KR101461080B1 - Composition for semiconducting castable ceramic composite and the manufacturing method of composite - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도성 캐스터블 세라믹 복합체용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복잡형상이며, 대형크기의 반도성 캐스터블 세라믹 복합체를 구현하기 위한 조성물을 제조함에 있어서, 반도성 세라믹 분말에 결합재로서 알루미나 시멘트를 일정량 첨가하고, 이를 물과 혼합하여 틀속에서 캐스터블 성형한 후, 치밀하게 소결하여 적정한 저항값을 갖는 반도성 캐스터블 세라믹 복합체를 제조할 수 있는 조성물 및 이의 제조방법을 제공한다.
이를 위하여 본 발명은 비저항이 낮은 칼슘망간네이트(CaMnO3)에 동일한 결정구조의 절연성 물질을 고용시켜 적정한 저항값을 갖도록 제조된 반도성 세라믹 분말에 알루미나 시멘트를 결합재로 적당량 첨가하여 조성물을 제조하며, 이로써 적절한 성형강도를 유지하고, 소결과정에서 휘발없이 반응시켜 복합체를 형성하며, 결과적으로 복합체의 치밀화도를 증진시킬 수 있다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composition for a semicrystalline castable ceramic composite and a method for producing the same, and more particularly, to a method for producing a semiconductive ceramic powder, A method of preparing a semiconducting castable ceramic composite having an appropriate resistance value by adding a certain amount of alumina cement as a binder and casting it in a casting mold by mixing with water and then densely sintering, do.
To this end, the present invention provides a composition by adding an appropriate amount of alumina cement as a binder to a semiconductive ceramic powder prepared by dissolving an insulating material having the same crystal structure in calcium manganate (CaMnO3) having a low resistivity and having an appropriate resistance value, It is possible to maintain proper molding strength and react without volatilization in the sintering process to form a composite body, and as a result, the densification degree of the composite body can be improved.

Description

반도성 캐스터블 세라믹 복합체용 조성물 및 복합체의 제조방법{Composition for semiconducting castable ceramic composite and the manufacturing method of composite}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composition for a semicrystalline castable ceramic composite and a method for producing the same,

본 발명은 반도성 캐스터블 세라믹 복합체용 조성물 및 복합체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복잡형상이며, 대형크기의 반도성 캐스터블 세라믹 복합체를 구현하기 위한 조성물을 제조함에 있어서, 반도성 세라믹 분말에 결합제로서 알루미나 시멘트를 일정량 첨가하고, 이를 물과 혼합하여 틀속에서 캐스터블 성형한 후, 치밀하게 소결하여 적정한 저항값을 갖는 반도성 캐스터블 세라믹 복합체를 제조할 수 있는 조성물 및 복합체의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a composition for a semiconductive castable ceramic composite and a method for producing the same, and more particularly, to a method for producing a semiconductive castable ceramic composite having a complicated shape and a large size, A composition capable of producing a semiconducting castable ceramic composite having an appropriate resistance value by adding a certain amount of alumina cement as a binder to a powder, casting it in water by casting the mixture with water, and then densely sintering, .

이를 위하여 본 발명은 비저항이 낮은 칼슘망간네이트(CaMnO3)에 동일한 결정구조의 절연성 물질을 고용시켜 적정한 저항값을 갖도록 제조된 반도성 세라믹 분말에 알루미나 시멘트를 결합재로 적당량 첨가하여 조성물을 제조하며, 이로써 적절한 성형강도를 유지하고, 소결과정에서 휘발없이 반응시켜 복합체를 형성하며, 결과적으로 복합체의 치밀화도를 증진시킬 수 있다.To this end, the present invention provides a composition by adding an appropriate amount of alumina cement as a binder to a semiconductive ceramic powder prepared by dissolving an insulating material having the same crystal structure in calcium manganate (CaMnO3) having a low resistivity and having an appropriate resistance value, It is possible to maintain proper molding strength and react without volatilization in the sintering process to form a composite body, and as a result, the densification degree of the composite body can be improved.

정전기제거용 재료는 정전기적으로 도전적이나 통상 전기적으로는 절연성인 재료로, 그 자신이 적절한 저항치를 가지기 때문에 정전기가 발생한 경우에도 불꽃방전이 없이 적절하고 신속하게 정전기를 제거시킴으로써 감전이나 단락을 방지하는 성질이 있을 뿐아니라 , 정전기적 인력에 의한 이물질의 부착을 막아주는 매우 유용한 반도체 재료이다.The electrostatic removing material is an electrostatically conductive, usually electrically insulating material. Since the electrostatic removing material has an appropriate resistance value, the electrostatic discharge is appropriately and quickly removed without a spark discharge even when static electricity is generated, thereby preventing an electric shock or a short circuit It is a very useful semiconductor material which prevents the adherence of foreign matter by electrostatic attraction.

이러한 정전기제거용 재료는 무엇보다도 적절한 저항치를 가져야 하는데, 예를 들면, 표면저항율이 103 내지 1011 ohm.cm 이고, 바람직하게는 105 내지 109 ohm.cm 이어야 정전하를 제거하기 적합하고, 부가적으로 내구성을 위하여 충분히 높은 밀도와 강도가 요구되며, 값이 싸고 용이하게 제조할 수 있어야 한다.Such a static eliminator material should have an appropriate resistance value among other things, for example, a surface resistivity of 10 3 to 10 11 ohm.cm, preferably 10 5 to 10 9 ohm.cm, which is suitable for removing static electricity , Yet high density and strength are required for durability, and it should be cheap and easy to manufacture.

현재, 사용되고 있는 정전기제거용 재료로는 도전성물질/수지 복합재료와 반도성 세라믹재료가 있으며, 대한민국 특허출원 제2011-0110348호(2011. 10. 27)에서는 비저항이 낮은 칼슘망간네이트(CaMnO3)에 같은 결정구조의 절연성 물질을 고용시킴으로써 넓은 영역에서 비저항의 변화를 안정적으로 구현시킨 반도성 세라믹 조성물을 제시하고 있다. Currently, there are electroconductive materials / resin composites and semiconductive ceramic materials used as static eliminators, and in Korean patent application No. 2011-0110348 (Oct. 27, 2011), calcium manganate (CaMnO3) with low resistivity The present invention proposes a semiconductive ceramic composition which stably realizes a change in specific resistance in a wide area by employing an insulating material having the same crystal structure.

그러나, 상기 기술은 고가의 장비와 복잡한 공정으로 인해 대형부재 제조시, 제품의 가격이 매우 높을 수 밖에 없어 응용에 한계가 있다는 문제점이 있다. However, the above-mentioned technology has a problem that the cost of the product is very high when manufacturing a large-sized member due to the expensive equipment and the complicated process, which limits the application.

한편, 캐스터블(castable)은 흘러들어갈 수 있는 유동성이 있다는 뜻으로, 모양이 일정하지 않은 부정형 내화물의 제조공정에서 많이 사용되고 있으며, 입도 조절된 내화골재에 알루미나 시멘트 등의 결합재를 용도에 따라 10 ~ 30중량부 첨가하고, 작업성과 경화시간을 조절하기 위하여 소량의 첨가제를 가하여 제조하고 있다. 여기에 사용되는 결합재로는 알루미나 시멘트 이외에도 인산 알루미늄, 규산소다 및 폴리머 수지 등이 있다.On the other hand, castable means that there is fluidity to flow, and it is widely used in the manufacturing process of unshaped refractories whose shape is not constant, and the binder such as alumina cement is used for refractory aggregate whose particle size is controlled, 30 parts by weight, and a small amount of an additive is added to adjust workability and curing time. In addition to alumina cement, aluminum, sodium silicate and polymer resins are used as binders.

이와 관련하여, 본 발명자에 의해 고안된 대한민국 특허출원 제2011-0128950호(2011. 12. 05)에서는 알루미나 시멘트를 결합재로 적당량 첨가하여 성형강도를 유지하고, 소결과정에서 휘발없이 반응시킴으로써 친환경적이며, 무알카리 유리분말을 소결조제로 적당량 첨가함으로써 치밀화를 증진시킨 친환경 캐스터블 세라믹 조성물을 제시하고 있다.In this connection, Korean Patent Application No. 2011-0128950 (Dec. 05, 2011), which is devised by the present inventor, is an eco-friendly and environmentally friendly material by maintaining the molding strength by adding alumina cement in an appropriate amount as a binder, An eco-friendly castable ceramic composition in which densification is promoted by adding an appropriate amount of an alkali glass powder as a sintering aid.

그러나, 상기 기술의 경우, 모재인 세라믹 분말로서, 알루미나, 지르코니아, 마그네시아를 사용하여, 표면저항율이 1010ohm.cm 이상의 특성을 띄고, 이에 따라 정전하를 제거하기 어려운 단점이 있다.However, in the case of the above-mentioned technique, the surface resistivity is 10 10 ohm.cm or more by using alumina, zirconia, or magnesia as a ceramic powder as a base material, and thus it is difficult to remove static electricity.

현재, 정전기 제거용 반도성 세라믹스는 각종 산업에 응용되는 핵심부재로서, 대형화 및 복잡형상화 트렌드에 부합하는 시스템의 구축이 필요한데, 이와 같은 시스템의 구축은 고가의 장비를 필요로 하여 공정상 많은 부담이 발생될 수 있으며, 따라서 고가의 장비가 없이도 간단하고 효율적으로 치밀한 세라믹스를 제조할 수 있는 새로운 방법이 절실히 요구되고 있다.Currently, semiconductive ceramics for static elimination is a core member applied to various industries, and it is necessary to build a system that meets the trend of large size and complicated shaping. The construction of such a system requires a lot of expensive equipment, Therefore, there is a desperate need for a new method of manufacturing dense ceramics simply and efficiently without expensive equipment.

한편, 일반적인 세라믹스의 성형공정으로서의 일반적인 방법은 가압성형(pressing), 주입성형(casting), 가소성성형(plastic forming) 및 테이프성형 (tape forming) 등이 있다. On the other hand, general methods for forming a general ceramics include pressing, casting, plastic forming, and tape forming.

이 중에서 주입성형(casting)은 세라믹 분말을 용매에 분산시켜 유동성 있는 현탁액을 제조하고, 이러한 현탁액을 석고 등의 틀속에 주입하여 용매 부분을 틀에 의해 흡수되도록 함으로써 경화의 방법에 의해 세라믹 성형체를 제조하는 방법이다. 그러나, 성형체 및 소결체의 밀도구배가 일어나지 않도록 현탁액을 바람직하게 분산하여야 하나, 이러한 분산조건의 제어가 어렵고, 따라서, 틀속에 주입된 이후에 현탁액에 분산된 분말이 중력에 의해 침강하며, 이러한 분말의 불균일 분산에 의하여 석고 등 틀속에서 현탁액의 상하부 위치에 따라 흡수율의 차이가 발생한다.Among them, casting is performed by dispersing a ceramic powder in a solvent to prepare a fluid suspension, injecting the suspension into a mold such as a gypsum, and allowing the solvent portion to be absorbed by the mold, thereby producing a ceramic molded body . However, it is necessary to disperse the suspension preferably such that the density gradient of the molded body and the sintered body does not occur, but it is difficult to control such dispersion conditions, so that the powder dispersed in the suspension after being injected into the mold is precipitated by gravity, Due to the non-uniform dispersion, there is a difference in absorption rate depending on the upper and lower positions of the suspension in the gypsum frame.

이와 같이 불완전한 공정에 의해 제조된 성형체는 일정한 두께를 계획하고 성형하였음에도 불구하고, 성형체의 지점에 따른 두께의 차이가 발생하며, 국부적 밀도구배가 일어나 소성공정에서 균열과 변형의 원인이 되고 있다.Although the molded body produced by the incomplete process is planned and molded to have a certain thickness, the thickness varies depending on the point of the molded body, and a local density gradient occurs, which causes cracking and deformation in the sintering process.

무엇보다도 점토(clay) 이외의 세라믹 분말은 성형한 이후에도 성형체의 강도가 약해 취급이 어려우므로, 일정한 성형강도를 유지하기 위하여 결합제를 사용하며, 이러한 결합제는 폴리비닐알코올(PVA) 등의 고분자가 주로 이용되는데, 이와 같은 고분자가 하소 또는 소결과정에서 분해 휘발되기는 하나, 하소 또는 소결조건의 제어가 원활치 아니하면, 급격한 분해 휘발에 의해 성형체 또는 소성체에 좋지 않은 영향을 주고, 더불어 분해 휘발되는 성분이 대기의 산소와 결합하여 이산화탄소를 생성하는 등 대기환경 오염이 문제가 되고 있다. Most of all, ceramic powders other than clay are difficult to handle due to their weak strength even after molding. Therefore, a binder is used in order to maintain a constant molding strength. Such a binder is mainly composed of a polymer such as polyvinyl alcohol (PVA) Such a polymer is decomposed and volatilized in the course of calcination or sintering. However, if the calcination or sintering conditions are not well controlled, the polymer decomposes and volatilizes due to rapid decomposition and volatilization, Air pollution by combining with oxygen in the atmosphere and generating carbon dioxide is a problem.

특히, 두께가 두껍고 크기가 큰 대형의 세라믹스를 제조하는데 있어서는 이러한 분산조건의 설정, 흡수율의 균일화, 성형체 밀도의 균일한 분산, 분해 휘발되는 결합제의 양적 제어 등이 훨씬 까다로우므로 성형체의 건조과정에서 균열을 일으키기 쉽고, 따라서 제조상 및 취급상 어려움이 따른다.Particularly, in the production of large-thickness ceramics having a large thickness and a large size, it is much more difficult to set such dispersion conditions, to uniformize the water absorption rate, to uniformly disperse the density of the compact, Cracks are likely to occur, resulting in difficulties in manufacturing and handling.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 비저항이 낮은 칼슘망간네이트(CaMnO3)에 동일한 결정구조의 절연성 물질을 고용시켜 적정한 저항값을 갖도록 제조된 반도성 세라믹 분말에, 알루미나 시멘트를 결합재로 적당량 첨가하여 성형강도를 유지하고, 소결과정에서 휘발없이 반응시켜 복합체를 형성함으로써 치밀한 반도성 세라믹스를 제조하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a semiconductive ceramic powder which is prepared by dissolving an insulating material having the same crystal structure in calcium manganate (CaMnO3) , Alumina cement as an additive in an appropriate amount to maintain the molding strength, and reacting without volatilization during the sintering process to form a composite body, thereby producing dense semiconductive ceramics.

또한, 본 발명은 종래의 고분자를 대신하여 알루미나 시멘트를 결합제로 첨가하여, 경화에 의한 대형 기물을 제조하는 것으로서 성형강도가 커서 대형 성형체의 제조가 용이함을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide alumina cement as a binder instead of a conventional polymer to produce a large-sized article by curing, and to provide a molded body having a large molding strength.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (100-a) 중량부의 칼슘망간네이트 (CaMnO3)계 반도성 세라믹 분말에 a 중량부의 알루미나 시멘트를 가하여 조성물을 제조하되, 상기 a는 6 ~ 24의 범위인 것을 특징으로 하는 반도성 캐스터블 세라믹 복합체용 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for preparing a composition by adding a weight part of alumina cement to a (100-a) weight part of calcium manganate (CaMnO3) semiconductive ceramic powder, wherein a is in the range of 6 to 24 Wherein the composition for a semicrystalline castable ceramic composite is provided.

상기 반도성 세라믹 분말은 칼슘망간네이트 (CaMnO3)에 동일한 페로브스카이트 결정구조의 절연성 물질을 고용시킨 것임이 바람직하다.It is preferable that the semiconductive ceramic powder is obtained by solidifying an insulating material having the same perovskite crystal structure in calcium manganate (CaMnO3).

또한, 본 발명은 반도성 세라믹 분말 76 내지 94중량부와, 결합재로 알루미나 시멘트 6 내지 24중량부와, 물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물을 틀속에서 캐스터블 성형하고 경화하는 단계; 상기 경화된 혼합물을 소결하여 치밀화하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도성 캐스터블 세라믹 복합체의 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for producing a mixture comprising mixing 76 to 94 parts by weight of semiconductive ceramic powder, 6 to 24 parts by weight of alumina cement as a binder, and water to prepare a mixture; Casting the mixture into a mold and curing the mixture; And sintering and densifying the cured mixture. The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductive castable ceramic composite.

상기 조성물의 성형성 개선을 위하여 감수제, 분산제 및 소포제를 포함하는 첨가제를 0.5 내지 3 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.In order to improve the moldability of the composition, 0.5 to 3 parts by weight of an additive including a water reducing agent, a dispersing agent and a defoaming agent is preferably added.

본 발명에 의하면, 반도성 세라믹 물질을 복합체 제조에 적용함으로써, 전자 및 광학산업의 장치 및 시스템의 제조공정에서 발생하는 정전기를 보다 효과적으로 제거함으로써, 불꽃방전이나 이물질의 오염 등을 방지할 수 있는 작용효과가 기대된다. According to the present invention, by applying the semiconductive ceramic material to the production of a composite, it is possible to more effectively remove the static electricity generated in the manufacturing process of devices and systems of the electronic and optical industries, thereby preventing spark discharge, The effect is expected.

또한, 본 발명에 의하면, 저렴하고 용이하게 반도성 캐스터블 세라믹 복합체를 제조할 수 있는 작용효과가 기대된다.Further, according to the present invention, it is expected that an action and effect of producing a semicrystalline castable ceramic composite inexpensively and easily.

또한, 본 발명에 의하면 이를 적용한 부품과 장치의 신뢰성 증진 및 적용확대에 기여하는 작용효과가 기대된다. Further, according to the present invention, it is expected that the function and the effect contributing to the enhancement of the reliability and application of the parts and devices to which the present invention is applied are expected.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도성 캐스터블 세라믹 복합체의 제조공정도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 알루미나 시멘트 함량에 따른 반도성 캐스터블 세라믹 복합체의 비저항 변화를 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도성 캐스터블 세라믹 복합체의 X-선 회절분석 그래프,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도성 캐스터블 세라믹 복합체 제조용 조성물의 수분 첨가량에 따른 점도 변화를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도성 캐스터블 세라믹 복합체 제조용 조성물의 수분 첨가량에 따른 선수축율의 변화를 나타내는 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a process flow diagram of a process for producing a semiconductive castable ceramic composite according to an embodiment of the present invention,
2 is a graph showing a change in specific resistance of a semiconductive castable ceramic composite according to an alumina cement content according to an embodiment of the present invention,
3 is an X-ray diffraction analysis graph of a semiconductive castable ceramic composite according to an embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a graph showing changes in viscosity of a composition for the production of a semiconductive castable ceramic composite according to an embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a graph showing a change in the linear shrinkage ratio according to the moisture addition amount of the composition for producing a semiconductive castable ceramic composite according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명을 첨부되는 도면과 바람직한 실시예를 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.

<제조예><Production Example>

본 발명에 의한 반도성 캐스터블 세라믹 복합체 조성물은 구체적으로 (100-a) 칼슘망간네이트(CaMnO3)계 반도성 세라믹 분말 + a 알루미나 시멘트에서 a 가 6 내지 24중량부가 되도록 조성비를 조절하여 제조되는 것으로, 점성이 없는 반도성 세라믹 분말에 성형강도를 위하여 수경성 결합재인 알루미나 시멘트(알루미나 함량이 80중량부)를 적당량 첨가시킴으로써 이루어지는 혼합물이다. The semi-conductor castable ceramic composite composition according to the present invention is specifically prepared by adjusting the composition ratio of (a) to (a-6) to (a-a) calcium manganate (CaMnO3) semiconductive ceramic powder + a alumina cement , And an appropriate amount of alumina cement (alumina content: 80 parts by weight), which is a hydraulic binder, is added to the semi-conductive ceramic powder having no viscosity for molding strength.

여기에서, 수경성 결합재는 알루미나 시멘트(유니온시멘트, UAC80N)를 사용하였으나, 이외에도 포틀랜드 등의 일반 시멘트와 석고 등이 있으나 함유된 불순물이나 원하지 않는 성분으로 인해 반도체 특성과 강도 등의 물성이 저하될 수 있으므로 목적에 따라 일부 사용이 가능하나 본 발명에서는 순도를 고려하여 고순도 알루미나 시멘트를 사용하였다.In this case, alumina cement (union cement, UAC80N) was used as the hydraulic binder, but other cements such as Portland cement and gypsum are also available, but physical properties such as semiconductor characteristics and strength may be deteriorated due to impurities or unwanted components contained therein Some of them can be used depending on purposes, but in the present invention, high purity alumina cement is used in consideration of purity.

이와 같은 본 발명의 조성물을 이용하여, 도 1과 같은 간단하고 일반적인 방법에 의해 용이하게 반도성 캐스터블 세라믹 복합체를 제조할 수 있다.By using the composition of the present invention as described above, it is possible to easily produce a semiconductive castable ceramic composite by a simple general method as shown in FIG.

먼저, 산화망간(MnO2), 산화티탄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 탄산칼슘(CaCO3), 탄산스트론튬(SrCO3), 그리고 탄산바륨(BaCO3)을 표 1에 나타낸 조성이 되도록 칭량하여 지르코니아 볼밀에서 증류수와 함께 잘 혼합하고 분쇄하였다.First, manganese oxide (MnO2), titanium oxide (TiO2), zirconium oxide (ZrO2), calcium carbonate (CaCO3), strontium carbonate (SrCO3), and barium carbonate (BaCO3) were weighed to the composition shown in Table 1, Were mixed well with distilled water and ground.

이때 산화망간은 Mn2O3, MnO, 그리고 MnCO3 등도 합성과정에서 분해와 원자가 변화를 통하여 동일한 역할이 가능하므로 MnO2를 대신하여 사용할 수 있다. 또한, 공정은 당업자의 수준에서 대체가능한 다른 방법에 의해서도 수행될 수 있다.At this time, manganese oxide can be used in place of MnO 2 because Mn 2 O 3, MnO, and MnCO 3 can also play the same roles through decomposition and valence change in the synthesis process. The process may also be carried out by other methods that can be substituted at the level of those skilled in the art.

한편, 본 발명에 의한 조성을 포함할 수 있다면 출발물질은 단체, 염, 화합물 등을 다양하게 대체하여 사용할 수 있다.On the other hand, if the composition according to the present invention can be included, the starting material may be used in various forms such as a single compound, a salt, and a compound.

혼합한 원료는 1000 ~ 1150℃에서 2시간 동안 하소하여 합성하고, 합성된 원료는 다시 증류수와 함께 볼밀로 재분쇄함으로써 소결을 준비하였다.The mixed raw materials were calcined at 1000 to 1150 ° C for 2 hours to synthesize them, and the synthesized raw materials were sintered again by ball milling with distilled water.

여기서, 위 하한 미만인 경우, 합성이 잘 이루어지지 않으며, 물과 함께 혼합하여 슬러리 제조시 수분의 함량이 10%이상 더 첨가되어야 원활한 합성이 가능하여, 소결시 소결밀도가 저하되며 기공율이 증가한다. 또한, 위 상한을 초과하는 경우, 세라믹 분말의 입성장 및 소결이 진행되어, 분쇄가 원활하지 않으며, 소결밀도가 저하되므로, 위 하소온도는 위 범위에서 그 임계적 의의가 있다. When the amount is less than the lower limit, synthesis is not performed well, and when the slurry is mixed with water, more than 10% of water content is added to allow smooth synthesis, resulting in a decrease in sintering density and an increase in porosity. If the upper limit is exceeded, the grain growth and sintering of the ceramic powder proceed, the grinding is not smooth, and the sintering density is lowered. Therefore, the calcination temperature is critical in the above range.

한편, 하소시간은 통상적인 범위내에서 조절될 수 있으며, 반드시 위 2시간으로 한정되는 것은 아니다.On the other hand, the calcination time can be adjusted within a usual range, and is not limited to the above two hours.

이렇게 합성된 세라믹 분말과 결합재인 알루미나 시멘트를 일정한 분율로 계량하고 알루미나 볼밀을 이용하여 건식으로 12시간 동안 혼합함과 동시에 분쇄하여 반도성 캐스터블 세라믹 복합체용 조성물을 제조하였다. 다만, 혼합시간은 위 시간에 의해 한정되는 것으로 해석되지는 아니한다. The ceramic powder thus synthesized and the alumina cement as a binder were weighed at a certain ratio, and were mixed dry for 12 hours using an alumina ball mill and pulverized to prepare a composition for a semicontinuous castable ceramic composite. However, the mixing time is not to be construed as being limited by the above time.

이렇게 조합된 조성물을 물과 함께 혼합하여 유동성 있는 슬러리를 제조하고 일정모양의 플라스틱 틀에 부어 하루정도 경화시킨 후, 탈형함으로써 일정 형상을 갖는 성형체를 제조하였다.  The combined compositions were mixed with water to prepare a fluid slurry, and the mixture was poured into a plastic mold of a certain shape to cure for a day, followed by demolding to produce a shaped body having a predetermined shape.

이 때, 물의 양을 줄여 치밀한 성형체를 제조하기 위하여 분산제나 감수제를 소량 첨가할 필요가 있으며, 혼합시에 발생하는 기포를 제거하기 위하여 소포제를 소량 첨가하는 것이 바람직하다.   At this time, it is necessary to add a small amount of a dispersant or a water reducing agent in order to reduce the amount of water to produce a dense shaped body, and it is preferable to add a small amount of defoaming agent in order to remove bubbles generated at the time of mixing.

상기 분산제(한국산노프코5468CF)는 조성물의 0.5 내지 1중량부 정도 첨가하였으며, 상기 소포제(한국산노프코 SN485)는 조성물의 0.5 내지 1중량부 정도 첨가하였다.  0.5 to 1 part by weight of the composition was added to the dispersing agent (Nopco 5468 CF from KNO) and 0.5 to 1 part by weight of the composition was added to the antifoaming agent (Nopko SN 485, Korea).

성형체는 잔류수분을 증발시키기 위하여 120℃의 오븐에서 12시간 동안 건조되었으며, 이후 상기 성형체를 전기로를 이용하여 1350 ~ 1450℃의 온도에서 2시간 동안 소결하여 복합체를 제조하였고, 제조된 소결체의 소결성 및 비저항을 평가하였다. 소결체의 소결온도는 통상적인 소결이론에 따른 상한과 하한의 범위를 따른다.The molded body was dried in an oven at 120 ° C for 12 hours to evaporate the residual moisture and then sintered at a temperature of 1350 to 1450 ° C for 2 hours using an electric furnace to prepare a composite body. The resistivity was evaluated. The sintering temperature of the sintered body is in the range of the upper limit and the lower limit according to the conventional sintering theory.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 이들 실시예에만 국한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of the following examples, but the scope of the present invention is not limited to these examples.

<평가예>&Lt; Evaluation example &

제조된 조성물의 소결성을 평가하기 위하여 직경이 15mm인 원형 금속몰드에서 100MPa의 압력으로 원판형으로 성형하고 전기로를 이용하여 1350 ~ 1450℃의 온도에서 2시간동안 소결한 후, 소결밀도와 기공율을 아르키메데스법을 이용하여 측정하였으며, 비저항은 양면에 전극을 형성하여 측정하였다.In order to evaluate the sinterability of the prepared composition, a circular metal mold having a diameter of 15 mm was molded into a disc shape at a pressure of 100 MPa and sintered at 1350 to 1450 ° C for 2 hours using an electric furnace. The sintered density and the porosity were measured using Archimedes The resistivity was measured by forming electrodes on both sides.

측정 결과는 하기 표 1에서 보는 바와 같다.The measurement results are shown in Table 1 below.

칼슘망간네이트 (CaMnO3)계 반도성 세라믹 분말 - 알루미나시멘트계 반도성 캐스터블 세라믹 조성물의 특성Characteristics of Calcium Manganate (CaMnO3) Semiconductive Ceramic Powder - Alumina Cement Semiconducting Castable Ceramic Composition 번호number 반도성 세라믹 분말Semi-conductive ceramic powder 알루미나
시멘트
(wt%)
Alumina
cement
(wt%)
소결온도
(℃)
Sintering temperature
(° C)
상대밀도
(%)
Relative density
(%)
비저항
(ohm.cm)
Resistivity
(ohm.cm)
조성Furtherance wt%wt% 실시예1Example 1 CaMn0.3Ti0.7O3CaMn0.3Ti0.7O3 9494 66 13501350 99.7299.72 5.2x107 5.2x10 7 실시예2Example 2 CaMn0.3Ti0.7O3CaMn0.3Ti0.7O3 9191 99 13501350 99.6699.66 7.3x107 7.3 x 10 7 실시예3Example 3 CaMn0.3Ti0.7O3CaMn0.3Ti0.7O3 8888 1212 13501350 99.5699.56 8.4x107 8.4x10 7 실시예4Example 4 CaMn0.3Ti0.7O3CaMn0.3Ti0.7O3 8585 1515 13751375 98.2498.24 1.4x108 1.4x10 8 실시예5Example 5 CaMn0.3Ti0.7O3CaMn0.3Ti0.7O3 8282 1818 13751375 98.3198.31 9.8x107 9.8 x 10 7 실시예6Example 6 CaMn0.3Ti0.7O3CaMn0.3Ti0.7O3 7979 2121 14001400 98.1298.12 3.2x108 3.2 x 10 8 실시예7Example 7 CaMn0.3Ti0.7O3CaMn0.3Ti0.7O3 7676 2424 14001400 97.8997.89 6.5x108 6.5 x 10 8 실시예8Example 8 CaMn0.4Ti0.6O3CaMn0.4Ti0.6O3 8888 1212 13501350 99.1399.13 8.1x105 8.1x10 5 실시예9Example 9 CaMn0.4Ti0.6O3CaMn0.4Ti0.6O3 8585 1515 13501350 98.2098.20 7.5x105 7.5x10 5 실시예10Example 10 CaMn0.4Ti0.6O3CaMn0.4Ti0.6O3 8282 1818 13501350 96.7796.77 1.3x106 1.3x10 6 실시예11Example 11 CaMn0.5Ti0.5O3CaMn0.5Ti0.5O3 8888 1212 13501350 99.3999.39 6.2x104 6.2x10 4 실시예12Example 12 CaMn0.5Ti0.5O3CaMn0.5Ti0.5O3 8585 1515 13501350 97.7997.79 6.3x104 6.3x10 4 실시예13Example 13 CaMn0.5Ti0.5O3CaMn0.5Ti0.5O3 8282 1818 13501350 96.8796.87 8.7x104 8.7x10 4 실시예14Example 14 CaMn0.15Ti0.35Zr0.5O3CaMn0.15Ti0.35Zr0.5O3 8585 1515 14251425 98.1298.12 1.2x107 1.2x10 7 실시예15Example 15 CaMn0.175Ti0.325Zr0.5O3CaMn0.175Ti0.325Zr0.5O3 8585 1515 14251425 98.2298.22 8.4x106 8.4x10 6 실시예16Example 16 CaMn0.2Ti0.3Zr0.5O3CaMn0.2Ti0.3Zr0.5O3 8585 1515 14251425 98.3598.35 4.2x106 4.2 x 10 6 실시예17Example 17 CaMn0.225Ti0.275Zr0.5O3CaMn0.225Ti0.275Zr0.5O3 8585 1515 14251425 98.5498.54 2.3x105 2.3x10 5 실시예18Example 18 CaMn0.25Ti0.25Zr0.5O3CaMn0.25Ti0.25Zr0.5O3 8585 1515 14251425 98.8898.88 2.1x104 2.1 x 10 4 실시예19Example 19 CaMn0.2Zr0.8O3CaMn0.2Zr0.8O3 8585 1515 14501450 98.2198.21 6.5x106 6.5 x 10 6 실시예20Example 20 CaMn0.15Zr0.85O3CaMn0.15Zr0.85O3 8585 1515 14501450 98.0498.04 8.1x107 8.1x10 7 실시예21Example 21 Ca0.4Sr0.6Mn0.4Ti0.6O3Ca0.4Sr0.6Mn0.4Ti0.6O3 8585 1515 14001400 98.1298.12 2.4x106 2.4 x 10 6 실시예22Example 22 Ca0.4Ba0.6Mn0.4Ti0.6O3Ca0.4Ba0.6Mn0.4Ti0.6O3 8585 1515 14001400 97.9997.99 4.6x106 4.6 x 10 6 실시예23Example 23 Ca0.7Sr0.3Mn0.4Ti0.6O3Ca0.7Sr0.3Mn0.4Ti0.6O3 8585 1515 13751375 98.3598.35 8.5x107 8.5x10 7 실시예24Example 24 Ca0.7Ba0.3Mn0.4Ti0.6O3Ca0.7Ba0.3Mn0.4Ti0.6O3 8585 1515 13751375 98.1198.11 9.2x107 9.2x10 7

표 1에 나타낸 알루미나 시멘트 첨가 반도성 캐스터블 세라믹 복합체용 조성물의 특성을 살펴보면, 결합재로 알루미나 시멘트를 첨가하여도 소결성과 비저항값이 우수하게 발현됨을 알 수 있으며, 단지, 알루미나 시멘트의 함량과 지르코늄(Zr) 치환량이 증가하면 소결밀도가 약간 감소하고 소결온도가 높아짐을 알 수 있다. As shown in Table 1, the composition of the alumina cement-added semiconducting castable ceramic composite exhibited excellent sinterability and specific resistance even when alumina cement was added as a binder, and the content of alumina cement and zirconium Zr) as the substitution amount increases, the sintering density is slightly decreased and the sintering temperature is increased.

또한, 도 2에 나타낸 알루미나 시멘트 함량에 따른 반도성 캐스터블 세라믹 복합체의 비저항 변화를 보면, 알루미나 시멘트 함량이 증가하여도 비저항값이 크게 영향을 받지 않고 있으며, 반도성 세라믹 분말의 기본조성에 따라 비저항값이 크게 의존하고 있음을 알 수 있다.Further, the resistivity of the semiconductive castable ceramic composite according to the alumina cement content shown in FIG. 2 is not significantly affected by the increase of the alumina cement content, and depending on the basic composition of the semiconductive ceramic powder, And the value is highly dependent.

그러나, 결합재인 알루미나 시멘트는 오로지 성형강도를 유지하기 위한 기능재로서, 비저항값이나 소결특성을 크게 저하시키지는 않지만 기본소재에 불순물로 작용하여 칼슘알루미네이트(CaAl12O19)등의 제2상을 형성함으로서 여러가지 특성을 저하시킬 수 있으므로 가급적 함량을 15중량부 내외로 한정하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 6 내지 24 중량부를 첨가하도록 하였으며, 이러한 범위는 복합체의 특성을 저하시키지 않는 임계적 범위로 간주된다. However, the alumina cement as a binder is a functional material for maintaining the molding strength only and does not significantly lower the resistivity value and the sintering property but forms a second phase such as calcium aluminate (CaAl12O19) by acting as an impurity in the base material, It is preferable to limit the content to about 15 parts by weight or less. In the present invention, 6 to 24 parts by weight is added, and this range is regarded as a critical range without deteriorating the properties of the composite.

여기서, 알루미나 시멘트 24중량부 초과하여 첨가시, 비저항의 증가하여 원하는 특성값을 얻을 수가 없으며, 점도상승으로 인하여 경화시간이 단축되어 슬러리 제조가 용이하지 않다. 또한, 알루미나 시멘트 6중량부 미만 첨가시 혼합 슬러리 제조, 수화경화 과정 후 탈형시 성형강도가 저하되는 단점이 있다. 따라서, 상기 알루미나 시멘트의 함량은 위 범위에서 그 임계적 의의가 있다.When the alumina cement is added in an amount exceeding 24 parts by weight, it is impossible to obtain a desired characteristic value due to an increase in specific resistance, and the viscosity of the composition is shortened due to an increase in viscosity. Further, when the alumina cement is added in an amount of less than 6 parts by weight, the molding strength is lowered in the demoulding process after the preparation of the mixed slurry and the hydration hardening process. Therefore, the content of the alumina cement is critical in the above range.

한편, 도 3의 X-선 회절분석 결과에서 보듯이 결합재인 알루미나 시멘트의 경우, 소결과정에서 알루미나(Al2O3) 또는 칼슘알루미네이트(CaAl12O19)를 형성하여 존재함을 알 수 있으며, 이러한 상은 반도성인 칼슘망간네이트 (CaMnO3)계 상과 함께 복합체를 구성하지만 함량이 작아 전체적인 비저항값에 크게 영향을 미치지 못하는 것으로 판단된다.
Meanwhile, as can be seen from the X-ray diffraction analysis in FIG. 3, it can be seen that alumina cement as a binder exists in the form of alumina (Al2O3) or calcium aluminate (CaAl12O19) during sintering, (CaMnO3) phase but it is considered that it does not affect the overall resistivity value because the content is small.

도 4에 나타낸 반도성 캐스터블 세라믹 복합체 조성물의 수분 첨가량에 따른 슬러리의 점도 변화를 살펴보면, 성형을 위한 슬러리의 제조를 위하여 물을 첨가함에 따라 점도가 급격히 낮아짐을 알 수 있고 알루미나 시멘트 함량이 많으면 상대적으로 점도가 높음을 알 수 있다.The viscosity change of the slurry according to the addition amount of water in the semicrystalline castable ceramic composite composition shown in FIG. 4 shows that the viscosity is drastically lowered by adding water for the slurry preparation, and when the alumina cement content is high, The viscosity is high.

이때, 물의 양을 줄이고 유동성을 증진시키기 위하여 분산제와 소포제를 사용하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 분산제와 소포제를 각각 0.5 내지 1중량부 정도 첨가하여 제조하였다.  In this case, it is preferable to use a dispersant and a defoaming agent in order to reduce the amount of water and improve the fluidity. In the present invention, 0.5 to 1 part by weight of the dispersant and defoaming agent are added, respectively.

한편, 도 5에 나타낸 반도성 캐스터블 세라믹 복합체 조성물의 수분 첨가량에 따른 소결 후 선수축율의 변화를 살펴보면, 물의 함량이 높으면 유동성은 좋으나 수화반응에 의해 잔류수분이 많아지고 기공을 증가시키므로 선수축을 크게 만들어 소결과정에서 균열이 일어남을 알 수 있었다.   5, when the moisture content of the semi-conductive castable ceramic composite composition shown in FIG. 5 shows a change in the linear shrinkage ratio after sintering, the fluidity is good at the higher water content, but the residual moisture increases and the porosity increases due to the hydration reaction. It was found that cracks were formed in the sintering process.

따라서, 도 1에 나타낸 공정에 따라 조성물을 잘 혼합하여 균질화하고 첨가제를 적당량 첨가하여 물의 양을 최소화하며, 수화 경화 후 건조과정을 통하여 잔류수분을 제거하고 소성을 하면 105 내지 109 ohm.cm 정도의 적정한 비저항을 갖는 대형의 치밀하고 우수한 반도성 캐스터블 세라믹 복합체를 제조할 수 있다.Accordingly, the composition is well mixed and homogenized according to the process shown in FIG. 1, the amount of water is minimized by adding an appropriate amount of the additive, and after the hydration is cured, the residual moisture is removed through the drying process and baking is carried out to a temperature of 10 5 to 10 9 ohm.cm It is possible to produce a large-sized, dense and excellent semiconducting castable ceramic composite having an appropriate specific resistance of about 1 to 20% by weight.

본 발명은 복잡하고 대형의 크기를 갖는 반도성 세라믹스를 제조함에 있어서, 반도성 세라믹 분말에 알루미나 시멘트를 결합재로 일정량 첨가한 조성물을 물과 혼합하여 틀속에서 캐스터블 성형한 후, 치밀하게 소결하여 적정한 저항값을 갖는 반도성 캐스터블 세라믹를 제조할 수 있는 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
The present invention relates to a method for producing semiconductive ceramics having a complicated and large size by mixing a semiconductive ceramic powder with alumina cement as a binder in a certain amount, mixing the resulting mixture with water, casting the mixture in a mold, densely sintering the mixture, To provide a composition capable of producing a semiconductive castable ceramic having a resistance value and a method for producing the same.

이상과 같이 본 발명을 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 이는 실시예일 뿐 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 본 발명의 보호범위는 후술하는 특허청구범위의 해석에 의하여야 하며, 위 실시예는 부득이한 경우 보충적으로 해석되어야 하는 것이다.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. That is, the scope of protection of the present invention is to be interpreted by the interpretation of the following claims, and the above embodiments should be construed as supplementary if unavoidable.

Claims (4)

(100-a) 중량부의 칼슘망간네이트 (CaMnO3)계 반도성 세라믹 분말에 a 중량부의 알루미나 시멘트를 가하여 조성물을 제조하되, 상기 a는 6 ~ 24의 범위인 것을 특징으로 하는 반도성 캐스터블 세라믹 복합체용 조성물. (A) is in the range of 6 to 24, and a part by weight of alumina cement is added to the (100-a) part by weight of calcium manganate (CaMnO3) semiconductive ceramic powder. / RTI &gt; 제 1 항에 있어서,
상기 반도성 세라믹 분말은 칼슘망간네이트 (CaMnO3)에 동일한 페로브스카이트 결정구조의 절연성 물질을 고용시킨 것을 특징으로 하는 반도성 캐스터블 세라믹 복합체용 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the semiconductive ceramic powder comprises calcium manganate (CaMnO3) dissolved in an insulating material having the same perovskite crystal structure.
반도성 세라믹 분말 76 내지 94중량부와, 결합재로 알루미나 시멘트 6 내지 24중량부와, 물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물을 틀속에서 캐스터블 성형하고 경화하는 단계;
상기 경화된 혼합물을 소결하여 치밀화하는 단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도성 캐스터블 세라믹 복합체의 제조방법.
Mixing 76 to 94 parts by weight of semiconductive ceramic powder, 6 to 24 parts by weight of alumina cement as a binder, and water to prepare a mixture;
Casting the mixture into a mold and curing the mixture;
Sintering and densifying the cured mixture;
The method of manufacturing a semicrystalline castable ceramic composite according to claim 1,
제 3 항에 있어서,
상기 혼합물에는 성형성 개선을 위하여 감수제, 분산제 및 소포제를 포함하는 첨가제를 0.5 내지 3 중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 반도성 캐스터블 세라믹 복합체의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein 0.5 to 3 parts by weight of an additive including a water reducing agent, a dispersant, and an antifoaming agent is added to the mixture to improve the formability of the mixture.
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