KR101272303B1 - 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 세라믹 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알칼리 실리카 졸(SiO2 30%), 페타라이트(petalite, LiAlSi4O10), 지르콘(ZrSiO4), 세리사이트(sericite, (K,Na)2ㆍAl2O3ㆍSiO2), 활석(3MgOㆍ4SiO2ㆍH2O) 및 수산화알루미나 분말과 증점제, 분산제, 소포제, 점결제, 및 물을 혼합하여 각종 조리용 용기 및 장치를 제조하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 세라믹 조성물에 있어서, 상기 세라믹 조성물의 배합비율은 알칼리 실리카 졸 300 ~ 800중량부, 페타라이트 500 ~ 2000중량부, 지르콘 500 ~ 2000중량부, 세리사이트 100 ~ 500중량부, 활석 50 ~ 100중량부, 및 수산화 알루미나 50 ~ 200중량부와 활석 50 ~ 100중량부와, 증점제 1 ~ 4중량부, 소포제로는 지방산 에스텔 1 ~ 2중량부를 포함하고, 점결제로는 헥사메타포스페이트(hexamethaphosphate) 50 ~ 150중량부 및 물300~500중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 세라믹 조성물을 제공한다.
Description
본 발명은 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 세라믹 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 상온의 물속에 침지하더라도 파괴되지 않는 내열충격성 및 기계적 강도뿐만 아니라, 저열팽창성과 원적외선 방사성을 가지는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조할 수 있는 세라믹 조성물을 제공함으로써, 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 통해 조리기구의 용기, 간접 가열 장치, 건강기구와 같은 다양한 용도의 제품을 제조할 수 있는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 세라믹 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 낮은 열팽창성을 가진 세라믹 재료는 코디어라이트(MgOㆍAl2O3ㆍSiO2) 스포듀멘(Li2OㆍAl2O3ㆍSiO2) β-유크립타이트(Li2OㆍAl2O3ㆍ2SiO2) 등의 마그네슘, 리튬, 알루미나 복합 규산염 화합물과 산화마그네슘(MgO), 산화알루미늄 (Al2O3) 및 수산화알루미늄(Al(OH)3) 등의 산화물을 적당한 비율로 혼합하여 소성한 것으로 물성이 약 25℃의 실온 부근에서 열팽창계수가 1x10-6/℃, 영율이 120GPa, 굽힘강도 200MPa 이상의 특성을 가진 세라믹 재료를 얻을 수 있다.
이러한 저열팽창성 재료는 배기가스 정화용, 용융금속 중의 부유입자 포획용 필터, 반도체 제조용 부재 및 기타 정밀 장치용 부재로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 저열팽창 세라믹에 관한 기술은 일본공개특허공보 특개2007-314363에 개시되어 있으며, 구체적으로 살펴보면, Mg: 5~20중량%, Li: 0.05~2중량%, Al: 10~25중량%, Si: 20~35중량% 및 나머지가 산소 및 불가피한 불순물로 이루어진 것으로 열팽창계수가 -1~1ppm/K이고 상온에서의 굽힘 강도가 250MPa이상인 주로 코디어라이트(MgOㆍAl2O3ㆍSiO2)와 버질라이트(virgilite, Li0.5Al0.5Si2.5O6)로 구성된 세라믹 재료이다.
또한 상기한 복합규산염으로 구성된 저열팽창성 허니컴 제조에 관한 기술이 일본공개특허공보 특개2007-039332에 개시되어 있으며, 이와 같은 종래기술은 사방정계 코디어라이트 결정상이 60%이상, 육방정계 코디어라이트 결정상이 30% 이하인 2상이 85% 이상으로 구성된 세라믹 재료에 관한 것이다.
전술한 바와 같이, 종래 기술에 따른 저열팽창성 세라믹은 주로 배기가스 정화용, 부유입자 포획용 필터, 및 반도체 제조 장치 등에 사용되고 있다.
그러나 상기한 부재들은 구조재료로서 저열팽창계수, 고강도 등의 물성은 우수하나, 1000℃이상의 고온에서 가열 후, 급격하게 상온의 물속으로 급냉시에 깨짐 현상이 발생하고, 원적외선 방사효율이 상대적으로 낮은 문제점이 있어 조리용 기구에 사용하기에는 부적합한 문제점이 있다.
일본공개특허 제2007-314363호 (2007.12.06.)
일본공개특허 제2007-039332호 (2007.02.15.)
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 열팽창계수가 1x10-6/℃이하이고 1300℃ 이상의 고온으로 가열한 상태에서 25℃의 물속에 침지하더라도 파괴되지 않는 내열충격성 및 기계적 강도가 우수한 조리용 용기 및 장치에 사용 할 수 있는 세라믹 구조재료용 조성물과 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 공극률이 약 80℃이상 조리용 원적외선 방사용 장치인 3차원 다공성의 망상구조를 가진 세라믹 구조체를 제조하기 위한 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 우수한 원적외선 방사기능을 가지는 3차원 다공성의 세라믹 구조체를 통해 조리기구 등의 용기, 간접 가열 장치, 및 건강기구 등에 사용 할 수 있는 제품 등을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 알칼리 실리카 졸(SiO2 30%), 페타라이트(petalite, LiAlSi4O10), 지르콘(ZrSiO4), 세리사이트(sericite, (K,Na)2ㆍAl2O3ㆍSiO2), 활석(3MgOㆍ4SiO2ㆍH2O) 및 수산화알루미나 분말과 증점제, 분산제, 소포제, 점결제, 및 물을 혼합하여 각종 조리용 용기 및 장치를 제조하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 세라믹 조성물에 있어서, 상기 세라믹 조성물의 배합비율은 알칼리 실리카 졸 300 ~ 800중량부, 페타라이트 500 ~ 2000중량부, 지르콘 500 ~ 2000중량부, 세리사이트 100 ~ 500중량부, 활석 50 ~ 100중량부, 및 수산화 알루미나 50 ~ 200중량부와 활석 50 ~ 100중량부와, 증점제 1 ~ 4중량부, 소포제로는 지방산 에스텔 1 ~ 2중량부를 포함하고, 점결제로는 헥사메타포스페이트(hexamethaphosphate) 50 ~ 150중량부 및 물300~500중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 세라믹 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 세라믹 조성물 중 실리카 졸을 제외한 페타라이트(petalite, LiAlSi4O10), 지르콘(ZrSiO4), 세리사이트(sericite, (K,Na)2ㆍAl2O3ㆍSiO2), 활석(3MgOㆍ4SiO2ㆍH2O) 및 수산화알루미나 분말과 증점제, 분산제, 소포제, 점결제의 입자 크기가 약 10~40㎛이하의 미분말로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 세라믹 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 세라믹 조성물 중 증점제로는 하이드로옥시프로필셀루로즈(hydroxypropyl cellulose)를 사용하고, 소포제로는 지방산 에스텔을 사용하고, 점결제로는 헥사메타포스페이트(hexamethaphosphate)을 사용하는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 세라믹 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 청구항 1에 의해 혼합된 세라믹 조성물을 이용하여 3차원 망상구조의 세라믹 구조체 제조방법에 있어서, (a) 상기 세라믹 조성물을 물과 일정 비율로 혼합하여 슬러리 형태로 제조하는 단계; (b) 슬러리 형태의 세라믹 조성물을 폴리우레탄 전구체 표면에 도포 및 침적하는 단계; (c) 상기 (b) 단계 이후, 슬러리가 침적된 폴리우레탄 전구체를 일정간격의 롤러 사이로 통과시켜 과잉의 슬러리를 제거하고, 100℃의 항온조에서 건조하는 단계; (d) 상기 (c) 단계 이후, 건조된 폴리우레탄 전구체를 450℃에서 배소(roasting)하는 배소공정을 수행하여 폴리우레탄을 소실시키는 단계; (e) 상기 (d) 단계 이후, 머플로(muffle furnace)에서 1200℃에서 1시간 소성하여 완전히 경화된 세라믹 구조체를 제조하는 단계; (f) 세라믹 구조체 제조시 발생하는 유해가스 및 배기가스 제거단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 세라믹 조성물은 알칼리 실리카 졸 600중량부, 페타라이트 1000중량부, 지르콘 1000중량부, 세리사이트 200중량부, 활석 50중량부, 수산화알루미나 100중량부를 포함하고, 세라믹 구조체의 슬러리 형성을 위하여 사용되는 증점제로는 하이드로옥시프로필셀루로즈(hydroxypropyl cellulose) 4중량부, 소포로제로는 지방산 에스텔 1중량부, 점결제로는 헥사메타포스페이트(hexamethaphosphare) 100중량부 및 물 350중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계에는 상기 세라믹 조성물의 혼합이 완료되면, 밀링공정을 통해 슬러리 형태로 혼합된 세라믹 조성물의 입자를 미세입자화 시키는 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 밀링공정은 볼밀에서 약 5시간 이상 밀링하여 세라믹 구조체의 입자크기가 약 10㎛이하인 슬러리가 되도록 제조하는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 폴리우레탄 전구체는 스폰지 형태로 구성되며, 10~20PPI(Pixcel Per Inch)로 구성되고, 상기 슬러리를 균일하게 도포하여 침적시키는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체 제조방법을 제공한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 저열팽창, 내열 충격성 및 원적외선 방사성을 가지는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 비교적 저렴한 원료비용으로 제조할 수 있어 조리용 용기뿐만 아니라 원적외선 방사용 조리장치 또는 건강기구 등의 부재 등으로 활용이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 통해 자동차 배기가스 정화용 필터, 쓰레기 소각장등의 배기가스 정화용 필터, 용융금속의 불순물 제거용 필터 등 저열팽창과 고온 내열 충격성이 요구되는 고온용 필터재료로 활용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 다공성의 세라믹 구조체를 제조하는 과정을 나타낸 순서도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저열팽창성, 고온ㆍ내열충격성 및 원적외선 방사 세라믹 재료로 제조되는 제품의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저열팽창성, 고온ㆍ내열충격성 및 원적외선 방사 세라믹 재료로 제조되는 제품의 예를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 낮은 열팽창성, 고온ㆍ내열충격성 및 원적외선 방사 효율이 우수한 세라믹 재료의 조성물 및 이 조성물로 구성되는 여러 가지 용도의 제품을 제조하기 위한 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하기 위한 것으로 이하에서는 저열팽창성, 고온ㆍ내열충격성 및 원적외선 방사 세라믹 재료의 조성물과 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 조리기구의 용기, 간접 가열 장치, 건강기구와 같은 다양한 용도의 제품을 제조하기 위한 세라믹 조성물은 알칼리 실리카 졸(SiO2), 페타라이트(petalite, LiAlSi4O10), 지르콘(ZrSiO4), 세리사이트(sericite, (K,Na)2ㆍAl2O3ㆍSiO2), 활석(3MgOㆍ4SiO2ㆍH2O) 및 수산화알루미나 분말과 증점제, 분산제, 소포제, 점결제 및 물을 포함하여 구성된다.
이와 같은 세라믹 조성물의 배합비율은 알칼리 실리카 졸 300~800중량부, 페타라이트 500~2000중량부, 지르콘 500~2000중량부, 세리사이트 100~500중량부, 활석 50~100중량부, 및 수산화 알루미나 50~200중량부와 활석과 증점제로는 하이드로옥시프로필셀루로즈(hydroxypropyl cellulose) 1~4중량부, 소포제로는 지방산 에스텔 1~2중량부를 포함하고, 점결제로는 헥사메타포스페이트(hexamethaphosphate) 50~150중량부 및 물은 요구되는 제품의 제조에 필요한 점도에 따라 필요한 량을 첨가하도록 한다.
또한, 본 발명은 실리카 졸을 제외한 나머지 조성물의 입자 크기가 약 10~40㎛이하의 미분말로 이루어진 조성물을 사용하도록 한다.
여기서, 전술한 세라믹 조성물을 통해 조리용 용기를 제조할 경우에는 혼합된 조성물에 적당량의 물을 첨가하여 반죽을 한 후, 세라믹 제조용 물레나 일정 형틀의 몰드에 주입하여 제조하고, 제조가 완료되면, 형틀 또는 몰드로부터 제품을 탈형하는 과정을 수행한다.
이후, 탈형이 이루어진 제품을 100℃~120℃의 온도로 건조시키고, 450℃~470℃의 온도로 배소(roasting)공정이 이루어지며, 이 배소공정이 완료되면 머플로(muffle furnace)를 사용하여 1200℃에서 약 1~2시간 소성을 하는 소성공정을 통해 최종 제품을 제조한다.
한편, 3차원 구조의 망상구조를 가진 세라믹 구조체를 제조하는 방법으로는 전술한 세라믹 조성물에 물을 300~500중량부를 추가로 첨가하여 슬러리 형태로 제조한 다음, 볼밀에 장입하여 약 5시간 이상 밀링공정을 수행함으로써, 세라믹 조성물의 입자의 크기가 약 10㎛이하로 구성되도록 한다.
아울러, 전술한 밀링공정을 통해 제조된 슬러리를 공극률이 정해진 폴리우레탄 전구체에 도포하고, 100℃~120℃의 온도로 건조시키고, 450℃~470℃의 온도로 배소(roasting)공정이 이루어지도록 한다.
그리고, 전구체인 폴리우레탄을 소실시킨 다음, 약 1200℃에서 1~2시간 소성하는 소성공정을 수행하여 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 것이다.
이와 같은 방법을 통해 제조되는 본 발명의 세라믹 제품들은 열팽창계수가 1x10-6/℃이고, 약 100℃도 가열 후, 상온(25℃)의 물속에 급격히 주입하였을 경우에도 크랙이나 파손이 발생되지 않는 물성을 가지게 된다.
이하에서는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 이루는 세라믹 조성물과 이 세라믹 조성물을 이용하여 세라믹 구조체를 제조하는 실시예를 자세히 설명하고자 한다.
3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하기 위해서는 도 1의 S110 단계에 기재된 바와 같이, 세라믹 조성물을 물과 일정 비율로 혼합하여 슬러리 형태로 제조하는 단계를 수행한다.
이때, 혼합되는 세라믹 조성물 및 그 배합비율은 다음과 같다.
알칼리 실리카 졸 600중량부, 페타라이트 1000중량부, 지르콘 1000중량부, 세리사이트 200중량부, 활석 50중량부, 수산화알루미나 100중량부를 포함하고, 세라믹 구조체의 슬러리 형성을 위하여 사용되는 증점제로는 하이드로옥시프로필셀루로즈(hydroxypropyl cellulose) 4중량부, 소포로제로는 지방산 에스텔 1중량부, 점결제로는 헥사메타포스페이트(hexamethaphosphare) 100중량부 및 물 350중량부를 혼합하여 구성된다.
또한, S120 단계와 같이, 밀링공정을 통해 슬러리 형태로 혼합된 세라믹 조성물의 입자를 미세입자화 시키는 단계를 수행한다.
즉, 본 실시예에서는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 구성하기 위해서 볼밀에서 약 5시간 이상 밀링하여 세라믹 구조체의 입자크기가 약 10㎛이하인 슬러리가 되도록 제조한다.
이후, 전술한 S110 및 S120 단계를 통해 혼합도니 혼합물을 통해 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하기 위해서는 다음과 같은 공정들을 수행하도록 한다.
먼저, S130 단계와 같이, 슬러리 형태의 세라믹 조성물을 폴리우레탄 전구체 표면에 도포 및 침적하는 단계를 수행한다.
다시말해, 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하기 위해 일정한 공극률을 가진 스폰지 형태로 구성되며, 10~20PPI(Pixcel Per Inch)로 구성된 폴리우레탄 전구체를 표면에 전술한 슬러리를 균일하게 도포되도록 침적시킨다.
그리고, S140 단계와 같이, 스폰지 형태의 폴리우레탄 전구체를 일정간격의 롤러 사이로 통과시켜 과잉의 슬러리를 제거한 다음, 100℃의 항온조에서 건조시킨다.
또한, S150 단계와 같이, 완전히 건조된 전구체를 450℃에서 배소하는 배소공정을 수행하여 폴리우레탄을 소실시키면, S160 단계와 같이, 망상구조의 그린 형태의 세라믹 구조체만 남게 되어 이것을 머플로에서 약 1200℃에서 1시간 소성하여 완전히 경화된 구조체를 제조한다.
이후, S170 단계와 같이, 세라믹 구조체 제조 중 배소공정에서 발생하는 유해가스는 물에 통과시켜 흡수시키고, 최종 배기가스인 이산화탄소는 대기 중에 방출한다.
이와 같은 실시예를 통해 제조된 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 약 1000℃로 가열시킨 다음, 25℃의 물속에 급격히 침지시켰을 때, 구조체 표면에 크랙이나 절단 등의 파손이 발생되지 않았으며, 열팽창계수는 1.2x10-6/℃이였다.
표 1은 원적외선 방사효과를 나타낸 것으로 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 히터 위에 장치하고, 히터를 가열하였을 때, 열원으로부터 거리에 따른 세라믹 상부의 온도 변화를 조사한 결과이다.
열원으로부터의 거리(cm) |
열원상부 세라믹 설치시(℃) |
미설치시(℃) |
0 | 380 | 780 |
2 | 370 | 710 |
3 | 360 | 690 |
5 | 355 | 610 |
7 | 350 | 530 |
10 | 345 | 420 |
[표 1] 원적외선 방사효과를 나타낸 표
이와 같은 결과를 통해 본 발명의 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 열원에서부터 일정거리를 두고 장치한 경우 히터의 열원으로부터 상부 0cm에서부터 10cm 떨어진 거리의 온도차이가 35℃밖에 나지 않고 있음을 알 수 있다.
또한, 구조체를 열원 상부에 설치하지 않았을 경우에는 열원으로부터 상부 10cm까지의 온도 차이가 약 360℃에 달하여 상당한 차이를 나타내고 있음을 알 수 있다.
이러한 현상은 본 발명의 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 가열 조리기 장치, 즉 가스 가열기 상부에 장치하여 요리재료를 간접 가열방식으로 조리하였을 경우, 조리물의 급격한 가열을 방지하고 조리물의 내부에까지 열이 균일하게 전달되는 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
예를 들어 가스 불꽃을 사용하여 육류 등을 조리할 경우, 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 불꽃 위에 장치하여 요리하게 되면, 음식물이 급격한 고열로 인해 타지 않고 내부와 외부가 동시에 가열되는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 도 2a 내지 도 2c는 전술한 본 발명의 상세한 설명을 바탕으로 제조되는 것으로, 도 2a는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 나타낸 도면이고, 도2b는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 통해 제조된 조리용기를 나타낸 도면이며, 도 2c는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 통해 제조된 건강기구용 불을 나타낸 도면이다.
이와 같은 본 발명의 3차원 망상구조의 세라믹 구조체는 자동차 배기가스 정화용 필터, 쓰레기 소각장등의 배기가스 정화용 필터, 용융금속의 불순물 제거용 필터 등 저열팽창과 고온 내열 충격성이 요구되는 고온용 필터재료로 활용이 가능하다. 한편 원적외선 방사효율이 우수하여 가스나 전열기 등의 방열장치 등에 활용이 가능한 발명이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (8)
- 알칼리 실리카 졸(SiO2 30%), 페타라이트(petalite, LiAlSi4O10), 지르콘(ZrSiO4), 세리사이트(sericite, (K,Na)2ㆍAl2O3ㆍSiO2), 활석(3MgOㆍ4SiO2ㆍH2O) 및 수산화알루미나 분말과 증점제, 분산제, 소포제, 점결제, 및 물을 혼합하여 각종 조리용 용기 및 장치를 제조하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 세라믹 조성물에 있어서,
상기 세라믹 조성물의 배합비율은 알칼리 실리카 졸 300 ~ 800중량부, 페타라이트 500 ~ 2000중량부, 지르콘 500 ~ 2000중량부, 세리사이트 100 ~ 500중량부, 활석 50 ~ 100중량부 및 수산화 알루미나 50 ~ 200중량부와 증점제로 하이드로옥시프로필셀루로즈(hydroxypropyl cellulose) 1 ~ 4중량부, 소포제로는 지방산 에스텔 1 ~ 2중량부를 포함하고, 점결제로는 헥사메타포스페이트(hexamethaphosphate) 50 ~ 150중량부 및 물300~500중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 세라믹 조성물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 조성물 중 실리카 졸을 제외한 페타라이트(petalite, LiAlSi4O10), 지르콘(ZrSiO4), 세리사이트(sericite, (K,Na)2ㆍAl2O3ㆍSiO2), 활석(3MgOㆍ4SiO2ㆍH2O) 및 수산화알루미나 분말과 증점제, 분산제, 소포제, 점결제의 입자 크기가 적어도 10~40㎛이하의 미분말로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체를 제조하는 세라믹 조성물.
- 삭제
- 상기 청구항 1에 의해 혼합된 세라믹 조성물을 이용하여 3차원 망상구조의 세라믹 구조체 제조방법에 있어서,
(a) 상기 세라믹 조성물을 물과 일정 비율로 혼합하여 슬러리 형태로 제조하는 단계;
(b) 슬러리 형태의 세라믹 조성물을 폴리우레탄 전구체 표면에 도포 및 침적하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계 이후, 슬러리가 침적된 폴리우레탄 전구체를 일정간격의 롤러 사이로 통과시켜 과잉의 슬러리를 제거하고, 100℃의 항온조에서 건조하는 단계;
(d) 상기 (c) 단계 이후, 건조된 폴리우레탄 전구체를 450℃에서 배소(roasting)하는 배소공정을 수행하여 폴리우레탄을 소실시키는 단계;
(e) 상기 (d) 단계 이후, 머플로(muffle furnace)에서 1200℃에서 1시간 소성하여 완전히 경화된 세라믹 구조체를 제조하는 단계;
(f) 세라믹 구조체 제조시 발생하는 유해가스 및 배기가스 제거단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 세라믹 조성물은
알칼리 실리카 졸 600중량부, 페타라이트 1000중량부, 지르콘 1000중량부, 세리사이트 200중량부, 활석 50중량부, 수산화알루미나 100중량부를 포함하고, 세라믹 구조체의 슬러리 형성을 위하여 사용되는 증점제로는 하이드로옥시프로필셀루로즈(hydroxypropyl cellulose) 4중량부, 소포로제로는 지방산 에스텔 1중량부, 점결제로는 헥사메타포스페이트(hexamethaphosphare) 100중량부 및 물 350중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 (a) 단계에는
상기 세라믹 조성물의 혼합이 완료되면, 밀링공정을 통해 슬러리 형태로 혼합된 세라믹 조성물의 입자를 미세입자화 시키는 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 밀링공정은 볼밀에서 적어도 5시간 이상 밀링하여 상기 세라믹 조성물의 입자크기가 적어도 10㎛이하인 슬러리가 되도록 제조하는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 폴리우레탄 전구체는 스폰지 형태로 구성되며, 10~20PPI(Pixcel Per Inch)로 구성되고, 상기 슬러리를 균일하게 도포하여 침적시키는 것을 특징으로 하는 3차원 망상구조의 세라믹 구조체 제조방법.
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100588421B1 (ko) * | 2003-09-08 | 2006-06-09 | 주식회사 경동세라텍 | 단열성이 우수한 다공질의 세라믹 성형체 제조방법 |
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KR100588421B1 (ko) * | 2003-09-08 | 2006-06-09 | 주식회사 경동세라텍 | 단열성이 우수한 다공질의 세라믹 성형체 제조방법 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105860016A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-08-17 | 南昌航空大学 | 一种环保防指纹聚氨酯树脂的制备方法 |
CN105860016B (zh) * | 2016-05-06 | 2021-07-09 | 南昌航空大学 | 一种环保防指纹聚氨酯树脂的制备方法 |
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