KR100896822B1

KR100896822B1 - 세라믹 소결체의 제조방법

Info

Publication number: KR100896822B1
Application number: KR1020080023983A
Authority: KR
Inventors: 박재풍
Original assignee: 박재풍
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2009-05-11

Abstract

본 발명은 세라믹 소결체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 점토, 일라이트, 견운모, 토르말린, 가연성 부재 및 물을 준비하는 단계; 상기 점토, 일라이트, 견운모, 토르말린 및 가연성 부재를 각각 분쇄하여 미세분말로 제조하는 단계; 상기 미세분말 및 물을 포함하는 혼합물을 교반하는 단계; 상기 교반한 혼합물의 공기를 제거하는 단계; 상기 공기를 제거한 혼합물을 성형하는 단계; 상기 성형물을 건조하는 단계; 및 상기 건조한 성형물을 소성하는 단계;를 포함하는 세라믹 소결체의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 높은 압축강도를 보이며, 다량의 은이온 발생 효과를 나타내고, 탈취효과, 공기정화 효과, 원적외선 방사 효과 및 습도조절 효과가 있는 세라믹 소결체를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

세라믹, 소결체, 점토, 토르말린, 압축강도, 음이온, 원적외선

Description

세라믹 소결체의 제조방법 {Manufacturing Method of Sintered Ceramic}

본 발명은 세라믹 소결체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 압축강도를 보이고 다량의 음이온을 발생하며 탈취효과, 공기정화효과, 원적외선 방사효과 및 습도조절효과를 갖는 세라믹 소결체 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 무기재료인 세라믹은 비금속 무기물질을 주원료로 하고 금속이나 무기재료를 부원료로 하여 고온처리과정을 거쳐 만든 제품이라고 할 수 있다. 즉 주원료로 무기물질을 쓰고 제조공정에 있어서 고온처리를 받는다는 특징이 있다.

도자기는 세라믹의 일종으로서 자기, 도기. 석기 및 토기로 나뉘어진다. 일반적으로 자기(porcelain)는 주로 점토, 석영, 장석, 도석을 배합한 배토를 성형 건조한 후 1300 내지 1450℃의 고온에서 일부의 소지가 유리화(vitrify)할 때까지 충분히 소결한 것이다. 이 소지는 백색으로 흡수성이 없고 투광성이 있으며, 때리면 금속음을 내고 기계적 강도가 비교적 크다. 유약(glaze)으로 석회유, 탈크유 등이 쓰인다.

도기(earthenware)는 점토질의 원료에 석영, 도석, 납석 및 소량의 장석질 원료를 배합하고 보통 1200 내지 1300℃ 부근의 온도에서 소지를 구운 뒤에 유약을 입혀서 1050 내지 1100℃의 온도에서 소성한다. 소지는 다공질로 흡수성이 있으며 때리면 탁한 음을 내고 투광성은 거의 없다.

석기(stoneware)는 저급의 점토, 즉 석영, 철화합물 등의 불순물을 포함한 점토를 주성분으로 하여 1200 내지 1300℃의 온도에서 소지의 흡수성이 거의 없을 정도로까지 구워 낸 것이다. 석기 제품은 일반적으로 유색이며 투광성이 부족하다. 유약으로는 식염유약, 망간유약 등을 사용한다.

토기(clayware)는 일반적으로 점토질로 유약을 바르지 않은 것이며, 700 내지 900℃의 낮은 온도에서 소성한다. 토기의 소지는 다공질이고 기계적 강도는 작다.

한국등록특허 제0478945호에서 세라믹 성형물의 제조방법이 개시되었다. 여기에서 세라믹 성형물을 1차 소성온도 900 내지 1150℃, 2차 소성온도 1150 내지 1200℃에서 소결하여 제조하였으나 세라믹 성형물의 압축강도가 70 kgf/cm²의 낮은 값을 보이는 문제점이 있었다.

한국공개특허 제2003-0083497에서 석탄회를 사용하는 세라믹 성형물의 제조방법이 개시되었다. 여기에서 소성온도를 1110℃까지 낮추어 소성한 소결체의 압축강도가 374.5 kgf/cm²의 비교적 높은 값을 보였으나, SiO₂, Al₂O₃ 및 Fe₂O₃을 주성분으로 하는 석탄회 49중량%를 융제로서 사용하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명의 기술적 과제는 미세한 광물입자를 사용하여 세라믹 소결체를 제조함으로써 높은 압축강도를 보이며, 토르말린을 사용하고 낮은 소성온도에서 소성함으로써 다량의 은이온을 발생하고, 다공체로 제조함으로써 탈취효과, 공기정화 효과, 원적외선 방사 효과 및 습도조절 효과를 지니는 세라믹 소결체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 점토, 일라이트, 견운모, 토르말린, 가연성 부재 및 물을 준비하는 단계; 상기 점토, 일라이트, 견운모, 토르말린 및 가연성 부재를 각각 분쇄하여 미세분말로 제조하는 단계; 상기 분쇄된 점토 55 내지 80중량부, 일라이트 15 내지 30중량부, 견운모 10 내지 20중량부, 토르말린 10내지 25중량부 및 가연성 부재 3 내지 10중량부를 포함하는 소지재료, 및 상기 소지재료와 물의 총중량을 기준으로 상기 물을 15 내지 55중량%를 포함하는 혼합물을 교반하는 단계; 상기 교반한 혼합물의 공기를 제거하는 단계; 상기 공기를 제거한 혼합물을 성형하는 단계; 상기 성형물을 건조하는 단계; 및 상기 건조한 성형물을 900 내지 1150℃의 온도범위에서 소성하는 단계;를 포함하는 세라믹 소결체의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따르면, 상기 가연성 부재는 갈탄, 석 탄, 목탄(숯) 또는 코크스 분말을 사용할 수 있고 이에 한정하는 것은 아니며, 보다 바람직하게는 숯을 사용하는 것이 좋다. 상기 물질을 단독으로 또는 2 이상 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.

본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 상기 미세분말은 평균크기 0.01 내지 15μm의 점토(clay), 평균크기 10 내지 110μm의 일라이트(illite), 평균크기 10 내지 110μm의 견운모(sericite), 평균크기 10 내지 110μm의 토르말린(tourmaline), 평균크기 10 내지 110μm의 가연성 부재일 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 성형물을 건조하는 단계는 20 내지 80℃에서 12 내지 48 시간 건조할 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 소성하는 단계는 산화분위기에서 소성할 수 있으며, 또한 환원분위기에서 소성할 수도 있으며, 산화분위기에서 소성한 후 환원분위기에서 소성할 수 있다. 여기에서 소성하는 시간은 5 내지 20 시간일 수 있다.

본 발명에 의한 세라믹 소결체의 제조방법은 미세한 광물입자를 사용하여 소성함으로써 세라믹 소결체가 높은 압축강도를 보이며, 토르말린을 사용하고 낮은 소성온도에서 소성함으로써 다량의 은이온 발생 효과를 나타내고, 세라믹 소결체를 다공체로 제조함으로써 탈취효과, 공기정화 효과, 원적외선 방사 효과 및 습도조절 효과가 있는 세라믹 소결체를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 세라믹 소결체의 제조방법을 첨부도면을 참조하여 자세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

무기물질을 원료로 성형하고 성형물을 열을 가하여 소성하면 무기물질 원료의 종류와 소성온도에 따라 다공성 세라믹 소결체를 얻을 수 있다.

다공성 세라믹 재료는 고체구조 내에 다수의 세공을 갖는 재료를 말한다. 다공성 세라믹은 입자 사이의 세공 이외에 입자 내에서 작은 구멍이 존재하는 2원 구조의 세공을 갖고 있다. 세공을 가짐으로 흡수율을 갖게 되는 데 흡수율은 아래 식 1과 같다.

[식 1]

여기서, W₁은 시료의 건조중량, W₂는 물을 포함한 시료를 수중에서 잰 중량, W₃는 물을 포함한 중량이다. 따라서 식 1로부터 작은 구멍이 많을수록 흡수율이 증가할 것임을 알 수 있다.

또한 다공성 세라믹 소결체는 투과성을 갖게 되므로 필터, 격막 등으로 쓸 수 있다.

또한 일반적으로 다공성 세라믹 소결체의 강도는 같은 재질의 기공이 없는 것에 비해 압축강도(compressive strength)가 작다. 강도는 아래의 식 2로 표현할 수 있다.

[식 2]

여기서, σ는 다공성 재료의 강도, P는 기공율, σ₀는 기공율 P=0에서의 강도이다. 다공성 세라믹의 강도시험에서는 압축강도가 널리 행해지고 있으며, 식 2로부터 기공율이 클수록 강도가 감소함을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 세라믹 소결체의 제조방법을 간략하게 나타내는 공정도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 세라믹 소결체의 제조방법은 점토, 일라이트, 견운모, 토르말린, 가연성 부재 및 물을 준비하는 단계(S10); 상기 점토, 일라이트, 견운모, 토르말린 및 가연성 부재를 각각 분쇄하여 미세분말로 제조하는 단계(S20); 상기 분쇄된 점토 55 내지 80중량부, 일라이트 15 내지 30중량부, 견운모 10 내지 20중량부, 토르말린 10 내지 25중량부 및 가연성 부재 3 내지 10중량부를 포함하는 소지재료, 및 상기 소지재료와 물의 총중량을 기준으로 상기 물을 15 내지 55중량%를 포함하는 혼합물을 교반하는 단계(S30); 상기 교반한 혼합물의 공기를 제거하는 단계(S40); 상기 공기를 제거한 혼합물을 성형하는 단계(S50); 상기 성형물을 건조하는 단계(S60); 및 상기 건조한 성형물을 900 내지 1150℃의 온도범위에서 소성하는 단계(S70);를 포함한다.

본 발명에 의한 세라믹 소결체의 제조방법은 우선 점토, 일라이트, 견운모, 토르말린, 가연성 부재 및 물을 준비하는 단계이다 (S10).

상기 재료를 준비한 후에는 상기 점토, 일라이트, 견운모, 토르말린 및 가연성 부재를 각각 분쇄하여 미세분말로 제조한다 (S20).

상기 분쇄된 점토 55 내지 80중량부, 일라이트 15 내지 30중량부, 견운모 10 내지 20중량부, 토르말린 10내지 25중량부 및 가연성 부재 3 내지 10중량부를 포함하는 소지재료, 및 상기 소지재료와 물의 총중량을 기준으로 상기 물을 15 내지 55중량%를 포함하는 혼합물을 교반한다 (S30).

본 발명에 따른 세라믹 소결체의 제조방법에 있어서 각 성분과 그 특성에 대하여 자세하게 설명하기로 한다.

(a) 점토

무기재료인 세라믹의 가장 중요한 원료중의 하나는 점토(clay)라고 할 있다. 점토라고 하는 것은 i) 천연산의 고운 가루 즉 미립의 집합체(fine particle)로 ii) 물을 가하여 습한 상태(wet state)로 하면 가소성(plasticity)을 나타내고 iii) 이것을 건조(drying)하면 강성을 나타내며 iv) 적당한 온도로 소성하면 소결(sintering)하는 광물을 말한다.

따라서 점토는 일정한 조성(composition)을 지닌 단일한 광물이 아니고 잡다한 광물의 혼합체이며, 지각에 널리 분포되어 있다. 그러나 Al₂O₃-SiO₂-H₂O계의 광물이 주광물로 되어 있고 특히 카올린 광물(kaolin mineral)이 주로 되어 있는 것 이 무기재료의 원료로 상용된다.

점토의 한 종류인 황토(yellow ocher)는 황색을 띤 점토라고 할 수 있다. 황토(黃土) 라는 말은 원래 바람에 의하여 운반되어 쌓인, 주로 실트로 구성된 황색의 광물질(Loes)을 말한다. 그러나 우리 나라에서 흔히 사용하는 황토라는 용어는 이를 지칭하는 것이 아니라 일반적으로 암석이 풍화돼 지표 근처에 만들어진 황색 내지 황갈색을 띤 토양을 말한다. 물론 이것도 본래는 바람에 의해 운반돼 오랫동안 쌓인 황토가 지표에서 토양화 된 것도 있다.

황토의 성질은 황토에 함유되어 있는 점토광물의 종류에 의해 결정되며 황토를 구성하는 점토광물의 종류는 황토가 형성된 지질환경과 수문환경, 지형 및 기후 등에 의하여 결정된다. 황토를 구성하는 점토광물로는 카올리나이트, 할로이사이트, 일라이트, 질석, 녹니석 등이 대부분이다. 따라서 점토의 일종인 황토를 다공성 세라믹의 제조에 사용하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 상기 점토의 함량은 55 내지 80중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 65 내지 75중량부인 것이 좋다. 상기 점토의 함량이 55중량부 보다 작은 경우에는 성형시에 가소성이 낮아 작업성이 나빠서 바람직하지 못하고, 상기 점토의 함량이 80중량부를 초과하는 경우에는 성형시에 가소성이 너무 증가하여 뒤틀림이 커지고, 소결과정에서 과도한 수축이 생겨 바람직하지 못하다.

바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 점토입자는 평균 크기가 0.01 내지 15 μm인 것이 바람직하다. 여기서 점토입자의 평균크기가 0.01 μm 보다 작은 경우 에는 점토입자를 채취하거나 제조하기가 용이하지 않으므로 바람직하지 못하고, 15 μm을 초과하는 경우에는 점토입자를 채취하거나 제조하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라 가소성이 감소하므로 바람직하지 못하다.

(b) 일라이트 및 견운모

일반적으로 운모가 풍해하여 생성된 것을 일라이트(illite)라고 부르고, 백운모가 풍해해서 된 것을 견운모(sericite)라고 부른다. 견운모(sericite)는 미세한 입자로된 백운모족의 점토광물인데, 건조물의 표면이 견사와 같은 윤기를 나타내므로 견운모라고 부른다. 백운모는 K₂Al₄(Si₆Al₂)O₂₀(OH)₄ 또는 (K₂O)(3Al₂O₃)(6SiO₂)(2H₂O)로 표시되는 광물인데 견운모는 이와 비슷한 조성이지만 일반적으로 백운모 보다 K₂O와 Al₂O₃분이 적고, SiO₂와 H₂O 분이 약간 많은 조성으로 되어 있다. 견운모는 가소성이 큰 점토광물이기도 하지만 K₂O를 함유하고 있어서 장석과 같은 융제이기도 하다. 즉 가소제와 융제 역할을 겸하고 있는 매우 유용한 광물이다.

본 발명에 따르면, 상기 일라이트의 함량은 15 내지 30중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 15 내지 25중량부인 것이 좋다. 상기 일라이트의 함량이 15중량부 보다 작은 경우에는 성형시에 가소성이 낮아 작업성이 나빠질 뿐만 아니라 소지원료간의 접착이 나빠져 바람직하지 못하며, 상기 일라이트의 함량이 30중량부를 초과하는 경우에는 성형시에 가소성이 증가하여 뒤틀림이 커지고, 소결과정에서 과도한 수축이 생길 뿐만 아니라 압축강도가 나빠져 바람직 하지 못하다.

본 발명에 따르면, 상기 견운모의 함량은 10 내지 20중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 견운모의 함량이 10중량부 보다 작은 경우에는 성형시에 가소성이 낮아 작업성이 나빠질 뿐만 아니라 소지원료간의 접착이 나빠져 바람직하지 못하며, 상기 일라이트의 함량이 20중량부를 초과하는 경우에는 성형시에 가소성이 증가하여 뒤틀림이 커지고, 소결과정에서 과도한 수축이 생길 뿐만 아니라 압축강도가 나빠져 바람직하지 못하다.

상기 일라이트 및 견운모는 각각 독립적으로 입자의 평균크기가 10 내지 110μm인 것이 바람직하다. 입자의 평균크기가 10μm 미만인 경우에는 분쇄가 용이하지 않으며 비용이 많이 들고, 110μm를 초과하는 경우에는 세라믹 소결체 압축강도를 약화시키고, 표면을 거칠게 만들어 외관과 이용편리성을 감소시켜 바람직하지 않다.

(c) 토르말린

토르말린(Tourmaline, 전기석)은 붕소를 함유하는 규산염광물로서, 수분이 접촉되면 순간적으로 전기분해되어 음이온이 발생된다. 일반적으로 토르말린에서 방출되는 음이온은 다른 음이온 방출물질에 비해 음이온방출 정도가 상당히 높다. 또한 토르말린은 사이크로 규산염의 결정구조를 갖고 있어서, 태양 에너지로부터 전자파를 받으면 인체에 유익한 0.06mA의 전류를 발생시키며, 인체와 동일한 4∼14 미크론(100만분의 1미터)의 원적외선을 방출하는 것으로 알려져 있다.

본 발명에 따르면, 상기 토르말린의 함량은 10 내지 25중량부의 범위로 사용 되는 것이 바람직하다. 상기 토르말린의 함량이 10중량부 보다 작은 경우에는 세라믹 소결체의 음이온 방출량이 낮아 바람직하지 못하며, 상기 토르말린의 함량이 25중량부를 초과하는 경우에는 성형물의 제조가 용이하지 않으므로 바람직하지 못하다.

상기 토르말린 입자의 평균크기가 10 내지 110μm인 것이 바람직하다. 입자의 평균크기가 10μm 미만인 경우에는 분쇄가 용이하지 않으며 비용이 많이 들고, 110μm를 초과하는 경우에는 세라믹 소결체 압축강도를 약화시키고, 표면을 거칠게 만들어 외관과 이용편리성을 감소시켜 바람직하지 않다.

(d) 가연성 부재

연소성 물질은 다공성 제품을 만들기 위하여 소지 중에 넣고 소성 때에 타서 없어지는 물질이다. 연소성 물질은 갈탄, 석탄, 목탄(숯), 코크스 가루 등이 있다. 목탄은 목재를 공기의 공급을 차단하고 가열하거나, 또는 공기를 아주 적게 하여 가열하였을 때 생기는 고체 생성물을 말한다. 재료로는 보통 단단한 나무가 사용되는데 참나무류가 주로 사용되어 참숯을 얻는다.

본 발명에서 상기 세라믹 소결체의 소지재료가 되는 혼합물은 상기 가연성 부재를 3 내지 10중량부의 범위로 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 4 내지 7중량부의 범위로 포함되는 것이 좋다. 상기 숯의 함량이 3중량부 미만이면 탈취효과 및 원적외선 방출효과가 작아서 바람직하지 않고, 10중량부를 초과하면 세라믹 소결체의 압축강도가 작아지므로 바람직하지 않다.

상기 가연성부재는 입자의 평균크기가 10 내지 110μm인 것이 바람직하다. 입자의 평균크기가 10μm 미만인 경우에는 분쇄가 용이하지 않으며 비용이 많이 들고, 100μm를 초과하는 경우에는 세라믹 소결체 압축강도를 약화시키고, 생성되는 다공의 크기가 너무 커서 압축강도를 감소시키므로 바람직하지 않다.

상기 세라믹 소결체를 제조함에 있어서 상기 가연성부재로서 갈탄, 석탄, 목탄(숯) 또는 코크스 분말을 사용할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 보다 바람직하게는 목탄(숯)을 사용하는 것이 좋다. 상기 물질을 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.

한편 분쇄한 광물입자를 상기 한 크기로 선별하기 위하여 200 내지 600 메쉬의 분체로 선별하는 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 300 내지 400 메쉬의 분체로 선별하는 것이 바람직하다. 200 메쉬 미만의 분체를 사용하면, 입자를 혼합하여 반죽하는데 있어서, 작업성이 나빠지고, 세라믹 소결체의 강도를 약화시키며, 고화된 후에도 표면의 거친 정도가 증가 되기 때문에 바람직하지 못하고, 600메쉬를 초과하는 분체를 사용하는 경우에는 분쇄를 위한 비용 증가에 비하여 그 효율성이 낮기 때문이다.

(d) 물

도자기 원료의 정제나 분쇄에는 주로 습식을 사용하고, 가소수도 사용하므로 도자기 제조에는 많은 물을 쓰게 된다. 보통 쓰는 물은 천연수이므로 여러 가지 염류, 철화합물 등을 포함하고 있는데 이것들은 배토의 가소성이나 건조강도 등 물성에 영향을 주며, 큰 기물을 성형함에 있어서는 건조균열의 원인이 될 수가 있다. 따라서 음이온을 치환하는 수지층을 통과시켜 정수 처리하여 거의 증류수와 같게 처리하여 사용하는 것이 바람직하다.

점토, 카올린 등에는 점토광물 외에 석영, 장석, 운모등이 혼재되어 있다. 이들을 제거하기 위하여 다량의 물을 가하고 해교제를 첨가하여 입자를 분산시킨 뒤 모래 등을 체로 미리 제거하고 체를 통과한 미세한 모래는 수비로 제거하며, 미세한 점토를 모아서 점토조에서 침전제를 가하여 침전시켜 필터프레스로 탈수를 행하여 미세한 점토를 취한다.

도자기 원료를 교반하기 위하여 물을 첨가하는 것이 필요하다. 본 발명에 의한 혼합물을 교반하는 단계에서 상기 점토, 일라이트, 견운모, 토르말린 및 가연성 부재를 포함하는 소지재료, 및 상기 소지재료와 물의 총중량을 기준으로 상기 물을 15 내지 55중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 물의 함량이 15중량% 보다 작은 경우에는 혼합물의 교반이 용이하지 않아 많은 시간이 소요되므로 바람직하지 않고, 상기 물의 함량이 55중량%를 초과하는 경우에는 성형물을 제조하기 위하여 물을 제거하기가 어려우므로 바람직하지 않다.

상기 미세한 분말로 준비한 소지재료로부터 얻은 점토, 견운모, 토르말린, 일라이트, 가연성부재 및 물을 각각 혼합하여 교반기인 돌밀기에 넣고 충분히 혼합하여 혼합물을 제조한다.

상기 교반한 혼합물의 공기를 제거한다(S40).

성형물을 제조하기 위하여 공기를 혼합물에서 제거하는 것이 필요하다. 혼합물을 진공토련기에 투입하여 혼합물에 존재하는 공기를 제거한다.

상기 공기를 제거한 혼합물을 성형한다(S50).

성형공정으로는 기계성형, 주입성형 또는 가압성형 중 어느 하나의 방법에 의해 상기 혼합물을 성형하게 된다.

상기 성형물을 건조한다(S60).

상기 성형물을 건조하는 단계는 20 내지 80℃에서 12 내지 48 시간 건조하는 것이 바람직하다. 20℃ 미만에서 건조하는 경우에는 건조시간이 너무 길어 바람직하지 못하고 80℃를 초과하는 온도에서 건조하는 경우에는 건조속도가 너무 빨라 성형물의 변형이 올 수 있으므로 바람직하지 않다. 또한 12시간보다 작은 시간을 건조하는 경우에는 건조가 충분히 되지 못하여 바람직하지 못하고, 48시간을 초과하여 건조하는 경우에는 더 이상 건조가 일어나기 어려워 바람직하지 않다.

상기 건조한 성형물을 소성한다(S70)

상기 건조한 성형물을 소성함에 있어서, 소성온도는 900 내지 1150℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1000 내지 1100℃인 것이 바람직하다. 상기 성형온도가 900℃ 미만인 경우에는 세라믹 소결체의 압축강도가 감소하여 바람직하지 못하고, 1150℃를 초과하는 경우에는 세라믹 소결체의 음이온 방출이 감소하여 바람직하지 못하다.

또한 상기 소성하는 단계에서 소성분위기는 산화분위기, 환원분위기에서 소성할 수 있고 산화분위기의 소성 전 또는 후에 환원분위기에서 소성할 수 있다. 환원분위기에서 소성하는 경우, 상기 혼합물 내의 가연성 부재는 산소를 공급받지 못하므로 연소되지 않고 남게 된다. 그런데 산화분위기에서 소성하면 가연성 부재는 산소를 공급을 받게 되므로 산소와 결합하여 이산화탄소와 물로 변화하여 기 체상태로 대기 속으로 나간다. 따라서 세라믹 소결체는 가연성 부재가 제거되고 다공성의 세라믹 소결체가 제조된다.

본원 다공성의 세라믹 소결체는 원적외선 방출 효과, 탈취효과, 공기정화 효과, 및 습도조절 효과를 나타내며 다음과 같이 설명할 수 있다. 가시광선 영역의 빛이 다공질의 물질인 세라믹을 통과하면서 간섭현상이 발생하여 에너지를 잃게 된다. 이 때, 가시광선이 보다 파장이 긴 적외선과 원적외선으로 변화가 된다. 원적외선은 우리의 눈에는 보이지 않는 파장을 갖지만 열적인 성질을 가진 열선이고 이 다공질 세라믹의 미로 속에서 원적외선은 방출되게 되는 것이다.

한편, 다공성 세라믹의 탈취효과, 공기정화효과, 흡습성 및 습도조절 능력도 세라믹의 다공성으로 설명할 수 있다. 다공성 세라믹이 지니고 있는 다공질의 미세한 구멍이 수분을 흡수하며 공기 중의 수분의 함량이 적은 경우에는 물분자를 방출하여 흡습성 및 습도조절효과를 갖는 것이며 냄새를 갖는 분자 또는 공해물질 분자를 미세한 구멍에 포획하여 탈취효과 및 공기정화 효과를 줄 수 있다.

이상에서 세라믹 소결체의 제조방법을 설명하였으며, 이하에서는 본 발명에 따른 세라믹 소결체의 압축강도, 음이온 방출 및 원적외선 방출 효과를 구체적인 실시예를 기준으로 설명하기로 한다.

실시예

점토, 일라이트, 견운모, 토르말린 및 숯을 제트밀(jetmill)을 이용하여 건 식분쇄하고 400 mesh의 체로 미분쇄입자를 분리하여 선별하고 평균크기가 1μm인 점토(clay), 평균크기 25μm의 견운모(sericite), 평균크기 25μm의 토르말린(tourmaline), 평균크기 25μm의 일라이트(illite) 및 평균크기 25μm의 숯을 준비하였다.

상기 미세한 분말로 준비한 소지재료로부터 얻은 점토 65g, 견운모 15g, 토르말린 15g, 일라이트 20g, 숯 5g 및 물 35g을 각각 혼합하여1차 교반기인 돌밀기에 넣고 약 3시간 동안 충분히 혼합하여 혼합물을 제조하였다.

필터프레스와 진공토련기를 이용하여 상기 혼합물로부터 공기를 제거하였다. 공기가 제거된 혼합물을 성형하고, 상기 제조된 성형물을 60 내지 70?의 건조실에서 24시간 동안 건조시켰다. 건조된 성형물을 1050℃의 노에 넣고 산화분위기에서 15시간 동안 소성하였다. 상기 소성된 혼합물을 상온에서 자연 냉각하여 세라믹소결체를 얻었다.

비교예

상기 실시예에서 성형물을 1250℃에서 소성한 것을 제외하고는 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 하여 세라믹소결체를 얻었다.　

압축강도실험

압축강도 시험은 KS L 5105에 따라 실시하였다. 시험체 수는 5개로 하고 최고값과 최저값을 버리고 나머지 3개의 측정값의 평균값을 가지고 압축강도를 구하 고 그 결과를 표 2에 나타내었다. 본원발명의 실시예에 의하여 제조한 시편의 압축강도와 종래기술인 한국등록특허 제0478945호(공지예 1), 한국공개특허 제2003-0083497호(공지예 2)에 의한 압축강도를 비교하여 표 1에 나타내었다.

표 1에 의하면, 본 발명에 의한 세라믹 소결체의 압축강도가 392.9 Kgf/cm²으로서 공지예 1의 70 Kgf/cm² 보다 상당히 높은 값을 나타내었다. 이는 본원발명의 경우 사용한 분체가 400 mesh로서 상당히 미세한 입자크기를 갖는 소지재료가 사용되어 치밀한 소결체가 생성되었기 때문이라고 생각할 수 있었다. 한편 공지예 2의 경우 압축강도가 374.5 Kgf/cm² 의 값을 보여 본원발명보다 작지만 비교적 큰 압축강도를 보였다. 이는 공지예 2의 경우 융제역할을 할 수 있는 산화물을 포함하는 석탄회가 다량 사용되어 비교적 치밀한 소결체를 형성할 수 있었기 때문으로 생각할 수 있었다. 따라서 본원 발명은 낮은 소성온도에서도 석탄회의 사용 없이 높은 압축강도를 갖는 세라믹소결체를 제공할 수 있음을 보여 주었다.

[표 1] 압축강도 실험결과

종류	압축강도 (Kgf/cm²)	소성온도 (℃)	사용분체 (mesh)	비고
공지예 1	70	900-1200	80-200	미량의 숯 함유
공지예 2	374.5	1110	-	SiO₂, Al₂O₃ 및 Fe₂O₃을 주성분으로 하는 석탄회 함유
실시예 1	392.9	1050	400	-

음이온 방출실험

표 2는 한국건자재시험연구원 원적외선 응용평가센터에서 KICM-FIR-1042의 시험방법과 전하입자측정장치의 시험장비 및 온도 24℃, 습도 40%, 대기중 음이온수 48ea/cc의 시험조건에서 시험하였으며 측정대상물에서 방출되는 음이온을 측정하여 단위체적당 ion수로 표시한 결과로서, 상기 표 2의 결과를 보면 소성온도가 1050℃인 본 발명의 실시예에 따른 세라믹소결체는 토르말린의 함유로 인하여 다량의 음이온 방출 기능을 가진 세라믹 소결체가 제조됨을 알 수 있었고, 소성온도가 1250℃인 비교예에 따른 세라믹 소결체는 음이온 방출량이 블랑크의 경우와 같은 값을 보여 소성온도가 비교적 높은 경우는 토르말린의 음이온 방출능력을 상실하여 음이온이 거의 발생하지 않음을 알 수 있었다.

[표 2] 음이온 방출실험 결과

	소성온도(℃)	음이온방출량(ion/cc)
블랑크(blank)	-	74
실시예	1050	16486
비교예	1250	74

원적외선 방출실험

상기 원적외선 방출시험 방법은 KICM-FIR-1005를 이용하였고, 시험 결과는 FT-IR 스펙트로미터를 이용한 블랙 바디(black body)와 대비하여 측정한 결과이다. 표 4에 의하면, 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 소결체의 방사율이 0.928이고 방사에너지가 3.74ⅹ10²으로 나타나 원적외선 방출능력이 뛰어남을 보여주었다.

[표 3] 원적외선 방출실험 결과

시험항목		시험결과
원적외선 방출량 (40℃)	방사율(5~20μm)	0.928
원적외선 방출량 (40℃)	방사에너지(W/m²)	3.74ⅹ10²

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 소결체의 제조방법을 간략하게 나타내는 공정도이다.

Claims

점토, 일라이트, 견운모, 토르말린, 가연성 부재 및 물을 준비하는 단계;

상기 점토, 일라이트, 견운모, 토르말린 및 가연성 부재를 각각 분쇄하여 미세분말로 제조하는 단계;

상기 분쇄된 점토 55 내지 80중량부, 일라이트 15 내지 30중량부, 견운모 10 내지 20중량부, 토르말린 10내지 25중량부 및 가연성 부재 3 내지 10중량부를 포함하는 소지재료, 및 상기 소지재료와 물의 총중량을 기준으로 상기 물을 15 내지 55중량%를 포함하는 혼합물을 교반하는 단계;

상기 교반한 혼합물의 공기를 제거하는 단계;

상기 공기를 제거한 혼합물을 성형하여 성형물을 제조하는 단계;

상기 성형물을 건조하는 단계; 및

상기 건조한 성형물을 900 내지 1150℃의 온도범위에서 소성하는 단계;

를 포함하는 세라믹 소결체의 제조방법으로서,

상기 미세분말은 평균크기 0.01 내지 15μm의 점토(clay), 평균크기 10 내지 110μm의 일라이트(illite), 평균크기 10 내지 110μm의 견운모(sericite), 평균크기 10 내지 110μm의 토르말린(tourmaline) 및 평균크기 10 내지 110μm의 가연성 부재이며,

상기 성형물을 건조하는 단계는 20 내지 80℃에서 12 내지 48 시간 건조하는 것인 세라믹 소결체의 제조방법.
삭제
삭제
삭제
제 1항에 있어서,

상기 소성하는 단계는 산화분위기에서 소성하는 것인 세라믹 소결체의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 소성하는 단계는 환원분위기에서 소성하는 것인 세라믹 소결체의 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 소성하는 단계는 산화분위기에서 소성한 후 환원분위기에서 소성하는 것인 세라믹 소결체의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 소성하는 시간은 5 내지 20시간인 세라믹 소결체의 제조방법.