KR101203983B1 - 왕겨 또는 톱밥을 사용한 흑색 지르코니아의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 흑색 지르코니아 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온에서 소성하여도 고강도 특성을 유지하면서 흑색 발색 효과를 나타내는 지르코니아의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 흑색 지르코니아에 관한 것이다.

Description

왕겨 또는 톱밥을 사용한 흑색 지르코니아의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 흑색 지르코니아{PREPARATION METHOD FOR BLACK ZIRCONIA USING RICE HUSKS OR SAWDUSTS AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 왕겨 또는 톱밥을 사용한 흑색 지르코니아의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 흑색 지르코니아에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온에서 소성하여도 고강도 특성을 유지하면서 흑색 발색 효과를 나타내는 지르코니아의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 흑색 지르코니아에 관한 것이다.

고인성, 고내마모성, 고강도의 우수한 특성을 가진 지르코니아 세라믹스는 기계 부품용 구조 재료로서 주로 활용되어 왔다. 최근 지르코니아 세라믹스의 이용 범위는 계속 확대되고 있다.

지르코니아가 노즐, 커터, 가위, 칼, 밸브시트, 반도체 칩 등의 기계부품 및 시계줄, 팔찌 등의 장신구에 이용되면서 다양한 색깔을 가진 지르코니아에 대한 수요가 나타나기 시작했다. 다양한 색상의 지르코니아 세라믹스를 제조하기 위해서 지르코니아가 가지는 우수한 물리화학적 특성에는 영향을 미치지 않고, 고온 소성시에도 색상을 그대로 유지할 수 있어야 한다.

그러나 현재 생산되고 있는 안료의 대부분은 1300℃ 이하의 소성 온도에서 안정된 발색을 나타내는 저온용 안료로서, 고온용 세라믹스 제품에 응용하기 어려우며, 색을 내기 위해 안료를 사용하는 경우 강도가 저하되는 문제점이 있다.

각종 용도의 지르코니아 제품을 만들기 위해서는 일정 형태로 성형을 한 후 1400℃ 이상의 온도로 소성을 하여야 한다.

이에 본 발명자들은 발색제를 사용하지 않고 지르코니아의 소성시 검은색 지르코니아가 만들어질 수 있도록 소성 공정을 개발한 것이다. 1400℃ 이상의 고온에서도 안정적으로 흑색 발색 효과를 나타내는 지르코니아를 개발하고자 다양한 연구를 수행하였다. 그 결과 안료를 사용하지 않고서도 소성 방법 개선만으로 안정적으로 흑색을 나타내는 흑색 지르코니아를 제조하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 별도의 안료를 사용하지 않고 고온에서도 안정적으로 흑색을 나타내는 흑색 지르코니아의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따라 제조된 흑색 지르코니아를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 지르코니아를 과립화한 후 지르코니아 성형체를 제조하는 단계(단계 1); 상기 지르코니아 성형체를 하소하는 단계(단계 2) 및 상기 지르코니아 성형체를 왕겨 또는 톱밥이 채워진 도가니에 넣어 왕겨 또는 톱밥으로 덮어준 후 소성하는 단계(단계 3)를 포함하는 흑색 지르코니아의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 단계 2에서 지르코니아 성형체를 300～600℃에서 하소하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 단계 3에서는 상기 지르코니아 성형체를 상기 왕겨 또는 톱밥으로 채워진 도가니에 넣어 왕겨로 덮어준 후 도가니의 뚜겅을 닫은 후 1400～1600℃에서 1～10 시간 동안 소성함으로써 흑색 지르코니아를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 흑색 지르코니아의 제조방법은 고온에서도 안정적으로 흑색을 나타내면서 지르코니아의 특성은 그대로 유지하는 효과가 있다. 따라서 본 발명에 따른 흑색 지르코니아는 노즐, 커터, 밸브 시트, 반도체칩, 시계줄, 팔찌 등 다양한 물품의 제조시 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 흰색의 지르코니아 성형체를 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 흑색의 지르코니아 제품을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 흑색의 지르코니아 제품을 파쇄한 후 촬영한 사진이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 실시예 2에서 제조된 흑색의 지르코니아 제품을 촬영한 사진이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 실시예 3에서 제조된 흑색의 지르코니아 제품을 촬영한 사진이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 실시예 4에서 제조된 흑색의 지르코니아 제품을 촬영한 사진이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 실시예 5에서 제조된 흑색의 지르코니아 제품을 촬영한 사진이다.

이하, 본 발명을 실시예 및 시험예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 예들로만 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 지르코니아를 과립화한 후 지르코니아 성형체를 제조하는 단계(단계 1); 상기 지르코니아 성형체를 하소하는 단계(단계 2) 및 상기 지르코니아 성형체를 상기 왕겨 또는 톱밥이 채워진 도가니에 넣어 왕겨 또는 톱밥으로 덮어준 후 소성하는 단계(단계 3)를 포함하는 흑색 지르코니아의 제조방법을 제공한다.

이하에서 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.

우선, 지르코니아를 과립화한 후 지르코니아 성형체를 제조한다(단계 1).

지르코니아를 과립화한 후 제조하고자 하는 제품의 형태로 성형체를 제조한다. 이와 같은 지르코니아 분말을 과립화한 후 이를 이용하여 지르코니아 성형체를 제조하는 방법은 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 수행될 수 있다. 예를 들어, 지르코니아 분말의 과립화 과정을 수행한 후에, 상기 혼합물을 이루는 평균 입자 크기가 40 내지 120 ㎛인 구형의 입자를 성형 분말로서 얻을 수 있다. 상기 성형 분말을 준비한 이후에는, 이 성형 분말로 지르코니아 성형체를 제조한다. 상기 성형분말의 평균 입자 크기가 40 ㎛ 미만이거나 120 ㎛를 초과하는 경우에는, 성형체 제조시 어려움이 있을 수 있다. 또한, 과립의 크기가 40 ㎛ 미만이면, 성형할 때 과립이 비산하게 되어 밀도 조절이 어려운 문제점이 발생할 수 있다. 과립의 크기가 120 ㎛를 초과하는 정도로 커지면, 과립 내에 만들어진 동공 현상으로 성형 후 기포가 많이 존재하게 되어 물성이 나빠질 수 있다.

다음으로, 상기 지르코니아 성형체를 하소한다(단계 2).

상기 단계 2에서 지르코니아 성형체를 300～600℃에서 하소(calcination)하는 것이 바람직하다. 이와 같이 지르코니아 성형체를 하소함으로써 지르코니아 성형체의 제조시 사용된 바인더 등과 같은 물질을 연소시킬 수 있다.

마지막으로, 상기 지르코니아 성형체를 상기 왕겨 또는 톱밥이 채워진 도가니에 넣어 왕겨 또는 톱밥으로 덮어준 후 소성한다(단계 3).

상기 단계 3에서 상기 지르코니아 성형체를 상기 왕겨 또는 톱밥이 채워진 알루미나 또는 사모트질 도가니에 넣어 혼합물로 덮어준 후 도가니의 뚜겅을 닫은 후 소성하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 왕겨는 벼의 겉겨로서 재배된 벼 또는 시판되는 벼로부터 분리한 것을 제한없이 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용되는 톱밥으로는 목재를 얇게 썰어 제조된 것을 사용할 수 있으며, 목재의 종류는 특별히 제한되지 않는다.

상기 소성 과정은 전기로에서 1400～1600℃에서 1～10 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제조방법에 따라 만들어진 흑색 지르코니아(도 1 및 도 11 참고)는 고온에서도 안정적으로 흑색을 나타내고, 지르코니아가 가지는 고강도 등의 우수한 물성을 그대로 유지한다. 따라서 본 발명에 따른 흑색 지르코니아는 소비자가 원하는 흑색에 대한 수요를 충족시키면서 노즐, 커터, 밸브 시트, 반도체칩 등에 다양하게 사용될 수 있다.

실시예 1

먼저 지르코니아(KZ-3YF, 교리츠, 일본)를 이용하여 성형체를 제조한 후, 300℃로 하소하여 흰색의 지르코니아 성형체를 제조하였고 이를 촬영하여 도 1에 나타내었다. 이후 지르코니아 성형체의 흑색화를 위해 알루미나 도가니에 왕겨를 넣은 후 왕겨로 지르코니아 성형체를 덮은 후 1450℃로 2시간 동안 전기로에서 소성하여 흑색 지르코니아 제품을 제조하였다. 이와 같이 제조된 흑색 지르코니아 제품에 대해 사진 촬영하여 도 2에 나타내었다. 도 2에 나타난 바와 같이 흰색의 지르코니아가 흑색화되어진 것을 관찰할 수 있었다. 또한, 흑색 지르코니아 제품을 파쇄하였고 사진 촬영하여 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하면, 흑색 지르코니아의 파단면도 흑색화된 것을 알 수 있고, 이로부터 본 발명에 따라 제조된 흑색 지르코니아는 외부뿐만 아니라 내부까지 흑색화된 것을 알 수 있다.

실시예 2

흰색의 직육면체 지르코니아 성형체를 제조한 후 왕겨를 사용하여 소성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 흑색 지르코니아 제품을 제조하였고, 이를 사진 촬영하여 도 4 및 도 5에 나타내었다.

실시예 3

지르코니아 성형체로서 흰색의 지르코니아 노즐을 제조한 후 왕겨를 사용하여 소성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 흑색 지르코니아 제품을 제조하였고, 이를 사진 촬영하여 도 6 및 도 7에 나타내었다.

실시예 4

흰색의 직육면체 지르코니아 성형체를 제조한 후 톱밥(소나무 톱밥)을 사용하여 소성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 흑색 지르코니아 제품을 제조하였고, 이를 사진 촬영하여 도 8 및 도 9에 나타내었다.

실시예 5

지르코니아 성형체로서 흰색의 지르코니아 노즐을 제조한 후 톱밥(소나무 톱밥)를 사용하여 소성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 수행하여 흑색 지르코니아 제품을 제조하였고, 이를 사진 촬영하여 도 10 및 도 11에 나타내었다.

도 2 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 다양한 형태의 지르코니아 가 흑색화된 것을 알 수 있다.

Claims (5)

1. 지르코니아를 과립화한 후 지르코니아 성형체를 제조하는 단계(단계 1);
   상기 지르코니아 성형체를 하소하는 단계(단계 2);
   상기 지르코니아 성형체를 왕겨 또는 톱밥이 채워진 도가니에 넣어 왕겨 또는 톱밥으로 덮어준 후 소성하는 단계(단계 3);
   를 포함하는 흑색 지르코니아의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 단계 2에서 지르코니아 성형체를 300～600℃에서 하소하는 것을 특징으로 하는 흑색 지르코니아의 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 단계 3에서 상기 지르코니아 성형체를 왕겨 또는 톱밥이 채워진 도가니에 넣어 상기 왕겨 또는 톱밥으로 덮어준 후 도가니의 뚜겅을 닫은 후 소성하는 것을 특징으로 하는 흑색 지르코니아의 제조방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 소성 과정은 전기로에서 1400～1600℃에서 1～10 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 흑색 지르코니아의 제조방법.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 흑색 지르코니아.

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