KR100954354B1 - 세라믹 피드스탁 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 피드스탁 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명 세라믹 피드스탁 제조방법은, a) 용매에 입경이 0.1 내지 1μm인 세라믹 분말과 표면개질제를 첨가하고 혼합 교반 하는 단계와, b) 왁스와 바인더에 지방산을 혼합하여 균질기로 유화시키는 단계와, c) 상기 b) 단계에서 유화된 왁스와 바인더를 상기 a) 단계의 결과물에 첨가하고, 분산제를 첨가하여 혼합교반하는 단계와, d) 상기 c) 단계의 결과물을 건조시켜 상기 세라믹 분말의 표면에 상기 왁스와 바인더가 코팅된 세라믹 피드스탁을 획득하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명 세라믹 피드스탁은, 입경이 0.1 내지 1μm인 세라믹 분말과, 상기 세라믹 분말의 표면에 코팅된 왁스 및 바인더 코팅층을 포함한다. 이와 같은 구성의 본 발명은 세라믹 분말을 상온의 용매에서 바인더 및 왁스로 코팅하고, 그 용매를 제거하여, 세라믹 분말의 표면에 바인더 및 왁스 코팅층을 형성하여, 구상화된 분말상의 세라믹 피드스탁을 획득할 수 있어, 그 제조공정이 단순화되며, 사출제품을 제조할 때 세라믹 분말의 균일한 분포가 가능하여, 사출제품의 전체적인 강도의 균일도를 높이고, 표면의 균질성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

세라믹, 피드스탁, 분말

Description

세라믹 피드스탁 및 그 제조방법{Ceramics feed-stock and manufacturing method thereof}

본 발명은 세라믹 피드스탁 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보다 균일한 세라믹 사출 제품을 성형하는데 적당한 세라믹 피드스탁 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 세라믹을 이용한 사출 제품은 세라믹 분말과 바인더가 혼합된 세라믹 피드스탁을 원료로 사출기에서 사출 성형하여 제조한다. 종래 세라믹 피드스탁은 세라믹 분말을 용융된 바인더에 혼합하고, 그 혼합물을 식혀 괴상으로 제조한 후, 이를 칩으로 연신 분할하여 제조한다.

그러나, 세라믹과 용융된 바인더의 비중차이에 의하여 상기 세라믹이 바인더에 고르게 분산되기가 어렵고, 특히 용융된 바인더를 냉각시켜 괴상으로 만들 때 그 세라믹이 바인더의 하부에 집중되거나, 그 바인더 내에서 응집 현상이 일어날 수 있다.

이와 같이 바인더의 일부에 세라믹 분말이 집중되거나, 응집에 의하여 덩어리 상태로 존재하는 경우에는, 이를 이용하여 사출제품을 형성하더라도 고른 세라믹의 분포를 얻을 수 없기 때문에 강도가 저하되고, 표면이 거칠게 성형되기 때문에 완성품의 질이 저하되며, 수율 또한 저하되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 세라믹 분말이 응집 없이 고르게 분포하는 세라믹 피드스탁 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 종래와 같이 바인더의 용융과정 없이 세라믹 피드스탁을 제조하여 제조공정을 보다 단순화할 수 있는 세라믹 피드스탁 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 세라믹 피드스탁 제조방법은, a) 용매에 입경이 0.1 내지 1μm인 세라믹 분말과 표면개질제를 첨가하고 혼합 교반 하는 단계와, b) 왁스와 바인더에 지방산을 혼합하여 균질기로 유화시키는 단계와, c) 상기 b) 단계에서 유화된 왁스와 바인더를 상기 a) 단계의 결과물에 첨가하고, 분산제를 첨가하여 혼합교반하는 단계와, d) 상기 c) 단계의 결과물을 건조시켜 상기 세라믹 분말의 표면에 상기 왁스와 바인더가 코팅된 세라믹 피드스탁을 획득하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명 세라믹 피드스탁은, 입경이 0.1 내지 1μm인 세라믹 분말과, 상기 세라믹 분말의 표면에 코팅된 왁스 및 바인더 코팅층을 포함한다.

본 발명은 세라믹 분말을 상온의 용매에서 바인더 및 왁스로 코팅하고, 그 용매를 제거하여, 세라믹 분말의 표면에 바인더 및 왁스 코팅층을 형성하여, 분말상의 세라믹 피드스탁을 획득할 수 있어, 그 제조공정이 단순화되며, 사출제품을 제조할 때 세라믹 분말의 균일한 분포가 가능하여, 제품의 수율을 높일 수 있으며, 사출제품의 전체적인 강도의 균일도를 높이고, 표면의 균질성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 세라믹 피드스탁 및 그 제조방법의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 세라믹 피드스탁 제조방법의 바람직한 실시예에 따른 제조공정 순서도이다.

도 1을 참조하면 본 발명 세라믹 피드스탁 제조방법은, 용매에 세라믹 분말과 표면개질제를 첨가하고 혼합 교반 하는 단계(S110)와, 왁스와 바인더에 지방산을 혼합하여 균질기로 유화시키는 단계(S120)와, 상기 유화된 왁스와 바인더를 상기 S110단계의 결과물에 혼합하고, 분산제를 첨가하고 혼합교반하여 상기 세라믹 분말의 표면에 왁스와 바인더를 코팅하는 단계(S130)와, 상기 왁스와 바인더가 코팅된 세라믹 분말을 건조시켜 세라믹 분말의 표면에 왁스와 바인더가 코팅된 세라믹 피드스탁을 획득하는 단계(S140)를 포함한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 세라믹 피드스탁 제조방법의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.

먼저, S110단계와 같이 용매에 세라믹 분말과 표면개질제를 첨가한다.

상기 용매는 물 또는 알코올을 사용할 수 있으며, 세라믹 분말은 0.1 내지 1μm 입경의 지르코니아, 탄화규소, 질화규소, 알루미나 등의 엔지니어링 세라믹스를 사용할 수 있다.

상기 표면개질제는 스테아린산을 사용한다.

상기 용매와 세라믹 분말의 혼합비는 용매 10 내지 90wt%에 세라믹 분말 90 내지 10wt%가 혼합됨이 바람직하다.

용매의 양이 60wt%를 초과하는 경우 세라믹 분말의 분산에는 용이하나, 이후의 공정에서 그 용매를 모두 제거해야 하기 때문에 적당한 양을 사용한다. 용매가 40wt% 미만인 경우에는 분산이 잘 이루어지지 않을 수 있다.

상기 표면개질제의 첨가량은 상기 세라믹 분말 90 내지 99wt%에 대하여 1 내지 10wt%가 혼합됨이 바람직하다. 이와 같이 표면개질제에 의해 상기 세라믹 분말은 더욱 분산이 용이하게 되며, 이후의 코팅 과정에서 코팅이 균일하게 이루어질 수 있게 된다.

상기 표면개질제인 스테아린산은 용매에 잘 녹지 않기 때문에 충분하게 혼합 교반하여 그 세라믹 분말의 표면을 개질시킨다.

그 다음, S120단계에서는 상기 S110단계와는 별도로, 왁스와 바인더를 유화 처리한다.

상기 유화 처리는 왁스 40 내지 60wt%와 바인더 60 내지 40wt% 혼합물에 유화제로서 지방산을 첨가하고 균질기를 이용하여 고속혼합하여 그 왁스와 바인더의 계면을 활성화하여, 코팅제를 획득한다. 상기 바인더는 PE, PP, PS 등을 사용할 수 있다.

상기 지방산은 왁스와 바인더의 혼합물 65 내지 75wt%에 대하여 25 내지 35wt%를 첨가한다.

그 다음, S130단계와 같이 상기 S110단계의 결과물에 S120단계의 결과물을 혼합한다.

이때, 상기 S120단계의 결과물인 유화된 왁스와 바인더는, 상기 세라믹 분말 80 내지 90wt%에 대하여 10 내지 20wt%를 혼합한다.

상기와 같이 유화된 왁스와 바인더를 상기 표면이 개질된 세라믹 분말이 분산된 용매에 혼합한 후, 분산제를 혼합한다.

상기 분산제로는 PVB(PolyVinyl Butyral), PVP(PolyVinyl Pyrrolidone), PVA(PolyVinyl Acetate) 또는 PEG(Poly Ethylene Glycol)를 사용할 수 있으며, 그 분산제의 첨가량은 상기 세라믹 분말 99 내지 99.9wt%에 대하여 0.1 내지 1wt%를 혼합한다.

그 다음, 상기 분산제의 첨가 후 충분히 교반하여 그 세라믹 분말의 표면에 상기 유화된 왁스와 바인더가 코팅될 수 있도록 한다.

상기 왁스와 바인더가 코팅된 세라믹 분말의 입경은 20 내지 150μm가 된다.

상기 S110단계부터 S130단계의 공정은 상온에서 이루어지며, S140단계에서는 상기 용매를 스프레이 건조방식을 이용하여 건조함으로써, 입경이 0.1 내지 1μm인 세라믹 분말의 표면에 상기 왁스와 바인더가 코팅된 입경이 20 내지 150μm 인 구상화된 분말상의 세라믹 피드스탁을 획득할 수 있게 된다.

이와 같이 획득된 본 발명에 따른 세라믹 피드스탁은 세라믹 분말과 바인더 및 왁스가 일정한 비율로 포함되어 있으며, 이를 이용하여 사출 제품을 형성하는 과정에서도 세라믹 간의 응집 또는 특정 위치에 세라믹이 집중되는 현상을 방지할 수 있어, 수율을 높이고, 사출 제품의 전체에서 고른 경도를 나타내며, 표면이 균일한 제품을 쉽게 만들 수 있게 된다.

상기 S120단계의 설명에서 왁스와 수지에 지방산을 첨가하여 유화하는 과정을 설명하였으나, 왁스와 수지를 질산, 황산 또는 염산 등의 산에 녹인 후 지방산을 첨가하여 유화시키는 것도 가능하다.

상기 산은 60% 농도의 것을 사용하며, 왁스와 수지 혼합물에 대하여 동일한 부피의 산을 사용할 수 있다.

이하에서는 보다 구체적인 제조예를 설명한다.

<제조예>

도 2는 본 발명에 따른 세라믹 피드스탁의 구체적인 제조예를 나타낸 순서도이다.

도 2를 참조하면 본 발명에 따른 세라믹 피드스탁의 구체적인 제조예는, 먼저, S210단계와 같이 물 100g에 입경이 0.1μm인 지르코니아 분말 100g을 혼합하고, 표면개질제인 스테아린산 3g을 첨가하고 그 지르코니아 분말이 충분히 분산되도록 상온에서 교반한다.

그 다음, 상기 S210단계와는 별도로 S220단계에서는, 13g씩의 왁스와 바인더인 PE를 60%농도의 질산에 녹인다. 이때 왁스와 바인더의 부피와 상기 질산의 부피는 동일하게 한다.

그 다음, 상기 질산에 지방산 11g을 첨가하고, 균질기로 유화한다.

그 다음, S230단계에서는 상기 S210단계의 결과물에 S220단계의 결과물을 혼합하고, 분산제로서 PVP를 1g 첨가하고, 상온에서 교반한다. 이와 같은 교반에 의해 상기 물에서 분산된 지르코니아 분말의 표면은 상기 왁스와 PE에 의해 코팅된다.

그 다음, S240단계에서는 상기 S230단계의 결과물을 건조시켜, 입경이 0.1μm인 지르코니아 분말의 표면에 두께가 20μm인 왁스 및 PE 코팅층이 형성된 세라믹 피드스탁 분말을 획득할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세라믹 피드스탁의 제조공정 순서도이다.

도 2는 본 발명의 구체적인 제조예에 따른 세라믹 피드스탁의 제조공정 순서도이다.

Claims (8)

1. a) 용매에 입경이 0.1 내지 1μm인 세라믹 분말과 표면개질제를 첨가하고 혼합 교반 하는 단계;

   b) 왁스와 바인더에 지방산을 혼합하여 균질기로 유화시키는 단계;

   c) 상기 b) 단계에서 유화된 왁스와 바인더를 상기 a) 단계의 결과물에 첨가하고, 분산제를 첨가하여 혼합교반하는 단계; 및

   d) 상기 c) 단계의 결과물을 건조시켜 상기 세라믹 분말의 표면에 상기 왁스와 바인더가 코팅된 세라믹 피드스탁을 획득하는 단계를 포함하는 세라믹 피드스탁 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 용매는 물 또는 알코올이며, 그 용매 10 내지 90wt%에 상기 세라믹 분말 10 내지 90wt%를 혼합하고,

   상기 표면개질제는 상기 세라믹 분말 90 내지 99wt%에 1 내지 10wt%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 세라믹 피드스탁 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   b) 단계는,

   상기 왁스와 바인더를 산에 용해시킨 후, 지방산을 혼합하여 유화시키는 것을 특징으로 하는 세라믹 피드스탁 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 왁스 40 내지 60wt%에 대하여, 바인더를 40 내지 60wt%로 혼합하며, 상기 산은 왁스와 바인더의 부피와 동일한 부피로 하고, 상기 지방산은 상기 왁스와 바인더의 혼합물 65 내지 75wt%에 대하여 25 내지 35wt%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 세라믹 피드스탁 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유화된 왁스와 바인더는, 상기 세라믹 분말 80 내지 90wt%에 대하여 10 내지 20wt% 혼합하는 것을 특징으로 하는 세라믹 피드스탁 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 분산제는 PVB(PolyVinyl Butyral), PVP(PolyVinyl Pyrrolidone), PVA(PolyVinyl Acetate) 또는 PEG(Poly Ethylene Glycol)를 상기 세라믹 분말 99 내지 99.9wt%에 대하여 0.1 내지 1wt%를 사용하는 것을 특징으로 하는 세라믹 피드스탁 제조방법.
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