KR101600166B1

KR101600166B1 - 고경도 세라믹 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬의 제조방법

Info

Publication number: KR101600166B1
Application number: KR1020140016457A
Authority: KR
Inventors: 보 현 이
Original assignee: 보 현 이
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2016-03-14
Also published as: KR20150095305A

Abstract

본 발명은 알루미늄을 모재로 한 프라이팬 내면에 세라믹스를 주성분으로 하는 조성물인 80중량%의 닉켈과 20중량%의 알루미늄으로 이루어진 합금분말 10중량%, 알루미나 분말 30~40중량%, 산화티탄 분말 40~60중량%, 95~99중량의 산화질리코늄과 1~5중량%의 산화마그네슘으로 이루어진 용융체 분말 1~5중량%, 실리카분말 1~5중량%, 88중량%의 텅스텐 카바이드와 코발트로 이루어진 합금분말 0.5~1.5중량%로 조성된 하도층조성물로 초고속 및 고온의 프라즈마 용사로 하도층을 형성하고 그 위에 소량의 실리콘유 또는 실리콘 용액이 첨가된 불소수지액을 스프레이 코팅으로 코팅층을 형성시킨 후 온도 350~370℃ 범위에서 20~30분간 열처리하여 고화시킨 상도층을 형성시켜서 된 고경도 세라믹 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬의 제조방법에 관한 것이다.

Description

고경도 세라믹 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬의 제조방법{The method of preparing frypan of double coating layers using ceramics composition of high hardness}

본 발명은 알루미늄을 모재로 한 프라이팬 내면에 고경도의 입자로 브라스팅 처리 후 고경도 세라믹 조성물을 프라즈마 융사방법으로 하도층을 형성하고 중도 코팅없이 이형성의 불소수지로 상도층을 형성하는 고경도 세라믹 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬 제조방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게는 후라이팬 내면을 초음파 세척하고 에어링으로 수분 제거 후 고경도 입자로 부라스팅 처리한 다음 닉켈 알루미늄 합금, 알루미나, 산화티탄, 텅그스텐 카바이드와 코발트 합금, 산화질 리코늄과 산화 마그네슘 용융체 분쇄분말, 실리카로 조성된 고경도 세라믹 조성물로 프라즈마 융사 방법으로 코팅처리하고 중도층 없이 그 위에 직접 이형성 불소수지 코팅으로 마감하는 고경도 세라믹 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 특징으로는 하도층을 형성하는 세라믹 조성물 중에 프라이팬 내측 모재면과 강력하게 융착되는 비철 금속으로서 니켈과 알루미늄 합금이 포함되어 있고 종래 중도층으로 널리 사용되고 있는 실리카가 함유되어 있어 중도층의 기능을 동시에 수행하고 있으며 또한 종래 프라이팬의 중도층으로 널리 사용되고 있는 실리카나 프리트의 유리 질은 미끄러운 표면을 형성하게 되므로서 상도층인 불소 수지층과의 접착력이나 결착력이 부족한데다 프라이팬의 사용시 고온과 냉각이 되풀이 되는 과정에서 열팽창 계수의 차이로 중도층과 상도층 사이에 큰 전단력이 발생하여 중도층인 유리질과 상도층인 불소수지의 경계면에서 쉽게 박리되는 현상이 발생하게 되는데 본원 발명에서는 하도층의 세라믹 조성물에 다른 조성물보다 입도가 큰 텅그스텐 카바이드와 알루미나 분말을 포함시키므로서 하도층의 면상에 미세한 돌출부를 형성시키므로서 하도층과 불소수지 면사이에 강력한 결착효과로 갖게 하므로서 계면 사이에 발생하는 전단력을 완화시킴과 동시에 결착효과를 불소수지의 박리현상을 방지할 수 있게 하고 또한 초고속 및 고온의 프라즈마 융착방법을 사용하므로서 하도층의 조직을 치밀하게 하여 이물질의 침투 방지와 산화방지 효과를 갖게 할 수 있고 그 밖에도 종래 중도층으로 실리카, 프릿트, 법랑과 같은 유리질 층의 형성을 위한 반소 전소 공정을 필요로 하는 공정을 생략하므로서 프라즈마 융사와 함께 생산능력을 극대화할 수 있는 코팅방법이라 할 수 있다.

주방용기는 모재위에 하도, 중도, 상도 층으로 코팅처리로 마감하게 되고 상도층은 불소수지로 코팅하는 것이 통상적이라 할 수 있으며 좀더 구체적인 종래기술들을 알아보기로 한다. 종래 기술로 국내 등록특허공보(등록번호:684661)에는 "은분말이 코팅된 삼중 코팅 주방용기"에 관한 기술 내용이 소개되고 있으며 기술의 내용인 즉 주방용기의 표면에 프라이머 용제로 테프론(PTFE)으로 코팅된 제1코팅층과 상기 제1코팅층의 상부에 탑 용제와 은분말로 혼합된 혼합액으로 코팅된 제2코팅층과 상기 제2코팅층의 상부에 탑(TOP) 용제와 은분말로 혼합된 혼합액으로 코팅된 제2코팅층을 포함하는 삼중 코팅된 주방용기에 관한 것이라 할 수 있다.

이와 같은 주방용기는 은 고유의 기능으로 살균, 항균 효과를 갖을 수 있으나 하도층으로 테프론 코팅층을 직접 금속면과 맞닿게 하므로서 내열성에서 문제점을 발생시킬 수 있고 하도층을 테프론 코팅층, 중도층과 상도층을 은분말이 첨가된 테프론 층으로 코팅하므로서 층마다 테프론 코팅층을 경화시킴에 상당한 시간이 요하므로 생산성이 떨어지며 실제로 3중층의 테프론 코팅층이 일체화된 후육의 테프론 코팅층을 형성하게 되므로서 모재면과의 큰 전단력이 발생하므로서 박리현상이 일어날 수 있다.

다른 종래기술로서 국내등록특허공보(등록번호:10-0789694호)와 국내등록특허공보(10-0926516호)에는 식물의 수액인 옷으로 코팅한 주방용기들이 소개되고 있다. 전자는 금속재의 주방용기를 700~1000℃ 온도 범위에서 산화철의 피막을 형성하고 그 위에 100~300℃ 온도에서 용해시킨 옷액을 일정한 두께로 칠한 후 자연건조 시키고 그 위에 다시 100~300℃의 온도에서 용해시킨 옷액으로 재차 코팅한 다음 100℃의 끓는 물에 넣어 일정시간 옷독을 재거하는 열탕처리한 주방용기에 관한 것이고 후자는 주방용기의 조리면 표면에 옷 수액을 3~5회 반복코팅하여 270~330℃에서 5~10분 동안 건조시켜 1차 코팅층을 형성시키고 그 위에 다시 옷 수액을 이용하여 2차 코팅층을 형성시킨 후 미 건조상태에서 난스틱 코팅제를 이용하여 코팅한 다음 180~250℃에서 20-30분 동안 건조시켜 난스틱 코팅층을 형성시킨 옷 수액이 코팅된 주방용기의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 주방용기에 관한 것으로 이상과 같이 옷 수액을 형성시켜서 되는 주방용기는 피부염을 일으키기 쉽다.

옷의 성분은 우르시올, 고무질, 약간의 만니트로 구성되어 있고 옷의 우르시올 함량은 80%이고 히드로 우르시올은 약간 들어 있다.

그 밖에 종래 기술로서 공개특허공보(공개번호:10-2010-0066931) 나타낸 도 4의 용사층을 갖는 조리용기의 제조방법을 보면 아루미늄이나 철로 형성된 블라스팅 처리된 내면에 닉켈 알로이 본드와이어 용사층 위에 동, 황동, 청동 중의 어느 하나의 동계열 와이어 용사층을 형성하고 그 위에 투명세라믹, 실리콘, 불소수지 중에서 선택되는 부식방지층을 형성한 다음 가열하여 건조시켜서 되는 용사층을 갖는 조리 용기에 관한 것이라 할 수 있다.

이상의 조리 용기의 코팅방법에 있어 닉켈이나 동계열은 양쪽 공히 전연성이 우수하고 융점 차이도 크지 않아 합금성이 용이하고 그의 합금은 모재층과의 접착기능에 있어서도 닉켈 아로이에 떨어지지 않으며 경도가 향상되어 마모에 잘 견디며 내열이 향상되고 내식성 합금으로 기계적 화학적 성질이 향상됨에도 불구하고 굳이 하도와 중도로 코팅층을 용사하여 형성하므로서 공정이 추가될 뿐 아니라 층간에 박리현상의 요인이 될 수 있는 전단력을 발생시킬 수 있는 코팅방법이라 할 수 있다.

이상의 종래 기술의 문제점을 정리해보면 내마모성이 부족하여 내구성이 부족하거나 내열성이 미흡하고 인체에 유해성을 고려해야 할 필요성이 있으며 불필요한 공정으로 생산성을 저해할 수 있으며 그 밖에도 코팅층 간의 박리현상 방지와 조리면의 이형성 등 개선 보완할 여지가 있는 분야라 할 수 있는바 본 발명은 종래 기술의 상기와 같은 문제점을 고려하여 개선 보완하므로서 본 발명에 이른 것이라 할 수 있다.

하도층 조성물에 의하여 알루미늄 재질의 후라이팬 내면과 강력하게 열융착 접착력을 갖게 하고 하도층 상에 융기된 미세 돌출부를 형성시키므로서 하도층과 상도층인 보호층과의 결착효과를 향상시켜 반복되는 고온과 냉각에 따라 발생하는 층간의 전단응력을 완충시키므로서 층간 박리현상을 방지하며 금속산화물의 세라믹 조성물에 의한 원적외선 방사효과로 조리물의 균질한 열숙성 효과를 얻고 하도층의 보호층으로 이형성의 불소수지를 적용하므로서 조리물의 부착방지 기능을 향상시킴은 물론 초고온 고속의 프라즈마 용사방법으로 하도층의 조직을 치밀하게 하고 신속한 프라즈마 용사방법과 함께 공정의 단순화로 생산 능력을 향상시킬 수 있는 고경도 세라믹 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬 제조방법에 관한 것이다.

전연성과 융착 접착력이 우수한 80중량%의 닉켈과 20중량%의 알루미늄의 합금분말 10중량%, 원적외선 방사 효과로 조리물의 균일한 열숙성 효과와 과열에 의한 조리물의 탄화현상을 저감시키기 위하여 알루미나 30~40중량%, 산화티탄 40~57.5중량%, 95~99중량% 산화질리코늄과 1~5중량%의 산화마그네슘으로된 용융체 분쇄 분말 1~5중량%, 실리카 1~5중량%으로 조성된 고경도 조성물을 용사하여 형성된, 하도층 상에 융기된 미세 돌출부를 형성시키므로서 상도층인 보호층과의 결착 효과를 높혀 고온과 냉각에 따라 발생하는 층간의 전단응력을 완충시키므로서 박리현상을 방지하기 위하여 조성물들의 다른 입자보다 입자가 크고 융점이 높은 88중량% 초경성의 텅스텐 카바이드와 12중량%의 코발트로 이루어진 합금분말 0.5~1.5중량%로 조성된 고경도 세라믹조성물로 2.0 마하 이상의 고속과 중심온도 16,700℃의 프라즈마 흐름을 사용하여 초음파 세척으로 건조시켜 부라스팅 처리한 알루미늄 재질의 후라이팬 내면에 용사하여 하도층을 형성한 다음 이형성의 불소수지액을 코팅하여 상도층을 형성하고 온도 350~370℃ 범위에서 경화시켜서 되는 고경도 세라믹 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬의 제조방법을 제공하므로서 본 발명의 목적을 달성할 수 있었다.

후라이팬을 제조함에 있어 알루미늄 후라이팬 내면에 세라믹스를 주성분으로 하는 조성물의 하도층을 초고속 및 고온의 프라즈마 용사로 단시간에 형성하고 중도층 없이 하도층 위에 직접 불소수지층을 형성하므로서 생산성을 크게 향상시킬 수 있고 고경도 및 고융점의 텅스텐 카바이드와 코발트 합금 및 세라믹스를 사용하므로서 하도층 상면에 융기된 미세 돌출부와 거치른 표면을 형성시키므로서 접착성 및 점착성이 없는 상도층의 불소 수지층과의 결착효과를 높이므로서 하도층과 상도층의 결합력을 강화시켜 층간의 결합력을 강화함과 동시에 층간에 발생하는 전단응력을 완충 저감시키므로서 층간 박리현상과 균열을 방지할 수 있으며 비열이 큰 세라믹스를 주성분으로 한 하도층으로 과열에 의한 조리물이 눌어붙거나 타는 현상을 저감시킬 수 있으며 금속산화물인 세라믹스의 높은 원적외선 방사율에 의해 조리물의 열숙성을 균질하게 할 수 있는 후라이팬의 제조방법이라 할 수 있다.

본 발명은 종래 주방용기의 문제점을 개선 보완한 발명으로서 알루미늄 재질로 된 후라이팬 내면과 고경도 세라믹 조성물을 주성분으로 하는 하도층과의 열융착 접착력을 강화시키고 하도층에 융기된 미세 돌출부를 형성시키므로서 하도 보호층인 이형성의 불소수지층과의 결착력을 향상시켜 층간의 박리현상을 방지할 수 있고 상도층인 불소수지액에 실리콘유 또는 실리콘 용액을 첨가시킨 이형성의 불소수지용액은 얼룩방지, 기포 및 핀홀 생성방지 및 이형성을 향상시키며 초고속 및 고온의 프라즈마 용사법으로 하도층의 조직을 치밀하게 함과 동시에 모재 층에 하도층의 용사법으로 하도층의 조직을 치밀하게 함과 동시에 모재층에 하도층의 밀착성을 높이며 동시에 짧은시간(6~12초)에 용사처리를 마감하므로서 중도층의 생략과 함께 생산능력을 극대화한 고경도 세라믹 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬의 제조방법으로서 이를 보다 상세하게 설명하면 알루미늄 재질의 후라이팬 내면을 초음파 세척하여 고온공기로 에어링(Airing)하고 고경도 입자로 블라스팅 처리한 내면에 80중량%의 닉켈과 20중량%의 알루미늄 합금분말 10중량%, 알루미나 분말 30~40중량%, 산화티탄(TiO₂)분말 40~57.5중량%, 95~99중량%의 산화질리코늄(Zr₂O₃)과 1~5중량%의 산화마그네슘(MgO)을 용융시켜 얻은 용융체 분말 1~5중량%, 실리카(SiO₂)분말 1~5중량%, 88중량%의 텅스텐 카바이드와 12중량%의 코발트의 합금분말 0.5~1.5중량%로 조성된 고경도 세라믹 조성물로 2.0 마하 이상의 고속 및 중심온도 16,700℃의 프라즈마 흐름으로 용사하여 하도층을 형성시킨 다음 하도층 위에 0.5~1.5중량%의 실리콘유 또는 실리콘 용액 및 불소수지용액 98.5 ~ 99.5중량%로 조성된 이형성 불소수지액을 스프레이로 코팅하여 상도층을 형성시킨 다음 온도 350~370℃ 범위에서 20~30분간 열처리하여 고화시켜서 되는 고경도 세라믹 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬의 제조방법에 관한 것이다.

이상의 방법에서 알루미늄 재질의 후라이팬의 외면은 아노다이징 처리한 후라이팬이며 하도 조성물로서 닉켈과 알루미늄 합금은 알루미늄 재질의 모재와 열융착에 의한 접착강도를 높일 수 있으며 특히 후라이팬인 모재가 알루미늄이기 때문에 합금성분의 알루미늄과 쉽게 일체화되고 한편으로는 실리카와 함께 쉽게 용융되어 고융점을 갖는 세라믹 조성물과 초경성 합금분말을 모재에 고착시킨다.

본 발명에서 사용되는 알루미나는 α알루미나를 의미하는 것이고 Al₂O₃에 대해서는 Na와 같은 알카리 성분이 많은 경우에는 알카리와 반응하여 β알루미나(Na₂O·11Al₂O₃)가 되어 Na이온의 전도체가 되어 다른 응용면을 개척하게 된다. 일반적으로 α-알루미나 80% 이상을 함유하는 경우 알루미나 세라믹스라 하게 되며 이 세라믹스의 특성을 알아보면 표1과 같다.

알루미나 함유량에 따른 세라믹스의 성질

특성/알루미나함량	85%	92%	95%	99%	99%
겉보기 비중	3.60	3.65	3.75	3.94	3.93
굽힘강도(kg/mm2)	33	37	40	40	52
파괴인성(kg/mm³ ^/2)	17	19	21	-	26
충격강도(kg)	1.3	2.2	1.7	-	2.9
경도(로코월 15N)	94.6	95.5	95.7	96.1	96.9
내알칼리성(mg/cm2)	-	0.42	0.30	0.00	0.09
내산성(mg/cm2)	-	0.29	0.28	0.02	0.5
내마모성(cm3)	0.33	0.31	0.19	0.53	0.16

이상과 같이 α-알루미나 세라믹스는 경도를 보면 알 수 있듯이 금속산화물 중에서 가장 단단한 물질이며 내마모성 또한 탁월하다 할 수 있고 내약품성이 우수하다고 할 수 있다.

공업적으로 이용되는 알루미나 세라믹스는 산화알루미늄 이외의 부성분으로서 산화규소, 산화칼슘, 산화마그네슘 등이 첨가되는데 본 발명 하도층 프라즈마 융사 과정에서 알루미나는 용융되면 융착되어 재결정이 일어나는 과정에서 조성물로서 첨가된 산화규소 및 산화마그네슘이 부성분으로서 알루미나 입자의 간격부에 유리질의 매트릭스로 농축되어 하도층 조직을 단단하게 한다.

조성물로서 95~99중량%의 산화질리코늄과 1~5중량%의 산화마그네슘을 함께 용융해서 얻은 용융체 분말은 산화마그네슘의 소성반응에 의한 두 금속 산화물의 착화합물의 용융체 분말이라 할 수 있으며 이를 구성하는 산화질리코늄은 무정형 백색 분말로서 융점 2.677℃, 밀도 5.6g/cm3, 모스경도 7인 세라믹스이다.

대부분의 세라믹스가 그런 것처럼 산화질리코늄도 단독으로는 별로 사용하지 않는다. 그것은 순수한 산화질리코늄은 1.100부근의 온도에서 결정형이 변하고 이때 수퍼센트의 급격한 용적변화가 일어나 세라믹스에 균열이 생기며 자기파괴를 일으켜 치밀한 세라믹스를 얻을 수 없게 되기 때문이다. 이와 같은 용적 변화가 일어나지 않기 위해서 안정화제로서 수퍼센트에서 수십퍼센트의 산화마그네슘, 산화칼슘, Y2O3 등을 첨가하게 되는데 본 발명 조성물에 있어서는 산화질리코늄 95 ~ 99중량%에 산화마그네슘 1~5중량% 첨가하여 용융체로한 착화합물을 분쇄한 분말이 첨가되고 있다. 이렇게 하면 실온에서의 결정형이 입방정이 되고 고온까지 결정형의 변화가 없을 뿐만 아니라 거의 직선적인 열팽창을 하게 된다. 이것을 안정화시킨 지르코니아라고 할 수 있으며 이것은 산화질리코늄과 산화마그네슘의 용융체 분말이기도 하다. 이는 매우 강인한 고강도의 세라믹스가 되며 현재 세라믹 중에서는 실온에서의 기계적 강도가 가장 큰 세라믹스라 할 수 있다. 기계적 특성은 92-95%의 α-알루미나에 비해서 실온에서의 굽힘강도, 파괴인성 모두가 2배이거나 2배 이상이 된다. 그 밖에도 안정화시킨 질리코니아는 외부 전단응력이 작용했을 때 정방형에서 단사정으로 상전이가 일어나고 이 때문에 파괴에너지가 흡수되고 크랙 발생을 억제할 수 있어 크랙 방지나 전단응력에 의한 박리현상을 방지할 수 있다.

이와 같은 안정화된 산화지르코니아의 특성은 모재와 하도층과 보호층 사이에 열팽창 계수의 차이로 발생하는 강력한 전단응력으로 발생하는 크랙과 박리현상을 방지함에 적합한 중요한 특성이라 하겠다.

또한 산화티탄은 차폐력이 백색 안료 중 최고로서 아연화의 8배에 해당하며 모스경도 6.7이고 비중(아나타제형 3.9, 루틸현 4.2), 융점 1,840℃이며 독성이 전혀 없고 광산, 알카리, 유화수소, 아황산 가스 등에 침식이 되지 않으며 과잉의 농황산에는 고온에서 침식된다. 법랑 도자기의 유약으로 이용되며 가스의 흡착 기능이 있다.

그리고 실리카는 실리카의 원료에 따라 용융점이 차이가 있으나 용융점이 1500℃이하 이여서 용융이 낮은 닉켈과 알루미늄 합금과 함께 프라즈마 용사로 용융되어 조성물 중의 용융점이 높은 세라믹스 입자들을 결착시켜 고정시키면서 하도층을 형성시킨다. 실리카는 무색 백색으로 비중 2.2~2.6으로 불산을 제외한 산에는 침식되지 않으며 하도층의 표면 평활제 역할을 하며 조성물인 세라믹스와 함께 단열성이 있어 보호층인 불소수지의 부족한 내열성을 보상하게 된다.

그 밖에 88중량%의 텅그스텐 카바이드와 12중량%의 코발트 합금분말을 구성하는 텅그스텐은 비중 19.3, 융점 3410℃로서 금속 중에서 비중이 가장 크고 융점도 가장 높다. 또한 텅스텐 카바이드는 비중 15.6, 융점 2780℃로서 가장 강한 금속이다. 텅스텐 카바이드와 코발트 합금은 강력한 내마모성을 갖는 텅스텐 카바이드 공구용으로 사용된다. 특히 텅스텐 카바이드와 코발트 합금의 입자는 다른 조성물의 금속이나 세라믹스 분말에 비해 입자가 크다. 다른 금속이나 세라믹스 분말에 비해 입자가 크다. 다른 금속이나 세라믹스 분말은 350메쉬의 입자를 사용하나 텅스텐 카바이드와 코발트 합금분말은 150~200메쉬의 입도를 사용한다. 이는 고융점의 초경성 합금분말이 프라즈마 융사시 용융되지 않는 점을 이용 하도층 표면에 융기성의 미세 돌출부를 형성하므로서 하도 보호층인 상도층의 불소 수지층과의 결착 고정효과를 높이므로서 반복적으로 가해지는 열과 냉각상태가 되풀이 되므로서 발생하는 층간의 전단응력을 완화시키므로서 층간에 발생하는 박리현상을 방지할 수 있다.

또한 프라즈마 용사는 2.0마하 이상의 초고속 및 고온으로 용융하는 층 조성물을 분사하므로서 용융물의 밀착효과가 크므로서 하도층의 조직이 소부 또는 소성융착에 비해 아주 치밀하므로서 강도 향상은 물론 이물질이나 산소의 침투를 저감시키므로서 내구성을 기대할 수 있으며 하도층의 후도에 따라 차이는 있지만 외경 25cm의 후라이팬 내면을 30~100마이크론 두께로 코팅하는데 5~12초간 소요되므로 다른 어떤 방법보다도 코팅 시간을 단축시킬 수 있다.

또 다른 특징으로는 극히 짧은 시간에 용사 융착되므로서 주방용기의 소부, 소성 융착 방법에 비해 모재에 열변형이 없는 방법이라 할 수 있고, 코팅 두께 조절이 용이하며 초고속으로 융사시키므로서 기공이 적고 높은 밀착력을 가지며 순간적으로 이루어지므로 코팅 조성물의 산화현상을 저감시킬 수 있는 잇점이 있고 이로 인한 효과로서 내마모성, 내부식성을 증대시킬 수 있고 마찰계수를 저하시킬 수 있으며 밀도를 높이므로서 굽힘강도, 파괴인성, 충격강도의 물성을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 알루미늄 후라이팬 내면에 하도층이 형성되고 그 위에 불소수지액에 0.5~2중량%의 실리콘유 또는 용액을 첨가한 불소수지액을 스프레이 분사로 상도층을 형성시킨 다음 350~370℃ 범위로 20~30분간 열처리하여 상도층을 고화 형성시키므로서 본 발명에 의한 2중 코팅 후라이팬을 얻을 수 있다.

상기 불소계 수지는 폴리 사불화 에틸렌, 폴리 불화에틸렌 푸로피렌, 폴리삼불화염화에틸렌, 불화비니리덴 등의 불소수지 들이 있으나 이들 중에서 후라이팬의 마무리 층인 상도용으로 가장 적합한 물성을 가진 것이 폴리사불화에티렌이라 할 수 있다. 이는 전기절연성이 극히 우수하며 내열성, 내한성이 우수하고 마찰 계수가 극히 낮으며 타물질과 접착되기 어렵고 화학적으로 극히 안전한 수지로 알려져 있다. 또한 현재 실용화되고 있는 수지 중 가장 높은 비중(2.1~2.3)을 가지고 있으며 그 밖에도 푸라스틱 중에서 마찰 계수가 가장 적으며 내열성은 약 370℃까지 견딜 수 있는 높은 값을 가지며 내한성 또한 -100℃까지 연질도를 유지할 수 있으며 용융 알카리 이외에는 침식되지 않아 내약품, 내식성이 강하고 흡수율 또한 전혀 없다.

상기와 같은 폴리 4불화 에티렌의 물성은 가열용 주방용기의 내면 상도층 코팅제로 아주 적합한 물성들이며 또한 오래전이나 현재에도 가장 널리 사용하고 있는 수지라 할 수 있다. 또한 폴리사불화에티렌에 소량의 실리콘유 또는 실리콘 용액을 첨가하면 상도층 형성시에 기포 또는 핀홀을 방지할 수 있고 얼룩 생성을 방지하므로서 균일한 색상을 부여할 수 있으며 이형성의 향상을 기대할 수 있다.

이상의 방법으로 제조된 후라이팬의 특징은 하도층 조성물로서 알루미나, 산화티탄, 산화질리코늄과 사화마그네슘의 착화합물, 실리카 등 세라믹스 성분이 하도 조성물의 대부분을 차지하므로서 알루미늄, 스테인레스, 철재 등의 단일 금속이나 합금 금속으로 구성된 후라이팬에 비해 열전도성은 낮고 비열이 크기 때문에 조리시 예열 단계나 순간적인 과열로 조리물이 쉽게 타는 현상이 발생하지 않으며 조리물이 쉽게 식지 않는 장점이 있다. 또한 본 발명에서 하도층 조성물로서 금속산화물인 세라믹스는 일반적으로 방사율이 높은 물질이며 더욱이 원적외선 방사율이 높은 제품으로 알려진 코디라이트(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂) 또는 티탄산알루미늄(Al₂O₃·TiO₃)과 같은 금속산화물의 착화합물이 고열의 프라즈마 용사과정에서 하도층 조성물인 알루미나, 티타니아, 마그네시아에 의해 부분적으로 생성되므로서 열조리시 조리물을 균일하게 익게 할 수 있는 것 또한 장점 중 하나라 할 수 있다.

또한 하도 조성물 중 닉켈과 알루미늄 합금이나 실리카 등은 1500℃ 이하의 저융점을 갖이므로서 프라즈마 용사에 의해 완전 용융되어 모재와의 융착 접착과 표면층만 부분적으로 용융된 텅스텐 카바이드 합금을 비롯한 세라믹스 분말을 융착 접착으로 결착시켜 모재층에 고정시켜 하도층을 형성시키므로서 텅스텐 카바이드 합금분말의 융기돌출부와 함께 거치른 하도 표면층을 형성시키므로서 비접착성과 비점착성을 가지는 불소수지층과 물리적으로 강력하게 결착시킬 수 있다.

또한 알루미늄 모재위에 코팅되는 하도층의 상태는 중심온도 16,700℃의 프라즈마 용사에 의해 융점이 낮은 닉켈 및 알루미늄 합금과 실리카는 완전히 용융되어 분산되므로서 표면층만 일부 용해된 텅스텐 카바이드 합금 및 세라믹스 분말과 융착되어 모재면에 융착 고정시킨다. 세라믹 분말 중에서도 융점이 낮은 산화티탄 및 알루미나는 표면층으로부터 대부분이 용유되고 텅스텐 카바이드 및 코발트 합금이나 질리코니아와 마그네시아 분말과 같이 2700~2800℃ 범위의 고융점 분말은 표면층만 약간 용유되고 내부는 거의 용융되지 않은 상태이어서 주로 이들에 의해 하도층의 표면에 융기된 미세돌출부와 거치른 표면층을 형성하게 되어 불소수지층과의 결착효과를 높여 주므로서 상도 수지층인 불소수지층과 하도층의 결합을 강력하게 하고 있다.

이상의 방법으로 제조된 후라이팬 하도층의 두께는 30~100㎛범위이고 불소수지층의 두께는 0.1~0.3mm 범위로 코팅하는 것이 층간 전단응력 발생 저감차원이나 소요재질의 효율성 측면에서 적합한 후도라 할 수 있다.

그 밖에도 하도층 조성물 중에서 텅스텐 카바이드와 코발트 합금분말 대신에 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 보론 카바이드의 고경도 초경합금 재질의 드릴, 빗드의 절삭공구 폐기물의 분쇄분말을 사용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이상에서 텅스텐 카바이드는 비중 15.6의 초경성 금속합금이고 용융점 2780℃로 아주 높고 타타늄 카바이드는 비중 4.93으로 가벼운 초경합금으로서 용융점 3140±90℃로 용융점이 높고 모스경도 9에 가까우며 보론카바이드는 비중 2.6, 용융점 2350℃, 모스경도 9.3의 금속합금이다.

이와 같은 카바이드 금속화합물은 모스경도 9 전후의 초경성이고 고융점이어서 수명이 다한 초경성 공구들의 폐기물을 텅스텐 카바이드 회전함마와 텅스텐 카바이드 맞물림 로울러로 180메쉬까지 분쇄할 수 있다. 이와 같은 분말은 예리한 모서리와 돌출부가 형성되어 있어 불소수지층과 좋은 결착효과를 가질 수 있으므로 상기와 같은 폐초경합금 분말은 양측간에 강력하게 결합하는 효과를 가진다.

이상의 방법으로 제조된 후라이팬 하도층의 두께는 30~100㎛ 범위이고 불소수지의 두께는 0.1mm~0.3mm 범위가 층간 전단응력 발생 저감차원이나 소요재료의 효율성 측면에서 유리한 범위의 후도라 할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 내용을 명확하게 함과 동시에 그 효과를 알아보기 위해 실시예를 들기로 한다.

실시예(1)

외면 아노다이징 처리한 외경 30cm의 알루미늄 재질의 후라이팬 내면을 초음파 세척을 한 다음 에어링으로 건조시킨 다음 50메쉬의 알루미나 입자로 브라스팅 처리한 면에 80중량%의 닉켈과 20중량%의 알루미늄의 합금 분말 10중량%, 알루미나 분말 35중량%, 산화티탄 46중량%, 97중량% 산화질리코늄과 3중량%의 산화마그네슘으로 이루어진 용융체 분말 4중량%, 실리카 3.5중량%, 88중량%의 텅그스텐 카바이와 12중량%의 코발트 합금분말 1.5중량%로 조성된 고경도세라믹 조성물로 분사속도 2마하, 내부온도 16700℃로 조절한 프라즈마 용사로 10초간 코팅하여 두께 0.1mm의 하도층을 형성시킨 다음 하도층 위에 1.5중량%의 실리콘유를 폴리테트라 프로오루용액 98.5중량%에 첨가한 이형성 폴리테트라 플루오르에티렌 용액을 스프레이로 코팅층을 형성시킨 다음 온도 350~370℃ 범위에서 30분간 열처리하여 0.2mm의 상도층을 형성시켜 후라이팬을 제조하였다.

상기 실시예(1)에서 제작한 후라이팬의 하도층의 경도, 내마모도 모재(알미늄)와 하도층의 접착강도, 상도층과 하도층의 접착강도를 측정하여 표(2)와 같은 시험결과를 얻었다.

본 발명 후라이팬의 물성표

물성구분	실험결과
하도층의 경도(Hmv)	987
하도층의 내마모성(cm3)	0.03
모재와 하도의 접착강도(kg/mm²)	8.3
상도층과 하도층의 접착강도(kg/mm²)	4306
하도층 굽힘강도(kg/mm²)	72
하도층 파괴인성(kg/mm³ ^/2)	31

Claims

외면이 아노다이징 처리가 되어 있고 내면이 부라스팅 처리를 한 알루미늄 재질의 후라이팬 내면에 80중량%의 닉켈과 20중량%의 알루미늄으로 이루어진 합금분말 10중량%, 알루미나 분말 30~40중량%, 산화티탄 40~57.5중량%, 95~99중량%의 산화질리코늄과 1~5중량%의 산화마그네슘을 용융시켜서된 용융체 분말 1~5중량%, 실리카분말 1~5중량%, 88중량%의 텅스텐 카바이드와 12중량%의 코발트로 이루어진 합금분말 0.5~1.5중량%로 조성된 고경도세라믹 조성물로 분사속도 2.0 마하 이상의 고속, 중심온도 16,700℃로 조절한 프라즈마 용사로 6~12초간 분사하여 하도층을 형성하고 하도층 위에 0.5~1.5중량%의 실리콘유 또는 실리콘 용액을 98.5 ~ 99.5중량%의 불소수지용액에 첨가해서된 이형성 불소수지 용액을 스프레이로 코팅하여 상도층을 형성한 후 350~370℃ 온도로 20~30분간 열처리하여 고화시켜서 된 고경도 세라믹스 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬의 제조방법
청구항 제1항에 있어서 하도층 조성물은 88중량%의 텅그스텐 카바이드와 12중량%의 코발트로 이루어진 합금분말의 입도는 150~200메쉬이고 나머지 구성물질들의 입도가 350메쉬인 하도조성물임을 특징으로 하는 고경도 세라믹스 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬의 제조방법
청구항 제1항에 있어서 불소수지는 폴리테트라 플루오루에틸렌임을 특징으로 하는 고경도 세라믹 조성물을 이용한 2중 코팅 후라이팬의 제조방법