KR101355640B1 - 성형체의 휨 방지용 소결지그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 성형체의 소결 시 휨을 방지할 수 있는 소결지그에 관한 것이다. 본 발명에 따른 소결지그는 세라믹 성형체가 삽입되는 홈 형태의 삽입부를 갖는다. 상기 삽입부는, 바람직한 형태에 따라서 "V"자형 또는 "ㄷ"자형의 단면을 갖는다. 본 발명에 따르면, 삽입부에 의해 세라믹 성형체가 넓은 면적으로 지지되고 있는 상태에서 소결되어 소결과정에서 발생되는 휨 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 소결지그는 필터나 촉매 담체용으로 사용되는 허니컴 세그먼트의 소결 시에 유용하게 사용된다.

허니컴, 구조체, 세그먼트, 필터, 소결지그, 휨 방지

Description

성형체의 휨 방지용 소결지그 {SINTERING JIG FOR PREVENTING PRODUCT FROM BENDING}

도 1은 허니컴 세그먼트의 사시도이다.

도 2는 도 1에 보인 허니컴 세그먼트를 다수 개 접합시켜 구성한 허니컴 구조체의 사시도이다.

도 3은 종래 기술에 따른 소결지그가 설치된 소결로를 보인 단면도이다.

도 4는 종래 기술에 따른 소결지그에 허니컴 세그먼트가 안치된 모습을 보인 사시도이다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 소결지그의 사시도이다.

도 6은 상기 도 5의 A-A선 단면도이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 소결지그의 사시도이다.

도 8은 상기 도 7의 단면도이다.

도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 소결지그의 단면도이다.

도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 소결지그의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 허니컴 세그먼트 2 : 격벽

3 : 채널 4 : 접합재

5 : 마감재 10 : 삽입부

12 : 열 흐름통로 100 : 소결지그

본 발명은 성형체의 소결 시 휨을 방지할 수 있는 소결지그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소결지그의 상부에 성형체가 삽입되는 홈을 형성시킴으로써, 성형체와의 접촉 면적을 증가시켜 소결과정에서 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 성형체의 휨 방지용 소결지그에 관한 것이다.

일반적으로, 길이가 긴 바(bar) 형태의 세라믹 성형체는 휘어짐이 없이 우수한 직선도를 가져야 할 것이 요구된다. 예를 들어, 필터(filter)나 촉매 담체 등의 용도로 사용되는 허니컴 세그먼트(Honeycomb Segment)가 그러하다.

도 1은 허니컴 세그먼트의 사시도를 보인 것이고, 도 2는 도 1에 보인 허니컴 세그먼트를 다수 개 접합시킨 허니컴 구조체를 보인 것이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 허니컴 세그먼트(1)는 일반적으로 벌집구조의 직사각기둥 형태를 갖는다. 그리고 분진이 포함되어 있는 배기가스가 통과되는 곳 으로서, 다공성의 격벽(2)에 의해 마련된 채널(3)이 그의 길이방향으로 관통되어 형성된 구조를 갖는다.

허니컴 세그먼트(1)는 접합재(4)에 의해 다수 개 접합된 후, 외주부분이 연삭 처리된 다음, 내열성의 마감재(5)로 외벽 처리되어 도 2에 보인 바와 같은 원기둥 형태의 허니컴 구조체로 제조된다. 그리고 이러한 허니컴 구조체는, 예를 들어 디젤기관의 배기가스 중에 포함된 분진(particulate)을 제거하는 디젤 파티큘레이트 필터(DPF ; Diesel Particulate Filter)나 공기 정화를 위해 촉매를 담지하기 위한 촉매 담체 등의 용도로 유용하게 사용된다.

일반적으로, 허니컴 세그먼트(1)는 세라믹 파우더를 기본 원료로 하여 압출 성형된 후 건조 및 소결 공정을 거쳐 제조된다. 허니컴 세그먼트(1)는 접합재(4)에 의한 접합공정 등에서의 작업의 용이성, 그리고 필터 효율 등을 고려하여 휘어짐이 없이 우수한 직선도를 가져야 한다. 그러나 허니컴 세그먼트(1)는 압출 성형공정, 건조공정, 그리고 소결공정 등에서 휨 현상이 발생한다. 소결공정은 원료로 사용되는 세라믹의 종류에 따라 차이가 있지만, 일반적으로 1,200℃ 이상의 고온 소결로(sinering furnace)에서 행해진다. 이때, 소결로 내부에는 허니컴 세그먼트(1)를 지지하기 위한 소결지그가 다단으로 다수 개 적층, 설치되어 있다.

도 3은 종래 기술에 따른 소결지그가 설치된 소결로를 보인 것이고, 도 4는 도 3에 보인 소결지그에 허니컴 세그먼트가 안치된 모습을 보인 것이다.

도 3에 보인 바와 같이, 소결로(6) 내부에는 다수의 소결지그(7)가 다단으로 층을 이루며 설치되어 있다. 허니컴 세그먼트(1)의 휨 현상은 소결로(6)에서 고온 에 의한 소결, 수축 현상 등에 의해 그 정도가 특히 심하게 발생한다.

그러나 종래 기술에 따른 소결지그(7)는, 도 4에 도시한 바와 같이 평판으로 구성되어 허니컴 세그먼트(1)의 바닥면 이외의 다른 면과는 맞닿지 않아 휨 현상을 많이 발생시키는 문제점이 있었다. 구체적으로, 종래의 소결지그(7)는 허니컴 세그먼트(1)를 바닥면 이외의 다른 면들은 지지하지 못하여, 특히 수평방향, 즉 도 4에서 x방향이나 y방향으로의 휨 현상을 많이 발생시켜 불량률을 증가시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 성형체(허니컴 세그먼트 등)와의 지지 접촉 면적을 증가시킴으로써, 소결 시 휨 현상을 방지할 수 있는 소결지그를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 소결 시 성형체를 지지하기 위한 소결지그에 있어서,

상기 소결지그의 상부 면에 성형체가 삽입되는 삽입부가 형성된 성형체의 휨 방지용 소결지그를 제공한다.

또한, 본 발명은 소결 시 성형체를 지지하기 위한 소결지그에 있어서,

하부소결지그와, 상기 하부소결지그의 상부에 위치되는 상부소결지그를 포함 하고, 상기 하부소결지그의 상부 면에는 성형체의 하단이 삽입되는 삽입부가 형성되고, 상기 상부소결지그의 하부 면에는 성형체의 상단이 삽입되는 삽입부가 형성된 성형체의 휨 방지용 소결지그를 제공한다.

이때, 상기 삽입부는 성형체와의 지지 접촉 면적을 증가시키는 것으로서, 이는 "V"자형 또는 "ㄷ"자형의 단면을 가지는 홈 형태가 바람직하다. 보다 바람직하게는 내각이 90도인 "V"자형의 단면을 갖는다.

본 발명에 따르면, 삽입부에 성형체가 삽입되어 성형체를 넓은 면적으로 지지한 상태에서 소결시켜 휨 현상을 효과적으로 방지한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도시한 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시예를 도시한 것으로서, 이는 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 소결지그(100)의 사시도이고, 도 6은 상기 도 5의 A-A선 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 소결지그(100)는 상부 면에 적어도 1개 이상의 홈 형태의 삽입부(10)가 형성된 구조를 갖는다. 상기 삽입부(10)는 소결을 위한 성형체, 예를 들어 직사각기둥 형태의 허니컴 세그먼트(1) 등의 세라믹 성형체가 삽입되는 것으로서, 이는 바람직하게는 도 5의 A-A선 방향으 로 자른 단면이 "V"자형 또는 "ㄷ"자형의 단면을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 내각(θ)이 90도인 "V"자형이다. 구체적으로, 상기 삽입부(10)는 도 6에 도시한 바와 같이, 두개의 표면(10a)(10b)이 90도의 각도(θ=90도)를 이루며 형성된 "V"자형의 단면을 갖는다. 이와 같이, 삽입부(10)가 90도의 내각(θ)을 가지는 경우, 직사각기둥 형태의 허니컴 세그먼트(1)와 넓은 면적으로 맞닿아 효과적으로 지지된다. 이때, 허니컴 세그먼트(1)의 제1면(1a)은 삽입부(10)의 좌면(10a)과, 제2면(1b)은 삽입부(10)의 우면(10b)과 각각 맞닿아 지지된다. 또한 소결과정에서 허니컴 세그먼트(1)는 약간 수축되면서 하강하는데, 이때 "V"자형의 단면을 가짐에 따라, 허니컴 세그먼트(1)의 제1면(1a)은 삽입부(10)의 좌면(10a)과, 제2면(1b)은 삽입부(10)의 우면(10b)과 각각 계속적으로 하강하면서 밀착되어 휨 현상이 효과적으로 방지된다. 도 6에서 도면부호 P는 지지 압력이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 소결지그(100)의 사시도를 보인 것이고, 도 8은 상기 도 7의 단면도이다.

도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따라서, 상기 삽입부(10)의 표면(10a)(10b)에는 열 흐름통로(12)가 형성될 수 있다. 허니컴 세그먼트(1)의 제1면(1a)과 제2면(1b)은 삽입부(10)의 표면(10a)(10b)과 맞닿게 되어 소결로의 고온이 충분히 전달되지 못할 수 있는데, 이때 상기 열 흐름통로(12)는 이 부분으로 열이 통과되게 하여 상기 제1면(1a)과 제2면(1b)에 열을 공급하여 허니컴 세그먼트(1)의 전체 부분에 대하여 균일하게 소결될 수 있게 한다.

상기 열 흐름통로(12)는 소결지그(100)에 다수의 구멍을 형성하여 구성할 수 있다. 또한, 상기 열 흐름통로(12)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 삽입부(10)의 표면(10a)(10b)으로부터 돌출된 다수의 지지돌기(12a)에 의해 형성될 수 있다.

도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 소결지그(100)의 단면도이다.

도 9를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제3실시예에 따라서, 본 발명에 따른 소결지그(100)는 하부소결지그(100A)와, 상기 하부소결지그(100A)의 상부에 위치되는 상부소결지그(100B)로 구성될 수 있다.

이때, 상기 하부소결지그(100A)의 상부 면에는 세라믹 성형체(1)의 하단이 삽입되는 삽입부(10A)가 형성되고, 상기 상부소결지그(100B)의 하부 면에는 세라믹 성형체(1)의 상단이 삽입되는 삽입부(10B)가 형성된 구조를 갖는다. 이러한 두개의 삽입부(10A)(10B)는 전술한 바와 같이, "V"자형 또는 "ㄷ"자형의 단면을 가지는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 도시된 바와 같이 내각(θ)이 90도인 "V"자형이 좋다.

위와 같이, 본 발명의 제3실시예 따라서 상부소결지그(100B)를 더 포함시켜 구성하는 경우, 좌우방향은 물론 특히 상하방향으로 휘어지는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 구체적으로, 허니컴 세그먼트(1)는 하부소결지그(100A)에 상부소결지그(100B)가 가압되면, 두개의 삽입부(10A)(10B)에 내삽된 상태가 되어 제1면(1a)과 제2면(1b)을 포함한 4개의 모든 면이 지지된다. 이에 따라, 상/하/좌/우 어느 방향으로든 허니컴 세그먼트(1)의 휘어짐을 효과적으로 방지할 수 있다. 이때, 상기 하부소결지그(100A) 및 상부소결지그(100B)에 형성된 삽입부(10A)(10B)에 는 전술한 바와 같은 열 흐름통로(12, 도 8 참조))가 형성될 수 있다.

또한, 도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 소결지그(100)의 단면도를 보인 것으로서, 본 발명의 소결지그(100)는 그의 상부 면에 삽입부(10A)가 형성됨과 동시에 그의 하부 면에도 삽입부(10B)가 형성된 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 소결지그(100, 도 10)들을 다단 적층하고, 이들의 삽입부(10A)(10B) 사이에 허니컴 세그먼트(1)를 삽입한 상태로 소결하면 전술한 바와 같이 상/하/좌/우 어느 방향으로의 휘어짐을 방지할 수 있다. 이때, 상하로 다단 적층된 소결지그(100)들은 간격지지체(150)에 의해 이격 지지된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 소결지그(100)는 그 재질에 있어서 내열성이 우수한 세라믹 소결체로 이루어진 것이 좋다. 예를 들어 탄화규소(SiC), 질화규소(SiN), 코디에라이트, 탄화규소-코디에라이트, 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나, 알루미늄 실리케이트 및 티탄산 알루미늄 등으로 이루어진 군중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 세라믹을 주성분으로 하여 소결시켜 얻은 소결체이다. 바람직하게는 탄화규소(SiC)를 주성분으로 하되, 상기 탄화규소(SiC) 입자를 결집시키는 성분으로서 알루미나(Al₂O₃), 실리카-알루미나(SiO₂- Al₂O₃), 알루미늄 실리케이트 등을 혼합한 것을 소결시켜 얻은 탄화규소 소결체이다.

또한, 본 발명에 따른 소결지그(100)는 일정한 형상으로 성형된 후, 건조공정을 거친 세라믹 성형체의 소결공정에서 유용하게 사용된다. 예를 들어 디젤기관의 배기가스 중에 포함된 분진(particulate)을 제거하는 디젤 파티큘레이트 필 터(DPF ; Diesel Particulate Filter)나, 공기 정화를 위해 촉매를 담지하기 위한 촉매 담체 등의 용도로 사용되는 허니컴 세그먼트(1)의 소결 시에 유용하게 사용된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 세라믹 성형체를 소결함에 있어서, 삽입부(10)에 의해 세라믹 성형체가 넓은 면적으로 지지되고 있는 상태에서 소결되어 휨 현상이 효과적으로 방지된다. 그리고 열 흐름통로(12)가 형성된 경우 세라믹 성형체의 모든 부분에 균일한 열을 공급할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 소결 시 성형체를 지지하기 위한 소결지그에 있어서,

   상기 소결지그는 상부 면에 상기 성형체의 하단이 삽입되는 삽입부가 형성된 하부소결지그와,

   상기 하부소결지그의 상부에 위치하고, 하부 면에 상기 성형체의 상단이 삽입되는 삽입부가 형성된 상부소결지그로 이루어지고,

   촉매 담체용이나 분진 필터(filter)용으로 사용되는 허니컴 세그먼트의 소결 시에 사용되며,

   상기 삽입부는 "V"자형 또는 "ㄷ"자형의 단면 형상으로 이루어지고, 표면에 돌출된 지지돌기에 의해 형성된 열 흐름통로가 형성된 것을 특징으로 하는 휨 방지용 소결지그.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제3항에 있어서,

   상기 소결지그는 탄화규소(SiC) 소결체인 것을 특징으로 하는 휨 방지용 소결지그.
9. 삭제

Images