KR101409186B1 - Manufacturing method of the lightweight ceramic ware using the composite for lightweight ceramic ware comprising talc - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 점토, 상기 점토 100중량부에 대하여 활석 30∼110중량부를 포함하되 함수율이 20∼45중량%인 것을 특징으로 하는 활석을 함유하는 경량도자기용 소지 조성물을 이용한 경량도자기의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 고온에서 가스를 방출하는 활석을 이용하여 소성 단계에서 기공을 형성하여 경량도자기를 제조할 수 있고, 상기 경량도자기는 기공 형성에 의한 비중 감소가 커서 매우 가벼운 특성을 갖는다.The present invention relates to a method for producing a lightweight ceramics using a base material for lightweight ceramics containing talc, which comprises 30 to 110 parts by weight of talc with respect to 100 parts by weight of the clay, and having a water content of 20 to 45% by weight . According to the present invention, lightweight ceramics can be produced by forming pores in a firing step using talc that emits gas at a high temperature, and the lightweight ceramics have very light characteristics because of a large reduction in specific gravity due to pore formation.
Description
본 발명은 도자기용 소지 조성물을 이용한 도자기의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온에서 가스를 방출하는 활석을 이용하여 소성 단계에서 기공을 형성할 수 있는 경량도자기용 소지 조성물을 이용한 경량도자기의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing ceramics using a base composition for a ceramic ware, and more particularly, to a method for manufacturing a ceramics using a base composition for a lightweight ceramics capable of forming pores in a firing step using talc, And a manufacturing method thereof.
식기, 위생도기, 점토벽돌, 타일 등은 의식주 생활에서 많이 사용되는 것으로 전통 생활도자기 산업의 대표적인 제품들이다. 그러나 이러한 전통 생활도자기 제품들은 비중이 2.7 이상으로 높은 중량 때문에 생활 속에서의 그 수요가 감소되는 추세이다. Tableware, sanitary ware, clay bricks, and tiles are typical products of the traditional life ceramics industry, which are widely used in food and shelter. However, these traditional ceramics products tend to decrease in demand because of their heavy weight, which is over 2.7.
특히 한식 세계화의 실행 단계인 요즘에는 일반 가정 또는 대중음식점에서 육체적 노동의 가중화로 고비중, 난취급성 도자기 제품의 식기 사용을 기피하는 현상이 발생하고 있다. 건축용 도자 제품(타일, 위생도기 등)에서도 같은 현상이 나타나고 있다. 거주 공간에는 건축용 도자제품(타일, 위생도기 등)이 적용되고 있으나, 고비중의 도자제품으로 인해 건축물 초고층화에 문제점으로 지적되고 있다. Especially, nowadays, as a stage of globalization of Korean food, there is a phenomenon that general households or restaurants are avoiding the use of utensils used for high - and low - handed ceramics by weighting of physical labor. The same phenomenon is occurring in ceramic products for architectural use (tiles, sanitary ware, etc.). Architectural ceramics (tiles, sanitary ceramics, etc.) are applied to the residential space, but it is pointed out as a problem in the construction of the high-rise buildings due to the high-cost ceramic products.
따라서, 도자기 수요의 확산을 위해 소비자들의 가장 큰 요구인 강하고 가벼운 경량도자기 제품의 개발이 요구되고 있다. 이러한 경량도자기 제품은 한식문화 보급화에 대한 문제점을 개선할 것이며, 고층건물의 건축용 도자제품 점유율을 향상시킬 것이다. Therefore, it is required to develop strong and lightweight ceramics products which are the biggest demand of consumers for the diffusion of ceramics demand. These lightweight ceramics products will improve the problems of Korean culture and improve the share of ceramic products for high - rise buildings.
도자기를 경량화 하는 방법으로는 크게 기공형성제를 첨가하는 방법, 두께를 얇게 성형하는 방법, 저비중 원료를 사용하는 방법 등이 있다. 이 중에서 기공형성제를 첨가하여 경량화 하는 방법은 대중적으로 많이 알려져 있는 방법이지만, 성형성이 떨어지고 강도 저하가 발생하는 단점이 있다.
As a method of lighter weight ceramics, there are a method of adding a pore forming agent, a method of forming a thin thickness, and a method of using a low specific gravity raw material. Among them, a method of adding a pore-forming agent to make it lighter is popularly known, but it has drawbacks in that it is inferior in moldability and strength.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고온에서 가스를 방출하는 활석을 이용하여 소성 단계에서 기공을 형성할 수 있는 경량도자기용 소지 조성물을 이용한 경량도자기의 제조방법을 제공함에 있다.
The present invention provides a method for manufacturing a lightweight ceramics using a base composition for lightweight ceramics capable of forming pores in a firing step using talc that emits gas at a high temperature.
본 발명은, 점토, 상기 점토 100중량부에 대하여 활석 30∼110중량부를 포함하되 함수율이 20∼45중량%인 것을 특징으로 하는 활석을 함유하는 경량도자기용 소지 조성물을 제공한다. The present invention provides a base material for lightweight ceramics containing talc, which comprises 30 to 110 parts by weight of talc with respect to 100 parts by weight of clay, and 20 to 45% by weight of water.
상기 경량도자기용 소지 조성물은, 상기 점토 100중량부에 대하여 베마이트 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다.The base composition for lightweight ceramics may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of boehmite based on 100 parts by weight of the clay.
또한, 상기 경량도자기용 소지 조성물은, 상기 점토 100중량부에 대하여 하이드록시아파타이트 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다.The base composition for lightweight ceramics may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of hydroxyapatite relative to 100 parts by weight of the clay.
또한, 상기 경량도자기용 소지 조성물은, 상기 점토 100중량부에 대하여 카본 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다.The base composition for lightweight ceramics may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of carbon based on 100 parts by weight of the clay.
또한, 상기 경량도자기용 소지 조성물은, 상기 점토 100중량부에 대하여 마그네사이트 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다.The base composition for lightweight ceramics may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of magnesite based on 100 parts by weight of the clay.
상기 점토는 SiO2 50∼75중량%, MgO 10∼45중량%, CaO 0.01∼5중량%, Al2O3 0.01∼5중량% 및 Fe2O3 0.01∼5중량%를 포함하는 조성 성분으로 이루어질 수 있으며, 상기 활석은 SiO2 35∼60중량%, Al2O3 25∼45중량%, MgO 0.01∼3중량%, CaO 0.001∼2중량%, Fe2O3 0.01∼5중량%, TiO2 0.01∼2중량%, K2O 0.1∼5중량%, Na2O 0.001∼2중량%, P2O5 0.001∼1중량% 및 MnO 0.001∼1중량%를 포함하는 조성 성분으로 이루어질 수 있다.The clay component of a
또한, 본 발명은, (a) 점토, 상기 점토 100중량부에 대하여 활석 30∼110중량부를 혼합하여 소지원료를 준비하는 단계와, (b) 상기 소지원료에 물을 첨가하여 함수율이 20∼45중량%인 경량도자기용 소지 조성물을 형성하는 단계와, (c) 상기 경량도자기용 소지 조성물을 성형하는 단계 및 (d) 성형된 결과물을 1100∼1500℃에서 소성하는 단계를 포함하는 경량도자기의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing a silica-based clay comprising the steps of: (a) mixing 30 to 110 parts by weight of talc with 100 parts by weight of clay to prepare a raw material; (b) (C) forming the lightweight ceramic substrate composition; and (d) firing the molded product at 1100 to 1500 占 폚. ≪ / RTI >
상기 경량도자기의 제조방법은, 상기 (a) 단계에서 상기 점토 100중량부에 대하여 베마이트 0.01∼10중량부를 더 혼합할 수 있다.The light weight ceramics may further include 0.01 to 10 parts by weight of boehmite in 100 parts by weight of the clay in the step (a).
또한, 상기 경량도자기의 제조방법은, 상기 (a) 단계에서 상기 점토 100중량부에 대하여 하이드록시아파타이트 0.01∼10중량부를 더 혼합할 수 있다.Also, in the method of manufacturing the lightweight ceramics, 0.01 to 10 parts by weight of hydroxyapatite may be further added to 100 parts by weight of the clay in the step (a).
또한, 상기 경량도자기의 제조방법은, 상기 (a) 단계에서 상기 점토 100중량부에 대하여 카본 0.01∼10중량부를 더 혼합할 수 있다.In the method of manufacturing the lightweight ceramics, 0.01 to 10 parts by weight of carbon may be further mixed with 100 parts by weight of the clay in the step (a).
또한, 상기 경량도자기의 제조방법은, 상기 (a) 단계에서 상기 점토 100중량부에 대하여 마그네사이트 0.01∼10중량부를 더 혼합할 수 있다.Also, in the method of manufacturing the lightweight ceramics, 0.01 to 10 parts by weight of magnesite may be further added to 100 parts by weight of the clay in the step (a).
상기 점토는 SiO2 50∼75중량%, MgO 10∼45중량%, CaO 0.01∼5중량%, Al2O3 0.01∼5중량% 및 Fe2O3 0.01∼5중량%를 포함하는 조성 성분으로 이루어질 수 있으며, 상기 활석은 SiO2 35∼60중량%, Al2O3 25∼45중량%, MgO 0.01∼3중량%, CaO 0.001∼2중량%, Fe2O3 0.01∼5중량%, TiO2 0.01∼2중량%, K2O 0.1∼5중량%, Na2O 0.001∼2중량%, P2O5 0.001∼1중량% 및 MnO 0.001∼1중량%를 포함하는 조성 성분으로 이루어질 수 있다.The clay component of a
상기 (a) 단계 전에 성형성을 개선하기 위하여 상기 활석을 900∼1100℃에서 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
The step (a) may further include heat treating the talc at 900 to 1100 ° C to improve the moldability.
본 발명에 의하면, 고온에서 가스를 방출하는 활석을 이용하여 소성 단계에서 기공을 형성하여 경량도자기를 제조할 수 있다. According to the present invention, lightweight ceramics can be produced by forming pores in the firing step using talc that emits gas at a high temperature.
본 발명에 의해 제조된 경량도자기에는 다수의 기공들이 분포하며, 상기 경량도자기는 기공 형성에 의한 비중 감소가 커서 매우 가벼운 특성을 갖는다.
The light weight ceramics manufactured according to the present invention have a large number of pores, and the light weight ceramics have very light characteristics because their specific gravity decreases due to pore formation.
도 1은 실시예 1에 따라 제조한 경량 소성체의 활석(talc) 첨가량에 따른 경량율(lightweight rate)을 보여주는 그래프이다.
도 2는 실시예 1에 따라 제조한 경량 소성체의 활석(talc) 첨가량에 따른 벌크 밀도(bulk density)를 보여주는 그래프이다.
도 3은 실시예 1에 따라 제조한 경량 소성체의 활석(talc) 첨가량에 따른 굽힘강도(bending strength)를 보여주는 그래프이다.
도 4 내지 도 6은 실시예 1에 따라 제조한 경량 소성체의 단면 미세조직을 관찰한 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 실시예 1에 따라 제조한 경량 소성체의 X-선회절(X-ray diffraction; XRD) 패턴을 보여주는 도면이다. Fig. 1 is a graph showing a lightweight rate according to the amount of talc added in the light-weight burned body manufactured according to Example 1. Fig.
2 is a graph showing the bulk density according to the amount of talc added in the light-weight burned body manufactured according to Example 1. Fig.
Fig. 3 is a graph showing the bending strength according to the amount of talc added in the light-weight burned product produced according to Example 1. Fig.
Figs. 4 to 6 are SEM micrographs showing the cross-sectional microstructure of the lightweight baked product produced according to Example 1. Fig.
7 is a view showing an X-ray diffraction (XRD) pattern of a light-weight burned body manufactured according to Example 1. Fig.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 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. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not.
이하에서, 도자기라 함은 도기와 자기를 포함하는 의미로 사용한다. In the following, the term porcelain is used to mean both porcelain and porcelain.
도자기는 도기(陶器)와 자기(磁器)를 포함하는 용어이다. 도자기에는 점토, 장석, 규석, 납석, 도석 등의 원료가 주로 사용되며, 도자기는 이들 원료를 일정 비율로 혼합하여 성형한 다음 소성하여 경화시킨 제품을 말한다. 도기는 흡수율이 크므로 두드려 보았을 때 탁한 음을 내고 내구성이 비교적 약하다. 자기는 흡수율이 거의 없어 두드려 보았을 때 맑은 음을 내고 내구성이 뛰어나다. Pottery is a term that includes pottery and porcelain. Ceramics are mainly made of materials such as clay, feldspar, silica, pyrophyllite, and stonite. Ceramics are products obtained by mixing and molding these materials at a certain ratio, followed by firing and curing. Pottery has a high absorption rate, so it produces a dull sound when tapped and has a relatively low durability. It has a low absorption rate and gives a clear sound when touched and has excellent durability.
본 발명에서는 도자기에 유기물을 이용하여 기공을 형성하는 방법을 대신하여 비중이 낮은 원료를 사용하는 방법으로 경량화를 구현한다. In the present invention, instead of the method of forming pores by using an organic material in ceramics, weight reduction can be realized by using a raw material having a low specific gravity.
도자기를 경량화하기 위해서는 비중이 낮은 원료를 사용하는 방법이 있으나, 일반적인 도자기 원료들의 비중이 2.6 이상으로 나타나 도자기 경량화에 어려움이 있다. In order to lighten the ceramics, there is a method of using a material having a low specific gravity. However, since the specific gravity of the ceramics is 2.6 or more, it is difficult to reduce the weight of the ceramics.
본 발명에서는 상용되고 있는 도자기의 높은 비중(2.6g/㎤ 이상)을 차지하는 원료를 비중 2.6g/㎤ 미만의 물질로 대체하여 경량도자기를 제조하는 방법을 제시한다. In the present invention, a method of producing a lightweight ceramics by replacing a raw material occupying a high specific gravity (2.6 g / cm 3 or more) of a commonly used ceramics with a material having a specific gravity of less than 2.6 g / cm 3.
저 비중 물질로는 활석을 사용할 수 있고, 점토질의 화학조성을 가진 원료와 활석을 일정 비율로 혼합하여 기존 백자 도자기 대비 약 20% 이상의 중량을 감소시시킬 수 있다. Talc can be used as a low specific gravity material, and a raw material having a chemical composition of clay and talc can be mixed at a certain ratio, thereby reducing a weight of about 20% or more compared to a conventional white porcelain.
도자기를 경량화하는 방법 중에서 유기물로 이루어진 기공형성제를 첨가하는 방법은 기공형성제의 높은 단가와 성형성이 우수하지 못하다는 단점을 가지고 있다. 반면, 도자기 조성 원료로 저비중 물질을 사용하는 방법은 비가소성 물질과 가소성 물질로 조합되어 성형성이 좋고 본 발명에서 사용하는 저비중 물질은 원료의 매장량이 풍부하다. 또한, 도자기 조성 원료로 저비중 물질을 사용하는 방법은 일반 도자기 소성온도인 1100∼1500℃, 바람직하게는 1230∼1260℃에서도 소성이 가능하고 제조된 도자기는 우수한 강도값을 나타낸다. 이처럼 도자기 조성 원료에 유기물로 이루어진 기공형성제를 추가하지 않고 20% 이상의 중량이 감소된 도자기 제조가 가능하다. Among the methods for reducing the weight of ceramics, the method of adding a pore-forming agent made of an organic material has a disadvantage that the pore-forming agent is not excellent in high unit cost and formability. On the other hand, the method of using a low specific gravity material as a raw material for ceramics has good moldability by combining with non-plastic materials and a plastic material, and the low specific gravity materials used in the present invention are abundant in raw material reserves. In addition, the method using a low specific gravity material as a raw material for ceramics can be fired at a general ceramics baking temperature of 1100 to 1500 占 폚, preferably 1230 to 1260 占 폚, and the produced ceramics exhibit excellent strength values. As described above, it is possible to manufacture ceramics having a weight reduced by 20% or more without adding a pore-forming agent made of an organic material to the raw material for ceramics.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경량도자기용 소지 조성물은, 점토, 상기 점토 100중량부에 대하여 활석 30∼110중량부를 포함하되 함수율이 20∼45중량%인 조성물이다.A base composition for lightweight ceramics according to a preferred embodiment of the present invention is a composition comprising 30 to 110 parts by weight of talc with respect to 100 parts by weight of clay and 20 to 45% by weight of water.
상기 경량도자기용 소지 조성물은, 상기 점토 100중량부에 대하여 베마이트 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다. 베마이트(AlOOH)는 소성 공정 중에 약 600℃ 이상에서 가스를 방출하여 기공을 형성하는 역할을 함으로써 경량도자기를 제조하는데 기여할 수 있다. The base composition for lightweight ceramics may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of boehmite based on 100 parts by weight of the clay. The boehmite (AlOOH) plays a role of releasing gas at about 600 ° C or higher during the firing process to form pores, thereby contributing to the production of lightweight ceramics.
또한, 상기 경량도자기용 소지 조성물은, 상기 점토 100중량부에 대하여 하이드록시아파타이트 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다. 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite; HAp)는 소성 공정 중에 약 800℃ 이상에서 가스를 방출하여 기공을 형성하는 역할을 함으로써 경량도자기를 제조하는데 기여할 수 있다. The base composition for lightweight ceramics may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of hydroxyapatite relative to 100 parts by weight of the clay. Hydroxyapatite (HAp) plays a role in releasing gas at about 800 ° C or higher during the firing process to form pores, thereby contributing to the production of lightweight ceramics.
또한, 상기 경량도자기용 소지 조성물은, 상기 점토 100중량부에 대하여 카본 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다. 카본은 소성 공정 중에 약 600℃ 이상에서 가스를 방출하여 기공을 형성하는 역할을 함으로써 경량도자기를 제조하는데 기여할 수 있다. The base composition for lightweight ceramics may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of carbon based on 100 parts by weight of the clay. The carbon plays a role of releasing gas at about 600 ° C or higher during the firing process to form pores, thereby contributing to the production of lightweight ceramics.
또한, 상기 경량도자기용 소지 조성물은, 상기 점토 100중량부에 대하여 마그네사이트 0.01∼10중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 마그네사이트는 삼방정계(三方晶系)에 속하는 광물로서 탄산마그네슘이 주성분이며, 비중이 3∼3.2 정도이다. 상기 마그네사이트는 소성 과정에서 이산화탄소(CO2)를 방출하면서 산화마그네슘(MgO)으로 변하게 되며, 이 과정에서 기공이 형성되어 경량도자기를 제조하는데 기여할 수 있다. The base composition for lightweight ceramics may further comprise 0.01 to 10 parts by weight of magnesite based on 100 parts by weight of the clay. The magnesite is a mineral belonging to a trigonal system and is mainly composed of magnesium carbonate and has a specific gravity of about 3 to 3.2. The magnesium is converted into magnesium oxide (MgO) while releasing carbon dioxide (CO 2 ) during the firing process, and pores are formed in the process, thereby contributing to the production of lightweight ceramics.
상기 점토는 SiO2 50∼75중량%, MgO 10∼45중량%, CaO 0.01∼5중량%, Al2O3 0.01∼5중량% 및 Fe2O3 0.01∼5중량%를 포함하는 조성 성분으로 이루어질 수 있으며, 상기 활석은 SiO2 35∼60중량%, Al2O3 25∼45중량%, MgO 0.01∼3중량%, CaO 0.001∼2중량%, Fe2O3 0.01∼5중량%, TiO2 0.01∼2중량%, K2O 0.1∼5중량%, Na2O 0.001∼2중량%, P2O5 0.001∼1중량% 및 MnO 0.001∼1중량%를 포함하는 조성 성분으로 이루어질 수 있다.The clay component of a
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경량도자기의 제조방법을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a lightweight ceramics according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
점토, 상기 점토 100중량부에 대하여 활석 30∼110중량부를 혼합하여 소지원료를 준비한다. 상기 혼합 전에 성형성을 개선하기 위하여 상기 활석을 900∼1100℃ 정도에서 열처리하는 공정을 추가할 수 있다. 활석은 비가소성 물질로서 성형성이 떨어지는 문제가 있으나, 900∼1100℃ 정도에서 열처리하게 되면 가스가 방출되면서 제거되어 성형성이 높아지는 장점이 있다. 상기 활석의 열처리는 1분∼12시간 정도 수행하는 것이 바람직하다. Clay and 30-110 parts by weight of talc are mixed with 100 parts by weight of the clay to prepare a raw material. A process of heat-treating the talc at about 900 to 1100 ° C may be added to improve the moldability before the mixing. Talc is a non-combustible material and has a problem of poor moldability. However, when the heat treatment is performed at about 900 to 1100 캜, the talc is removed while releasing the gas, thereby improving moldability. The heat treatment of the talc is preferably performed for about 1 minute to about 12 hours.
상기 점토 100중량부에 대하여 베마이트 0.01∼10중량부를 더 혼합할 수 있다. 베마이트(AlOOH)는 소성 공정 중에 약 600℃ 이상에서 가스를 방출하여 기공을 형성하는 역할을 함으로써 경량도자기를 제조하는데 기여할 수 있다. 0.01 to 10 parts by weight of boehmite can be further mixed with 100 parts by weight of the clay. The boehmite (AlOOH) plays a role of releasing gas at about 600 ° C or higher during the firing process to form pores, thereby contributing to the production of lightweight ceramics.
또한, 상기 점토 100중량부에 대하여 하이드록시아파타이트 0.01∼10중량부를 더 혼합할 수 있다. 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite; HAp)는 소성 공정 중에 약 800℃ 이상에서 가스를 방출하여 기공을 형성하는 역할을 함으로써 경량도자기를 제조하는데 기여할 수 있다. Further, 0.01 to 10 parts by weight of hydroxyapatite may be further added to 100 parts by weight of the clay. Hydroxyapatite (HAp) plays a role in releasing gas at about 800 ° C or higher during the firing process to form pores, thereby contributing to the production of lightweight ceramics.
또한, 상기 점토 100중량부에 대하여 카본 0.01∼10중량부를 더 혼합할 수 있다. 카본은 소성 공정 중에 약 600℃ 이상에서 가스를 방출하여 기공을 형성하는 역할을 함으로써 경량도자기를 제조하는데 기여할 수 있다. Further, 0.01 to 10 parts by weight of carbon may be further mixed with 100 parts by weight of the clay. The carbon plays a role of releasing gas at about 600 ° C or higher during the firing process to form pores, thereby contributing to the production of lightweight ceramics.
또한, 상기 점토 100중량부에 대하여 마그네사이트 0.01∼10중량부를 더 혼합할 수 있다. 상기 마그네사이트는 소성 과정에서 이산화탄소(CO2)를 방출하면서 산화마그네슘(MgO)으로 변하게 되며, 이 과정에서 기공이 형성되어 경량도자기를 제조하는데 기여할 수 있다. Further, 0.01 to 10 parts by weight of magnesite may be further mixed with 100 parts by weight of the clay. The magnesium is converted into magnesium oxide (MgO) while releasing carbon dioxide (CO 2 ) during the firing process, and pores are formed in the process, thereby contributing to the production of lightweight ceramics.
점토 및 활석을 포함하는 상기 소지원료는 상기 점토는 SiO2 50∼75중량%, MgO 10∼45중량%, CaO 0.01∼5중량%, Al2O3 0.01∼5중량% 및 Fe2O3 0.01∼5중량%를 포함하는 조성 성분으로 이루어질 수 있으며, 상기 활석은 SiO2 35∼60중량%, Al2O3 25∼45중량%, MgO 0.01∼3중량%, CaO 0.001∼2중량%, Fe2O3 0.01∼5중량%, TiO2 0.01∼2중량%, K2O 0.1∼5중량%, Na2O 0.001∼2중량%, P2O5 0.001∼1중량% 및 MnO 0.001∼1중량%를 포함하는 조성 성분으로 이루어질 수 있다.The clay comprises 50 to 75% by weight of SiO 2 , 10 to 45% by weight of MgO, 0.01 to 5% by weight of CaO, 0.01 to 5% by weight of Al 2 O 3 and 0.01 to 5% by weight of Fe 2 O 3 to 5 may be made of a composition comprising a component weight%, and the talc is
상기 소지원료에 물을 첨가하여 함수율이 20∼45중량%인 경량도자기용 소지 조성물을 형성한다.Water is added to the raw material to form a base composition for lightweight ceramics having a water content of 20 to 45% by weight.
미분화된 경량도자기용 소지 조성물을 형성하기 위해 분쇄 공정이 추가될 수 있는데, 상기 분쇄는 습식 분쇄 공정을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 습식 분쇄 공정은 볼 밀링 공정을 이용할 수 있다. A pulverizing process may be added to form an undiluted basecoat for lightweight ceramics, which is preferably a wet pulverizing process. The wet milling process may use a ball milling process.
상기 볼 밀링 공정에 대하여 설명하면, 소지원료를 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입하고 물, 에탄올과 같은 용매와 함께 혼합한다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 상기 소지원료를 기계적으로 분쇄한다. 상기 볼 밀링에 사용되는 볼은 알루미나, 지르코니아와 같은 세라믹 재질의 볼을 사용하는 것이 바람직하며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절하여 목표하는 입자의 크기로 분쇄한다. 예를 들면, 입자의 크기를 고려하여 볼의 크기는 1㎜∼50㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50∼500rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀링은 목표하는 입자의 크기 등을 고려하여 1∼48시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 볼 밀링에 의해 소지원료는 미세한 크기의 입자로 분쇄되고, 균일한 입자 크기 분포를 갖게 된다. 이때, 소지원료의 평균 입경이 1∼100㎛가 되도록 분쇄하는 것이 합성되는 경량도자기의 기계적 특성 등을 고려할 때 바람직하다. 상기와 같이 습식 분쇄 공정을 거친 소지원료는 미분화되어 슬러리(slurry) 상태를 이루고 있다. The ball milling process will be described. The raw material is charged into a ball milling machine and mixed with a solvent such as water or ethanol. The raw material is mechanically pulverized by rotating it at a constant speed using a ball milling machine. The ball used for the ball milling is preferably a ceramic ball such as alumina or zirconia, and the balls may be all the same size or may be used together with balls having two or more sizes. The size of the balls, the milling time, and the rotation speed per minute of the ball miller are adjusted so as to be crushed to the target particle size. For example, in consideration of the size of the particles, the size of the balls may be set in the range of about 1 mm to 50 mm, and the rotational speed of the ball miller may be set in the range of about 50 to 500 rpm. The ball milling is preferably performed for 1 to 48 hours in consideration of the target particle size and the like. By ball milling, the base stock is pulverized into fine sized particles and has a uniform particle size distribution. At this time, it is preferable in view of the mechanical characteristics and the like of lightweight ceramics to be pulverized so that the average particle size of the raw material is 1 to 100 mu m. The raw material having undergone the wet milling process as described above is pulverized to form a slurry state.
상기 소지원료에 포함된 철(Fe) 성분을 제거하기 위하여 탈철기로 탈철하는 공정을 수행할 수도 있다. 탈철 공정은 일반적으로 알려진 방법을 이용할 수 있으며, 여기서는 그 설명을 생략한다. A process of de-ironing with a de-ironing machine may be performed to remove iron (Fe) contained in the raw material. A known method can be used for the de-ironing process, and a description thereof will be omitted here.
소지원료 슬러리에 대하여 탈수 공정을 수행할 수도 있으며, 상기 탈수 공정은 압출 여과기(filter press)를 이용하여 수행할 수 있고, 탈수 처리한 후에는 토련기로 혼합할 수도 있다. The dewatering process may be performed on the raw material slurry, and the dewatering process may be performed using an extruder (filter press).
상기 경량도자기용 소지 조성물을 성형한다. 상기 성형은 알반적으로 알려져 있는 주입 성형, 압출 성형 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다. The base composition for lightweight ceramics is molded. The above-mentioned molding can be variously adopted, such as injection molding, extrusion molding, etc.
성형된 결과물을 1100∼1500℃에서 소성한다. The molded product is fired at 1100 to 1500 占 폚.
이하에서, 소성 공정에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the firing step will be described in detail.
성형된 결과물을 전기로와 같은 퍼니스(furnace)에 장입하고 소성 공정을 수행한다. 상기 소성 공정은 1100∼1500℃ 정도의 온도에서 1시간∼48시간 정도 수행하는 것이 바람직하다. 소성하는 동안에 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. The molded product is charged into a furnace such as an electric furnace, and a sintering process is performed. The firing step is preferably performed at a temperature of about 1100 to 1500 DEG C for about 1 to 48 hours. It is desirable to keep the pressure inside the furnace constant during firing.
상기 소성은 1100∼1500℃ 범위의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 소성온도가 1100℃ 미만인 경우에는 불완전한 소성으로 인해 경량도자기의 열적 또는 기계적 특성이 좋지 않을 수 있고, 1500℃를 초과하는 경우에는 에너지의 소모가 많아 비경제적일 뿐만 아니라 과도한 입자성장을 가져와 경량도자기의 물성이 좋지 않을 수 있다. The firing is preferably performed at a temperature in the range of 1100 to 1500 占 폚. If the sintering temperature is less than 1100 ° C, the thermal or mechanical properties of the lightweight ceramics may not be good due to incomplete sintering. If the sintering temperature is higher than 1500 ° C, energy consumption is large and not only economical but also excessive grain growth, The physical properties may not be good.
상기 소성온도까지는 1∼50℃/min의 승온속도로 상승시키는 것이 바람직한데, 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 열적 스트레스가 가해질 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 온도를 올리는 것이 바람직하다. The firing temperature is preferably raised at a heating rate of 1 to 50 ° C / min. If the heating rate is too slow, the time is long and productivity is deteriorated. If the heating rate is too high, thermal stress is applied due to a rapid temperature rise It is preferable to raise the temperature at the temperature raising rate in the above range.
또한, 상기 소성은 소성온도에서 1∼48시간 동안 유지하는 것이 바람직하다. 소성 시간이 너무 긴 경우에는 에너지의 소모가 많으므로 비경제적일 뿐만 아니라 더 이상의 소성 효과를 기대하기 어려우며, 소성 시간이 작은 경우에는 불완전한 소성으로 인해 경량도자기의 물성이 좋지 않을 수 있다. The firing is preferably carried out at a firing temperature for 1 to 48 hours. If the firing time is too long, the energy consumption is high, so it is not economical and further firing effect is not expected. If the firing time is small, the physical properties of the lightweight ceramic may not be good due to incomplete firing.
또한, 상기 소성은 산화 분위기(예컨대, 산소(O2) 또는 공기(air) 분위기) 또는 환원 분위기에서 실시하는 것이 바람직하다. The firing is preferably carried out in an oxidizing atmosphere (for example, oxygen (O 2 ) or air atmosphere) or a reducing atmosphere.
소성 공정을 수행한 후, 퍼니스 온도를 하강시켜 경량도자기를 언로딩한다. 상기 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. 퍼니스 온도를 하강시키는 동안에도 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.
After the firing process is performed, the furnace temperature is lowered to unload the light ceramics. The furnace cooling may be effected by shutting down the furnace power source to cool it in a natural state, or optionally by setting a temperature decreasing rate (for example, 10 DEG C / min). It is preferable to keep the pressure inside the furnace constant even while the furnace temperature is being lowered.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. EXAMPLES Hereinafter, examples according to the present invention will be specifically shown, and the present invention is not limited to the following examples.
<실시예 1>≪ Example 1 >
출발원료로는 SiO2 47.34중량%와 Al2O3 35.43중량%를 포함하는 조성의 점토와, SiO2 62중량%와 MgO 31중량%를 포함하는 조성의 활석을 사용하였다. 상기 활석은 비 가소성 물질로 알려져 있어 활석의 첨가량을 30, 40, 50중량%로 첨가하였다. 점토 70중량%와 활석 30중량%, 점토 60중량%와 활석 40중량%, 점토 50중량%와 활석 50중량%를 포함하는 각각의 조성으로 출발원료를 준비하였다. 상기 활석은 점토와 혼합 전에 1000℃에서 30분 동안 열처리된 것을 사용하였다. The starting material used was clay having a composition comprising 47.34% by weight of SiO 2 and 35.43% by weight of Al 2 O 3 , and talc having a composition comprising 62% by weight of SiO 2 and 31% by weight of MgO. The talc was known as a non-fibrillating material, and the addition amount of talc was 30, 40 and 50 wt%. Starting materials were prepared in the respective compositions comprising 70% by weight of clay, 30% by weight of talc, 60% by weight of clay and 40% by weight of talc, 50% by weight of clay and 50% by weight of talc. The talc was heat treated at 1000 < 0 > C for 30 minutes before mixing with clay.
아래의 표 1은 실시예 1에서 사용된 점토의 화학 성분을 분석하여 나타낸 표이다. Table 1 below shows the chemical composition of the clay used in Example 1.
아래의 표 2는 실시예 1에서 사용된 활석의 화학 성분을 분석하여 나타낸 표이다. Table 2 below is a table showing the chemical composition of the talc used in Example 1.
출발원료인 점토와 활석을 함수율 33중량%에 맞추어 슬러리 상태로 혼합한 후, 바(bar)형(130*35*4mm) 석고몰드에 주입성형 하고, 주입 40분 후 석고몰드에서 성형체를 탈형하여 상온에서 24시간 동안 건조하였다. The starting material clay and talc were mixed in a slurry state in accordance with a water content of 33% by weight and injected into a bar type (130 * 35 * 4 mm) gypsum mold. After 40 minutes of injection, the molded body was demolded And dried at room temperature for 24 hours.
건조된 성형체는 0.3루베의 전기로에서 3℃/min의 승온속도로 1250℃까지 가열하고 1시간 동안 유지한 후 로냉하여 경량 소성체(경량도자기)를 얻었다.
The dried molded body was heated to 1250 占 폚 at a heating rate of 3 占 폚 / min in an electric furnace of 0.3 rubes, maintained for 1 hour, and then cooled to obtain a light-weight burned body (light weight ceramics).
상기의 실시예 1의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예 1과 비교할 수 있는 비교예들을 제시한다.Comparative examples which can be compared with the embodiment 1 of the present invention are shown in order to more easily grasp the characteristics of the above-mentioned embodiment 1. [
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
점토, 장석 및 규석을 포함하는 백자 소지를 준비하였다. Clay, feldspar, and silica.
아래의 표 3은 실시예 1에서 사용된 백자 소지의 조성 성분을 보여준다. Table 3 below shows the compositional components of white porcelain used in Example 1.
(wt%)content
(wt%)
백자 소지에 물을 첨가하여 함수율 33중량%에 맞추어 백자 슬러리를 형성한 후, 바(bar)형(130*35*4mm) 석고몰드에 주입성형 하고, 주입 40분 후 석고몰드에서 성형체를 탈형하여 상온에서 24시간 동안 건조하였다. Water was added to the white porcelain to form a white slurry according to a water content of 33% by weight, and then cast into a bar type (130 * 35 * 4 mm) gypsum mold. After 40 minutes from the injection, the molded body was demolded And dried at room temperature for 24 hours.
건조된 성형체는 0.3루베의 전기로에서 3℃/min의 승온속도로 1250℃까지 가열하고 1시간 동안 유지한 후 로냉하여 소성체를 얻었다.
The dried molded body was heated to 1250 ° C at a heating rate of 3 ° C / min in an electric furnace of 0.3 rubes, maintained for 1 hour, and then cooled to obtain a sintered body.
<비교예 2>≪ Comparative Example 2 &
비교예 1의 백자 소지에 기공형성제로서 유기물인 할로우(hollow) 타입의 구형 폴리아크릴로니트릴(poly-acrylonitrile)을 첨가하였다. In the white porcelain of Comparative Example 1, spherical polyacrylonitrile as an organic material was added as a pore-forming agent.
백자 소지와 기공형성제의 혼합물에 물을 첨가하여 함수율 33중량%에 맞추어 슬러리를 형성한 후, 바(bar)형(130*35*4mm) 석고몰드에 주입성형 하고, 주입 40분 후 석고몰드에서 성형체를 탈형하여 상온에서 24시간 동안 건조하였다. Water was added to the mixture of the white porcelain and the pore-forming agent to form a slurry according to a water content of 33% by weight, followed by injection molding into a bar-shaped (130 * 35 * 4 mm) plaster mold. The molded body was demolded and dried at room temperature for 24 hours.
건조된 성형체는 0.3루베의 전기로에서 3℃/min의 승온속도로 1250℃까지 가열하고 1시간 동안 유지한 후 로냉하여 소성체를 얻었다.
The dried molded body was heated to 1250 ° C at a heating rate of 3 ° C / min in an electric furnace of 0.3 rubes, maintained for 1 hour, and then cooled to obtain a sintered body.
도 1은 실시예 1에 따라 제조한 경량 소성체의 활석(talc) 첨가량에 따른 경량율(lightweight rate)을 보여주는 그래프이다. Fig. 1 is a graph showing a lightweight rate according to the amount of talc added in the light-weight burned body manufactured according to Example 1. Fig.
도 1을 참조하면, 실시예 1에 따라 1250℃에서 소성하여 얻은 경량 소성체의 중량을 살펴본 결과 일반 백자 소성체(비교예 1에 따라 제조된 소성체) 대비 18∼28% 범위의 중량이 감소된 것으로 나타났다. 자체 비중이 낮은 활석의 첨가량이 증가할수록 중량이 감소되었고 소지의 가소성이 우수한 점토와 활석의 비율인 6:4, 7:3 비율에서도 약 20%의 중량 감소가 일어났다.
Referring to FIG. 1, the weight of the lightweight sintered body obtained by firing at 1250 ° C. according to Example 1 was reduced to 18-28% of the weight of the general white sintered body (the sintered body manufactured according to Comparative Example 1) Respectively. As the amount of talc increased, the weight decreased and the weight loss decreased by about 20% even at the ratio of 6: 4 and 7: 3 ratio of clay and talc, which had superior plasticity.
도 2는 실시예 1에 따라 제조한 경량 소성체의 활석(talc) 첨가량에 따른 벌크 밀도(bulk density)를 보여주는 그래프이다. 2 is a graph showing the bulk density according to the amount of talc added in the light-weight burned body manufactured according to Example 1. Fig.
도 2를 참조하면, 실시예 1에 따라 1250℃에서 소성하여 얻은 경량 소성체의 밀도 역시 경량율과 비례하게 감소하는 것으로 나타났다.
Referring to FIG. 2, the density of the lightweight sintered body obtained by firing at 1250 ° C. according to Example 1 also decreased in proportion to the lightweight ratio.
도 3은 실시예 1에 따라 제조한 경량 소성체의 활석(talc) 첨가량에 따른 굽힘강도(bending strength)를 보여주는 그래프이다. Fig. 3 is a graph showing the bending strength according to the amount of talc added in the light-weight burned product produced according to Example 1. Fig.
도 3을 참조하면, 실시예 1에 따라 1250℃에서 소성하여 얻은 경량 소성체의 강도를 살펴본 결과 약 60∼75MPa로 나타났다. 이는 기공형성제를 첨가한 경량소성체(비교예 2에 따라 제조된 소성체)와 비교한 결과 30% 이상 강도값이 증가한 것으로 나타났다.
Referring to FIG. 3, the strength of the lightweight sintered body obtained by firing at 1250 ° C. according to Example 1 was about 60 to 75 MPa. It was found that the strength value was increased by 30% or more as compared with the lightweight sintered body (the sintered body manufactured according to Comparative Example 2) to which the pore-forming agent was added.
도 4 내지 도 6은 실시예 1에 따라 제조한 경량 소성체의 단면 미세조직을 관찰한 주사전자현미경 사진이다. Figs. 4 to 6 are SEM micrographs showing the cross-sectional microstructure of the lightweight baked product produced according to Example 1. Fig.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 실시예 1에 따라 1250℃에서 소성하여 얻은 경량 소성체 단면을 미세조직으로 관찰한 결과 다량의 기공이 형성된 것을 관찰할 수 있었다. 이는 소성 중 활석에서 나오는 가스 방출로 인하여 다량의 기공이 형성된 것으로 판단된다.
Referring to FIGS. 4 to 6, a cross section of a lightweight sintered body obtained by firing at 1250 ° C. according to Example 1 was observed with a microstructure, and it was observed that a large amount of pores were formed. It is considered that a large amount of pores are formed due to the release of gas from the talc during firing.
도 7은 실시예 1에 따라 제조한 경량 소성체의 X-선회절(X-ray diffraction; XRD) 패턴을 보여주는 도면이다. 7 is a view showing an X-ray diffraction (XRD) pattern of a light-weight burned body manufactured according to Example 1. Fig.
도 7을 참조하면, 실시예 1에 따라 1250℃에서 소성하여 얻은 경량 소성체의 결정상 분석에서는 활석과 점토의 자체 화학성분으로 인하여 코디어라이트(cordierite) 피크(peak)가 주피크로 관찰되었으며, 활석에 포함되어있는 MgO 성분으로 인하여 마그네슘 실리케이트 피크도 소량 관찰되었다.
Referring to FIG. 7, in the crystal phase analysis of the lightweight calcined body obtained by calcining at 1250 ° C according to Example 1, a cordierite peak was observed as a main peak due to the self-chemical components of talc and clay, A small amount of magnesium silicate peak was also observed due to the MgO component contained in the talc.
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, This is possible.
Claims (13)
(b) 상기 소지원료에 물을 첨가하여 함수율이 20∼45중량%인 경량도자기용 소지 조성물을 형성하는 단계;
(c) 상기 경량도자기용 소지 조성물을 성형하는 단계; 및
(d) 성형된 결과물을 1100∼1500℃에서 소성하는 단계를 포함하며,
상기 (a) 단계 전에 성형성을 개선하기 위하여 상기 활석을 900∼1100℃에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량도자기의 제조방법.
(a) mixing clay and 30-110 parts by weight of talc with 100 parts by weight of the clay to prepare a raw material;
(b) adding water to the raw material to form a base composition for lightweight ceramics having a moisture content of 20 to 45% by weight;
(c) molding the base composition for lightweight ceramics; And
(d) firing the molded product at 1100 to 1500 占 폚,
Further comprising the step of heat treating the talc at a temperature of 900 to 1100 캜 to improve the moldability before the step (a).
[7] The method of claim 7, wherein 0.01 to 10 parts by weight of boehmite is further mixed with 100 parts by weight of the clay in the step (a).
[7] The method of claim 7, wherein 0.01 to 10 parts by weight of hydroxyapatite is further added to 100 parts by weight of the clay in the step (a).
[8] The method of claim 7, wherein 0.01 to 10 parts by weight of carbon is further mixed with 100 parts by weight of the clay in the step (a).
[7] The method of claim 7, wherein 0.01 to 10 parts by weight of magnesite is further mixed with 100 parts by weight of the clay in the step (a).
상기 활석은 SiO2 35∼60중량%, Al2O3 25∼45중량%, MgO 0.01∼3중량%, CaO 0.001∼2중량%, Fe2O3 0.01∼5중량%, TiO2 0.01∼2중량%, K2O 0.1∼5중량%, Na2O 0.001∼2중량%, P2O5 0.001∼1중량% 및 MnO 0.001∼1중량%를 포함하는 조성 성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 경량도자기의 제조방법.
The method of claim 7, wherein the clay is 50~75% by weight of SiO 2, 10~45 wt% of MgO, CaO 0.01~5 weight%, Al 2 O 3 0.01~5 weight% and Fe 2 O 3 0.01~5 weight% ≪ / RTI >
The talc is SiO 2 35~60 wt%, Al 2 O 3 25~45 wt%, MgO 0.01~3 weight%, CaO 0.001~2 wt%, Fe 2 O 3 0.01~5 weight%, TiO 2 0.01~2 By weight, K 2 O 0.1-5% by weight, Na 2 O 0.001-2% by weight, P 2 O 5 0.001-1% by weight and MnO 0.001-1% by weight. ≪ / RTI >
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