KR101517810B1 - 세라믹스 성형체를 소결하는 소결 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹스 성형체를 소결하는 소결 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소결시 세라믹스 성형체에 발생하는 균열을 최소화하는 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로 적재장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조는 일정한 두께를 갖는 평판 형상의 베이스 부재, 상기 베이스 부재의 상단에 형성되며, 서로 대향하는 면이 일정 각도로 경사진 두 개의 지지부재, 상기 지지부재의 경사진 면의 상단면에 접촉된 상태에서 회전하는 적어도 두 개의 롤러 및 상기 베이스 부재의 상단 중 서로 대향하는 상기 지지부재 사이에 형성되는 직경을 갖는 입자 형태의 소재를 포함하며, 상기 지지부재 상단의 경사각도가 하단의 경사각도보다 상대적으로 큼을 특징으로 한다.

Description

세라믹스 성형체를 소결하는 소결 장치{SINTERING APPARATUS}
본 발명은 세라믹스 성형체를 소결하는 소결 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소결시 세라믹스 성형체에 발생하는 균열을 최소화하는 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재 장치에 관한 것이다.
세라믹스 소재는 내열성, 내마모성, 내식성 등의 특성이 매우 우수하여 반도체, 디스플레이, 철강 산업 등 광범위하게 응용되고 있다. 세라믹스 소재를 이용한 부품은 단순형상 뿐만 아니라 복잡형상에 이르기까지 다양한 형상으로의 제형화가 요구된다. 이와 같이 세라믹스 산업소재로서 중요성이 증대되고 있으나, 소량 다품종인 제품 특성과 복잡형상의 세라믹스 실형상 성형과 관련된 과대한 초기 설비 투자 등의 이유로 국내 연구는 제조방법에 대한 개선보다는 세라믹스 재질 자체에 대한 연구에 머물고 있는 상황이다.
세라믹스의 주원료로는 알루미나(Alumina; Al2O3), 지르코니아(Zirconia; ZrO2), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC) 등이 대표적으로 잘 알려져 있다.
이러한 파인세라믹스는 건식 프레스성형이나 압출성형, 시트성형, 사출성형 및 주입성형 등과 같은 다양한 세라믹 성형방법에 의해 적의의 물성과 형태를 갖는 완성된 성형품으로 제조되어지는데, 다양한 세라믹 성형방법 중 하나인 세라믹 주입성형(slip casting) 방법은 세라믹 분말을 물과 같은 액체(분산매)에 풀어 유동상태(流動狀態)로 된 슬러리(slurry) 상태의 세라믹 혼합재료를 석고주형에 주입한 다음 액체(수분)를 석고주형으로 배출(또는 흡수)시킴으로써 고화(固化)된 성형체를 만들고 이를 가열소결(加熱燒結) 과정을 거쳐 제조 목적에 부합하는 물성과 형태를 가진 완성된 세라믹 제품으로 만드는 것이다.
하지만, 고화된 성형체를 가열소결하는 과정에서 성형체에 균열이 발생한다. 즉, 성형체가 균일 특성에 의해 건조되지 않고 부위에 따라 상이한 건조 특성에 따라 건조됨으로 인해 성형체는 균열이 발생한다. 이를 위해 한국공개특허 제2005-0031693호(발명의 명칭: 습식 성형법으로 제조된 알루미나 세라믹스 성형체의 균열억제 방법)는 세라믹 슬러리와 젤형성 고분자로서 상온응고형 고분자인 폴리사카라이드(polysaccharide)계 고분자 수용액을 혼합하여 원하는 형상의 금형에 주입하여 알루미나 세라믹스를 습식법으로 성형시에 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol)을 강도 보강용 고분자로 첨가함으로써, 기존의 성형체 제조방법보다 단시간 내 건조시키더라도 균열이 없는 알루미나 세라믹스 성형체가 제조하는 방안을 제안하고 있다.
또한 한국공개특허 제2003-0026249호(발명의 명칭: 수성 사출성형 바인더 조성물 및 성형방법)은 조성물의 고형분 장입 포텐셜을 증가시키는 슈가 첨가제를 이용하여 소결 도중에 현저한 균열이 발생하지 않는 세라믹물을 제조하는 방안을 제안하고 있다.
상술한 방법은 세라믹 소재에 첨가물을 첨가하여 소결 과정에서 발생하는 균열을 방지하는 방안을 제안하고 있다. 하지만, 상술한 방법만으로는 소결 과정에서 발생하는 균열 현상을 방지할 수 없다.
본 발명이 해결하려는 과제는 소결 과정에서 발생하는 세라믹스 성형체의 균열 현상을 방지하는 방안을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조를 변경하여 세라믹스 성형체의 균열 현상을 방지하는 방안을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 세라믹스 성형체의 모든 부위를 균일하게 가열하여 세라믹스 성형체의 균열 현상을 방지하는 방안을 제안함에 있다.
이를 위해 본 발명의 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조는 일정한 두께를 갖는 평판 형상의 베이스 부재, 상기 베이스 부재의 상단에 형성되며, 서로 대향하는 면이 일정 각도로 경사진 두 개의 지지부재, 상기 지지부재의 경사진 면의 상단면에 접촉된 상태에서 회전하는 적어도 두 개의 롤러 및 상기 베이스 부재의 상단 중 서로 대향하는 상기 지지부재 사이에 형성되는 직경을 갖는 입자 형태의 소재를 포함하며, 상기 지지부재 상단의 경사각도가 하단의 경사각도보다 상대적으로 큼을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조는 소결과정에서 발생하는 세라믹스 성형체의 균열을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 다른실시 예에 따른 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치의 구조를 도시하고 있다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치의 구조를 도시하고 있다. 이하 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치의 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 1에 의하면, 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조는 베이스 부재, 지지부재, 롤러, 간격 조절부재 및 미립소재를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조에 포함될 수 있다.
베이스 부재(100)는 소결로 적재장치의 기본 구조를 형성한다. 베이스 부재(100)는 일정 두께를 갖는 평판 형상을 갖는다.
지지부재(200)는 소결로 적재장치이 기본 구조인 베이스 부재(100)의 양단에 위치하며, 마주보는 면이 서로 경사지게 형성된다. 즉, 지지부재(200)의 일측면은 비스듬하게 경사지게 형성한다. 지지부재(200)의 경사 각도는 사용자의 의도에 따라 다양하게 구성할 수 있다. 지지부재(200)의 일측면의 경사 각도는 롤러(300)의 직경과 관련된다. 즉, 지지부재(200)의 일측면의 경사 각도가 큰 경우에는 작은 경우에 비해 상대적으로 직경이 큰 롤러(300)를 사용할 수 있다.
롤러(300)는 지지부재(200)에 접촉된 상태에서 세라믹스 성형체의 수축길이 만큼 회전하면서 하강한다. 롤러(300)의 직경은 안착되는 세라믹스 성형체의 두께 및 크기에 따라 가변된다. 일 예로 세라믹스 성형체의 두께가 상대적으로 얇은 경우에는 직경이 상대적으로 작은 롤러(300)를 사용하며, 세라믹스 성형체의 두께가 상대적으로 두꺼운 경우에는 직경이 상대적으로 큰 롤러(300)를 사용한다. 또한, 롤러(300)의 직경에 따라 지지부재(200) 상단에 고정 형성되는 롤러(300)의 개수가 달라진다. 즉, 롤러(300)의 직경의 상대적으로 큰 경우에는 롤러(300)의 개수가 감소하며, 롤러(300)의 직경이 상대적으로 작은 경우에는 롤러(300)의 개수가 증가한다.
간격 조절부재(500)는 양 종단에 형성된 지지부재(200)의 간격을 조절한다. 즉, 소결하고자 하는 세라믹스 성형체의 길이에 따라 간격 조절부재(500)를 이용하여 지지부재(200)를 좌우로 이동시킨다.
미립소재(400)는 세라믹스 성형체 하부에 위치한다. 미립소재(400)는 소결로 적재장치의 바닥과 세라믹스 성형체의 마찰력으로 인해 세라믹스 성형체에 균열이 발생하는 것을 방지하기 위해 직경이 작은 구형의 소재로 구성되며, 소결로 적재장치의 바닥에 적층된다.
이와 같이 함으로써 롤러(300)의 회전에 의한 하강작용으로 하중이 세라믹스 성형체의 중앙부위로 집중되면 소결과정 동안에 세라믹스 성형체는 미립소재(400)에 의해 큰 마찰없이 중앙부위로 수축이 이루어지게 된다. 즉, 미립소재(400)는 세라믹스 성형체가 자유롭게 이동할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조를 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 2에 의하면, 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조는 베이스 부재, 지지부재, 롤러, 간격 조절부재 및 미립소재를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조에 포함될 수 있다.
베이스 부재(100)는 소결로 적재장치의 기본 구조를 형성한다. 베이스 부재(100)는 일정 두께를 갖는 평판 형상을 갖는다.
지지부재(200)는 소결로 적재장치의 기본 구조인 베이스 부재(100)의 양단에 위치하며, 마주보는 면이 서로 경사지게 형성된다. 즉, 지지부재(200)의 일측면은 비스듬하게 경사지게 형성한다. 지지부재(200)의 경사 각도는 사용자의 의도에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
도 2에 의하면 지지부재(200)는 일 측면이 동일한 경사 각도로 형성되어 있는 것이 아니라 적어도 두 개의 상이한 경사 각도로 형성되어 있다. 일 예로 소결과정에서 상대적으로 길이가 많이 축소되는 소결 초기에 세라믹스 소결체가 위치하는 지지부재(200)의 상단을 지지부재(200)의 하단보다 경사 각도를 크게 한다. 이와 같이 함으로써 세라믹스 소결체는 균열없이 소결 과정이 진행된다.
롤러(300)는 지지부재(200)에 접촉된 상태에서 세라믹스 성형체의 수축길이 만큼 회전하면서 하강한다. 롤러(300)의 직경은 안착되는 세라믹스 성형체의 두께 및 크기에 따라 가변된다.
간격 조절부재(500)는 양 종단에 형성된 지지부재(200)의 간격을 조절한다. 즉, 소결하고자 하는 세라믹스 성형체의 길이에 따라 간격 조절부재(500)를 이용하여 지지부재(200)의 좌우로 이동한다.
미립소재(400)는 세라믹스 성형체 하부에 위치한다. 미립소재(400)는 소결로 적재장치의 바닥과 세라믹스 성형체와의 마찰력으로 인해 세라믹스 성형체에 균열이 발생하는 것을 방지하기 위해 직경이 작은 소재로 구성되며, 소결로 적재장치의 바닥에 적층된다. 이와 같이 함으로써 롤러(300)의 회전에 의한 하강작용으로 하중이 세라믹스 성형체의 중앙부위로 집중되면 소결과정 동안에 세라믹스 성형체는 미립소재(400)에 의해 큰 마찰없이 중앙부위로 수축이 이루어지게 된다. 즉, 미립소재(400)는 세라믹스 성형체가 자유롭게 이동할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조를 도시하고 있다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 3에 의하면, 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로는 베이스 부재, 지지부재, 롤러, 간격 조절부재 및 미립소재를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 세라믹스 성형체를 소결하는 소결로의 적재장치 구조에 포함될 수 있다.
베이스 부재(100)는 소결로 적재장치의 기본 구조를 형성한다. 베이스 부재(100)는 일정 두께를 갖는 평판 형상을 갖는다.
지지부재(200)는 소결로 적재장치의 기본 구조인 베이스 부재(100)의 일측에 위치한다. 또한 지지부재(200)의 일측면은 비스듬하게 경사지게 형성한다. 지지부재(200)의 경사 각도는 사용자의 의도에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
롤러(300)는 지지부재(200)에 접촉된 상태에서 세라믹스 성형체의 수축길이 만큼 회전하면서 하강한다. 롤러(300)의 직경은 안착되는 세라믹스 성형체의 두께 및 크기에 따라 가변된다. 일 예로 세라믹스 성형체의 두께가 상대적으로 얇은 경우에는 직경이 상대적으로 작은 롤러(300)를 사용하며, 세라믹스 성형체의 두께가 상대적으로 두꺼운 경우에는 직경이 상대적으로 큰 롤러(300)를 사용한다. 또한, 롤러(300)의 직경에 따라 지지부재(200) 상단에 고정 형성되는 롤러(300)의 개수가 달라진다. 즉, 롤러(300)의 직경의 상대적으로 큰 경우에는 롤러(300)의 개수가 감소하며, 롤러(300)의 직경이 상대적으로 작은 경우에는 롤러(300)의 개수가 증가한다.
도 3은 도 1과 달리 소결로 적재장치에 두 개의 지지부재(200)를 형성하는 것이 아니라 하나의 지지부재(200)만을 형성하며, 이로 인해 롤러(300) 역시 하나의 지지부재(200)에만 형성된다. 물론 지지부재(200)가 형성되지 않는 소결로의 타측에는 세라믹스 성형체가 이동하지 않도록 세라믹스 성형체를 고정하는 고정부재(700)가 형성된다.
간격 조절부재(500)는 고정부재(700)와 지지부재(200)의 간격을 조절한다. 즉, 소결하고자 하는 세라믹스 성형체의 길이에 따라 간격 조절부재(500)를 이용하여 지지부재(200) 또는 고정부재(700)를 좌우로 이동시킨다.
미립소재(400)는 세라믹스 성형체 하부에 위치한다. 미립소재(400)는 소결로 적재장치의 바닥과 세라믹스 성형체의 마찰력으로 인해 세라믹스 성형체에 균열이 발생하는 것을 방지하기 위해 직경이 작은 소재로 구성되며, 소결로 적재장치의 바닥에 적층된다. 이와 같이 함으로써 롤러(300)의 회전에 의한 하강작용으로 하중이 세라믹스 성형체의 중앙부위로 집중되면 소결과정 동안에 세라믹스 성형체는 미립소재(400)에 의해 큰 마찰없이 중앙부위로 수축이 이루어지게 된다. 즉, 미립소재(400)는 세라믹스 성형체가 자유롭게 이동할 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
200: 지지부재 300: 롤러
400: 미립소재 500: 간격 조절부재
700: 고정부재 100: 베이스 부재

Claims (2)

  1. 일정한 두께를 갖는 평판 형상의 베이스 부재;
    상기 베이스 부재의 상단에 형성되며, 서로 대향하는 면이 일정 각도로 경사진 두 개의 지지부재;
    상기 지지부재의 경사진 면의 상단면에 접촉된 상태에서 회전하는 적어도 두 개의 롤러; 및
    상기 베이스 부재의 상단 중 서로 대향하는 상기 지지부재 사이에 형성되는 직경을 갖는 입자 형태의 소재를 포함하며,
    상기 지지부재 상단의 경사각도가 하단의 경사각도보다 상대적으로 큼을 특징으로 하는 세라믹스 성형체를 소결하는 소결 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 바닥면을 기준으로 상기 지지부재의 경사진 일측면의 경사각도가 제1 각도이면 상기 롤러의 직경은 제1 길이이며, 상기 경사각도 상기 제1 각도보다 큰 제2 각도이면 상기 롤러의 직경은 상기 제1 길이보다 큰 제2 길이임을 특징으로 하는 세라믹스 성형체를 소결하는 소결 장치.
KR1020140005025A 2014-01-15 2014-01-15 세라믹스 성형체를 소결하는 소결 장치 KR101517810B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05296669A (ja) * 1992-04-20 1993-11-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd セラミック焼結用治具
JP2005144735A (ja) * 2003-11-12 2005-06-09 Ngk Insulators Ltd セラミック焼結体およびセラミック焼結体の製造方法

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