KR101840532B1 - 세라믹 리플렉터용 유약 조성물 - Google Patents

세라믹 리플렉터용 유약 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세라믹 리플렉터용 유약 조성물로서, 카올린 10 내지 20 중량%, 실리카 35 내지 45 중량%, 탄산바륨 40 내지 45 중량% 및 지르콘 3 내지 5 중량%를 포함하는 세라믹 리플렉터용 유약 조성물 및 이를 이용하여 코팅된 세라믹 리플렉터를 제공한다.

Description

세라믹 리플렉터용 유약 조성물 {Glaze Composition for Ceramic Reflector}
본 발명은 세라믹 리플렉터용 유약 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고광택 표면을 형성하면서 원하는 곡률 형상을 구현할 수 있는 세라믹 리플렉터용 유약 조성물에 관한 것이다.
조명, 빔 프로젝터 및 자외선발생 장치 등에 사용되는 리플렉터는 광원을 지지하면서, 상기 광원에서 발생한 빛을 손실 없이 최대한 반사시켜 일정한 방향으로 향하게 한다. 따라서 빛 반사 시 굴절에 의한 손실을 최소화하기 위해서는 곡면 표면 거칠기가 낮아야 하고, 원하는 방향으로 빛을 반사시키기 위해서 곡선 기울기가 설계기준을 만족해야 한다.
상기 리플렉터의 재질은 제품의 용도 및 광원의 종류 등에 따라 결정되며, 플라스틱 수지, 금속 및 세라믹 등이 사용될 수 있다. 특히, 높은 열을 방출하거나 고전압이 인가되는 조명 패키지에서는, 우수한 고온 안정성 및 전기 절연성을 나타내는 세라믹 소재가 이용된다.
상기 세라믹 소재의 원료로 기계적 강도가 우수하고 저렴한 산화 알루미늄이 많이 사용되고, 발열량이 많아 원활한 열 방출이 요구되는 곳에는 열전도도가 좋은 질화 알루미늄이 사용된다. 또한, 상기 산화 알루미늄보다 더 높은 기계적 강도가 요구될 때는 지르콘 강화 알루미늄(zircon toughened alumina: ZTA) 재질이 사용되기도 한다.
상기 세라믹 소재의 리플렉터는 세라믹과 부재료를 혼합한 원료를 금형에 넣고 프레스로 가압하여 성형체를 만들고, 1600 내지 1800℃의 온도에서 소결하여 원료 분말들을 결합시킨다. 상기 소결된 세라믹 리플렉터는 광택이 없고 거친 표면 상태를 나타내므로, 표면을 매끄럽게 하고 광택을 내기 위하여 유리질 성분이 포함된 유약을 코팅하여야 한다.
상기 유약을 세라믹에 균열 없이 잘 코팅시키려면, 둘의 열팽창 계수의 차이가 작을수록 좋으며, 둘의 차이가 클수록 유약 소성 후 냉각되는 과정에서 유약의 균열이 발생하거나 유약과 세라믹의 분리가 잘 발생하게 된다. 이를 극복하기 위하여, 세라믹 리플렉터와 열팽창 계수의 차이가 적은 유약이 개발되었으나(대한민국 공개특허 제 10-1996-0004295호 참조), 유약이 리플렉터를 따라 흐르면서 뭉치거나, 유리질 성분이 용융되어 기포가 발생하면서 일부분이 코팅이 안 되는 문제가 있었다.
이에, 세라믹 리플렉터에 우수한 광택 표면을 형성하면서도 뭉치거나 기포가 발생하지 않아 원하는 곡률 형상을 구현할 수 있는 유약의 개발이 요구되어 왔다.
대한민국 공개특허 제 10-1996-0004295호
본 발명은 고광택 표면을 형성하면서 원하는 곡률 형상을 구현할 수 있는 세라믹 리플렉터용 유약 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 세라믹 리플렉터용 유약 조성물로 코팅한 세라믹 리플렉터를 제공한다.
한편으로, 본 발명은 세라믹 리플렉터용 유약 조성물로서, 카올린 10 내지 20 중량%, 실리카 35 내지 45 중량%, 탄산바륨 40 내지 45 중량% 및 지르콘 3 내지 5 중량%를 포함하는 세라믹 리플렉터용 유약 조성물을 제공한다.
다른 한편으로, 본 발명은 상기 세라믹 리플렉터용 유약 조성물로 코팅된 세라믹 리플렉터를 제공한다.
본 발명의 세라믹 리플렉터용 유약 조성물은 고광택 표면을 형성하면서 원하는 곡률 형상을 구현할 수 있다. 따라서, 곡면에서 기포 또는 돌출이 생기지 않아 빛 반사 시 산란이 일어나지 않고, 목표한 방향으로 빛을 반사시킬 수 있는 세라믹 리플렉터를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 유약 조성물로 코팅한 세라믹 리플렉터의 표면에 돌출, 기포, 균열 및 유약의 뭉침이 발생하지 않았음을 보여주는 사진이다.
도 2는 비교예 4의 유약 조성물로 코팅한 세라믹 리플렉터의 표면에 돌출이 발생하였음을 보여주는 사진이다.
도 3은 비교예 4의 유약 조성물로 코팅한 세라믹 리플렉터의 표면에 광택이 저하되었음을 보여주는 사진이다.
도 4는 비교예 4의 유약 조성물로 코팅한 세라믹 리플렉터의 표면에 유약 말림이 발생하였음을 보여주는 사진이다.
도 5는 비교예 4의 유약 조성물로 코팅한 세라믹 리플렉터의 표면에 표면 긁힘이 발생하였음을 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 리플렉터용 유약 조성물은 카올린 10 내지 20 중량%, 실리카 35 내지 45 중량%, 탄산바륨 40 내지 45 중량% 및 지르콘 3 내지 5 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 카올린(Al2O3.2SiO2.2H2O)은 알루미나와 실리카가 포함된 광물질로서, 유약 조성물에서 알루미나 및 실리카의 공급원으로 사용된다. 상기 카올린은 장석에 비해 불순물이 적어 유약의 특성제어가 용이하며, 특히 고온에서 흐름 감소, 높은 광택도, 낮은 팽창계수 등의 특징이 있다.
본 발명에서는 세라믹과 유리질 성분을 결합시키는 역할을 하는 Al2O3 및 SiO2의 공급원으로 카올린 순도(純度)가 97% 이상이고, 불순물인 Fe2O3의 함량이 1% 미만이며, 비중(比重)이 2.6 이하인 카올린을 사용하여, 유약을 좀 더 견고하게 하고 흐름을 방지할 수 있다. 상기 순도가 97% 미만일 경우 유약에 균열이 발생할 수 있으며, 특히 불순물인 Fe2O3의 함량이 1% 이상인 경우 유약의 투명도가 감소할 수 있다. 또한, 상기 비중이 2.6을 초과할 경우 유약 조성물의 침전을 유발하여 유약 품질을 저하시킬 수 있다.
상기 카올린은 유약 조성물의 전체 중량에 대해 10 내지 20 중량%로 사용될 수 있다. 상기 함량이 10 중량% 미만인 경우 유약 내 유리질 성분이 세라믹에 잘 접착되지 않아 박리되는 현상이 발생하거나, 유약 균열이 생길 수 있으며, 상기 함량이 20 중량% 초과인 경우 유약 소결 온도가 상승하여 비용이 증가하고 유약이 용융되지 않는 단점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 실리카(SiO2)는 유약 조성물에서 유리질을 형성시키는 주성분으로서, 알루미나 성분과 작용하여 세라믹에 융착하며, 유약 표면에 광택 및 유연성을 부여한다.
본 발명에서는 실리카 순도가 99.5% 이상이고, 비중이 2.7 이하인 고순도 실리카를 사용한다. 상기 실리카의 순도가 99.5% 미만일 경우 유약의 유연성이 저하되어 균열이 발생하기 쉽고, 광택이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 비중이 2.7을 초과하는 경우 유약 조성물의 침전을 유발하여 유약 품질을 저하시킬 수 있다.
상기 실리카는 유약 조성물의 전체 중량에 대해 35 내지 45중량%로 사용될 수 있다. 상기 함량이 35 중량% 미만인 경우 유리질 성분 부족으로 유약이 미도포되는 유약 말림(glaze missing)이 발생하기 쉽고, 상기 함량이 45 중량% 초과인 경우 고온에서 점도가 낮아져 곡률을 따라 흐름이 발생하여 균일한 유약 두께 형성이 어려운 단점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 탄산바륨(BaCO3)은 유약 조성물에서 용융 보조제로 사용되며, 열팽창계수를 낮추어 주고, 유약을 소결하는 고온에서 유약 조성물의 점도를 적당히 유지시켜 리플렉터의 곡률에 고르게 코팅되게 하며 기포나 돌출이 발생하지 않게 한다. 또한, 유약의 광택도 및 안정성을 향상시키고, 유약에 견고성을 부여할 수 있다.
본 발명에서는 탄산바륨 순도가 99% 이상이고, 불순물인 Fe2O3의 함량이 0.002% 이하인 고순도 탄산바륨을 사용한다. 상기 순도가 99% 미만일 경우 유약의 점도가 상승하거나 적절한 유막을 형성하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
상기 탄산바륨은 유약 조성물의 전체 중량에 대해 40 내지 45 중량%로 사용될 수 있다. 상기 함량이 40 중량% 미만인 경우 유약의 용융 온도가 쉽게 상승할 수 있고, 상기 함량이 45 중량% 초과인 경우 유약 투명도가 감소하여 유약 코팅이 불투명해지고 유약 면에 기포나 돌출이 발생하는 단점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 지르콘(ZrO2.SiO2)은 유약의 기계적 강도와 광택을 증가시키며, 유약 면의 광택을 향상시키고 스크래치의 발생을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명에서는 지르콘 순도가 97.5% 이상이고, 불순물인 TiO2 함량이 0.3% 미만, Fe2O3 함량이 0.2% 미만, Al2O3 함량이 2.0% 미만인 고순도 지르콘을 사용한다. 상기 순도가 97.5% 미만일 경우 유막의 기계적 강도가 저하되어 물리적 내구성을 유지하기 어려울 수 있고, 불순물인 TiO2, Fe2O3 및 Al2O3 ?t량이 각각 0.3%, 0.2% 및 2.0% 이상인 경우 유약의 색이 탁해지고, 불투명해질 수 있다.
상기 지르콘은 유약 조성물의 전체 중량에 대해 3 내지 5 중량%로 사용될 수 있다. 상기 함량이 3 중량% 미만인 경우 유약의 기계적 강도 저하로 인해 스크래치가 발생할 수 있고, 상기 함량이 5 중량% 초과인 경우 투명도가 감소하여 유약 코팅이 불투명해지는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 카올린, 실리카, 탄산바륨 및 지르콘을 포함하는 세라믹 리플렉터용 유약 조성물은 슬러리 형태로 전체 평균 입자 크기가 3 내지 3.5㎛ 일 수 있다. 상기 입자 크기가 3㎛ 미만인 경우 입자들이 서로 뭉쳐서 유약을 도포하는 과정에서 분무기의 노즐이 막히기 쉬울 수 있고, 상기 입자 크기가 3.5㎛ 초과인 경우 유약 용액 제조 후 보관 시 유약이 하중에 의해 용기의 바닥에 가라앉아 침전물이 형성되는 단점이 있을 수 있다.
본 발명에 따른 세라믹 리플렉터용 유약 조성물은 당해 기술분야에 통상적인 방법에 따라 세라믹 리플렉터에 도포할 수 있다.
구체적으로, 유약 두께가 균일하게 제어되면서 원하는 부위에 유약을 도포하기 위해 스프레이 분사 방식이 적용될 수 있다. 이 경우 유약 조성물은 무기물 성분이 물에 골고루 혼합된 슬러리 상태로 사용된다. 일 예로, 각각의 무기물 원료를 계량한 후 볼밀(ball mill)에 물과 알루미나 볼을 넣고 회전하면서 분쇄하여 세라믹 리플렉터용 유약 조성물에 포함되는 카올린, 실리카, 탄산바륨 및 지르콘의 전체 평균 입자 크기가 3.0 내지 3.5㎛가 될 때까지 혼합한다. 이 때 배합비는 무기물 원료의 무게 비율로 결정하고, 물의 양은 무기물 원료 총 무게의 40 내지 60 중량%로 사용될 수 있다. 상기 물의 양은 온도, 습도 등에 따라 달라지므로 사용 환경에 따라 변경한다.
또한, 무기물 원료 입자가 뭉치는 것을 방지하기 위한 분산제, 유약 분사 시 세라믹과의 접착 향상을 위한 바인더 등이 추가로 첨가될 수 있다.
상기한 바와 같이 제조된 슬러리 상태의 유약 조성물을 세라믹 리플렉터의 곡면에 분사한 다음, 80℃ 이상의 온도로 가열하여 건조시키고, 1200℃ 이상의 온도로 가열하여 유리질 성분을 용융시켜 코팅막을 형성시킨다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 세라믹 리플렉터용 유약 조성물로 코팅된 세라믹 리플렉터를 제공한다.
본 발명의 세라믹 리플렉터는 당해 기술분야에서 통상적인 것으로서, 본 발명의 유약 조성물이 코팅될 수 있는 것이면 모두 본 발명에 포함된다. 일례로, 조명, 빔 프로젝터, 자외선발생 장치, 레이저 장치, X선 장치, 카메라 등에 사용되는 세라믹 반사경을 들 수 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예, 비교예 및 실험예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
실시예 1 및 비교예 1 내지 5: 세라믹 리플렉터용 유약 조성물의 제조
하기 표 1에 제시한 바와 같은 조성으로 각 성분을 혼합하여, 세라믹 리플렉터용 유약 조성물을 수득하였다(단위: 중량%).
성분 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
장석 - 85 50 - - -
카올린 17 15 10 20 17 12
실리카 40 - 20 40 30 55
탄산바륨 40 - 20 40 50 30
지르콘 3 - - - 3 3
장석: 순도 85.2%, Fe2O3 0.08%, 비중 2.60
카올린: 순도 97.5%, Fe2O3 0.08%, 비중 2.58
실리카: 순도 99.6%, 비중 2.62
탄산바륨: 순도 99.4%, Fe2O3 0.0015%
지르콘: 순도 98.4%, TiO2 0.12%, Fe2O3 0.04%, Al2O3 1.49%
실험예 1: 돌출 및 기포의 발생과 유약의 뭉침 평가
상기 실시예 및 비교예에서 수득한 세라믹 리플렉터용 유약 조성물로 코팅한 세라믹 리플렉터를 제조하였다.
구체적으로, 상기 유약 조성물을 물과 함께 혼합 분쇄하여 상기 유약 조성물에 포함되는 카올린, 실리카, 탄산바륨 및 지르콘의 전체 평균 입자 크기가 3.0 내지 3.5㎛인 유약 슬러리를 제조한 후, 스프레이 건으로 세라믹 리플렉터 곡면에 도포한 다음, 80℃ 이상의 온도로 가열하여 유약 내 수분을 제거하였다. 상기 건조된 세라믹 리플렉터를 1400℃ 이상의 온도에서 2 시간 동안 유지시켜, 유약 내 유리질 성분을 용해시켜 코팅 막을 형성하였다. 이 때 승온 및 강온 속도는 세라믹 리플렉터에 크랙이 발생하지 않도록 조절하였다.
이와 같이 세라믹 리플렉터에 코팅 막을 형성하는 동안 돌출, 기포, 균열, 유약 뭉침 발생 여부, 광택 및 표면 조도(거칠기)를 육안으로 관찰하였고, 긁힘의 경우 일반적인 취급과정에서 문제가 없는지 판단하기 위해 라텍스 장갑을 착용한 후 유약 면을 수 차례 마찰시켰으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
성분 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
돌출 미발생 미발생 미발생 미발생 발생 -
기포 미발생 미발생 발생 미발생 발생 -
균열 미발생 발생 발생 미발생 발생 -
유약 뭉침 미발생 발생 발생 미발생 발생 -
광택 양호 불량 보통 양호 보통 -
표면 조도 양호 보통 불량 보통 불량 -
기타 - 긁힘 긁힘 긁힘 유약 말림 유약 용융 불가
상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1의 유약 조성물로 세라믹 리플렉터를 코팅할 경우, 돌출, 기포, 균열 및 유약의 뭉침이 발생하지 않았고, 리플렉터 곡면의 광택 및 표면 조도가 만족할 만한 수준인 것으로 확인되었다.
반면, 비교예 1 및 2와 같이 장석을 포함하는 유약 조성물로 세라믹 리플렉터를 코팅할 경우, 유약이 곡면 기울기를 따라 흘러 곡면 중심 부분에 뭉치는 현상이 발생하여, 원하는 곡면 형상을 구현할 수 없음을 확인할 수 있었다.
또한, 실리카 및 탄산바륨의 함량이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예 4의 경우에는 도 2 내지 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 돌출, 기포, 균열, 광택의 저하 및 유약 말림의 현상이 발생하였고, 비교예 5의 경우에는 유약이 용융되지 않음을 확인할 수 있었다.
아울러, 지르콘의 함량이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예 3의 경우에는 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 유약의 기계적 강도 저하로 인해 긁힘이 발생함을 확인할 수 있었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 카올린 10 내지 20 중량%, 실리카 35 내지 45 중량%, 탄산바륨 40 내지 45 중량% 및 지르콘 3 내지 5 중량%를 포함하는 세라믹 리플렉터용 유약 조성물로서, 상기 세라믹 리플렉터용 유약 조성물은 슬러리 형태로 조성물에 포함되는 카올린, 실리카, 탄산바륨 및 지르콘의 전체 평균 입자 크기가 3 내지 3.5㎛인 세라믹 리플렉터용 유약 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 카올린은 순도가 97% 이상이고, 불순물인 Fe2O3의 함량이 1% 미만이며, 비중이 2.6 이하인 세라믹 리플렉터용 유약 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 실리카는 순도가 99.5% 이상이고, 비중이 2.7 이하인 세라믹 리플렉터용 유약 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 탄산바륨은 순도가 99% 이상이고, 불순물인 Fe2O3의 함량이 0.002% 이하인 세라믹 리플렉터용 유약 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 지르콘은 순도가 97.5% 이상이고, 불순물인 TiO2 함량이 0.3% 미만, Fe2O3 함량이 0.2% 미만, Al2O3 함량이 2.0% 미만인 세라믹 리플렉터용 유약 조성물.
  7. 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 세라믹 리플렉터용 유약 조성물로 코팅된 세라믹 리플렉터.
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KR101472282B1 (ko) 2014-01-06 2014-12-16 송두환 전등갓용 도자기 조성물 및 이를 이용한 전등갓 제조방법

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