KR101525356B1 - 한탄강변 현무암이 포함된 이중 층 구조의 자기 제조방법 및 이 방법으로 제조된 자기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현무암 슬러지를 현무암의 입도가 일정 수치 범위가 되도록 분쇄한 후 점토와 현무암의 배합비율을 특정한 배합재료로 성형한 후 일정 온도 내에서 소성함으로써, 폐자재로 버려지는 현무암 슬러지를 자기 재료로 재활용하여 효과적으로 처리할 수 있으며, 유약을 사용하지 않고도 자기 소지(ceramic body)의 강도를 일정 수준으로 유지할 수 있어 유약이 갖는 유해성을 차단할 수 있으며, 소성을 한 번만 하되 소성온도를 낮춤으로써 연료비용을 절감할 수 있는 한탄강변 현무암이 포함된 이중 층 구조의 자기 제조방법 및 이 방법으로 제조된 자기를 제공한다.

Description

한탄강변 현무암이 포함된 이중 층 구조의 자기 제조방법 및 이 방법으로 제조된 자기{MANUFACTURING METHOD OF THE DOUBLE LAYERED PORCELAIN HAVING BASALT IN HANTAN RIVER AND THE PORCELAIN USING THE SAME}

본 발명은 한탄강변 현무암이 포함된 이중 층 구조의 자기 제조방법 및 이 방법으로 제조된 자기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 현무암 슬러지를 현무암의 평균 입도가 일정 수치 범위가 되도록 분쇄한 후 점토와 현무암의 배합비율을 특정한 배합재료를 이용하여 제품 형상으로 성형한 후 일정 온도 내에서 소성함으로써, 폐자재로 버려지는 현무암 슬러지를 자기 재료로 재활용하여 효과적으로 처리할 수 있으며, 유약을 사용하지 않고도 자기 소지(ceramic body)의 강도를 일정 수준으로 유지할 수 있어 유약이 갖는 유해성을 차단할 수 있으며, 소성을 한 번만 하되 소성온도를 낮춤으로써 연료비용을 절감할 수 있는 자기 제조방법 및 이 방법으로 제조된 자기에 관한 것이다.

일반적으로 음식을 담아 먹는 도기그릇은 점토나 세라믹과 같은 성분의 모재를 혼합하고 도자기 형상으로 성형한 후 초벌구이하고 그 표면에 유약을 도포한 다음 재벌구이하여 제조한다.

상기 유약은 유리(glass)상을 형성하는 원료, 유리입자들, 미세하게 분쇄된 결정질 착색제와 가공 첨가제를 함유하며, 상기 유약 도포에 의해 도자기의 표면에 광택, 색감, 유리질의 막으로 인한 비흡수성 및 일정 수준의 강도를 제공한다.

또한, 이러한 유약에는 광택을 나게 하는 역할을 하기 위한 납과, 도자기의 색상을 내기 위해 사용되는 카드뮴 등의 중금속이 포함된다. 상기 납과 카드뮴은 인체에 유해한 성분이다. 특히, 상기 납은 산성에서 용출되기 쉬운 특성이 있어서, 도자기를 음식을 담아 먹는 그릇으로 사용하는 경우, 김치와 같은 발효식품을 많이 섭취하는 식문화를 가진 우리나라에서는 매우 취약한 성분이라 할 수 있다.

또한, 종래의 유약을 사용하는 도자기 제조방법의 경우, 도자기 형상으로 성형된 성형체를 초벌구이 하지 않고 건조만 된 상태에서 유약을 도포하게 되면 주성분이 흙인 성형체가 액상인 유약에 젖으면서 성형된 형상이 깨지게 되므로, 초벌구이 과정이 반드시 필요하다. 따라서, 유약을 도포하는 시유 과정을 사이에 두고 그 전후로 초벌과 재벌 두 번의 소성 공정이 반드시 필요하므로, 이에 따라 인건비와 연료비가 가중되는 문제점이 있었다.

한편, 실리카, 산화알루미늄, 산화제2철, 산화칼슘, 산화칼륨, 산화나트륨 및 산화마그네슘 등으로 이루어진 현무암이 있다. 상기 현무암은 강도가 우수하여 석재 자체를 가공하여 건축자재나 장식물 등으로 널리 사용되고 있으나, 최근 들어 폐기물로 버려지는 현무암 슬러지의 양이 증대되고 있으며, 이는 환경파괴의 원인이 되므로, 상기 현무암 슬러지에 대한 효과적인 처리방법이 요구되고 있다.

국내특허등록공보 제10-0882773호

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 폐자재로 버려지는 현무암 슬러지를 자기 재료로 활용할 수 있도록 함과 동시에, 유약을 사용하지 않으면서, 저온에서 소성을 한번만 하여 제품을 완성할 수 있도록 한 현무암이 포함된 이중 층 구조의 자기 제조방법 및 이 방법으로 제조된 자기를 제공하는데 주된 목적이 있다.

본 발명에 의한 현무암이 포함된 이중 층 구조의 자기 제조방법은, 입도가 150 내지 250 메쉬(mesh)로 분쇄된 현무암 5 내지 70 중량%를 포함하는 배합재료로 성형된 가공체를 1,150 내지 1,280 ℃에서 소성하여 자기로 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 현무암 슬러지를 건조한 후 현무암의 입도가 150 내지 250 메쉬(mesh)가 되도록 분쇄하는 단계; 점토 30 내지 95 중량%와 상기 분쇄된 현무암 5 내지 70 중량%를 물과 배합한 후 상온에서 1 내지 10일간 숙성시키는 단계; 상기 숙성된 배합재료를 자기 형상의 가공체로 성형하는 단계; 상기 가공체를 건조한 후 1,150 내지 1,280 ℃에서 12 내지 14 시간 소성하는 단계; 및 상기 소성된 가공체를 13 내지 15 시간 냉각하는 단계; 를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 성형된 가공체의 표면에 분쇄된 현무암을 도포한 후 소성이 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 가공체의 표면에 도포되는 현무암은 물과 혼합된 상태로 도포된다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 현무암은 현무암 가공과정에서 발생한 현무암 슬러지에서 얻는다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 폐자재로 버려지는 현무암 슬러지의 처리방법으로서 상기 현무암 슬러지를 자기 재료로 재활용하므로 자원의 낭비 및 환경파괴를 막을 수 있는 효과가 있다.

또한, 자기를 제조할 때, 유약을 사용하지 않고도 가공체의 광택 및 강도를 일정 수준으로 유지시킬 수 있어 유약이 갖는 유해성을 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 저온에서 소성을 한 번만 하여 제품을 완성할 수 있으므로 소성공정에 필요한 인건비와 연료비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기 제조방법을 순서대로 나타낸 플로우차트(Flow chart)이다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 비교 예 1, 실시 예 및 비교 예 2의 표면 사진이다.
도 3a 는 내지 도 3c는 각각 비교 예 1, 실시 예 및 비교 예 2의 단면을 영상 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 4a 는 내지 도 4c는 각각 비교 예 1, 실시 예 및 비교 예 2의 단면을 전자 현미경으로 확대하여 관찰한 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다.

덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기 제조방법을 순서대로 나타낸 플로우차트이다.

도 1을 참조하면, 본 실시 예의 자기 제조방법은, 점토/현무암 슬러지 건조 단계(S1); 점토/현무암 분쇄 단계(S2); 점토/현무암 배합 단계(S3); 배합재료 숙성 단계(S4); 가공체 성형 단계(S5); 가공체 건조 단계(S6); 및 소성 단계(S7)를 포함한다. 또한, 소성 단계(S7) 후 가공체를 냉각하는 단계가 실시된다.

이하, 상기 자기 제조방법을 각 공정별로 나누어 상세히 설명하기로 한다.

본 실시 예의 자기 제조방법은, 먼저 모재인 점토와 현무암 슬러지를 각각 건조시킨다(S1). 이때, 상기 현무암 슬러지는 현무암의 가공과정에서 발생하는 슬러지를 이용한 것으로서, 이는 건조기 등을 이용하여 건조시킬 수 있으며, 필요시 하소(calcinations) 과정을 더 진행할 수 있다..

상기 점토는 지름이 0.002 mm 이하인 미세한 자연 상태의 흙 입자를 말한다. 또한, 상기 점토는 함수 산화철과 무수 산화철을 함유한 규토를 포함할 수 있고, 붉거나 또는 누런 빛깔을 띨 수 있으며, 항곰팡이 효과, 탈취 효과 및 방열 효능 등이 우수한 특성을 가진다.

상기 현무암은 우리나라에 고르게 분포하고 있는데, 특히 한탄강변에서 채취된 현무암은 그 재질 및 특성이 우수해서 본 발명에 의한 자기 제조에 아주 적합하다.

현재의 한탄강은 27 만 년 전 강원도 평강군 오리산에서 분출한 현무암 용암이 구 한탄강 유로를 따라 철원군, 포천시, 연천군, 파주시까지 유출, 형성된 평원이 침식되어 재탄생한 강으로 북한구간이 55km, 남한 구간이 86km이다

현무암이 유출된 길이는 99km, 두께는 40m 이르며 한탄강 현무암은 무게를 기준으로 해서 약 50%의 이산화규소(SiO2), 약 4%의 알칼리 산화물, 약 0.8%의 티타늄 산화물(TiO2), 약 10%의 철 산화물(FeO)과 23.2% 이상의 알루미늄 산화물(Al2O3), 칼슘 산화물(CaO)은 약 10%, 마그네슘 산화물(MgO)은 약 2%를 차지한다

한탄강은 그 거쳐온 시간이 말해주듯이 여기서 채취된 현무암은 다른 지역에 현무암에 비하여 우수한 성질을 가지고 있어서, 본 발명에 의한 자기 생산에 매우 적합하다.

즉, 한탄강에서 채취된 현무암은 원적외선 방사 작용 및 체내의 중금속을 흡착, 분해하는 작용이 있어서 모세혈관을 확장하고 신진대사를 촉진시켜 피로회복, 피부질환 예방 효과 및 각종 성인병을 예방하는 효과를 제공하며, 음이온을 방출시켜 머리가 상쾌해지는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 상기 한탄강에서 채취된 현무암은 강력한 항균성을 가지므로 아토피의 원인이 되는 진드기나 곰팡이의 번식을 억제하고, 강력한 흡착 및 탈취성을 가지므로 각종 불쾌한 냄새와 포름알데히드를 저감시키는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 상기 한탄강에서 채취된 현무암은 방사능물질인 우라늄의 함량이 약 0.88 ppm으로서, 염기성화성암, 화강암, 사암, 석회암, 안산암 및 셰일 등에 비해 현저히 적은 특성을 가진다.

이러한 현무암은 주성분으로서 이산화규소(SiO₂)를 50 % 정도 함유한다. 상기 이산화규소는 점성을 약하게 하고 유동성은 강하게 하는 특성이 있어서, 소성 후 자기의 강도를 높이고 균열이 생기는 것을 방지할 수 있다.

특히 한탄강에서 채취된 현무암은, 다른 지역의 현무암과 비교할 때, 비중이 2.87이며, 보온성이 강하고, 공기의 흡수 및 배출이 잘 이루어질 뿐만 아니라 수분 흡수가 잘 되지 않아 자기 표면에 바르는 경우 유약의 역할을 할 수 있다. 이때, 상기 이산화규소가 갖는 고유동성에 의해 자기 표면이 고르고 매끄럽게 되어 보다 미려한 형상을 가질 수 있다.

본 발명에서의 한탄강에서 채취된 현무암은 한탄강변에서 채취된 현무암을 의미한다. 특히 한탄강은 현무암의 주산지로서 인근은 석재가공공장이 다수 위치하여 양질의 현무암 슬러지를 얻기가 용이한 지역이다.

이때, 상기 현무암 슬러지의 건조 전에 필요시 침전단계를 수행할 수 있다. 상기 침전단계는 현무암 슬러지를 물과 혼합하여 분산액을 만든 후 정치시켜 현무암 입자를 침전시킨 후 물 위에 뜬 이물질을 제거한다. 현무암 슬러지는 주로 석재가공과정에서 생성되므로 절단가공 중에 미량의 광유가 유입될 수 있으며, 유입된 광유는 상기 침전단계에서 이물질로 제거된다.

또한, 상기 침전단계 후 거름단계를 수행할 수 있다. 상기 거름단계에서는 현무암 분산액을 체로 걸러 크기가 큰 현무암 입자를 제거한다. 이때, 체의 간격이 너무 넓으면 큰 현무암 입자로 인하여 모재와 배합시 이물감이 생길 수 있으며, 체의 간격이 너무 좁으면 슬러지로 부터의 수득량이 떨어질 수 있다.

또한, 상기 현무암 슬러지 건조 후 필요시 탈철단계를 수행할 수 있다. 상기 탈철단계는 탈철기에 건조된 현무암 입자를 통과시킴으로써 석재가공과정에서 유입될 수 있는 철분을 제거한다.

또한, 상기 탈철단계를 거친 후, 필요시 가열단계를 수행할 수 있다. 상기 가열단계는 탈철을 마친 현무암 입자를 고온으로 가열함으로써 현무암에 포함되어 있는 미생물을 연소시켜 제거한다. 이때, 상기 가열 온도 및 시간은 특별한 제약은 없으나, 미생물이 제거될 수 있도록 충분한 가열이 필요하다.

다음으로, 상기 건조된 점토와 현무암 슬러지를 각각 잘게 분쇄한다(S2).

본 실시 예에서, 소결은 상기 가공체의 표면에서 먼저 이루어지므로, 상기 가공체의 표면적이 클수록, 즉 상기 가공체를 이루는 입자가 미세할수록 소성과정이 개선될 수 있다. 본 실시 예에 따르면 입자를 미분쇄하여 소결온도를 낮춤으로써 연료비를 더 줄일 수 있다.

이때, 상기 건조된 현무암 슬러지는 분쇄된 현무암의 입도가 150 내지 250 메쉬(mesh)가 되도록 분쇄된다. 상기 분쇄된 현무암의 입도가 150 메쉬 미만이면 상기 점토와의 혼합이 잘 이루어지지 않으며, 배합 후 이물감이 생기는 문제점이 발생할 수 있다. 그리고, 상기 분쇄된 현무암의 입도가 150 메쉬 미만이면, 소성시 유리화가 이루어질 때 가공체의 표면에 커다란 기포가 생기면서 부풀어 오르는 제품 불량이 발생할 수 있다. 또한, 상기 분쇄된 현무암의 입도가 150 메쉬 미만이면, 후술하는 현무암을 성형된 가공체의 표면에 바르는 공정시, 소성 후 현무암의 유리질 두께가 고르지 않아 광택 및 강도에 문제가 생길 수 있어서 유약의 역할을 제대로 수행할 수 없다.

그리고, 상기 분쇄된 현무암의 평균 입도가 250 메쉬를 초과하는 경우 조립(粗粒)자와 미립자 간의 분리 현상이 발생되어 소성시 가공체의 강도가 약화되는 문제점이 발생할 수 있다.

이렇게 분쇄된 현무암은 인체에 필요한 무기질인 마그네슘이 풍부한 물질로서, 자기 재료로 앞서 설명한 효과 이외에 스트레스 해소 및 숙면 등의 효과도 기대할 수 있다. 또한, 현무암은 철의 함량이 높아 자기 재료로 사용시 소성 후 미려한 발색이 이루어질 수 있으며, 표면에 다수의 공극이 형성된 자연스럽고 중후한 심미감을 나타낼 수 있다.

다음으로, 상기 분쇄된 점토 30 내지 95 중량%와 상기 분쇄된 현무암 5 내지 70 중량%를 물과 배합하여 배합재료를 제작한다(S3).

본 실시 예에서는 앞서 분쇄 공정에서 점토와 현무암이 분쇄되어 그 입자의 크기가 고르게 되므로, 상기 배합재료에서 현무암이 한쪽으로 쏠리지 않고 차곡차곡 쌓여가면서 전체적으로 고르게 분포되고, 따라서 소성 후 자기의 강도는 더욱 향상될 수 있다.

이때, 상기 점토의 함량이 95 중량%를 초과하게 되면 상대적으로 현무암의 함량이 적어서 현무암이 제공하는 유동성이 작아지므로 가소성이 적어지고 소성 후 자기에 균열이 생기는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 점토의 함량이 30 중량% 미만인 경우 유동성이 너무 커지고 점성은 너무 낮아져서 소성 중에 성형체의 형태가 변형되는 문제점이 발생할 수 있다.

그리고, 상기 현무암의 함량이 70 중량%를 초과하게 되면 상기 현무암은 고유동성 및 저점성을 가지며 용융점이 다른 광물에 비해 낮으므로 이와 같이 현무암의 함량이 너무 많은 경우 소성 중에 가공체의 형상이 변형되거나, 가공체의 표면에 커다란 기포가 생기면서 부풀어 오르는 제품 불량이 발생할 수 있다.

또한, 상기 배합재료에 포함되어 있는 현무암은 후술하는 가공체 성형시 가공체의 표면으로 노출되어 광택이나 가공체의 색감을 표현하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 현무암은 가공체에서 점토 내에 함유된 상태로 존재하므로, 상기 현무암의 함량이 5 중량% 미만인 경우 가공체의 표면으로 노출되는 현무암의 양이 미비하여 유동성이 부족하게 되므로 상기 가공체의 광택이나 색감을 표현하는 역할을 수행하기 곤란한 문제점이 발생할 수 있다.

이에, 상기 성형된 가공체의 표면에 분쇄된 현무암을 도포하여 코팅층을 형성하는 공정을 더 진행할 수 있다. 상기 현무암을 물과 혼합하여 흙물의 상태로 만들어서 성형된 가공체의 표면에 도포한다. 현무암만을 가공체의 표면에 바르면 잘 부착이 안 되므로 물과 혼합하여 도포하되, 물이 너무 적으면 가공체의 표면에 부착이 안되고, 물이 너무 많으면 가공체가 물에 의해 파괴될 수도 있으므로, 현무암 50-80중량%와 물 50-20중량%를 혼합하여 사용한다.

또한 현무암만 도포하면 도포과정에서 현무암이 빠르게 용융되어 흘러 내릴 수 있으므로 현무암에 점토, 규석, 알루미나, 카오린, 와목 등을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 경우에 현무암 100중량부에 대하여 나머지 성분들을 150-400중량부의 비율로 혼합하여 유약 형태로 만든 것을 사용할 수 있다. 상기 성형된 가공체의 표면에 도포되는 현무암은 소성시 용융되어 유리질화되면서 종래의 유약이 자기 소지의 표면에서 하는 광택 및 강도 향상 효과 등을 더 부여하게 된다.

또한, 일반적으로 자기에 사용되는 석분의 경우 대체로 흰색이나 분홍색을 사용하게 되는데, 상기 현무암 중 검정색을 가지고 있는 것을 배합재료로 첨가하게 되면, 그 첨가량에 따라 완성되는 자기의 색상이 노랑, 회색, 검정, 녹색 등으로 안료를 사용한 색감으로는 표현하기 어려운 다양한 색상이 발현될 수 있다. 이러한 색상 발현효과는 현무암을 가공체 표면에 도포하는 경우 더 큰 효과를 나타낼 수 있다.

이후, 상기 배합재료는 상온에서 약 1-3 주간 숙성시킨다(S4). 이때, 상기 숙성 기간은 마른 상태의 분쇄한 배합재료에 적당한 물로 혼합한 점토가 골고루 젖어 가소성을 갖는데 필요한 시간이며, 상기 숙성 기간이 이 보다 짧은 경우 가소성이 저하되어 소성이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 발생할 수 있다.

다음으로, 상기 숙성된 배합재료를 반죽하여 사용자가 원하는 다양한 자기 형상, 예컨대 상자나 항아리, 그릇, 등의 가공체로 성형한다(S5).

이때, 상기 배합재료에는 필요시 부재료로서, 카오린(Kaolin), 규석(Silica stone), 알루미나, 장석 및 도석(pottery stone) 중 어느 하나 또는 이중 둘 이상의 혼합물을 조합하여 더 사용할 수 있다. 다만, 본 발명의 부재료는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 부재료는 최종 제품의 강도, 색상 및 질감 등에 따라 보다 다양한 재료가 사용될 수 있다. 또한, 상기 부재료는 소성시 고온에서 현무암 성분에 의해 유동성이 너무 커져서 성형체가 변형되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.

여기서, 상기 카오린은 카오리나이트를 주성분으로 하는 암석 또는 점토를 말하며, 점력 및 색도가 좋고 가격이 저렴하며 내화도가 높은 특성을 가진다.

또한, 상기 규석은 주로 석영으로 이루어진 광물로서, 성분에 따라 흰색 또는 적색 등을 띨 수 있다.

또한, 상기 알루미나는 세라믹스의 재료이며, 절연체로서 우수한 내열성, 내약품성 및 강도를 가지는 물질로서 모재로 사용시 자기의 경량화 및 내부식성 향상을 기대할 수 있다.

또한, 상기 장석은 이산화규소가 주성분으로, 칼륨, 나트륨, 칼슘 및 바륨 등을 함유한 알루미늄 규산염광물이다. 이러한 알루미나 또는 장석은 그 함량이 전체 배합재료 100중량%에 대하여 90중량%를 초과하게 되면 가공체 성형시 가소성이 심각하게 감소되어 물건의 형태로 만드는 작업성을 현저히 저하시키게 되며, 소성시 단단하고 조밀한 형태로 만들기가 어렵게 된다. 또한, 상기 알루미나 또는 장석은 그 함량이 전체 배합재료 100중량%에 대하여 10중량% 미만인 경우 점토를 세워 놓기 위한 뼈대 또는 구조가 유지되지 못하므로 성형체의 크기가 커지는 경우 제작이 어려워지고 소성 과정에서 성형체의 변형이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 소성 온도의 범위가 너무 좁아져 소성 작업이 실질적으로 어려워지는 문제점이 발생할 수 있다.

또한, 상기 도석은 견운모, 규석, 단백석 등을 포함하는 암석이다.

다음으로, 상기 성형된 가공체를 자연 건조시킨 후(S6), 후술하는 자기, 토기 등을 굽는 가마와 같은 내열통에서 1,150 내지 1,280℃에서 12 내지 14 시간, 바람직하게는 약 13시간 정도 소성한다(S7).

이때, 가공체 중에 포함되어 있는 현무암은 용융점이 낮아서 소성 중에 먼저 액상으로 되어 있다가 냉각되면서 글라스(glass)와 같은 형태로 변형되는데, 이때 상기 유리질화가 크게 이루어지며 가공체 내의 점토 입자와 결합되어 가공체에 상당 수준의 강도를 부여하며 소결이 이루어지게 된다. 본 실시 예의 경우, 종래의 시유 공정이 필요하지 않을 뿐만 아니라, 소성을 한 번만 하더라도 상기 현무암의 유리질화에 의해 자기 소지의 결합력 및 강도가 일정 수준으로 유지되므로, 소성에 필요한 인건비와 연료비 등의 비용을 줄일 수 있다.

이때, 상기 소성온도를 1,280℃ 이하로 하는 것은 수분흡수율을 증가시켜 가공체의 수분을 최대한 제거하되, 소성 후 상기 가공체에 균열 및 변형으로 인한 문제가 발생하지 않게 하기 위한 것이다. 또한, 소성온도는 최대한 낮추어 에너지 사용량을 줄이는 것이 바람직하다.

종래의 유약을 사용하는 자기 제조공정에서는 용융점이 높은 납과 카드뮴을 제거하기 위해 용융점을 1,300 ℃ 이상으로 높여야 한다. 그러나, 본 실시 예는 유약을 사용하지 않으므로 이러한 납과 카드뮴의 제거가 불필요하여, 소성온도는 위와 같이 1,280℃ 이하면 충분하다.

한편, 소결이란 제품 내에서 입자들이 강도를 가진 응결체로 결합하고 수축 및 치밀화가 일어나는 것을 말하며, 이러한 소결을 완성시키기 위해서는 원료의 융점의 적어도 0.8배 이상의 온도에서 소성할 필요가 있다. 본 실시 예에서, 상기 소성온도를 1,150℃ 이상으로 하는 것은 현무암의 유리질화가 이루어지는 용융온도가 약 1,100℃로서, 가열온도가 이보다 낮으면 현무암의 용융 및 유리질화가 제대로 이루어지지 않아 제품 불량이 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 자기를 소결할 때는 1,000 내지 1,100 ℃ 사이에서 탄소를 태우게(산화소성) 되므로, 상기 소성온도는 오차를 고려한 이러한 사항도 반영되어 있다고 볼 수 있다. 다음으로, 상기 소성된 가공체를 13 내지 15 시간, 바람직하게는 약 14 시간 동안 실온 상태에서 자연 냉각(annealing)한다.

종래의 자기 제조방법은, 자기 형상으로 성형된 가공체를 1차로 초벌구이하고 그 표면에 유약 등을 도포하는 시유 과정을 거친 다음 2차로 재벌구이하여 자기를 완성한다.

이때, 상기 유약과 같은 표면처리제는 상기 가공체의 표면을 피복하여 광택을 줌으로써 제품을 아름답게 할 뿐만 아니라, 상기 가공체에 강도를 더하고 그 표면을 반질반질하게 하여 더러움이 타는 것을 방지하는 역할을 하며, 상기 가공체의 흡수성을 없애 최종 제품의 물이나 화학약품에 대한 저항성을 증가시키는 역할을 한다.

그런데, 종래의 자기 제조방법은, 초벌 구이 하지 않고 건조만 된 상태에서 가공체의 표면에 유약을 바르는 경우 가공체의 주성분인 흙이 유약에 젖으면서 성형된 형상이 깨지게 되므로 초벌구이 과정이 반드시 필요하다.

그러나, 본 실시 예의 경우, 분쇄된 현무암을 성형된 가공체의 표면에 도포하여 상기 유약의 기능을 할 수 있다. 즉, 상기 성형된 가공체의 표면에 도포된 현무암은 용제(flux)로 작용하여 가공체의 표면에 광택을 부여하여 제품을 아름답게 할 뿐만 아니라 더러움이 타는 것을 방지하며, 소성 중에 먼저 액상으로 되어 있다가 냉각되면서 유리(glass)질화가 이루어져 가공체에 일정한 강도를 더 부여하게 된다. 또한, 가공체의 표면에 도포된 현무암은 종래의 유약과 같이 가공체의 흡수성을 없애 제품의 물이나 화학약품에 대한 저항성을 증가시키는 역할을 하게 된다.

한편, 종래의 유약에는 납이나 카드뮴과 같이 인체에 유해한 성분이 포함된다. 그러나, 본 실시 예는, 별도의 시유 공정이 필요하지 않아 상기 유약에 포함되어 있는 납이나 카드뮴과 같은 유해 성분이 완성된 자기에 포함되지 않아, 종래의 유약이 도포된 자기에서 유약이 갖는 유해성을 차단할 수 있다.

<시험 예>

이하, 비교 예 및 실시 예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 이는 발명의 구체적인 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2a 내지 도 2c는 각각 비교 예 1, 실시 예 및 비교 예 2의 표면 사진이고, 도 3a 는 내지 도 3c는 각각 비교 예 1, 실시 예 및 비교 예 2의 단면을 영상 현미경으로 관찰한 사진이고, 도 4a 는 내지 도 4c는 각각 비교 예 1, 실시 예 및 비교 예 2의 단면을 전자 현미경으로 확대하여 관찰한 사진이다.

본 시편 시험은 점토 70 중량%와 현무암 30 중량%의 성형 재료로 7×5×1(㎝)인 가공체를 성형하고 아래의 방법에 따라 각각 처리한 후 상기 가공체의 표면 및 단면의 상태를 확인한 것이다.

상기 비교 예 1은 종래의 제조방법에 따라 표면에 유약을 도포한 것으로서, 상기 가공체는 약 950 ℃에서 약 8 시간 초벌구이 한 후, 표면에 장석 성분의 유약을 도포한 다음, 약 1,250 ℃까지 단계적으로 승온 시키면서 약 13시간 재벌구이한 것이다.

상기 비교 예 2 및 실시 예는 본 발명의 제조방법에 따라 유약 없이 가공체를 성형하고 약 1,250 ℃에서 약 13 시간 동안 소성한 것이다. 이때, 상기 비교 예 2b는 현무암의 입도가 70 메쉬인 것이고, 상기 실시 예는 현무암의 입도가 약 200 메쉬인 것이다.

도 2a은 비교 예 1로서, 유약 일반 자기의 표면을 광학영상 100배로 확대한 것이며, 표면에 중금속이 노출되어 표면이 미려하지만, 공기 흡수 배출이 안되는 것을 알 수 있다. 다만, 투수성은 확인되지 않는다. 도 2b는 실시 예로서, 본 발명에 따라 200 메쉬의 평균 입도를 갖는 현무암 자기의 표면을 광학영상 100배로 확대한 것이며, 표면에 현무암이 갖는 고유의 특성이 나타나 친환경적이면서 공기 흡수 방출이 가능한 조직임을 알 수 있다. 도 2c는 비교 예 2로서, 70 메쉬의 평균 입도를 갖는 현무암 자기의 표면을 광학영상 100배로 확대한 것이며, 표면에 현무암이 갖는 고유의 특성이 나타나는 것을 알 수 있다.

도 3a는 비교 예 1의 측면을 광학영상 100배로 확대한 것이며, 측면의 조직밀도가 치밀하고, 중금속이 침투되어 조직도 미려하나, 공기 흡수 배출이 안되고 투수성은 없음을 알 수 있다. 반면에, 도3b 및 3c를 보면, 자기 측면에 현무암의 특성이 나타나 친환경적이면서 공기 흡수 방출이 가능한 조직임을 알 수 있다.

도4a는 비교 예 1의 측면을 전자현미경 500배로 확대한 것이며, 측면의 조직밀도가 치밀하고, 중금속이 침투되어 조직도 미려하나, 공기 흡수 배출이 안되고 투수성은 없음을 알 수 있다. 반면에, 도4b 및 4c를 보면, 자기 측면에 현무암의 특성이 잘 나타나 친환경적이면서, 공기 흡수 방출이 가능한 조직임을 알 수 있다.

다만, 실시 예와 비교 예 2의 표면 사진을 참조하면, 실시 예는 현무암이 상대적으로 더 미세하게 분쇄되어서 분쇄된 현무암과 점토를 혼합할 때 배합이 더 잘 이루어지고, 이에 가공체의 표면에서 현무암이 용융되어 유리질화가 이루어질 때 유리질이 고르게 형성될 뿐만 아니라 충분한 두께를 확보하게 되어 유약을 바른 비교 예 1과 같이 가공체가 일정 수준의 강도를 가지며, 표면이 매끄럽게 된다고 보여지는데 대해서, 비교 예 2의 경우 현무암이 용융되어 유리질화는 되었으나 유리질의 두께가 충분하지 않아 가공체의 강도 향상이 미비하고 유리질이 상대적으로 불규칙하게 이루어져 표면이 덜 매끄럽고 광택 효과 또한 저하될 수 있음을 알 수 있다.

또한, 실시 예와 비교 예 2의 단면 사진을 참조하면, 실시 예는 소성된 가공체의 단면에 부풀어 오른 형상이나 기공이 적어 소성된 가공체의 강도 및 제품의 입자 분포, 즉 고른 정도가 일정 수준 이상인 것으로 보여지는데 대해서, 비교 예 2의 경우 가공체의 단면에 상대적으로 커다란 기포가 생기면서 부풀어 오른 형상이나 기공이 많이 발견되는 것으로 보아 가공체의 단면이 거칠고 강도도 실시 예에 비해 낮은 상태임을 알 수 있다.

본 실시 예에 따르면, 인체에 유익한 특성을 갖는 현무암을 자기의 재료로 활용함으로써 인체에 유익한 효과를 제공하는 자기를 제공할 수 있다. 또한, 본 실시 예의 자기는 바람직하게 음식 섭취시 사용되는 식기로 활용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 자기는 이에 한정되는 것은 아니며, 필요시 도자기피리(오카리나) 또는 맛사지에 활용되는 괄사도구 등의 재료로 활용될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

S1 ; 점토/현무암 슬러지 건조 단계
S2 ; 점토/현무암 분쇄 단계
S3 ; 점토/현무암 배합 단계
S4 ; 배합재료 숙성 단계
S5 ; 가공체 성형 단계
S6 ; 가공체 건조 단계
S7 ; 소성 단계

Claims (6)

1. 입도가 150 내지 250 메쉬(mesh)로 분쇄된 한탄강에서 채취된 현무암 5 내지 70 중량%를 포함하는 배합재료로 가공체를 성형하고, 상기 분쇄된 현무암 50 내지 80중량%와 물 20 내지 50중량%를 혼합한 후 상기 가공체의 표면에 도포하여 코팅층을 형성하며, 1,150 내지 1,280 ℃에서 소성하여 자기로 제조하는 한탄강변 현무암이 포함된 이중 층 구조의 자기 제조방법.
2. 한탄강에 채취한 현무암 슬러지를 건조한 후 현무암의 입도가 150 내지 250 메쉬(mesh) 가 되도록 분쇄하는 단계;
   점토 30 내지 95 중량%와 상기 분쇄된 현무암 5 내지 70 중량%를 물과 배합한 후 상온에서 1 내지 10일간 숙성시키는 단계;
   상기 숙성된 배합재료를 자기 형상의 가공체로 성형하는 단계;
   상기 분쇄된 현무암 50 내지 80중량%를 물 20 내지 50중량%와 혼합한 후 상기 가공체의 표면에 도포하여 코팅층을 형성하는 단계;
   상기 코팅층이 형성된 가공체를 건조한 후 1,150 내지 1,280 ℃에서 12 내지 14 시간 소성하는 단계; 및
   상기 소성된 가공체를 13 내지 15 시간 냉각하는 단계; 를 포함하는 한탄강변 현무암이 포함된 이중 층 구조의 자기 제조방법.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 배합재료는 카오린, 규석, 알루미나, 장석 및 도석 중 어느 하나 또는 이 중 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 한탄강변 현무암이 포함된 이중 층 구조의 자기 제조방법.
5. 삭제
6. 삭제

Images