6이하, 바람직하게는 1×10-7 내지 1×10-6이다. 이러한 적당한 휨강도를 지니므로, 해당 평판은 절삭 및 드릴링, 반턱쪽매이음처리나 접합부를 지니도록 하는 등의 기계가공에 의해 머플로를 이루는 내화물로서 사용하는 데 요구되는 복잡한 형상으로 할 수 있다. 또한, 소성로의 세터로서도 유용하다. 평판의 바람직한 크기는, 폭 및 길이가 600 내지 3000mm, 두께가 2 내지 7mm, 특히 폭 및 길이가 900 내지 2400mm, 두께가 3 내지 6mm이다.
본 발명의 제 2양상에 의한 저팽창성 세라믹세터는, 바람직하게는 지르콘 1 내지 50중량%와, 상기 지르콘이외에 소결조제로서 첨가된 금속산화물을 0.05 내지 10중량% 함유하는 β-리티아휘석 또는 β-유크립타이트로 이루어지고, 직경이 0.8 내지 90㎛, 길이가 8 내지 90,000㎛인 공극이 랜덤하게 산포되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 저팽창성 세라믹세터는, 예를 들면, (1) 페탈라이트미분말과 지르콘미분말을 혼합·분쇄해서 평균입자크기가 1 내지 5㎛인 혼합미분말을 제조하는 공정(혼합분말제조공정), (2) 상기 공정(1)에서 제조한 혼합미분말과, 페탈라이트원료, 점토 및 금속산화물을 혼합·분쇄해서 평균입자크기가 2 내지 10㎛인 본체를 제작하는 공정(본체제작공정), (3) 얻어진 본체를 물과 함께 반죽해서 소성체를 제작하는 공정(반죽공정), (4) 상기 소성체를 진공토련기에 의해 루프를 지닌 형상으로 압출하는 공정(진공프레스공정), (5) 압출물을 절단해서 펴서 얻어진 시트를 성형롤러에 의해 상기 압출방향과 동일한 방향으로 압연하여 압연시트를 얻는 공정(압연공정), (6) 상기 압연시트를 소정의 형상으로 성형하는 공정(성형공정) 및 (7) 얻어진 성형체를 건조·소성하는 공정(건조·소성공정)을 구비한 것을 특징으로 한다.
혼합분말제조공정에 있어서는, 페탈라이트미분말과 지르콘미분말을 혼합해서 연마하여 평균입자크기가 1 내지 5㎛인 혼합분말을 얻고 있다. 페탈라이트미분말은, 볼밀 등에서 Li2O-Al2O3-8SiO2의 조성을 지닌 페탈라이트로 주로 이루어진 페탈라이트원료를 평균입자크기가 1 내지 5㎛, 바람직하게는 2 내지 4㎛가 되도록 분쇄함으로써 제조한다. 페탈라이트원료는 주로 페탈라이트로 이루어진 한 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 평균입자크기가 32㎛이고, 순도가 98중량%인 페탈라이트#200(킨세이마텍사 제품)을 들 수 있다.
지르콘미분말은 세라믹세터의 치밀성을 증가시키는 작용을 한다. 지르콘미분말은, 볼밀 등에서 ZrSiO4의 조성을 지닌 지르콘을 평균입자크기가 1 내지 5㎛, 바람직하게는 2 내지 4㎛가 되도록 분쇄함으로써 제조한다. 지르콘은 순수할 필요는 없고, 불순물을 흔적량 함유해도 된다. 예를 들면, 평균입자크기가 20㎛인 지르콘#350(킨세이마텍사 제품)을 사용할 수 있다.
페탈라이트미분말과 지르콘미분말을 함께 혼합해서 평균입자크기가 1 내지 5㎛, 바람직하게는 2 내지 4㎛, 더욱 바람직하게는 2.2 내지 2.6㎛가 되도록 분쇄한다. 이와 같이 해서 제조한 혼합분말은, 치밀성을 증가시키는 작용을 함으로써 세라믹세터의 내마모성을 향상시킨다. 혼합분말의 평균입자크기가 1㎛미만이면, 셩형체가 건조중에 수축에 의해 균열을 일으키는 경향이 있고, 또, 5㎛를 초과하면, 치밀성이 감소해서 내마모성을 저감시킨다. 상기 특정의 평균입자크기에 부가해서, 상기 혼합분말은 0.5㎛이하의 입자를 4 내지 12%(바람직하게는, 6 내지 10%), 5㎛이상의 입자를 50 내지 75%(바람직하게는 60 내지 65%) 함유하는 입자크기분포를 지니는 것이 바람직하다. 이 입자크기분포는, 너무 첨예하지 않고 적당히 넓은 것이, 본체의 밀도를 증가시켜 건조중에 균열을 방지하는 데 유효하다.
본체제작공정에서는, 상기와 같이 제조된 혼합분말과, 페탈라이트원료, 점토 및 금속산화물을 혼합하고 분쇄하여 평균입자크기가 2 내지 10㎛인 본체를 제작하고 있다. 이 공정에서 사용할 수 있는 페탈라이트원료는, 전술한 혼합분말제조공정에서 사용한 페탈라이트미분말과 조성은 동일하지만 평균입자크기가 큰 것이다. 즉, 여기서 사용되는 페탈라이트원료는, 통상 평균입자크기가 5 내지 1000㎛, 바람직하게는 5 내지 100㎛이다. 5㎛보다도 작은 페탈라이트원료입자를 이용하면, 건조중에 균열을 일으키는 경향이 있다. 또, 1000㎛보다도 큰 페탈라이트원료입자 를 사용하면, 표면이 울퉁불퉁해진다. 사용가능한 페탈라이트원료로서는 평균입자크기가 32㎛, 순도가 98중량%인 페탈라이트#200과, 평균입자크기 70㎛, 순도가 98중량%인 페탈라이트#52(킨세이마텍사 제품)를 들 수 있다. 큰 입자크기를 지닌 페탈라이트#52가, 이하에 설명하는 바와 같은 적당히 넓은 입자크기분포를 지닌 본체를 얻는 데 바람직하다.
사용되는 점토로서는 목절점토 및 규목점토를 들 수 있다.
지르콘이외에 소결조제로서 첨가하는 금속산화물로서는, 아연, 니켈, 지르코늄, 티탄, 마그네슘 및 이트륨의 산화물을 들 수 있고, 아연산화물과 지르코늄산화물이 바람직하다. 금속산화물은 바람직하게는 평균입자크기가 0.01 내지 10㎛, 특히 1 내지 5㎛이다. 소결조제로서의 금속산화물은, 결정핵화를 촉진시킴으로써 소성중에 본체를 치밀화하는 작용을 한다. 또, 소결체중에 남아 용액을 강화시키는 역할을 한다. 상기 열거한 금속산화물은 개별적으로 혹은 2종이상을 조합해서 사용할 수 있다.
본체의 평균입자크기는 바람직하게는 2 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 6㎛, 특히 바람직하게는 2.8 내지 5㎛이다. 본체의 평균입자크기가 너무 작으면, 건조중에 빈번하게 균열이 발생하여 얇은 평판을 얻기가 곤란하고, 또 압연시에 주름이 발생한다. 한편, 본체의 평균입자크기가 너무 크면, 해당 본체가 압연시에 성형성이 나빠, 얇게 압연하기가 곤란하다. 또한, 얻어진 소결체, 즉, 세라믹세터는 강도 및 내마모성이 저감된다. 상기 특정의 평균입자크기에 부가해서, 본체는, 1㎛이하의 입자를 10 내지 30%(바람직하게는, 15 내지 30%), 10㎛이상 의 입자를 15 내지 35%(바람직하게는 18 내지 30%) 함유하는 입자크기분포를 지니는 것이 바람직하다. 이 입자크기분포는, 너무 첨예하지 않고 적당히 넓은 것이, 세라믹세터의 휨강도 및 내마모성을 향상시키는 데 유효하다.
본체의 평균입자크기 및 입자크기분포를 상기 바람직한 범위내로 조절하는 방법은 특히 제한되지 않고, 예를 들면, 바람직한 분말특성을 지닌 본체는, 혼합미분말과, 페탈라이트원료, 점토 및 금속산화물을 물, 분산제 등과 함께 혼합해서 해당 혼합물을 볼밀 등의 분쇄수단에 의해 분쇄함으로써 제조할 수 있다. 구체적으로는, 상기 혼합물을, 수십시간 습식분쇄하여 슬러리를 얻고, 얻어진 슬러리를 건조, 분해시키고, 필요한 경우, 체에 통과시켜 건조된 고형의 본체를 얻는다.
본체중의 페탈라이트미분말의 비율은 5 내지 70중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 40중량%, 특히 바람직하게는 18 내지 22중량%이다. 상기 페탈라이트미분말의 비율이 5중량%미만인 경우에는, 치밀화가 불충분하여 만족스러운 내마모성을 확보할 수 없다. 또, 페탈라이트미분말을 70중량%를 초과해서 사용하면, 건조중에 균열이 발생한다. 또, 본체중의 지르콘미분말의 비율은 1 내지 50중량%, 바람직하게는 4 내지 30중량%, 더욱 바람직하게는 12 내지 18중량%이다. 지르콘미분말의 비율이 1중량%미만인 경우에는, 치밀화가 불충분하여 만족스러운 내마모성을 확보할 수 없고, 50중량%를 초과하면, 얻어진 세터의 열팽창계수가 높아 내열충격성이 저하된다.
본체중의 페탈라이트미분말과 지르콘미분말의 총량(즉, 혼합분말제조공정에서 얻어진 혼합분말의 비율)은, 바람직하게는 6 내지 99중량%, 더욱 바람직하게는 19 내지 65중량%, 특히 바람직하게는 30 내지 50중량%이다. 만약 6중량%미만이면, 치밀화가 불충분하여 만족스러운 내마모성을 확보할 수 없고, 99중량%를 초과하면, 얻어진 세터의 열팽창계수가 높아 내열충격성이 저하된다.
또, 본체중의 페탈라이트원료의 비율은, 바람직하게는 5중량%이상, 더욱 바람직하게는 5 내지 70중량%, 특히 바람직하게는 11 내지 25중량%이다. 해당 비율이 5중량%미만인 경우에는, 건조중에 균열이 발생하기 쉽고, 70중량%를 초과하면, 치밀화가 불충분하여 만족스러운 내마모성을 확보할 수 없다. 또한, 본체중의 점토의 비율은, 바람직하게는 20 내지 40중량%, 더욱 바람직하게는 35 내지 40중량%이다. 점토의 비율이 20중량%미만인 경우에는, 세터로 성형할 수 있을 정도로 가소성을 충분히 확보할 수 없고, 40중량%를 초과하면, 열팽창계수가 3×10-6이상으로 상승하게 된다.
본체중의 금속산화물의 비율은, 0.05 내지 10중량%, 바람직하게는 1 내지 10중량%이다. 이 범위내에 존재하는 금속산화물은, 결정핵화를 촉진시켜 소성중에 치밀화시킨다. 금속산화물의 양이 0.05중량%미만인 경우에는, 결정화에 시간이 걸려, 강도가 저하되고, 10중량%를 초과하면, 금속산화물이 용융되기 거의 어려워, 얻어진 생성물의 내고온크리프성이 열화된다.
반죽공정에 있어서는, 적정량의 물, 섬유 및 적정량의 바인더를 본체에 첨가하고, 얻어진 혼합물을 반죽기, 프렛밀 등에서 소정시간 반죽하여 소성체를 얻는다. 소성체중에 분산된 섬유는 건조 및 소성중에 균열의 발생을 방지하고, 소성열에 의해 타버려 최종제품에 공극으로서 남는다. 사용가능한 섬유로서는, 탄소 섬유, 폴리프로필렌섬유, 펄프, 레이온섬유, 아라미드섬유, 비닐론섬유, 나일론섬유 및 아크릴섬유를 들 수 있고, 이들중, 탄소섬유 및 폴리프로필렌섬유가 바람직하다. 이들 섬유는 개별적으로 혹은 2종이상의 혼합물로서 사용할 수 있다. 예를 들면, 탄소섬유와 폴리프로필렌섬유의 조합을 이용하는 것이 바람직하다. 개별의 섬유는 바람직하게는 직경이 1 내지 100㎛, 특히 6 내지 15㎛, 길이가 10 내지 100,000㎛, 특히 500 내지 6000㎛이다. 1㎛보다 얇거나 10㎛보다 짧은 섬유는 건조중에 균열을 방지하는 데는 부적합하다. 100㎛보다 두꺼운 섬유는 성형체의 표면을 울퉁불퉁하게 한다. 100,000㎛보다 긴 섬유는 반죽할 때 얽혀 섬유볼(ball)로 되기 쉽다.
섬유는 물 및 바인더와 함께 본체에 첨가해도 되나, 본체를 물과 혼합한 후에 섬유를 첨가하는 것이, 바인더가 가소성을 전개시켜 섬유를 소성체에 잘 분산시킬 수 있으므로 바람직하다. 섬유의 첨가량은 바람직하게는 본체 100중량부당 0.05 내지 10중량부, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 5.0중량부, 특히 바람직하게는 0.1 내지 1.1중량부이다. 첨가량이 0.05중량부미만이면, 건조 및 소성중의 균열방지효과가 불충분하고, 0.5중량부를 초과하면 성형시트를 트리밍하기 어려워 압연중에 주름을 발생한다.
반죽공정에서의 물의 첨가량은, 얻어진 소성체의 수분함량이 14 내지 23중량%, 바람직하게는 19 내지 23중량%가 되도록 적절하게 결정한다.
진공프레스공정에서는, 반죽공정으로부터의 소성체를, 진공토련기에 의해 루프단면을 지닌 형상으로 압출한다. 압출물의 형상은, 루프단면을 지니는 한 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 원형, 반원형 또는 타원형단면을 지닌 원통을 들 수 있다. 그 중, 원형단면을 지닌 원통형상이 바람직하다.
압연공정에서는, 원통형 압출물을 절단해서 펴서, 얻어진 시트를 압출방향과 동일한 방향으로 성형롤에 의해 압연한다. 단축방향으로 압연된 시트를 압축방향과 직교하는 방향으로 또 압연함으로써, 성형시트에, 배향된 강화섬유에 의한 제 1압연방향으로 발생하는 균열을 방지할 수 있다.
성형공정에서는, 압연시트를 소정크기와 형상의 세터의 형태로 형성한다.
얻어진 성형시트를 건조하고 소성한다. 건조는, 예를 들면, 온풍건조기에 의해 70 내지 800℃에서 약 1시간 행한다. 소성은 통상 롤러노바닥로에서 1050 내지 1350℃, 바람직하게는 1150 내지 1250℃의 소성온도에서 0.5 내지 1.5시간, 바람직하게는 약 1시간 행한다.
이와 같이 해서 제작된 본 발명의 제 2양상에 의한 저팽창성 세라믹세터는, 주로 β-리티아휘석이나 β-유크립타이트 및 지르콘이외의 금속산화물로 이루어져 있다. 상기 세라믹세터의 지르콘함량은 1 내지 50중량%, 바람직하게는 4 내지 30중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 20중량%, 가장 바람직하게는 12 내지 18중량%이다. 지르콘함량이 1중량%미만인 경우에는, 치밀화가 불충분하여 만족스러운 내마모성을 확보할 수 없고, 50중량%를 초과하면, 세터가 높은 열팽창계수를 지녀 내열충격성이 저하된다. 세터에 있어서 지르콘이외의 금속산화물의 함량은, 0.05 내지 10중량%, 바람직하게는 1 내지 10중량%, 더욱 바람직하게는 1.2 내지 5중량%이다. 금속산화물의 함량이 1중량%미만인 경우에는 치밀화가 저감되고, 10중량%를 초과하면 열팽창계수가 증가한다.
본 발명의 제 2양상에 의한 저팽창성 세라믹세터는, 직경이 0.8 내지 90㎛이고 길이가 8 내지 90,000㎛인 공극이 모든 방향에 있어 산포되어 있는 것을 특징으로 한다. 도 1은 본 발명에 의한 세터의 절단영역의 SEM(100×)으로, 해당 도면에 있어서는, 지르콘과 지르콘이외의 금속산화물을 함유하는 β-리티아휘석(1)이 공극(2)에 산포되어 있다. 도 2는 도 1의 스케치로, 공극이 명료하게 표시되어 있다. 공극(2)은 타버린 섬유의 흔적으로, 이 특정 예에서는, 직경이 약 10㎛, 길이가 약 120㎛이다. 이러한 미소구조를 지닌 저팽창성 세라믹세터에 있어, 열팽창계수는 5×10-6이하, 바람직하게는 1×10-6 내지 3×10-6, 휨강도는 250 내지 900kgf/㎠이다.
본 발명의 저팽창성 세라믹세터는, JIS타버(Taber)형 마모시험기를 이용한 알루미나롤마모시험에 있어서 1000회전당의 마모도가 30mg이하, 바람직하게는 20mg이하, 더욱 바람직하게는 10mg이하를 지닌 내마모성이 우수하다. 저팽창성 세라믹세터의 흡수성은 7%이하, 바람직하게는 3%이하, 더욱 바람직하게는 2%이하이다. 세라믹세터는, 두께가 얇은 대형크기, 즉, 길이가 500mm이상, 폭이 500mm이상, 두께가 14mm이하, 바람직하게는 길이 및 폭이 600 내지 3000mm, 두께가 4 내지 10mm, 더욱 바람직하게는 길이 및 폭이 900 내지 2400mm, 두께가 5 내지 6mm를 지니는 것이 가능하다. 상기 범위내의 휨강도를 지니므로, 해당 세라믹세터는 충분한 기계가공성을 지닌다. 요약하면, 본 발명에 의한 저팽창성 세라믹세터는, 저팽창성뿐만 아니라, 높은 휨강도, 높은 내마모성 및 낮은 흡수성을 지니고, 저렴한 비용으 로 제작할 수 있다.
본 발명에 의한 저팽창성 대형 세라믹평판 및 세터는, 절삭 또는 드릴링 등의 기계가공에 의해 소정의 형상으로 처리해서, 머플로의 세터, 소성공구, 표면판, 건설용 인조벽판 등의 용도에 이용할 수 있다.
본 발명은, 이하의 각종 실시예를 참조해서 더욱 상세히 설명하나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 또, 이하의 설명에 있어, 특별히 다른 언급이 없는 한 부 및 %는 모두 중량에 의거한 것이다.
실시예 1 내지 3
페탈라이트원료, 규목점토 및 마그네시아를 하기 표 1에 표시한 비율에 따라 혼합하고, 볼밀에서 물에 의해 2시간 습식분쇄하였다. 얻어진 슬러리를 건조하고 분해해서, 레이저회절입자크기분포분석기(SALD 2000, 시마즈사 제품)에 의해 측정한 평균입자크기가 7㎛인 혼합분말을 제조하였다. 얻어진 혼합분말 80부와 물 20부를 반죽기에서 30분간 반죽하여 소성체를 얻었다. 반죽동안에, 소성체에 펄프섬유를 0.2% 첨가하였다. 상기 소성체를 진공토련기에 넣고 외부직경이 150mm, 두께가 15mm인 관형상 다이를 통해 압출하였다. 압출된 관을 절단해서 펴서 길이 450mm, 폭 200mm, 두께 15mm인 시트를 얻었다. 얻어진 시트를 성형롤러에 의해 상기 압출방향으로 압연하고, 온풍컨베이어건조기에서 건조하고 1200℃에서 1시간 소성하였다.
압연시의 성형성을 평가하였다. 건조후 및 소성후에 균열전개가 관찰되었다. 시료를 절삭하여 세라믹평판으로 하고, 열팽창계수 및 휨강도를 측정하였다. 세라믹평판의 기계가공성은, 원형톱에 의한 절삭시의 모서리결함 및 치핑도에 의거해서 평가하였다. 고온크리프변형은, 이하의 조건하에서 3점휨시험에 의해 측정하였다. 평가 및 시험결과를 표 1에 표시하였다.
크리프시험조건:
측정장비: 고온휨시험기, 에코사제품인 HV-30HS
시료: 160×40×5mm, 스팬: 100mm
시험조건: 700℃×24시간
하중: 10kg
비교예 1 내지 3
실시예 1에 있어서, 페탈라이트원료 95부 및 마그네시아 5부(비교예 1), 페탈라이트원료 85부, 규목점토 10부 및 마그네시아 5부(비교예 2) 또는 페탈라이트원료 45부, 규목점토 50부 및 마그네시아 5부(비교예 3)를 이용한 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방식으로 세라믹평판을 제작하였다. 평가 및 시험결과는 표 1에 표시하였다.
| 실시예 | 비교예 | |||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | |
| 페탈라이트(부) | 75 | 65 | 55 | 95 | 85 | 45 |
| 마그네시아(부) | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 규목점토(부) | 20 | 30 | 40 | 0 | 10 | 50 |
| 물(부*) | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 본체의 평균입자크기(㎛) | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 |
| 대형평판성형 | 가능 | 가능 | 가능 | 불가능 | 곤란함 | 가능 |
| 압연시의 성형성 | 양호 | 양호 | 양호 | 불량 | 불량 | 양호 |
| 균열전개 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 빈번함 |
| 열팽창계수(×10-7) | 5 | 7 | 9 | - | 3 | 13 |
| 휨강도(kgf/㎠) | 350 | 370 | 360 | - | 150 | 300 |
| 기계가공성 | 양호 | 양호 | 수용가능 | - | 불량 | 양호 |
| 고온크리프변형(mm) | 0.09 | 0.07 | 0.07 | - | 0.05 | 0.10 |
*: 얻어진 소성체 100부당
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 규목점토를 20 내지 40% 함유하는 본체(실시예 1 내지 3)는 만족스러운 압연성형성을 발휘하여 넓은 압연시트를 얻을 수 있고, 또, 균열전개없이 건조 및 소성을 행할 수 있어 기계가공성 및 낮은 팽창성을 모두 지닌 대형의 세라믹평판을 제공할 수 있다. 한편, 규목점토를 20%미만 함유하는 각 비교예의 본체는, 압연성형성이 불량하여 대형의 세라믹평판의 형성이 곤란하거나 불가능하였다. 또, 규목점토를 40%를 초과해서 함유하는 비교예의 본체는 다수의 균열을 전개시켰다.
실시예 4
실시예 1에 있어서, 페탈라이트원료 65부, 규목점토 33부 및 산화아연 2부를 이용하고, 본체의 평균입자크기를 8㎛로 변경한 이외에는, 실시예 1과 미찬가지 방식으로 세라믹평판을 제작하였다. 그 평가 및 시험결과를 표 2에 표시하였다.
실시예 5
실시예 4에 있어서, 본체의 평균입자크기를 6㎛로 변경한 이외에는, 실시예 4와 마찬가지 방식으로 세라믹평판을 제작하였다. 그 평가 및 시험결과를 표 2에 표시하였다.
실시예 6
실시예 4에 있어서, 반죽공정에서 사용한 물의 양을 21부로 하고, 본체의 평균입자크기를 4㎛로 변경한 이외에는, 실시예 4와 마찬가지 방식으로 세라믹평판을 제작하였다. 그 평가 및 시험결과를 표 2에 표시하였다.
비교예 4
실시예 4에 있어서, 반죽공정에서 사용한 물의 양을 22부로 하고, 본체의 평균입자크기를 15㎛로 변경한 이외에는, 실시예 4와 마찬가지 방식으로 세라믹평판을 제작하였다. 그 평가 및 시험결과를 표 2에 표시하였다.
비교예 5
실시예 4에 있어서, 본체의 평균입자크기를 12㎛로 변경한 이외에는, 실시예 4와 마찬가지 방식으로 세라믹평판을 제작하였다. 그 평가 및 시험결과를 표 2에 표시하였다.
비교예 6
실시예 4에 있어서, 반죽공정에서 사용한 물의 양을 23부로 하고, 본체의 평균입자크기를 2㎛로 변경한 이외에는, 실시예 4와 마찬가지 방식으로 세라믹평판을 제작하였다. 그 평가 및 시험결과를 표 2에 표시하였다.
| 실시예 | 비교예 | |||||
| 4 | 5 | 6 | 4 | 5 | 6 | |
| 페탈라이트(부) | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 |
| 산화아연(부) | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 규목점토(부) | 33 | 33 | 33 | 33 | 33 | 33 |
| 물(부) | 20 | 20 | 21 | 22 | 20 | 23 |
| 본체의 평균입자크기(㎛) | 8 | 6 | 4 | 15 | 12 | 2 |
| 대형평판성형 | 가능 | 가능 | 가능 | 곤란함 | 곤란함 | 곤란함 |
| 압연시의 성형성 | 양호 | 양호 | 양호 | 불량 | 불량 | 양호 |
| 균열전개 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 빈번함 |
| 열팽창계수(×10-7) | 8 | 8 | 9 | 7 | 7 | 9 |
| 휨강도(kgf/㎠) | 330 | 380 | 550 | 180 | 250 | 650 |
| 기계가공성 | 양호 | 양호 | 수용가능 | 양호 | 양호 | 불량 |
| 고온크리프변형(mm) | 0.14 | 0.14 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.16 |
실시예 4 내지 6의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 평균입자크기가 3 내지 10㎛범위내에 있는 본체는, 압연시 만족스러운 성형성을 발휘하여 넓은 압연시트를 얻을 수 있고, 또, 균열전개없이 건조 및 소성을 행할 수 있어 기계가공성 및 낮은 팽창성을 지닌 대형의 세라믹평판을 제공할 수 있다. 이에 대해서, 평균입자크기가 3㎛미만인 비교예의 본체는, 건조 및 소성중에 다수의 균열이 전개되어 대형의 세라믹평판의 제조가 곤란하였다. 게다가, 얻어진 세라믹평판은, 휨강도가 너무 높기 때문에 기계가공성이 불량하였다. 또, 평균입자크기가 10㎛를 초과하는 비교예의 본체는, 압연시 성형성이 불량하여 대형의 평판의 제작이 곤란하였다.
비교예 7
입자크기가 70 내지 300㎛인 조악한 페탈라이트입자 30부, 평균입자크기가 8㎛인 미세한 페탈라이트입자 35부 및 규목점토 35부를 습식분쇄하여 평균입자크기가 50㎛인 혼합분말을 제조하였다. 얻어진 혼합분말 80부 및 물 20부를 반죽기에서 30분간 반죽하여 소성체를 제조하였다. 얻어진 소성체를 마찰프레스에서 150kgf/㎠의 성형압력하에 가능한 한 큰 평판으로 성형하였다. 얻어진 성형체를 실온에서 15시간 건조하고, 120℃의 소성로에서 3시간 소성하였다. 평가 및 시험결과를 표 3에 표시하였다.
| 비교예 | |
| 7 | |
| 조악한 페탈라이트(부) | 30 |
| 미세한 페탈라이트(부) | 35 |
| 규목점토(부) | 35 |
| 물(부*) | 20 |
| 본체의 평균입자크기(㎛) | 50 |
| 대형평판크기(mm) | 450×450×15 |
| 압연시의 성형성 | 불량 |
| 균열전개 | 없음 |
| 열팽창계수(×10-7) | 7 |
| 휨강도(kgf/㎠) | 130 |
| 기계가공성 | 양호 |
| 고온크리프변형(mm) | 0.14 |
*: 소성체 100부당
표 3에 표시되어 있는 바와 같이, 미세한 페탈라이트입자를 사용하여 제조하였으나 평균입자크기가 50㎛인 비교예 7의 본체에 의해 얻어진 대형 크기는 약 450×450×15mm였다.
실시예 7 내지 9 및 비교예 8 내지 10
실시예 1에 있어서 본체의 평균입자크기 및 조성을 변화시킨 이외에는, 실시예 1과 마찬가지 방식으로 세라믹평판을 제작하였다. 그 평가 및 시험결과를 표 4에 표시하였다.
| 실시예 | 비교예 | |||||
| 7 | 8 | 9 | 8 | 9 | 10 | |
| 페탈라이트(부) | 65 | 64 | 63 | 58 | 58 | 65 |
| 산화아연(부) | 2 | 4 | 6 | 12 | 12 | 0 |
| 규목점토(부) | 33 | 32 | 31 | 30 | 30 | 35 |
| 물(부) | 20 | 20 | 19 | 19 | 20 | 20 |
| 평균입자크기(㎛) | 4 | 5 | 3 | 8 | 5 | 6 |
| 대형평판성형 | 가능 | 가능 | 가능 | 가능 | 가능 | 가능 |
| 압연시의 성형성 | 양호 | 양호 | 양호 | 가능 | 양호 | 양호 |
| 균열전개 | 없음 | 없음 | 약간 | 없음 | 없음 | 없음 |
| 열팽창계수(×10-7) | 8 | 9 | 10 | 12 | 12 | 7 |
| 휨강도(kgf/㎠) | 560 | 550 | 570 | 380 | 450 | 200 |
| 기계가공성 | 가능 | 가능 | 가능 | 양호 | 가능 | 양호 |
| 고온크리프변형(mm) | 0.14 | 0.18 | 0.20 | 1.24 | 1.08 | 0.06 |
표 4의 결과, 소결조제로서의 산화아연의 양이 10%를 초과할 경우 고온크리프변형이 증가하는 것을 알 수 있다.
실시예 10
평균입자크기가 2.3㎛인 페탈라이트미분말 20부 및 평균입자크기가 2.3㎛인 지르콘미분말 15부를 혼합하고, 볼밀에서 분쇄하여, 시마즈사 제품인 레이저회절입자크기분포분석기 SALD 2000(이하, 마찬가지임)에 의해 측정한 평균입자크기가 2.3㎛인 혼합미분말을 제조하였다. 얻어진 혼합미분말을, 하기 표 5에 표시된 조성에 따라 페탈라이트원료(평균입자크기가 각각 32㎛ 및 70㎛인 페탈라이트 #200 및 #52), 모토야마(Motoyama)목절점토 및 산화아연과 혼합하고 볼밀에서 2시간동안 물과 함께 습식분쇄하였다. 얻어진 슬러리를 건조, 분해, 분급해서, 레이저회절입자크기분포분석기 SALD 2000에 의해 측정한 평균입자크기가 3.4㎛이고, 1㎛이하의 입자 18% 및 10㎛이상의 입자 20%로 이루어진 크기분포를 지닌 혼합분말을 제조하였다. 얻어진 혼합분말 80부와 물 20부를 반죽기에서 반죽하였다. 해당 반죽하의 혼합물이 가소성을 전개한 후, 섬유직경이 9㎛, 섬유길이가 5mm인 폴리프로필렌섬유와 섬유직경이 13㎛, 섬유길이가 1.7mm인 탄소섬유를 0.15% 첨가하고, 더욱 반죽하였다. 총반죽시간은 30분이었다. 얻어진 소성체의 수분함량은 21.1%였다.
상기 소성체를 진공토련기에 넣고 외부직경이 270mm, 내부직경이 230mm, 두께가 40mm인 관형상 다이를 통해 압출하였다. 압출된 관을 절단해서 펴서 폭 845mm, 길이 845mm, 두께 40mm인 시트를 얻었다. 얻어진 시트를 성형롤러에 의해 2축방향, 즉, 상기 압출방향인 제 1방향과 이어서 직교하는 방향인 제 2방향으로 압연하고, 이와 같이 2축방향으로 압연된 성형시트를 650℃의 롤러노바닥로에서 건조하고 1220℃에서 1시간 소성하여, 폭 1040mm, 길이 2130mm 및 두께 6.7mm의 세라믹세터를 얻었다.
얻어진 세라믹세터는 주로 β-리티아휘석으로 이루어져 있었고, 지르콘을 15%, 산화아연을 1.5% 함유하고 있었다. 건조 또는 소성후에 균열은 관찰되지 않았다. SEM관찰하, 세터의 절단단면에는, 도 1에 표시한 바와 같이 직경이 약 10㎛, 길이가 120㎛인 공극(타버린 섬유의 흔적)이 나타났다. 또한, 소성전의 하소체의 절단단면도 숯모양의 미세한 섬유질 목적물을 함유하는 마찬가지의 공극을 보였다. 세터의 열팽창계수, 휨강도, 흡수성 및 마모도를 측정하고, 얻어진 결과를 표 6에 표시하였다.
실시예 11 내지 13
표 5에 표시한 바와 같이 본체 및 소성체의 조성과 본체의 분말특성을 변경한 이외에는, 실시예 10에서와 마찬가지 방식으로 세라믹세터를 제작하였다. SEM 관찰하, 얻어진 세터의 절단단면에는, 도 1에 표시한 바와 같이 직경이 약 0.8 내지 90㎛, 길이가 약 8 내지 90000㎛인 공극(타버린 섬유의 흔적)이 나타났다. 또한, 소성전의 하소체의 절삭단면도 숯모양의 미세한 섬유질 목적물을 함유하는 마찬가지의 공극을 보였다. 세터의 열팽창계수, 휨강도, 흡수성 및 마모도를 실시예 10과 마찬가지 방식으로 측정하고, 얻어진 결과를 표 6에 표시하였다.
비교예 11
지르콘분말, 폴리프로필렌섬유 및 탄소섬유를 사용하지 않은 이외에는, 실시예 10에서와 마찬가지 방식으로 세라믹세터를 제작하였다. SEM관찰하, 얻어진 세터의 절단단면에는, 도 1에 표시한 바와 같은 공극이 나타나지 않았다. 세터의 열팽창계수, 휨강도, 흡수성 및 마모도를 실시예 10과 마찬가지 방식으로 측정하고, 얻어진 결과를 표 6에 표시하였다.
| 실시예10 | 실시예11 | 실시예12 | 실시예13 | 비교예11 | ||||
| 소 성 체 | 본 체 | 혼합 미분말 | 페탈라이트미분말(부) | 20 | 20 | 33 | 18 | 20 |
| 지르콘미분말(부) | 15 | 15 | 15 | 15 | - | |||
| 평균입자크기(㎛) | 2.3 | 1.8 | 2.0 | 2.5 | 22.1 | |||
| 0.5㎛이하의 입자(%) | 15 | 13 | 13 | 14 | 8 | |||
| 5㎛이상의 입자(%) | 20 | 14 | 17 | 30 | 15 | |||
| 페탈라이트원료 | 페탈라이트#200(부) | - | - | 17 | 21 | - | ||
| 페탈라이트#52(부) | 25 | 25 | - | 11 | 25 | |||
| 목절점토(부) | 40 | 40 | 35 | 35 | 40 | |||
| 산화아연(부) | 1.5 | 1.5 | 2.0 | 2.0 | 1.5 | |||
| 평균입자크기(㎛) | 3.4 | 3.1 | 3.6 | 4.5 | 6 | |||
| 1㎛이하의 입자(%) | 18 | 20 | 15 | 17 | 13 | |||
| 10㎛이상의 입자(%) | 20 | 17 | 17 | 30 | 35 | |||
| 물(부) | 20.0 | 21.1 | 21.4 | 19.8 | 18 | |||
| 폴리프로필렌섬유(부) | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.20 | - | |||
| 탄소섬유(부) | 0.5 | - | 1.0 | - | - | |||
| 수분함량(%) | 21.1 | 22.0 | 21.4 | 19.8 | 18 | |||
| 실시예 10 | 실시예 11 | 실시예 12 | 실시예 13 | 비교예 11 | ||
| 치수 (mm) | 길이 | 1040 | 1040 | 1040 | 1040 | 1040 |
| 폭 | 2130 | 2130 | 1963 | 1787 | 1040 | |
| 두께 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | 6.7 | |
| 조성 (중량%) | 지르콘 | 15 | 15 | 15 | 15 | - |
| 산화아연 | 1.5 | 1.5 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | |
| 균열전개 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 관찰됨 | |
| 공극 | 관찰됨 | 관찰됨 | 관찰됨 | 관찰됨 | 관찰안됨 | |
| 열팽창계수(×10-6/℃) | 2.6 | 2.7 | 2.3 | 2.1 | 1.5 | |
| 휨강도(kgf/㎠) | 570 | 655 | 641 | 546 | 560 | |
| 흡수율(중량%) | 0.9 | 1.6 | 5.2 | 5.4 | 6.0 | |
| 마모도(mg) | 5 | 9 | 17 | 15 | 20 | |
표 6의 결과, 공극을 지닌 세라믹세터는 낮은 흡수성과 우수한 내마모성을 지니는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 방법에 의해 얻어진 대형의 세라믹평판은, 기계가공성, 저팽창성, 고강도 및 내고온크리프성을 지니므로, 절삭, 드릴링, 반턱쪽매이음처리나 접합부를 지니도록 하는 등의 처리에 의해 머플로의 내화성에 요구되는 복잡한 형상으로 가공할 수 있어, 소성로의 세터로서 사용할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 예를 참조해서 상세히 설명하였으나, 당업자에게 있서, 본 발명은 그 진의와 범위로부터 벗어나는 일없이 각종 변형과 수정이 가능한 것은 명백하다.
Claims (16)
- 소결조제로서 첨가된 금속산화물을 함유하는 β-리티아휘석 또는 β-유크립타이트로 이루어지고, 휨강도가 250 내지 600kgf/㎠인, 길이 500mm이상, 폭 500mm이상, 그리고 두께 10mm이하이고, 상기 금속산화물은 아연, 니켈, 지르코늄, 마그네슘, 티탄 및 이트륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속의 산화물로, 그 첨가량은 1 내지 10중량%인 것을 특징으로 하는 저팽창성 세라믹평판.
- 삭제
- (1) 페탈라이트원료, 점토 및 소결조제로서의 금속산화물을 혼합·분쇄해서 평균입자크기가 3 내지 10㎛인 본체를 제작하는 공정,(2) 상기 본체를 물과 함께 반죽해서 소성체를 제작하는 공정,(3) 상기 소성체를 진공토련기에 의해 루프를 지닌 형상으로 압출하는 공정,(4) 압출물을 절단해서 펴서 얻어진 시트를 성형롤러에 의해 적어도 상기 압출방향과 동일한 방향으로 압연하여 압연시트를 얻는 공정,(5) 상기 압연시트를 소정의 형상으로 성형하는 공정 및(6) 얻어진 성형체를 건조·소성하는 공정을 구비하고,상기 금속산화물은 아연, 니켈, 지르코늄, 마그네슘, 티탄 및 이트륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속의 산화물로, 그 첨가량은 1 내지 10중량%인 것을 특징으로 하는 저팽창성 대형 세라믹평판의 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 공정(1)에서의 혼합·분쇄는, 소정의 평균입자크기를 지닌 점토 및 페탈라이트원료로 이루어진 제 1분쇄혼합물과 소정입자크기를 지닌 금속산화물로 이루어진 제 2분쇄혼합물을 개별적으로 준비하고, 이들 제 1 및 제 2분쇄혼합물을 혼합함으로써 행하여 평균입자크기가 3 내지 10㎛인 본체를 얻는 것을 특징으로 하는 저팽창성 대형 세라믹평판의 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 혼합분말중의 점토의 비율이 20 내지 40중량%인 것을 특징으로 하는 저팽창성 대형 세라믹평판의 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 소성체에, 해당 소성체를 기준으로 해서 0.05 내지 0.5중량%의 양으로 강화섬유를 첨가하는 것을 특징으로 하는 저팽창성 대형 세라믹평판의 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 압연시트는 상기 압출방향과 직교하는 방향으로 또 압연하는 것을 특징으로 하는 저팽창성 대형 세라믹평판의 제조방법.
- 지르콘과, 상기 지르콘이외에 소결조제로서 첨가된 금속산화물을 함유하는 β-리티아휘석 또는 β-유크립타이트로 이루어지고, 직경이 0.8 내지 90㎛, 길이가 8 내지 90,000㎛인 공극이 랜덤하게 산포되어 있고, 상기 금속산화물은 아연, 니켈, 지르코늄, 마그네슘, 티탄 및 이트륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 금속의 산화물로, 그 첨가량은 0.05 내지 10중량%이고, 상기 지르콘의 첨가량은 1 내지 50중량%인 것을 특징으로 하는 저팽창성 세라믹세터.
- 제 8항에 있어서, 상기 공극은, 성형체에 존재해서 해당 성형체의 소성시에 타버린 섬유의 흔적인 것을 특징으로 하는 저팽창성 세라믹세터.
- 제 9항에 있어서, 상기 섬유는 탄소섬유 또는 폴리프로필렌섬유인 것을 특징으로 하는 저팽창성 세라믹세터.
- 삭제
- 제 8항에 있어서, 휨강도가 250 내지 900kgf/㎠인 것을 특징으로 하는 저팽창성 세라믹세터.
- 제 8에 있어서, 길이가 500mm이상, 폭이 500mm이상, 그리고 두께가 14mm이하인 것을 특징으로 하는 저팽창성 세라믹세터.
- (1) 페탈라이트미분말과 지르콘미분말을 혼합·분쇄해서 평균입자크기가 1 내지 5㎛인 혼합분말을 제조하는 공정,(2) 상기 혼합분말과, 페탈라이트원료, 점토 및 금속산화물을 혼합·분쇄해서 평균입자크기가 2 내지 10㎛인 본체를 제작하는 공정,(3) 상기 본체를 물과 함께 반죽해서 소성체를 제작하는 공정,(4) 상기 소성체를 진공토련기에 의해 루프단면을 지닌 형상으로 압출하는 공정,(5) 압출물을 절단해서 펴서 얻어진 시트를 성형롤러에 의해 적어도 상기 압출방향과 동일한 방향으로 압연하여 압연시트를 얻는 공정,(6) 상기 압연시트를 소정의 형상으로 성형하는 공정 및(7) 얻어진 성형체를 건조·소성하는 공정을 구비하고,상기 금속산화물은 아연, 니켈, 지르코늄, 마그네슘, 티탄 및 이트륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 금속의 산화물로, 그 첨가량은 0.05 내지 10중량%이고, 상기 지르콘의 첨가량은 1 내지 50중량%인 것을 특징으로 하는 저팽창성 대형 세라믹세터의 제조방법.
- 제 14항에 있어서, 상기 공정(2)에서 제작된 본체는, 1㎛이하의 입자를 10 내지 30%, 10㎛이상의 입자를 15 내지 35% 함유하는 입자크기분포를 지닌 것을 특징으로 하는 저팽창성 대형 세라믹세터의 제조방법.
- 제 14항에 있어서, 상기 본체중의 점토의 비율이 20 내지 40중량%인 것을 특징으로 하는 저팽창성 대형 세라믹세터의 제조방법.
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| CN103072187A (zh) * | 2013-01-29 | 2013-05-01 | 福建省晋江市舒适陶瓷有限公司 | 一种陶板坯泥的制备方法 |
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| CN114890678B (zh) * | 2022-04-27 | 2023-05-02 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种大尺寸低膨胀玻璃基复合材料及其注浆成型方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0853072A1 (en) * | 1997-01-13 | 1998-07-15 | Corning Incorporated | Method of producing Beta-Spodumene Bodies |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS544914A (en) * | 1977-06-14 | 1979-01-16 | Asahi Glass Co Ltd | Highhdense lowwexpandable sintered body |
| JPS56109869A (en) * | 1980-02-01 | 1981-08-31 | Narumi China Corp | Manufacture of low expansion ceramics |
| JP3662272B2 (ja) * | 1994-03-14 | 2005-06-22 | 修 山本 | セラミック構造体及びその製造方法並びにセラミックシートの製造方法 |
| JPH0930860A (ja) * | 1995-07-19 | 1997-02-04 | Noritake Co Ltd | 低熱膨張性耐火物の製造方法 |
-
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Patent Citations (1)
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| EP0853072A1 (en) * | 1997-01-13 | 1998-07-15 | Corning Incorporated | Method of producing Beta-Spodumene Bodies |
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