KR101265947B1

KR101265947B1 - 고강도 도자기용 조성물 및 이를 이용한 뮬라이트 결정상을 갖는 고강도 도자기의 제조방법

Info

Publication number: KR101265947B1
Application number: KR1020100119386A
Authority: KR
Inventors: 피재환; 최효성; 조우석; 김경자
Original assignee: 한국세라믹기술원
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2013-05-21
Also published as: KR20120057857A

Abstract

본 발명은, SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분이 혼합되어 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리에 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50 중량부 함유되고 B₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유된 고강도 도자기용 조성물 및 이를 이용한 뮬라이트 결정상을 갖는 고강도 도자기의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 알루미나(Al₂O₃)와 융제인 B₂O₃ 또는 Mn₂O₃가 함유되므로 뮬라이트 결정이 촉진되고 침상 구조로 성장하여 치밀화되어 물리적 강도가 향상된 도자기를 얻을 수 있고, 저온에서 뮬라이트(3Al₂O₃·2SiO₂) 결정화를 촉진할 수 있으며, 도자기의 수축율이 감소되고 강도가 향상될 수 있다.

Description

고강도 도자기용 조성물 및 이를 이용한 뮬라이트 결정상을 갖는 고강도 도자기의 제조방법{Composite for high-strength ceramic ware and manufacturing method of high-strength ceramic ware using the composite}

본 발명은 도자기용 조성물 및 이를 이용한 도자기의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미나(Al₂O₃)와 융제인 B₂O₃ 또는 Mn₂O₃가 함유되므로 저온에서 뮬라이트 결정이 촉진되고 침상 구조로 성장하여 치밀화되어 물리적 강도가 향상된 고강도 도자기를 얻을 수 있고, 저온에서 뮬라이트(3Al₂O₃·2SiO₂) 결정화를 촉진할 수 있으며, 도자기의 수축율이 감소될 수 있는 고강도 도자기용 조성물 및 이를 이용한 뮬라이트 결정상을 갖는 고강도 도자기의 제조방법에 관한 것이다.

현대에는 식기 종류가 다양화되면서 도자기는 고비중과 취성으로 인해 플라스틱 및 금속제품에 그 시장을 침식당하고 있다. 뿐만 아니라 중국 등 아시아권의 저가 수입품과 유럽 등의 고급 도자기로 인해 우수한 물리적 특성 등을 갖는 새로운 재료의 개발 및 연구의 필요성이 요구된다.

우수한 물리적 특성을 갖는 자기의 특성은 두드리면 금속음을 내고, 기계적 강도가 높으며, 또한 취성이 개선 된 것이 특색이다. 이러한 특성을 얻기 위한 방법에는 일반적으로 점토에 경질재료(알루미나, 지르코니아 등) 등을 첨가한 연구가 진행 중에 있다. 하지만 이러한 경질재료는 고온(1450~1600℃)에서 소결되는 물질이고 첨가량이 증가하면 점토의 가소성을 감소시켜 성형능력을 저하시킨다. 가소성의 저하는 도자기 제조에서 성형 능력을 저하시켜 일반적 도자기 제조에는 많은 어려움이 있다.

이에 저온소결에서도 우수한 물성을 나타내는 도자기를 개발하기 위해 많은 연구가 진행 중이다. 그 중 대표적인 것이 일반적 도자기 조성물을 개질하여 저온에서 뮬라이트를 합성하는 것이다. 섬유상 뮬라이트는 도자기의 강도를 향상시키는 것으로 알려져 있으나 저온에서 뮬라이트를 합성하는 것은 어려운 점이 많은 것으로 보고되고 있다. 뮬라이트(Mullite) 결정화를 촉진시키는 방법에는 일반 도자기 조성물에 알루미나를 첨가하여 1350℃ 이상에서 장시간 소성하여 그 목적을 달성하고 있다. 알루미나, 실리카에 가수분해제(NH₄OH)를 사용하여 Al₂O₃-SiO₂계 겔분말을 얻어 각각 800~1250℃로 하소한다. 이를 다시 1600~1650℃로 소결함으로써 뮬라이트(Mullite)생성시킨다. 또한 뮬라이트(Mullite)분말을 미리 제조하고 씨딩(seeding)물질(α-Al₂O₃, ZrO₂)을 합성하여 열간 가압소결법으로 1650℃에서 4시간 유지하여 뮬라이트(Mullite)합성을 한다.

이러한 방법은 고온에서 장시간 소성하거나 제조공정 및 소성 공정이 비교적 어려움이 있다. 일반 도자기들은 1300℃ 보다 낮은 온도에서 소성되기 때문에 저온에서 뮬라이트 결정화를 촉진할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 알루미나(Al₂O₃)에 융제인 B₂O₃ 또는 Mn₂O₃가 함유되므로 저온에서 뮬라이트 결정이 촉진되고 침상 구조로 성장하여 치밀화되어 물리적 강도가 향상된 도자기를 얻을 수 있고, 저온에서 뮬라이트(3Al₂O₃·2SiO₂) 결정화를 촉진할 수 있으며, 도자기의 수축율이 감소될 수 있는 고강도 도자기용 조성물 및 이를 이용한 뮬라이트 결정상을 갖는 고강도 도자기의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은, SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분이 혼합되어 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리에 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50 중량부 함유되고 B₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유된 고강도 도자기용 조성물을 제공한다.

상기 슬러리에 Mn₂O₃가 더 함유될 수 있고, 상기 Mn₂O₃는 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분이 혼합되어 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리에 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50 중량부 함유되고 Mn₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유된 고강도 도자기용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은, SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분을 혼합하여 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리를 제조하는 단계와, 알루미나(Al₂O₃)와 B₂O₃를 상기 슬러리에 첨가하고 분산시켜 고강도 도자기용 조성물을 제조하되, 상기 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50중량부 함유되고 상기 B₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유되게 혼합하는 단계와, 상기 고강도 도자기용 조성물을 몰드에 주입하고 건조하는 단계 및 건조된 고강도 도자기용 조성물을 탈형하고, 탈형된 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 뮬라이트 결정상을 갖는 고강도 도자기의 제조방법을 제공한다.

상기 고강도 도자기의 제조방법은, 상기 슬러리에 Mn₂O₃를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 Mn₂O₃는 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유되게 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분을 혼합하여 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리를 제조하는 단계와, 알루미나(Al₂O₃)와 Mn₂O₃를 상기 슬러리에 첨가하고 분산시켜 고강도 도자기용 조성물을 제조하되, 상기 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50중량부 함유되고 상기 Mn₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유되게 혼합하는 단계와, 상기 고강도 도자기용 조성물을 몰드에 주입하고 건조하는 단계 및 건조된 고강도 도자기용 조성물을 탈형하고, 탈형된 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 뮬라이트 결정상을 갖는 고강도 도자기의 제조방법을 제공한다.

상기 소결은 공기 분위기에서 1200∼1280℃의 온도로 10분∼24시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 저온에서 뮬라이트(3Al₂O₃·2SiO₂) 결정화를 촉진할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 고강도 도자기용 조성물에 알루미나(Al₂O₃)가함유되므로 수축율이 감소되고 450~510℃의 비교적 저온에서 녹는 B₂O₃가 함유되므로 유리질상이 도자기의 치밀화는 촉진하된 섬유상 뮬라이트 결정상을 촉진하여 수축율이 감소되고 강도가 개선된 도자기를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 고강도 도자기용 조성물에 Mn₂O₃가 함유되므로 뮬라이트 결정상의 분포가 증가하며, 이에 따라 석영(Quartz) 결정상이 감소하고 유리질상이 감소된 도자기를 얻을 수가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 고강도 도자기용 조성물에 알루미나(Al₂O₃)와 융제인 B₂O₃ 또는 Mn₂O₃가 함유되므로 뮬라이트 결정이 촉진되고 침상 구조로 성장하여 치밀화되어 물리적 강도가 향상된 도자기를 얻을 수가 있다.

도 1은 시편1, 시편7, 시편8 및 시편9의 소결 온도에 따른 수축율을 보여주는 그래프이다.
도 2는 시편1, 시편2, 시편3 및 시편4의 소결 온도에 따른 수축율을 보여주는 그래프이다.
도 3은 B₂O₃를 0~3중량% 첨가하고 1295℃에서 소결한 시편에 대한 X-선회절(X-ray diffraction; XRD) 패턴을 보여주는 도면이다.
도 4는 Mn₂O₃를 0~3중량% 첨가하고 1295℃에서 소결한 시편에 대한 X-선회절(XRD) 패턴을 보여주는 도면이다.
도 5는 1295℃에서 소결된 시편1, 시편7, 시편8 및 시편9에 대한 꺾임강도를 보여주는 그래프이다.
도 6은 1295℃에서 소결된 시편1, 시편2, 시편3 및 시편4에 대한 꺾임강도를 보여주는 그래프이다.
도 7은 1295℃에서 소결된 시편1의 미세조직을 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 8은 1295℃에서 소결된 시편2의 미세조직을 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 9는 1295℃에서 소결된 시편3의 미세조직을 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
도 10은 1295℃에서 소결된 시편4의 미세조직을 보여주는 주사전자현미경 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 도자기용 조성물은, 점토, 장석 및 규석을 적어도 포함하는 도자기 원료로서, SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 원료를 이용한다. 상기 원료에서 SiO₂, Al₂O₃와 같은 상기 성분들 이외에도 Fe₂O₃, Ti₂O, P₂O₅, BaO, B₂O₃ 등의 성분들이 5중량% 이내에서 더 포함될 수 있다. 상기 원료는 식기, 위생도기, 타일, 점토벽돌, 본차이나(bone china) 등에 사용되는 원료이며, 이하에서 경량 도자기로 함은 식기, 위생도기, 타일, 점토벽돌, 본차이나 등을 포함하는 의미로 사용한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고강도 도자기용 조성물은, SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분이 혼합되어 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리에 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50 중량부 함유되고 B₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유된다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 고강도 도자기용 조성물은, SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분이 혼합되어 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리에 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50 중량부 함유되고 Mn₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 뮬라이트 결정상을 갖는 고강도 도자기의 제조방법은, SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분을 혼합하여 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리를 제조하는 단계와, 알루미나(Al₂O₃)와 B₂O₃를 상기 슬러리에 첨가하고 분산시켜 고강도 도자기용 조성물을 제조하되, 상기 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50중량부 함유되고 상기 B₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유되게 혼합하는 단계와, 상기 고강도 도자기용 조성물을 몰드에 주입하고 건조하는 단계 및 건조된 고강도 도자기용 조성물을 탈형하고, 탈형된 성형체를 소결하는 단계를 포함한다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 뮬라이트 결정상을 갖는 고강도 도자기의 제조방법은, SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분을 혼합하여 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리를 제조하는 단계와, 알루미나(Al₂O₃)와 Mn₂O₃를 상기 슬러리에 첨가하고 분산시켜 고강도 도자기용 조성물을 제조하되, 상기 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50중량부 함유되고 상기 Mn₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유되게 혼합하는 단계와, 상기 고강도 도자기용 조성물을 몰드에 주입하고 건조하는 단계 및 건조된 고강도 도자기용 조성물을 탈형하고, 탈형된 성형체를 소결하는 단계를 포함한다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예를 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서는 저온에서 뮬라이트(3Al₂O₃·2SiO₂) 결정화를 촉진할 수 있는 조건을 연구하였다. Al₂O₃분말과 융제인 Mn₂O₃, B₂O₃를 첨가하여 성형체를 제조하였다. 이때 첨가제가 백자 원료의 소성거동, 뮬라이트 형성 및 강도특성에 미치는 영향에 대하여 살펴보았다.

출발 원료는 백자 원료(1S, Korea Clay) 슬러리(33.4중량% 함수율)를 사용하였다. 첨가제로는 하소 알루미나(3.8㎛, Korea Alumina, KAM, Co., Ltd.) 분말을 사용하였고, 조성은 Al₂O₃ 99.7중량%, NaO 0.22중량%, Fe₂O₃ 0.02중량%의 성분으로 이루어져 있다. 융제로는 Mn₂O₃(<45㎛, Sigma-aldrich, U.S.A.), B₂O₃(Junsei Chemical Co., Ltd.)를 사용하였다. 아래의 표 1에 백자 원료 슬러리의 고형분에 대한 화학성분을 나타내었고, 아래의 표 2에 고강도 도자기용 조성물의 성분인 백자 원료 슬러리, 알루미나(Al₂O₃), Mn₂O₃, B₂O₃ 및 함수율을 나타내었다.

SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₈	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	TiO₂	P₂O₅	Ig.loss
71.6	19.2	0.49	0.13	0.08	1.96	0.97	0.04	0.05	5.55

시편번호	백자 원료 슬러리(중량%)	Al₂O₃(중량%)	Mn₂O₃(중량%)	B₂O₃(중량%)	함수율(%)
시편1	100				33.4
시편2	79	20	1		33
시편3	68	30	2		33
시편4	57	40	3		33
시편5	46	50	4		33
시편6	35	60	5		33
시편7	79	20		1	33
시편8	68	30		2	33
시편9	57	40		3	33

백자 원료 슬러리의 고형분 입도는 레이저 회절법(beckman coulter LS13320, U.S.A)에 의해 측정한 결과 평균입자 크기는 6.8㎛로 측정되었다. 고강도 도자기용 조성물 제조를 위해 30㎜ 볼미디어를 사용하여 습식으로 혼합하였고, 200rpm으로 2시간 동안 볼밀링 하였다.

제조된 고강도 도자기용 조성물은 130*35*4㎜ 바(bar)형 석고몰드에서 성형하였고, 상온에서 24시간 동안 건조하였다.

건조된 성형체는 0.3루베 전기로에서 2℃/min의 속도로 1280℃로 가열한 후, 1280℃에서 1시간 유지하여 소결하였다.

소결체의 수축율은 시편의 장축방향으로 10㎝의 수축 확인선을 표시하여 소결 후 표시된 수축 확인선을 측정하여 수축율을 나타내었다.

소결체의 결정상 분석은 X-선회절(X-ray diffraction, Right D/max 2500v/pc, Rigaku, Japan) 장비를 사용하였다.

소결체를 40*4*3㎜로 가공 후 표면 연마하여 0.5㎜/min의 크로스 헤드(cross head) 속도로 3점 굴곡강도를 측정하였다.

주사전자현미경(scanning electron microscope, JSM-6390, JEOL, Japan)을 사용하여 소결 전 후의 미세조직과 기공을 관찰하였다.

제조된 각 시편에 대해 소결체의 수축율(shrinkage rate)을 알아보기 위해 1275℃, 1290℃, 1300℃, 1310℃로 소결하여 도 1 및 도 2에 나타내었다.

도 1은 B₂O₃를 0~3중량% 첨가하고, Al₂O₃를 20~40중량% 첨가하여 제조된 시편(표 2의 시편1, 시편7 내지 시편9 참조)에 대한 수축율을 보여준다. B₂O₃와 Al₂O₃ 무첨가 시편(표 2의 시편1 참조)은 약 11.8%의 수축율을 보였고, B₂O₃와 Al₂O₃의 첨가량이 증가할수록 최대 7.9%까지 감소하였다.

도 2는 Mn₂O₃를 0~3중량% 첨가하고, Al₂O₃를 20~40중량% 첨가하여 제조된 시편(표 2의 시편1 내지 시편4 참조)에 대한 수축율을 보여준다. Mn₂O₃와 Al₂O₃의 첨가량이 증가할수록 수축율은 감소하였고, 최대 10.1%까지 감소하였다.

온도에 따른 수축율 경향성은 도 1 및 도 2 모두에서 유사하게 나타났다. 하지만 B₂O₃를 첨가한 시편에서는 수축이 원활하게 진행되지 못했다. B₂O₃는 450~510℃의 비교적 저온에서 녹기 때문에 유리질상이 수축을 방해하여 감소한 것으로 판단된다. 또한 Al₂O₃함량이 증가함에 따라 수축율이 감소한 것으로 판단된다. Mn₂O₃의 융점은 940℃로 B₂O₃보다 높지만 Al₂O₃함량의 증가로 수축율이 감소한 것으로 판단된다.

소결체의 결정상 분석을 알아보기 위해 X-선회절(X-ray diffraction; 이하 'XRD'라 함) 분석을 하여 도 3 및 도 4에 나타내었다. 도 3은 B₂O₃를 0~3중량% 첨가하고 1295℃에서 소결한 시편에 대한 XRD 패턴을 보여주고, 도 4는 Mn₂O₃를 0~3중량% 첨가하고 1295℃에서 소결한 시편에 대한 XRD 패턴을 보여준다. 도 3에서 (a)는 표 2의 시편1에 대한 것이고, (b)는 표 2의 시편7에 대한 것이며, (c)는 표 2의 시편8에 대한 것이고, (d)는 표 2의 시편9에 대한 것이다. 도 4에서 (a)는 표 2의 시편1에 대한 것이고, (b)는 표 2의 시편2에 대한 것이며, (c)는 표 2의 시편3에 대한 것이고, (d)는 표 2의 시편4에 대한 것이다. 본 발명에서 의도한 뮬라이트 생성촉진과 강도증진을 위해 코런덤(Corundum) 결정상을 증가하려고 하였다. 도 3 및 도 4에서 알 수 있듯이 B₂O₃, Al₂O₃, Mn₂O₃의 첨가량이 증가함에 따라 코런덤 결정상과 뮬라이트 결정상이 증가한 것을 알 수 있었다. 또한 유리질상이 감소된 것을 알 수 있었다. 도 3은 B₂O₃를 첨가한 시편의 결정상을 나타내었다. B₂O₃ 첨가량이 증가함에 따라 코런덤 결정상은 증가하였지만 뮬라이트 결정상의 비율은 높지가 않았다. 반면 도 4는 Mn₂O₃를 첨가한 시편의 결정상을 나타내었다. Mn₂O₃ 첨가량이 증가할수록 코런덤 결정상과 뮬라이트 결정상의 분포가 증가한 것을 알 수 있었다. 이에 따라 석영(Quartz) 결정상이 감소하였고 유리질상이 감소되었다.

도 5 및 도 6에 혼합 비율에 따른 3점 꺾임강도 측정결과를 나타내었다. 도 5는 표 2의 시편1, 시편7, 시편8 및 시편9에 대한 것이고, 도 6은 표 2의 시편1, 시편2, 시편3 및 시편4에 대한 것이다.

도 5를 참조하면, 1295℃에서 소결한 B₂O₃, Al₂O₃, Mn₂O₃무첨가 시편(표 2의 시편1)은 114MPa로 나타났고, B₂O₃의 첨가량이 증가할수록 꺾임강도 값은 저하되었다. 백자 원료 79 중량%, 알루미나 20중량%, B₂O₃1중량% 첨가한 시편은 154MPa으로 가장 높게 나타났다.

도 6을 참조하면, Mn₂O₃의 첨가량이 증가할수록 꺾임강도 값은 증가하였다. 백자 원료 57중량%, 알루미나 40중량%, Mn₂O₃3중량%를 첨가한 시편에서는 꺾임강도 값은 168MPa을 나타내었다. 시편1 대비 약 31%의 꺾임강도 증진이 나타났다.

도 7 내지 도 10에 1295℃에 소결한 시편의 미세조직 결과를 나타내었다. 도 7은 1295℃에서 소결된 시편1의 미세조직을 보여주는 주사전자현미경 사진이고, 도 8은 1295℃에서 소결된 시편2의 미세조직을 보여주는 주사전자현미경 사진이며, 도 9는 1295℃에서 소결된 시편3의 미세조직을 보여주는 주사전자현미경 사진이고, 도 10은 1295℃에서 소결된 시편4의 미세조직을 보여주는 주사전자현미경 사진이다.

도 7 내지 도 10을 참조하면, Mn₂O₃의 첨가량이 증가함에 따라 석영(Quartz)량은 감소하였고 뮬라이트량은 증가하였다. 이는 도 4의 XRD 결과와 같은 경향성이 나타났다. 강도가 증가된 원인은 Al₂O₃첨가와 이를 용융(Melting)시킬 수 있는 융제(Mn₂O₃)를 첨가하여 뮬라이트 결정을 증가시켰고 침상 구조로 성장하여 치밀화하여 물리적 강도가 향상된 것으로 판단된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims

SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분이 혼합되어 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리에 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50 중량부 함유되고 B₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유되며,
상기 슬러리에 Mn₂O₃가 더 함유되고, 상기 Mn₂O₃는 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유된 것을 특징으로 하는 고강도 도자기용 조성물.
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SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분이 혼합되어 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리에 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50 중량부 함유되고 Mn₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유된 것을 특징으로 하는 고강도 도자기용 조성물.
SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분을 혼합하여 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리를 제조하는 단계;
알루미나(Al₂O₃)와 B₂O₃를 상기 슬러리에 첨가하고 분산시켜 고강도 도자기용 조성물을 제조하되, 상기 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50중량부 함유되고 상기 B₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유되게 혼합하는 단계;
상기 고강도 도자기용 조성물을 몰드에 주입하고 건조하는 단계; 및
건조된 고강도 도자기용 조성물을 탈형하고, 탈형된 성형체를 소결하는 단계를 포함하며,
상기 슬러리에 Mn₂O₃를 첨가하는 단계를 더 포함하고, 상기 Mn₂O₃는 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유되게 첨가하는 것을 특징으로 하는 뮬라이트 결정상을 갖는 고강도 도자기의 제조방법.
SiO₂ 40∼75중량%와, Al₂O₃ 10∼35중량%와, K₂O 및 Na₂O 1∼15중량%와, CaO 및 MgO 0.1∼15중량%를 포함하는 고형분과 수분을 혼합하여 수분의 함량이 20∼50중량%를 이루는 슬러리를 제조하는 단계;
알루미나(Al₂O₃)와 Mn₂O₃를 상기 슬러리에 첨가하고 분산시켜 고강도 도자기용 조성물을 제조하되, 상기 알루미나(Al₂O₃)가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 5∼50중량부 함유되고 상기 Mn₂O₃가 상기 슬러리 100중량부에 대하여 0.1∼7중량부 함유되게 혼합하는 단계;
상기 고강도 도자기용 조성물을 몰드에 주입하고 건조하는 단계; 및
건조된 고강도 도자기용 조성물을 탈형하고, 탈형된 성형체를 소결하는 단계를 포함하는 뮬라이트 결정상을 갖는 고강도 도자기의 제조방법.
삭제
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 소결은 공기 분위기에서 1200∼1280℃의 온도로 10분∼24시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 뮬라이트 결정상을 갖는 고강도 도자기의 제조방법.