KR100653739B1

KR100653739B1 - 다공성 세라믹 요철금형 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100653739B1
Application number: KR1020040019772A
Authority: KR
Inventors: 이대길; 이학구; 김병중
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2006-12-05
Also published as: KR20050094590A

Abstract

본 발명은 높낮이가 다른 두 종류의 박판(210, 220)을 교대로 적층하여 일측면에 요부와 철부가 반복적으로 형성되어 미소 요철형상을 갖는 요철금형(200)을 이용하여 다공성 세라믹 요철금형을 제조하는 방법으로서, 고체상태의 세라믹 분말(320)과 액체상태의 고분자 결합재(330)가 혼합되어 다공성을 갖는 평판형태의 다공성 세라믹 성형체(310)를 요철금형의 요철면에 배치하는 단계와, 다공성 세라믹 성형체를 가열 및 가압하여 다공성 세라믹 성형체로 요철금형의 요부를 채워 일측면에 미소 요철형상을 갖는 다공성 세라믹 요철 성형체(340)를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 높낮이가 다른 박판을 교대로 반복 적층하여 형성한 미소 요철형상을 갖는 금형을 이용하여 다공성 세라믹 성형체를 성형함으로써 편리하게 다공성 세라믹 요철금형을 제조할 수 있다.

Description

다공성 세라믹 요철금형 및 그 제조방법{Apparatus and method for manufacturing porous ceramic concave mold}

도 1은 통기배출 통로가 없는 통상의 금형을 이용한 제품의 성형형태를 도시한 개략도이고,

도 2는 본 발명에 이용되는 요철금형을 도시한 개략도이며,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다공성 세라믹 요철금형의 제조방법을 도시한 공정도이고,

도 4는 도 3에 도시된 방법에 의해 제조된 다공성 세라믹 요철금형을 이용한 제품의 성형형태를 도시한 개략도이며,

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다공성 세라믹 요철금형의 제조방법을 도시한 공정도이고,

도 6은 도 5에 도시된 방법에 의해 제조된 다공성 세라믹 요철금형을 이용한 제품의 성형형태를 도시한 개략도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

300 : 다공성 세라믹 요철금형 310 : 다공성 세라믹 성형체

320 : 세라믹 분말 330 : 고분자 결합재

340 : 다공성 세라믹 요철 성형체 350 : 가열장치

본 발명은 다공성 세라믹 요철금형의 제조방법에 관한 것이며, 특히, 요철형상의 금형을 이용하여 세라믹 성형체(Ceramic green body)를 성형하여 일측면에 요철형상을 갖도록 하는 다공성 세라믹 요철금형 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 통기배출 통로가 없는 통상의 금형을 이용한 제품의 성형형태를 도시한 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 금형(100)을 이용하여 제품을 성형할 경우에는, 성형재(110)가 성형되면서 금형(100) 내에 채워지지만, 별도의 공기배출 통로가 없기 때문에 금형(100)과 성형재(110)의 사이에 공기(120)가 갇힌 상태로 잔류하게 된다. 이러한 잔류 공기(120)로 인해 성형 제품의 표면에는 기포가 발생하여 제품 성능을 저하시킨다.

따라서, 금형은 반드시 공기배출 통로를 가지고 있어야 상기와 같은 문제점을 극복할 수 있다. 이러한 공기배출 통로를 갖도록 구성된 금형에 대한 기술은 다음과 같다.

미국특허 US 2,809,898에는 다공성 세라믹 금형 및 그 제작방법에 대해 기술되어 있고, 독일 공개특허공보 DE 199 40 245호에는 다공성을 갖는 플라스틱 금형에 대해 기술되어 있으며, 일본 공개특허공보 평7-178713호에는 세라믹의 제조방법 및 이것에 사용되는 다공질 성형틀에 대해 기술되어 있다. 이 기술들은 금형의 일부분 또는 전체를 다공성으로 구성함으로써 공기배출 통로를 갖기 때문에, 이 금형 들을 이용하여 제품을 성형할 때에는 제품 표면에서의 기포발생을 방지할 수 있다. 그러나, 상기 기술들은 다공성 소재를 사용하여 일반적인 형상의 금형에 대해서만 언급하고 있을 뿐, 미소 요철과 같은 다수의 미소구조를 갖는 금형의 효율적인 제조방법을 제시하지 못하고 있다.

따라서 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 높낮이가 다른 박판을 교대로 반복 적층하여 형성한 요철형상을 갖는 금형을 이용하여 다공성 세라믹 성형체를 성형함으로써 편리하게 요철금형을 제조하는 대면적 다공성 세라믹 요철금형의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 높낮이가 다른 두 종류의 박판을 교대로 적층하여 일측면에 요부와 철부가 반복적으로 형성되어 요철형상을 갖는 요철금형을 이용하여 다공성 세라믹 요철금형을 제조하는 방법으로서, 세라믹 분말과 고분자 결합재가 혼합되어 다공성을 갖는 평판형태의 다공성 세라믹 성형체를 상기 요철금형의 요철면에 배치하는 단계와, 상기 다공성 세라믹 성형체를 가열 및 가압하여 상기 다공성 세라믹 성형체로 상기 요철금형의 요부를 채워 일측면에 요철형상을 갖는 다공성 세라믹 요철 성형체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 제조된 다공성 세라믹 요철금형을 제 공하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명에 이용되는 요철금형에 대해 설명하겠다.

도 2는 본 발명에 이용되는 요철금형을 도시한 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 이용되는 요철금형(200)은 높낮이가 다른 두 종류의 박판(210, 220), 블록(230), 볼트(240) 및 너트(250)로 구성된다. 즉, 요철금형(200)은 높은 높이의 박판(210)과 낮은 높이의 박판(220)을 번갈아 배열한 후, 블록(230)과 볼트(240) 및 너트(250)와 같이 압축력을 가할 수 있는 기구를 사용하여 고정시킴으로써, 박판(210, 220)의 두께에 해당하는 요부와 철부가 반복적으로 형성되는 요철형상을 갖게 된다. 이 때, 요철금형(200)은 박판(210, 220)의 적층개수와 폭의 크기를 조절함으로써 대면적의 요철형상을 갖도록 구성할 수 있다.

아래에서는 상기와 같이 구성된 요철금형을 이용하여 본 발명에 따른 다공성 세라믹 요철금형의 제조방법의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

<제1 실시예>

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다공성 세라믹 요철금형의 제조방법을 도시한 공정도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다공성 세라믹 요철금형(300)은 다공성 세라믹 성형체(310)를 상기 요철금형(200)을 이용하여 성형함으로써 일측면에 요철형상을 갖게 된다. 상기 다공성 세라믹 성형체(310)는 세라믹 분말(320)과 고분자 결합재(330)를 혼합하여 다공성을 갖도록 구성한 것으로서, 현재 유통되는 재료이다. 이러한 다공성 세라믹 성형체(310)는 세라믹 분말(320)과 고분자 결합재(330)를 적용용도에 따라 대략 9 : 1 내지 8 : 2의 부피비로 혼합하여 전체적으로 다공성을 갖도록 구성한 것으로서, 소결된 세라믹 재료에 비하여 강도가 낮기 때문에 세라믹 성형체로 먼저 가공한 후, 소결하여 세라믹 부품을 제조하는데 많이 사용되고 있다.

상기 고분자 결합재(330)로는 열가소성 수지(thermoplastics)와 열경화성 수지(thermoset)를 사용한다. 열가소성 수지는 가열하면 연화되어 가소성이 생기지만 냉각하면 원래의 고체로 돌아가는 성질을 갖는 것으로서, 그 대표적인 재료로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 염화비닐수지(PVC) 및 폴리스티렌(PS) 등이 있다. 그리고, 열경화성 수지는 가열하면 경화되고 일단 경화되면 아무리 가열하여도 연화되거나 용매에 녹지 않는 성질을 갖는 것으로서, 그 대표적인 재료로는 요소수지, 페놀수지, 멜라민수지, 폴리우레탄수지 및 에폭시수지 등이 있다.

따라서, 본 발명의 다공성 세라믹 요철금형의 제조방법은 다공성 세라믹 성형체(310)를 구성하는 고분자 결합재(330)의 종류에 따라 약간의 차이가 있다.

예를 들어, 열가소성 수지를 고분자 결합재(330)로 사용할 경우에는 고체상태의 세라믹 분말(320)과 액체상태 또는 용매에 녹인 용액상태의 고분자 결합재(330)를 혼합하여 일정 두께 및 크기를 갖는 평판형태로 제작한다. 그러면, 세라믹 분말(320)들은 고분자 결합재(330)에 의해 상호 결합되고, 이들 간에 공극이 형성된다. 그로 인해, 공기배출 통로를 갖는 다공성 세라믹 성형체(310)가 완성된다[도 3의 (가) 참조]. 이 때, 용액상태의 고분자 결합재를 이용할 경우에는 열을 가해 용매를 제거하여 고분자 결합재를 고체 상태로 만들 수도 있다. 그런 다음, 이러한 다공성 세라믹 성형체(310)를 요철금형(200)의 요철면에 배치한 후, 일정 온도로 가열하여 다공성 세라믹 성형체(310)를 연화시키면서 가압한다. 그러면, 외부 가압력에 의해 연화된 다공성 세라믹 성형체(310)가 요철금형(200)의 요부에 채워진다. 이 때, 다공성 세라믹 성형체(310)와 요철금형(200)의 요부 사이에 잔류하는 공기는 다공성 세라믹 성형체(310)에 형성된 공극을 통해 외부로 배출된다. 이렇게 하여 일측면에 기포가 없는 요철형상을 갖는 다공성 세라믹 요철 성형체(340)가 완성되면, 냉각하여 고체 상태로 만든다.[도 3의 (나) 참조].

그러나, 열경화성 수지를 고분자 결합재(330)로 사용할 경우에는 고체상태의 세라믹 분말(320)과 액체상태의 고분자 결합재(330)를 혼합하여 일정 두께 및 크기를 갖는 평판형태로 제작한다. 그러면, 세라믹 분말(320)들은 고분자 결합재(330)에 의해 상호 결합되고, 이들 간에 공극이 형성된다. 그로 인해, 공기배출 통로를 갖는 다공성 세라믹 성형체(310)가 완성된다[도 3의 (가) 참조]. 그런 다음, 이러한 다공성 세라믹 성형체(310)를 요철금형(200)의 요철면에 배치한 후, 외부 압력을 가해 다공성 세라믹 성형체(310)를 요철금형(200)의 요부에 채운다. 이 때, 다공성 세라믹 성형체(310)와 요철금형(200)의 요부 사이에 잔류하는 공기는 다공성 세라믹 성형체(310)에 형성된 공극을 통해 외부로 배출된다. 그런 다음, 일정 온도로 가열하여 다공성 세라믹 성형체(310)를 경화시켜 일측면에 기포가 없는 요철형상을 갖는 다공성 세라믹 요철 성형체(340)를 완성한다[도 3의 (나) 참조].

상기와 같은 다공성 세라믹 요철 성형체(340)가 완성되면, 노(Furnace)와 같 은 가열장치(350)로 가열하여 소결시킨다. 이러한 소결과정을 통해 다공성 세라믹 요철 성형체(340) 내의 고분자 결합재(330)는 열분해 되고, 세라믹 분말(320)은 분말표면의 확산(Diffusion) 현상에 의해 주위의 분말과 결합된다. 이런 과정을 통해 본 발명의 다공성 세라믹 요철금형(300)이 제조된다.

본 발명의 다공성 세라믹 요철금형(300)은 박판(210, 220)의 두께에 해당하는 요부와 철부가 반복적으로 일측면에 형성되는 요철형상을 가질 뿐만 아니라 전체적인 다공성을 갖게 된다.

도 4는 도 3에 도시된 방법에 의해 제조된 다공성 세라믹 요철금형을 이용한 제품의 성형형태를 도시한 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다공성 세라믹 요철금형(300)의 요철면에 성형재(110)를 배치한 후, 외부 압력을 가해 성형재(110)를 다공성 세라믹 요철금형(300)의 요부에 채운다. 이 때, 성형재(110)와 다공성 세라믹 요철금형(300)의 요부 사이에 잔류하는 공기는 다공성 세라믹 요철금형(300)에 형성된 공극을 통해 외부로 배출된다. 이렇게 함으로써 일측면에 기포가 없는 요철형상을 갖는 제품을 성형하게 된다.

<제2 실시예>

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다공성 세라믹 요철금형의 제조방법을 도시한 공정도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 다공성 세라믹 요철금형의 제조방법은 성형온도가 낮은 성형재(110)에 적용하기 위하여 다공성 세라믹 성형체(310)를 구성하는 고분자 결합재(330)를 내열성을 갖는 재료를 사용하여 제조하되, 소결과정을 수행하지 않는다는 것을 제외하고는 제1 실시예의 방법과 동일하다.

즉, 본 발명은 고분자 결합재(330)로 페놀, 폴리이미드 등과 같이 내열성을 갖는 재료를 사용하여, 제1 실시예에 상세히 설명된 도 3의 (가), (나)와 동일한 단계를 거쳐[도 5의 (가), (나) 참조], 다공성 세라믹 요철금형(400)을 완성한다[도 5의 (다)]. 이러한 다공성 세라믹 요철금형(400)은 박판(210, 220)의 두께에 해당하는 요부와 철부가 반복적으로 일측면에 형성되는 요철형상을 가질 뿐만 아니라 전체적인 다공성을 갖게 된다.

도 6은 도 5에 도시된 방법에 의해 제조된 다공성 세라믹 요철금형을 이용한 제품의 성형형태를 도시한 개략도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다공성 세라믹 요철금형(400)의 요철면에 성형재(110)를 배치한 후, 외부 압력을 가해 성형재(110)를 다공성 세라믹 요철금형(400)의 요부에 채운다. 이 때, 성형재(110)와 다공성 세라믹 요철금형(400)의 요부 사이에 잔류하는 공기는 다공성 세라믹 요철금형(400)에 형성된 공극을 통해 외부로 배출된다. 이렇게 함으로써 일측면에 기포가 없는 요철형상을 갖는 제품을 성형하게 된다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 높낮이가 다른 박판을 교대로 반복 적층하여 형성한 요철형상을 갖는 금형을 이용하여 다공성 세라믹 성형체를 성형함으로써 편리하게 다공성 세라믹 요철금형을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 박판의 적층개수와 폭의 크기를 조절함으로써 대면적의 요철형상을 갖는 다공성 세라믹 요철금형을 제조할 수 있다.

이상에서 본 발명의 다공성 세라믹 요철금형 및 그 제조방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

높낮이가 다른 두 종류의 박판을 교대로 적층하여 일측면에 요부와 철부가 반복적으로 형성되어 요철형상을 갖는 요철금형을 이용하여 다공성 세라믹 요철금형을 제조하는 방법으로서,

고체상태의 세라믹 분말과 액체상태의 고분자 결합재를 혼합하여 평판형태의 세라믹 성형체를 제작하는 단계와,

상기 세라믹 성형체를 상기 요철금형의 요철면에 배치하는 단계, 및

상기 세라믹 성형체를 가열 및 가압하여 상기 세라믹 성형체로 상기 요철금형의 요부를 채워 일측면에 요철형상을 갖는 다공성 세라믹 요철 성형체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 요철금형의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 다공성 세라믹 요철 성형체를 가열장치로 소결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 요철금형의 제조방법.
삭제
제1항 또는 제2항의 방법으로 제조된 다공성 세라믹 요철금형.