KR102172619B1

KR102172619B1 - 스마트폰 커버 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102172619B1
Application number: KR1020190062955A
Authority: KR
Inventors: 김형준
Original assignee: 한국세라믹기술원
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-11-02

Abstract

본 발명은, 지르코니아 분말을 포함하는 출발원료가 성형되고 1차 소성되어 형성된 세라믹층과, 상기 세라믹층 표면에 화학강화 유약 조성물이 시유되고 2차 소성되어 형성된 유약층과, 상기 유약층이 화학강화 처리되어 상기 유약층 내에 형성된 화학강화유약층을 포함하며, 상기 화학강화유약층은 내부에서 표면으로 갈수록 칼륨(K)의 함량이 많아지는 분포를 갖고 내부에서 표면으로 갈수록 압축 응력이 커지는 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 경면 연마가 필요 없고 미세크랙이나 스크래치의 발생을 억제할 수 있으며 강도 및 경도와 같은 기계적 물성이 우수하다.

Description

스마트폰 커버 및 그 제조방법{Smart phone cover and manufacturing method of the same}

본 발명은 스마트폰 커버 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경면 연마가 필요 없고 미세크랙이나 스크래치의 발생을 억제할 수 있으며 강도 및 경도와 같은 기계적 물성이 우수한 스마트폰 커버 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 휴대 단말기라 함은 일정 관리 등의 전자수첩 기능, 음악이나 동영상 감상과 같은 멀티미디어나 게임을 즐기기 위한 엔터테인먼트 기능, 인터넷 접속이나 음성 통화 등의 통신 기능을 제공하는 기기를 의미하는 것으로서, 사용자가 휴대하고 다니면서 사용하게 된다.

휴대 단말기 중에서 스마트폰(Smart Phone)은 컴퓨터로 할 수 있는 작업 중 일부를 휴대폰에서도 할 수 있도록 개발된 휴대용 통신 단말기로 종래 컴퓨터를 통해서만 이루어지던 인터넷 검색, 메일 송수신 등 다양한 작업이 가능하고, 특히 스마트폰은 사용자가 원하는 프로그램(애플리케이션, 어플 또는 앱)을 선택적으로 설치하여 사용할 수 있는 특징을 갖는 가장 대표적인 휴대 단말기이다.

스마트폰 가입자(사용자)의 수가 폭발적으로 증가하면서 스마트폰과 관련된 악세사리 시장도 크게 성장하고 있고, 악세사리 중에서도 스마트폰 커버 시장이 가장 급성장하고 있다. 스마트폰과 쉽게 결합과 분리가 되면서 부주의로 스마트폰을 떨어뜨린 경우 스마트폰 커버가 충격을 흡수하여 스마트폰 본체에 직접적인 충격이 가해지는 것을 방지할 수 있어 많은 스마트폰 사용자들이 스마트폰 커버를 사용하고 있다.

일반적으로 스마트폰 커버는 실리콘이나 우레탄 등과 같은 플라스틱 또는 금속 재질로 이루어져 있다.

최근에는 스마트폰 커버로 유리(glass)를 사용하려는 시도가 있다. 그러나, 유리는 깨지기 쉽다는 단점이 있다.

또한, 스마트폰 커버를 세라믹 재질로 형성하려는 시도가 있으나, 세라믹 경우 일반적으로 고온(1600℃ 이상)에서 소성해야 하므로 생산 비용 및 시간이 높아져서 비경제적이고 소성 후 경면 연마를 하여야 하는 단점도 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0023995호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 경면 연마가 필요 없고 미세크랙이나 스크래치의 발생을 억제할 수 있으며 강도 및 경도와 같은 기계적 물성이 우수한 스마트폰 커버 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은, 지르코니아 분말을 포함하는 출발원료가 성형되고 1차 소성되어 형성된 세라믹층과, 상기 세라믹층 표면에 화학강화 유약 조성물이 시유되고 2차 소성되어 형성된 유약층과, 상기 유약층이 화학강화 처리되어 상기 유약층 내에 형성된 화학강화유약층을 포함하며, 상기 화학강화유약층은 내부에서 표면으로 갈수록 칼륨(K)의 함량이 많아지는 분포를 갖고 내부에서 표면으로 갈수록 압축 응력이 커지는 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버를 포함한다.

상기 화학강화 유약 조성물은 화학 조성 성분으로 SiO₂ 55∼63 중량%, Al₂O₃ 10∼14 중량%, B₂O₃ 1∼6 중량%, CaO 0.1∼5 중량%, MgO 1∼6 중량%, K₂O 0.5∼4 중량%, Na₂O 10∼15 중량%, Li₂O 0.1∼4 중량% 및 ZnO 1∼8 중량%를 포함할 수 있다.

상기 화학강화 유약 조성물은 무기질결합제를 더 포함할 수 있고, 상기 무기질결합제는 상기 화학강화 유약 조성물에 0.01∼3 중량% 함유되는 것이 바람직하다.

상기 무기질결합제는 카올리나이트(Kaolinite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite) 및 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.

상기 무기질결합제는 카올리나이트(Kaolinite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite) 및 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 1종 이상의 점토와 석영(Quartz)의 혼합물을 포함할 수 있고, 상기 카올리나이트(Kaolinite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite) 및 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 1종 이상의 점토와 상기 석영(Quartz)은 5:1 내지 20:1의 중량비로 혼합되어 있는 것이 바람직하다.

상기 출발원료는 본차이나용 소지 원료를 더 포함할 수 있다.

상기 본차이나용 소지 원료는 상기 출발원료에 상기 지르코니아 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 함유되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 지르코니아 분말을 포함하는 출발원료와 바인더를 혼합하고 성형하여 성형체를 형성하는 단계와, 상기 성형체를 1차 소성하는 단계와, 1차 소성된 성형체 표면에 화학강화 유약 조성물을 시유하고 건조하는 단계와, 상기 화학강화 유약 조성물을 시유되어 건조된 결과물을 2차 소성하여 유약층을 형성하는 단계와, 2차 소성된 결과물을 칼륨 이온을 포함하는 용융된 칼륨 소스 용액에 침지하여 칼륨 이온과 상기 유약층 내의 나트륨 이온이 상호 치환되게 하는 화학강화 처리하여 상기 유약층에 화학강화유약층이 형성되게 하는 단계 및 화학강화 처리된 결과물을 세정하고 건조하는 단계를 포함하는 스마트폰 커버의 제조방법을 제공한다.

상기 화학강화 처리는 430∼510℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.

상기 2차 소성은 900∼1150℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 스마트폰 커버에 의하면, 경면 연마가 필요 없고 미세크랙이나 스크래치의 발생을 억제할 수 있으며 강도 및 경도와 같은 기계적 물성이 우수하다.

세라믹층은 지르코니아 재질(또는 지르코니아와 본차이나 재질)로 이루어져 있어 고인성, 고강도 특성을 나타내고, 세라믹층에 무기안료 등이 함유될 경우에 다양한 컬러(color) 색상을 나타내게 할 수 있다.

상기 세라믹층 상부에 형성된 유약층은 표면이 매끄럽고 표면에 기공 등이 없어 경면 연마가 요구되지 않는다.

세라믹층 표면에 형성된 유약층에 화학강화유약층이 형성되고, 상기 화학강화유약층에는 압축 응력이 작용하며, 상기 화학강화유약층은 내부에서 표면으로 갈수록 상기 압축 응력이 커지는 분포를 갖는데, 이를 통해 미세크랙이나 스크래치의 발생이 억제될 수 있고 강도 및 경도가 개선될 수 있다.

본 발명의 스마트폰 커버는 전사지 사용에 의한 다양한 문양 표현이 가능하다.

도 1은 세라믹층 표면에 유약층이 형성된 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트폰 커버의 단면을 보여주는 도면이다.

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.

발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트폰 커버는, 지르코니아 분말을 포함하는 출발원료가 성형되고 1차 소성되어 형성된 세라믹층과, 상기 세라믹층 표면에 화학강화 유약 조성물이 시유되고 2차 소성되어 형성된 유약층과, 상기 유약층이 화학강화 처리되어 상기 유약층 내에 형성된 화학강화유약층을 포함하며, 상기 화학강화유약층은 내부에서 표면으로 갈수록 칼륨(K)의 함량이 많아지는 분포를 갖고 내부에서 표면으로 갈수록 압축 응력이 커지는 분포를 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트폰 커버의 제조방법은, 지르코니아 분말을 포함하는 출발원료와 바인더를 혼합하고 성형하여 성형체를 형성하는 단계와, 상기 성형체를 1차 소성하는 단계와, 1차 소성된 성형체 표면에 화학강화 유약 조성물을 시유하고 건조하는 단계와, 상기 화학강화 유약 조성물을 시유되어 건조된 결과물을 2차 소성하여 유약층을 형성하는 단계와, 2차 소성된 결과물을 칼륨 이온을 포함하는 용융된 칼륨 소스 용액에 침지하여 칼륨 이온과 상기 유약층 내의 나트륨 이온이 상호 치환되게 하는 화학강화 처리하여 상기 유약층에 화학강화유약층이 형성되게 하는 단계 및 화학강화 처리된 결과물을 세정하고 건조하는 단계를 포함한다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트폰 커버를 더욱 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트폰 커버의 단면을 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트폰 커버는, 지르코니아 분말을 포함하는 출발원료가 성형되고 1차 소성되어 형성된 세라믹층(10)과, 상기 세라믹층(10) 표면에 화학강화 유약 조성물이 시유되고 2차 소성되어 형성된 유약층(20)과, 유약층(20)이 화학강화 처리되어 유약층(20) 내에 형성된 화학강화유약층(30)을 포함한다.

상기 화학강화유약층(30)은 내부에서 표면으로 갈수록 칼륨(K)의 함량이 많아지는 분포를 갖고 내부에서 표면으로 갈수록 압축 응력이 커지는 분포를 갖는다.

상기 출발원료는 무기안료를 더 포함할 수 있다. 상기 무기안료는 상기 출발원료에 상기 지르코니아 분말 100중량부에 대하여 0.1∼30중량부 함유되는 것이 바람직하다. 상기 무기안료는 TiO₂, Co₂SiO₄, (Co,Zn)₂SiO₄, CoAl₂O₄, Co₂SnO₄, (Co,Zn)Al₂O₄, Co(Al,Cr)₃O₄, (Co,Mg)Al₂O₄, (Co,Zn)TiO₃, Zr₁ _- _xCe_xSiO₄(0.01≤x≤0.5), Zr_1-xPr_xSiO₄(0.01≤x≤0.5), Zr₁ _- _xTa_xSiO₄(0.01≤x≤0.5), CaSn₁ _- _xCr_xSiO₄(0.01≤x≤0.5), Co(Fe_1-xCr_x)₂O₄(0.01≤x≤0.5), 이들의 혼합물 등일 수 있다. 출발원료에 무기안료를 더 포함시킬 경우에, 세라믹층에 무기안료가 함유되어 다양한 컬러(color) 색상을 나타내게 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 다른 스마트폰 커버는 경면 연마가 필요 없고 미세크랙이나 스크래치의 발생을 억제할 수 있으며 강도 및 경도와 같은 기계적 물성이 우수하다.

세라믹층(10)은 지르코니아 재질(또는 지르코니아와 본차이나 재질)로 이루어져 있어 고인성, 고강도 특성을 나타내고, 세라믹층(10) 상부에 형성된 유약층(20)은 표면이 매끄럽고 표면에 기공 등이 없어 경면 연마가 요구되지 않는다.

세라믹층(10) 표면에 형성된 유약층(20)에 화학강화유약층(30)이 형성되고, 상기 화학강화유약층(30)에는 압축 응력이 작용하며, 상기 화학강화유약층(30)은 내부에서 표면으로 갈수록 상기 압축 응력이 커지는 분포를 갖는데, 이를 통해 미세크랙이나 스크래치의 발생이 억제될 수 있고 강도 및 경도가 개선될 수 있다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스마트폰 커버의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.

지르코니아(ZrO₂) 분말을 포함하는 출발원료를 준비한다.

상기 출발원료는 본차이나용 소지 원료를 더 포함할 수도 있다. 상기 본차이나용 소지 원료는 상기 출발원료에 상기 지르코니아 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 함유되는 것이 바람직하다. 본차이나는 도자기 종류의 하나로, 일반적으로 뼛가루(골회), 장석, 카올리나이트(고령토) 등을 재료로 하여 만들어진 도자기를 말하며, 통상적으로는 삼인산칼슘의 함유율이 30% 이상 포함된다. 상기 본차이나용 소지 원료는 뼛가루(골회), 장석, 카올리나이트(고령토) 등의 분말 원료일 수 있으며, 이외에 본차이나 제조에 사용되는 원료라면 그 제한이 있는 것은 아니다. 목표하는 본차이나용 소지 원료의 조성을 이루도록 각 본차이나용 소지 원료를 칭량하여 준비한다.

상기 출발원료에 바인더를 첨가하여 혼합한다. 상기 바인더로는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 에틸셀룰로오스(ethyl cellulose), 메틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 카르복시셀룰로오스, 폴리비닐알콜, 아크릴산에스테르, 메타크릴산에스테르, 폴리비닐부티랄, n-부틸아세테이트 등을 사용할 수 있으며, 바인더로서 그 외에도 일반적으로 잘 알려진 물질이나 상업적으로 판매되고 있는 것을 사용할 수 있다. 상기 바인더는 상기 출발원료 100중량부에 대하여 0.1∼20중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

이때, 분산성을 개선하기 위하여 분산제를 첨가할 수도 있다. 상기 분산제는 상기 출발원료 100중량부에 대하여 0.1∼5중량부 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 분산제로는 벤질트리메틸암모늄 하이드록사이드(benzyltrimethylammonium hydroxide)(C₁₀H₁₇NO), 디에틸아민(diethylamine)(C₄H₁₁N), 에틸아민(ethylamine), 프로필아민(propylamine), 부틸아민(butylamine), 펜틸아민(pentyl amine), 메틸아민(methylamine)(CH₅N), 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(tetramethyl ammonium hydroxide), 테트라에틸 암모늄 하이드록사이드(tetraethyl ammonium hydroxide), 테트라프로필 암모늄 하이드록사이드(tetrapropyl ammonium hydroxide), 테트라부틸 암모늄 하이드록사이드(tetrabutyl ammonium hydroxide) 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 분산제로서 이외에도 일반적으로 알려져 있는 물질이나 상업적으로 판매되고 있는 것을 사용할 수 있다.

상기 혼합은 건식 혼합 또는 습식 혼합 공정을 이용할 수 있으며, 상기 건식 혼합 또는 습식 혼합 공정으로는 볼밀링(ball milling) 등을 이용할 수 있다.

볼 밀링 공정을 구체적으로 살펴보면, 출발원료 및 바인더를 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하고, 볼 밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 기계적으로 분쇄하고 균일하게 혼합한다. 볼 밀링에 사용되는 볼은 지르코니아나 알루미나와 같은 세라믹으로 이루어진 볼을 사용할 수 있으며, 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, 입자의 크기를 고려하여 볼의 크기는 1㎜∼30㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50∼500rpm 정도의 범위로 설정할 수 있으며, 볼 밀링은 1∼48 시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 볼 밀링에 의해 출발원료는 미세한 크기의 입자로 분쇄되고, 균일한 입자 크기 분포를 갖게 되며, 균일하게 혼합되게 된다.

혼합된 결과물을 성형하여 목표하는 스마트폰 커버 형태의 성형체를 형성한다. 상기 성형은 일반적으로 알려져 있는 압축 성형, 압출 성형, 슬립 캐스팅 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다.

상기 성형체를 1차 소성한다. 상기 1차 소성은 1050∼1450℃, 더욱 바람직하게는 1100∼1280℃의 제1 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 이하에서, 1차 소성 공정에 대하여 구체적으로 설명한다.

성형체를 전기로와 같은 퍼니스(furnace)에 장입한다.

퍼니스의 온도를 제1 온도로 승온하고 제1 온도에서 10분∼24시간 동안 유지하여 1차 소성을 수행한다. 1차 소성하는 동안에 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 상기 제1 온도까지는 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. 상기 1차 소성에 의해 바인더 성분은 타서 없어지게 된다.

1차 소성 공정을 수행한 후, 퍼니스 온도를 하강시켜 1차 소성된 성형체를 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.

화학강화 유약 조성물을 물과 혼합한 후 1차 소성된 성형체 표면에 시유하고 건조한다. 상기 유약 조성물은 나트륨(Na) 성분을 포함하는 유약으로서, 후속의 화학강화 처리 공정을 위해 상기 유약 조성물에는 Na₂O가 10∼15 중량 함유되는 것이 바람직하다. 상기 화학강화 유약 조성물은 조성 성분으로 SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, CaO, MgO, K₂O, Na₂O, Li₂O 및 ZnO를 포함한다. 더욱 구체적으로, 상기 화학강화 유약 조성물은 화학 조성 성분으로 SiO₂ 55∼63 중량%, Al₂O₃ 10∼14 중량%, B₂O₃ 1∼6 중량%, CaO 0.1∼5 중량%, MgO 1∼6 중량%, K₂O 0.5∼4 중량%, Na₂O 10∼15 중량%, Li₂O 0.1∼4 중량% 및 ZnO 1∼8 중량%를 포함한다. 상기 SiO₂는 상기 화학강화 유약 조성물에 55∼63 중량% 함유되는 것이 바람직한데, 55중량% 미만일 경우에는 열팽창이 커질 수 있고, 63중량%를 초과할 경우에는 유약연화(유약소성)에 문제가 생길 수 있다. 상기 Al₂O₃는 상기 화학강화 유약 조성물에 10∼14 중량% 함유되는 것이 바람직한데, 10중량% 미만일 경우에는 강도 저하가 발생할 수 있고, 14중량%를 초과할 경우에는 유약연화(유약소성)에 문제가 생길 수 있다. 상기 B₂O₃는 상기 화학강화 유약 조성물에 1∼6 중량% 함유되는 것이 바람직한데, 1중량% 미만일 경우에는 광택이 불량해질 수 있고, 6중량%를 초과할 경우에는 화학강화를 방해하는 요소로 작용할 수 있다. 상기 CaO는 상기 화학강화 유약 조성물에 0.1∼5 중량% 함유됨으로써 유리 용융 효과를 기대할 수 있는데, 5중량%를 초과할 경우에는 화학강화를 방해할 수 있다. 상기 MgO는 화학강화를 증진하는 역할을 하며, 상기 화학강화 유약 조성물에 1∼6 중량% 함유되는 것이 바람직한데, 1중량% 미만일 경우에는 유약 연화 문제가 생길 수 있고, 6중량%를 초과할 경우에는 유약소성을 방해하는 요소로 작용할 수 있다. 상기 K₂O는 열팽창 증가를 억제하면서 유약 용융점을 감소시키는 역할을 하며, 상기 화학강화 유약 조성물에 0.5∼4 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 Na₂O는 상기 화학강화 유약 조성물에 10∼15 중량% 함유되는 것이 바람직한데, 10중량% 미만일 경우에는 화학강화가 어려워질 수 있고, 15중량%를 초과할 경우에는 열팽창이 급속 증가할 수 있다. 상기 Li₂O는 상기 화학강화 유약 조성물에 0.1∼4 중량% 함유되는 것이 바람직한데, 4중량%를 초과할 경우에는 열팽창이 급속 증가할 수 있다. 상기 ZnO는 화학강화를 증진하는 역할을 하며, 상기 화학강화 유약 조성물에 1∼8 중량% 함유되는 것이 바람직한데, 1중량% 미만일 경우에는 강화 효과가 낮을 수 있고, 8중량%를 초과할 경우에는 결정화가 발생할 수 있다.

상기 화학강화 유약 조성물은 무기질결합제를 더 포함할 수 있다. 상기 무기질결합제는 상기 화학강화 유약 조성물에 0.01∼3중량% 함유되는 것이 바람직하다. 상기 무기질결합제는 카올리나이트(Kaolinite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 또는 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다. 상기 무기질결합제는 카올리나이트(Kaolinite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite) 및 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 1종 이상의 점토와 석영(Quartz)의 혼합물을 포함할 수도 있다. 이때, 상기 카올리나이트(Kaolinite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite) 및 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 1종 이상의 점토와 상기 석영(Quartz)은 5:1 내지 20:1 정도의 중량비로 혼합되어 있는 것이 바람직하다. 무기질결합제가 함유되면 유약의 유리전이온도(T_g), 딜라토메트릭(dilatometeric) 연화점(T_dsp), 고온현미경 상의 반구온도(T_1/2) 등의 값은 조금씩 높아진다.

화학강화 유약 조성물이 시유된 성형체를 2차 소성한다. 2차 소성하게 되면, 도 1에 도시된 바와 같이 1차 소성된 성형체(10) 표면에는 유약층(20)이 형성되게 된다. 도 1에서 도면부호 '10'은 출발원료에 의해 형성된 세라믹층(1차 소성된 성형체)을 나타낸다. 유약층(20)의 두께는 후술하는 화학강화 처리를 위해 1∼1000㎛ 정도인 것이 바람직하다.

상기 2차 소성은 900∼1150℃의 제2 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 이하에서, 2차 소성 공정에 대하여 구체적으로 설명한다.

화학강화 유약 조성물이 시유된 성형체를 전기로와 같은 퍼니스(furnace)에 장입한다.

퍼니스의 온도를 제2 온도로 승온하고 제2 온도에서 10분∼24시간 동안 유지하여 2차 소성을 수행한다. 2차 소성하는 동안에 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 상기 제2 온도까지는 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.

상기 2차 소성은 900∼1150℃의 제2 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 소성온도가 900℃ 미만인 경우에는 불완전한 소성으로 인해 스마트폰 커버의 열적 또는 기계적 특성이 좋지 않을 수 있고, 1150℃를 초과하는 경우에는 에너지의 소모가 많아 비경제적일 뿐만 아니라 스마트폰 커버의 연화에 의한 변형 불량이 발생할 가능성이 높다.

또한, 상기 2차 소성은 제2 온도에서 10분∼24시간 동안 유지하는 것이 바람직하다. 소성 시간이 너무 긴 경우에는 에너지의 소모가 많으므로 비경제적일 뿐만 아니라 스마트폰 커버의 연화에 의한 변형 불량이 발생할 가능성이 높으며, 소성 시간이 작은 경우에는 불완전한 소성으로 인해 유약 표면 특성이 나빠질 수 있다.

2차 소성 공정을 수행한 후, 퍼니스 온도를 하강시켜 2차 소성된 결과물을 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.

2차 소성되어 형성된 유약층(20)에 대하여 화학강화 처리 공정을 수행한다. 상기 화학강화 처리는 강화시키고자 하는 스마트폰 커버 표면의 유약층(20)을 화학강화 처리하여 유약층(20) 내에 화학강화유약층(30)이 형성되게 하는 것으로, 상기 유약층에 함유되어 있는 이온반경이 작은 나트륨 이온을 이온반경이 큰 칼륨 이온과 치환시켜 유약층에 압축응력을 발생시켜 강화시키는 방법이다. 예컨대, 질산칼륨(KNO₃) 용액에 담가두어 유약층에 있는 나트륨 이온(Na⁺)이 질산칼륨(KNO₃) 용액의 칼륨 이온(K⁺)으로 치환되어 강화되는 방법이다.

이하에서, 더욱 구체적으로 화학강화 처리 공정을 설명한다. 상기 화학강화 처리 공정은 소정 온도로 가열된 질산칼륨(KNO₃)과 같은 칼륨 소스 용액이 담긴 화학강화 처리 장치에 2차 소성되어 형성된 결과물을 투입하여 소정 시간 동안 이온교환시킴으로써 유약층에 화학강화유약층이 형성되는 구성을 갖는다. 화학강화 처리에 의해 도 2에 도시된 바와 같이 유약층(20)에 화학강화유약층(30)이 형성되고, 화학강화유약층(30)에는 압축 응력이 작용하며, 화학강화유약층(30)은 내부에서 표면으로 갈수록 상기 압축 응력이 커지는 분포를 갖는다. 화학강화유약층(30)에는 유약층(20)을 형성하기 위해 사용된 유약에 함유된 칼륨(K) 성분보다 많은 칼륨(K) 함량이 존재한다. 화학강화유약층(30)은 내부에서 표면으로 갈수록 칼륨(K)의 함량이 많아지는 분포를 가진다. 이러한 화학강화유약층(30)은 1∼100㎛의 두께를 가질 수 있다.

상기 화학강화 처리 공정은 다음과 같은 공정으로 이루어질 수 있다.

2차 소성되어 형성된 결과물을 질산칼륨(KNO₃) 용액과 같은 칼륨 소스 용액이 담긴 화학강화 처리 장치로 장입한다. 화학강화 처리 장치의 내부에는 칼륨 소스 용액이 담겨 있고, 상기 화학강화 처리 장치 내부의 온도는 화학강화 처리를 위한 온도로 설정되어 있다.

2차 소성되어 형성된 결과물을 화학강화 처리 장치로 장입하기 전에, 2차 소성되어 형성된 결과물을 유약층의 유리전이온도(glass transition temperature)보다 낮은 소정 온도(예컨대, 350℃∼600℃)로 상승시키고 소정 시간(예컨대, 30분∼120분) 동안 유지하여 열충격을 최소화하기 위하여 예열하는 공정을 수행할 수도 있다.

상기 화학강화 처리 장치의 내부에는 칼륨 이온(K⁺)을 포함하는 질산칼륨(KNO₃), 수산화인산칼륨(K₂HPO₄), 염화칼륨(KCl), 인산칼륨(K₂PO₄) 등의 칼륨 소스 용액이 담겨 있다. 상기 화학강화 처리는 430∼510℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하며, 2차 소성되어 형성된 결과물을 화학강화 처리 장치 내부에 소정 시간 이상(예컨대, 1∼24시간) 동안 담가두면 이온 치환에 의해 화학적 강화가 이루어지게 된다. 즉, 2차 소성되어 형성된 결과물을 상기 화학강화 처리 장치 내의 칼륨 소스 용액에 담그게 되면, 유약층의 나트륨(Na⁺) 이온과 칼륨 소스 용액의 칼륨(K⁺) 이온이 서로 이온치환이 이루어지며, 유약층에 분포하는 작은 이온(나트륨 이온)은 빠져나오고, 그 자리에 칼륨 소스 용액 내의 큰 이온(칼륨 이온)이 들어가게 된다. 나트륨 이온(Na⁺)의 원자 크기는 0.98Å이고, 칼륨 이온(K⁺)의 원자 크기는 1.33Å 이므로 나트륨 이온(Na⁺) 자리에 칼륨 이온(K⁺)이 들어가게 되면, 유약층에 압축 응력층을 형성하게 되어 큰 표면 밀도를 갖는 화학강화유약층(30)이 형성되게 된다. 상기 유약층을 형성하기 위해 사용된 유약 조성물에 함유된 칼륨(K) 성분보다 많은 칼륨(K) 함량이 상기 화학강화유약층(30)에 존재한다. 상기 화학강화유약층(30)의 내부에서 표면으로 갈수록 압축 응력이 커지는 분포를 갖는데, 이는 유약층 표면으로부터 내부로 칼륨 이온이 확산되어 들어가면서 유약층 내부쪽 보다는 유약층 표면에 더 많은 칼륨 이온이 분포하기 때문이다. 칼륨 이온의 확산에 의해 화학강화유약층(30)은 내부에서 표면으로 갈수록 칼륨(K)의 함량이 많아지는 분포를 가진다.

화학강화 처리 장치로부터 화학강화 처리된 스마트폰 커버를 인출하고, 인출된 스마트폰 커버는 소정 온도(예컨대, 약 20℃)로 세팅된 증류수가 담긴 세정조로 이송시켜 스마트폰 커버에 묻은 이물질 등을 세정한다.

세정조에서 화학강화 처리된 스마트폰 커버를 인출하고, 건조로로 이송하여 건조한다. 건조로에서 소정 온도(예컨대, 약 60∼120℃)의 열풍 건조를 통해 건조될 수 있다.

이렇게 제조된 스마트폰 커버는, 세라믹층(10) 표면에 유약층(20)이 형성된 스마트폰 커버로서, 상기 유약층(20)에 화학강화유약층(30)이 형성되어 있고, 상기 화학강화유약층(30)에는 압축 응력이 작용하며, 상기 화학강화유약층(30)은 내부에서 표면으로 갈수록 상기 압축 응력이 커지는 분포를 갖는다. 상기 유약층을 형성하기 위해 사용된 유약에 함유된 칼륨(K) 성분보다 많은 칼륨(K) 함량이 상기 화학강화유약층(30)에 존재하고, 상기 화학강화유약층(30)은 내부에서 표면으로 갈수록 칼륨(K)의 함량이 많아지는 분포를 갖는다.

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

10: 세라믹층
20: 유약층
30: 화학강화유약층

Claims

지르코니아 분말을 포함하는 출발원료가 성형되고 1차 소성되어 형성된 세라믹층;
상기 세라믹층 표면에 화학강화 유약 조성물이 시유되고 2차 소성되어 형성된 유약층; 및
상기 유약층이 화학강화 처리되어 상기 유약층 내에 형성된 화학강화유약층을 포함하며,
상기 화학강화 유약 조성물은 화학 조성 성분으로 SiO₂ 55∼63 중량%, Al₂O₃ 10∼14 중량%, B₂O₃ 1∼6 중량%, CaO 0.1∼5 중량%, MgO 1∼6 중량%, K₂O 0.5∼4 중량%, Na₂O 10∼15 중량%, Li₂O 0.1∼4 중량% 및 ZnO 1∼8 중량%를 포함하고,
상기 화학강화유약층은 내부에서 표면으로 갈수록 칼륨(K)의 함량이 많아지는 분포를 갖고 내부에서 표면으로 갈수록 압축 응력이 커지는 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버.
삭제
제1항에 있어서, 상기 화학강화 유약 조성물은 무기질결합제를 더 포함하고, 상기 무기질결합제는 상기 화학강화 유약 조성물에 0.01∼3 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버.
제3항에 있어서, 상기 무기질결합제는 카올리나이트(Kaolinite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite) 및 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버.
제3항에 있어서, 상기 무기질결합제는 카올리나이트(Kaolinite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite) 및 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 1종 이상의 점토와 석영(Quartz)의 혼합물을 포함하고,
상기 카올리나이트(Kaolinite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite) 및 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 1종 이상의 점토와 상기 석영(Quartz)은 5:1 내지 20:1의 중량비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버.
제1항에 있어서, 상기 출발원료는 본차이나용 소지 원료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버.
제6항에 있어서, 상기 본차이나용 소지 원료는 상기 출발원료에 상기 지르코니아 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버.
지르코니아 분말을 포함하는 출발원료와 바인더를 혼합하고 성형하여 성형체를 형성하는 단계;
상기 성형체를 1차 소성하는 단계;
1차 소성된 성형체 표면에 화학강화 유약 조성물을 시유하고 건조하는 단계;
상기 화학강화 유약 조성물을 시유되어 건조된 결과물을 2차 소성하여 유약층을 형성하는 단계;
2차 소성된 결과물을 칼륨 이온을 포함하는 용융된 칼륨 소스 용액에 침지하여 칼륨 이온과 상기 유약층 내의 나트륨 이온이 상호 치환되게 하는 화학강화 처리하여 상기 유약층에 화학강화유약층이 형성되게 하는 단계; 및
화학강화 처리된 결과물을 세정하고 건조하는 단계를 포함하며,
상기 화학강화 유약 조성물은 화학 조성 성분으로 SiO₂ 55∼63 중량%, Al₂O₃ 10∼14 중량%, B₂O₃ 1∼6 중량%, CaO 0.1∼5 중량%, MgO 1∼6 중량%, K₂O 0.5∼4 중량%, Na₂O 10∼15 중량%, Li₂O 0.1∼4 중량% 및 ZnO 1∼8 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버의 제조방법.
삭제
제8항에 있어서, 상기 화학강화 유약 조성물은 무기질결합제를 더 포함하고, 상기 무기질결합제는 상기 화학강화 유약 조성물에 0.01∼3 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 무기질결합제는 카올리나이트(Kaolinite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite) 및 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 무기질결합제는 카올리나이트(Kaolinite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite) 및 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 1종 이상의 점토와 석영(Quartz)의 혼합물을 포함하고,
상기 카올리나이트(Kaolinite), 벤토나이트(Bentonite), 일라이트(Illite) 및 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 중에서 선택된 1종 이상의 점토와 상기 석영(Quartz)은 5:1 내지 20:1의 중량비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 화학강화 처리는 430∼510℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 2차 소성은 900∼1150℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버의 제조방법.
제8항에 있어서, 상기 출발원료는 본차이나용 소지 원료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버의 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 본차이나용 소지 원료는 상기 출발원료에 상기 지르코니아 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 스마트폰 커버의 제조방법.