KR101800083B1 - 지르코니아계 유색, 특히 회색 물품의 제조 방법 및 이 방법을 이용하여 획득되는 지르코니아계 유색 장식 물품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 회색 지르코니아계 물품의 제조 방법으로서,
이하의 연속적인 단계들:
a) 기본 구성성분을 형성하는 지르코니아 분말,
4 중량% ~ 15 중량% 의, 산화이트륨, 산화마그네슘 및 산화칼슘을 단독으로 또는 조합으로 포함하는 산화물들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 안정화제,
0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화바나듐 분말 (V2O5),
0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화크롬 분말 (Cr2O3), 및
0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화규소 분말 (SiO2)
을 포함하는 제 1 혼합물을 제조하는 단계;
b) 상기 제 1 혼합물 및 바인더를 포함하는 제 2 혼합물을 제조하는 단계;
c) 상기 제 2 혼합물의 과립화 (granulation) 를 수행함으로써 과립 혼합물 (granulated mixture) 을 제조하는 단계;
d) 이 제 2 과립 혼합물에 원하는 물품의 형상을 부여함으로써 블랭크를 형성하는 단계; 및
e) 1250℃ ~ 1550℃ 의 온도에서 적어도 30 분 동안 공기 중에서 상기 블랭크를 소결시키는 단계
를 포함하는, 회색 지르코니아계 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
이하의 연속적인 단계들:
a) 기본 구성성분을 형성하는 지르코니아 분말,
4 중량% ~ 15 중량% 의, 산화이트륨, 산화마그네슘 및 산화칼슘을 단독으로 또는 조합으로 포함하는 산화물들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 안정화제,
0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화바나듐 분말 (V2O5),
0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화크롬 분말 (Cr2O3), 및
0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화규소 분말 (SiO2)
을 포함하는 제 1 혼합물을 제조하는 단계;
b) 상기 제 1 혼합물 및 바인더를 포함하는 제 2 혼합물을 제조하는 단계;
c) 상기 제 2 혼합물의 과립화 (granulation) 를 수행함으로써 과립 혼합물 (granulated mixture) 을 제조하는 단계;
d) 이 제 2 과립 혼합물에 원하는 물품의 형상을 부여함으로써 블랭크를 형성하는 단계; 및
e) 1250℃ ~ 1550℃ 의 온도에서 적어도 30 분 동안 공기 중에서 상기 블랭크를 소결시키는 단계
를 포함하는, 회색 지르코니아계 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 지르코니아계 유색 물품, 특히 회색 범위 내의 색을 가지며 소결에 의해 제조되는 그러한 물품의 제조 방법에 관한 것이다. 그러한 물품은 이하의 설명에서 편의상 "회색 물품" 으로 지칭될 것이다.
또한, 본 발명은 특히 상기 방법에 의해 획득되는 회색 지르코니아계 장식 물품에 관한 것이다.
흑연 진공로에서 지르코니아 재료의 열처리에 의해 회색 세라믹 재료로부터 물품을 제조하는 것은 문헌 CN 102659401 로부터 이미 알려져 있는데, 이는 물품의 흑색/회색 표면 산화를 형성한다. 이 프로세스는 특히, 물품의 최종 형상을 부여하는 처리 후에 물품의 임의의 후속 기계가공을 방지하도록 물품을 견고하게 착색하지 않는다는 단점이 있다. 더욱이, 얻어지는 표면 색은 균일하지 않고 바람직하지 않은 줄무늬와 마블링을 갖는다.
그러므로, 본 발명의 주된 목적은, 소결된 유색 지르코니아에 기반하는 회색 물품의 제조 방법을 제공하고 또한 특히 이 방법을 이용하여 획득되는 그러한 물품을 제공하는 것이며, 이 물품은 비착색 (uncoloured) 지르코니아의 기계적 특성에 비교할만한 기계적 특성을 갖고 또한 견고한 착색 (solid coloration) 을 갖는다.
따라서, 본 발명은 회색 지르코니아계 물품의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 이하의 연속적인 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다:
을 포함하는 제 1 혼합물을 제조하는 단계;
b) 상기 제 1 혼합물 및 바인더를 포함하는 제 2 혼합물을 제조하는 단계;
c) 상기 제 2 혼합물의 과립화 (granulation) 를 수행함으로써 과립 혼합물 (granulated mixture) 을 제조하는 단계;
d) 이 제 2 과립 혼합물에 원하는 물품의 형상을 부여함으로써 블랭크를 형성하는 단계; 및
e) 1250℃ ~ 1550℃ 의 온도에서 적어도 30 분 동안 공기 중에서 상기 블랭크를 소결시키는 단계.
안정화된 지르코니아 분말에 산화바나듐, 산화크롬 및 산화규소 분말들의 혼합물을 혼입시킴으로써, 본 발명의 방법은 셰이핑과 소결 후에 회색 범위 내의 균일한 색을 갖는 견고하게 착색된 세라믹 물품을 형성할 수 있다. 본 발명의 방법은 비착색 지르코니아의 고유 기계적 특성을 손상시키지 않으면서 특히 매력적인 심미적 외관을 갖는 회색 세라믹 물품을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 혼합물은
을 포함한다.
유리하게는, 제 1 혼합물은 0.1 중량% ~ 1 중량%, 바람직하게는 0.2 중량% ~ 0.3 중량% 의 산화망간 분말 (MnO2) 을 추가적으로 포함한다. 변형예에서, 제 1 혼합물은 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화철 분말 (Fe2O3) 을 추가적으로 포함하고, 바람직하게는 제 1 혼합물은 0.1 중량% ~ 5 중량% 의 산화알루미늄 분말 (Al2O3) 을 추가적으로 포함한다.
또한, 본 발명은 75 중량% ~ 96 중량% 의 무기 분말들의 혼합물 및 4 중량% ~ 25 중량% 의 바인더를 포함하는 장식 및/또는 기능 물품의 제조를 위한 사출 성형 또는 압축 성형 조성물에 관한 것으로서, 상기 무기 분말들의 혼합물은
을 포함한다.
바람직한 실시형태에 따르면, 바인더 및 무기 분말들의 혼합물은 몰드에의 주입을 위한 피드백으로서 사용하기에 적합한 과립들의 형태로 또는 몰드에서 프레싱될 준비가 되어 있는 분말들의 형태로 존재한다. 유리하게는, 무기 분말들의 혼합물은 0.1 중량% ~ 1 중량%, 바람직하게는 0.2 중량% ~ 0.3 중량% 의 산화망간 분말 (MnO2) 을 추가적으로 포함한다. 무기 분말들의 혼합물이 0.1 중량% ~ 5 중량% 의 산화알루미늄 분말 (Al2O3) 을 추가적으로 포함하는 것이 또한 바람직하다. 변형예에 따르면, 무기 분말들의 혼합물은 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화철 분말 (Fe2O3) 을 추가적으로 포함한다.
또한, 본 발명은 회색 지르코니아계 장식 및/또는 기능 물품에 관한 것으로서, 상기 물품은, 산화지르코늄의 매트릭스, 4 중량% ~ 15 중량% 의, 산화이트륨, 산화마그네슘, 산화칼슘 및 이의 혼합물을 포함하는 산화물들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 안정화제, 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화바나듐 (V2O5), 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화크롬 (Cr2O3), 및 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화규소 (SiO2) 를 본질적으로 포함하는 성형 부분 (moulded part) 으로부터 소결된 부분으로부터 형성되는 것을 특징으로 한다.
그러한 물품은 연마 (polishing) 후에 높은 광택 (high gloss) 을 나타내므로 시계 케이스, 보석류, 팔찌, 브로치, 타이 핀, 목걸이, 핸드백, 전화, 가구나 가정용품의 구성 요소들과 같은 장식 물품들을 제조하기에 적합하다는 이점이 있다.
유리한 실시형태에 따르면, 물품은 0.4 중량% ~ 0.7 중량% 의 산화바나듐 (V2O5), 0.2 중량% ~ 0.3 중량% 의 산화크롬 (Cr2O3), 및 0.2 중량% ~ 0.3 중량% 의 산화규소 (SiO2) 를 포함한다.
제 1 변형예에서, 물품은 0.1 중량% ~ 1 중량%, 바람직하게는 0.2 중량% ~ 0.3 중량% 의 산화망간 (MnO2), 0.1 중량% ~ 5 중량% 의 산화알루미늄 (Al2O3), 및 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화철 (Fe2O3) 을 추가적으로 포함한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 오로지 설명 목적으로 주어진 본 발명의 비제한적인 실례를 설명하는 이하의 설명에 비추어 명백해질 것이다.
이제 상세하게 설명하는 본 발명의 생산 방법의 제 1 예는, 손목시계의 구성 부분을 형성하거나 임의의 다른 장식 및/또는 기능 물품을 형성하기에 특히 매우 적합한 외관 및 기계적 특성을 갖는 소결된 회색 지르코니아계 물품의 형성이 가능하다.
이 제 1 예에 따라 획득되는 회색 지르코니아 물품은 98.8 중량% 의 안정화된 지르코니아 및 잔부로 (중량에서) 0.5 중량% 의 산화바나듐 분말 (V2O5), 0.2 중량% 의 산화규소 분말 (SiO2) 및 0.5 중량% 의 산화크롬 분말 (Cr2O3) 을 포함한다.
지르코니아는 산화이트륨, 산화마그네슘 및 산화칼슘을 단독으로 또는 조합으로 포함하는 산화물들의 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 안정화제에 의해 고전적인 방식으로 정방정계 상에서 안정화되고, 이 안정화제의 양은 지르코니아에 대해 5 중량% 에 달한다.
이 물품을 형성하기 위해, 본 발명의 방법의 이 실례를 이용하는 절차는 다음과 같다:
5 중량% 의 산화이트륨으로 안정화된 2470 그램의 지르코니아 분말을 칭량한다. 사용되는 분말은 전형적으로 0.5 마이크로미터의 마이크로미터 또는 서브마이크로미터 범위의 평균 입자 크기를 갖는다. 그러한 분말은 일본의 Tosoh Corporation 에 의해 참조번호 TZ-3Y 로 판매된다.
그리고 나서, 30 그램의, 산화규소, 산화바나듐 및 산화크롬 분말의 혼합물을 칭량한다.
사용된 규소 분말은 2 미크론 APS 의 입자 크기를 갖고, 독일의 Alfa Aesar 에 의해 참조번호 13024 로 판매된다. 사용된 산화바나듐 분말은 전형적으로 22 메시 (mesh) 의 마이크로미터 또는 서브마이크로미터 스케일의 평균 입자 크기를 갖고, 독일의 Alfa Aesar 에 의해 참조번호 10904 로 판매된다.
사용된 산화크롬 분말은 전형적으로 2.4 마이크로미터의 마이크로미터 또는 서브마이크로미터 스케일의 평균 입자 크기를 갖고, 스위스의 Sigma Aldrich Chemie 에 의해 참조번호 374725 로 판매된다. 필요하다면, 분말은 원하는 입자 크기를 얻도록 연삭된다.
이 모든 분말들이 바람직하게는 95 % 초과의 순도를 가져야 한다는 것이 언급될 것이다.
일단 분말들의 칭량이 완결되면, 이 모든 분말들은 습식 매체에서 혼합되고 블렌딩된다. 최종 블렌딩 상에 약 50 그램의 바인더, 예컨대 폴리비닐 알코올이 첨가된다.
그리고 나서, 혼합물은 예컨대 클래식 애토마이저에서 건조된다.
획득된 과립 (granulate) 은 200 마이크로미터 미만의 입자 크기를 갖는 입자를 보유하도록 체질된다.
그리고 나서, 체질된 과립은 원하는 물품의 블랭크를 형성하도록 원하는 물품의 구성을 갖는 몰드에서 프레싱된다.
물품의 거의 최종 일반 형태에서, 물품은 소결로 내에 놓인다. 이와 관련하여, 소결은 공기 중에서 행해질 수 있다는 것이 언급될 것이다. 그리고 나서, 물품은 제 1 단계에서 시간당 30 도의 속도로 약 1000 ℃ 로 가열되고, 제 2 단계에서 시간당 50 도의 속도로 1450 ℃ 로 가열된다. 물품은 이 온도에서 적어도 30 분 동안, 바람직하게는 1 시간 동안 유지된다.
물론 1100 ℃ 이상 그리고 1600 ℃ 미만의 임의의 다른 온도에서 소결이 행해질 수도 있다고 언급될 것이다.
소결 작업 후에 획득되는 물품의 색은 순수 회색이다.
그리고 나서, 물품은 냉각된 후, 기계가공되어 물품의 최종 사용에 적합한 형상을 얻는다. 획득되는 착색은 견고한 착색이므로 물품에서의 기계가공 작업은 어떤 식으로든 그 색을 손생시키지 않는다고 언급될 것이다.
그리고 나서, 물품은 예컨대 다이아몬드 페이스트를 이용하여 연마되고, 그에 따라 획득된 물품은 밝은 회색의 광택 (gloosy) 외관을 가지며, 따라서 특히 시계제조 영역의 적용에서 매력적이고 흥미로운 심미적 특징을 나타낸다.
본 발명의 방법의 다른 실시형태에 따르면, 전술한 작동 모드에 후속하여, 직경 45 ㎜ 및 두께 4 ㎜ 의 원형 시계 베즐을 형성하였다. 이 예에서, 화합물을 형성하기 위해, V2O5 (0.63%), Cr2O3 (0.25%), SiO2 (0.25%), MnO2 (0.25%) 및 Al2O3 (0.25%) 의 조합을 이용하였고, 총 조성 중의 상기 화합물의 중량비가 1.63 % 이고, 잔부가 98.37 중량% 의 안정화된 ZrO2 이다. 일단 원하는 최종 형태로 구성되면, 베즐 및 시계 케이스는 1450 ℃ 에서 2 시간 동안 공기 중에서 소결되었다. 베즐 및 시계 케이스는 냉각된 후, 거울 연마되었다. 획득되는 베즐 및 시계 케이스는 어두운 회색의 광택 외관을 가졌다. 착색은 케이스의 파괴 후에도 또한 견고한 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 방법의 또 다른 실시형태에 따르면, 전술한 작동 모드에 후속하여, 직경 45 ㎜ 및 두께 4 ㎜ 의 원형 시계 베즐을 형성하였다. 이 예에서, 화합물을 형성하기 위해, V2O5 (0.75%), Cr2O3 (0.5%), SiO2 (0.30%), MnO2 (0.10%), Al2O3 (0.25%) 및 Fe2O3 (0.25%) 의 조합을 이용하였고, 총 조성 중의 상기 화합물의 중량비가 2.15 % 이고, 잔부가 97.85 중량% 의 안정화된 ZrO2 이다. 일단 원하는 최종 형태로 구성되면, 베즐은 1450 ℃ 에서 2 시간 동안 공기 중에서 소결되었다. 베즐은 냉각된 후, 거울 연마되었다. 획득된 베즐은 담갈회색의 광택 외관을 가졌다. 착색은 베즐의 파괴 후에도 또한 견고한 것으로 밝혀졌다.
아래의 표는 조성에 따라 획득되는 색과 함께, 본 발명에 따라 제조된 물품의 다른 예를 보여준다.
Claims (18)
- 회색 지르코니아계 물품의 제조 방법으로서,
이하의 연속적인 단계들:
a) 기본 구성성분을 형성하는 지르코니아 분말,
4 중량% ~ 15 중량% 의, 산화이트륨, 산화마그네슘 및 산화칼슘을 단독으로 또는 조합으로 포함하는 산화물들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 안정화제,
0.4 중량% ~ 1 중량% 의 산화바나듐 분말 (V2O5),
0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화크롬 분말 (Cr2O3), 및
0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화규소 분말 (SiO2)
을 포함하는 제 1 혼합물을 제조하는 단계;
b) 상기 제 1 혼합물 및 바인더를 포함하는 제 2 혼합물을 제조하는 단계;
c) 상기 제 2 혼합물의 과립화 (granulation) 를 수행함으로써 과립 혼합물 (granulated mixture) 을 제조하는 단계;
d) 이 제 2 과립 혼합물에 원하는 물품의 형상을 부여함으로써 블랭크를 형성하는 단계; 및
e) 1250℃ ~ 1550℃ 의 온도에서 적어도 30 분 동안 공기 중에서 상기 블랭크를 소결시키는 단계
를 포함하는, 회색 지르코니아계 물품의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 혼합물은 추가적으로, 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화망간 분말 (MnO2) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 회색 지르코니아계 물품의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 혼합물은 추가적으로, 0.1 중량% ~ 5 중량% 의 산화알루미늄 분말 (Al2O3) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 회색 지르코니아계 물품의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 혼합물은 추가적으로, 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화철 분말 (Fe2O3) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 회색 지르코니아계 물품의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 안정화제는 산화이트륨인 것을 특징으로 하는 회색 지르코니아계 물품의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
단계 e) 다음에 물품을 연마 (polishing) 하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회색 지르코니아계 물품의 제조 방법. - 75 중량% ~ 96 중량% 의 무기 분말들의 혼합물 및 4 중량% ~ 25 중량% 의 바인더를 포함하는 장식 및/또는 기능 물품의 제조를 위한 사출 성형 또는 압축 성형 조성물로서,
상기 무기 분말들의 혼합물은
기본 구성성분을 형성하는 지르코니아 분말,
4 중량% ~ 15 중량% 의, 산화이트륨, 산화마그네슘 및 산화칼슘을 단독으로 또는 조합으로 포함하는 산화물들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 안정화제,
0.4 중량% ~ 1 중량% 의 산화바나듐 분말 (V2O5),
0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화크롬 분말 (Cr2O3), 및
0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화규소 분말 (SiO2)
을 포함하는, 성형 조성물. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 무기 분말들의 혼합물은 추가적으로, 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화망간 분말 (MnO2) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 조성물. - 제 8 항에 있어서,
상기 무기 분말들의 혼합물은 추가적으로, 0.1 중량% ~ 5 중량% 의 산화알루미늄 분말 (Al2O3) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 조성물. - 제 8 항에 있어서,
상기 무기 분말들의 혼합물은 추가적으로, 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화철 분말 (Fe2O3) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 조성물. - 제 1 항에 따른 방법을 이용하여 획득되는 회색 지르코니아계 장식 및/또는 기능 물품으로서,
상기 물품은, 산화지르코늄의 매트릭스, 4 중량% ~ 15 중량% 의, 산화이트륨, 산화마그네슘, 산화칼슘 및 이의 혼합물을 포함하는 산화물들의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 안정화제, 0.4 중량% ~ 1 중량% 의 산화바나듐 (V2O5), 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화크롬 (Cr2O3), 및 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화규소 (SiO2) 를 포함하는 성형 부분 (moulded part) 으로부터 소결된 부분으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 물품. - 제 13 항에 있어서,
상기 물품은 0.4 중량% ~ 0.7 중량% 의 산화바나듐 (V2O5), 0.2 중량% ~ 0.3 중량% 의 산화크롬 (Cr2O3), 및 0.2 중량% ~ 0.3 중량% 의 산화규소 (SiO2) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품. - 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 물품은 추가적으로, 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화망간 (MnO2) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품. - 제 13 항에 있어서,
상기 물품은 추가적으로, 0.1 중량% ~ 5 중량% 의 산화알루미늄 (Al2O3) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품. - 제 13 항에 있어서,
상기 물품은 추가적으로, 0.1 중량% ~ 1 중량% 의 산화철 (Fe2O3) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품. - 제 13 항에 있어서,
상기 물품은 타임피스 (timepiece) 의 구성 요소를 형성하는 것을 특징으로 하는 물품.
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