KR100940930B1 - 회전방식에 의한 진구형 세라믹 볼의 제조방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전방식에 의한 진구형 세라믹 볼이 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 시드를 이용하여 세라믹 분말의 구형 성형을 용이하게 하고, 다른 한편으로는 성형과정에 가열 및 냉각을 반복하거나 중간 선별과정을 통해 유사한 크기의 볼 끼리 성형과정을 거치도록 하여 강도가 세고 동시에 입도 분포가 우수한 세라믹 볼을 제조할 수 있는 방법이 개시된다. 또한, 이러한 회전방식에 의한 세라믹 볼의 제조를 위한 장치가 제공된다.

세라믹 볼, 회전, 선별, 시드

Description

회전방식에 의한 진구형 세라믹 볼의 제조방법 및 그 장치{Manufacturing method of a ceramic ball and manufacturing device thereof}

본 발명은 회전방식에 의한 진구형 세라믹 볼이 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 시드를 이용하여 세라믹 분말의 구형 성형을 용이하게 하고, 다른 한편으로는 성형과정에 가열 및 냉각을 반복하거나 중간 선별과정을 통해 유사한 크기의 볼 끼리 성형과정을 거치도록 하여 강도가 세며 동시에 입도 분포가 우수한 세라믹 볼을 제조하는 것을 특징으로 한다.

세라믹이란 열을 가해 만든 비금속 무기재료를 총괄하여 부르는 말로서 일반적으로 무기물질을 주원료로 사용하는 산화물, 질화물, 탄화물 등의 재료를 뜻한다. 세라믹은 금속, 유기재료에 비하여 내식성, 내열성, 내마모성 등이 우수하여 의료 및 건강산업분야, 화학분야, 축산분야, 농업분야, 수산업분야 등 다양한 분야에서 이용되고 있다. 특히 세라믹이 방사하는 원적외선은 물분자 결합 강화에 따른 생체 고분자 구조의 안정화 및 생체 조직의 활성화 작용으로서, 식품의 신선도 유지 및 발효 등 화학반응속도의 촉진으로 화학, 축산, 농업, 수산업 등에서 광 범위하게 이용되고 있으며, 세라믹의 다공성 구조는 흡착, 흡수, 포균(浦菌)작용을 통해 물 중의 중금속류 및 균류를 흡착할 뿐 아니라 흡습성이 높아 탈습, 탈취, 곰팡이 방지 등의 작용을 하는 것으로 알려져 있다.

이와 같은 세라믹은 주로 볼 형태로 만들어지며 세라믹 볼을 이용하여 정수 된 알칼리 환원수는 물맛이 좋고 부드러워 목 넘김이 좋아 정수기에 사용될 뿐만 아니라, 연수기, 이온수기, 비데용 필터, 가습기, 세탁용 및 목욕 등 정수 및 기능수 처리장치 등 가정용, 산업용, 농축산용 등으로 다양하게 사용될 수 있다.

세라믹 분말을 볼 형태로 만들기 위한 성형 방법이 다양하게 제시되고 있는데, 한국공개특허 제1996-0012033호에는 압축 성형금형을 이용하여 구형을 만드는 방법, 한국공개특허 제1996-0004277호에는 세라믹 슬러리를 방울형태로 분사하고 소결하는 방법, 한국등록특허 제153167호 에는 상·하반정 사이에 세라믹 가소결체를 넣고 상하에서 자전/공전시켜 구형을 만드는 방법 등이 공개되어 있다.

그러나 상기 방법들은 구에 가까운 형태일 뿐 진원구의 세라믹 볼을 성형하기 어려우며 다량의 세라믹 볼을 단시간에 효율적으로 만들어 내는데 한계가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하고자 한 것으로 회전용기에 세라믹 분말과 물, 결합제를 투입하여 회전에 의해 세라믹 분말을 구형으로 성형함으로써 대량으로 세라믹 볼의 제조를 가능하게 하며 형상이 진구형을 이루도록 한다.

또한, 세라믹 분말을 처음부터 볼로 성형하면 성형결과 얻어진 세라믹 볼의 크기의 입도 분포가 매우 불균일하여 목적하는 크기의 세라믹 볼을 용이하게 얻을 수 없는 문제점이 있는바, 입도 분포가 우수한 세라믹 볼을 제조할 수 있는 방법과 그 장치가 제공된다.

또한, 세라믹 볼의 성형과정에서 세라믹 볼의 강도를 개선하고 세라믹 분말재료들이 용기 내벽에 들러붙는 것을 막기 위한 방법이 제공된다.

본 발명에 의한 재료의 회전에 의해 세라믹 볼을 제조하는 방법은

(a) 세라믹 분말과 물, 결합제 등 재료를 축차로 용기에 투입하면서 회전시켜 세라믹 분말을 원하는 크기의 볼 형태로 키워가는 성형단계;

(b) 상기 성형 된 볼을 건조하는 건조단계;

(c) 상기 건조된 볼을 고온에서 가열하는 소성단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 성형단계 이전에 용기에 세라믹 분말이 부착되는 시드가 먼저, 투입되는 것이 좋으며,

또 바람직하게는, 상기 성형단계 후에 성형 된 볼을 크기별로 선별하고, 선별된 크기별 볼을 별도의 용기에 각각 넣은 뒤 다시 상기 성형단계를 거치는 것이 좋다.

한편, 본 발명에 따른 또 다른 세라믹 볼의 제조방법은 상기 성형단계에서 재료의 축차 투입 전에 일시적으로 승온시키는 것을 반복하는 것이 좋다.

또 바람직하게는, 성형단계에서 용기의 내부가 거칠게 처리된 것이 좋다.

본 발명에 따른 세라믹 분말을 회전에 의해 볼 형태로 성형하는 세라믹 볼의 제조장치는

세라믹 분말이 투입되는 투입구, 물, 결합제 등이 분사되는 노즐이 구비된 회전용기; 와 상기 회전용기의 회전축 경사를 조정하는 경사조절부를 포함하며;

상기 회전용기는 내부벽은 다면으로 형성되어 있고 표면이 거칠게 처리되어 있는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 회전용기 내부를 가열하는 가열부가 더 구비되어 있는 것이 바람직하다.

또 한편, 성형된 볼을 크기별로 선별하기 위하여 상기 회전용기 투입구에 착탈되는 선별채를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 제조방법에서는 회전방식에 의해 세라믹 분말을 세라믹 볼로 성형하므로 다량으로 생산이 가능하며 진구형에 가까운 세라믹 볼을 얻을 수 있다. 한편, 회전에 의한 성형단계에 시드를 투입함으로써 볼 형성을 쉽게 하며 크기가 비슷한 세라믹 볼을 최종적으로 얻을 수 있다. 또한, 성형단계에서 중간에 형성된 볼을 크기별로 선별하는 과정을 거침으로써 입도 분포를 우수하게 할 수 있으며, 재료의 축차 투입 전에 중간 형성된 세라믹 볼을 일시적으로 가열하는 과정을 거침으로서 세라믹 볼 층별 계면에 갈라짐을 없애고 강도가 높은 세라믹 볼을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 제조장치에는 회전용기의 내부벽을 다면으로 형성하고 거칠기를 주어 세라믹 분말이 부착되는 것을 줄이고 세라믹 볼의 강도를 높일 수 있다. 또한, 회전용기 투입구에 선별채를 착탈 가능하도록 하여 선별과정이 용이하게 이루어지도록 하였다.

이하 본 발명에 따른 세라믹 볼의 제조방법을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법의 순서도의 예시이며 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 제조장치의 모습이다.

본 발명에 따른 회전 방식에 의한 세라믹 볼의 제조방법은 크게 다음과 같은 단계를 거친다.

(a) 세라믹 분말과 물, 결합제 등 재료를 축차로 용기에 투입하면서 회전시켜 세라믹 분말을 원하는 크기의 볼 형태로 키워가는 성형단계;

(b) 상기 성형 된 볼을 건조하는 건조단계;

(c) 상기 건조된 볼을 고온에서 가열하는 소성단계;

먼저, 세라믹 분말을 용기에 투입하고 회전시키면서 물 내지 결합제를 축차로 분사시킨다. 물, 결합제에 의하여 세라믹 분말이 뭉치게 되며 회전에 의하여 구형의 덩어리가 형성되게 되며 점점 그 크기가 커지고 진구형을 이루게 된다. 축차투입은 전체 필요한 량을 균일하게 혹은 임의로 나누어 투입할 수 있으며, 간헐적으로 투입하는 방법 및 다단계로 투입하는 방법 등 투입 주기가 한정되는 것은 아니다.

세라믹 분말, 물, 결합제 등 재료를 회전시키는 방법에 있어서 도2와 같이 회전축(A-A)을 중심으로 용기 전체가 회전하는 회전용기(100)를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않고 용기의 바닥면만 회전하여 재료를 회전시키는 방법; 용기 내부 프로펠러를 회전시켜 재료를 회전시키는 방법; 용기 전체 혹은 용기 바닥면과 프로펠러가 동시에 정,역 방향으로 회전하며 재료를 회전시키는 방법; 등이 다양하게 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 세라믹 볼의 원료로 사용되는 세라믹 분말은 다음과 같은 성분이다. 도자기, 점토, 카오린, 제올라이트, 규조토, 황토, 맥반석, 숯, 칼슘 산화 물, 장석, 도석, 일라이트, 토르 말린, 지르콘 티타니아, 실리카, 알루미나, 모나자이트, 음이온 세라믹, 은, 금, 백금, 루테늄, 아연, 루테늄-아연, 칼슘, 마그네슘, 산호, 항균제 등 세라믹, 금속물질, 유기물질 및 그들의 혼합 물질로부터 하나 이상 선택된 것을 사용할 수 있으며 이에 국한되지 않는다.

본 발명에 따른 세라믹 분말에 투입되는 물은 모든 액체로서 수돗물, 정수물, 지하수, 음용수, 은이나 백금이 포함된 액체 등 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 가능하고 이에 한하지 않는다.

결합제는 아크릴제, 시리카계, 시멘트계등의 유기계, 유무기계, 무기계 결합제 등 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 가능하고 이에 한하지 않는다.

본 발명에 따라 제조되는 세라믹 볼은 그 원료 및 용도에 따라 바이오볼, 원적외선볼, 토르마린볼, 염소제거볼 ,맥반석볼, 일라이트볼, 청택석볼, 황토볼, 제오라이트볼, 제습볼, 항균볼, 정수볼, 매트볼, 베게볼, 방석볼, 발마사지볼, 파이워터볼, 아루미나볼, 지르코니아볼, 음이온볼, 살균볼, 자석볼, 광촉매볼, 수처리볼, 사워기볼 ,세탁볼, 비데볼, 알카리볼, 항산화볼, 맛볼, 이온볼, 연수볼 등으로 불리운다.

상기 볼의 제조시에 투입되는 재료의 구성 및 비율은 필요에 따라 다양하게 변형할 수 있다. 황토볼과 같이 세라믹 분말 자체의 점도가 높은 경우에는 별도의 결합제를 투입하지 않고 물 만으로도 성형이 가능 하나, 점도가 낮은 염소볼의 제 조시에는 결합제를 투입해야 한다. 재료의 축차 투입 주기나 양에 제한이 있는 것은 아니며 성형단계 중간에 재료의 점도에 따라 수동 혹은 자동으로 새로운 세라믹 분말이나 물, 결합제를 투입하게 된다.

상기 투입되는 재료가 회전되는 속도는 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있다. 목적하는 세라믹 볼에 따라 세라믹 분말의 성분과, 물 및 결합제의 종류 및 함유 정도가 달라 지게 된다. 이에 따라 회전용기(100) 내의 세라믹 분말 간의 뭉침 정도, 회전용기 내벽(120)에 분말의 부착 정도 등이 달라지므로 필요한 회전속도를 조절할 필요가 있게 된다. 일반적으로 회전속도가 커질수록 볼의 강도가 강해지게 되며, 볼 성형의 초기에는 낮은 RPM으로 회전시키다가 볼의 크기가 커지면 높은 RPM으로 회전시켜 성형하게 된다.

재료의 회전축(A-A) 각도도 임의로 조절할 수 있는데 성형 초기에 분말들 간의 접촉 빈도를 높이기 위하여 회전축(A-A)을 지상에서 크게 기울이게 되나 성형의 말기에는 비교적 낮은 기울기에서 회전시키게 된다. 성형단계 중간에 분말이 용기의 내벽(120)에 부착되는 정도가 심하거나 분말의 덩어리짐 현상이 심한 경우에도 회전축(A-A) 강도를 필요시마다 조절해 주어 원활한 성형이 이루어지도록 한다.

성형 되는 진구형의 세라믹 볼은 지름 0.5㎜ ~ 100㎜까지로 다양하며 크기에 제한되지 않는다. 통상은 1㎜ ~ 50㎜ 지름의 볼을 성형한다. 본 발명에 따른 회 전방식에 의해 오차범위 ±1㎜ 이내의 정교한 구형의 세라믹 볼을 성형할 수 있다.

원하는 크기와 강도의 세라믹 볼이 성형 되고 나면 이를 건조하고 소성 시켜 완전한 세라믹 볼로 제조한다. 건조와 소성 온도 및 시간은 세라믹 볼의 종류에 따라 달라지나 일반적으로 건조는 80 내지 200℃에서 5 내지 20시간 동안 하는 것이 바람직하며 소성은 1300℃에서 10 내지 20시간 동안 하는 것이 바람직하다. 특별히 고강도를 요하는 경우에는 코팅 및 강도 증진작업을 추가로 거칠 수도 있다.

본 발명에 따른 또 다른 제조방법으로서, 상기 성형단계 이전에 용기에 세라믹 분말이 부착되는 시드가 먼저 투입되는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법이 제공된다.

처음부터 분말 상태의 세라믹만을 투입하면 세라믹 분말끼리 뭉쳐지는 시간이 오래 걸리게 되며 성형 되는 세라믹 볼의 입도 분포도 넓어 제조의 효율성이 떨어진다. 따라서 상기와 같이 성형단계 이전에 용기에 세라믹 분말이 잘 부착되는 작은 알갱이인 시드를 먼저 투입하여 성형하게 되면 시드를 중심으로 세라믹 분말이 부착하여 빠르게 진구형의 세라믹 볼를 제조할 수 있다. 예를 들어 세라믹 분말만을 투입하여 목표하는 지름 5㎜의 세라믹 볼의 제조시 전체중량의 약 50% 정도만이 최종적으로 얻어진다면, 지름 2㎜의 시드를 이용하는 경우에는 전체중량의 80%가 넘는 지름 5㎜의 세라믹 볼을 얻을 수 있게 되므로 생산성이 현저하게 향상된다.

한편, 이용가능한 시드의 성분에는 제한이 없으나 세라믹 분말과 같은 재질의 것을 사용할 수 있다. 이는 세라믹 볼의 제조방법과 마찬가지로 본 발명에 따른 회전에 의한 성형방법으로 만들 수도 있으며 기타 어느 방법이든 무관하다.

본 발명에 따른 또 다른 제조방법으로서, 상기 성형단계 후에 성형 된 볼을 크기별로 선별하고, 선별된 크기별 볼을 별도의 용기에 각각 넣은 뒤 다시 상기 성형단계를 거치는 것을 특징으로 하는 제조방법이 제공된다.

상기와 같이 일반적인 회전방식에 의한 세라믹 볼의 성형은 진구형을 이룬다는 점에서 다른 성형방법에 비해 우수하나 성형 되는 세라믹 볼의 크기가 다양하고 입도 분포가 넓어지게 된다. 상기 본 발명이 이미 제시한 시드를 이용하는 방법 외에도 선별하는 과정을 추가로 거침으로서 본 문제를 개선할 수 있다.

예를 들어 지름 5㎜의 세라믹 볼을 성형시에 세라믹 분말만을 이용하거나 시드를 이용하거나 지름 2㎜의 입자가 형성될 때까지 재료를 회전시킨 뒤에 성형단계를 일시 중지하고, 성형 된 입자를 크기별로 분류하는 선별단계를 거친다.

선별은 용기 밖으로 세라믹 볼들을 빼내어 별도의 채로 쳐서 할 수 있으며, 후술하는 본 발명의 제조장치에서 제공되는 용기 내에 탈부착 가능한 선별채(600)를 이용할 수도 있다. 이러한 선별과정 중간에 채에 걸러진 크기별 입자는 일종의 상기 시드 역할을 하게 되는 것으로 선별된 크기별 입자는 다시 용기에 투입되어 성형과정을 거쳐 지름 5㎜까지 키워나간다.

상기 선별과정을 거치는 경우 실질적으로 수개의 용기를 필요로 하게 된다. 선별을 통해 필요한 크기의 입자만을 골라내어 이용할 수 있지만 나머지 입자들도 다시 개별 용기에 넣고 성형과정을 거치면 개별 용기마다 크기가 일정한 입자들이 생성되게 되므로 더욱 효율적으로 다량의 세라믹 볼을 제조할 수 있다. 또한, 선별 후에 새로운 용기에 투입되므로 기존 용기의 내벽(120)에 달라붙은 세라믹 입자의 방해를 덜 받게 되어 더욱 효율적으로 진구형의 세라믹 볼의 생산이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 또 다른 제조방법으로서, 상기 성형단계에서 재료의 축차 투입전에 일시적으로 승온시키는 것을 반복하여 세라믹 분말을 원하는 크기의 볼 형태로 키워가는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법이 제공된다.

세라믹 분말들이 일단 뭉쳐 입자 내지 시드를 이루게 되면 이후에 이러한 시드를 중심으로 나머지 세라믹 분말들이 부착되게 된다. 이러한 과정을 거쳐 적층면을 갖는 세라믹 볼에서 층마다 회전에 의한 충격 및 재료의 특성상 계면이 갈라지거나 일부 부서지는 경우가 생길 수 있다.

본 발명은 이로 인하여 전체적인 세라믹 볼의 진구형 오차가 커지고 강도가 약해지는 점으 극복하기 위하여 세라믹 분말과 물, 결합제등을 축차로 추가 투입함에 있어서 투입시점전에 일시적으로 가열하는 방법을 제공한다. 이로 인하여 추가 층이 형성되기 전에 세라믹 분말의 각 계면이 열을 받게 되면, 형성된 세라믹 분말층이 단단해지며 계면 상의 갈라짐이나 부서짐 현상이 완화되어 전체적인 세라믹 볼의 강도가 향상된다. 가열하는 방법은 용기를 가열함으로써 간접적으로 열을 전 달하거나 열풍 등을 직접 재료에 불어넣는 방법이 가능하나 이에 한하지 않는다.

가열과정이 추가된 지름 5㎜의 세라믹 볼의 제조방법의 순서를 도1에 도시하였다. 세라믹 볼 제조를 위한 시드를 용기에 투입할지를 선택할 수 있다. 시드의 투입 뒤에 1차로 용기 내 재료를 투입하고 회전시켜 2㎜의 입자를 형성한다. 이후 열풍을 불어 100℃까지 가열하며 회전시킨 후 다시 상온으로 냉각한다. 형성된 입자들 중 2㎜ 이상 입자를 채로 선별하여 새로운 용기에 투입하고 (선별과정은 택일적이다) 2차로 용기 내에 재료를 투입하고 회전시켜 5㎜ 입자를 형성한다. 이후 열풍을 불어 형성된 입자를 100℃로 가열한 후 냉각시킨다.

상기와 같이 재료의 축차 투입 직전에 열을 가함으로써 계면의 갈라짐을 완화하고 강도를 높일 뿐 아니라 원하는 크기의 세라믹 볼이 완성된 후에도 마찬가지로 열을 가함으로써 성형단계 이후의 건조과정을 일부 대신함으로써 건조과정을 단축할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 또 다른 제조방법으로서, 재료가 회전되는 용기의 내벽(120)이 거칠게 처리된 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법이 제공된다. 세라믹 분말을 회전방식에 의해 볼로 성형시에 분말이 물, 결합제 등과 함께 용기의 내벽(120)에 들러붙게 되는 것을 피할 수 없으며 이는 점도가 높은 황토 등이 함유된 세라믹 분말에서는 성형의 효율 측면에서 매우 불리하다. 본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위하여 용기 내벽(120)을 거칠게 처리함으로써 세라믹 분말 덩어리가 들러붙는 것을 막고 동시에 형성된 세라믹 볼에 마찰 정도를 높여 더욱 견고 한 세라믹 볼이 형성되도록 한다.

거칠기가 약하며 재료가 들러붙는 것을 막을 수 없고 거칠기가 강하면 오히려 세라믹 분말의 뭉치가 깨지며 볼 형태로 성형 되는 것을 저해하게 된다. 용기 내벽(120)의 거칠기는 재료의 점도, 성형하고자 하는 볼의 크기와 강도에 따라 달리할 수 있으며, 일반적으로 지름 5mm의 황토 세라믹 볼을 성형하는 경우 내벽(120)의 표면 거칠기(조도)는 Ra 0.3 ~ 1.2mm 인것이 적당하다.

본 발명은 상기 회전에 의한 세라믹 볼의 제조를 위한 제조장치를 제공한다. 제조장치는 세라믹 분말이 투입되는 투입구(110), 물, 결합제 등이 분사되는 노즐(130)이 구비된 회전용기(100);와 상기 회전용기(100)의 회전축(A-A) 경사를 조정하는 경사조절부(200)를 포함하며, 상기 회전용기(100)는 내벽(120)은 다면으로 형성되어 있고 표면이 거칠게 처리되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 회전용기(100)는 회전할 수 있는 형상이면 원기둥, 다각기둥, 구 등 어느 형태이든 가능하다. 회전용기(100)는 모터(300)와 연결되어 제어부의 제어에 따라 회전속도가 조정되며 용기에 구비된 투입구(110) 및 노즐(130)을 통해 세라믹 분말, 물, 결합제 등 재료가 투입된다. 회전체의 재질은 일반 철, 플라스틱, FRP, 스테인리스 등이며 이에 국한되지 않는다.

본 발명에 따른 세라믹 볼의 제조장치는 특히 회전용기(100)의 내부가 다면으로 형성되어 있어 성형중의 세라믹 볼이 부딪치는 횟수를 늘려 강도가 높은 세라 믹 볼을 얻을 수 있다.

또한 도3에 도시된 바와 같이 회전용기(100) 내벽(120) 표면을 거칠게 처리하여 마찰력을 높여 세라믹 분말이 용기의 내벽(120)에 들러붙는 것을 완화하게 되며 세라믹 볼의 강도를 높인다. 본 발명에서는 회전용기(100) 내벽(120)의 거칠기를 주기 위하여 표면에 세라믹, 우레탄, 시멘트 처리를 할 수 있으며 특정 거칠기나 재료에 국한되지 아니한다.

회전용기(100)에는 세라믹 분말을 투입하기 위한 투입구(110)가 구비되어 있고 투입구(110)를 통해 성형 과정 중에 점도나 뭉침, 크기 등을 확인할 수 있다. 또한, 물, 결합제 등이 분사될 수 있는 노즐(130)이 구비되어 있다.

경사조절은 수동에 의하여도 가능하나 본 발명에 따른 제조장치에는 회전용기(100)에는 회전축(A-A)의 경사를 조절할 수 있는 경사조절부(200)가 구비되어 있어서 용기의 기울기를 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 세라믹 볼 제조장치에는 상기 회전용기(100) 내부를 가열하는 가열부(400)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다. 가열부(400)는 회전용기(100) 자체에 열선등을 깔아 직접가열을 하는 방법, 온풍을 불어 넣어 간접적으로 가열하는 방법 등이 있으면 도 2에는 후자의 방법이 도시되어 있다. 가열부(400)와 더불어 분진흡입구(500)가 추가로 구비될 수 있으며, 분진흡입구(500)는 제조시 발생하는 분진을 흡입할 뿐만 아니라 필요하면 내부의 뜨거운 공기를 흡입하는 냉각기능을 가지게 되어 가열부(400)와 함께 재료의 가열, 냉각 기능을 수행한다.

본 발명에 따른 또 다른 세라믹 볼 제조장치에는 성형 된 볼을 크기별로 선별하기 위하여 회전용기(100)에 착탈되는 선별채(600)가 구비된 것을 특징으로 한다. 회전에 의한 세라믹 볼의 제조시 선별과정을 거치면 입도 분포를 우수하여 효율적인 제조가 가능함을 상술하였다.

선별과정은 제조중에 용기에서 세라믹 볼을 빼 넣어 별도로 수동, 자동으로 선별을 할 수 있으나 본 발명은 세라믹 볼을 모두 빼 내지 않고 용기의 투입구(110)에 선별채(600)를 착탈 가능하게 구비한다.

성형과정의 중간에 선별이 필요한 경우에 용기의 경사조절부(200)를 이용하여 용기를 기울이면 용기 투입구(110)의에 장착된 선별채(600)를 통해 1차 선별이 이루어진다. 이때에 용기를 회전시키거나 진동을 가하면 선별이 더욱 효율적이다. 또한, 한번에 선별을 하지 않고 선별채(600)의 직경을 달리하여 여러 번 선별과정을 거치면 다양한 크기별로 세라믹 볼을 선별할 수 있으므로 효율적이다.

다음은 본 발명에 따른 제조 장치와 제조 방법을 이용한 세라믹 볼의 제조과정의 실시예이다.

<실시예 1>

하기 표1의 배합비율을 가진 세라믹 분말과 결합제(PVA)를 이용하여 세라믹 볼을 제조한다.

성분	배합비율(중량%)
맥반석	20
견운모	25
토르말린	10
칼슘 산화물 항균제	20
장석	10
이산화티탄	2
점토	8
PVA	5
총량	100

세라믹 분말(PVA 제외) 500 g을 회전드럼에 넣고 회전용기(100)의 회전축(A-A) 각도는 20°, 회전속도 20 rpm으로 회전시키면서 PVA(구라레이사, 일본)과 분말 총 중량 10% 중량의 물을 노즐(130)을 통해 10 m/s의 유속으로 분사하여 지름 1㎜ 까지 키운다. 다시 세라믹 분말 500 g을 투입하며 회전용기(100)의 회전축(A-A) 각도는 10°, 회전속도 250 rpm으로 회전시키면서 물과 PVA를 분사하여 세라믹 볼이 지름 5㎜까지 성형하였다.

성형이 완료된 세라믹 볼은 표2와 같은 입도 분포를 보였다.

지름	5㎜ 이상	5 ~ 3㎜	3㎜ 이하
최종 % 중량	48%	31	21

지름 5㎜ 이상 세라믹 볼을 80℃에서 12시간 건조한 후, 1100℃에서 15시간 동안 소성시켰다.

<실시예 2>

실시예1과 동일한 재료를 이용하여 지름 5㎜의 세라믹 볼을 제조한다.

지름 1mm의 시드를 세라믹 분말(PVA 제외) 500 g과 함께 회전드럼에 넣고 회전용기(100)의 회전축(A-A) 각도는 10°, 회전속도 250 rpm으로 회전시키면서 물과 PVA를 분사하여 세라믹 볼이 지름 5㎜까지 성형하였다.

성형이 완료된 세라믹 볼은 표4와 같은 입도 분포를 보였다.

지름	5㎜ 이상	5 ~ 3㎜	3㎜ 이하
최종 % 중량	87%	9	4

상기 표3에서 보이듯이 시드로 인하여 최종 성형 된 세라믹 볼의 입도 분포가 크게 개선되었다.

<실시예 3>

실시예1과 동일한 재료를 이용하여 지름 5㎜의 세라믹 볼을 제조한다.

세라믹 분말(PVA 제외) 500g을 회전드럼에 넣고 회전용기(100)의 회전축(A-A) 각도는 20°, 회전속도 20 rpm으로 회전시키면서 PVA(구라레이사, 일본)과 분말 총 중량 10% 중량의 물을 노즐(130)을 통해 10m/s의 유속으로 분사하여 지름 1㎜까지 키운다.

회전용기(100)에 1.5㎜ 크기의 선별채(600)를 장착하고 선별하여 약 0.5 내지 1㎜의 세라믹 볼(시드)을 선별한다. 이후, 선별된 시드를 세라믹 분말 500g과 함께 투입하며 회전용기(100)의 회전축(A-A) 각도는 10°, 회전속도 250 rpm으로 회전시키면서 물과 PVA를 분사하여 세라믹 볼이 지름 5㎜까지 성형하였다.

성형이 완료된 세라믹 볼은 표5와 같은 입도 분포를 보였다.

지름	5㎜ 이상	5 ~ 3㎜	3㎜ 이하
최종 % 중량	81%	12	7

상기 표4에서 보이듯이 선별과정으로 인하여 최종 성형 된 세라믹 볼의 입도 분포가 크게 개선되었다.

<실시예 4>

실시예1과 동일한 재료를 이용하여 지름 5㎜의 세라믹 볼을 제조한다.

세라믹 분말(PVA 제외) 500g을 회전드럼에 넣고 회전용기(100)의 회전축(A-A) 각도는 20°, 회전속도 20 rpm으로 회전시키면서 PVA(구라레이사, 일본)과 분말 총 중량 10% 중량의 물을 노즐(130)을 통해 10m/s의 유속으로 분사하여 지름 1㎜까지 키운다.

이후 가열부(400)를 통해 온풍을 불어 넣어 용기 내부의 온도를 100℃까지 상승시킨 후 상온으로 냉각시키며 회전한다.

다시 세라믹 분말 500g을 투입하며 회전용기(100)의 회전축(A-A) 각도는 10°, 회전속도 250 rpm으로 회전시키면서 물과 PVA를 분사하여 세라믹 볼이 지름 5㎜까지 성형하였다.

성형이 완료된 세라믹 볼과 실시예1의 세라믹 볼을 세라믹 볼의 강도 측정기계(제품명:만능재료시험기)를 이용하여 강도를 측정한 결과는 표5와 같다.

	실시예1	실시예4
강도(kgf)	23.4	41.8

가열, 냉각과정을 거침으로써 최종 성형 된 세라믹 볼의 강도가 크게 향상되었다.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법의 순서도의 예

도 2는 본 발명에 따른 제조장치의 사시도

도 3은 도 2의 제조장치의 내부 단면도

도 4는 도 2의 제조장치의 선별채(600) 탈부착 모습

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

100: 회전용기 110: 투입구

120: 내벽 130: 분사노즐

200: 경사조절부 300: 모터

400: 가열부 500: 분진흡입구

600: 선별채

Claims (10)

1. 재료의 회전에 의해 세라믹 볼을 제조하는 방법으로,

   (a) 세라믹 분말과 물, 결합제를 축차로 용기에 투입하면서 회전시켜 세라믹 분말을 원하는 크기의 볼 형태로 키워가는 성형단계;

   (b) 상기 성형 된 볼을 건조하는 건조단계;

   (c) 상기 건조된 볼을 가열하는 소성단계;를 포함하며,

   상기 성형단계에서 용기의 내부가 거칠게 처리된 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 성형단계 이전에 용기에 세라믹 분말이 부착되는 시드가 먼저 투입되는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 성형단계 후에 성형 된 볼을 크기별로 선별하고, 선별된 크기별 볼을 별도의 용기에 각각 넣은 뒤 다시 상기 성형단계를 거치는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 성형단계에서 재료의 축차 투입전에 일시적으로 상기 용기내부를 승온시키는 것을 반복하여 세라믹 분말을 원하는 크기의 볼 형태로 키워가는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 성형단계에서 재료의 축차 투입전에 일시적으로 상기 용기내부를 승온시키는 것을 반복하여 세라믹 분말을 원하는 크기의 볼 형태로 키워가는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 세라믹 분말을 회전에 의해 볼 형태로 성형하는 세라믹 볼의 제조장치에 있어서,

   세라믹 분말이 투입되는 투입구(110), 물, 결합제가 분사되는 노즐(130)이 구비된 회전용기(100);와 상기 회전용기(100)의 회전축 경사를 조정하는 경사조절부(200)를 포함하며;

   상기 회전용기(100)는 내벽(120)은 다면으로 형성되어 있고 표면이 거칠게 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 회전용기(100) 내부를 가열하는 가열부(400)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조장치.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    성형된 볼을 크기별로 선별하기 위하여 상기 회전용기(100) 투입구(110)에 착탈되는 선별채(600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조장치.

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