KR101189715B1

KR101189715B1 - 내열자기 제조용 물질 조성물 및 그를 이용한 내열자기

Info

Publication number: KR101189715B1
Application number: KR1020100059387A
Authority: KR
Inventors: 장재봉; 황성연
Original assignee: 주식회사 네오세라믹
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2012-10-11
Also published as: KR20110139357A

Abstract

내열자기용 소지 및 유약 조성물이 개시된다. 이러한 소지 및 유약 조성물에는 최적 조성범위의 맥반석이 첨가되며, 소지와 유약의 열팽창계수를 완만하게 동행하게 함으로써 내열자기의 표면 균열 발생을 억제한다. 따라서 제품의 수명을 늘이고 사용하는 동안 건전한 위생 상태가 유지할 수 있도록 한다. 이러한 맥반석은 또한 인체에 유익한 원적외선이나 음이온을 방출하는 효과를 더해준다.

Description

내열자기 제조용 물질 조성물 및 그를 이용한 내열자기{COMPOSITION FOR HEAT RESISTANCE CERAMIC WARE}

본 발명은 내열자기 제조용 물질 조성물 및 그를 이용한 내열자기에 관한 것으로서, 특히 내열자기용 소지 조성물, 유약 그리고 그들을 이용하여 제조된 내열 자기에 관한 것이다.

일반적으로, 내열자기는 담고 있는 수용물에 열을 가할 수 있도록 제조된 용기를 말한다. 이를테면, 차나 음식물을 끓이고 졸이거나 약을 달이는 데 이용되는 도자기로 된 용기를 들 수 있다. 내열자기가 이와 같은 용도로 이용되고 있는 데에는 그것이 가지고 있는 다양한 장점 때문이다. 내열자기는 통상의 도자기가 가지는 가공성, 통기성, 비산화성 뿐만 아니라, 일단 가열이 되고 난 후에는 쉽게 식지 않는 보열, 보온성이 뛰어나기 때문이다.

이와 같은 내열자기는 화기 또는 열에 직접 접촉한다는 점에서 일반적인 도자기 보다는 더 높은 내열성을 가져야 한다. 특히, 가열과 냉각이 지속적으로 반복되기 때문에 표면에 미세한 균열이 발생하기가 쉽다. 이는 도자기의 몸체를 이루게 되는 소지 조성물과 자기의 표면에 입혀지는 유약 조성물의 열팽창계수에 차이가 있기 때문에 발생한다. 표면에 균열이 발생하면 도자기 자체의 수명이 단축될 뿐만 아니라 그 부위에 불순물이 끼이게 되어 위생적으로 좋지 않다.

이러한 문제를 극복하기 위해서 기존에는 소지의 원료로 이용되는 엽장석(葉長石, Petalite)을 소지와 유약의 주원료로 이용하여 제품을 생산하였다. 그러나 수없이 반복적으로 가열, 냉각되는 내열자기로는 여전히 부족함이 있으며, 더욱 개선된 물성을 가지는 내열자기 제조용 물질 조성물이 요구되고 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 내열자기용 소지 조성물을 제공한다.

본 발명은 또한 내열자기용 유약 조성물을 제공한다.

본 발명은 또한 상술한 개선된 소지와 유약으로 제조되는 내열자기를 제공한다.

본 발명은 엽장석과 점토를 포함하는 내열자기용 소지 조성물을 제공하며, 이 조성물은 맥반석 10~15중량%를 포함한다. 이 맥반석은, Al₂O₃ 5~10중량%, SiO₂ 55~75중량%, TiO₂ 0.01~0.05중량%, Na₂O 2~3.5중량%, K₂O 3.5~7.5중량%, MgO 3.5~5.5중량%, CaO 0.3~1중량%, Mn 0.01~0.1중량%, Fe₂O₃ 2.5~4.5중량%, 및 GeO 0.01~0.05중량%를 포함한다.

여기에서, 상기 엽장석은 55~65중량%이고, 상기 점토는 25~35중량%일 수 있다.

또한 본 발명은 엽장석, 석회석, 점토, 규석, 및 탄산리튬을 포함하는 내열자기용 유약 조성물을 제공하며, 이 조성물은 맥반석 10~15중량%를 포함한다. 이 맥반석은, Al₂O₃ 5~10중량%, SiO₂ 55~75중량%, TiO₂ 0.01~0.05중량%, Na₂O 2~3.5중량%, K₂O 3.5~7.5중량%, MgO 3.5~5.5중량%, CaO 0.3~1중량%, Mn 0.01~0.1중량%, Fe₂O₃ 2.5~4.5중량%, 및 GeO 0.01~0.05중량%를 포함한다.

여기에서, 상기 엽장석은 60~70중량%, 상기 석회석은 5~10중량%, 상기 점토는 5~10중량%, 상기 규석은 5~10중량%, 및 상기 탄산리튬은 5~10중량%일 수 있다.

본 발명은 내열자기를 제공하며, 이 내열자기는: 엽장석과 점토를 포함하는 소지; 및 엽장석, 석회석, 점토, 규석, 및 탄산리튬을 포함하는 유약을 이용하여 제조되고, 상기 소지와 상기 유약은, 각각의 전체 중량%에 대하여 10~15중량%의 맥반석을 포함한다.

여기서 상기 맥반석은, Al₂O₃ 5~10중량%, SiO₂ 55~75중량%, TiO₂ 0.01~0.05중량%, Na₂O 2~3.5중량%, K₂O 3.5~7.5중량%, MgO 3.5~5.5중량%, CaO 0.3~1중량%, Mn 0.01~0.1중량%, Fe₂O₃ 2.5~4.5중량%, 및 GeO 0.01~0.05중량%를 포함할 수 있다.

본 발명은 내열자기용 소지 및 유약 조성물에 최적 조성범위의 맥반석을 첨가함으로써, 표면 균열의 발생을 억제하는 효과가 있다. 이러한 최적 조성범위의 맥반석은 실험을 통해 다른 성분들과의 상호 비율적으로 얻어진 것으로서, 소지와 유약의 열팽창계수가 동일 또는 유사한 범위 내에 속하도록 한다. 더욱이 맥반석의 첨가는 소성을 높이고 원적외선이나 음이온을 방출하는 효과를 거둘 수 있다. 이러한 소지 및 유약 조성물을 이용하여 제조된 내열자기는 그 수명이 길어질 뿐만 아니라 위생적으로도 안전하고 인체에 유익한 제품이 될 수 있다.

도 1은 본 발명의 내열자기용 소지 조성물의 실시예에 따른 조성범위를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 내열자기용 유약 조성물의 실시예에 따른 조성범위를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 내열자기용 소지 및 유약 조성물의 열팽창곡선을 보여주는 그래프.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

먼저 본 발명에 대해 간략하게 설명하면, 내열자기 제조를 위한 소지 조성물과 유약 조성물에 맥반석을 포함시킨다. 다른 조성물들과의 자기 제조에 적합한 상호작용을 하도록 첨가되는 맥반석은 내열자기의 내열충격성을 높이게 된다. 특히, 소지 조성물과 유약 조성물에 각각 포함되는 맥반석 성분은 도자기의 몸체와 표면의 유약성분의 열팽창계수를 거의 동일하게 함으로써 기존에 빈번하게 발생하던 표면 균열이 현저하게 감소하거나 거의 발생하지 않는다. 본 발명자는 맥반석 및 다른 주요 성분들의 첨가량에 변화를 주면서 그에 따른 소지 및 유약의 물성변화를 면밀하게 체크한 뒤 최적조성을 이루는 조합물을 도출할 수 있었다. 맥반석의 첨가로 인해 열팽창계수가 약간 증가하기는 하지만 대신 각각의 팽창곡선이 완만하게 되어 열충격 저항성이 증대되는 것을 알게 되었다. 이는 결과적으로 조리용기로서의 사용횟수가 누적되더라도 유약 표면의 균열이 전혀 나타나지 않는 결과를 얻을 수 있었다. 더구나 맥반석은 소성(燒成)범위를 넓히게 되는 효과를 주고 나아가 원적외선 방출 효과까지 제공하게 되어 일석삼조의 효과가 거두게 된다.

도 1은 본 발명의 내열자기용 소지 조성물의 실시예에 따른 조성범위를 보여주는 도면이다. 도 2는 본 발명의 내열자기용 유약 조성물의 실시예에 따른 조성범위를 보여주는 도면이다. 도 3은 본 발명의 내열자기용 소지 및 유약 조성물의 열팽창곡선을 보여주는 그래프이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 조성물들은 도 3에 도시된 온도에 따른 팽창률을 나타내는 그래프를 얻기 위한 반복적인 실험을 통하여 도 1 및 도 2에 해당되는 최적 조성범위가 도출되었다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 소지 조성물의 팽창곡선과 유약의 팽창곡선이 대략 100℃에서부터 850℃까지 완만하게 동행하고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 소지 조성물의 경우, 도 1 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 엽장석, 점토, 및 맥반석의 조성비가 원으로 표시된 범위 내에서 도 3의 팽창곡선이 얻어진다.

이렇게 얻어진 본 발명에 따른 소지 조성물의 최적 조성비는 엽장석 55~65중량%, 점토는 25~35중량%, 그리고 맥반석 10~15중량%이다. 구체적으로 설명하면, 소지는 100메쉬 입도로 가공된 엽장석 55~65중량%, 80메쉬 입도로 가공된 맥반석 10~15중량%, 흑색점토 25~35중량%의 재료를 볼밀에 넣고 재료의 약 1.5배의 물을 재료와 함께 투입한 후 약20시간정도 볼밀을 회전하여 습식으로 분쇄한다. 이때 이 분쇄물은 약 1㎛에서 45㎛에 이르기까지 골고루 분포된다. 이 분쇄물은 여과방식으로 압력여과(filter press) 작업을 거친 후 혼련기(Extruder)를 통과하면 소지 조성물이 완성된다.

이때, 소지 조성물은 엽장석이 상기 조성범위 이하로 감소하면 열충격에 매우 약해져 조리 중에 용기가 깨질 수 있고, 또 엽장석이 상기 조성범위 이상으로 증가하면 소지의 가소성이 떨어져 기물의 성형이 잘되지 않는다.

흑색점토의 경우에는, 상기 조성범위 이상으로 증가하면 소지 생산 중에 압력여과 작업이 오래 걸려 생산성이 현저히 떨어지고, 상기 조성범위 이하에서는 소지점력이 급격히 감소하고 그에 따른 제품 생산 공정에서 성형불량이 많이 발생하여 수율이 현저히 감소되는 결과를 가져왔다.

또한 맥반석이 상기 조성범위 이상으로 늘어나면 소지의 유리화(Glassification)가 심해져 제품의 강도가 현저히 떨어지고 열충격에 약해지고, 또 상기 조성범위 이하로 줄어들면 소지의 흡수율도 많아지고 제품의 품위가 현격히 떨어진다.

10~15중량%로 첨가되는 맥반석은 Al₂O₃ 5~10중량%, SiO₂ 55~75중량%, TiO₂ 0.01~0.05중량%, Na₂O 2~3.5중량%, K₂O 3.5~7.5중량%, MgO 3.5~5.5중량%, CaO 0.3~1중량%, Mn 0.01~0.1중량%, Fe₂O₃ 2.5~4.5중량%, 및 GeO 0.01~0.05중량%를 포함할 수 있다.

특히 본 발명의 실시예에서 이용된 맥반석의 성분은 아래 표 1과 같다.

Al₂O₃	SiO₂	TiO₂	Na₂O	K₂O	MgO	CaO	Mn	Fe₂O₃	GeO	Ig,loss
8.3	67.3	0.02	2.7	5.3	4.3	0.6	0.06	3.3	0.02	6.7

*단위=중량%

본 발명의 유약 조성물의 경우, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 규석, 점토, 및 고령토는 그 비율을 고정시켜놓고 엽장석, 맥반석, 및 탄산리튬의 조성변화에 따른 시험결과로써 원으로 표시된 최적조성물의 조성 범위를 보여준다. 이는 상술한 바와 같이, 도 3의 팽창곡선이 소지 조성물과 100 내지 850℃ 범위에서 동행하게 된다.

본 발명의 유약 조성물의 조성비는 엽장석 60~70중량%, 맥반석 10~15중량%, 석회석 5~10중량%, 점토 5~10중량%, 규석 5~10중량%, 탄산리튬 5~10중량%일 수 있고, 상기 재료와 재료의 약 0.8배의 물을 볼밀에 투입한 후 약 24시간 회전하여 습식으로 분쇄하면 유약의 조성물이 완성된다.

이때, 맥반석이 상기 조성범위 이상으로 증가하면 열팽창곡선이 급격히 증가하면서 유면의 균열이 발생하고, 조성범위 이하로 감소하면 유약의 내화도가 증가하면서 유면이 잘 녹지 않고 제품의 품위가 현격히 떨어졌다.

또 엽장석이 상기 조성범위 이상으로 증가하면 무광택(Matt) 현상이 심해져 유면의 광택이 소실되고, 조성범위 이하로 감소하면 유약의 내열성이 감소하면서 균열이 발생하였다.

탄산리튬은 상기 조성범위 이상으로 증가하면 유약의 물성(物性)이 나빠져 시유(施釉)중에 유약의 얼룩이 많이 발생하였으며, 조성범위 이하로 감소하면 제품의 유면에 균열이 발생하였다.

마찬가지로 본 발명의 실시예에서 이용된 맥반석의 성분은 상기 표 1과 같다.

도 3은 상술한 방식으로 얻어진 최적 조성범위를 가지는 본 발명의 실시예에 따른 소지 및 유약 조성물의 열팽창곡선을 나타낸다. 소지와 유약을 별도로 소성가마에서 1250℃로 소성한 다음 시편으로 약 50mm의 봉(棒)을 만든 다음 열팽창 측정기에서 측정한 결과를 그래프로 도시하였다.

기존의 소지와 유약의 팽창계수는 11×10^-7/℃ 와 12×10^-7/℃ 인 것에 비하면 약 1×10^-7/℃씩 상승하였다고 할 수 있다. 그러나 600~700℃부근에서 실리카(Silica) 전이가 전에 비해 현저히 줄어들고 완만한 열팽창곡선을 형성하면서 열충격에 강한 성질을 갖게 됨을 발견하였는데 이는 맥반석이 첨가되면서 제품의 소성범위가 넓어지고 소지와 유약의 팽창곡선이 완만해지는 현상을 나타내기 때문이다.

맥반석은 우리 인체에 매우 유익한 광물로써 원적외선이나 음이온을 방출하는 광물로서 특히 열을 가할 때는 매우 많은 양의 원적외선이 방출한다. 이 때문에 맥반석은 매트나 베게, 구이판 등의 제조에 사용되고 정수용 필터, 담배통, 탈취용, 주조용, 입욕용 등에 널리 활용되고 있다. 본 발명은 상술한 바와 같이 맥반석을 소지와 유약 조성물에 적정한 양으로 첨가함으로써 유약의 표면 균열 발생을 억제할 뿐만 아니라, 내열자기에서 원적외선이나 음이온이 방출되는 효과까지 거둘 수 있다.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

Claims

삭제
삭제
엽장석, 석회석, 점토, 규석, 및 탄산리튬을 포함하는 내열자기용 유약 조성물로서:
맥반석 10~15중량%를 포함하며, 상기 맥반석은,
Al₂O₃ 5~10중량%, SiO₂ 55~75중량%, TiO₂ 0.01~0.05중량%, Na₂O 2~3.5중량%, K₂O 3.5~7.5중량%, MgO 3.5~5.5중량%, CaO 0.3~1중량%, Mn 0.01~0.1중량%, Fe₂O₃ 2.5~4.5중량%, 및 GeO 0.01~0.05중량%를 포함하는 것인,
내열자기용 유약 조성물.
청구항 3에 있어서,
상기 엽장석은 60~70중량%, 상기 석회석은 5~10중량%, 상기 점토는 5~10중량%, 상기 규석은 5~10중량%, 및 상기 탄산리튬은 5~10중량%인 것인,
내열자기용 유약 조성물.
내열자기로서:
엽장석과 점토를 포함하는 소지; 및
엽장석, 석회석, 점토, 규석, 및 탄산리튬을 포함하는 유약을 이용하여 제조되고,
상기 소지와 상기 유약은, 각각의 전체 중량%에 대하여 10~15중량%의 맥반석을 포함하는 것인,
내열자기.
청구항 5에 있어서, 상기 맥반석은,
Al₂O₃ 5~10중량%, SiO₂ 55~75중량%, TiO₂ 0.01~0.05중량%, Na₂O 2~3.5중량%, K₂O 3.5~7.5중량%, MgO 3.5~5.5중량%, CaO 0.3~1중량%, Mn 0.01~0.1중량%, Fe₂O₃ 2.5~4.5중량%, 및 GeO 0.01~0.05중량%를 포함하는 것인,
내열자기.