KR100976210B1 - 인덕션히터용 내열용기 및 인덕션히터용 내열용기의 제조방법 - Google Patents

인덕션히터용 내열용기 및 인덕션히터용 내열용기의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인덕션히터용 내열용기 및 인덕션히터용 내열용기의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 선열팽창계수가 낮은 코디어라이트 샤모트를 포함하여 본체를 구성하므로, 내열용기 겉보기 기공율을 10%~15%로 일정하게 유지되므로, 용기 본체에 흡수된 수분이나 Na 이온 등이 쉽게 방출되어 균열이나 박리의 발생을 방지하고 인덕션히터용 내열용기의 밑면에 형성된 발열체인 은박막층의 산화가 방지되는 인덕션히터용 내열용기 및 인덕션히터용 내열용기의 제조방법에 관한 것이다.

Description

인덕션히터용 내열용기 및 인덕션히터용 내열용기의 제조방법{Ceramic Flameware for an Induction Heater and Method of manufacturing the same}
본 발명은 인덕션히터용 내열용기 및 인덕션히터용 내열용기의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 페탈라이트를 주원료로 구성하고 여기에 팽창계수가 페탈라이트 다음으로 낮은 코디어라이트 샤모트(Cordierite chamotte)를 첨가하여 본체를 구성하므로, 내열용기 겉보기 기공율을 10%~15%로 일정하게 유지할 수 있게 되어, 용기 본체에 흡수된 수분(조리수)이나 Na 이온 등이 쉽게 방출되어 균열이나 박리의 발생을 방지하고 내열용기의 밑면에 형성된 발열체인 박막층의 산화를 방지할 수 있는 인덕션히터용 내열용기 및 인덕션히터용 내열용기의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 인덕션히터는 전원을 공급받아 고전압이 인가되어 자장을 발생하기 위한 코일이 내장되어 있으며, 이러한 인덕션히터는 코일에 고전압이 인가되면 자장이 유도되고, 이 자장이 미치는 영역에 있는 금속체가 가열되는 원리를 이용한 것이다.
이러한 인덕션히터는 불꽃이나 유해가스 등이 발생하지 않기 때문에 화재의 위험성이 없으며, 가스를 열원으로 사용할 시 필연적으로 발생하는 일산화탄소의 발생이 없고, 실내 산소의 소모가 적어 쾌적한 실내를 유지할 수 있는 친환경적인 특징이 있다. 또한 인덕션히터는 용기를 가열하는 도중에 그릴에 손이 닿아도 화상의 우려가 없으며 불꽃이 없기 때문에 화재 및 폭발의 위험성이 없으며 전원이 공급된 상태에서 그릴에 신체부위가 접촉되어도 화상을 입지 않는 장점을 지니고 있어 최근 많이 사용하고 있는 추세이다.
그러나 이러한 인덕션히터에서 사용하기 위해서는 사용될 용기가 인덕션히터에서 발생하는 자장에 의해 자기 유도되어야 하므로, 그릴에 닿는 부분인 용기의 바닥면이 금속으로 이루어져야 한다. 즉 조리용기의 바닥면이 발열을 일으킬 수 있는 금속체로 이루어져야 한다.
따라서, 인덕션히터에서 사용되는 용기는 석기 및 도자기와 같은 재질로 용기 본체가 이루어진 경우 용기 본체의 바닥면에 발열체로서 금속판이 부착되어지는 형태로 이루어진다.
종래에는, 인덕션히터용 용기의 본체로서 LAS(Li2O-Al2O3-SiO2)계 세라믹스인 유크립타이트(Eucryptite, Li2O-Al2O3-2SiO2), 스포듀민(spodumene, LiAlSi2O6), 페탈라이트(Petalite, LiAlSi4O10) 또는 코디어라이트(cordierite, (Mg, Fe)2Al4Si5O18))계 세라믹스를 사용하여 왔다. 이때 기공율을 낮게 하여, 용기 본체를 치밀하게 함으로서 열전도율을 증대시켜 조리시간을 단축시키고, 동시에 소지 조직이 치밀하게 되어 용기 본체의 강도를 높이게 되는 효과가 있어, 종래부터 용기의 기공율을 낮게 하는 것을 희망해왔다.
그러나, 실제로 겉보기 기공율을 0%으로 하는 것은 불가능하며, 기공률이 0%이 되지 않는 한 조리수 등이 용기 본체의 기공속으로 들어가는 것을 방지하는 것은 불가능하고, 또한 한번 기공속으로 들어간 조리수들은 기공율이 낮을수록 방출 속도가 늦기 때문에 용기 본체의 기공이 오염되어 냄새가 나고, 용기를 비어 있는 채로 용기만을 가열시키는 경우 용기 본체의 기공속에 스며든 조리수 등은 아미노산 등을 함유하고 있어 가열시 Na 이온에 의해 Na 염의 결정을 생성하고, 결정화과정에서 체적 팽창이 일어나 소지의 파괴와 유약층의 균열과 박리의 원인이 된다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은, 인덕션히터의 급격한 가열에 의한 열 충격에 사용될 수 있는 내열세라믹 용기이면서, 용기 본체에 스며든 조리수 등이 쉽게 방출되어 빠르게 건조되므로 용기 본체의 오염을 방지하고, 유약층의 균열이나 박리가 일어나지 않는 인덕션히터용 내열용기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 가열중 은박막층의 균열 및 산화를 방지할 수 있는 인덕션히터용 내열용기의 제조방법을 제공하는 것이다.
제1항에 기재된 발명은, 인덕션히터용 내열용기이고, 페탈라이트(petalite) 40~70중량%, 점토 20~30중량% 및 코디어라이트 샤모트(cordierite chamotte) 10~30중량%을 포함하는 소지 조성물로 소성된 소지를 내열용기 본체로 한다.
제1항에 기재된 인덕션히터용 내열용기에 의하면, 열팽창계수가 낮은 코디어라이트질 샤모트를 포함하여, 소성온도, 용기의 크기 및 용기의 중량에 관계없이 내열용기의 겉보기 기공율이 10% 이상으로 크고 일정하게 형성되므로, 기공속으로 흡수된 조리수분이나 Na 이온 등이 방출이 쉽게 되어 Na염의 결정화를 억제시켜 빈 용기 상태에서 가열할 경우에도 용기자체에 균열이 발생하지 않고, 용기 본체 내부에 함유된 수분을 조기에 증발시켜 박막층의 산화를 방지하는 효과가 있다.
제2항에 기재된 발명은, 제1항에 기재된 인덕션히터용 내열용기이고, 내열용기 소지에 유약을 시유하여 형성된 유약층을 포함하고, 유약은 페탈라이트 50~79중량%, 탄산바륨(BaCO3) 0.01~5중량%, 산화아연(ZnO) 0.01~5중량%, 석회석(CaCO3) 0.01~5중량%, 점토 10~20중량% 및 착색안료 10~15중량%을 포함한다.
제2항에 기재된 인덕션히터용 내열용기에 의하면, 유약층의 선열팽창계수가 내열식기 소지의 선열팽창계수보다 낮게 되므로, 내열 충격 강도가 용기 본체의 충격 강도보다 향상시킬 수 있어, 물을 붓지 않고 가열해도 유약층이 박리하거나 용기 본체에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제3항에 기재된 발명은, 제2항에 기재된 인덕션히터용 내열용기이고, 유약층 중 내열용기의 밑면에 형성된 유약층의 표면에 형성된 류사이트(leucite)질 프릿(Frit)층, 및 상기 류사이트질 프릿층의 표면에 형성된 은(Silver, Ag)박막층을 더 포함한다.
제3항에 기재된 인덕션히터용 내열용기에 의하면, 류사이트질 프릿층은 유약층과 은박막층 사이에서 소성 중에 조성이 상호확산작용을 하여 유약층과 은박막층의 결합을 촉진하고, 두 재질 사이의 열 팽창율 차이를 완화시키므로 은박막층의 열적내구성을 증대시켜준다.
제4항에 기재된 발명은, 제3항에 기재된 인덕션히터용 내열용기이고, 류사이트질 프릿층의 두께는 20~30㎛이다.
제4항에 기재된 인덕션히터용 내열용기에 의하면, 류사이트질 프릿층의 두께가 20㎛보다 작으면 은박막층(50)과 유약층(30)의 중간재로서 완충효과가 낮으며 30㎛보다 두꺼우면 조성들의 확산이 불완전하게 이루어질 우려가 있고 인쇄가 두꺼울수록 인쇄시 사용하는 용제들의 열분해로 인하여 은박막층의 균열을 발생시킬 수 있기 때문에, 류사이트질 프릿층의 두께가 적당하여 유약층과 은박막층의 중간재 역할을 충분히 하면서도 은박막층의 균열을 발생시키지 않는다.
제5항에 기재된 발명은, 제3항에 기재된 인덕션히터용 내열용기이고, 내열용기의 밑면에 3-10mm 높이의 굽을 더 포함한다.
제5항에 기재된 인덕션히터용 내열용기에 의하면, 내열용기 밑면에 형성된 굽에 의하여 은박막층이 인덕션히터의 표면으로부터 3-10mm 정도 거리가 유지되어 은박막층의 가열 중 균열 및 산화를 방지할 수 있다.그리고 인덕션히터의 표면을 급열급냉으로부터 보호할 수 있다.
제6항에 기재된 발명은, 제3항에 기재된 인덕션히터용 내열용기이고, 유약은 상기 내열용기 본체의 선열팽창계수보다 10-25% 낮은 선열팽창계수를 갖는다.
제6항에 기재된 인덕션히터용 내열용기에 의하면, 유약의 선열팽창계수가 내열용기 본체의 선열팽창계수보다 낮기 때문에 빈 상태로 용기를 가열하여도 균열이 발생하지 않는다.
제7항에 기재된 발명은, 인덕션히터용 내열용기의 제조방법이고, 페탈라이트(petalite) 40~70중량%, 점토 20~30중량% 및 코디어라이트 샤모트(cordierite chamotte) 10~30중량%을 포함하는 소지 조성물을 분쇄하여 제조한 소지를 사용하여 내열용기 소지를 성형하는 단계(S10); 성형된 내열용기 소지를 40-100℃에서 완전건조시킨 후 800~900℃에서 초벌구이 소성하는 단계(S20); 내열용기 소지의 표면에 유약을 시유하여 유약층을 형성하는 단계(S30); 유약층이 형성된 내열용기 본체를 1200℃~1300℃에서 두벌구이 소성하는 단계(S40); 및 소성된 내열용기 본체의 외측 밑면에 은박막을 전사하는 단계(S50); 및 은박막이 전사된 내열용기를 상온에서 건조한 후 800-900℃로 다시 소성하는 단계(S60)를 포함한다.
제7항에 기재된 인덕션히터용 내열용기의 제조방법에 의하면, 페탈라이트를 주원료로 하고 여기에 비교적 열팽창계수가 낮은 코디어라이트질 샤모트를 포함하여, 소성온도, 용기의 크기 및 용기의 중량에 관계없이 내열용기의 겉보기 기공율이 10% 이상으로 크고 일정하게 형성되어, 기공속으로 흡수된 조리수분이나 Na 이온 등이 방출이 쉽게 되어 Na염의 결정화를 억제시켜 빈 용기 상태에서 가열할 경우에도 용기자체에 균열이 발생하지 않고, 용기 본체 내부에 함유된 수분을 조기에 증발시켜 은박막층의 산화를 방지하는 효과가 있다.
제8항에 기재된 발명은, 제7항에 기재된 인덕션히터용 내열용기의 제조방법이고, 유약은 페탈라이트 50~79중량%, 탄산바륨(BaCO3) 0.01~5중량%, 산화아연(ZnO) 0.01~5중량%, 석회석(CaCO3) 0.01~5중량%, 점토 10~20중량% 및 착색안료 10~15중량%을 포함한다.
제8항에 기재된 인덕션히터용 내열용기의 제조방법에 의하면, 유약의 선열팽창계수가 내열식기 소지의 선열팽창계수보다 낮게 되므로, 내열 충격 강도를 향상시킬 수 있어, 물을 붓지 않고 가열해도 유약이 박리하거나 용기 본체에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제9항에 기재된 발명은, 제7항에 기재된 인덕션히터용 내열용기의 제조방법이고, 은박막을 전사하는 단계는 은박막이 인쇄된 전사지를 제조하는 단계; 및 전사지를 내열용기 외측 밑면에 전사하는 단계를 포함한다.
제9항에 기재된 인덕션히터용 내열용기의 제조방법에 의하면, 제조공정이 간단하여 생산설비 비용을 절감할 수 있으며, 은박막을 정교하게 제조할 수 있는 장점이 있다.
제10항에 기재된 발명은, 제9항에 기재된 인덕션히터용 내열용기의 제조방법이고, 전사지를 제조하는 단계는 전사대지 위에 류사이트질 프릿을 인쇄하여 류사이트질 프릿층을 형성하는 단계; 류사이트질 프릿층 위에 은박막을 인쇄하여 은박막층을 형성하는 단계; 은박막층 위에, 착색 안료와 류사이트질 프릿이 15~25 : 85~75로 혼합된 안료를 인쇄하여 착색안료층을 형성하는 단계를 포함한다.
제10항에 기재된 인덕션히터용 내열용기의 제조방법에 의하면, 류사이트질 프릿층이 낮은 선열팽창계수를 갖는 유약층과 높은 선열팽창계수를 갖는 은박막층 사이에서 열팽창차이를 줄여주는 중간재 역할을 함으로서, 사용 중에 발생하는 은박막의 균열이나 산화를 방지할 수 있는 인덕션히터용 내열용기를 제공한다.
제11항에 기재된 발명은, 제10항에 기재된 인덕션히터용 내열용기의 제조방법이고, 은박막층의 두께가 20~50㎛이다.
제11항에 기재된 인덕션히터용 내열용기의 제조방법에 의하면, 은박막의 두께가 20㎛이상이어서 가열속도가 높고, 50㎛ 이하로 설정하여 은박막의 낭비를 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 인덕션히터용 내열용기는 기공율이 10%이상으로 일정하게 유지되어 내열용기 본체의 기공에 스며든 조리수등이 쉽게 방출되어 빠르게 건조되므로 위생적이며, 용기 내부에 아무것도 담지 않고 가열하여도 유약층이나 소지층이 박리나 균열이 발생되지 않은 효과가 있다.
또한, 용기의 외측 밑면에 발열체인 은박막층과 유약층 사이에 중간재를 포함하고 있어 은박막층이 박리나 균열되는 것을 막아준다.
또한, 용기의 밑면에 형성된 일정 높이의 굽으로 인하여 은박막층이 인덕션히터의 표면으로부터 일정 거리 떨어지도록 구성되므로, 가열중 은박막층이 균열 및 산화되는 것이 방지되고, 인덕션히터의 표면의 급열급냉으로부터 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕션히터용 내열용기의 제조방법을 개략적으로 나타낸 플로우이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 인덕션히터용 내열용기의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 인덕션히터용 내열용기의 밑면을 확대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 인덕션히터용 내열용기와 종래 인덕션히터용 내열용기의 소성온도에 따른 겉보기 기공율을 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 인덕션히터표면과 은박막층간 거리에 따른 전류의 변화를 도시한 그래프이다.
이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 인덕션히터용 내열용기는, 페탈라이트(petalite) 40~70중량%, 점토 20~30중량% 및 코디어라이트 샤모트(cordierite chamotte) 10~30중량%을 포함하는 소지 조성물을 볼밀에서 평균입도(D50) 10~12㎛로 분쇄한 후 소지를 제조하여 원하는 형상으로 내열용기 소지(20)를 성형한다(S10).
페탈라이트는 소지(20)의 열팽창율을 낮추어 소지의 내열성을 증대시키며 40중량%보다 적을 때에는 열팽창율이 높아서 내열성 있는 세라믹으로 사용하기 어렵고, 70중량% 보다 많을 때에는 열팽창율이 적합한 유약의 제조가 어렵고 점토와 코디어라이트 샤모트의 함량이 상대적으로 적어져서, 성형능력과 겉보기 기공율이 떨어진다.
점토는, 내열용기의 성형성을 좋게 하여 기본 몸체를 이룰 수 있게 한다. 20중량% 보다 적게 사용되면 용기를 성형하기 어려우며, 30중량% 보다 많이 사용되면 제품의 내열성이 떨어져 품질 저하를 가져온다.
코디어라이트 샤모트는 선열팽창계수가 1.0~2.0 x 10-6/℃이어서,페탈라이트 소지와 거의 비슷하므로 코디어라이트 샤모트를 10~30중량%를 첨가하여 내열용기의 본체를 제조하면 본체 내의 기공이 소성온도, 용기의 크기 및 용기의 중량에 관계없이 겉보기 기공율이 10~15%로 균일하게 유지된다. 10중량% 보다 적게 사용되면 기공율의 균일도가 떨어지며, 30중량%보다 많이 사용되면, 겉보기 기공율이 증가 되여 용기 본체의 강도가 약하게 되어 용기의 밑면(40)을 두껍게 만들어야 하며, 은박막층 역시 두껍게 만들어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제조된 내열용기 소지(20)의 선열팽창계수는 1.0~2.5 x 10-6/℃으로 조정하는 것이 바람직하다. 인덕션히터에서 용기를 빈 상태로 가열하면 직접 유도 가열된 은박막층(50)과 직접 유도되지 않은 용기 밑면(40)의 내부 사이의 온도차가 450℃ 전후의 열구배가 발생하고 있기 때문에 선열팽창계수가 2.5 x 10-6/℃ 이하로 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 용기 본체의 선열팽창계수가 너무 낮은 경우 이에 시유되는 적합한 유약을 찾기 어려우므로, 용기 본체의 선열팽창계수는 1.0 x 10-6/℃ 보다는 큰 것이 바람직하다. 이는 유약의 선열팽창계수가 용기 본체의 선열팽창계수와 같거나 높으면 빈 상태로 용기를 가열하면 균열이 발생하기 쉽기 때문이다. 바람직하게는 유약층(30)의 선열팽창계수는 내열용기 소지(20)의 선열팽창계수보다 10-25%낮게 해야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내열용기 소지의 밑면의 두께는 3~6mm로 한다. 용기 본체의 두께가 지나치게 얇으면 용기로서 강도를 유지할 수 없고, 너무 두꺼우면 열전도성이 나쁘게 되기 때문에 열판, 즉 은박막층(50)의 두께가 두꺼워져 사용 중에 은박막층의 균열이나 박리가 일어나기 쉽다.
상기 제조된 내열용기 소지(20)로 물레성형기계에서 용기를 성형한 후 40~100℃에서 약 3~6시간 동안 완전건조시킨 후 800~900℃에서 초벌구이 소성한다(S20). 이보다 높은 온도에서 소성하면 소지에 흡수율이 낮아져 시유시 유약층이 소지에 흡착이 어렵게 된다. 이 온도보다 낮은 온도에서 소성하면 소지내부에 포함된 유기물질이나 결정수 등이 제거가 되지 않아 두벌구이소성시 유약 면에 핀홀등 결점을 발생시키는 원인이 된다.
상기 제조된 내열용기 소지(20)에 유약을 시유하여 유약층(30)을 형성한다(S30).
유약은 페탈라이트 50~79중량%, 탄산바륨(BaCO3) 0.01~5중량%, 산화아연(ZnO) 0.01~5중량%, 석회석(CaCO3) 0.01~5중량%, 점토 10~20중량% 및 착색안료 10~15중량%을 포함한다.
페탈라이트는 열팽창율을 낮게하므로 내열성을 높여 유약균열을 방지하고 50중량% 보다 적으면 열팽창율이 높아져 유약 균열이 발생하며, 79중량%보다 많으면 유약의 열팽창율이 낮아져 소지의 팽창율 적합성을 찾기가 어렵다. 그리고 유약의 용융상태가 불안정하여 유면이 광택을 잃어버린 불용성 유약이 형성이 된다.
탄산바륨은 강력한 매용제로서 유약의 굴절율을 증대시키고 다른 알카리 원료들과 만나서 유약의 용융을 촉진시키며, 유약면의 조직을 미세결정을 형성시킨 matte유약을 제공한다. 5중량%보다 많으면 유면에 균열이 발생한다.
산화아연(ZnO)은 유약을 소성할 때 일어나는 수축을 감소시키고, 용융온도를 저하시키는 작용을 한다. 5중량% 이상일 때는 유탁효과를 부여하고 다른 착색원료와 만나면 아연스피넬을 형성하여 착색을 방해한다.
석회석(CaCO3)은 유약의 경도를 증가시키며, 점토류와 쉽게반응하며 5중량%이상일 때는 유약의 열팽창율을 증가시키므로 유약에 균열을 발생시키기 쉽다.
점토는 유약의 망목구조를 형성시키는 기본원료 중에 하나로 시유할 때 유동성을 증진시킨다. 10중량% 이하일 때는 유약의 건조 강도가 약하여 시유후 다음공정으로 이동시 유약의 벗겨짐등 불량이 발생하기 쉽다. 많은 량일 때는 유약의 용융을 어렵게하며 유면이 불용성 매트 구조(matte texture)를 만든다.
착색안료는 대부분 스피넬구조로 착색원료들로 합성시킨 것으로 유약속에 분산되여 각각 고유의 색상을 내준다. 10중량% 보다 작으면 색상이 흐리게 되어 원하는 색상을 얻기 어렵다. 너무 과다하면 유약의 용융을 방해한다.
시유 공정은 담금법(dipping method), 흘림법(pouring method), 분무법(sparying method), 도장법(brushing method), 진동법(sifting method), 체적법(dusting method), 휘발법(volatilization method) 등이 있으며, 통상적으로 담금법을 선택하여 유약을 소지표면에 균일한 두께(300-400㎛)로 시유를 하였다.
상기 유약층(30)의 선열팽창계수는 내열용기 소지(20)의 선열팽창계수보다 낮게 제조하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 유약층(30)의 선열팽창계수가 내열용기 소지(20)의 선열팽창계수보다 10~25% 낮게 유약을 조성한다. 유약층(30)의 선열팽창계수가 내열용기 본체(10)를 구성하는 소지(20)의 선열팽창계수보다 크면 유약층에 인장력이 발생하여 소지(20)와 유약층(30)의 적합성이 나빠지고 유약층에 균열이나 박리가 발생하여 열충격저항성이 악화된다. 따라서 유약층(30)의 선열팽창계수를 내열용기 본체(10)를 이루는 소지(20)보다 낮게 하여 유약층(30)에 압축응력이 발생하게 하여 내열충격강도를 높임으로써, 용기 본체(10)를 빈 상태로 가열하여도 유약층(30)이 박리되거나 균열이 발생하지 않는다.
상기 유약층(30)이 형성된 내열용기 본체(10)를 1200℃~1300℃에서 두벌구이 소성한다(S40).
상기 내열용기 본체(10)가 인덕션히터에 사용될 수 있도록 발열체로서 내열용기 본체(10)의 외측 밑면에 은박막층을 전사한다(S50).
상기 은박막층 전사방법은 당해 기술분야의 통상의 기술자가 종래 알려진 방법에 따라 적절하게 선택하여 전사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전사지 기법을 이용한다. 예를 들어 전사대지 위에 류사이트(Leucite)질 프릿(Frit)을 인쇄하여 류사이트질 프릿층(51)을 형성하고, 상기 류사이트질 프릿층(51) 위에 은박막을 인쇄하여 은박막층(50)을 형성하고, 상기 은박막층(50) 위에 안료를 혼합하여 착색안료층(52)을 형성하고, 마지막으로 아크릴 수지로 cover coating을 하여 전사지를 제조한다. 상기 전사지 제조하는 방법의 다른 구체적인 내용은 당해 기술분야에 잘 알려져 있어 그 설명을 생략한다.
상기 제조된 전사지를 내열용기 본체(10)의 밑면(40)에 전사하여 내열용기 본체(10)의 밑면으로부터 차례대로 유약층(30), 류사이트 프릿층(51), 은박막층(50) 및 착색안료층(52)이 형성된다.
상기 류사이트질 프릿층(51)의 선열팽창계수는 9.0 x 10-6/℃ 으로 비교적 크다. 따라서 상기 류사이트질 프릿층(51)은 낮은 열팽창계수를 갖는 유약층(30)과 높은 선열팽착계수(18 x 10-6/℃)를 갖는 은박막층(50) 사이에서 소성중에 이들 조성들이 상호확산작용에 의하여 열팽창의 차이를 줄여주는 중간재 역할을 한다. 따라서 가열시 발생할 수 있는 은박막층의 균열이나 산화를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 류사이트질 프릿층(51)의 두께는 20~30㎛가 바람직하다. 20㎛보다 작으면 은박막층(50)과 유약층(30)의 중간재로서 완충효과가 낮으며 30㎛보다 두꺼우면 조성들의 확산이 불완전하게 이루어질 우려가 있고 인쇄가 두꺼울수록 인쇄시 사용하는 용제들의 열분해로 인하여 은박막층의 균열을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 착색안료층(52)은 착색안료와 류사이트질 프릿을 15~25: 85~75의 중량비로 혼합된 안료를 20~30㎛의 두께로 인쇄하여 이루어진다. 착색 안료층에도 류사이트질 프릿을 혼합하여 열팽창계수의 차이로 인한 은박막층의 균열이나 산화를 방지한다. 안료층이 20㎛ 보다 얇을 때 색상이 밝지 않아서 원하는 색상을 얻을 수 없으며 30㎛보다 두꺼울 때는 안료층의 용융이 어렵게 되여 용융 면이 고르지 못한 결점이 발생한다.
상기 유약층(30)과 전사된 은박막층(50)을 물에 5분정도 담그어 은박박인쇄층이 종이로부터 분리되어 아크릴 수지층으로 옮겨오므로 수지를 본체외측밑면(40) 유약층위에 밀착시킨 후 수분을 스퀴즈 고무로 완전하게 빼낸 후 80℃에서 완전 건조하여 800~900℃에서 소성한다.
상기 은박막층(50)의 두께는 20~50㎛로 하는 것이 바람직하다. 20㎛보다 얇으면 가열속도가 늦어지고 50㎛ 보다 두꺼워도 가열속도는 두께의 증가에 비례하여 크게 향상되지 않으므로, 비경제적이며 두꺼우면 인쇄할 때 은박막층의 균열등 결점이 발생하기 쉽다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 내열용기 밑면에는 일정 높이의 굽을 더 형성할 수 있다. 굽의 형상은 내열용기의 은박막층(50)을 인덕션히터의 표면으로부터 일정 거리를 유지할 수 있도록 하는 구조이면 어느 것이나 다 가능하다. 예를 들어, 원뿔형, 밑면을 두르는 테두리형, 반원형 등이 있다. 상기 굽의 높이는 3~10mm, 바람직하게는 3~5mm이다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 보다 더 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 설명을 위한 것이며, 이에 의하여 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예 1
(1) 내열용기 본체의 제조
페탈라이트 60중량%, 코디어라이트 샤모트 15중량%, 점토 25중량%을 볼밀에서 평균입도(D50) 10㎛~12㎛로 분쇄한 후 소지를 제조하여 기물의 밑면 두께 4mm, 측면 두께 7mm, 내경 170mm, 높이 80mm 크기의 내열용기 (소지)(20)를 성형하였다.
상기 용기(20)를 40℃~50℃에서 2시간 동안 1차 건조를 하고 80℃~100℃에서 2시간 동안 완전 건조시킨 다음 900℃에서 초벌구이 소성시켰다.
상기 소지(20)의 표면에 200~300㎛ 두께로 유약을 시유하여 1280℃로 소성하였다. 상기 유약은 페탈라이트 60중량%, 석회석 5중량%, 산화아연 5중량%, 탄산바륨 5중량%, 착색안료 10중량%, 점토 15중량%의 조성으로 하고 평균입도를 5.0~7.0㎛로 볼밀에서 분쇄시킨 후 사용하였다.
이때 내열용기 소지(20)의 선열팽창계수는 1.5 x 10-6/℃(20℃~800℃)이고, 유약층(30)의 선열팽창계수는 1.0 x 10-6/℃(20℃~400℃)이였다.
내열용기 본체(10)의 겉보기 기공율은 두께가 4mm인 밑면(40)이 12.5%, 두께가 7mm인 측면은 14.0%이었다.
(2) 은박막층 제조용 전사지의 제조( 인덕션히터의 발열체)
전사대지 준비120m2/g 밀도를 가지는 종이 위에 덱스트린(Dextrin)접착제를 30㎛ 두께로 도포하여 완전 건조시킨 후 전사대지를 형성하였다. 인쇄용 페이스트(paste)를 제조하기 위하여 혼합오일은 아크릴계 수지오일을 사용하여 루사이트 프릿분말, 은 분말 및 착색안료분말 입도를 5㎛이하로 볼밀 분쇄하여 조정하였다. 인쇄용 페이스트는 분말 대 오일의 비율을 각각 6:4의 비율로 균일하게 혼합한 후 인쇄용 페이스트로 사용하였다. 이들을 200mesh 폴리에스텔 망사위에 직경 140mm크기의 발열판 모양을 망사에 감광처리 하여 인쇄용 스크린을 제작하였다. 이 스크린을 사용하여 첫 번째층은 루사이트 프릿층을 25㎛두께로 인쇄를 하고 두 번째층은 첫 번째층 위에 은박막층을 35㎛두께로 인쇄하고 세 번째층은 두 번째층 위에 착색안료와 루사이트 프릿을 60:40으로 혼합한 페이스트로 25㎛두께로 인쇄를 한 후 마지막으로는 아크릴계 수지로 커버코트(cover coat)를 하여 전사지를 완성하였다.
(3) 내열용기 본체(10)에 전사지를 이용하여 은박막층 (50) 전사
상기 내열용기 본체(10)의 외측 밑면(40)에 상기 전사지를 전사하여 류사이트질 프릿층(51), 은박막층(50) 및 착색안료층(52)을 전사하고 860℃에서 소성하여 유기물로 구성된 오일이나 커버코트용 아크릴 수지등은 소성중에 분해되고 무기재료들로 구성된 상기 3개 층만이 견고하게 유약층에 접착하게 되어 인덕션히터용 내열용기(10)를 완성하였다.
(4) 루사이트 프릿의 제조
상기 은박막 전시지에 도포되는 루사이트 프릿은 다음 방법으로 얻었다.
루사이트 결정은 선열팽창계수가 14 x 10-6/℃로 금속의 선열팽창계수와 비슷하여 치과재료인 금속용착용 도재로 사용되는 재질로 이는 칼리장석에 융제로써 알카리와 금속산화물을 첨가하여 1400℃에서 용융하여 만든 유리를 열처리하여 유리질 내부에 루사이트 결정을 석출시키는 방법으로 루사이트 프릿을 얻었다. 이들 조성은 SiO2 53.4중량%, Al2O3 6.9중량%, K2O 8.5중량%, Na2O 5.6중량%, CaO 5.3중량%,MgO 1.1중량%, ZnO 6.3중량% B2O3 10.4중량%, Li2O 2.5중량%이며 이 프릿의 선열팽창계수는 9.0 x 10 -6/℃이고 연화점은 480℃이다.
비교예 1
페탈라이트 70중량%, 점토 30중량%을 볼밀에서 평균입도(D50) 10㎛~12㎛로 분쇄한 후 소지를 제조하여 기물의 밑면 두께 4mm, 측면 두께 7mm, 내경 170mm, 높이 80mm 크기의 내열용기를 성형하였다.
실험예 1: 소지의 소성 온도에 따른 기공율의 변화
실시예 1에서 제조된 내열용기 소지와 비교예 1에서 제조된 내열용기 소지를 유약을 시유하지 않고서 소성온도 1200℃, 1230℃, 1260℃ 및 1320℃에서 각각 소성한 후 용기의 밑면 중앙에서 4mm 두께, 40x40mm로 절단하여 겉보기 기공율을 측정하였다. 그 결과는 표 1과 도 4에 나타내었다.
구분 1200℃ 1230℃ 1260℃ 1290℃ 1320℃
실시예 1 20.5 11.6 10.2 10 9.5
비교예 1 23.2 20.5 8.2 6.5 4.2
상기 표 1 및 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 비교예 1에서는 소성온도가 높아짐에 따라 겉보기 기공율이 급격히 감소하는 반면에 실시예 1에 따른 소지는 소성온도의 변화에도 불구하고 겉보기 기공율의 변화가 완만하게 되어 있다. 이로서 다공성인 코디어라이트 샤모트의 첨가로 인하여 소지의 기공분포와 기공크기가 매우 일정하게 형성된다는 것을 알 수 있다.
상기 실험은 코디라이트를 첨가함으로 소지의 기공율의 변화의 차이를 입증하는 것으로 저온에서 기공율이 높은 것은 소지의 소결이 완결되지 못하여 기공율이 증가하였음을 나타낸 것이다. 따라서 유약 시유후 소성을 하는 경우 기공율은 본 발명에 따른 기공율인 10~15%를 유지하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 내열용기 소지로 제조된 내열용기는 기공율이 일정하고 10% 이상으로 형성되어 내열용기의 기공에 흡수된 조리수 등이 바로 방출되어 빠르게 건조되므로, 오염이 방지되고 Na 이온 등에 의한 결정형성으로 균열되는 것을 방지할 수 있다.
실험예 2: 은박막층(발열체)의 균열 실험
균열실험을 위해서 급냉 급열 저항성을 시험하였다. 실시예 1에 의해 제조된 내열용기를 200Volts의 2.0KW 인덕션히터에서 빈 상태로 용기를 60분 가열하여 이때온도는 450℃~500℃이였다. 이를 20℃에서 5% 소금용액에 침적 급냉 시킨 후 육안으로 은박막층의 균열 및 박리 상태를 관찰하였다. 그 결과는 표 2와 같다.
1회 2회 3회 4회 5회 6회
균열 없음 없음 없음 없음 없음 없음
박리 없음 없음 없음 없음 없음 없음
상기 표 2에서 보여 진 바와 같이 본 발명에 따른 내열용기는 인덕션 히터에서 빈 상태로 가열하여도 은박막층의 균열 및 박리가 방지되는 것을 알 수 있다.
실험예 3: 인덕션히터 표면과 은박막층간 거리에 따른 전류변화
실시예 1에 기재된 방법과 동일하게 인덕션히터용 내열용기를 제조하였으며, 다만 인턱션히터용 내열용기의 밑면에 형성된 굽의 높이를 변화시키면서, 정격전압 200volts 에서 전기용량이 1,000W인 인덕션히터에서 이 히터의 표면 즉 쿠킹에리아(cooking area)에서부터 용기의 외측밑면에 부착된 발열체 은박막까지의 거리 변화에 따라서 전류변화를 조사하였다.
결과는 다음 표 3 및 도 5에 나타내었다.
인덕션히터표면과 은박막층간 거리에 따른 전류변화
거리(mm) 0 5 10 15 20 25
전류(A) 4 3.9 3.7 1.9 1.5 1
상기 표 3 및 도 5에 의하면 인덕션히터의 표면에서 5mm 떨어져 있을 때에는 거리가 떨어져 있지 않은 것과 전류에 큰 차이가 없어 발열효율이 좋고, 10mm이상 떨어지면 급격하게 전류가 감소하는 결과를 얻었다. 그러므로 용기의 굽 높이를 5mm 이하로 유지하는 것이 발열효율이 좋고, 또한 거리가 10mm가 되었을 때 전류가 급격히 떨어지므로 인덕션히터의 표면과 은박막층의 공간을 유지하기 위해서는 3-10mm의 굽의 높이가 적합함을 알 수 있다. 다만, 1.9A로 인덕션히터용 용기로써 가열속도는 느리지만 조리는 가능함으로 필요에 따라, 예를 들어 죽 용기와 같이 불조절없이 느리게 조리되어야 하는 경우, 굽의 높이를 15mm로 할 수도 있다.
10: 내열용기 본체 20: 내열용기 소지
30: 유약층 40: 내열용기 밑면
50: 은박막층 51: 류사이트 프릿층
52: 착색안료층 60: 굽

Claims (11)

  1. 페탈라이트(petalite) 40~70중량%, 점토 20~30중량% 및 코디어라이트 샤모트(cordierite chamotte) 10~30중량%을 포함하는 소지 조성물로 소성된 내열식기 소지를 본체로 한 인덕션히터(Induction Heater)용 내열용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내열식기 소지에 유약을 시유하여 형성된 유약층을 포함하고,
    상기 유약은 페탈라이트 50~79중량%, 탄산바륨(BaCO3) 0.01~5중량%, 산화아연(ZnO) 0.01~5중량%, 석회석(CaCO3) 0.01~5중량%, 점토 10~20중량% 및 착색안료 10~15중량%을 포함하는 인덕션히터용 내열용기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유약층 중 상기 내열용기의 밑면에 형성된 유약층의 표면에 형성된 류사이트(leucite)질 프릿(Frit)층, 및
    상기 류사이트질 프릿층의 표면에 형성된 은(Silver, Ag) 박막층을 더 포함하는 인덕션히터용 내열용기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 류사이트질 프릿층의 두께는 20~30㎛인 인덕션히터용 내열용기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 내열용기의 밑면에 형성된 3~10mm 높이의 굽을 더 포함하는 인덕션히터용 내열용기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 유약은 상기 소지의 선열팽창계수보다 10-25%낮은 열팽창계수를 갖는 인덕션히터용 내열용기.
  7. 페탈라이트(petalite) 40~70중량%, 점토 20~30중량% 및 코디어라이트
    샤모트(cordierite chamotte) 10~30중량%를 포함하는 소지 조성물을 분쇄하여 제조한 소지를 사용하여 내열용기 소지를 성형하는 단계(S10);
    상기 성형된 내열용기 소지를 40-100℃에서 완전 건조시킨 후 800-900℃에서 초벌구이 소성하는 단계(S20);
    상기 내열용기 소지의 표면에 유약을 시유하여 유약층을 형성하는 단계(S30);
    상기 유약층이 형성된 내열용기 본체를 1200℃~1300℃에서 두벌구이 소성하는 단계(S40);
    상기 소성된 내열용기 본체의 외측 밑면에 은박막을 전사하는 단계(S50); 및
    상기 은박막층 전사된 내열용기 본체를 상온에서 건조후 800℃~900℃에서 다시 소성하는 단계(S60)
    를 포함하는 인덕션히터용 내열용기의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유약은 페탈라이트 50~79중량%, 탄산바륨(BaCO3) 0.01~5중량%, 산화아연(ZnO) 0.01~5중량%, 석회석(CaCO3) 0.01~5중량%, 점토 10~20중량% 및 착색안료 10~15중량%을 포함하는 인덕션히터용 내열용기의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 은박막을 전사하는 단계는
    상기 은박막이 인쇄된 전사지를 제조하는 단계; 및
    상기 전사지를 상기 내열용기 외측 밑면에 전사하는 단계
    를 포함하는 인덕션히터용 내열용기의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전사지를 제조하는 단계는 전사대지 위에 류사이트질 프릿을 인쇄하는 단계;
    상기 류사이트질 프릿 위에 은박막을 인쇄하여 은박막층을 형성하는 단계;
    상기 은박막층 위에, 착색 안료와 류사이트질 프릿이 15~25 : 85~75로 혼합된 안료를 인쇄하여 착색안료층을 형성하는 단계를 포함하는 인덕션히터용 내열용기의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 은박막층의 두께가 20~50㎛인 인턱션히터용 내열용기의 제조방법.
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