KR101052481B1 - Crystalized glass using a coal bottom ash having improved hardness of surface by inducing surface crystallization and preparing process thereof - Google Patents

Crystalized glass using a coal bottom ash having improved hardness of surface by inducing surface crystallization and preparing process thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101052481B1
KR101052481B1 KR1020080138174A KR20080138174A KR101052481B1 KR 101052481 B1 KR101052481 B1 KR 101052481B1 KR 1020080138174 A KR1020080138174 A KR 1020080138174A KR 20080138174 A KR20080138174 A KR 20080138174A KR 101052481 B1 KR101052481 B1 KR 101052481B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
glass
coal
crystallization
flooring material
hardness
Prior art date
Application number
KR1020080138174A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20100079638A (en
Inventor
강승구
김유택
이기강
김정환
최창표
Original Assignee
경기대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경기대학교 산학협력단 filed Critical 경기대학교 산학협력단
Priority to KR1020080138174A priority Critical patent/KR101052481B1/en
Publication of KR20100079638A publication Critical patent/KR20100079638A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101052481B1 publication Critical patent/KR101052481B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0063Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing waste materials, e.g. slags
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/002Use of waste materials, e.g. slags
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/02Pretreated ingredients
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C14/00Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
    • C03C14/004Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of particles or flakes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C15/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
    • C03C15/02Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching for making a smooth surface
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Abstract

본 발명은 표면결정화 유도를 통하여 표면경도를 향상시킨 석탄 바닥재를 사용한 결정화 유리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상기 본 발명의 표면결정화 유도를 통하여 표면경도를 향상시킨 석탄 바닥재를 사용한 결정화 유리의 제조방법은 소성된 석탄 바닥재를 주재로 하여 상기 소성된 바닥재에 일정한 입자사이즈로 체질하여 일정한 입자의 바닥재를 얻고, 얻어진 바닥재에 산화리튬(Li2O) 소정의 온도에서 용융하고 유리화시킨 후, 이 표면에 소정의 사이즈의 연마지를 사용하여 유리의 표면결정화 전에 연마공정을 거쳐 열처리함에 의해 제조함을 특징으로 한다. The present invention relates to a crystallized glass using a coal flooring material having improved surface hardness through induction of surface crystallization, and a method of manufacturing the same. The method of manufacturing crystallized glass using a coal flooring material having improved surface hardness through surface crystallization induction of the present invention. on the surface, then is that getting the flooring of certain particles sieved to a certain particle size in a subject to the fired coal bottom ash as main the plastic flooring, melting and vitrification at the lithium oxide (Li 2 O) a predetermined temperature of the obtained bottom ash It is produced by heat treatment through a polishing process before the surface crystallization of the glass using a predetermined size of abrasive paper.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 표면결정화 유도를 통하여 표면경도를 향상시킨 석탄 바닥재를 사용한 결정화 유리 및 그 제조방법은 화력발전소에서 배출 폐기되는 석탄 바닥재를 유리화시키고 이 표면에 소정의 사이즈의 연마지를 사용하여 유리의 표면결정화 전에 연마공정을 거쳐 열처리함에 의해 표면경도를 보다 양호하게 향상시킨 결정화 유리 및 그 제조방법을 제공한다.The crystallized glass using the coal flooring material having improved surface hardness through the surface crystallization induction of the present invention, and the manufacturing method thereof, vitrify the coal flooring material discharged from the coal-fired power plant and use a paper of a predetermined size on the surface Thus, a crystallized glass having a better surface hardness is improved by heat treatment through a polishing process before the surface crystallization of the glass, and a method of manufacturing the same.

표면 결정화, 글라스-세라믹, 석탄 바닥재, 표면 처리, 베타-스포듀민. Surface Crystallization, Glass-Ceramic, Coal Flooring, Surface Treatment, Beta-Spodumene.

Description

표면결정화 유도를 통하여 표면경도를 향상시킨 석탄 바닥재를 사용한 결정화 유리 및 그 제조방법{Crystalized glass using a coal bottom ash having improved hardness of surface by inducing surface crystallization and preparing process thereof} Crystalized glass using a coal bottom ash having improved hardness of surface by inducing surface crystallization and preparing process

본 발명은 표면결정화 유도를 통하여 표면경도를 향상시킨 석탄 바닥재를 사용한 결정화 유리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 화력발전소에서 배출 폐기되는 석탄 바닥재를 유리화시키고 이 표면에 소정의 사이즈의 연마지를 사용하여 유리의 표면결정화 전에 연마공정을 거쳐 열처리함에 의해 표면경도를 보다 양호하게 향상시킨 석탄 바닥재를 사용한 결정화 유리 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to crystallized glass using a coal flooring material having improved surface hardness through induction of surface crystallization, and a method of manufacturing the same. More specifically, vitrified coal flooring material discharged from a thermal power plant is vitrified, and abrasive paper having a predetermined size on the surface. The present invention relates to crystallized glass using a coal flooring material having a better surface hardness by heat treatment through a polishing process prior to the surface crystallization of the glass, and a method of manufacturing the same.

일반적으로, 화력발전소의 폐기물인 대부분의 석탄재는 무연탄이나 역청탄, 아역청탄, 갈탄, 아탄 등의 유연탄을 미분탄기내에서 건조, 분쇄시킨 후 이 미분탄을 보일러에서 연소시켰을 때 발생된다. 집진설비 내에서 포집되거나 보일러 저부 에서 채취되며, 발생량은 전체 미분탄의 15 내지 45%정도로 전체 석탄재 중 집진설비에 포집되는데, 한국의 화력발전소에서는 매년 약 6백만 톤의 석탄재가 생산되고 있으며, 이들 중에서 플라이애쉬(fly ash)와 보일러 저부에서 채취되는 바닥재(bottom ash)가 각각 80% 및 20%를 점하고 있다. In general, most coal ash, which is a waste of thermal power plants, is produced when the coal is burnt in a pulverized coal mill after drying and pulverizing anthracite, bituminous coal, sub-bituminous coal, lignite, and coal. It is collected in the dust collection equipment or collected at the bottom of the boiler, and the amount generated is collected in the dust collection equipment among the whole coal ash, which is 15 to 45% of the total coal dust, and about 6 million tons of coal ash is produced annually in the Korean thermal power plant. Fly ash and bottom ash from the boiler bottom account for 80% and 20%, respectively.

상기 프라이애쉬의 경우에는 1980년대 부터 꾸준한 연구가 진해되어 지금은 시멘트 대체품, 상업적 벽돌, 블록 및 콘크리트 등으로 제조되어 대부분 재활용되어 지고 있다. 그러나 바닥재의 경우는 이것이 조성 및 형상이 균일하지 않기 때문에 재활용에는 한계가 있었다. 즉,바닥재는 입형이 불규칙하고, 다공성을 지니고 있으며, 입자의 크기도 다양하여 골재용으로 사용하기에 다소 부적합한 측면이 있어 현재에는 재활용실적이 미미하고 대부분은 매립되고 있다. 최근 막대한 양이 폐기되고 있는 바닥재의 경량성 및 다공성을 이용하여 경량콘크리트나 흡음재 등의 용도로 많은 연구가 진행되고 있으나, 아직까지는 그 활용도가 그다지 좋지 못한 편이었다.In the case of the fry ash has been steadily researched since the 1980s and is now made of cement substitutes, commercial bricks, blocks and concrete, and most of them are being recycled. However, in the case of flooring, there was a limit in recycling because it is not uniform in composition and shape. That is, the flooring material is irregular in shape, has a porosity, and the size of the particles are also variously unsuitable for use in aggregate, so the recycling performance is insignificant and most of it is buried. Recently, a lot of researches have been conducted for the use of lightweight concrete and sound absorbing materials using the light weight and porosity of the flooring material, which is a huge amount of waste, but its utilization has not been very good yet.

한편, 최근 들어, 인공 대리석 타일 및 구조재로 이용하기 위해 석탄 바닥재를 사용한 글라스-세라믹에 대한 연구가 진행되고 있으나, 여전히 충분하지는 않게 수행되고 있다. 따라서, 석탄 바닥재를 효과적으로 재활용하기 위한 포괄적인 연구의 필요성이 제기되어 오고 있는 실정이다.On the other hand, in recent years, research on glass-ceramic using coal flooring for use as artificial marble tiles and structural materials, but it is still insufficiently performed. Therefore, there is a need for comprehensive research to effectively recycle coal flooring.

이러한 바닥재의 글라스로의 이용은 예를 들어, 대한민국 특허출원 제2002-0017459호에서 "화력발전소 비산재를 이용한 저융점 유리 조성물, 결정화유리 조성물 및 그의 제조방법"을 개시하고 있다. 상기 발명에서 주원료로서 석탄재에 경도 와 내마모성 향상에 도움이 되는 CaO 성분을 보강할 수 있는 약간의 산화물을 첨가하고 용융 후 적당한 열처리를 통하여 고강도, 내마모성 특성을 갖고 건축용 타일 및 인조 대리석 등에 사용 가능한 결정화 유리 조성물 및 이를 제조하는 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 "석탄재 70-90중량%와 CaO의 공급원으로 소성처리 한 조개껍질 10∼30중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 석탄재를 이용한 저 융점 유리 조성물"을 개시하고 있다.The use of such flooring as glass discloses, for example, Korean Patent Application No. 2002-0017459, "Low melting point glass composition, crystallized glass composition and its manufacturing method using thermal power plant fly ash". As the main raw material in the present invention, a crystallized glass which is used for building tiles and artificial marble, and has high strength and wear resistance properties by adding a slight oxide to reinforce the CaO component, which helps to improve hardness and wear resistance, and suitable heat treatment after melting. To provide a composition and a method for producing the same, for this purpose "low melting point glass using coal ash, characterized in that composed of 70 to 90% by weight of coal ash and 10-30% by weight of the shell shell calcined as a source of CaO. Composition ".

그러나, 상기 방법은 단지 석탄의 비산재를 이용하는 것일 뿐 아니라 산화칼슘의 공급원으로 조개껍질을 이용하는 것으로 원하는 정도의 경도, 특히 일정수준 이상의 표면경도를 갖는 유리를 얻을 수 없어 석탄재의 효과적인 재활용 방법으로는 여전히 문제점이 있다.However, the above method is not only using fly ash of coal, but also using clam shell as a source of calcium oxide, so that glass having a desired hardness, especially a certain level of surface hardness, cannot be obtained. There is a problem.

따라서, 본 발명의 목적은 석탄 바닥재를 주재로 사용하여 이를 효과적으로 재활용하면서도 개질산화제로 Li2O을 부가하여 글라스-세라믹을 제조함에 있어 표면 결정화 거동을 제어하여 결정화 거동에 대한 물리적 특성의 의존성을 분석하므로서 보다 우수한 표면경도를 갖는 유리의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to analyze the dependence of physical properties on the crystallization behavior by controlling the surface crystallization behavior in the production of glass-ceramic by adding Li 2 O as a reforming oxidant while effectively recycling it using coal flooring as a main material. Therefore, to provide a method for producing a glass having a superior surface hardness.

특히, 본 발명은 연마처리에 의해 표면 상에 형성된 핵형성 사이트가 글라스-세라믹의 물리적 특성에 대해 미치는 효과를 조사하여 보다 우수한 표면경도를 갖는 유리의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.In particular, the present invention is to investigate the effect of nucleation sites formed on the surface by polishing on the physical properties of glass-ceramic to provide a method for producing glass having a superior surface hardness.

본 발명의 다른 목적은 개선된 표면강도를 갖는 석탄 바닥재를 이용한 결정화 유리의 용이한 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide an easy method for producing crystallized glass using coal flooring having improved surface strength.

본 발명의 상기 목적은 표면 결정화의 정도 및 결정화 메커니즘은 그 표면이 연마제에 의해 처리된 석탄 바닥재를 포함하는 SiO2-Al2O3-Li2O 글라스에 대한 비-등온선 및 미세구조 분석에 의해 조사하여 완성되었다. 특히 본 발명은 주요한 결정상에 대해 베타-스포듀민 고용체로, 성장을 위한 활성화 에너지 및 아브라미 계수는 각각 시차열분석으로부터 계산되어 263 kJ/mol 및 0.99로 측정되었고 따라서, 표면결정화가 용적 결정화보다 양호하였다. 연마처리에 의해 표면 상에 발생된 핵형성 위치는 표면 결정화를 유도하고, 표면-처리 샘플의 경도는 연마지의 호수 증 가로 보다 미세한 입자에 기인하여 증가하였고 그리고 졀정화 정도를 고양한다는 것을 밝혀내어 완성되었다. The above object of the present invention is that the degree of surface crystallization and the crystallization mechanism is determined by non-isothermal and microstructure analysis on SiO 2 -Al 2 O 3 -Li 2 O glass whose surface comprises coal bottoms treated with abrasives. Investigation completed. In particular, the present invention is a beta-spodumene solid solution for the major crystal phase, the activation energy and abrami coefficient for growth were calculated from differential thermal analysis, respectively, measured to be 263 kJ / mol and 0.99, thus the surface crystallization is better than the volume crystallization. It was. The nucleation sites generated on the surface by the polishing treatment induced surface crystallization, and the hardness of the surface-treated sample was increased due to finer grains than the lake paper and increased the degree of crystallization. It became.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표면결정화 유도를 통하여 표면경도를 향상시킨 석탄 바닥재를 사용한 결정화 유리의 제조방법은;Method for producing a crystallized glass using the coal flooring material to improve the surface hardness through the surface crystallization induction of the present invention for achieving the above object;

소성된 석탄 바닥재를 주재로 하여 상기 소성된 바닥재에 일정한 입자사이즈로 체질하여 일정한 입자의 바닥재를 얻고, 얻어진 바닥재에 산화리튬(Li2O) 소정의 온도에서 용융하고 유리화시킨 후, 이 표면에 소정의 사이즈의 연마지를 사용하여 유리의 표면결정화 전에 연마공정을 거쳐 열처리함에 의해 제조함을 특징으로 한다. Obtain a flooring of certain particles sieved to a certain particle size in the calcined and the calcined coal bottom ash as main flooring, given this surface, after having been melted and vitrified in a lithium oxide (Li 2 O) a predetermined temperature of the obtained bottom ash It is prepared by the heat treatment through a polishing process before the surface crystallization of the glass using abrasive paper of the size of.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 소정의 사이즈의 연마지는 입자가 미세한 높은 호수의 것임을 특징으로 한다.According to another configuration of the present invention, the predetermined size of the abrasive paper is characterized in that the particles are of a fine high lake.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 소정의 사이즈의 연마지는 2000호임을 특징으로 한다.According to another configuration of the present invention, the predetermined size abrasive paper is characterized in that the number 2000.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표면결정화 유도를 통하여 표면경도를 향상시킨 석탄 바닥재를 사용한 결정화 유리는;Crystallized glass using a coal flooring material having improved surface hardness through the surface crystallization induction of the present invention for achieving the above another object;

소성된 석탄 바닥재를 주재로 하여 상기 소성된 바닥재에 일정한 입자사이즈 로 체질하여 일정한 입자의 바닥재를 얻고, 얻어진 바닥재에 산화리튬(Li2O) 소정의 온도에서 용융하고 유리화시킨 후, 이 표면에 소정의 사이즈의 연마지를 사용하여 유리의 표면결정화 전에 연마공정을 거쳐 열처리함에 의해 제조된 것임을 특징으로 한다. Obtain a flooring of certain particles sieved to a certain particle size in the calcined and the calcined coal bottom ash as main flooring, given this surface, after having been melted and vitrified in a lithium oxide (Li 2 O) a predetermined temperature of the obtained bottom ash It is characterized in that it is produced by heat treatment through a polishing process before the surface crystallization of the glass using abrasive paper of the size of.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 표면결정화 유도를 통하여 표면경도를 향상시킨 석탄 바닥재를 사용한 결정화 유리 및 그 제조방법은 화력발전소에서 배출 폐기되는 석탄 바닥재를 유리화시키고 이 표면에 소정의 사이즈의 연마지를 사용하여 유리의 표면결정화 전에 연마공정을 거쳐 열처리함에 의해 표면경도를 보다 양호하게 향상시킨 결정화 유리 및 그 제조방법을 제공한다.The crystallized glass using the coal flooring material having improved surface hardness through the surface crystallization induction of the present invention, and the manufacturing method thereof, vitrify the coal flooring material discharged from the coal-fired power plant and use a paper of a predetermined size on the surface Thus, a crystallized glass having a better surface hardness is improved by heat treatment through a polishing process before the surface crystallization of the glass, and a method of manufacturing the same.

이하, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범주가 여기에 한정되는 것은 아니다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail by preferable embodiment, the scope of the present invention is not limited to this.

통상적으로 석탄 바닥재는 SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO 및 기타 산화물로 구성되어 지고, 약 1600℃ 정도의 고온에서 용융되어 질 수 있는데, 만일 적당한 개질 산화제가 이 석탄 바닥재에 부가된다면, 경제적인 효용성을 제공할 수 있도록 상기 용융점을 효과적으로 감소시킬 수 있을 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 수 많은 실험을 통하여 얻어진 자료를 토대로 개질 산화제로는 Li2O을 사용하였다. 따라서, 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 상기 바닥재와 Li2O을 포함하는 글라스 세라믹의 표면 결정화 거동을 제어하여 결정화 거동에 대한 물리적 특성의 의존성을 분석하여 보다 우수한 표면경도를 갖는 유리의 제조방법을 분석하였다.Coal bottoms typically consist of SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CaO and other oxides, and can be melted at high temperatures around 1600 ° C, if suitable reforming oxidants are added to the coal floor. If so, it will be possible to effectively reduce the melting point to provide economic utility. To this end, Li 2 O was used as the reforming oxidant based on data obtained through numerous experiments. Therefore, in order to achieve the above object of the present invention, by controlling the surface crystallization behavior of the glass ceramic containing the flooring material and Li 2 O to analyze the dependence of the physical properties on the crystallization behavior of the glass having a superior surface hardness The method was analyzed.

이를 위해, 본 발명에서는 한국 내의 특정 화력발전소에서 얻은 바닥재를 사용하였으며, 사용 전에 비-연소된 탄소를 제거하기 위해 1,000℃에서 3시간 동안 탈탄소화하였다. 탈탄소화된 석탄 바닥재의 구성 산화물을 XRF(X-ray Fluorescence Spectroscopy)에 의해 분석하여 그 백분율을 다음 표 1에 나타냈다. To this end, the present invention used a flooring material obtained from a specific thermal power plant in Korea, and decarbonized for 3 hours at 1,000 ℃ to remove non-burned carbon before use. The constituent oxides of the decarbonized coal bottoms were analyzed by X-ray Fluorescence Spectroscopy (XRF) and the percentages are shown in Table 1 below.

산화물
oxide
전구체 군Precursor group 중간체 군Intermediate group 개질제Modifier
SiOSiO 22 PP 22 OO 55 ZrOZrO 22 TiOTiO 22 AlAl 22 OO 33 FeFe 22 OO 33 NaNa 22 OO KK 22 OO MgOMgO CaOCaO MnOMnO LiLi 22 OO 소성된 바닥재Fired flooring 58.658.6 0.10.1 0.40.4 1.71.7 23.923.9 10.410.4 0.30.3 0.60.6 1.01.0 2.82.8 0.10.1 00 유리Glass 49.849.8 0.10.1 0.30.3 1.41.4 20.320.3 8.88.8 0.20.2 0.50.5 0.90.9 2.42.4 0.10.1 15.015.0

소성된 바닥재는 체질되어 45 ㎛이하의 미세 입자로 수집되고, 15wt.%의 Li2O와 혼합되어 지르코니아 볼로 24시간 동안 드라이 연마되어 진다. 분쇄된 혼합물은 전기노 내에서 알루미니아 도가니에서 1350℃에서 20분 동안 용융되고 나서, 정육면체의 글라스를 형성하기 위해 500℃의 탄소 몰드에 부어진다.The calcined flooring material is sieved and collected into fine particles of 45 μm or less, mixed with 15 wt.% Of Li 2 O and dry polished with zirconia balls for 24 hours. The ground mixture is melted for 20 minutes at 1350 ° C. in an alumina crucible in an electric furnace and then poured into a carbon mold at 500 ° C. to form a cube glass.

글라스 표본에 대한 비-등온 분석이 5~20 ℃/min 의 다양한 가열율에서 25 내지 1300 ℃ 사이에서 DTA를 사용함에 의해 수행되었다. DTA로부터 얻어진 데이터는 유리를 가장 효과적으로 결정화하기 위한 공정을 결정하기 위해 사용되었다.Non-isothermal analyzes on glass specimens were performed by using DTA between 25 and 1300 ° C. at various heating rates of 5-20 ° C./min. Data obtained from the DTA was used to determine the process for crystallizing the glass most effectively.

정육면체의 글라스-세라믹의 표면층을 다이아몬드 절단기를 사용하여 평평한 형상으로 자르고, 그 결정상은 그대로 XRD (X-ray Diffractometer, D/MAX-C, Rigaku Co.)로 동정하였다. 표본의 잔여 내부는 45 ㎛의 분말로 으깨고, 표본의 용적 결정 거동을 조사하기 위해 XRD에 의해 분석하였다. 글라스 및 글라스-세라믹의 표면의 형태학은 FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscope, JSM-6500F, JEOL Co.)에 의하여 관찰되었다. 비커스 마이크로-경도 테스터(MXT-α, Matsuzawa Seiki Co.)를 사용하여 30초 동안 300g의 하중을 가하여 표본의 마이크로-경도를 측정하였다. The surface layer of the cubic glass-ceramic was cut into a flat shape using a diamond cutter, and the crystal phase was identified as it is by XRD (X-ray Diffractometer, D / MAX-C, Rigaku Co.). The remaining interior of the sample was crushed into 45 μm powder and analyzed by XRD to investigate the volumetric behavior of the sample. The morphology of the surface of glass and glass-ceramic was observed by FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscope, JSM-6500F, JEOL Co.). The micro-hardness of the specimens was measured by applying a 300 g load for 30 seconds using a Vickers micro-hardness tester (MXT-α, Matsuzawa Seiki Co.).

소성된 바닥재 및 85wt%의 바닥재와 15 wt%의 Li2O으로 구성된 유리의 XRD 패턴은 도 1에 나타냈다. 석탄 바닥재의 주요 결정상은 석영 및 뮬라이트이고,반면 85wt%의 바닥재와 15 wt%의 Li2O으로 구성된 유리는 전체적으로 완유리질이다.The XRD pattern of the fired bottom and the glass composed of 85 wt% bottom and 15 wt% Li 2 O is shown in FIG. 1. The main crystalline phases of coal floors are quartz and mullite, while the glass composed of 85 wt% bottoms and 15 wt% Li 2 O is entirely glassy.

다양한 가열율에서 얻어진 DTA 곡선은 도 2에 나타냈다. 발열피크와 흡열피크의 강도는 증가하고 피크의 위치는 가열율과 함께 보다 고온으로 이동되었다. 약 500℃의 제일 흡열피크는 유리전이온도(Tg)이고, 600~850℃의 범위에 나타나는 3 발열피크(Tc)는 유리에 있어서 결정화 또는 결정상의 변형으로 동정되었다. 결정화를 위한 열처리 온도는 도 2에 나타난 DTA 곡선(d)로부터 피크의 Tc1의 종단 온도인 668℃(Tc1), 753℃(Tc2), 823℃(Tc3) 및 732℃(Tc4)로 선택되어 진다.The DTA curves obtained at various heating rates are shown in FIG. 2. The intensity of the exothermic and endothermic peaks increased and the position of the peak moved with the heating rate to a higher temperature. The first endothermic peak of about 500 ° C. was the glass transition temperature (T g ), and the third exothermic peak (T c ) appearing in the range of 600 to 850 ° C. was identified as crystallization or crystal phase deformation in the glass. The heat treatment temperatures for crystallization are 668 ° C. (T c 1), 753 ° C. (T c 2), 823 ° C. (T c 3), and 732, the termination temperatures of T c 1 of the peak from the DTA curve (d) shown in FIG. 2. ° C (T c 4) is selected.

일반적으로, 글라스-세라믹을 형성하기 위한 결정화는 두 단계 방법으로 수행되어지는데, 즉 먼저 핵 형성 단계에 따른 성장 단계이다. 그런데, 본 발명에서는 특히 결정화 거동에서 표면상을 연마에 의한 스크래칭의 효과를 조사하였다. 따라서, 별도의 핵 형성 단계는 필요한 단계로 고려되어 지지 않고 핵 형성과 성장 공정이 동시에 진행하는 단일 단계의 방법이 선택되어 진다. In general, crystallization for forming glass-ceramics is carried out in a two-step method, that is, the growth step following the nucleation step. In the present invention, however, the effect of scratching by polishing the surface on the crystallization behavior was investigated. Therefore, a separate nucleation step is not considered as a necessary step, but a single step method in which the nucleation and growth process proceeds simultaneously is selected.

도 3에 5시간 동안 다양한 결정화 온도로 열처리한 글라스-세라믹의 내부 및 표면의 XRD 패턴을 도시하였다. 1 내지 10시간으로 다양하게 한 열처리에 대한 예비실험은 XRD에서 결정 피크 강도가 가열시간 증가로 증가하지만, 5시간 후에는 거의 일정하다는 것을 나타냈으며, 따라서 등온가열 처리 시간을 5시간으로 하였다. 3 shows the XRD patterns of the inside and the surface of the glass-ceramic heat treated at various crystallization temperatures for 5 hours. Preliminary experiments on heat treatments varying from 1 to 10 hours indicated that the crystal peak intensity in XRD increased with increasing heating time, but was nearly constant after 5 hours, thus making the isothermal heating time 5 hours.

도 2의 DTA로부터 얻어진 모든 3 표본의 결정 피크 온(668, 753, 및 823℃)도에서의 열처리는 표면 스크래치를 하지 않은 경우 부피 결정화가 표면 결정화보다 우월하다는 것을 나타낸다. 그러나, DTA에서의 제일 결정 피크의 종단 온도이고 그 피크보다 64℃ 높은 732℃에서 열처리된 표본은 XRD에서 DTA 곡선에 나타난 결정 피크 온도에서 열처리된 다른 표본에 비하여 가장 높은 표면 결정 피크 강도를 가진다.Heat treatment at crystal peak on (668, 753, and 823 ° C.) degrees of all three samples obtained from the DTA of FIG. 2 indicates that volume crystallization is superior to surface crystallization without surface scratching. However, the sample heat-treated at 732 ° C. at the termination temperature of the first crystal peak in DTA and 64 ° C. above that peak has the highest surface crystal peak intensity compared to other samples heat-treated at the crystal peak temperature shown in the DTA curve in XRD.

도 3a에 도시된 바와 같이 모든 표본은 내부에 베타-스포듀민 고용체, 리튬 실리케이트 결정 및 에소나이트를 가진다. 한편, 도 3b에 도시된 바와 같이 글라스-세라믹의 표면은 단지 두 개의 결정 상인 베타-스포듀민과 리튬 실리케이트 만이 나타난다. As shown in FIG. 3A, all specimens have beta-spodumene solid solution, lithium silicate crystals and esonite inside. Meanwhile, as shown in FIG. 3B, the surface of the glass-ceramic shows only two crystalline phases, beta-spodumene and lithium silicate.

글라스가 가열될 때 결정 부피분획(x)과 시간(t) 사이의 상관관계는 다음과 같이 죤슨-멜-아브라미(Johnson-Mehl-Avrami; JMA)에 의해 제안되었다: The correlation between the crystal volume fraction (x) and time (t) when the glass is heated was proposed by Johnson-Mehl-Avrami (JMA) as follows:

Figure 112008090995767-pat00001
.............. (1)
Figure 112008090995767-pat00001
.............. (One)

여기서, α는 가열율이고, x는 시간 t에서 결정화된 상의 부피 분획이고, 그리고 n은 아브라미 상수이다. 1에 근접한 n의 결정화 과정에서는 표면결정화가 우세하고, 반면 3에 근접한 것에 대해서는 부피 결정화가 우세하다. k는 절대온도 T에 대한 상수로 다음의 아우레니우스 타입 방정식으로 설명될 수 있다; Where α is the heating rate, x is the volume fraction of the crystallized phase at time t, and n is the Abrami constant. Surface crystallization predominates in the crystallization process of n close to 1, while volume crystallization predominates in the vicinity of 3. k is a constant for absolute temperature T and can be described by the following Aurenius type equation;

Figure 112008090995767-pat00002
................. (2)
Figure 112008090995767-pat00002
................. (2)

여기서, E는 결정화를 위한 활성화 에너지이고, A는 상수이고, N은 단위 부피 당 핵 수이다. Where E is the activation energy for crystallization, A is a constant, and N is the number of nuclei per unit volume.

결정화를 위한 활성화 에너지는 키신저(Kissinger) 방정식으로 계산되어 질 수 있다:The activation energy for crystallization can be calculated with the Kissinger equation:

Figure 112008090995767-pat00003
.................... (3)
Figure 112008090995767-pat00003
.......... (3)

여기서, Tc는 소정의 가열율 α에서 결정화 온도이고, R은 기체 상수이다.Where T c is the crystallization temperature at a predetermined heating rate α and R is the gas constant.

Figure 112008090995767-pat00004
Figure 112008090995767-pat00005
의 상관관계는 Tc1(668℃)에 대해 도 4에 그래프로 나타나고, 이 탄젠트로 효과적인 활성화 에너지가 263 kJ/mol로 측정된다.
Figure 112008090995767-pat00004
And
Figure 112008090995767-pat00005
The correlation of is shown graphically in FIG. 4 for T c 1 (668 ° C.), with this tangent an effective activation energy of 263 kJ / mol.

아브라미 상수 n은 아우기스-베넷트(Augis-Bennett) 방정식으로부터 결정되어 진다:The Abram constant n is determined from the Augis-Bennett equation:

Figure 112008090995767-pat00006
.................... (4)
Figure 112008090995767-pat00006
.................... (4)

여기서, ΔT는 최대강도에서 발열피크의 폭이다.Where ΔT is the width of the exothermic peak at maximum intensity.

668℃에서 결정화된 글라스-세라믹의 n의 값은 우세한 표면 결정화를 나타내는 0.99이다. 만일 활성화 에너지 E가 몇몇 결정에 대해 높다면, 보다 많은 에너지가 결정 성장에 필요로 되고 따라서 결정이 삼차원적으로 성장하는 것이 어렵다. 아우기스-베넷트에 의해 유도된 방정식 (4)에 따르면, 아브라미 상수 n은 활성화 에너지 E와 같이 감소하고, 따라서 E가 높을 때는 일차원의 표면 결정 성장이 유리하다.The value of n of the glass-ceramic crystallized at 668 ° C. is 0.99, indicating predominant surface crystallization. If the activation energy E is high for some crystals, more energy is needed for the crystal growth and therefore it is difficult for the crystal to grow three-dimensionally. According to Equation (4) derived by Augis-Bennett, the Abramie constant n decreases with the activation energy E, so one-dimensional surface crystal growth is advantageous when E is high.

물질의 표면은 주변방향으로 향하는 결절에 기인하여 불안정하고 이들 표면 불안정성은 핵 형성 사이트를 만드는데 있어 중요한 역할을 한다(이형성 핵 형성 메카니즘). 표면이 연마지로 스크래치될 때, 표면은 거칠어지고 비표면 영역이 증가하여 잠정적인 핵형성 사이트의 수가 증가한다. The surface of the material is unstable due to peripherally directed nodules and these surface instabilities play an important role in creating nucleation sites (dysplastic nucleation mechanisms). When the surface is scratched with abrasive paper, the surface becomes rough and the non-surface area increases, increasing the number of potential nucleation sites.

글라스 표면은 열 처리 전에 3종류의 연마지(800, 1500 및 2000호)로 가볍게 문질러 진다. 732℃에서 5시간 동안 표면 처리되고 그리고 결정화된 글라스-세라믹의 XRD 결과는 도 5에 나타냈다. 연마지의 호수가 증가함에 따라, 결정 피크의 강도가 증가했다. 연마지에 의해 처리된 글라스 및 글라스-세라믹의 미세구조를 도 6에 나타냈다. 연마지의 호수의 증가로 글라스 샘플 상에 스크래치 라인을 보다 미세하게 형성하여, 얻어진 결정의 사이즈가 더욱 적게되었다. The glass surface is lightly rubbed with three kinds of abrasive paper (800, 1500 and 2000) before heat treatment. XRD results of the glass-ceramic surface treated and crystallized at 732 ° C. for 5 hours are shown in FIG. 5. As the lake of abrasive paper increased, the intensity of the crystal peaks increased. The microstructures of glass and glass-ceramic treated with abrasive paper are shown in FIG. 6. Increasing the number of abrasive papers resulted in finer scratch lines on glass samples, resulting in smaller crystal sizes.

표면처리된 글라스-세라믹 및 글라스의 경도는 도 7에 나타냈다. 글라스-세라믹의 경도는 연마지의 호수의 증가로 증가했다. 예를 들어, 2000호의 연마지로 처리된 샘플의 경도는 글라스의 것보다 1.5배 높은 726.8 MPa이다.The hardness of the surface-treated glass-ceramic and glass is shown in FIG. 7. The hardness of glass-ceramic increased with increasing lake of abrasive paper. For example, the hardness of a sample treated with 2000 abrasive paper is 726.8 MPa, which is 1.5 times higher than that of glass.

또한, 글라스-세라믹의 경도는 도 5에 나타난 바와 같이 결정화도에 의존하여, 글라스의 경도는 글라스-세라믹의 어떤 것보다 낮게 된다.In addition, the hardness of the glass-ceramic depends on the degree of crystallinity as shown in FIG. 5, so that the hardness of the glass is lower than that of any glass-ceramic.

도 6에 도시된 미세구조에서 확실하게 알 수 있는 바와 같이, 보다 미세한 입자가 결정도를 증진하기 때문에 표면을 문지르는 연마지의 호수가 증가함에 따라 경도가 증가함을 알 수 있다. As can be clearly seen in the microstructure shown in Figure 6, it can be seen that the hardness increases as the number of lakes of abrasive paper rubbing the surface increases because finer particles enhance crystallinity.

이상에서 본 발명은 기재된 실시형태에 대해서만 상세히 기술하고 있지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. Although the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical spirit of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims. will be.

도 1은 소성된 바닥재 및 85wt%의 바닥재와 15 wt%의 Li2O으로 구성된 유리의 XRD 패턴을 나타내는 그래프이고,1 is a graph showing an XRD pattern of a glass composed of calcined flooring and 85 wt% flooring and 15 wt% Li 2 O;

도 2는 다양한 가열율에서 얻어진 DTA 곡선을 나타내는 그래프이고,2 is a graph showing a DTA curve obtained at various heating rates,

도 3은 5시간 동안 다양한 결정화 온도로 열처리한 글라스-세라믹의 내부 및 표면의 XRD 패턴을 도시하고,3 shows the XRD patterns of the inside and the surface of the glass-ceramic heat treated at various crystallization temperatures for 5 hours,

도 4는 Tc1(668℃)에서 열처리된

Figure 112008090995767-pat00007
Figure 112008090995767-pat00008
의 상관관계를 나타내는 그래프이고,4 is heat-treated at T c 1 (668 ℃)
Figure 112008090995767-pat00007
And
Figure 112008090995767-pat00008
Is a graph showing the correlation between

도 5는 732℃에서 5시간 동안 표면 처리되고 그리고 결정화된 글라스-세라믹의 XRD 결과를 나타내고,5 shows the XRD results of the glass-ceramic surface treated and crystallized at 732 ° C. for 5 hours,

도 6은 연마지에 의해 처리된 글라스 및 글라스-세라믹의 미세구조로, (a) A800G (b) A800X (c) A1500G (d) A1500X (e) A2000G 및 (f) A2000X이고,6 is a microstructure of glass and glass-ceramic treated with abrasive paper, (a) A800G (b) A800X (c) A1500G (d) A1500X (e) A2000G and (f) A2000X,

도 7은 표면처리된 글라스-세라믹 및 글라스의 경도를 나타내는 그래프이다. 7 is a graph showing the hardness of the surface-treated glass-ceramic and glass.

Claims (4)

소성된 석탄 바닥재를 주재로 하여 상기 소성된 바닥재에 일정한 입자사이즈로 체질하여 일정한 입자의 바닥재를 얻고, 얻어진 바닥재에 산화리튬(Li2O)을 혼합한 다음 소정의 온도에서 용융하여 유리화시킨 후, 이 표면에 2000호의 연마지를 사용하여 유리의 표면결정화 전에 연마공정을 거쳐 열처리함에 의해 제조함을 특징으로 하는 표면결정화 유도를 통하여 표면경도를 향상시킨 석탄 바닥재를 사용한 결정화 유리의 제조방법.After the fired coal flooring material as a main material, the fired flooring material is sieved to a certain particle size to obtain a constant particle flooring material. The obtained flooring material is mixed with lithium oxide (Li 2 O), and then melted and vitrified at a predetermined temperature. A method for producing crystallized glass using a coal flooring material having improved surface hardness through induction of surface crystallization, characterized in that the surface of the surface is crystallized by heat treatment before the surface crystallization of glass using 2000 abrasive paper. 청구항 1에 따라 얻어진 것임을 특징으로 하는 표면결정화 유도를 통하여 표면경도를 향상시킨 석탄 바닥재를 사용한 결정화 유리.Crystallized glass using the coal flooring material which improved the surface hardness through the induction of surface crystallization characterized by the above-mentioned. 삭제delete 삭제delete
KR1020080138174A 2008-12-31 2008-12-31 Crystalized glass using a coal bottom ash having improved hardness of surface by inducing surface crystallization and preparing process thereof KR101052481B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080138174A KR101052481B1 (en) 2008-12-31 2008-12-31 Crystalized glass using a coal bottom ash having improved hardness of surface by inducing surface crystallization and preparing process thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080138174A KR101052481B1 (en) 2008-12-31 2008-12-31 Crystalized glass using a coal bottom ash having improved hardness of surface by inducing surface crystallization and preparing process thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100079638A KR20100079638A (en) 2010-07-08
KR101052481B1 true KR101052481B1 (en) 2011-07-28

Family

ID=42640710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080138174A KR101052481B1 (en) 2008-12-31 2008-12-31 Crystalized glass using a coal bottom ash having improved hardness of surface by inducing surface crystallization and preparing process thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101052481B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107555799B (en) * 2017-09-26 2020-10-23 东北大学 Method for preparing glass ceramic by using waste rare earth polishing powder

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990017300A (en) * 1997-08-22 1999-03-15 구자홍 DISPLAY PANEL SUBSTRATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
US6258994B1 (en) * 1998-05-02 2001-07-10 Westinghouse Savannah River Company Methods of vitrifying waste with low melting high lithia glass compositions
KR20020025629A (en) * 2000-09-28 2002-04-04 가지카와 히로시 Glass ceramic and temperature compensating member

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990017300A (en) * 1997-08-22 1999-03-15 구자홍 DISPLAY PANEL SUBSTRATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
US6258994B1 (en) * 1998-05-02 2001-07-10 Westinghouse Savannah River Company Methods of vitrifying waste with low melting high lithia glass compositions
KR20020025629A (en) * 2000-09-28 2002-04-04 가지카와 히로시 Glass ceramic and temperature compensating member

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100079638A (en) 2010-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Andreola et al. Technological properties of glass-ceramic tiles obtained using rice husk ash as silica precursor
Tucci et al. Use of soda-lime scrap-glass as a fluxing agent in a porcelain stoneware tile mix
Rambaldi et al. Recycling of polishing porcelain stoneware residues in ceramic tiles
US20080090720A1 (en) Process and apparatus for hot-forging synthetic ceramic
Wang et al. Thermal behaviours of clay mixtures during brick firing: A combined study of in-situ XRD, TGA and thermal dilatometry
JP6055419B2 (en) Porous ceramics and method for producing the same
CN106186695A (en) A kind of throwing glazed brick introducing superfine oxide raising hardness of glaze surface and preparation method thereof
Khater et al. Preparation of glass-ceramic materials from basaltic rocks and by-pass cement dust
CN110511011B (en) Stain-resistant polished brick and manufacturing method thereof
Ahmad et al. Phase and microstructure of brick-clay soil and fired clay-bricks from some areas in Peshawar Pakistan
RU2374206C1 (en) Raw mixture for making ceramic objects
KR101696716B1 (en) Manufacturing method of high-strength artificial stone block using tailing
US2441534A (en) Abrasive materials and method of manufacturing the same
KR101052481B1 (en) Crystalized glass using a coal bottom ash having improved hardness of surface by inducing surface crystallization and preparing process thereof
KR101098243B1 (en) Composite for ceramic ware body with high strength and manufacturing method of ceramic ware with high strength using the composite
Haldar et al. Effect of substitution of sand stone dust for quartz and clay in triaxial porcelain composition
Boulaiche et al. Valorisation of Industrial Soda-Lime Glass Waste and Its Effect on the Rheological Behavior, Physical-Mechanical and Structural Properties of Sanitary Ceramic Vitreous Bodies
JP6528879B2 (en) Large ceramic plate and method of manufacturing the same
Bhattacharyya et al. Effect of titania on fired characteristics of triaxial porcelain
KR101061463B1 (en) Crystallized Glass of Nephrulin as the Major Crystalline Using Coal Flooring and Its Manufacturing Method
Ayoob et al. Characterisation and properties of sintered glass-ceramics produced from recycling glass by using pressure-less method
KR20030078422A (en) Glass Composition and Crystallized Glass Composition Having Low Melting Temperature Using Fly Ash of Power Station, and Method for Making the Same
KR101909079B1 (en) Composition including stone dust used for manufacturing porous ceramic panel and porous ceramic panel manufactured using the same
KR101068237B1 (en) Crystalized glass-ceramics using a coal bottom ash and preparing process thereof
Rashwan et al. Low-cost, highly-performance fired clay bodies incorporating natural stone sludge: Microstructure and engineering properties

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee