KR101778939B1

KR101778939B1 - 경량 도기질 타일의 제조방법

Info

Publication number: KR101778939B1
Application number: KR1020150065126A
Authority: KR
Inventors: 이용욱; 연승모; 황광택; 김진호; 이원준
Original assignee: 태영세라믹주식회사; 한국세라믹기술원
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2017-09-15
Also published as: KR20160132522A

Abstract

본 발명은, 점토 15∼30중량%, 고령토 10∼20중량%, 장석 20∼40중량%, 규석 10∼40중량%, 석회석 5∼15중량% 및 실리콘카바이드-카본 복합체를 포함하며, 상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 상기 점토, 고령토, 장석, 규석 및 석회석의 전체 함량 100중량부에 대하여 0.01∼3중량부 함유되어 있고, 상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 카본이 실리콘카바이드를 둘러싸는 입자 형태의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 경량 도기질 타일용 소지 조성물 및 이를 이용한 경량 도기질 타일의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 기공이 고르게 분포되어 있고, 기공의 크기도 균일하며, 전체 기공 중에서 열린 기공(open pore)이 차지하는 비율이 작고 폐기공(closed pore)이 차지하는 비율이 높은 경량 도기질 타일을 제조할 수 있다.

Description

경량 도기질 타일의 제조방법{Manufacturing method of the lightweight earthenware tile}

본 발명은 경량 도기질 타일용 소지 조성물 및 이를 이용한 경량 도기질 타일의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기공이 고르게 분포되어 있고, 기공의 크기도 균일하며, 전체 기공 중에서 열린 기공(open pore)이 차지하는 비율이 작고 폐기공(closed pore)이 차지하는 비율이 높은 경량 도기질 타일을 제조할 수 있는 경량 도기질 타일용 소지 조성물 및 이를 이용한 경량 도기질 타일의 제조방법에 관한 것이다.

타일은 의식주 생활에서 많이 사용되는 제품이다.

타일은 용도에 따라 내장 타일, 외장 타일, 바닥 타일 및 모자이크 타일로 구분될 수 있다. 일반적으로 내장 타일은 자기질, 석기질 또는 도기질 소지를 이용하여 제조되고, 외장 타일은 자기질 또는 석기질 소지를 이용하여 제조되며, 바닥 타일은 자기질 또는 석기질 소지를 이용하여 제조되고, 모자이크 타일은 자기질 소지를 이용하여 제조될 수 있다.

타일은 소지 및 특성에 따라 자기질 타일, 석기질 타일 및 도기질 타일로 구분될 수 있다. 일반적으로 자기질 타일은 투명성이 있으며, 단단하고 치밀하여 두드리면 금속성의 맑은 소리를 내는 특징이 있고, 석기질 타일은 자기와 같은 투명성은 없으나, 소결되어 흡수성은 적다는 특징이 있으며, 도기질 타일은 다공질로서 흡수성이 많고, 두드리면 탁음을 내는 특징이 있다.

최근에는 타일 수요의 확산을 위해 가벼운 제품의 개발이 요구되고 있다. 이러한 경량타일 제품은 고층건물의 건축용 타일제품 점유율을 향상시킬 것으로 기대된다.

대한민국 등록특허공보 제10-0336871호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기공이 고르게 분포되어 있고, 기공의 크기도 균일하며, 전체 기공 중에서 열린 기공(open pore)이 차지하는 비율이 작고 폐기공(closed pore)이 차지하는 비율이 높은 경량 도기질 타일을 제조할 수 있는 경량 도기질 타일용 소지 조성물 및 이를 이용한 경량 도기질 타일의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은, 점토 15∼30중량%, 고령토 10∼20중량%, 장석 20∼40중량%, 규석 10∼40중량%, 석회석 5∼15중량% 및 실리콘카바이드-카본 복합체를 포함하며, 상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 상기 점토, 고령토, 장석, 규석 및 석회석의 전체 함량 100중량부에 대하여 0.01∼3중량부 함유되어 있고, 상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 카본이 실리콘카바이드를 둘러싸는 입자 형태의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 경량 도기질 타일용 소지 조성물을 제공한다.

상기 실리콘카바이드를 둘러싸는 상기 카본이 상기 실리콘카바이드-카본 복합체에 0.1∼20중량% 함유되어 있는 것이 바람직하다.

상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 0.5∼25㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 카본이 실리콘카바이드를 둘러싸는 입자 형태의 구조를 갖는 실리콘카바이드-카본 복합체를 형성하는 단계와, 점토 15∼30중량%, 고령토 10∼20중량%, 장석 20∼40중량%, 규석 10∼40중량%, 석회석 5∼15중량% 및 상기 점토, 고령토, 장석, 규석 및 석회석의 전체 함량 100중량부에 대하여 상기 실리콘카바이드-카본 복합체 0.01∼3중량부를 준비하고 혼합하여 경량 도기질 타일용 소지 조성물을 형성하는 단계와, 상기 경량 도기질 타일용 소지 조성물을 타일 형태로 성형하는 단계 및 성형된 결과물을 1000∼1250℃ 범위의 온도에서 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량 도기질 타일의 제조방법을 제공한다.

상기 실리콘카바이드를 둘러싸는 상기 카본이 상기 실리콘카바이드-카본 복합체에 0.1∼20중량% 함유되게 하는 것이 바람직하다.

상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 0.5∼25㎛의 평균 입경을 갖게 하는 것이 바람직하다.

상기 실리콘카바이드-카본 복합체를 형성하는 단계는, 실리콘카바이드 분말을 분쇄하는 단계 및 분쇄된 실리콘카바이드 분말과 카본(carbon)을 고에너지 믹서(planetary mixer)로 혼합하여 실리콘카바이드-카본 복합체를 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 카본은 분쇄된 상기 실리콘카바이드 분말보다는 작은 50∼800nm의 평균 입경을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 기공이 고르게 분포되어 있고, 기공의 크기도 균일하며, 전체 기공 중에서 열린 기공(open pore)이 차지하는 비율이 작고 폐기공(closed pore)이 차지하는 비율이 높은 경량 도기질 타일을 제조할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 경량 도기질 타일은 강도에 있어서 KSL의 타일 기준을 만족하고, 전체 기공 중에서 폐기공(closed pore)이 차지하는 비율이 높아 흡수율이 낮다. 전체 기공 중에서 폐기공의 비율이 높아 경량 도기질 타일의 표면이 깨끗한 장점이 있다.

도 1은 소성온도에 따른 기공의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 실험예 7에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM)과 광학현미경 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 실험예 1에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 경량 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 실험예 2에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 경량 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경 사진이다.
도 5a 및 도 2b는 실험예 3에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 경량 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경 사진이다.
도 6a 및 도 6b는 실험예 4에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 경량 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경 사진이다.
도 7a 및 도 7b는 실험예 6에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경 사진이다.
도 8a 및 도 8b는 실험예 5에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경 사진이다.
도 9는 소성 온도에 따른 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.

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.

타일은 소지 및 특성에 따라 자기질 타일, 석기질 타일 및 도기질 타일로 구분될 수 있다. 일반적으로 자기질 타일은 투명성이 있으며, 단단하고 치밀하여 두드리면 금속성의 맑은 소리를 내는 특징이 있고, 석기질 타일은 자기와 같은 투명성은 없으나, 소결되어 흡수성은 적다는 특징이 있으며, 도기질 타일은 다공질로서 흡수성이 많고, 두드리면 탁음을 내는 특징이 있다. 일반적으로 자기질 타일은 1250℃ 이상의 온도에서 소성되고, 3% 이하의 흡수율을 나타낸다. 석기질 타일은 1200℃ 전후의 온도에서 소성되고, 5% 이하의 흡수율을 나타낸다. 도기질 타일은 1000℃ 이상의 온도에서 소성되고, 18% 이하의 흡수율을 나타낸다.

본 발명은 이러한 타일 중에서 경량 도기질 타일용 소지 조성물 및 이를 이용한 경량 도기질 타일의 제조방법을 제시한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경량 도기질 타일용 소지 조성물은, 점토 15∼30중량%, 고령토 10∼20중량%, 장석 20∼40중량%, 규석 10∼40중량%, 석회석 5∼15중량% 및 실리콘카바이드-카본 복합체를 포함하며, 상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 상기 점토, 고령토, 장석, 규석 및 석회석의 전체 함량 100중량부에 대하여 0.01∼3중량부 함유되어 있고, 상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 카본이 실리콘카바이드를 둘러싸는 입자 형태의 구조를 갖는다.

상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 0.3∼30㎛, 바람직하게는 0.5∼25㎛, 더욱 바람직하게는 1∼15㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경량 도기질 타일의 제조방법은, 카본이 실리콘카바이드를 둘러싸는 입자 형태의 구조를 갖는 실리콘카바이드-카본 복합체를 형성하는 단계와, 점토 15∼30중량%, 고령토 10∼20중량%, 장석 20∼40중량%, 규석 10∼40중량%, 석회석 5∼15중량% 및 상기 점토, 고령토, 장석, 규석 및 석회석의 전체 함량 100중량부에 대하여 상기 실리콘카바이드-카본 복합체 0.01∼3중량부를 준비하고 혼합하여 경량 도기질 타일용 소지 조성물을 형성하는 단계와, 상기 경량 도기질 타일용 소지 조성물을 타일 형태로 성형하는 단계 및 성형된 결과물을 1000∼1250℃ 범위의 온도에서 소성하는 단계를 포함한다.

상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 0.3∼30㎛, 바람직하게는 0.5∼25㎛, 더욱 바람직하게는 1∼15㎛의 평균 입경을 갖게 하는 것이 바람직하다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경량 도기질 타일용 소지 조성물을 이용한 경량 도기질 타일의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.

출발원료로 점토 15∼30중량%, 고령토 10∼20중량%, 장석 20∼40중량%, 규석 10∼40중량% 및 석회석 5∼15중량%와, 상기 점토, 고령토, 장석, 규석 및 석회석의 전체 함량 100중량부에 대하여 실리콘카바이드-카본 복합체 0.01∼3중량부를 준비하고 혼합하여 경량 도기질 타일용 소지 조성물을 형성한다.

상기 실리콘카바이드-카본 복합체(SiC-C composite)는 소성 공정 중에 가스를 방출하여 기공을 형성하는 역할을 함으로써 경량 도기질 타일을 제조하는데 기여할 수 있다. 상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 카본이 실리콘카바이드를 둘러싸는 입자 형태를 이루는 복합체로서, 실리콘카바이드를 둘러싸는 카본이 상기 실리콘카바이드-카본 복합체에 0.1∼20중량% 함유되게 하는 것이 바람직하다. 상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 0.3∼30㎛, 바람직하게는 0.5∼25㎛, 더욱 바람직하게는 1∼15㎛의 평균 입경을 갖게 하는 것이 바람직하다.

상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 다음과 같은 공정을 통해 제조할 수 있다.

실리콘카바이드(SiC) 분말을 분쇄하여 입도를 제어한다. 상기 분쇄는 어트리션밀(attrition mill) 등을 이용할 수 있다. 어트리션밀을 이용한 분쇄 공정을 구체적으로 설명하면, SiC 분말을 어트리션밀에 장입하여 물, 알코올과 같은 용매와 함께 혼합하고, 어트리션밀을 이용하여 일정 속도로 회전시켜 SiC 분말을 균일하게 분쇄한다. 어트리션밀에 사용되는 볼은 SiC 재질의 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. SiC 재질의 볼을 사용함으로써 다른 재질의 볼을 사용하는 경우에 비하여 불순물의 유입을 억제할 수 있는 장점이 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 임펠러의 분당 회전속도 등을 조절하는데, 예를 들면, 볼의 크기는 1㎜∼30㎜ 정도의 범위로 설정하고, 임펠러 회전수는 50∼1000rpm 정도의 범위로 설정하며, 밀링은 1분∼48 시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 어트리션밀에 의한 밀링에 의해 SiC 분말은 균일하고 미세한 입경을 갖도록 분쇄가 이루어지게 된다. 상기와 같은 SiC 분말의 분쇄 공정에 의해 SiC 분말이 균일한 입도를 갖도록 제어할 수 있고, 이에 따라 합성된 SiC-C 복합체가 균일한 입도를 갖게 형성할 수가 있다. 상기 분쇄 공정에 의해 SiC 분말의 평균 입경이 30㎛ 이하, 바람직하게는 0.3∼20㎛, 더욱 바람직하게는 1∼15㎛ 정도를 가지게 하는 것이 좋다. 분쇄가 이루어진 SiC 분말을 건조한다. 상기 건조는 60∼120℃의 온도에서 10분∼48시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.

SiC 분말과 카본(carbon)을 고에너지 믹서(planetary mixer)를 이용하여 혼합한다. 상기 카본은 SiC 분말보다는 작은 입경을 가지는 것이 바람직하며, 예컨대 50∼800nm, 더욱 바람직하게는 200∼500nm 정도의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다. SiC 분말과 카본에 대하여 고에너지 밀링을 이용하여 혼합과정을 수행함으로써 실리콘카바이드-카본 복합체를 얻을 수가 있다. 실리콘카바이드-카본 복합체는 카본이 실리콘카바이드를 둘러싼 형태를 이룬다. 실리콘카바이드를 둘러싸는 카본이 상기 실리콘카바이드-카본 복합체에 0.1∼20중량% 함유되게 하는 것이 바람직하다.

상기 출발원료의 혼합은 볼 밀링 공정 등을 이용할 수 있다.

상기 볼 밀링 공정에 대하여 설명하면, 출발원료를 물, 알코올 등의 용매와 함께 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입한다. 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 상기 출발원료를 기계적으로 혼합한다. 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 조절한다. 예를 들면, 볼의 크기는 1㎜∼50㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50∼500rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀링은 균일한 혼합 등을 위해 10분∼48시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 볼 밀링에 의해 출발원료는 미세한 크기의 입자로 혼합되면서 분쇄되고, 균일한 입자 크기 분포를 갖게 된다. 상기와 같이 습식 혼합 공정을 거친 출발원료는 미분화되어 슬러리(slurry) 상태를 이루고 있다. 슬러리 상태의 경량 도기질 타일용 소지 조성물을 스프레이 건조(spray drying)와 같은 방법으로 건조한다.

경량 도기질 타일용 소지 조성물을 목표하는 타일 형태로 성형한다. 상기 성형은 일반적으로 알려져 있는 가압 성형 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다.

성형된 결과물을 1000∼1250℃에서 소성한다.

이하에서, 소성 공정에 대하여 구체적으로 설명한다.

성형된 결과물을 전기로와 같은 퍼니스(furnace)에 장입하고 소성 공정을 수행한다. 상기 소성 공정은 1000∼1250℃ 정도의 온도에서 1∼48시간 정도 수행하는 것이 바람직하다. 소성하는 동안에 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.

상기 소성은 1000∼1250℃ 범위의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 소성온도가 1000℃ 미만인 경우에는 불완전한 소성으로 인해 경량 도기질 타일의 열적 또는 기계적 특성이 좋지 않을 수 있고, 1250℃를 초과하는 경우에는 에너지의 소모가 많아 비경제적일 뿐만 아니라 과도한 입자성장을 가져와 경량 도기질 타일의 물성을 저하시키게 된다.

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.

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 경량 도기질 타일의 물성이 좋지 않을 수 있다.

또한, 상기 소성은 산화 분위기(예컨대, 산소(O₂) 또는 공기(air) 분위기)에서 실시하는 것이 바람직하다.

소성 공정을 수행한 후, 퍼니스 온도를 하강시켜 경량 도기질 타일을 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.

이하에서, 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실험예 1>

출발원료로 점토 20중량%, 고령토 20중량%, 소다장석 20중량%, 규석 30중량% 및 석회석 10중량%와, 상기 점토, 고령토, 소다장석, 규석 및 석회석의 전체 함량 100중량부에 대하여 실리콘카바이드-카본 복합체 0.3중량부를 준비하고 혼합하였다.

상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 카본이 실리콘카바이드를 둘러싸는 입자 형태를 이루는 복합체로서, 실리콘카바이드를 둘러싸는 카본이 상기 실리콘카바이드-카본 복합체에 10중량% 함유되게 하였다.

상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 다음과 같은 공정을 통해 제조하였다.

평균 입경이 45㎛인 실리콘카바이드(SiC) 분말을 분쇄하여 입도를 제어하였다. 상기 분쇄는 어트리션밀(attrition mill)을 이용하였다. SiC 분말을 알코올과 함께 어트리션밀에 장입하고, 어트리션밀을 이용하여 SiC 분말을 균일하게 분쇄하였다. 어트리션밀에 사용되는 볼은 SiC 재질의 볼을 사용하였으며, 3mm 크기의 볼과 5mm 크기의 볼을 1:1의 비율로 혼합하여 사용하였으며, 임펠러 회전수는 500rpm 정도로 설정하였으며, 밀링은 1시간 동안 실시하였다. 상기 분쇄 공정에 의해 SiC 분말의 평균 입경은 1㎛ 정도 였다. 분쇄가 이루어진 SiC 분말을 건조하였다. 상기 건조는 80℃의 온도에서 2시간 동안 수행하였다. 분쇄된 SiC 분말 90중량%와 카본(carbon) 10중량%를 고에너지믹서(planetary mixer)로 30분 동안 혼합하여 SiC-C 복합체를 얻었다. 상기 카본은 SiC 분말보다는 작은 입경을 갖는 것으로 300∼400nm의 평균 입경을 갖는 것을 사용하였다. 실리콘카바이드-카본 복합체는 카본이 실리콘카바이드를 둘러싼 형태를 이루었다.

상기 출발원료의 혼합은 볼 밀링 공정을 이용하였다. 출발원료를 물과 함께 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입하고, 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 상기 출발원료를 기계적으로 혼합하였다. 상기 볼 밀링에 사용되는 볼은 지르코니아 재질의 볼을 사용하였으며, 볼의 크기는 3㎜ 정도 였고, 볼 밀링기의 회전속도는 100rpm 정도로 설정하였으며, 볼 밀링은 균일한 혼합 등을 위해 24시간 동안 실시하였다. 상기와 같이 습식 혼합 공정을 거친 출발원료는 함수율이 40%인 슬러리(slurry) 상태를 이루었다.

슬러리 상태의 경량 도기질용 소지 조성물을 스프레이 건조(spray drying)하였다. 상기 스프레이 건조는 2.5mm 크기의 노즐을 사용하였으며, 유입구의 온도(Inlet temperature)는 160℃ 였다.

건조된 경량 도기질 타일용 소지 조성물을 성형하였다. 상기 성형은 30mm의 원형 금속몰드에 경량 도기질 타일용 소지 조성물을 장입하고, 250kg/㎠ 정도의 압력으로 일축가압하여 수행하였다.

성형된 결과물을 전기로에 장입하고, 10℃/min의 승온속도로 소성온도까지 상승시키고, 2시간 동안 1050, 1100, 1150, 1200℃에서 각각 소성하였다. 상기 소성은 공기(air) 분위기에서 실시하였다. 소성 공정을 수행한 후, 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각하여 경량 도기질 타일을 얻었다.

<실험예 2>

평균 입경이 45㎛인 실리콘카바이드(SiC) 분말을 분쇄하여 입도를 제어하였다. 상기 분쇄는 어트리션밀(attrition mill)을 이용하였다. SiC 분말을 알코올과 함께 어트리션밀에 장입하고, 어트리션밀을 이용하여 SiC 분말을 균일하게 분쇄하였다. 어트리션밀에 사용되는 볼은 SiC 재질의 볼을 사용하였으며, 3mm 크기의 볼과 5mm 크기의 볼을 1:1의 비율로 혼합하여 사용하였으며, 임펠러 회전수는 500rpm 정도로 설정하였으며, 밀링은 20분 동안 실시하였다. 상기 분쇄 공정에 의해 SiC 분말의 평균 입경은 7㎛ 정도 였다. 분쇄가 이루어진 SiC 분말을 건조하였다. 상기 건조는 80℃의 온도에서 2시간 동안 수행하였다. 분쇄된 SiC 분말 90중량%와 카본(carbon) 10중량%를 고에너지믹서(planetary mixer)로 30분 동안 혼합하여 SiC-C 복합체를 얻었다. 상기 카본은 SiC 분말보다는 작은 입경을 갖는 것으로 300∼400nm의 평균 입경을 갖는 것을 사용하였다.

상기 출발원료의 혼합은 볼 밀링 공정을 이용하였다. 상기 볼 밀링 공정은 상기 실험예 1과 동일하게 수행하였으며, 이후의 공정은 상기 실험예 1과 동일하게 수행하여 경량 도기질 타일을 얻었다.

<실험예 3>

평균 입경이 45㎛인 실리콘카바이드(SiC) 분말을 분쇄하여 입도를 제어하였다. 상기 분쇄는 어트리션밀(attrition mill)을 이용하였다. SiC 분말을 알코올과 함께 어트리션밀에 장입하고, 어트리션밀을 이용하여 SiC 분말을 균일하게 분쇄하였다. 어트리션밀에 사용되는 볼은 SiC 재질의 볼을 사용하였으며, 3mm 크기의 볼과 5mm 크기의 볼을 1:1의 비율로 혼합하여 사용하였으며, 임펠러 회전수는 500rpm 정도로 설정하였으며, 밀링은 10분 동안 실시하였다. 상기 분쇄 공정에 의해 SiC 분말의 평균 입경은 20㎛ 정도 였다. 분쇄가 이루어진 SiC 분말을 건조하였다. 상기 건조는 80℃의 온도에서 2시간 동안 수행하였다. 분쇄된 SiC 분말 90중량%와 카본(carbon) 10중량%를 고에너지믹서(planetary mixer)로 30분 동안 혼합하여 SiC-C 복합체를 얻었다. 상기 카본은 SiC 분말보다는 작은 입경을 갖는 것으로 300∼400nm의 평균 입경을 갖는 것을 사용하였다.

<실험예 4>

평균 입경이 45㎛인 실리콘카바이드(SiC) 분말을 분쇄하여 입도를 제어하였다. 상기 분쇄는 어트리션밀(attrition mill)을 이용하였다. SiC 분말을 알코올과 함께 어트리션밀에 장입하고, 어트리션밀을 이용하여 SiC 분말을 균일하게 분쇄하였다. 어트리션밀에 사용되는 볼은 SiC 재질의 볼을 사용하였으며, 3mm 크기의 볼과 5mm 크기의 볼을 1:1의 비율로 혼합하여 사용하였으며, 임펠러 회전수는 500rpm 정도로 설정하였으며, 밀링은 5분 동안 실시하였다. 상기 분쇄 공정에 의해 SiC 분말의 평균 입경은 25㎛ 정도 였다. 분쇄가 이루어진 SiC 분말을 건조하였다. 상기 건조는 80℃의 온도에서 2시간 동안 수행하였다. 분쇄된 SiC 분말 90중량%와 카본(carbon) 10중량%를 고에너지믹서(planetary mixer)로 30분 동안 혼합하여 SiC-C 복합체를 얻었다. 상기 카본은 SiC 분말보다는 작은 입경을 갖는 것으로 300∼400nm의 평균 입경을 갖는 것을 사용하였다.

<실험예 5>

출발원료로 점토 20중량%, 고령토 20중량%, 소다장석 20중량%, 규석 30중량% 및 석회석 10중량%와, 상기 점토, 고령토, 소다장석, 규석 및 석회석의 전체 함량 100중량부에 대하여 카본(carbon) 0.3중량부를 준비하고 혼합하였다. 상기 카본은 300∼400nm의 평균 입경을 갖는 것을 사용하였다.

상기 출발원료의 혼합은 볼 밀링 공정을 이용하였다. 상기 볼 밀링 공정은 상기 실험예 1과 동일하게 수행하였으며, 이후의 공정은 상기 실험예 1과 동일하게 수행하여 도기질 타일을 얻었다.

<실험예 6>

출발원료로 점토 20중량%, 고령토 20중량%, 소다장석 20중량%, 규석 30중량% 및 석회석 10중량%와, 상기 점토, 고령토, 소다장석, 규석 및 석회석의 전체 함량 100중량부에 대하여 평균 입경이 1㎛인 실리콘카바이드(SiC) 분말 0.3중량부를 준비하고 혼합하였다.

상기 실리콘카바이드 분말은 다음과 같이 제조하였다. 평균 입경이 45㎛인 실리콘카바이드(SiC) 분말을 분쇄하였다. 상기 분쇄는 어트리션밀(attrition mill)을 이용하였다. SiC 분말을 알코올과 함께 어트리션밀에 장입하고, 어트리션밀을 이용하여 SiC 분말을 균일하게 분쇄하였다. 어트리션밀에 사용되는 볼은 SiC 재질의 볼을 사용하였으며, 3mm 크기의 볼과 5mm 크기의 볼을 1:1의 비율로 혼합하여 사용하였으며, 임펠러 회전수는 500rpm 정도로 설정하였으며, 밀링은 1시간 동안 실시하였다. 상기 분쇄 공정에 의해 SiC 분말의 평균 입경은 1㎛ 정도 였다. 분쇄가 이루어진 SiC 분말을 건조하였다. 상기 건조는 80℃의 온도에서 2시간 동안 수행하였다.

<실험예 7>

출발원료로 점토 20중량%, 고령토 20중량%, 소다장석 20중량%, 규석 30중량% 및 석회석 10중량%를 준비하고 혼합하였다.

상기 출발원료의 혼합은 볼 밀링 공정을 이용하였다. 상기 볼 밀링 공정은 상기 실험예 1과 동일하게 수행하였다.

아래의 표 1에 볼 밀링 공정 후에 슬러리 상태의 출발원료를 건조하고, 출발원료를 화학 분석한 결과를 나타내었다.

성분	함량(wt%)
SiO₂	58.13
Al₂O₃	17.59
Fe₂O₃	1.87
TiO₂	0.98
MnO	0.02
CaO	7.49
MgO	0.66
Na₂O	1.10
K₂O	1.91
P₂O₅	0.03
Cr₂O₃	0.01
ZrO₂	0.08
Ignition Loss	10.13

이후의 공정은 상기 실험예 1과 동일하게 수행하여 도기질 타일을 얻었다.

아래의 표 2에 소성온도에 따른 기공의 변화를 나타내었다.

기공 부피/전체 부피(%)	샘플	소성온도(℃)
기공 부피/전체 부피(%)	샘플	1050	1100	1150	1200
open pore	실험예 7	25.51	20.47	8.56	2.32
	실험예 1	24.67	22.79	7.75	8.26
	실험예 2	24.72	23.30	9.28	14.03
	실험예 3	25.05	23.85	10.46	13.88
	실험예 4	24.72	23.89	11.04	15.79
	실험예 6	22.45	21.53	9.56	8.45
total pore	실험예 7	25.51	23.37	17.89	17.31
	실험예 1	24.94	23.35	18.88	24.27
	실험예 2	26.10	23.39	19.12	24.20
	실험예 3	25.85	23.89	18.79	24.99
	실험예 4	25.61	23.97	19.29	27.06
	실험예 6	26.35	24.11	18.02	16.31

도 1은 소성온도에 따른 기공의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 1에서 (a)는 실험예 7에 따라 제조된 도기질 타일에 대한 것이고, (b)는 실험예 1에 따라 제조된 경량 도기질 타일에 대한 것이며, (c)는 실험예 2에 따라 제조된 경량 도기질 타일에 대한 것이고, (d)는 실험예 3에 따라 제조된 경량 도기질 타일에 대한 것이며, (e)는 실험예 4에 따라 제조된 경량 도기질 타일에 대한 것이고, (f)는 실험예 6에 따라 제조된 도기질 타일에 대한 것이다.

표 2 및 도 1을 참조하면, 실험예 7의 경우(출발원료로 점토, 고령토, 소다장석, 규석 및 석회석만을 사용한 경우)에 비하여 실험예 1 내지 실험예 4의 경우(출발원료로 점토, 고령토, 소다장석, 규석, 석회석 및 실리콘카바이드-카본 복합체를 사용한 경우)가 전체 기공(total pore)이 증가하였음을 확인할 수 있었다.

또한, 실험예 1 내지 실험예 4의 경우에 실험예 7의 경우에 비하여 전체 기공(total pore)에서 열린 기공(open pore)이 차지하는 비율이 작은 것을 관찰할 수 있었는데, 이는 실험예 내지 실험예 4의 경우에 실험예 7의 경우에 비하여 전체 기공에서 폐기공(closed pore)이 차지하는 비율이 높음을 의미하는 것이다. 전체 기공에서 폐기공이 차지하는 비율이 높다는 것은 열린 기공이 차지하는 높은 비율을 차지하는 경우에 비하여 경량 도기질 타일의 표면이 깨끗하면서도 경량을 나타내는 것을 의미하기도 한다.

또한, 실험예 1 내지 실험예 4의 경우에 1150℃에서 소성한 경우보다는 1200℃에서 소성한 경우가 전체 기공(total pore)이 증가하였다.

도 2a 및 도 2b는 실험예 7에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM)과 광학현미경 사진이다.

도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 기공이 많지 않음을 볼 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 실험예 1에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 경량 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경 사진이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 단면의 기공이 고르게 분포되어 있고, 기공의 크기도 비교적 균일한 것으로 판단된다.

도 4a 및 도 4b는 실험예 2에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 경량 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경 사진이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 실험예 1에 비하여 기공 크기가 큰 것으로 판단된다.

도 5a 및 도 2b는 실험예 3에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 경량 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경 사진이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 입자가 큰 실리콘카바이드-카본 복합체의 영향으로 발포 특성이 크게 나타나지 않았다.

도 6a 및 도 6b는 실험예 4에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 경량 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경 사진이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 입자가 큰 실리콘카바이드-카본 복합체의 영향으로 발포 특성이 크게 나타나지 않았다.

도 7a 및 도 7b는 실험예 6에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경 사진이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 실험예 7과 비슷한 기공 분포를 보이며, 큰 기공들이 소량 존재하였다.

도 8a 및 도 8b는 실험예 5에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 도기질 타일을 절단하여 단면을 촬영한 주사전자현미경(SEM)과 광학현미경 사진이다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 카본의 영향으로 아주 큰 기공들이 확인되었으며, 제품성이 떨어지는 것으로 판단된다.

도 9는 소성 온도에 따른 밀도 변화를 보여주는 그래프이다. 도 9에서 (a)는 실험예 7에 따라 제조된 도기질 타일에 대한 것이고, (b)는 실험예 1에 따라 제조된 경량 도기질 타일에 대한 것이며, (c)는 실험예 2에 따라 제조된 경량 도기질 타일에 대한 것이고, (d)는 실험예 3에 따라 제조된 경량 도기질 타일에 대한 것이며, (e)는 실험예 4에 따라 제조된 경량 도기질 타일에 대한 것이고, (f)는 실험예 6에 따라 제조된 도기질 타일에 대한 것이다.

도 9를 참조하면, 실험예 7의 경우(출발원료로 점토, 고령토, 소다장석, 규석 및 석회석만을 사용한 경우)와 실험예 6의 경우(출발원료로 점토, 고령토, 소다장석, 규석, 석회석 및 실리콘카바이드를 사용한 경우)에 비하여 실험예 1 내지 실험예 4의 경우(출발원료로 점토, 고령토, 소다장석, 규석, 석회석 및 실리콘카바이드-카본 복합체를 사용한 경우)가 밀도가 낮은 것을 확인할 수 있었다.

아래의 표 3에 경량율을 나타내었다. 실험예 1 내지 실험예 4와 실험예 6에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 도기질 타일에 대하여 실험예 7에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 도기질 타일을 기준으로 경량율을 확인하였다.

	실험예 1	실험예 2	실험예 2	실험예 4	실험예 6
경량율(%)	18.43	11.72	7.52	5.33	1.25

표 3을 참조하면, 실험예 7의 경우(출발원료로 점토, 고령토, 소다장석, 규석 및 석회석만을 사용한 경우)와 실험예 6의 경우(출발원료로 점토, 고령토, 소다장석, 규석, 석회석 및 실리콘카바이드를 사용한 경우)에 비하여 실험예 1 내지 실험예 4의 경우(출발원료로 점토, 고령토, 소다장석, 규석, 석회석 및 실리콘카바이드-카본 복합체를 사용한 경우)가 경량율이 높은 것을 확인할 수 있었다.

아래의 표 4에 굽힘강도 측정 결과를 나타내었다. 실험예 1 내지 실험예 4, 실험예 6 및 실험예 7에 따라 1150℃에서 소성하여 얻은 도기질 타일에 대하여 KS L 1001 규격에 의거하여 3점 굽힘강도를 측정하였다.

	실험예 7	실험예 1	실험예 2	실험예 3	실험예 4	실험예 6
굽힘강도 (N/㎠)	218.93	185.81	156.21	127.40	103.29	208.74

표 4를 참조하면, 실험예 1 내지 실험예 4의 경우에 실험예 7의 경우에 비하여 굽힘강도가 다소 낮게 나타났으나, KS L 바닥타일 기준인 100N/㎠와 KS L 벽타일 기준인 10N/㎠ 보다는 높게 나타났다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims

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카본이 실리콘카바이드를 둘러싸는 입자 형태의 구조를 갖는 실리콘카바이드-카본 복합체를 형성하는 단계;
점토 15∼30중량%, 고령토 10∼20중량%, 장석 20∼40중량%, 규석 10∼40중량%, 석회석 5∼15중량% 및 상기 점토, 고령토, 장석, 규석 및 석회석의 전체 함량 100중량부에 대하여 상기 실리콘카바이드-카본 복합체 0.01∼3중량부를 준비하고 혼합하여 경량 도기질 타일용 소지 조성물을 형성하는 단계;
상기 경량 도기질 타일용 소지 조성물을 타일 형태로 성형하는 단계; 및
성형된 결과물을 1000∼1250℃ 범위의 온도에서 소성하는 단계를 포함하며,
상기 실리콘카바이드-카본 복합체를 형성하는 단계는,
실리콘카바이드 분말을 분쇄하는 단계;
분쇄된 실리콘카바이드 분말과 카본(carbon)을 플래니터리 믹서(planetary mixer)로 혼합하여 실리콘카바이드-카본 복합체를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 카본은 분쇄된 상기 실리콘카바이드 분말보다는 작은 200∼500nm의 평균 입경을 갖고,
상기 실리콘카바이드를 둘러싸는 상기 카본이 상기 실리콘카바이드-카본 복합체에 0.1∼20중량% 함유되게 하며,
상기 실리콘카바이드-카본 복합체는 0.5∼25㎛의 평균 입경을 갖게 하는 것을 특징으로 하는 경량 도기질 타일의 제조방법.
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